Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилёвский государственный университет продовольствия»

Расчётно-графическая работа

По дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

Руководитель

Левьюк Л.Н.

Выполнил

Шкленский А.М.

Могилёв 2020



Содержание

Введение

1. Технические описания

1.1 Описание принципа работы технологической схемы

1.2 Описание принципа работы оборудования, входящего в состав установки

2. Технические расчёты

2.1 Расчёт материального баланса процесса сушки

2.2 Расчёт удельных расходов тепла и воздуха

2.3 Расчёт внутреннего теплового баланса сушилки

2.4 Конструктивный расчёт сушилки

2.5 Расчёт калориферной батареи, циклона и скруббера

2.6 Гидравлический расчёт линии подачи воздуха и подбор вентилятора (согласно разработанной технологической схеме)

Список использованных источников



Введение

Мясокостная мука - это продукт, получаемый из отходов мясоперерабатывающей промышленности и туш павших животных (кроме павших от заразных болезней).

Производство мясокостной и костной муки включает несколько этапов: отваривание сырья, дробление, просеивание через сито и удаление металлических примесей с помощью магнитных сепараторов, обработка антиокислителями для предотвращения порчи жира. Готовый продукт представляет собой порошок коричневого цвета, с запахом без затхлости или гнилостности, однородного состава без комков и крупных (более 12 мм) гранул.

Состав мясокостной муки: белок -- 30-50 %, жиры -- 13-20 %, зола -- 26-38 %, вода -- не более 7 %, аденозинтрифосфорная и глутоминовая кислоты, карнитин, желчные кислоты, сератонин, тироксин и т. д. Мясо-костная мука отличается от мясной большим содержанием кальция. Это связано с тем, что мясокостную муку изготавливают из сырья, в состав которого входит больше костей. Тем не менее, данный продукт является ценной высокобелковой кормовой добавкой. Кормовая мясо-костная мука характеризуется высоким содержанием незаменимых аминокислот. Она является хорошим источником кальция, фосфора, натрия.

Она используется как витаминно-минеральная добавка при кормлении крупного и мелкого рогатого скота, а также свиней и птицы. Это очень ценный продукт, содержащий много белка. Применение мясокостной муки обогащает рационы животных необходимыми биологически активными веществами, позволяет удешевить процесс выращивания сельскохозяйственных животных и повысить качество конечного продукта.

При кормлении скота и птицы мясо-костная мука добавляется в мешанки или концентрированные корма, при этом термическая обработка корма после добавления муки не допускается. Примерные оптимальные нормы включения мясокостной муки для кур -- 7 % от общего количества зерновых, для свиней -- 5-15 % от общей массы кормов, для крупного и мелкого рогатого скота -- 10-100 г на голову в сутки. В небольших количествах -- 5-10 % от общего количества кормов -- этот продукт дают уткам, гусям, кроликам, цесаркам, индюшкам и т. д.

Мясокостной мукой в рационах собак частично заменяют мясо, скармливая взрослым собакам в составе рациона не более 100 г в сутки. К этому корму собак приучают постепенно, скармливая ее в смеси с другими кормами и не более двух раз в неделю. Полезнее всего этот корм прибавлять понемногу в суп, особенно молодняку, щенным и кормящим сукам. При этом мясокостная мука повышает содержание минеральных элементов, особенно кальция и фосфора, в организме собаки.

Кормовая мука животного происхождения -- мясная, костная, мясокостная -- содержит большое количество белка и жира и поэтому требует правильного хранения. Основные правила -- хранить в сухом проветриваемом помещении без попадания прямых солнечных лучей и не допускать повышения температуры воздуха выше +30 градусов. Испорченная или просроченная мука будет не только бесполезной, но может принести вред здоровью животных и птиц.



