Контрольные вопросы

1. Какие сушильные установки применяются в молочной промышленности для сушки молока?

2. Какие бывают способы подачи воздуха в сушильные камеры?

3. Какие вы знаете схемы конструкций распылительных сушилок для молока?

4. Из каких основных частей устроена прямоточная распылительная сушильная установка фирмы «Niro Atomizer»?

5. Какое вспомогательное оборудование входит в состав сушильных установок

Лабораторная работа №15

Тема: Расчет и подбор оборудования для производства сухих молочных продуктов

Цель: Научиться проводить расчет и подбор оборудования для производства сухих молочных продуктов

Порядок выполнения работы

1. Изучить основы расчетов.

2. Решить задачу.

1 Основы расчетов

1.1 Расчет вальцовых сушилок

При расчете вальцовых сушилок определяют:

1. Производительность по испаренной влаги;

2. Рабочую поверхность нагрева вальцов;

3. Потребляемую сушилкой мощность;

4. Расход греющего пара

1 Количество влаги удаляемой при сушке определяется по формуле:

где G₁ – количество влажного продукта, поступающего на сушку, кг/ч

ω₁, ω₂ – содержание влаги в сырье и сухом продукте, %

2 Количество сухого продукта определяют:

3 Рабочую поверхность нагрева вальцов можно определить:

где Q – количество тепла потребное на нагрев сырья и выпаривание влаги, Дж/кг

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м²*ºК

Δt – разность температур между греющим паром и температурой воздуха в цехе, ºС

4 Количество тепла потребное на нагрев сырья и выпаривание влаги:

где r– скрытая теплота парообразования, Дж/кг

с – теплоемкость сырья, кДж/кг*ºК

Δt₁ – арифметическая разность между температурой пленки продукта и температурой поступающего на сушку сырья, ºС

5 Мощность, потребляемую на вращение вальцов и срезание ножами пленки

где D – диаметр вальцов, м

n – частота вращения, об/мин

p – сила, потребная для срезания пленки, кг/см (р=2 кг/см)

L – длина ножа, см

z – число вальцов

μ – коэффициент трения стали ножа о чугун вальцов (μ = 0,18)

α – угол наклона ножа к касательной вальца (α = 30 - 45º)

η_м – механический КПД (η_м = 0,8 – 0,85)

6 Расход греющего пара:

где i_в, i_п – энтальпия вторичного и греющего пара, Дж/кг

t_к – температура конденсата,ºС (на 1-2 ºС ниже температуры греющего пара)

t_{2 ,} t₁ – температура сырья, поступающего на сушку, сухого продукта, ºС

c₁, c_к – удельная теплоемкость сырья и конденсата, Дж/кг*ºК

c₂ – теплоемкость сухого продукта, Дж/ кг*ºК

η_т – тепловой КПД сушилки (η = 0,95 – 0,96)

1.2 Расчет распылительных сушилок

При расчете распылительных сушилок определяется:

1. Объем воздуха подаваемого в сушилку;

2. Количество тепла на нагрев воздуха;

3. Размер сушильной башни;

4. Потребляемую мощность на валу распылительного диска.

1 Количество испаренной влаги определяется:

где М – масса влажного продукта, кг

С₁,С₂ – содержание сухих веществ во влажном сырье и готовом продукте, %

2 Расход воздуха для сушки в теоретической сушилке:

где d₂, d₀ – влагосодержание воздуха перед калорифером и при выходе из сушилки, кг/кг сухого воздуха

В действительности расход будет больше на 10-15%, т.к. воздух тратится на материалы, транспортирующее устройство

3 Количество тепла для нагрева воздуха в паровом калорифере:

где I₀, I₁ – энтальпия воздуха до поступления в калорифер и после, Дж/кг

4 Расход пара на нагрев воздуха в паровом калорифере:

где η – тепловой КПД (η = 0,9 – 0,97)

5 Поверхность нагрева калорифера:

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/м²*ºК (11)

t_п – температура пара,ºС

t_1, t₂– начальная и конечная температура воздуха, ºС

– скорость движения воздуха в живом сечении калорифера,

6 Объем сушильной башни

где n – направление единицы объема сушки по испаренной влаги, кг/м³*ч

7 Диаметр сушильной башни

8 Потребная мощность на валу распылительного диска

где

G – производительность сушилки по исходному продукту, кг/ч

d – диаметр диска, м

9 Расход мощности при распылении форсунками

где Н – напор плунжерного насоса, Па

η – КПД насоса (η = 0,7 – 0,85)

10. Значения d₂-d₀, I₁-I₀ можно определить по диаграмме I-d влажного воздуха. (Приложение 4). Постоянные величины:

d const – вертикальные линии постоянного влагосодержания, значения находятся под осью абсцисс;

t const – линии постоянной температуры, расположена слева на право, значения находятся до 20ºС слева оси ординат, после 20ºС справа;

φ const – линия постоянной относительной влажности, в виде пучка кривых, расходящихся вверх, значения расположены между кривыми;

i const – линия постоянной удельной энтальпии воздуха, идущие наклонно вниз слева направо, значения расположены слева оси ординат и над осью абсцисс;

t_м const – линия постоянной температуры по мокрому термометру, пунктирные, идущие наклонно вниз, значения расположены между линиями;

р – линия парциального давления водного пара, прямая идущая слева направо вверх.

С помощью термометра определим температуру в цехе t₀, а психрометром относительную влажность воздуха φ₀. По двум известным величинам на пересечении их находим точку А. для определения влагосодержания воздуха в цехе, из точки А опускаем вниз перпендикуляр до пересечения с горизонтальной осью. В точке пересечения находим значение d0. Если из точки А провести линию, параллельно линиям энтальпий до пересечения с вертикальной осью, то найдем значение I₀ (энтальпия воздуха в цехе). Этот воздух направляется в калорифер. Нагрев воздуха в калорифере до температуры сушки t₁ происходит без изменения его влагосодержания. На диаграмме этот процесс можно представить вертикальной линией, проведенной из точки А до пересечения с линией, соответствующей температуре воздуха после калорифера, точку пересечения с ней обозначаем В.

Вертикальная линия АВ на диаграмме характеризует процесс нагрева воздуха в калорифере. Подогретый воздух направляется в сушилку. При теоретическом процессе сушки воздух, поступивший в сушилку, отдает свое тепло высушиваемому продукту, т.е. температура его понижается до 75-80ºС. Отдача тепла воздухом на испарение влаги в продукте сопровождается передачей тепла обратно от испаренной влаги, т.е. можно считать, что при теоретическом процессе сушки энтальпия воздуха не меняется (I₁=I₂). Из точки В проводим прямую параллельно линиям энтальпий до пересечения с температурой воздуха, выходящего из сушилки, 75-80ºС или до пересечения с известной относительной влажностью воздуха, выходящего из сушилки, φ₂. Получим точку С.

Наклонная линия ВС на диаграмме характеризует процесс, проходящий в сушилке. Если из точки С опустить вниз перпендикуляр до пересечения с горизонтальной осью, то установим энтальпия воздуха, выходящего из сушилки d₂. Практически наблюдаются потери тепла, составляющие 10-15%.

Задача

Провести расчет и определить: количество влаги, испаряемое в процессе сушки; расход воздуха для сушки; количество тепла на нагрев воздуха в калорифере; расход пара для нагрева воздуха в паровом калорифере. Данные для расчета взять из таблицы:

Показатель	Вариант
	1	2	3
Количество сгущенного молока, кг	680	850	1000
Массовая доля сухих веществ в сгущенном молоке, %	43	46	48
Массовая доля сухих веществ в сухом молоке, %	95	96	97
Температура воздуха в цехе, ºС	20	20	20
Относительная влажность в цехе, %	70	75	65
Температура сушки, ºС	165	170	175
Температура отработанного пара, ºС	70	75	80

