Выполнить проектные расчеты 3-х установок пищевых производств

4. Рассчитываем диаметр корпуса. Задаем скорость движения пара в корпусе конденсатора ω_п = 18 ¸ 22 м/с и рассчитываем диаметр его корпуса по формуле:

 

м.

 

Округляем расчетный диаметр корпуса конденсатора до ближайшего большего по каталогу или  по типовому ряду размеров, кратному 0,2 , и получаем 0,6 м.

 

5. Определяем высоту слоя воды. Высоту слоя воды на полке рассчитываем по формуле:

 

где  b  – ширина полки конденсатора, определяемая по формуле:

 

.

 

6. Определяем начальную скорость истечения воды. Начальная скорость истечения воды с первой полки определяется:

,

где ρ_в – плотность воды (кг/м³) (табл. П.5.1 приложения 5).

 

7. Определяем среднюю скорость истечения воды. Средняя скорость истечения воды с полки:

 

где Н – расстояние между полками и определяется, как:

 

                                  Н = 0,35·d_к = 0,35·0,6 = 0,21 м.

8. Определяем эквивалентный диаметр струи. Эквивалентный диаметр струи рассчитывается:

 

 

где           м.

 

 

 

 

 

9. Определяем температуру воды, уходящую с первой полки. Температуру воды, уходящую с первой полки, t_в.1, находим из уравнения:

 

=

=

=

 

ºС.

 

10. Определяем число необходимых ступеней конденсации. Число необходимых ступеней конденсации рассчитываем по формуле:

.

 Число полок в конденсаторе принимаем на   единицу больше, т.е. 22.

 

11. Определяем внутренний диаметр барометрической трубы. Внутренний диаметр барометрической трубы определяем по формуле:

,

где ω_б.в. – принимаемая скорость воды в барометрической трубе (м/с),

ω_б.в.= 0,3÷0,5 м/с.

 

12. Определяем высоту барометрической трубы:

 

где  P_разр – разряжение в конденсаторе (P_разр = Р_атм – Р_конд), кПа,

Р_атм – атмосферное давление, кПа;

Σξ – сумма коэффициентов сопротивления местных потерь напора (принимается 1,5);

λ – коэффициент  сопротивления трению на прямом участке  трубы (для технически шероховатых  труб принимаем 0,02 ¸ 0,04);

Н_о – ориентировочная высота   барометрической трубы (принимается 10 м);

d_б – внутренний диаметр барометрической трубы, м.

 

 

 

С учетом погружения на 1 м в сборник воды,  принимаем высоту барометрической трубы 10,3 м.

 

13. Определяем количество воздуха. Количество воздуха, откачиваемого из конденсатора вакуум-насосом  определяем по эмпирической формуле:

 

 

14. Определяем температуру воздуха. Температуру воздуха определяем по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Определяем парциальное давление воздуха в конденсаторе. Согласно табл. П.7.1 и П.9.1 соответственно приложений 7 и 9, или применив диаграмму Рамзина,  приложение 8, при температуре воздуха 22,6ºС   парциальное   давление водяного пара в воздухе Р_парц = 2741,7 Па, тогда парциальное давление воздуха в конденсаторе:

 

Р_возд = Р_конд – Р_парц = 15000 – 2741,7= 17543,1 Па.

 

16. Определяем объем воздуха, откачиваемого насосом:

 

 

2. Расчет сушильной установки

 

Задача :  рассчитать трехзонную туннельную  сушилку    для мармелада. Производительность по готовому продукту G_к = 800 кг/ч.   Удельная теплоемкость абсолютно сухого  вещества    в мармеладе с_с.м.= 1,672 кДж/кг К. Влажность мармелада (на общую массу) начальная W_н= 32 %, конечная W_к = 23 %. Длительность сушки 6 часов. Сушка производится на стальных вагонетках, перемещающихся в подвешенном состоянии. На каждой из них помещается 21 решет с материалом.  Масса решета 0,41 кг,  масса вагонетки 22 кг.  Длина вагонетки 1,2  м, высота – 1,2  м, ширина – 0,8 м.

Вместимость решета по высушенному материалу – 4,6 кг. В сушилке осуществляется переменный режим сушки по зонам. В каждой зоне происходит возврат части отработавшего воздуха и имеется самостоятельная калориферно-вентиляционная система. Температура свежего воздуха  t_св = 15 ^оС,  влажность, 50 %,    температура   в цехе t_ц = 18 ^оС. Остальные необходимые для выполнения расчетов параметры даны в табл.  П.2.1 – П.2.5 приложения 2, а также табл 2.1. и 2.2.

Схема трехзонной сушилки представлена на рис. 9.

1. Определение расхода испаренной влаги и продукта. Расход испаренной влаги по всей установке (U, кг/с):

 

,

где G_н и G_к – массовые расходы высушиваемого продукта до (в начале) и после (в конце) сушки, кг/ч (производительность сушилки):

 

 

где W_н и W_к – влажность продукта до и после сушки.

 

Рис. 9. Схема каналов в трехзонной сушильной установке

 

Таблица 2.1

Распределение влажности продукта по зонам сушки 

 

Вид продукции	Параметр	Зоны сушилки
		1	2	3
Мармелад	Влажность  W1 на входе	32	28,5	24
	Влажность  W2 на выходе	28,5	24	23
	Длительность  сушки, t, ч	1,5	3	1,5

Расход испаренной влаги в первой зоне сушки:

  кг/ч

где W_н1 и W_к1 – влажность продукта на входе и выходе зоны 1 (задана в табл.2.1 и табл. П.2.4 приложения 2).

