Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Тепломассообменное оборудование

.pdf

Скачиваний:

184

Добавлен:

25.03.2016

Размер:

439.92 Кб

Скачать

☆

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра технологического

оборудования животноводческих

и перерабатывающих

предприятий

Расчеты и задачи

для практических занятий по дисциплине

«ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ»

Направление подготовки дипломированного специалиста

140100 Теплоэнергетика

Уфа 2009

Рекомендованы к изданию методической комиссией энергетического факультета

(протокол № от 20__ г.)

Составитель: доцент Мартынов В. М.

Рецензент: профессор кафедры гидравлики Алмаев Р. А.

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой «Технологическое оборудование животноводческих и перерабатывающих предприятий»

профессор Юхин Г. П.

	ОГЛАВЛЕНИЕ
	Предисловие……………………………………………………………….	4
1	Расчет резервуаров для хранения и тепловой обработки молока.
	Перемешивание барботажем……………………………………………..	5
9	Расчет теплообменника…………………………………………………..	10
10	Расчет выпарного аппарата………………………………………………	17
11	Расчет сушильной установки…………………………………………….	23

Предисловие

Инженер должен не только знать устройство и принцип работы аппаратов, но и уметь проанализировать и рассчитать процесс, определить параметры его протекания, а также рассчитать и разработать наилучшую конструкцию аппарата. Обоснованный выбор оборудования для осуществления различных процессов приводит к минимальным затратам энергии, сырья и материалов и имеет экономическую целесообразность, которая чаще всего выражается в минимуме приведенных затрат.

Рассмотрены решения прикладных задач, относящихся к основным тепломассообменным процессам. Рассмотрены процессы нагревания,

охлаждения, выпаривания и сушки пищевых продуктов.

Материал каждой темы изложен в следующем порядке: вначале представлены теоретические основы процесса, основные расчетные формулы и методики расчетов параметров и показателей процесса, размеров аппарата и его основных узлов, а затем пример расчета конкретного процесса и аппарата.

Расчеты выполнены для различных пищевых материалов применительно к конкретным условиям их обработки на пищевых предприятиях.

Представленные расчеты являются базовыми при решении задач многомерной оптимизации процессов и аппаратов пищевых производств и будут полезны для студентов при курсовом и дипломном проектировании.

1 Расчет резервуаров для хранения и тепловой обработки молока.

Перемешивание барботажем

Резервуары для хранения молока бывают вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные резервуары используются в помещениях с

малой высотой потолка.

Рассмотрим два резервуара:

1) Цилиндрический резервуар

Объем равен

V1 = π · r12 · l1.

Площадь поверхности резервуара

F1 = 2 · π · r12 + 2 π · r1 · l1 = 2 π · r1 (r1 + l1).

2) Резервуар со сферическими

V2 = π · r2

2· l2 + 4/3 π · r23 =

днищами

= π · r2

(l2 + 4/3 r2);

F2 = 2 π · r2 · l2 + 4 π · r2 2= 2 π· r2 (l2 + 2 r2).

Пусть V1 = V2 и r1 = r2 = r, тогда

r l1

2r l2

так как

V1 = V2,

имеем

π · r2· l1 = π · r 2· l2 + 4/3 π r3;

l1 = l2 + 4/3 r;

r l2

4 / 3r

7 / 3r l2

0,333

1,1.

2 l2 / r

2r l2

Определим оптимальные соотношения размеров:

l1 =

;

F1 = 2 π · r12+

2 V1

Минимальная площадь достигается при условии

4 r

2V1

0 ;

= 2V2 r2

4 π r13 = 2V1;

r1опт = 3

С учетом этого

V1 = 2 · π · r13;

l1 опт =

2 r

2r .

r 2

Таким же образом для второго резервуара:

l2 =

4 / 3 r 3

;

r 2

4 / 3 r

2 + 4 π · r2

2 =

F2 = 2 π r2 (

)+4 π · r2

– 8/3 π · r2

+4/3 π · r2

8 / 3 r

2V2

0 ;

r 2

3V2

r2опт =

;

= 4/3 · π · r2

l2 опт = 0.

То есть во втором случае исполнения резервуара имеем шарообразную его форму.

С учетом оптимальных размеров при равных объемах V1 = V2 имеем

V1 = 2 · π · r13 = V2 = 4/3 · π · r2.3

Отсюда r2 = ( 3 )1/3 r1;

F1	2 r1	2	2 r1 2r1		6 r1	2		3 / 2 ( 2 / 3 )	2\3	3	3	1,15.
F	4 r		2 ( 3 / 2 )2 / 3				2	3 / 2 ( 2 / 3 )		3	2	1,15.
F	4 r		2 ( 3 / 2 )2 / 3	( 3 / 2 )2 / 3 4 r			2				2
2		1				1

То есть площадь поверхности цилиндра больше чем у шара на 15% при условии, что объемы их равны.

Пропускная способность резервуара характеризует количество молока,

которое проходит через резервуар за смену

М= V см ,

где τсм , τц – время соответственно смены и одного цикла обработки молока в резервуаре, причем

τц = τн + τхр + τоп + τм,

где τн – время наполнения резервуара. Оно определяется производительностью насоса Мн и объемом V резервуара

τн =V/Mн;

τхр – время хранения (не более 12 ч.)

τоп – время опорожнения. В случае опорожнения резервуара самотеком это

время можно определить следующим образом.

сосуда

Расход жидкости через отверстие в дне

M оп

;

2gh

где ? – коэффициент расхода (? ≈0,7)

f – площадь поперечного сечения сливного

патрубка

f = d 2 / 4;

Рисунок

1.1

–

Схема

для

h – высота уровня жидкости, которая

расчета

расхода

жидкости

через отверстие

изменяется от Н до 0.

Элементарный объем равен

dV = – S dh,

где S – площадь поперечного сечения резервуара S = π D2/4.

dτоп =

Sdh

M оп

2gh

Проинтегрировав, имеем

S 2

V Н S

τоп = –

2gH

т.е. продолжительность опорожнения резервуара при переменном напоре в два раза больше, чем при постоянном напоре (уровне жидкости в резервуаре).

τм – продолжительность мойки резервуара (τм ≈ 30 мин).

Количество теплоты в Дж, воспринимаемое молоком за время хранения,

определяется по формуле

Q = m С (tк – tн),

где m = ρ V – масса молока;

ρ – плотность молока (= 1027 кг/м3);

tк , tн – конечная и начальная температура молока;

С – удельная теплоемкость молока (при t = 5°С С = 3868 Дж/(кг·град); (tк – tн) ≤ 2°С за 10 ч хранения при ∆ t = 24 °С.

Это тепло поступает из окружающей среды через стенки и подсчитывается по формуле

Q = к F ∆ tср · τхр,

где к – общий коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2 град);

к= (4-7) Вт/ (м2 град) – для автоцистерн;

к= (1-1,5) Вт/ (м2 град) – для стационарных резервуаров;

F – поверхность теплопередачи;

∆ tср – средняя разность температур между температурами сред по обе стороны стенки

∆ tср = tс – ( tн + tк )/2,

где tс – температура окружающей среды.

Расчет мощности на перемешивание молока барботажем (сжатым воздухом) определяется по формуле

N = Gв· Р/η,

где Gв – расход сжатого воздуха в м3/с

Gв = q S,

где q – удельный расход воздуха, равный (0,4 - 1) м3/(мин·м2) = (0,0067 –

0,0167) м/с;

S – площадь открытой поверхности молока;

Р – давление воздуха, Па

Р = ρ g H ηn,,

где ηn – коэффициент, учитывающий потери напора в сети (ηn = 1,2-2).

η – коэффициент полезного действия пневматического устройства (η=0,7- 0,9).

Пример

Вертикальный резервуар для хранения молока имеет цилиндрическую форму D = 2,4 м, Н = 6,63 м. Начальная температура хранения молока tн = 5°С.

Температура окружающей среды tс = 25°С. Диаметр сливного патрубка d = 76

мм. Время наполнения резервуара τн = 0,5 ч. Коэффициент теплопередачи к = 1,5 Вт/(м2·град). Время хранения молока τхр = 12 ч.

Вычислить объем резервуара V, площадь поверхности F, пропускную способность М, конечную температуру молока tк, мощность для перемешивания барботажем N.

Решение

1) Объем резервуара

V =	D2	Н	2,42	6,63 30м3 .

4		4

2) Площадь поверхности

F = π D (Н + D/2) = π · 2,4 (6,63 +2,4/2) = 59 м2.

3) Пропускная способность

				см	30		8		17,83	м	3	/ смену.
		М = V
		М = V	ц			13,46
			ц			13,46
τсм = 8ч;		τц = τн + τхр + τоп + τм = 0,5 +12 + 0,46 + 0,5 = 13,46 ч.
τоп =	2V							2 30					1666 с 0,46 ч.

				0,076			2

	f	2gH
	f	2gH						0,7 2 9,81 6,63
					4			0,7 2 9,81 6,63
					4

4) Конечная температура молока
tк = tн +	Q	5	76464000	5,64 °С;

	mC		30 1027 3868

Q = к · F · ∆ tср· τхр = 1,5 · 59 · 20 · 12 · 3600 = 76464000 Дж.

5) Мощность для перемешивания барботажем

N = Gв · Р/η;

Gв = 0,01 · S = 0,01	D2	0,01	2,42	0,045м3 / с;

4		4

Р= ρ g H ηn = 1027 · 9,81 · 6,63 · 1,5 = 100194,6 Па; N = 0,045 · 100194,6/0,7 = 6441 Вт = 6,44 кВт.

2 Расчет теплообменника

Плотность теплового потока, проходящего от одной жидкости или газа к другой жидкости или газу через разделяющую их стенку, равна

tж1

tст2

q = F

1( tж1 tст1 ) (tст1 – tст2) =α2

(tст2

– tж2) =

tст1

=к(tж1 – tж2),

tж2

где Q – количество переданной теплоты, Дж за время τ

через площадь поверхности теплообмена F;

α1,

α2

– коэффициенты теплоотдачи от жидкости

(газа) к стенке, Вт/(м2?С);

Рисунок 9.1 – График

λ – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м

теплопередачи

через

·?С);

разделяющую стенку

tст1, tст2

- температура стенки со стороны горячего

холодного

теплоносителя;

tж1 , tж2 – температура горячего и холодного теплоносителей;

δ - толщина стенки;

к – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ?С)

Температурный напор представляет собой

Δt = tж1 – tж2.

Средний температурный напор определяется по формуле

Δtср =

tmax tmin

ln( tmax / tmin )

Если tmax ≤2 можно принять

tmin

Δtср ≈ tmax tmin .

Для прямотока:

Δtмах = t'ж1 – t'ж2;

Δtмin = t''ж1 – t''ж2;

Для противотока:

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
01.04.20253.71 Mб15Теория Оценка собственности.doc
#
27.04.2019901.12 Кб64Теория эволюции (3).doc
#
26.08.201910.22 Mб107Теормех Динамика задание 3.doc
#
30.05.2015500.92 Кб88теплогазоснабжеие.pdf
#
30.05.2015162.33 Кб111тепломассообмен.pdf
#
25.03.2016439.92 Кб184Тепломассообменное оборудование.pdf
#
25.09.2019135.59 Кб52Теплотехника Вариант 07.docx
#
25.03.20161.69 Mб116Теплотехника. Практика 1.doc
#
30.05.20152.34 Mб47ТЕПЛОТЕХНИКА.doc
#
25.03.20161.93 Mб425Теплотехника.Практика 2.doc
#
30.05.20155.75 Mб42тер-мех(динамика).pdf