Агрегатно-технологическая линия производства фруктово-овощных соков для детского питания с расчетом выпарной установки для концентрир

   Выпаривание некристаллизующихся растворов большой вязкости, достигающей порядка 0.1 Па с, производят в аппаратах с принудительной циркуляцией, реже – в прямоточных аппаратах с падающей плёнкой или в роторных прямоточных аппаратах.

В роторных прямоточных аппаратах, как отмечалось, обеспечиваются благоприятные  условия для выпаривания растворов, чувствительных к повышенным температурам.

Аппараты с принудительной циркуляцией  широко применяются для выпаривания  кристаллизующихся или вязких растворов. Подобные растворы могут эффективно выпариваться и в аппаратах с  вынесенной зоной кипения, работающих при естественной циркуляции. Эти  аппараты при выпаривании кристаллизирующихся  растворов могут конкурировать  с выпарными аппаратами с принудительной циркуляцией.

Для сильно пенящихся растворов  рекомендуется применять аппараты с поднимающейся пленкой.

В данной курсовой работе рассмотрен однокорпусная выпарная установка, в которой подвергается выпариванию сок яблочный.

Исходный раствор из основной емкости подается центробежным насосом  в теплообменник, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, затем поступает в греющую камеру выпарного аппарата. В данном варианте схемы применен выпарной аппарат с естественной циркуляцией. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения. Выпариваемый раствор, нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе выпарного аппарата. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора.

Движение раствора и вторичного пара осуществляется вследствие перепада давлений, создаваемого барометрическим  конденсатором КБ и вакуум-насосом. В барометрическом конденсаторе вода и пар движутся в противоположных  направлениях (пар – снизу, вода – сверху). Для увеличения поверхности  контакта фаз конденсатор снабжен  переливными полками. Смесь охлаждающей  воды и конденсата выводится из конденсатора самотеком по барометрической трубе  с гидрозатвором. Конденсат греющих паров из выпарного аппарата выводится с помощью конденсатоотводчиков.

Концентрированный сок после выпарного аппарата подается в одноходовые холодильники, где охлаждается до определённой температуры. Затем концентрированный раствор отводится в вакуум-сборники, работающие попеременно. Вакуум-сборники опорожняются периодически (по мере накопления раствора). Далее раствор поступает в емкость упаренного раствора.

 

 

 

5. Расчет показателей

1. Количество выпаренной воды  определяют по формуле

W = G_н(1- в_н/в_к)

Где G - производительность выпарной установки, кг/с; в_н и в_к - соответственно начальная и конечная концентрация раствора в %.

W = 3,8(1-5,0/23) = 3,1 кг/с =11160 кг/ч

2. Количество упаренного раствора  определяют по формуле 

G_к= W- G_н=3,8-3,1= 0,7 кг/с

3. Давление вторичного пара в  конденсаторе 

Р_вт=0,5∙10^-5 Па

4. Температуру греющего пара  при Р_гп =1,9 ∙10^-5 Па и вторичного пара находим по таблицам насыщенного водяного пара

t_гр=146,5⁰С  t_конд= 81,35⁰С

Общую разность определяем по формуле 

Δt_общ= t_гр- t_конд

Δt_общ= 146,5-81,35 =65,15 ⁰С

5. Полезную разность температур  определяем по формуле 

Δt = Δt_общ-∑Δ

где ∑Δ - сумма потерь общей разности температур (депрессий)

∑Δ = Δ_гс+ Δ_г+ Δ_t

∑Δ=2+1=3⁰С

Где, Δ_t, - температурная депрессия;

Δ_гс - гидростатическая депрессия,

Δ_г - гидродинамическая депрессия.

Температура вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата

t_вт= t_конд + Δ_t = 81,35 + 3 =84,35°С.

6. Давление в выпарном аппарате  находим по таблицам «Свойства  насыщенного водяного пара»: при  t_гр = 81,35 ⁰С Р_вт = 0,79 МПа.

Вычисляем температурную депрессию  30%-го раствора Р_вт = 0,079 МПа по формуле

Δt = 16,2Т²/r ∙ Δt^а_t

Где,  Δt^а_t = 10⁰С температурная депрессия при атмосферном давлении

r =3847 Дж/(кг ∙ К)– удельная теплота испарения сока

Δt = 16,2 ∙ 382²/(3847∙10) = 6,1 ⁰С

7. температура кипения раствора  на поверхности равна 

t_к= t_вт + Δ_t+ Δ_r = 84,35+6,1+1 =91,45 ⁰С

8. Потери от гидростатического  эффекта рассчитываем по формуле 

Δ_rc= t_кс- t_к

Принимаем h_изб=0,2 м, h_тр=2,5 м

Тогда h= h_изб+ h_тр/2 =0,2+1,25 = 1,45 м

9. Плотность парожидкостной эмульсии  определяем по формуле

Δр =h∙ρ_c∙g

При плотности сока ρ =1051 кг/м³ ρ_c= 0,7∙ 1051=735,7 кг/м³

Тогда Δр =0,0151 МПа

10. Давление раствора у середины  греющих труб

р_с=0,079 +0,0151 =0,09 МПа

11 Температуру кипения находим  по таблице насыщенного водяного  пара при давлении р_с=0,09 МПа и t_с=81,3⁰С