1. Технические описания

1.1 Описание принципа работы технологической схемы

Барабанную сушилку используют для сушки материалов с мелкой фракцией при помощи топочных газов или горячих воздушных потоков. Непрерывное воздействие вращения, ворошения и горячего воздуха позволяют быстро и равномерно испарить влагу из большого объема сырья

Исходный продукт - мясокостная мука с влажностью uн=56% подается из бункера Б1 в барабан сушильной установки и высушивается потоком нагретого воздуха. Нагретый воздух нагнетается центробежным вентилятором BЦ и далее нагревается в паровом калорифере КП до температуры t2 = 127°С. На входе в калориферную батарею воздух имеет температуру t1 = 20,6 °С и влагосодержание x=0,00922 кг/кг.

Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара. После прохождения через сушильную камеру отработанный воздух с температурой t3 = 45 °С, поступает на очистку от мелких частиц в циклон-пылеуловитель ЦП. Из циклона-пылеуловителя воздух поступает в скруббер, в котором вода, распыляемая форсунками, осаждает другие мелкие частицы пыли и прочие газовые примеси.

Отработанная вода из скруббера поступает в отстойник От, где очищается от всех загрязнений. Далее очищенная вода нагнетается центробежным насосом НЦ обратно в сруббер,, т.е. вода рециклизируется.

Сухой продукт с влажностью ик = 6% из нижней части сушильного барабана поступает в бункер Б2.

1.2 Описание принципа работы оборудования, входящего в состав установки

Барабан (рисунок 1) - это горизонтально установленный цилиндр из листовой стали толщиной до 2 см. В диаметре он может насчитывать 1 до 3 метров. Длина цилиндра - от 6 метров. Устройство часто устанавливается с уклоном 3-5% на опорные ролики.

Вращение барабана осуществляется при помощи закрепленной в середине камеру венцовой шестерни, которая соединяется с ведущей шестерней и приводом. За минуту устройство проделывает до 8 полных оборотов. Внутри различные по конструкции барабаны могут иметь рельеф, мешалки, выступы, которые помогают ворошить сырье, разбивать слежавшиеся комки, продвигать их вперед к разгрузочному люку.

Итак, влажный материал загружается в барабан и начинают под наклоном перемещаться по стенкам вниз по направлению к разгрузочному отсеку. Внутренние лопасти и рельефы барабана разбивают слежавшиеся комки сырья. Из топочной камеры или из теплогенератора внутрь цилиндра нагнетается нагретая газо-воздушная смесь. Она обдает материал и нагревает его. Влага из материала непрерывно испаряется. Просушенный материал выгружается через люк. Газы на выходе из барабана направляются в систему очистки [1].

Рисунок 1 - устройство сушильного барабана

Принцип работы калорифера КФС-5 (рисунок 2) следующий. Теплопередающие элементы калориферов, как правило, представляют собой стальные трубы, снабжённые оребрённой наружной поверхностью. Это помогает увеличить площадь, а соответственно и эффективность теплоотдачи. По оребрённым трубам внутри проходит охлаждающий или нагревающий теплоноситель, а снаружи - потоки воздуха, нагреваемого или охлаждаемого при контакте с трубами. Принцип действия такой схемы основан на том, что теплоноситель, как правило, имеет больший коэффициент теплоотдачи по отношению к воздушным потокам. Рёберная структура калорифера представляет собой насаженные на трубки металлические пластины, либо навитую в видена трубки ленту или тонкую проволоку [2].

Принцип действия простейшего циклона ЦН-15 (рисунок 3) таков: поток запылённого газа вводится в аппарат через входной патрубок тангенциально в верхней части. В аппарате формируется вращающийся поток газа, направленный вниз, к конической части аппарата. Вследствие силы инерции (центробежной силы) частицы пыли выносятся из потока и оседают на стенках аппарата, затем захватываются вторичным потоком и попадают в нижнюю часть, через выпускное отверстие в бункер для сбора пыли (на рисунке не показан). Очищенный от пыли газовый поток затем двигается снизу вверх и выводится из циклона через соосную выхлопную трубу [3].

Скрубберы - аппараты различной конструкции для промывки жидкостями газов с целью их очистки и для извлечения одного или нескольких компонентов, а также барабанные машины для промывки полезных ископаемых.

