34

Министерство образования Российской Федерации

Государственной образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Уфимский филиал

Кафедра: «Машины и аппараты пищевых производств»

Технологическое оборудование пищевых производств

Задания к курсовому проектированию и методические пособия для студентов-заочников специальностей:

260601 «Машины и аппараты пищевых производств»,

260204 «Технология бродильных производств и виноделие» Задание № 1. Сусловарочный и заторный аппарат

Оренбург-Уфа-2006

Рекомендовано к изданию редакционно-издательским Советом государственного образовательного учреждения

«Оренбургский государственный университет»

Рецензент:

НАУШИРВАНОВ Р.Н., ХАННАНОВ М.М.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ.

Задания к курсовому проектированию и методическое пособие.

Задание № 1. Сусловарочный и заторный аппараты.

Оренбург: ОГУ, 2006, с.

Методическое пособие предназначено для самостоятельного изучения предмета, выполнения курсового проекта и подготовки к экзаменам по дисциплине «Технологическое оборудование пищевых производств» для студентов-заочников, обучающихся по специальностям:

260601 «Машины и аппараты пищевых производств»,

260204 «Технология бродильных производств и виноделие»

ББК

Науширванов Р.Г. 2006

Ханнанов М.М.

ГОУ ОГУ 2006

Введение

В нашей республике (Башкортостан) размещены более 60 тысяч предприятий пищевой отрасли, в том числе более 800 предприятий осуществляют переработку сельскохозяйственной продукции. При этом большой удельный вес составляют предприятия бродильных производств: пива, спирта, безалкогольных напитков, дрожжей и безусловно хлебопродуктов.

В данном задании предлагается разработка и проектирование одного из аппаратов для темперирования и повышения концентрации пищевых сред, в частности, заторных и сусловарочных аппаратов, как основного технологического оборудования в производстве пива.

Приводится методика расчетов этих аппаратов, которая окажется весьма полезной для студентов при выполнении ими курсовых и дипломных проектов.

Содержание

стр.

Введение……………………………………………………………………..

1. Задание № 1. Сусловарочный и заторный аппараты……………………

1.1. Исходные данные (варианты)…………………………………………..

1.2. Прототипы аппаратов……………………………………………………

2. Методические указания к выполнению задания 1………………………

2.1. Заторные и сусловарочные аппараты…………………………………..

2.2. Основы расчета аппаратов……………………………………………….

2.2.1. Технологический расчет……………………………………………….

2.2.2. Теплотехнический расчет………………………………………………

2.2.3. Энергетический расчет…………………………………………………

2.2.4. Конструктивный расчет………………………………………………...

2.2.5. Механический расчет (расчет на прочность)………………………….

2.2.5.1. Расчет толщины стенки корпуса аппарата…………………………..

2.2.5.2. Расчет толщины стенки днищ и крышки аппарата…………………

2.2.5.3. Расчет укреплений вырезов в стенках аппаратов…………………..

2.2.5.3.1. Расчет укрепляющих колец при вырезах в цилиндрической

части корпуса………………………………………………………………….

2.2.5.3.2. Расчет сварных швов укрепляющих колец……………………….

2.2.5.4. Расчет фланцевого соединения………………………………………

2.2.5.4.1. Определение конструктивных размеров фланца…………………

2.2.5.4.2. Определение болтовой нагрузки…………………………………..

2.2.5.4.3. Расчет болтов фланцевого соединения……………………………

2.2.5.4.4. Расчет фланцев цельного типа……………………………………..

Список использованных источников…………………………………………

Приложения:

1. Свойства насыщенного водяного пара при абсолютном давлении.

Задание № 1 Сусловарочный и заторный аппарат

Рассчитать сусловарочный (заторный) аппарат с паровой рубашкой, сферическими днищем и крышкой.

