Производство сухого молока

^оС.

Разница температуры воздуха и  поверхности РЭН на выходе из калорифера:

^оС.

Так как отношение Dt₁/Dt₂<2, то Dt_ср определяется как среднеарифметическое этих двух значений:

^оС.

Подставляю полученные значения в формулу 4.22:

 Вт = 4.3 кВт.

Так как количество теплоты, отдаваемое с 1 п.м. РЭН больше удельной мощности РЭН, то общую длину оребренной поверхности РЭН можно определить по формуле:

м, (4.25)

где: Q_c и Q_p - количество теплоты, необходимой для процесса сушки и количество теплоты переданное в рекуператоре соответственно, Вт.

м.

Конструктивно принимаю длину оребренной поверхности одного РЭН - l₁ = 0.81 м,

тогда общее количество РЭН определяю по формуле:

 (4.26)

Так как по ширине калорифера укладываются 15 РЭН (наружный диаметр оребрения - 40 мм), то понадобится 4 ряда РЭН, а следовательно минимально возможная длинна калорифера будет 0.16 м. Реальную длину принимаю конструктивно.

 

4.5. Расчет распылительной  форсунки.

Расчет произвожу по методике [5: стр.142].

Выбираю форсунку с механическим распылением. Для дальнейшего расчета принимаю перепад давления жидкости на форсунке DP = 160 атм = 16.6 МПа (из диапазона 150 - 200 атм. [1: стр. 19]).

Диаметр выходного  отверстия форсунки определяю по формуле [5: 6-63]:

м, (4.27)

где: m = 0.6 - коэффициент расхода [5: стр.142];

r_м = 1036 кг/м³ - плотность обезжиренного молока [1: таблица 7];

м.

Максимальный диаметр капель при  распылении определяю по формуле:

м, (4.28)

где: r_в = 0.835 кг/м³ - плотность воздуха при температуре t₁ = 150 ^oC [1: таблица 8];

s = 0.00745 кг/м - поверхностное натяжение молока [5: стр.142];

u_м - скорость выхода струи молока, м/с;

k = 2.5 - коэффициент, зависящий от свойств распыляемой жидкости [5: стр.142].

Скорость выхода струи молока определяю  исходя из постоянства расхода по формуле:

м/с. (4.29)

м/с.

Подставляю полученные значения в  формулу 4.28:

м = 156 мкм.

Для обеспечения  рабочих режимов форсунки (производительность G₁ = 100 кг/ч и рабочее давление P = 160 атм.) подходит серийно выпускаемый одноплунжерный насос с регулируемой подачей НД(Э) 2.5 - 100/160 К13В, его основные характеристики:

• подача  - 100 л/ч;
• максимальное давление - 160 атм.;
• материал проточной части - хромоникелевая сталь 12Х18Н19Т;
• уплотнение - резиновые манжеты;
• взрывобезопасное исполнение.

Данный насос оснащается асинхронным  электродвигателем номинальной мощностью N_дв = 2.2 кВт.

 

 

4.6. Расчет фильтра.

Так как известен максимальный диаметр капли молока после распыления, определяю максимальный приведенный диаметр частицы сухого продукта по формуле:

м, (4.30)

где: r_м = 1036 кг/м³ - плотность молока;

r_с.м. - плотность сухого молока.

Плотность сухого молока определяю  по формуле:

кг/м³, (4.31)

где: r_в = 971.8 кг/м3 - плотность воды при температуре t₂ = 80 ^oC [1: Таблица 3].

кг/м³.

м.

Скорость витания частицы сухого молока определяю по методике [5: стр.123].

Из практики известно, что частицы сухого молока имеют  шарообразную форму и приведенный диаметр частицы колеблется между 20 мкм и d_с.м. = 70 мкм, т.е. принимаю приведенный диаметр частицы сухого молока d_пр = 45 мкм.

Значение критерия Архимеда определяю  по формуле:

, (4.32)

где: r_воз = 1.0 кг/м3 - плотность воздуха при температуре t₂ = 80 ^оС [1: Таблица 8];

n = 21.1×10-6 м²/с - кинематическая вязкость воздуха при температуре t₂ = 80 ^оС [1: Таблица 8] (определяется как отношение динамической вязкости к плотности).

Исходя из полученного значения критерия Архимеда по номограмме [5: 6-5] определяю значение критерия Рейнольдса для витания шарообразной частицы Re_вит = 1.8.

Так как значение критерия Рейнольдса находится в диапазоне 0.2 < Re_вит < 1000, то скорость витания частицы определяю по формуле:

м/с, (4.33)

м/с

 

 

Т.е. вертикальная составляющая скорости движения воздуха в фильтре не должна превышать 0.84 м/с, чтобы основное количество крупных и средних  частиц, оставшихся в воздухе после прохождения сушильной камеры, осело в осаждающей камере фильтра.

Принимаю рукавный тканевой фильтр с диаметром рукавов d_рук = 0.2 м, и длиной рукава l_рук = 2.1 м. Тогда площадь фильтрующей поверхности одного рукава:

1.32 м², (4.34)

Необходимую общую площадь фильтрации определяю по формуле:

 м², (4.35)

где: DP’ =  36000 (Па с)/м - удельное гидравлическое сопротивление ткани фильтра;

DP - полное гидравлическое сопротивление ткани фильтра, принимаю DP = 1300 Па.

 м².

Таким образом общее необходимое  количество рукавов:

» 24 шт. (4.36)

При размещении рукавов как показано на рисунке 4.3 общая площадь горизонтального  сечения фильтра: Sобщ = 1.65×1.15 = 1.898 м².

Рис. 4.3. Горизонтальное сечение рукавов  фильтра.

При этом скорость движения воздуха  в фильтре определяю по формуле:

м/с, (4.37)

что меньше u_вит = 0.844 м/с - условие осаждения выполняется.

4.7. Расчет толщины слоя изоляции.

Толщину слоя изоляции определяю по формуле:

м, (4.38)

где: a₀  - коэффициент теплоотдачи от  внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м²К);

t_вн - температура изоляции со стороны аппарата, ^оС;

t_ст = 45 ^оС - температура изоляции со стороны окружающей среды, принимается в диапазоне 35 .. 45 ^оС для аппаратов, работающих в помещении по требованию норм охраны труда;

t_о = 25 ^оС - температура окружающей среды;

l = 0.09 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности материала изоляции (в качестве принимаю материал - совелит - 85% магнезии + 15% асбеста).

Коэффициент теплоотдачи от  внешней  поверхности изоляционного материала  в окружающую среду определяю  по эмпирической формуле:

Вт/(м²К). (4.39)

 Вт/(м²К).

Подставляю полученные данные в  формулу 4.38 и получаю толщину  слоя изоляции для всех элементов  аппарата, результаты вычислений заношу в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2.

	Камера	Рекуператор	Фильтр	Калорифер
tвн (max), оС	150	80	80	150
d, м	0.042	0.014	0.014	0.042

 

4.8. Расчет транспортирующих  устройств.

Для транспортирования готового сухого продукта в разрабатываемом аппарате применяются два транспортных устройства: винтовой конвейер и вращающиеся  скребки. Расчет произвожу по упрощенной методике с определением только частот вращения валов и необходимой мощности электродвигателя.

4.8.1. Винтовой конвейер.

Основные размеры винта принимаю конструктивно: внешний диаметр  винта D_винт=0.2 м,

длина винта l_винт = 2.78 м, угол наклона винтовой линии g_винт = 25 ^о.

Приближенную  мощность на валу винта определяю  по формуле [6: стр. 236]:

кВт, (4.40)

где: K_зап = 1.2 - коэффициент запаса мощности [6: стр. 240];

w₀ = 1.2 коэффициент сопротивления движению [6: табл. 9.1];

G₂ = 11.31×10^-3 т/ч - производительность по сухому продукту;

кВт = 0.12 Вт.

Минимально необходимую частоту  вращения вала определяю по формуле:

с^-1, (4.41)

где: y = 0.05 - коэффициент заполнения желоба;

с^-1 = 3.3 мин^-1.

4.8.2. Скребки.

Частоту вращения вала скребков принимаю 3.6 мин^-1.

 

Для привода транспортирующих устройств принимаю мотор-редуктор 1МЦ2С-63 со следующими характеристиками:

• частота вращения выходного вала n = 35.5 мин^-1;
• мощность на выходном валу N = 0.55 кВт.

Мощности мотор редуктора хватает  с огромным запасом.

Для обеспечения частот вращения валов  принимаю две конические передачи с  передаточными числами u₁ = 10 (от выходного вала редуктора к валу скребков) и u₂ = 2 (от вала скребков к валу винта).

 

 

4.9. Расчет гидравлических  потерь.

Расчет гидравлических потерь произвожу  по методике [4: п. 1.1, стр. 13-15]. Общие потери состоят суммы линейных гидравлических сопротивлений (потерь давления) всех участков аппарата и суммы местных гидравлических сопротивлений.

Линейные потери давления определяю  для каждого участка определяю  по формуле:

 Па, (4.42)

где: l - длина участка, м;

d_Э - эквивалентный диаметр участка, м;

r_В - плотность воздуха, кг/м³;

u_В - скорость движения воздуха на участке, м/с;

l_В - коэффициент трения воздуха.

Коэффициент трения воздуха определяется в зависимости от значения критерия Рейнольдса:

• при Re < 2320 (ламинарное движение воздуха) коэффициент трения определяется по формуле:

, (4.43)

где: А - коэффициент, зависящий от формы сечения участка.

• при Re > 2320 (турбулентное движение воздуха) коэффициент трения определяется по формуле:

, (4.44)

Значение критерия Рейнольдса определяю по формуле:

, (4.45)

где: n_В - кинематическая вязкость воздуха, м²/с.

 

Эквивалентный диаметр зависит  от формы сечения участка аппарата. Значения коэффициента А и формулы расчета эквивалентного диаметра приведены в таблице 4.3.

 

Таблица 4.3.

Форма сечения участка	А	dЭ
Круг диаметром d	64	d
Квадрат со стороной a	57	a
Прямоугольник высотой a, шириной b     при соотношении  сторон b >> a b/a = 10 b/a = 4 b/a = 2	96 85 73 62	2a 1.81a 1.6a 1.3a

 

Местные потери давления определяю для каждого участка определяю по формуле:

 Па, (4.46)

где: x - коэффициент местных потерь.

Гидравлическая  схема аппарата (для расчета гидравлических потерь) приведена на рисунке 4.4.

 

Рис. 4.4. Схема сушилки для расчета гидравлических потерь.

1 - корпус, 2 - фильтр, 3 - рекуператор, 4 - калорифер, 5 - вентилятор, 6 - сброс  отработанного воздуха.

 

Промежуточные данные и результаты расчета линейных потерь заношу в  таблицу 4.4.

Промежуточные данные и результаты расчета местных потерь заношу в таблицу 4.5.

 

Таблица 4.4.

№		l,	Fпр,	tВ,	rВ,	uВ,	dЭ,	nВ ×106,	Re	A	lВ	Dp,
уч-ка		м	м2	оС	кг/м3	м/с	м	м2/с				Па
1	Корпус	2.53	6.393	115	1.009	0.18	2.853	21.7	23'349	-	0.026	4×10-4
2	Корпус-фильтр	0.40	0.555	80	1.000	2.06	0.634	21.1	62'032	-	0.020	0.03
3	Фильтр-рекуператор	1.36	0.119	80	1.000	9.59	0.390	21.1	177'281	-	0.015	2.48
4	Калорифер-корпус	1.79	0.119	150	0.835	11.49	0.390	28.9	155'213	-	0.016	4.04
5	Фильтр *	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1'300
6	Калорифер	0.24	0.564	110	1.009	2.01	0.748	21.7	69'296	-	0.020	0.01
7	Рекуператор **	1.00	0.210	50	1.093	5.00	0.003	17.7	961	96	0.100	401
8	Рекуператор ***	0.75	0.563	50	1.093	1.86	0.745	17.7	78'428	-	0.019	0.04
Итого												2'109