Полый скруббер (рисунок 4) функционирует следующим образом: Газ поступает на очистку, подается по наклонному газоходу в нижнюю часть скруббера и поднимается по корпусу вверх. В верхней части скруббера расположены 3 яруса орошения, состоящие из центробежных форсунок. Известково-водная суспензия (водный раствор CaCO3), который подается под давлением, распыляется. Образующиеся капли водного раствора CaCO3 падают под действием силы тяжести навстречу загрязненному газу. Улавливания частиц пыли каплями воды происходит под действием инерционного и диффузионного механизма, гидродинамических и электростатических сил и турбулентной диффузии [4].

Рисунок 2 - габаритные и присоединительные размеры калориферов серии КФС

Рассмотрим принцип работы центробежного насоса. Внутри корпуса насоса, который имеет, как правило, улиткообразную спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо. На обеих концах вала располагаются подшипники, в зависимости от типа насоса они могут быть разных типов. Подшипники с помощью специальных фиксаторов крепятся к корпусу насоса и обеспечивают вращение колеса. Рядом с одним из подшипников располагается полумуфута, которая обеспечивает передачу вращательного движения от электрического двигателя. Полумуфта на валу насоса и полумуфта на валу электродвигателя соединяются с помощью специальных болтов, которые в простанародии называют "пальцами". Обе полумуфты одинаковых диаметров и вытачиваются токарем за один подход насаженными на один вал. Делается это для достижения идеальной центровки между электрическим двигателем и насосом, в противном случае будет присутствовать биение и быстрый износ подшипников и рабочего колеса.

Рисунок 3 - чертёж циклона ЦН-15

Если корпус насоса полностью наполнен жидкостью, то при придании вращения рабочему колесу (например, при помощи электродвигателя) жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. Это приведёт к тому, что в центральной части колеса создастся разрежение, а на периферии повысится давление. При повышении давления жидкость из насоса поступает в напорный трубопровод. Вследствие этого на выходе всасывающего патрубка насоса образуется разрежение, под действием которого жидкость поступает в насос из всасывающего трубопровода. Таким образом, происходит непрерывная подача жидкости центробежным насосом из всасывающего в напорный трубопровод [5].

Рисунок 4 - принцип работы скруббера

Рисунок 5 - устройство центробежного насоса



2. Технические расчёты

2.1 Расчёт материального баланса процесса сушки

Рассчитаем количество влаги, удаляемой в процессе сушки из продукта:

,

где W - количество удаляемой влаги;

ин - начальная влажность продукта;

ик - конечная влажность продукта;

Gк - производительность сушилки по готовому продукту.

кг/с

Энтальпия воздуха до калорифера:

где cв - средняя удельная теплоёмкость сухого воздуха (принимаем 1,01 кДж/(кг•К) [6, с. 424]);

сп - средняя удельная теплоёмкость водяного пара (принимаем 1,97 кДж/(кг•К) [6, с. 424]);

t1 - температура воздуха [6, таблица XL];

r0 - удельная теплота парообразования воды при 0 ?С (принимаем 2493 кДж/кг [6, с. 424]);

х1 - влагосодержание воздуха до входа в калорифер, кг пара/кг сухого воздуха.

Рассчитаем влагосодержание воздуха до входа в калорифер:

,

где 0,622 - отношение мольных масс водяного пара и воздуха [6, с. 423];

ц - относительная влажность воздуха;

PH1 - давление насыщенного водяного пара [6, таблица LVI];

П - общее давление парогазовой смеси.

кг/кг.

Дж/кг

Энтальпия воздуха после калорифера:

,

С учётом условия x1 = x2, формула для расчёта I2 примет вид:

Дж/кг

Рассчитаем влагосодержание воздуха после сушилки x3:

С учётом условия I2 = I3, формула для расчёта x3 примет вид:



кг/кг

2.2 Расчёт удельных расходов тепла и воздуха

Найдём расход сухого воздуха в сушилке:

кг/с.

Расход теплоты в калорифере:

,

Вт.

Расход теплоты в теоритической сушилке:

Вт.