Приложение 1. Основные физические свойства молока

t, ºC	ρ, кг/м3	с, кДж/(кг*К)	λ, Вт/(м*К)	μ*106, Па*с	ν*106, м2/с
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100	1032,6 1031,7 1030,7 1028,7 1027,3 1024,8 1023,2 1020,9 1018,8 1015,9 1014,0 1011,1 1008,7 1005,2 1003,3 1000,3 996,0 999,0 990,0 887,0	3,868 3,870 3,880 3,890 3,895 3,900 3,906 3,910 3,918 3,870 3,867 3,850 3,850 3,850 3,850 3,850 3,850 3,850 3,850 3,850	0,486 0,489 0,492 0,495 0,499 0,500 0,501 0,506 0,510 0,516 0,517 0,518 0,520 0,524 0,528 0,530 0,530 0,531 0,538 0,542	2965,6 2469,6 2097,2 1784,0 1529,0 1323,0 1196,0 1078,0 940,8 852,6 764,4 705,6 646,8 617,4 588,0 568,4 558,6 548,8 539,0 529,2	2,87 2,39 2,04 1,74 1,50 1,30 1,16 1,02 0,92 0,84 0,76 0,70 0,65 0,62 0,58 0,56 0,54 0,52 0,49 0,48

Приложение 2. Физические свойства сухого насыщенного пара

Давление, атм	Температура, ºС	Удельный объем, м3/кг	Энтальпия, кДж/кг	Скрытая теплота парообразования, кДж/кг
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0	45,45 59,67 68,68 75,42 80,86 85,45 92,99 99,09 110,79 119,62 126,79 132,88 138,19 142,92 147,20 115,11 158,08 164,17 169,61 174,53 179,04 183,20 187,08 190,71 194,13 197,36	14,95 7,795 5,323 4,069 3,301 2,783 2,125 1,725 1,180 0,902 0,732 0,617 0,534 0,471 0,421 0,382 0,321 0,278 0,245 0,219 0,199 0,181 0,166 0,154 0,144 0,134	2585,2 2610,8 2626,3 2637,6 2646,4 2653,9 2665,7 2675,3 2693,3 2705,9 2716,4 2724,8 2731,5 2737,7 2743,2 2747,8 2756,2 2762,9 2768,8 2773,8 2778,0 2781,7 2785,1 2788,0 2790,5 2793,0	2395,0 2361,1 2338,9 2321,7 2307,9 2296,1 2276,0 2260,1 2228,7 2203,5 2183,4 2165,8 2149,9 2136,1 2123,1 2123,1 2088,7 2069,0 2051,0 2034,7 2018,7 2004,1 1990,1 1977,3 1964,7 1952,5

Приложение 3. Основные физические свойства воды

t, ºC	ρ, кг/м3	с, кДж/(кг*К)	λ, Вт/(м*К)	μ*106, Па*с	ν*106, м2/с
0 5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 100	999,8 999,7 998,9 998,2 996,9 995,6 993,9 992,2 990,1 988,0 985,6 983,2 980,5 977,7 974,8 971,8 968,5 965,3 958,3	4,240 4,228 4,211 4,207 4,207 4,203 4,203 4,203 4,203 4,203 4,203 4,207 4,211 4,215 4,215 4,219 4,224 4,228 4,232	0,551 0,563 0,586 0,599 0,608 0,618 0,626 0,634 0,641 0,648 0,654 0,659 0,664 0,668 0,671 0,675 0,678 0,681 0,683	1788,5 1528,8 1127,0 999,6 896,7 800,7 715,4 652,7 602,7 548,8 504,7 470,4 436,1 405,7 377,3 355,7 347,9 314,6 282,2	1,790 1,540 1,100 1,000 0,910 0,805 0,720 0,659 0,615 0,556 0,515 0,479 0,445 0,413 0,385 0,366 0,347 0,326 0,295