Курсовая работа (т): Сушильна установка для виробництва сухого знежиреного молока

Кількість повітря знаходимо за формулою:

,

де W - кількість випареної вологи в сушильній башті;_2,d₀ - вологовміст повітря, що виходить з сушильної башти і, що входить в неї, г вологи на 1кг сухого повітря.

Для знаходження ентальпії і вологовмісту повітря необхідно побудувати процес сушки в І-d діаграмі, для чого спочатку знаходимо два основних параметра повітря, яке забирається для сушки.

По температурі та відносній вологості знаходимо точку, що характеризує основні параметри повітря перед забором його в калорифер сушильної установки. При температурі сухого термометра 20 і мокрого 16^оС, при перетині цих двох ліній отримаємо точку А, по якій знаходимо відносну вологість повітря φ=60%, вологовміст d₀=6,5г/кг сухого повітря і ентальпію І_а=32^..10³Дж/кг. Далі повітря надходить в калорифер, де нагрівається при постійному вологовмісті до 190^оС. В результаті перетину ліній d₀=6,5г/кгсухого повітря з ізотермою t=190^оС отримаємо точку В, що характеризує параметри повітря на виході з калориферу і вході в сушильну камеру (d₁=6,5г/кг сухого повітря, І=211 10³Дж/кг).

При теоретичному процесі сушки повітря, що поступає в сушильну башту, віддає тепло на випаровування вологи з матеріалу і приймає його назад разом з випареною вологою, тому в процесі сушки ентальпія повітря залишається незмінною.

Знаючи кінцеву температуру повітря, що виходить з сушильної башти можна отримати на перетині ліній І=211 10³Дж/кг сухого повітря і ліній t_кін=90^оС точку С, характеризуючи параметри повітря на виході з сушки (d₁=6,5г/кг сухого повітря, І=211 10³Дж/кг).

Таким чином, отримані основні дані для знаходження теоретичної витрати повітря і теплоти на нагрівання повітря.

Кількість повітря для сушіння: кг

Кількість теплоти, затраченої на сушку:

кДж

Витрати на нагрівання повітря розраховуємо за формулою:

,

де і_н, і_к - ентальпії гріючої пари і конденсату Дж/кг,

η - ККД калорифера (η=0,95).

Ентальпію пара знаходимо за його температурою і_н=2475,5 кДж/кг. За температурою конденсату t_к=146^оС і за його теплоємкістю с_к=4,2кДж/кг знаходимо ентальпію конденсату.

і_кон=146^.4200=613200Дж/кг

Тоді витрати пари: кг/год

Термічний коефіцієнт розпилювальної сушки знаходимо за формулою:

;

де t, t_к, t_с - відповідно температура повітря, що входить і виходить, а також температура повітря, яке надходить в калорифер, ^оС

Важливими показниками процесу сушки є кількість вологи, що вилучається з продукту В_вид і розраховується за формулою:

В_вид=В_і-В_р;

де В_і - початкова вологість, % В_і =55%;

В_р - рівноважна вологість сухого молока.

,

де В_р - рівноважна вологість, %;

φ - відносна вологість повітря, %;- температура повітря, ^оС.

В_вид=55-1,05=53,9%.

2.1    Будова та принцип дії скрубера Вентурі

Скрубер Вентурі відноситься до турбулентних газопромивачів і застосовується для очищення газів і мікронного та субмікронного пилу. Принцип дії цього апарата ґрунтується на інтенсивному подрібленні газовим потоком, що рухається з великою швидкістю (60-150 м/с), зрошувальною рідиною.

Скрубер (рис 2) складається з двох основних частин: нормалізованої труби Вентурі, яка має плавне звуження на вході (конфузор) 3, та краплевідділювача 4 (це може бути простий циклон). Звужена частина труби Вентурі отримала назву горловина 2. Очищене повітря

Рис 2 Скрубер Вентурі

Для зрошування повітря в скрубері Вентурі застосовують знежирене молоко, що подається з приймального баку для знежиреного молока 5 насосом 6. Приймальний танк встановлений на дільниці згущення. Знежирене молоко потрапляє в приймальний танк з сепаратора-вершковідділювача. Крім того в баку збирається молоко, яке використовувалось в скрубері для зрошення повітря і відділене від нього в краплевідділювачі, з краплевідділювача в приймальний бак воно потрапляє по трубопроводу.

Рідина вводиться в трубу Вентурі струями або краплинами, завдяки великій швидкості газового потоку в горловині подрібнюється на найменші краплі (10…50мкм) з великою сумарною площею поверхні. Велика швидкість, крім того турбулізує потік. Ці фактори збільшують ймовірність співударів рідких і твердих частин в запиленому повітрі.

Тому процес очищення в такому апараті можна розглядати, як коагуляційний процес.

сушильна установка скрубер вентурі

2.2    Розрахунок насоса для подачі знежиреного молока в трубу Вентурі

Вихідні дані:

годинна витрата знежиреного молока для двох

працюючих скруберів                      Q=21,68м³/год

надлишковий тиск в горловині, утворений

насосом                                             Р_н=Н_н=0,03-0,1МПа= 3^-10мм. рт. ст.

абсолютний тиск знежиреного молока в

горловині                                          Р_аб=Р_ам+Р=0,13+0,2МПа

діаметр трубопроводу                     d=25мм

подача рідини на рівень 5м від рівня встановлення насоса

Знаходимо повний напір насоса:

Втрати напору Н_н знаходимо за формулою:

Н=Н_ур+Н_н+Н_втрат

де υ_р - швидкість руху рідини в трубопроводі, м/с;

λ - коефіцієнт опору тертя по довжині трубопровода;

ξ_і - коефіцієнт місцевих опорів;- довжина трубопровода, l=20м.

Швидкість руху рідини, знаходимо за формулою:

м/с

Знаходимо коефіцієнт λ, для ламінарного руху

для турбулентного руху

Для знаходження руху рідини знаходимо критерій Рейнольда:

,

де а - кінематична в’язкість рідини, м²/с;

для знежиреного молока а=26^.10^-6 м²/с.

Тоді , при =5894 режим руху рідини ламінарний, тому

Знаходимо коефіцієнт місцевих опорів ξ_і:

де А=130, ξ_кв=0,2, тоді ,

трійник А=130, ξ_кв=0,3, тоді ,

різкі звуження потоку:

,

де F₁ - площа поперечного перерізу трубопровода;₂ - сумарна площа перерізу всіх сопел;

м²,

,

де п=16 число сопел одного скрубера,_с=3мм, діаметр сопла

Тоді м²,

коефіцієнт

Знаходимо втрати напору Н_н:

Тоді повний напір насоса дорівнює:

Н=5+18,5+10=33,5м

По продуктивності Q=11м³/год і повному напору А=33,5м вибираємо насос 2К-6 з електродвигуном. Продуктивність, м³/год - 10…30.

напір, м - 24…34,5

потужність електродвигуна, кВт - 4,5

число обертів вала, с^-1 - 2900.

2.3    Підбір вентиляторів

Продуктивність одного скрубера дорівнює Q=5420м³/год повітря, або Q=1,5м³/год. За довідником [24] підбираємо два вентилятора марки ВЦП-5. Вентилятори такого типу середнього тиску. Вони призначенні для переміщення повітря температурою не більше 180⁰С, що містить тверді домішки в кількості не більше 150мг/м³.

Вентилятори такого типу застосовуються в сухих сушках з невеликою продуктивністю.

Технічна характеристика вентилятора ВЦП-5.

Продуктивність, м³/с                                                              1,67

Частота обертання, хв.^-1                                                         1800

Потужність електродвигуна, кВт                                          4,5

Маса, кг                                                                                  230

Знаходимо тиск вентилятора за формулою:

; ;

де N - потужність вентилятора;

η - ККД вентилятора.

Тоді  кПа

Тиск вентилятора: Р=Р_ст+Р_дин

де Р_ст - статичний тиск вентилятора;

Р_дин - динамічний тиск вентилятора.

Статичний тиск

Р_ст=Р_вак+Р_магн

де Р_вак - тиск вентилятора для створення вакуума в сушильній башті, Р_вак=100Па;

Р_магн - тиск для забезпечення руху повітря по повітреходу.

Динамічний тиск знаходимо за формулою:

;

де ρ - густина повітря на вході у вентилятор, ρ=0,996кг/м³;

с - швидкість повітря у вихідному патрубку с=17м/с;

Па;

Таким чином Р_магн=Р-Р_дин-Р_вак=1550-144-100=1306Па

Цей тиск повинен забезпечувати рух повітря через скрубер Вентурі і по повітреходу.

2.4    Аналіз процесу уловлення пилу в скрубері Вентурі

В основі осідання частин лежить кінематична коагуляція, виникаюча за рахунок різниці швидкості рідини та газу. Краплини рідини не можуть відразу набути тієї швидкості руху (60-150м/с), з якою повітря рухається в горловині труби Вентурі. Тому проходить інтенсивна кінематична коагуляція.

Дякуючи великій швидкості газів проходить інтенсивне подрібнення

рідини, внаслідок чого збільшується площа контакту його крапель з частинками пилу. Число крапель рідини після її розпилення в трубі Вентурі повинна бути приблизно такого ж порядку, як і частинок в повітрі.

Об’ємно-поверхневий діаметр крапель знаходимо приблизно за формулою Нукіяна та Галалова:

,

де υ_а - відносна швидкість газів відносно швидкості рідини, м/с;

σ - поверхневий натяг на межі розділення фаз газо рідини, Н/м;

μ_р - динамічна в’язкість рідини, кг/мс;

ν_р,ν_г, - об’ємні витрати, відповідно рідини та газу, м³/с.

2.5    Розрахунок скрубера Вентурі

Розрахунок параметрів нормалізованої труби.

Рис 3 Нормалізована труба Вентурі

- конфузор

- горловина

- дифузор

У нормалізованій трубі Вентурі підібрано геометричні співвідношення, що забезпечують мінімальні «шкідливі» гідравлічні втрати при русі по ній газового потоку. Довжина конфузора λ, знаходиться за формулою:

,

де D₁ - вхідний діаметр конфузора, м_г - діаметр горловини труби Вентурі, м

α₁ - кут звуження конфузора, α₁=28^о

Вхідний діаметр конфузора D₁ приймаємо рівним діаметру підвідного газоходу, D₁=300мм.

Діаметр горловини знаходимо за формулою:

,

_г - об’ємна витрата повітря при робочих параметрах горловини, м³/с.;

υ_г - швидкість повітря в горловині, Н/с.

Так як ми встановлюємо два скрубера Вентурі, то об’ємна витрата повітря, для одного скрубера:

Швидкість повітря в горловині приймаємо 90,0м/с

Тоді діаметр горловини буде дорівнювати:

м;

приймаємо D_г=200мм

Довжина конфузора м

Так як зрошення труби Вентурі периферійне, то довжину горловини λ₂ конструктивно приймаємо 100мм.

Довжину дифузора λ₃ знаходимо за формулою:

,

₂ - діаметр вихідного перерізу дифузора.

Приймаємо D₂ =D₁=300мм

α₂ - кут розкриття дифузора, α₂=7⁰

Тоді м,

приймаємо λ₃ =0,82м

Такі геометричні параметри забезпечують мінімальні гідравлічні втрати при русі повітряного потоку, так як виключають відрив потоку від стін горловини та дифузору.

2.6   
Розрахунок вала на міцність

Розраховуємо вал розпилювача

Складаємо розрахункову схему вала у відповідності із конструкцією, що показана на розрахунковій схемі.

Знаходимо силу, діючу на вал від потягу паса:

Н

Будуємо епюру згинальних моментів, діючих на вал. Для цього знаходимо опорні реакції з відношень:

∑М_с=0; -R_в=600+ F^.705=0

Н;

∑М_в=0; F^.105-R_С^.600=0

Н.

Перевіримо знайдені реакції:-R_в+R_с=0

Реакції знайдено вірно

Знаходимо значення згинаючих моментів

І: 0≤ Х≤0,105

М_{згин (Х=0)}=0

М_{згин (Х=0,105)}= F^.0,105^.371^.0,105=38,9Нм

,105≤ Х≤0,705

М_{згин (Х=0,105)}= F^.0,105=38,9Нм

М_{згин (Х=0,705)}= F^.0,705-R_в^.0,6=371^.0,705-435^.0,6=0

Будуємо епюру крутних моментів.

Значення крутного моменту буде постійним:

М_к=Т=10,2Нм

Момент передається від середини шківа до другого підшипника.

Знайдемо розрахунковий коефіцієнт запасу міцності для перерізу І-І, в якому спостерігається максимальний згинаючий момент і порівнюємо його з допустимим значенням [9], який приймають:

[S]= 1,3…2,,

де S_σ, S_τ - коефіцієнт запасу міцності по нормальним та дотичним напруженням, що знаходиться за формулами:

;

,