Расход теплоты в действительной сушилке:

,

Вт.



2.3 Расчёт внутреннего теплового баланса сушилки

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

где Д - разность между удельным приходом и расходом тепла в сушильной камере, Вт;

c - теплоёмкость влаги во влажном материале, Дж/(кг•К). Принимается при температуре и1. Принимаем равной 4183;

и1 - температура влажного материала на входе в сушилку. Принимаем равной температуре окружающей среды (20,6 ?С);

qдоп - удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, Дж/кг. Принимаем равным нулю;

qт - удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, Дж/кг. Принимаем равным нулю;

qм - удельный подвод тепла в барабан с высушиваемым материалом, Дж/кг; qп - потери тепла в окружающую среду, Вт. Принимаются в пределах от 5% до 8% от полезно воспринимаемого тепла.

Рассчитаем удельный подвод тепла в барабан с высушиваемым материалом: сушка калориферный батарея скруббер

(8)

где см - теплоёмкость высушенного материала, Дж/(кг•К);

и2 - температура высушенного материала на выходе из сушилки, ?С. Принимается равной температуре мокрого термометра tм2 = 38,17 на выходе из сушилки.



Дж/кг

Рассчитаем Дбп ? разность между удельным приходом и расходом тепла без учёта потерь:

,(9)

Вт.

Рассчитаем Д ? разность между удельным приходом и расходом тепла с учётом потерь:

,(10)

Вт

2.4 Конструктивный расчёт сушилки

Общий объём барабана:

(11)

где Vc - объём сушилки, необходимый для испарения влаги, м3;
VП ? объём сушилки, необходимый для прогрева влажного материала, м3.

Объём барабана, необходимый для испарения влаги:

где K? - объёмный коэффициент массопередачи;

? средняя движущая сила массопередачи.

,(13)

где QП - расход тепла на прогрев материала до температуры tM1, кВт;

Дtcp - средняя разность температур, ?С.

K? - объёмный коэффициент массопередачи, Вт/(м3•К).

Рассчитаем другие требуемые величины для нахождения данных величин.

Коэффициент массоотдачи:

,

где сср - средняя плотность сушильного агента, кг/м3;

с - теплоёмкость сушильного агента при средней температуре в барабане (принимаем 1 кДж/(кг•К) [7, с. 298])

в - оптимальное заполнение барабана высушиваемым материалом, % (принимаем равным 14% [7, рисунок 9.3]);

Р0 - давление, при котором осуществляется сушка, Па (принимаем равным 105 Па [7, с. 298]);

Р - среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па; щ - скорость сушильного агента в барабане, м/с (принимаем равным 1,79 [7, таблица 9.1]);

п - частота вращения барабана, об/мин (принимаем равной 5 [7, c. 298]).

Среднее парциальное давление водяных паров найдём по уравнению:



,(15)

где МВ - молекулярная масса воды;

Мс.в. - молярная масса сухого воздуха;

Р0 - атмосферное давление, Па.

Среднее парциальное давление водяных паров на входе в сушилку:

Па.

Среднее парциальное давление водяных паров на выходе из сушилки:

Па.

Определим парциальное давление водяных паров в барабане:

Па.

Средняя плотность сушильного агента в барабане:

,(16)

где ?0 - молярный объём газа, 22,4 дм3/моль;

М - молярная масса газа;

T0 - стандартная температура, 273 К;

tcp - средняя температура сушильного агента в барабане, ?С.

кг/м3.

Рассчитаем объёмный коэффициент массоотдачи:

с-1.

Движущая сила массопередачи:

,(17)

где ? средняя движущая сила, Па, рассчитываемая по формуле:

,(18)

где ДРБ = - движущая сила в начале процесса сушки, Па;

ДРМ =- движущая сила в конце процесса сушки, Па;

и ? давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и в конце процесса сушки, Па.

и определяются по температуре мокрого термометра в начале (tм1) и в конце (tм2) процесса сушки. По диаграмме I-x найдём: tм1 = 39 ?С, tм2 = 38,17 ?С; при этом = 6990,252 Па, = 6618,345 Па. Тогда:

Па.

Тогда движущая сила массопередачи по формуле (11):

кг/м3.

Объём барабана, необходимый для испарения влаги (без учёта объёма на прогрев влажного материала) по формуле (7):

м3.

Расход тепла:

,(19)

где и1 - температура влажного материала, ?С (примем равной температуре окружающей среды t1 = 20,6); см - теплоёмкость высушенного материала, Дж/(кг•К); св - теплоёмкость влаги, Дж/(кг•К).

кВт.

Объёмный коэффициент массопередачи:



,(20)

Вт/(м3•К).

Средняя разность температур:

,(21)

где t1 = 127 ?С - температура воздуха на входе в сушилку;

tx = 45 ?С - температура воздуха, до которой он охлаждается, отдавая тепло материалу.

?С.

Объём сушилки на прогрев влажного материала:

м3.

Общий объём сушильного барабана:

м3.

По каталогу выберем БН 2,8 - 16НУ с диаметром барабана 2800 мм и длиной 16000 мм; частота вращения 2-6 об/мин с мощностью привода 75 кВт; длина - 16100 мм, ширина - 5250 мм, высота - 5000 мм, масса - 94500 кг [8].



2.5 Расчёт калориферной батареи, циклона и скруббера

Расчёт калорифера

Рассчитаем поверхность нагрева калориферной установки:

где Q - расход тепла на калорифер, Вт;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К);

tГ.П. - температура греющего пара, ?С;

t1 - температура окружающей среды, ?С.

Найдём K по весовой скорости. Для пластинчатых калориферов рекомендуется принимать весовую скорость ? в диапазоне 4-10 кг/(м2•с) [9]. В соответствии с этим, принимаем коэффициент теплопередачи K равным 26,3 Вт/(м2•К) [10].

м2.

Расход влажного воздуха, поступающего в калорифер:

,(23)

кг/с.

Экономическая массовая (весовая) скорость воздуха в пластинчатых калориферах КФС и КФБ обычно находится в промежутке 7-10 кг/(м2•с).

Найдём пределы живого сечения при экономической массовой скорости:



(24)

.

Исходя из fм, выберем калорифер КФС-5 с номинальной плоскостью теплопередачи FК = 20,9 м2 [10].

Расчёт циклона

Расчёт будем вести для циклона ЦН-15, данного нам по условию.

Оптимальную скорость газов в циклоне wопт примем равной 3,5 м/с [11].

Диаметр циклона:

(25)

м = 210 мм.

Действительная скорость потока в циклоне:

,(26)

где N - число циклонов.

м/с.

Коэффициент гидравлического сопротивления:



(27)

где K1 ? поправочный коэффициент, зависящий от диаметра циклона [11, таблица 3];

K2 - поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа [11, таблица 4];

R500 - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм [11, таблица 5].

Гидравлическое сопротивление:

,(28)

Па.

Эффективность очистки:

(29)

где Ф(x) - табличная функция от параметра х.

Найдём x по формуле:

(30)

где d50 - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50%, мкм;

dm50 - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50% для типового циклона, мкм.

Рассчитаем d50 по формуле:

,(31)

где D и Dт - диаметры данного и типового циклона соответственно, м;

сч и счт - плотность частиц данного и типового циклона соответственно, кг/м3;

м и мт - динамическая вязкость воздуха для данного и типового циклона соответственно, Па•с;

w и wт - действительная скорость воздуха в данном и типовом циклоне соответственно, м/с.

мм.

