Проектирование распылительной дисковой сушилки для сушки молока

Проектирование распылительной дисковой сушилки для сушки молока

Введение

В новых экономических условиях предприятия по переработке сырья животного происхождения и торговые предприятия находятся в стадии становления и совершенствования технологических процессов, что негативно отражается на качестве молочных продуктов питания.

Поэтому важным условием при производстве сухих молочных продуктов является качество сырья, соблюдение технологии их производства и условий хранения, использование надежной тары.

Консервирование сушкой широко применяют в молочной промышленности: сушат цельное и обезжиренное молоко, пахту, молочную сыворотку, смеси цельного молока с обезжиренным молоком, пахтой или сливками, без добавок или с добавками. Ассортимент сухих молочных продуктов довольно обширный: коровье цельное сухое молоко 20%-ной и 25%-ной жирности, сухое молоко «Домашнее», сухие сливки, сухие высокожирные сливки, сухие молочные продукты, сухие молочные продукты повышенной растворимости (сухое молоко «Смоленское», сухое быстрорастворимое молоко), сухие многокомпонентные смеси (сухие смеси для мороженого, для пудинга). Эти продукты получают методом распылительной сушки.

Молоко сухое цельное - сухой молочный продукт с массовой долей жира не менее 20%; изготовляемый из цельного или нормализованною молока.

Молоко сухое обезжиренное - сухой молочный продукт с массовой долей жира не более 1,5%, изготовляемый из обезжиренного молока.

При производстве всех видов сухих молочных продуктов удаление свободной воды осуществляется в две ступени - сгущением и сушкой предварительно сгущенного продукта. Сгущение выпариванием осуществляется до такой общей массовой доли сухих веществ, при которой массовая доля ККФК в воде не превышает 18…20% и продукт не утрачивает текучести (при температуре выпаривания).

Сгущенные смеси высушивают до конечной влажности, устанавливаемой в зависимости от формы связи воды с составными частями сухого вещества. Конечная влажность сухого молочного продукта, представляющая собой связанную воду, составляет не более 15% массовой доли белка в нем. На этом основано нормирование массовой доли влаги в сухих молочных продуктах, по достижении которой заканчивается процесс сушки. В конце сушки того или иного продукта должно быть обеспечено равновесие между величиной заданной массовой доли влаги в нем и относительной влажностью воздуха, окружающего его.

Сухое цельное молоко имеет следующий химический состав: СОМО - 70,9%, в том числе молочного сахара содержится 35…38, белка - 26…28, минеральных веществ - 5,8…6,2, жира - 26,1, влаги - 3, но не более 4 при герметической упаковке и не более 7% при негерметической.

1. Технологическая схема установки и ее описание

Сушка молока производится двумя методами: распылительным (воздушное) и пленочным (контактное).

При распылительном методе подготовленное нормализованное молоко пастеризуют при 90°С, а затем сгущают в вакуум-выпарных аппаратах до массовой доли в нем сухого вещества 43…52%. После этого молоко подвергают гомогенизации. Из гомогенизатора его при этой же температуре подают в форсунку или диск сушильной башни. Сухое молоко из башни шнеком подается на фасовку.

Сушилки бывают дисковые, в которых молоко поступает в диск, вращающийся с большой частотой, и форсуночные, где молоко в форсунки подается ротационным насосом под давлением. В сушильной башне молоко распыляется на мельчайшие капельки (размером 20…100 мкм), навстречу которым снизу вверх движется горячий (140…170°С) воздух из калорифера.

Частицы сухого молока, высушенные горячим воздухом, оседают на дно сушильной башни. Температура молока в зоне сушки около 60°С, благодаря чему не происходит коагуляции белка. Воздух из сушильной башни удаляется через фильтры.

Сухое молоко из сушильной башни подается пневмотрансформатором в бункер, где оно охлаждается до 15…20°С. В зависимости от растворимости, органолептической оценки и других показателей сухое молоко подразделяют на высший и I сорт. Количество нерастворимого осадка в молоке высшего сорта, полученного при распылительной сушке, должно быть не более 0,2 мл, I сорта -0,8 мл.

Фасуют сухое молоко в мелкие и крупные жестяные банки и др. При использовании сухого молока как полуфабриката его фасуют в бочки или барабаны по 20-30 кг. Герметически упакованное молоко может храниться до 8 месяцев при температуре 1…10°С и относительной влажности воздуха в хранилище не более 85%, в негерметической упаковке - только 3 месяца.

При производстве сухого молока пленочным методом сушка осуществляется на вальцовых (барабанных) сушилках.

Качество продукта, полученного этим методом, ниже, чем при распылительном способе. Поэтому на вальцовых сушилках сушат только обезжиренное молоко и пахту. Вальцовые сушилки представляют собой два барабана, расположенных один над другим на расстоянии 0,6…1 мм. Внутрь барабана под давлением поступает пар, а на поверхность вращающихся барабанов подается сгущенное молоко.

Молоко, соприкасаясь с горячей поверхностью барабанов, высыхает. Пленку сухого молока снимают ножи, плотно прилегающие к поверхности вальцов, она поступает в желоб и шнеком подается к мельнице. В мельнице пленку измельчают в порошок. Сухое молоко, полученное на барабанных сушилках, используется в хлебопекарном и других производствах.

Сухие сливки без сахара получают также, как и сухое молоко. Массовая доля влаги в них не более 4% при герметическом упаковывании и не более 7% при негерметическом, жира не менее 42%.

Сухое быстрорастворимое молоко получают на специальных установках, где частицы сухого молока отсасываются из башни, попадают в циклоны. Здесь они освобождаются от воздуха и с помощью специального устройства вновь подаются в распылительную турбину. В турбине частицы сухого молока смешиваются с каплями сгущенного молока, образуя агломераты больших размеров, которые высушиваются и превращаются в крупные быстрорастворяющиеся частицы сухого молока.

Производство сухого цельного молока происходит по следующей схеме. Сырое молоко, оцененное по качеству, учтенное по массе, очищенное и охлажденное, направляется в емкость для составления нормализованной смеси путем прибавления к нему обезжиренного молока или пахты (реже сливок).

Тепловая обработка нормализованных смесей перед выпариванием - в подогревателях (85…86С), с завершением ее подогревом острым паром до 140С, с последующим охлаждением в самоиспарителе. Нормализованная смесь, подвергнутая тепловой обработке, подсгущается в первых двух корпусах вакуум-выпарной установки и с массовой долей сухих веществ 46…50% из калоризатора третьего корпуса направляется на гомогенизацию при температуре 45…60°С в одноступенчатом аппарате и давлении 10…15 МПа, в двухступенчатом - Р1=11,5…12,5 МПа и Р2=2,5…3,0 МПа. Гомогенизация обеспечивает уменьшение свободного поверхностного жира в готовом продукте в 2…3 раза. В сушильной камере распылительной сушилки (одностадийная сушка) подсгущенная и гомогенизированная нормализованная смесь высушивается воздухом (165…180 или 140…170С, в зависимости от вида сушилки). Частицы продукта со дна камеры через вибролоток попадают в систему пневмотранспорта. Мелкие частицы продукта выводятся из камеры вместе с отработанным воздухом (65…85С) в батарею циклонов, где из него выделяются частицы порошка размером более 10 мкм. Эффективность циклонной очистки составляет 95,0…97,4%. Частицы продукта, накапливаемые в циклонах, направляются в общую пневмотранспортную линию, подающую готовый продукт в разгрузочный циклон. При подаче до разгрузочного циклона продукт охлаждается на 10…15°С ниже температуры засасываемого из цеха воздуха. Из разгрузочного циклона продукт подается в бункер-накопитель, откуда на фасование в потребительскую (пакеты с вкладышами из воздухе- и влагонепроницаемого материала) или транспортную (бумажные мешки, бочки, фанерные-барабаны с вкладышами из полиэтилена) тару. Ангидридное состояние лактозы в продукте придает ему свойство высокой гигроскопичности, поэтому при фасовании необходимо обеспечить герметичность укупоривания.

Формирование состава и свойств сухого цельного молока происходит в две ступени. На 1-й при сгущении массовая доля сухих веществ увеличивается от 11,5 до 48…50% и на 2-й, в процессе сушки, - от 48…50 до 96%. На 1-й ступени происходит увеличение кислотности от 18…20 до 70…80Т, вязкости от 2 по 120 мПа-с, плотности от 1028 до 1130…1140 кг/м³. При температуре выпаривания продукт текуч. В процессе сушки сгущенная нормализованная смесь переходит в сухое состояние, характеризующееся сыпучестью.

2. Методика проектного расчета распылительной сушильной установки

Исходные данные для расчета

1 Массовая производительность установки по

поступающему молоку                  G = 500 кг/ч.

Содержание влаги в молоке

начальное                     u₁ = 50%

конечное                       u₂ = 3%

Температура наружного воздуха                              t₀ = 15 ⁰C

Температура воздуха после калорифера                  t₁ = 150 ⁰C

Температура воздуха на выходе из сушилки           t₂ = 80 ⁰C

Относительная влажность наружного воздуха        φ₀ = 60%

Напряжение объёма сушилки по влаге                     A = 3,0 кг/м³· ч

3. Материальный расчёт

Массовый расход удалённой влаги (W)

кг/с

Производительность сушилки по сухому молоку (G₂)

кг/с

Проверка по расходу удалённой влаги (W)

кг/с

кг/с

Используя I - х - диаграмму Рамзина для влажного воздуха, определяем начальное (х₀) и конечное (х₂) влагосодержания воздуха, а также характерные энтальпии. На пересечении линий t₀ и φ₀ находим точку А, характеризующую начальное состояние наружного воздуха. Из точки А, опустив перпендикуляр на ось х, находим значение х₀ = 0,0064 кг/кг. Через точку А проходит линия постоянной энтальпии (изоэнтальпа) I₀ = 31,4 кДж/кг. Из точки А, поднявшись по перпендикуляру до пересечения с изотермой t₁ = 150⁰С, находим точку B, характеризующую состояние воздуха на выходе из калорифера перед подачей в сушильную камеру. От точки В движемся вниз по изоэнтальпе I₁=170 кДж/кг до пересечения с изотермой t₂=80⁰С, получив точку С. Из точки С, опустив перпендикуляр на ось х, находим значение х₂ = 0, 0317 кг/кг.

Определяем теоретический удельный расход воздуха ℓ₀ в сушилке.

кг/кг

Рассчитываем теоретический абсолютный расход воздуха в сушилке.

.

4. Тепловой расчет

Составляем уравнение теплового баланса для сушильной камеры.

где Q_п - тепловые потери, которые с учётом правильно наложенной изоляции принимаем 5% от тепла, поступившего с горячим воздухом.

 кВт

Θ₁ - температура молока, поступающего в сушильную камеру, Θ₁ = 60⁰С;

Θ₂ - температура сухого порошкообразного молока, выходящего из сушильной камеры, Θ = 80⁰С.

Определяем для молока значения теплоемкостей с₁ = 2918 кДж / кг·град; с₂ = 1968 кДж / кг·град.

Из уравнения теплового баланса определяем затраты тепла на сушку в сушильной камере и тепловую поправку.

где  - алгебраическая сумма абсолютных теплот в сушильной камере, Вт.

 - тепловая поправка на действительный (реальный) сушильный процесс, кДж/кг.

Рассчитываем

 = 0,071·1,968·80 - 0,139·2,818·+22,6

 = 11,178 - 24,336+22,6 = 9,442 кДж/с

Рассчитываем тепловую поправку

 = кДж / кг

 170 + 140,3 / 39,5 = 173,5 кДж / кг

Корректируем расход воздуха на действительный сушильный процесс.

Находим точку С₁ на пересечении изоэнтальпы  и изотермы t₂. Соединяем прямой точки В и С₁. Имеем ломаную линию ABC₁, характеризующую действительный сушильный процесс. Из точки С₁, опустив перпендикуляр на ось х, определяем действительное влагосодержание воздуха на выходе из сушильной камеры х₂ = 0,035 кг/кг.

Тогда действительный удельный расход воздуха определится:

кг/кг

Рассчитываем действительный абсолютный расход воздуха в сушилке.

= 35 · 0,0673 = 2,3555 кг/с = 8479,8 кг/ч

5. Геометрический расчёт

Определяем объём сушильной камеры (V_к)

м³

Определяем скорость воздуха по эмпирической формуле (V_в)

Площадь сечения сушильной камеры (F_к) определяем из уравнения расхода:

Определяем диаметр камеры (D_к) по пропускной способности воздушного потока

Высота сушильной камеры при геометрическом коэффициенте К=1,5:

м

Объём сушильной камеры

м³

Сравнивая со значением, полученным в п. 2.1. делаем вывод. Что величину H_k необходимо несколько уменьшить. Принимаем К = 1,4, тогда H_к = 1,4 · 4,2 = 5,88 м. Вновь вычисляем объём камеры:

 м³

Принимаем V_к =81 м³.

6. Расчет параметров распыла

Определяем диаметр капель при дисковом распылении(d)

где n - частота вращения диска; n = 6000 - 45000 мин^-1; принимаем по таблице №33 Приложения n = 10000 мин^-1.

R_Д - радиус диска; принимаем R_Д = 150 мм.

σ - поверхностное натяжение молока при распыле. По температуре поступления Θ₁ = 60⁰С находим в таблице №5 Приложения σ = 0,043 н/м.

Диаметр камель по формуле Андреева (d)

где w_н = 140 м/с - средняя скорость вылета капли из диска при n = 10000 мин^-1 и D = 300 мм.

ρ₁ = 1080 кг/м³ - начальная плотность сгущенного молока, подаваемого в каналы диска.

Принимаем, как более предпочтительный, d = 5,12 · 10^-5м.

Рассчитываем радиус факела распыла R_ф

где ρ_ср - средняя плотность молока при распылении;

ρ_ср = 0,5·(1080+580) = 830 кг/м³;

w_н = 130 м/с;

w_к = 0,4 м/с.

Диаметр факела распыла с учетом диаметра диска

Таким образом, диаметр факела распыла получился больше диаметра сушильной камеры, рассчитанной из уравнения расхода для потока горячего воздуха.

D_ф = 5,752 м > D_к = 4,2 м

Исходя из этого, принимаем диаметр камеры D_к = 6,0 м. Это обеспечит нормальный процесс сушки при некотором снижении скорости воздуха, что не повлияет отрицательно на процесс.

Уточненная скорость движения воздуха в сушилке

где V_c - объёмный секундный расход воздуха, м³/с.

м³/с

Высоту конической части сушильной камеры принимаем согласно принятым соотношениям при сушке молока:

Полная высота сушильной камеры

7. Расчет калорифера

Сушильная установка комплектуется необходимым оборудованием, в том числе калориферами для подогрева воздуха. В настоящее время, в основном, применяют пластинчатые калориферы, обогреваемые паром или водой. Цель расчета - определение площади теплопередачи калорифера и его типоразмера по каталогу.

Рассчитываем тепловую нагрузку калорифера (Q)

кВт

Определяем коэффициент теплопередачи К для пластинчатого калорифера (КФСО или КФБО).

где ρv_к - массовая скорость воздуха в калорифере: согласно рекомендациям при скорости воздуха v_в= 0,1 м/с принимаем ρv_к = 5 кг/(м²·с)

К = 10 · 5^0,68 = 29,874 = 30 Вт / м²·град

Рассчитываем среднюю логарифмическую разность температур греющего пара и воздуха в калорифере (∆t) при противотоке.

Температуру пара (t_п) принимаем исходя из низкой теплопроводности воздуха, значительно выше конечной температуры воздуха (t₁):

t_п = t₁ + 20 = 150 + 20 = 170⁰C

Большая разность температур:

Тогда

Определяем площадь теплопередачи (F) калорифера.

Анализируя параметры калориферов КФСО и КФБО в таблицах №№20-23 Приложения, принимаем число калориферов n = 3 Тогда площадь одного калорифера:

Выбираем по таблицам (20-23) Приложения 3 калорифера модели КФСО №11, каждый из которых имеет следующие параметры:

Площадь теплопередачи F_к = 55,84 м²

Живое сечение калорифера f

Опытные коэффициенты: b = 16, n = 0,439, e = 0,335, m = 2,01

Расчетные коэффициенты: M = 0,51, S = 112, 1/(m+1) = 0,332

Определяем количество параллельно установленных калориферов:

y = L / f_к · ρv = 2,3555 / 0,496 · 5 = 0,95 = 1

Определяем количество последовательно установленных калориферов:

x = F / F_к · у = 165 / 55,84 · 0,95 = 3,1 = 3

Установочная поверхность теплопередачи калориферной станции:

F_уст = F_к · х · у = 55,84 · 3 · 1 = 167, 5 м²

Сопротивление (потери напора) калорифера h_к

h_к = e · (ρv)^m = 0,335 · 5^2,01 = 8,51 м

Сопротивление (потери напора) калориферной станции h_к0

h_к0 = h_к · х = 8,51 · 3 = 25,53 м

Уточняем скорость воздуха, проходящего через калориферную станцию v_к^*

v_к^* = V_c / f_к = 2,824 / 0,496 = 5,693 ≈ 5,7 м/с.

Уточняем коэффициент теплопередачи калориферной станции для пластинчатых калориферов КФБО и КФСО:

К = 10 · (ρ_ср · v_к^*)^0,68

где ρ_ср = 0,5 · (ρ₁₅ + ρ₁₅₀) средняя плотность воздуха в сушилке.

Вт / м² · град

Принимаем К = 33,32 Вт / м² · град.

Расхождение с предварительно рассчитанными в п. 5.2. К = 30 Вт/м²·град составляет К ≈ 10%, поэтому производим расчет основных параметров с новым приближением.

Определяем площадь теплопередачи (F) калорифера.

Анализируя параметры калориферов в таблицах 20-23 Приложения, принимаем число калориферов n = 3, тогда площадь одного калорифера:

Выбираем по таблицам №№20-23 Приложения 3 калорифера модели КФБ №9, каждый из которых имеет следующие параметры:

Площадь теплопередачи F_к = 53,3 м²

Живое сечение калорифера f_к = 0,486 м²

Опытные коэффициенты: b = 10,0; n = 0,42; e = 0,175; m = 1,72

Расчетные коэффициенты: M = 1,04; S = 110; 1/ (m+1) = 0,368

Определяем количество параллельно установленных калориферов:

у = L / f_к · ρv = 2,3555 / 0,486 · 1,03 · 5,7 =0,825 ≈ 1

Определяем количество последовательно установленных калориферов:

x = F / F_к · у = 148,5 / 53,3 · 1 = 2,8 ≈ 3

Установочная поверхность теплопередачи калориферной станции:

F_уст = F_к · x · y = 53,3 · 3 · 1 = 159,9 ≈ 160 м²

Сопротивление (потери напора) калорифера h_к

 м

Сопротивление (потери напора) калориферной станции h_к0

h_к0 = h_к · х = 6,14 · 3 = 18,42 м

Уточняем скорость воздуха, проходящего через калориферную станцию v_к^*

v_к^* = V_c / f_к = 2,824 / 0,486 = 1,199 = 5,81 м/с

Уточняем коэффициент теплопередачи калориферной станции:

К = 10 · (ρ_ср · v_к)^0,68

К = 10 · (1,03 · 5,81)^0,68 = 33,76 Вт / м² · град

Принимаем К = 33,76 Вт / м² · град.

Расхождение с рассчитанным в п. 5.13 К = 33,32 Вт/м² · град составляет ∆К ≈ 1,3%, что является технически допустимым, поэтому дальнейший пересчёт с новым приближением не выполняется.

8. Расчет вентилятора

Помимо калорифера сушильная установка комплектуется вторым вспомогательным оборудованием - вентилятором для подачи наружного (свежего) воздуха, который проходит через калорифер, сушильную камеру и пылеулавливающие устройства.

Цель расчёта - определение потерь напора, избыточного давления, мощности вентилятора (вентиляторной станции) и подбор по каталогу.

Объёмный расход воздуха берётся для летних условий (определён выше в тепловом расчёте).

Определяем диаметр воздуховода, исходя из рекомендуемой технологической средней скорости воздуха v_в = 5 - 12 м/с. Принимаем v_в = 10 м/с.

Принимаем d = 0,6 м = 600 мм.

Потери давления в воздуховодах (∆р_в):

Потери давления в сушильной камере принимаем согласно опытным данным для распылительных дисковых сушилок ∆р_ск = 1000 Па. Потери напора в калорифере рассчитаны выше и составляют h_к0 = 18,42 м. Тогда потери давления в калорифере:

∆р_к = ρ_ск · g · h_к0 = 1,03 · 9,81 · 18,42 = 186, 1 Па

∆р = ∆р_в + ∆р_ск + ∆р_к = 51,5 + 1000 + 186,1 = 1237,6 Па

Полезная мощность вентилятора (N_п):

N_п = ∆р · V_c = 1237,6 · 2,824 = 3494,9 = 3,5 кВт

Полная мощность вентилятора (мощность электродвигателя) (N):

N = N_п / η = 3,5 / 0,5 = 7 кВт

Выбираем по таблице №30 Приложения вентилятор ЦАГИ типа Ц10 - 20. По характеристике при ∆р = 1238 Па = 123,8 кГс/м² и V_c = 2,8 м³ /с находим номер вентилятора №25 с частотой вращения n = 600 об/мин.

9. Изоляционный расчёт

По Правилам противопожарной безопасности температура наружной поверхности корпуса не должна превышать t₂ = 40⁰C. По нормам БЖД температура воздуха в цехе в среднем должна составлять t_в = 22⁰С.

Толщина слоя тепловой изоляции должна быть такой, чтобы потери тепла, происходящие в результате конвекции в лучеиспускания, были минимальными и не превышали 5% от тепла, поступающего с греющим паром, что соответствует технико-экономическим требованиям, предъявляемым к тепловому оборудованию.

В качестве изоляционного материала выбираем совелит, имеющий коэффициент теплопроводности λ₂ = 0,098 Вт / м · град. Наружная поверхность изоляция будет покрашена масляной краской светлых тонов слое толщиной δ₃ = 1 мм с λ₃ = 0,233 Вт / м · град.

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи (а_к) конвекцией при свободном движении газов (воздуха) от наружной поверхности изоляции к воздуху в цехе. С этой целью решаем критериальное уравнение Нуссельта, предварительно принимая турбулентный режим движения воздуха.

Nu = 0,15 · (Gr · Pr)^0,333

где Nu - критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность теплоотдачи конвекцией.

Gr - критерий Грасгофа, характеризующий подъёмную силу при конвекции воздушных потоков.

Pr - критерий Прандтля, характеризующий физические свойства воздуха.

∆t - средний температурный напор между поверхностью и воздухом.

∆t = t₂ - t_в = 40 - 22 = 18⁰С

v = 15,1 · 10^-6 м² / с - кинематический коэффициент вязкости воздуха при t_в = 22⁰С.

По таблице физических свойств воздуха при t_в = 22⁰С находим

Pr = 0,722

Произведение (Gr · Pr)^0,333= (256,3 · 10⁹ · 0,722) = 185 · 10⁹ > 1 · 10⁹. Следовательно, имеет место турбулентный режим движения воздуха. Поэтому используем критериальное уравнение Нуссельта вида

Nu = 0,154 · (Gr · Pr)^0,333 = 0,15 · (185 · 10⁹)^0,333 = 847,3

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием (α_л) от наружной поверхности выпарного аппарата.

α_л = с · β = 4,27 · 1,128 = 4,82 Вт / м² · град

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи (α)

α = α_к + α_л = 4,8 + 4,82 = 9,62 Вт / м² · град

Средняя разность температур греющего пара и воздуха в цехе.

t_ср = t_п - t_в = 85 - 22 = 63⁰C

Удельные потери теплоты в окружающую среду (q)

q = α₂ · (t₂ - t_в) = 9,62 · 18 = 173,2 Вт/м²

Коэффициент теплоотдачи от пара к воздуху (К)

Рассчитываем толщину слоя изоляции (δ₂)

Принимаем δ₂ = 25 мм.

10. Расчёт теплопотерь

Определяем изолированную суммарную боковую поверхность выпарного аппарата (F_бок).

F_бок = F_ц + F_пп + F_кон = 2 · π · D_н · H + 2 · π · D_пп · H_пп + 0,5 · π · (D_н + d) · ℓ

где F_ц - боковая поверхность цилиндрической части аппарата.

F_пп - боковая поверхность паросепаратора аппарата.

F_кон - боковая поверхность конической части аппарата.

d - диаметр нижнего основания конической части аппарата.

d = 80 мм

ℓ - длина образующей конуса. ℓ = √(0,505)² + (0,8)² = 0,946 м.

F_бок = 2 · 3,14 · 1,1 · 2 + 2 · 3,14 · 1,375 · 1,765 + 0,5 · 3,14 · (1,1 +0,08) · 0,946 = 13,816 + 15,24 + 1,753 = 30,81 м²

Определяем потери теплоты с изолированной поверхности пастеризатора (Q^из_пот).

Q^из_пот = q · F_бок = 173,2 · 30,817 = 599,6 = 5336,3 Вт

Коэффициент теплоотдачи от неизолированной поверхности (α_н)

α_н = 9,74 + 0,07 · ∆t = 9,74 + 0,07 · 18 = 11 Вт / м² · град

Определяем потери теплоты с неизолированной поверхности пастеризатора (Q^н_пот).

Q^н_пот = α_н · F_н · (t₂ - t_в) = α_н · π/4 (D² + d²) · (t₂ - t_в) = 11 · 0,785 · (1,375² + 0,08²) · (40 - 22) = 295 Вт

Суммарные потери теплоты со всей поверхности теплообменника

Q_пот = Q^из_пот + Q^н_пот = 5336 + 295 = 5631 Вт

Относительные потери теплоты составляют (Q_отн)

Q_отн = Q_пот / Q = 5631 / 689,1 · 10³ = 0,0084 = 0,8%

Таким образом, выполняется соотношение Q_отн< 5%

11. Экономический расчет

Целью расчета является определение основных затрат на монтаж и эксплуатацию однокорпусной выпарной установки.

Стоимость производственной площади, занимаемой пастеризатором

С_пл = ℓ · b · c_пл

где ℓ, b - длина и ширина производственной площади, м²

c_пл - нормативная стоимость 1 м² производственной площади,

с_пл - 15000 тнг/м²

С_пл = 4 · 3 · 15000 = 180000 тнг / год

Стоимость амортизации и ремонта установки

где c_a - стоимость амортизации и ремонта 1 м² площади теплопередачи,

а - годовая норма амортизации и ремонта аппарата, а=0,2;

F - площадь теплопередачи, F=90 м².

С_а= 12000 · 0,2 · 90 = 216000 тнг / год

Стоимость электроэнергии годовая

C_эл = с_эл · N · Θ · z₀

c_эл - нормативная стоимость 1 кВт · часа электроэнергии, с_э = 4,8 тнг/кВт · ч

N - установленная суммарная мощность электродвигателей,

N = N₁ + N₂ = 600 + 27302 = 27902 = 27,9 кВт

Θ - число часов работы установки в сутки, Θ =8 ч.

z₀ - среднее число рабочих дней в году, z =280.

C_эл = 27,9 · 0,6 · 8 · 280 = 37498 тнг / год

Стоимость теплоэнергии годовая

С_т = р_т · Q · Θ · z₀

c_т - стоимость 1 Гкал теплоты, р_т = 2400 тнг / Гкал;\

Q - тепловая нагрузка ВА, Q = 689,1 кВт.