Тогда Δ_рс=6,9 ⁰С

Температура кипения раствора посередине греющих труб

t_кс=91,45+6,9= 98,35 ⁰С

Аналогично определяем температуру  кипения 30 % раствора

t_{к с}=84,35+6,9= 91,25 ⁰С

Полезная разность температур

Δt = 65,15 – (6,1+6,9+3) = 45,15 ⁰С

12. Массовый расход греющего  пара находим из формулы теплового  баланса

D= G_н(c_к∙ t_к -с_н∙ t_н) /(i``-i`) + W(i- с<sub>н</sub>∙ t<sub>н</sub>) /(i``-i`)

Где c_к=3346 Дж/(кг ∙ К) = 3,3 К Дж/(кг ∙ К) и c_н=3847 Дж/(кг ∙ К) =3,8 К Дж/(кг ∙ К) удельные теплоемкости соответственно 5 % и 23 % растворов

i`` - энтальпия пара = 2707 кДж/кг

i` -  энтальпия конденсата = 504,8 кДж/кг

 

D = 13680 (3,3∙98,35 -3,8∙91,25)/(2707-504,28) – 11160(3012 -3,8∙91,25) /(2707-504,28) = 16883 кг/м

Удельный расход пара определяется по формуле

d = D/ W = 16880/11160 =1,67 кг пара на 1 кг воды

13. Тепловая нагрузка определяется  по формуле  

Q =Wr = 11160∙26200 = 264096 КДж

Где r – удельная теплота парообразования раствора

14. Площадь поверхности теплопередачи  определяют по формуле 

F= Q/K∙ Δt_ср

F= 264096(2707-504,28)∙10²/(980 ∙45,15∙3600) = 16,57 м²

Количество труб определяют по формуле 

n= F/ πdh = 16,57/3,14∙0,38∙2,5 = 5,8 ≈ 6труб

 

 

 

 

 

6. Заключение

В данном курсовом проекте описана агрегатно-технологическая линия производства фруктово-овощных соков для детского питания с расчетом выпарной установки для концентрирования сока.

В проекте указаны пищевая ценность сырья и конечного продукта, рассмотрена аппаратная линия производства. Так же изучено устройство различных выпарных установок, пригодных для целей  производства фруктово-овощных соков для детского питания.

В практической части курсового  проекта рассмотрены процессы в аппарате, произведен расчет показателей выпарной установки.

 

 

 

 

 

 

7. Список источников

 

1. Аминов М.С., Мурадов М.С., Аминова Э.М. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 1999. 502 с.
2. Воскресенский В.Ю. Тепломассообмен. М.: Высш. шк.,1990.256 с.
3. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1985. 335 с.
4. Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. М.: Пищ. пром-сть, 1973 528 с.
5. Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. М.; Колос, 2000. 335 с.
6. Гребенюк СМ., Горбатюк В.И., Михеева Н.С. и др. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств / Под ред. СМ. Гребеню-ка и Н.С. Михеевой. М.: Агропромиздат, 1987. 304 с.
7. Дрогилев А.И., Дроздов B.C. Технологические машины и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 1999.459 с.
8. Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена/Под ред. В.И. Кругова, Г.Б. Петражизкого. М.: Высш. шк., 1986. 137 с.
9. Зайчик И.Р. Сборник задач по расчетам оборудования винодельного производства. М.: Колос, 1995.133 с.
10. Кавецкий Г.Д. Сушка в пищевой промышленности. М.: ВЗИПП, 1991.120 с.
11. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. М.: Колос, 2000. 551 с.
12. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Расчет многокорпусной выпарной установки. Иркутск: ИПИ, 1993.44 с.
13. Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Агропромиздат, 1991. 423 с.
14. Ковальская Л.П., Нечаев А.П., Горбатюк В.И. и др. Технологии пищевых производств. М.: Колос, 1997. 752 с.
15. Лабораторный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств / Под ред. проф. А.С. Гинзбурга. М.: ВО «Агропромиздат», 1990.256 с.
16. Липатов М.М. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Экономика, 1987.272 с.
17. Лунин О.Г., Вельтищев В.Н. Теплообменные аппараты пищевых производств. М.: Агропромиздат, 1987. 239 с.
18. Мурадов М.С, Аминов М.С. Расчет тепловых процессов и аппаратов с применением ЭВМ. Махачкала: ДПИ, 1992. 86 с.
19. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высш. шк., 1983.321 с.
20. Плановский А.И., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1987.496 с.
21. Погонец В.И. Новое оборудование для сушки морепродуктов и основы его расчета. Владивосток: Дальрыбвтуз, 1996. 107 с.
22. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств/ СМ. Гребенюк и др. М.: Агропромиздат, 1987. 304 с.
23. Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Агропромиздат, 1985.503 с.
24. Угрюмова С.Д. Тепловой и гидродинамический расчеты кожу-хотрубных подогревателей, охладителей вязких жидкостей. Владивосток, ДВГАЭУ, 1990.27 с.
25. Угрюмова С.Д. Теплообменные аппараты пищевых производств. Владивосток: ДВКИ, 1995. 387 с.
26. Угрюмова С.Д., Ковалева Е.А., Иваниенко Т.П. Процессы и аппараты пищевых производств в примерах и задачах. Находка: ИТиБ, 2002.139 с.
27. Угрюмова С.Д., Слесаренко В.В., Павлова Ж.П. Теплообменные аппараты в примерах и задачах. Владивосток: ДВГАЭУ, 1996.155 с.