Разработать конструкцию и выполнить чертеж аппарата с разрезом в двух проекциях и сборочную единицу с деталировкой при следующих исходных данных (таблица 1.1):

1. Полезная вместимость, V_п (п³);

2. Начальная концентрация сухих веществ в сусле, В_н (% масс.);

3. Конечная концентрация сухих веществ в сусле, В_к (% масс.);

4. Начальная температура сусла, t_н (⁰С);

5. Конечная температура сусла, t_к (⁰С);

6. Давление вторичного пара (абсолютное), Р_в.п. (МПа);

7. Давление греющего пара (абсолютное), Р_г.п. (МПа);

8. Цикл работы, τ_S (ч).

При расчетах принять:

1. Удельная теплоемкость сухих веществ сусла, С₀=1,42 кДж/кг⁰С.

2. Удельная теплоемкость воды, с_в=4,19 кДж/ кг⁰С.

3. Удельная тепловая нагрузка, q=63805 Вт/м².

4. Удельные потери тепла в окружающую среду q_п=5% от суммы остальных слагаемых теплового баланса.

5. Геометрические параметры (внутренний диаметр, высота цилиндрической части, высота крышки и сферического днища), тип мешалки и частоту ее вращения принять по технической характеристике прототипа аппарата.

6. Прототип аппарата выбирается в соответствии с полезной (полной) вместимостью его из таблицы 1.2.

Требуется рассчитать:

1. Поверхность теплопередачи, F (м²);

2. Расход греющего пара, Д (кг/ч);

3. Мощность привода мешалки, N (кВт);

6. Часовая производительность аппарата, (кг/ч)

G'_S=G_S/τ_S

7. Количество выпариваемой воды (W) за цикл, (кг)

W= G_S(1-В_н/В_к)

8. Часовая производительность (W') по выпариваемой воде, (кг/г)

W'=W/ τ_S

2.2.2. Теплотехнический расчет

1. Удельная теплоемкость сусла, (кДж/кг·⁰С)

2. Количество тепла, передаваемого от греющего пара к кипящему раствору, (кВт)

Q_г.п.=А[G'_S·C_S(t_к-t_н)+W'·r]/3600,

где А=(1+ ) – поправочный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду;

r – теплота парообразования, (кДж/кг), берется из таблицы свойств насыщенного водяного пара при абсолютном давлении вторичного пара Р_в.п. (МПа), (см. Приложение 1).

3. Коэффициент теплоотдачи (α_конд) при конденсации греющего пара в паровой рубашке, (Вт/м²·⁰С)

α_конд=2,04 ,

где λ – коэффициент теплопроводности конденсата, (Вт/м·⁰С);

g – плотность конденсата, (кг/м³);

µ - динамический коэффициент вязкости конденсата, (Па·с);

r – теплота парообразования (конденсации), (Дж/кг);

d – диаметр лопасти мешалки (м), определяемый из отношения (D/d) в зависимости от типа перемешивающего устройства. Например, для пропеллерной мешалки это отношение составляет D/d=3,0. Здесь D – внутренний диаметр аппарата, определяется по технической характеристике аппарата.

2. Гидродинамический критерий Рейнольдса (R_е) для механических мешалок равняется:

,

где – частота вращения мешалки, 1/с, , n – число оборотов детали, об/мин.;

d – диаметр лопасти, м;

ρ_s – плотность сусла, кг/м³;

µ_s – вязкость сусла, Па·с, ( );

g – ускорение свободного падения, м/с².

3. Для пропеллерных и лопастных мешалок установлены следующие зависимости между критерием мощности (к) и критерием Рейнольдса (R_е):

а) при ламинарном режиме (R_е<50)

к=230 R_е^-1,67

б) при турбулентном режиме (R_е>50)

к=0,845 R_е^-0,05

4. Найденную расчетом мощность необходимо увеличить, чтобы учесть влияние различных сопротивлений. Ориентировочные значения поправочных коэффициентов следующие:

гильза для термометра – 1,1;

труба для спуска затора – 1,2;

поправка на шероховатость стенок котла – 1,1.

Поэтому установленную мощность (N_уст) рекомендуется определять:

N_уст= .