С_т = 2400 · (689,1 / 4,2 · 10⁶) · 3600 · 8 · 280 = 3175373 тнг / год

Стоимость теплоизоляции, включающая доставку, наложение, обслуживание

С_из = с_из · (1 + а_из) · F_из · δ₂

с_из - нормативная удельная стоимость теплоизоляции, р_из = 3000 тнг / м³

а_из - норма амортизации по наложению и обслуживанию теплоизоляции, а_из = 0,3.

F_из = 30,81 м²

δ₂ = 25 мм = 0,025 м.

С_из = 3000 · (1 + 0,3) · 30,81 · 0,025 = 3004 тнг / год

Суммарная годовая стоимость эксплуатации и ремонта установки

С = С_пл + С_а + С_эл + С_т + С_из = 180000 + 216000 + 37498 + 3175373 + 3004 = 3611875 тенге / год.

Выводы

Данный курсовой проект представляет собой комплекс расчетно-практических работ, по конструированию, выбору распылительной дисковой сушилки и подбору вспомогательного оборудования к нему для проведения технологических процессов в пищевой промышленности.

В ходе проведения проектных и расчетных работ (гидродинамический, тепловой, конструкторский, изоляционный, экономический и др. расчеты) выбраны конструктивные частицы, подтверждена механическая надежность, конструктивное совершенство аппарата. Эти факторы являются основными для высокопродуктивной, бесперебойной работы оборудования в промышленных условиях.

Список литературы

сушка молоко установка изоляционный

1 Антипов С.Т. Ученик ХХІ век «Машины и аппараты пищевых производств» - М. «Высшая школа», 2001 г.

Барабанщиков Н.В. «Молочное дело», - М. «Колос» 1983 г.

Бредихин С.А., Космодемгенский Ю.В., Юрин В.Н. «Технология и техника переработки молока» - М. «Колос» 2003 г.

Гальперин Д.М. «Оборудование молочных предприятий, монтаж, накладка, ремонт» - М. «Агропромиздат» 1990 г.

Власенко В.В. «Технологія виробництва і переробки молока і молочних продуктів» - В. 2000 г.

Гончаров Н.Н. Справочник механика молочной промышленности - М. 1959 г.

Золотин Ю.П., Френклах М.Б., Ламутина М.Г. «Оборудование предприятий молочной промышленности» - М. Агропромиздат 1985 г., 270 с.

Иванов В.И. «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности».

Ковалевская Л.П. «Технология пищевых производств» - М. «Колос» 1997 г.

Крусь Т.Н. «Технология молочных продуктов».

Кугенев П.В., Барабанщиков Н.В. Практикум по молочному делу - М. «Колос» 1978 г.

Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Золотин Ю.П. «Технологическое оборудование молочных предприятий» - М. «Легкая пищевая промышленность» 1983 г.

Томбаев Н.И. Справочник по оборудованию предприятий молочной промышленности - М. 1967 г.

Золотин Ю.П., Френклах М.В., Ламутина М.Г. «Оборудование предприятий молочной промышленности» - М. «Агропромиздат» 1985 г.

Шалыгина Г.А. «Технология молока и молочных продуктов» - М. 1973 г.

Барановский Н.В. «Пластинчатые теплообменники в пищевой промышленности». «Машгиз», 1962.

Вайнберг А.Я., Брусиловский Л.П. «Автоматизация технологических процессов в молочной промышленности». Изд-во «Пищевая промышленность», 1964.

Дезент Г.М., Боушев Т.А. «Оборудование и поточные линии для производства мороженого». «Госиздат», 1961.

Золотнии Ю.П. «Циркуляционная мойка молочного оборудования». «Пищепромиздат», 1963.

Крупин Г.В., Лукьянов К.Я., Тарасов Ф.М., Боушев Т.А., Шувалов В.Н., Васильев П.В. «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности». М., изд-во «Машиностроение», 1964.