Расход продукта на выходе из первой зоны :

кг/ч.

Расход продукта на входе во вторую зону:

G_н2=G_к1=861,54 кг/ч.

 

Расход испаренной влаги во второй зоне:

 

кг/ч.

Таблица 2.2.

Распределение параметров воздуха  по зонам сушки

Вид продукции	Параметр	Значения параметров воздуха по зонам
		1		2		3
		вход tН1	выход tК1	вход tН2	выход tК1	вход tН3	выход tК1
Мармелад	Температура, оС	66	55	72	63	75	68
	Относительная влажность воздуха, j, %	–	30	–	26	–	10
	Удельный расход теплоты в окружающую среду на 1 кг испаряемой влаги,q о.с.  кДж/кг	–	320	–	600	–	960

 

Расход продукта на выходе из второй зоны :

кг/ч.

Расход продукта на входе в третью зону:

G_н3=G_к2=810,53 кг/ч.

Расход испаренной влаги в третьей зоне:

кг/ч.

Расход продукта на выходе из третьей зоны:

кг/ч.

 

Проверка  по общему расходу влаги:

 

 

2. Определяем габаритные размеры  сушильной камеры по зонам. Определение габаритных размеров сушильной камеры зависит от производительности и длительности сушки.

 

Вначале определяем вместимость зон по высушиваемому  материалу:

_,

где  N – число туннелей в зоне (петель–проходов одной вагонетки по зоне);

τ – длительность сушки, ч (по зонам, задано).

Для 1 зоны. Принимаем N₁ = 1, тогда вместимость:

 кг.

Для 2 зоны. Принимаем N₂ = 2 (так как вагонетка в зоне делает две петли) и вместимость равна:

 кг.

Для 3 зоны. Принимаем N₃ = 1 и вместимость третьей зоны:

 кг.

3. Определяем число вагонеток  в зонах. Число вагонеток (n), находящихся в зонах сушки вычисляют по формуле:

 

где  q_г – вместимость вагонетки по высушенному материалу:

кг;

q – масса сухого продукта на решете (из условия задачи);

n_р – число решет на вагонетке (из условия задачи).

 

Число вагонеток в первой зоне сушилки:

 

 

 

Число вагонеток во второй зоне сушилки:

 

Число вагонеток в третьей зоне:

 

4. Определяем длину  туннеля. Длина туннеля каждой зоны определяется по формуле:

где    l – длина вагонетки, м;

l₀ – дополнительная длина туннеля, необходимая для образования зазоров между вагонетками и между вагонеткой и дверями:

м

Длина туннеля первой зоны:  м

Длина туннеля второй зоны: м

Длина туннеля третьей зоны: м.

Длину сушильной  камеры для размещения каналов всех зон подбирается по максимальному значению, т.е. 18,6 м.

 

5. Определяем ширину туннелей. Ширину туннелей зон сушки можно определить по формуле:

 

где   b – ширина вагонетки, м;

b₀ – зазоры между вагонетками и боковыми стенками туннеля,   принимается b₀ = (0,04...0,07), м;

Выбираем  b₀ = 0,06 м.

Для первой и третьей зоны:  

Для второй зоны, имеющей две петли движения:

 

Ширина  сушильной камеры для размещения каналов всех зон 

 

 

 

6. Определяем высоту туннеля. Высота туннеля находится по формуле :

где h – высота вагонетки, м;

h₀ – зазор между вагонеткой и потолком туннеля (определяется конструктивными особенностями туннеля). Примем h_o = 0,07 м.

Для всех зон сушки высота туннеля будет:

 

7. Определяем удельный расход  теплоты на нагревание материала, предварительно, находим полный расход теплоты на нагревание материала в сушильной камере Q_м, кДж/ч:

 

где  G_к – расход высушиваемого материала на выходе из сушилки по каждой зоне, кг;

c – удельная теплоемкость высушиваемого материала в соответствующей зоне сушки, кДж/кг×К;

t _км, t_нм – температуры высушиваемого продукта на входе в зону сушки (для первой зоны – температура цеха) и на выходе из нее.

 

а). Находим теплоемкость материала  для каждой зоны:

 

где c_в – удельная теплоемкость воды, c_в =4,18 кДж/(кг×К);

c_{сух.вещ.} – удельная теплоемкость сухого вещества материала (из условия задачи);

W_К – влажность продукта после сушки, %.

б) Находим, предварительно, теплоемкости материала по зонам сушки,  кДж/(кг×К):

 

 

для 1-й  зоны:

 

для 2-й  зоны:

 

для 3-й  зоны:

 

в) Находим температуру материала  на выходе из каждой зоны сушилки, ^оС. Допускаем, что при перекрестном движении материала и воздуха температура на (2…3) ^оС ниже средней температуры воздуха в зоне. Примем эту потерю Dt равной Dt₁ = 3 °С; Dt₂ = 2,5 °С; Dt₃ = 2 ^oC.  

Тогда для 1-й зоны:

;

для 2-й  зоны:

;

 

для 3-й  зоны:

;

 

где   t_Н – температура воздуха выходящего из калорифера в соответствующей зоне;

t_К – температура воздуха в конце зоны перед калорифером последующей зоны.

г) Находим температуру материала  на входе в зону сушки:

– для 1-й  зоны:    °С;

– для 2-й  зоны:    °С;

– для 3-й  зоны:    °С.

д) Находим расход теплоты на нагревание высушиваемого материала: для 1-й зоны: