Заторный аппарат

δ – толщина стенки паровой рубашки, то есть толщина листовой стали, м, δ = 0,012 м;

λст – теплопроводность материала стенки, Вт/(м·К), теплопроводность стали 3 λст = 46,5 Вт/(м·К).

Коэффициент теплопередачи от греющего пара к стенке находим по формуле [1]:

, (2.9)

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 = 2,4 м;

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

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

. (2.10)

Температура стенки рассчитывается из следующего допущения [3]:

оС, (2.11)

отсюда

оС. 1

Тогда

оС. 1

При температуре tср = 135,5 оС:

Вт/(м·К), 1

кг/м3, 1


Па·с. 1

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

При 138 оС:

кДж/кг 1

Тогда по формуле (2.9):

Вт/(м2·К).

Коэффициент теплоотдачи от поверхности паровой рубашки к затору α2 находим по формуле [4]:

, (2.12)

где Nu – определяемый критерий теплообмена Нуссельта, который равен:

, (2.13)

где Reмеш – критерий Рейнольдса мешалки заторного аппарата;

Pr – критерий Прандтля;

μзат и μст – коэффициенты динамической вязкости заторной массы при средней температуре и при температуре стенки аппарата соответственно, Па·с.

Для рассчитываемого заторного аппарата ВКЗ-5 выбираем мешалку типа лопастная, основные размеры которой приведены в таблице 2 [5].


Таблица 2 – Характеристика мешалки для заторного аппарата ВКЗ-5


Тип мешалки Основные размеры

D/dм

b/dм

hм/dм

число лопастей угол наклона
лопастная 1,5 0,1 0,2 2

90о


То есть диаметр мешалки dм равен:

м. (2.14)

Ширина лопасти мешалки b равна:

м. (2.15)

Высота установки мешалки hм:

м. (2.16)

Тогда критерий Рейнольдса мешалки можно вычислить по формуле:

, (2.17)

где n частота вращения мешалки, с-1, n = 0,52 с-1.

Вязкость затора определяем как вязкость суспензии, состоящей из дробленого солода и воды:

, (2.18)

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

Vт.ч – объём твёрдых частиц солода в заторной массе, м3;

Vсм – общий объём суспензии, м3.

Для классического настойного способа затирания [1] Vт.ч /Vсм = 0,33.

При средней температуре Δt= 0,5·(tст + tср.з) = 0,5·(133+87,5) = 110 оС μв = 0,256·10-3 Па·с. Тогда

Па·с. 1


Согласно формуле (2.17) критерий Рейнольдса мешалки равен:

. 1

Критерий Прандтля находят по формуле:

, (2.19)

где λзат – коэффициент теплопроводности затора, при средней температуре Δt= 110 оС, Вт/(м·К), который находится методом экстраполирования по рисунку 1.

Из рисунка 1 видно, что при температуре 110 оС λзат = 0,605 Вт/(м·К).

Тогда

. 1


Рисунок 1 – Зависимость коэффициента теплопроводности затора от температуры.


Коэффициент динамической вязкости при температуре стенки аппарата tст = 133 оС:

Па·с. 1

А значит критерий Нуссельта равен, исходя из формулы (2.13):

1

А по формуле (2.12):

Вт/(м2·К). 1

Термические сопротивления загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителей принимаем [3]:

rзагр1 = 0,0005 (м2·К)/Вт;

rзагр2 = 0,0002 (м2·К)/Вт.

Коэффициент теплопроводности при нагреве заторной массы равен тогда согласно формуле (2.8):

Вт/(м2·К). 1

Исходя из проделанных выше расчетов определяем необходимую площадь поверхности нагревания заторного аппарата по формуле (2.5)

м2. 1


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;

iп, iвт, iк – соответственно удельная энтальпия греющего пара, вторичного пара и конденсата, кДж/кг;

Qпот – потери теплоты в окружающую среду, кДж;

Свып – теплоёмкость воды при температуре кипения затора, кДж/(кг·К), Свып = 4,23 кДж/(кг·К);

Отсюда расход греющего пара равен:

. (3.2)

При настойном способе затирания количество выпариваемой влаги составляет 2 % от массы затора, то есть

кг (3.3)

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

кДж/кг, 1

кДж/кг. 1

Давление вторичного пара Рбар = 0,1033 МПа, тогда

кДж/кг. 1

Потери теплоты в окружающую среду Qпот рассчитываются по формуле:

, (3.4)

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

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

. (3.5)

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 [2], то есть tст = 40 оС. Тогда согласно формуле (3.5):

Вт/м2·К. 1

Тогда, исходя из выражения (3.4)

кДж. 1

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


кг. 1

Удельный расход пара на 100 кг зернопродуктов равен:

кг. 1

4 Расчёт мощности электродвигателя мешалки


Поскольку Reмеш > 50 (Reмеш = 122,5·105), то режим движения можно считать турбулентным. Для лопастной мешалки установлена следующая зависимость между критериями мощности и Рейнольдса [1] 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 = 3,0;

, (4.3)


где

Нап = Нц + hдн + hкр = 2,4 + 1,2 + 0,72 = 4,32 м ; (4.4)


, (4.5)

где β – коэффициент, учитывающий отношение b/dм для лопастной мешалки, β = 0,25.

Критерий мощности для перемешивания заторной массы равен:

. (4.6)

Мощность, требуемая для перемешивания в аппарате равна:

Вт. (4.7)

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

, (4.8)

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

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

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

η – КПД передачи, η = 0,85. Тогда

Вт. 1

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


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

Спроектированный заторный аппарат имеет внутренний диаметр равный 4,8 м и рассчитан на единовременное затирание 5500 кг солода. Он соответствует стандартной модели заторного аппарата ВКЗ-5. По заданию же проекта затирается 4000 кг солода, а значит, сокращается расход греющего пара, он по итогам работы оказался равен 1937,9 кг. Также была выбрана мешалка типа лопастная с числом лопастей, равным двум. Данный тип мешалки прост в исполнении, хорошо подходит для перемешивания вязких смесей, какой является смесь солод – вода. Также мы рассчитали необходимую мощность для привода мешалки – 11 кВт.

В итоге можно сказать, что рассчитанный заторный аппарат пригоден для крупных заводов, так как позволяет затирать одновременно большое количество сухого солода. А в связи с этим экономятся производственные площади и время на технологическом этапе приготовления сусла.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Кретов

    Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
    Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

    Поможем написать работу на аналогичную тему

    Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
    Нужна помощь в написании работы?
    Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: