Главная: Рефераты

Рефераты. Сусловарочный аппарат

 

Тогда по формуле (2.1) количество теплоты Qвып , необходимое для       выпаривания 2074,07кг воды равно:



Необходимая площадь поверхности теплопередачи сусловарочного котла (м2) в зависимости от продолжительности процесса выпаривания  (ч) определяют по формуле:

,                                         (2.3)

 

где Ксусла– коэффициент теплопередачи при кипячении сусла, кВт/(м2·К);

       Δtср – полезная разность температур при выпаривании, оС;

       τц – продолжительность процесса выпаривания, ч, τвып =1,5 ч.


Давление насыщенного пара, применяемого для кипячения сусла:


                    (2.4)

 

 

При данном давлении температура насыщения пара по уравнению интерполяции будет равна [5]:


                       )

При расчетах поверхности теплообмена принимают, что греющий, насыщенный пары и конденсат отводятся при температуре конденсации т.е.

  tн.п = t к.п = 138,9 оС.


Средняя разность температур:


,                                             (2.5)

 

 

где

                                       1

                               .                                      


                                    1

Тогда

 

 

Коэффициент теплоотдачи  от греющего пара к стенке с учетом потерь теплоты за счет образующегося на внутренней поверхности аппарата осадка:


,                                  (2.6)

 

где αнакл.1 – коэффициент теплопередачи для наклонной стенки аппарата, Вт/(м2·К);

        - коэффициент теплопередачи от поверхности паровой рубашки к кипящему суслу, Вт/(м2·К);     

      δ – толщина стенки паровой рубашки, то есть толщина листовой стали, м, δ = 0,014 м;

 λст – теплопроводность материала стенки, Вт/(м·К), теплопроводность стали нержавеющей марки 1Х18Н9Т, λст = 16 Вт/(м·К).

– тепловая проводимость загрязнений стенок

(термическое сопротивление), Вт/м2




Коэффициент теплопередачи от греющего пара к стенке находим по формуле [4]:

,                                        (2.7)

где Сп – коэффициент пропорциональности, для вертикальной стенки, Сп=0,533;

       λ – коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м·К);

       ρконд – плотность конденсата, кг/м3;

       μ – коэффициент динамической вязкости конденсата, Па·с;

       r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

       Нст – высота стенки м, Нст=  м;

       tп и tст – температура пара и стенки паровой рубашки, оС.

Величины λ, ρконд и μ принимают по средней температуре плёнки конденсата:

.                                                   (2.8)

Температура стенки рассчитывается из следующего допущения :

 оС,                                                (2.9)

Отсюда

 

                                      1

Тогда

 

При температуре tср = 133,9  оС:


 

  

Величину r принимают при температуре насыщенного пара tн.п = 138,9 оС.


При 138,9 оС:

 кДж/кг

Тогда по формуле (2.7):


.

 

Коэффициент теплопередачи для наклонной стенки аппарата вычисляют с углом

                                              (2.10)


Коэффициент теплоотдачи от поверхности паровой рубашки к суслу α2 находим по формуле [3]:

,                                           (2.11)

где Nu – определяемый критерий теплообмена Нуссельта, который равен:

,                         (2.12)

где Reмеш – критерий Рейнольдса мешалки сусловарочного аппарата;

      Pr – критерий Прандтля;

      μсусла и μст – коэффициенты динамической вязкости сусла при средней температуре и при температуре стенки аппарата соответственно, Па·с.

Для рассчитываемого сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5 выбираем мешалку типа лопастная, основные размеры которой приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристика мешалки для сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5


Тип мешалки

Характеристика мешалки при H/D=1

Характеристика сосуда

ГD=D/dм

β =b/dм

hм/dм

угол наклона

 

Без перегородок

Двухлопастная

2

0,1

0,33

900

То есть  диаметр мешалки dм равен:


                                  (2.13)

 

Принимаем стандартный диаметр мешалки по ГОСТ 20680-75:


.

 

Ширина лопасти мешалки b равна:


                                   (2.14)

 

Высота установки мешалки hм:


                             (2.15)

 





Критерий Рейнольдса мешалки можно вычислить по формуле:


,                                            (2.16)

 

где

nмеш.-частота вращения мешалки, с-1, nмеш. = 0,67 с-1.


- вязкость сусла, определяем как вязкость суспензии, состоящей из взвешенных твердых частиц и воды:

,                                       (2.17)

где μв – коэффициент динамической вязкости воды, Па·с;

      - объемная доля дисперсной фазы, м3/м3 . ε<0,1 , примем ε=0,06.


При средней температуре кипения сусла t=105 (по условию)

μв=0,26910-3Па

Тогда


 


Согласно формуле (2.16) критерий Рейнольдса мешалки равен:

Критерий Прандтля находят по формуле:

,                                         (2.18)

где λсусла – коэффициент теплопроводности сусла

λсусла = 0,635 Вт/(м·К)

Ссусла – удельная теплоемкость сусла, кДж/(кг·К)


Удельная теплоёмкость сусла равна:

,                                        (2.19)

где С0 – удельная теплоемкость сухих веществ, С0=1,42 кДж/(кг·К);

Св – удельная теплоёмкость воды, Св = 4,19 кДж/(кг·К);

Wн –содержание влаги в начальном сусле, % .

Wн= 100-Вн=100-9,5=90,5%

 





Тогда

.                                    1




Коэффициент динамической вязкости при температуре стенки аппарата

tст = 128,9 оС:

 

1

А значит критерий Нуссельта, исходя из формулы (2.12) равен:


1

А по формуле (2.11):


 

 

Коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке с учетом потерь теплоты за счет образующегося на внутренней поверхности аппарата осадка

по формуле (2.6) равен:


 

Исходя из проделанных выше расчетов определяем необходимую площадь поверхности нагревания сусловарочного аппарата по формуле (2.3) равна:


 

 

Площадь поверхности теплопередачи на 1м3  полезной вместимости аппарата со стальным днищем:


                                             (2.20)

 

Так как полученная удельная площадь поверхности теплопередачи больше, чем Fкот1=1,2 , считаем, что аппарат работает в нормальных условиях.

3. Определение расхода пара


Расход пара в аппарате определяем из уравнения теплового баланса:

,   (3.1)

где Dп – расход греющего пара, кг;

      Wвып – количество выпариваемой влаги, кг;

       i'п, iвт, i"к – соответственно удельная энтальпия греющего пара, вторичного пара и конденсата, кДж/кг;

       Qпот – потери теплоты в окружающую среду, кДж;

       Свып–теплоёмкость воды при температуре кипения сусла(105), кДж/(кг·К),

Свып = 4,23 кДж/(кг·К);

Ссусла – удельная теплоемкость сусла, кДж/(кг·К)

 Отсюда расход греющего пара равен:


.            (3.2)

 

При температуре насыщенного водяного пара (греющего пара) tн.п = 138,9оС:

  

 

Давление вторичного пара Рбар = 0,1033 МПа=1,053кгс/см2, тогда                       

 

Потери теплоты в окружающую среду Qпот рассчитываются по формуле:

,                                             (3.3)

где αоб – коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, Вт/м2·К;

      tст, tвозд – температуры стенки аппарата и воздуха соответственно, оС.

.                                             (3.4)

Для зимнего периода работы, когда потери тепла в окружающую среду максимальны, примем tвозд = 15 оС.

По технике безопасности температура стенки не должна превышать 40 оС [1], то есть t’ст = 40 оС. Тогда согласно формуле (3.5):

 Вт/м2·К

Тогда, исходя из выражения (3.4)

 кДж.

Общий расход греющего пара с учётом потерь в окружающую среду по (3.2):

 

 1

 

4. Расчёт мощности электродвигателя мешалки

Поскольку Reмеш > 50 (Reмеш = 57,62·105), то режим движения можно считать турбулентным. Для лопастной мешалки установлена следующая зависимость между критериями мощности и Рейнольдса [4] для турбулентного режима:


.              (4.1)


Поправочные коэффициенты, которые влияют на мощность привода мешалки, определяются следующими выражениями:


,                          (4.2)

где α – коэффициент, учитывающий отношение D/dм для лопастной мешалки,

α = 2;

,                              (4.3)


 

,                         (4.4)

где β – коэффициент, учитывающий отношение b/dм для лопастной мешалки,

β = 0,1.

Критерий мощности для перемешивания заторной массы равен:

.             (4.5)

Мощность, требуемая для перемешивания в аппарате равна:

              (4.6)

С учётом КПД передачи и сопротивлений, возникающих в аппарате при движении сусла, мощность электродвигателя:

,                                         (4.7)

где fг – коэффициент сопротивления гильзы для термометра, fг = 1,1;

      fтр – коэффициент сопротивления трубы для стягивания сусла, fтр = 1,2;

      fш – коэффициент, учитывающий шероховатость стенок аппарата, fш = 1,1;

      η – КПД передачи, η = 0,85. Тогда

 


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 


В данной работе был осуществлён расчёт сусловарочного аппарата - неотъемлемой части такого технологического этапа пивоваренного производства, как приготовление сусла.

Спроектированный сусловарочный аппарат имеет внутренний диаметр равный 2,9 м и имеет полный объем 11,9 м3. Он соответствует стандартной модели сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5. По заданию же проекта начальное количество сусла 7000 кг, что занимает 11,65м3, а значит, увеличивается расход греющего пара, он по итогам работы оказался равен 2791,63 кг. Также была выбрана мешалка типа лопастная с числом лопастей, равным двум. Данный тип мешалки прост в исполнении, хорошо подходит для перемешивания вязких смесей. Также был произведен расчет необходимую мощность для привода мешалки – 1,58 кВт.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.                 Антипов С. Т., Кретов И. Т., Остриков А. Н. и др. Машины и аппараты пищевых производств. – М. : Высш. шк., 2001. – Кн. 2. - 680 с.

2.                 Ермолаева Г. А., Колчева Р. А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. М.:ИРПО; Изд. Центр «Академия», 2000. 416 с.

3.                 Кавецкий Г. Д., Васильев Б. В. Процессы и аппараты пищевой технологии. – М. : КолосС, 2000. – 551 с.

4.                 Кретов И. Т., Антипов С. Т., Шахов С. В. Инженерные расчёты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности. – М. : КолосС, 2004. – 391 с.

5.                 Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – М.: «Альянс»,2006. – 576 с.

6.                 Ульянов Б. А., Бадеников В. Я., Ликучёв В. Г. Процессы и аппараты химической технологии. Уч. пособие  Ангарск: Изд. Ангарской государственной технической академии, 2005 г.- 903с.


Страницы: 1, 2



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.