Рассчитаем конструкционные размеры циклона, мм:

y = k•D(32)

где y - конкретный параметр циклона;

k - коэффициент пропорциональности [12, таблица 1].

d = 0,59 • 210 = 124;

d1 = 0,35 • 210 = 73,5;

b = 0,2 • 210 = 42;

l = 0,6 • 210 = 126;

a = 0,66 • 210 = 138,6;

hТ = 1,74 • 210 = 365,4;

hb = 0,3 • 210 = 63;



Hц = 2,06 • 210 = 432,6;

Hк = 2 • 210 = 420;

hфл = 0,1 • 210 = 21;

Н = 4,56 • 210 = 957,6;

Расчёт скруббера

Рассчитаем диаметр скруббера:

,(33)

где ?0 - объем влажного газа, отнесенный к 1 кг сухого газа, м3/кг;

иг ? скорость газов в скруббере, м/с;(принимаем =3,5м/с)

Рассчитаем объем влажного газа ?0:

,(34)

где - газовая постоянная воздуха, Дж/(кг*К),(для воздуха =287Дж/(кг*К));

- абсолютная температура воздуха, К; (Т=t2+273);

- относительная влажность воздуха, %; ();

В - барометрическое давление, Па; (В = 101325Па);

Рн - давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па. По I-d - диаграмме находим, что ц = 64%, PH = 9583,21 Па.

м3/кг



Рассчитаем сопротивление скруббера ?pc:

(35)

где - коэффициент гидравлического сопротивления (=2,75);

- плотность газов при 00С;

скорость газов , м/с;();

- температура поступающих газов, 0С; (=550С).

мм.вод.ст. Па.

м.

2.6 Гидравлический расчёт линии подачи воздуха и подбор вентилятора (согласно разработанной технологической схеме)

Расчёт диаметра трубопровода

,

где щ - оптимальная скорость воздуха в трубопроводе, м/с; принимаем равной 10 м/с [7, c. 16].



м.

Принимаем диаметр трубопровода равным (У) [7, с. 17].

Подбор вентилятора

Рассчитаем критерий Рейнольдса для потока в трубе:

,(37)

где с - плотность потока воздуха, кг/м3;

w - скорость потока воздуха в трубе, м/с;

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

м - динамическая вязкость воздуха, Па•с.

.

Гидравлическое сопротивление трубопровода:

,(38)

где dвн - внешний диаметр трубопровода, м;

?ж - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

Lтр - длина трубопровода, м.

Определим коэффициенты местных сопротивлений:

1. Вход в трубу примем равным 0,5;

2. Вентиль принимаем равным 0,15;

3. Колено - 1,1;

4. Выход из трубы - 1 [7, с. 24].

Исходя из этих коэффициентов, рассчитаем ?ж :

Па.

Рассчитаем избыточное давление Дp, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления аппаратов и трубопровода:

(39)

где Дрсуш - гидравлическое сопротивление сушильного барабана, Па;

Дркалор - гидравлическое сопротивление калорифера, Па;

Дрцикл - гидравлическое сопротивление циклона, Па;

Дрскр - гидравлическое сопротивление скруббера, Па.

Па

Полезная мощность вентилятора:

,(40)

где Q - объёмный расход, м3/с.

Объёмный расход рассчитаем по формуле:



(41)

где xср - среднее влагосодержание воздуха в сушилке, кг/кг;

сс.в. - плотность сухого воздуха, кг/м3;

св.п. - плотность влажного пара, кг/м3.

Среднее влагосодержание рассчитаем по формуле:

(42) кг/кг.

Плотность влажного пара рассчитаем по формуле (12):

кг/м3.

м3/с.

Вт = 6,45956 кВт.

Мощность, которую должен развивать электродвигатель вентилятора на выходном валу:

(43)

где зв и зпер - коэффициенты полезного действия вентилятора и и передачи от электродвигателя к вентилятору соответственно. Принимаем их равными 0,6 и 1 соответственно [7, с. 24].



кВт.

Выбираем вентилятор Ц1-4030 с объёмным расходом Q = 1,120 м3/с, гидравлическим напором сgH = 2840 Па и количеством оборотов п = 46,7 с-1 [7, с. 42, таблица 9].



Список использованных источников

1 Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курс процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для вузов/ Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с., ил.

2 Дытнерский, Ю.И Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию: Уч. пос. для вузов / Ю.И. Дытнерский, Г.С. Борисов, В Брыков. -- М.: Альянс, 2015. -- 496 c.

Размещено на Allbest.ru