Обоснование параметров процессов и аппаратов при переработке с/х продукции

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ              ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»

   Факультет: “ ПСХП”

                             Кафедра: “ МТП и ПСХП”

                                              Дисциплина: ”Процессы и аппараты”

КУРСОВАЯ РАБОТА

(расчетно-пояснительная записка)

Тема: «Обоснование параметров процессов и аппаратов

при переработке с/х продукции»

Выполнил студент:

Руководитель:  Назаров И.В.                                

Зерноград - 2011

Аннотация

В курсовой работе, выполненной на 30 страницах пояснительной записки формата А4 и двух листах графической части формата А1, представлен теплообменник, используемый в пищевом производстве, в технологической части курсовой работы дан обзор теплообменников и на его основе подобран проектируемый аппарат. В конструкторской части работы выполнены тепловые расчеты и расчет конструкции рабочих органов.

ВВЕДЕНИЕ

Современное учение о процессах и аппаратах опирается на прочный фундамент химии, физики, математики, ряда инженерных и экономических дисциплин — механики, теплотехники, электротехники, технической кибернетики, материаловедения, промышленной экономики и других смежных областей знания, которые являются базой курса. Однако как наука учение о процессах и аппаратах имеет свой ясно очерченный предмет, свои экспериментальные и расчетные методы и теоретические закономерности.

Любой технологический процесс, несмотря на различие методов, представляет собой ряд взаимосвязанных типовых технологических стадий, протекающих в аппаратуре определенного класса. Однако высокие требования к качеству продукции, эффективности производства, снижению его энерго- и материалоемкости, охране окружающей среды определяли специфику, отличающую эти технологические стадии получения пищевых продуктов и аппаратурно-технологическое оформление от подобных процессов в других отраслях народного хозяйства.

Процессы пищевой технологии в большинстве своем значительно сложны и зачастую представляют собой сочетание гидродинамических, тепловых, массообменных (диффузионных), биохимических и механических процессов.

Инженер и технолог пищевой промышленности должны быть
специалистами с широким инженерным кругозором, понимающими научные принципы аппаратурно-технологического оформления процессов,
умеющими оценить основные технико-экономические характеристики
оборудования и выбрать оптимальные, выявить резервы повышения
интенсивности и экономичности процессов, снижения расходных норм и
себестоимости продукции. Они должны также владеть методами научных исследований  для повышения эффективности производства.

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на курсовую работу             

Аннотация             

Содержание             

Введение             

1. Технологическая часть             

1.1. Свойства продукта и технологическая схема его обработки             

1.2. Обзор существующих конструкций аппаратов             

2. Проектирование аппарата             

2.1. Конструкция и рабочий процесс проектируемого аппарата              

2.2. Расчетная часть              

3. Охрана труда при обслуживании кожухотрубного теплообменника             

Список используемой литературы              

Приложение              

1.                  Технологическая часть.

1.1. Свойства продукта и технологическая схема его обработки

Теплообмен – самопроизвольный, необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым.

Теплота (количество теплоты) – энергетическая характеристика процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой в процессе теплообмена.

Теплообменные процессы – это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел к менее нагретым. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи.

В процессах теплопередачи участвует не менее двух сред (веществ) с различными температурами. Среда с более высокой температурой, отдающая при теплообмене теплоту, называется горячим теплоносителем, среда с более низкой температурой, воспринимающая теплоту, называется холодным теплоносителем (хладагентом). Теплоносители и хладагенты должны быть химически стойкими, не вызывать коррозии аппаратуры, не образовывать отложений на стенках аппаратов. В качестве теплоносителей в пищевой промышленности наибольшее распространение получили насыщенный водяной пар, вода, дымовые газы, а в качестве хладагентов – аммиак, фреоны, рассол хлорида кальция, воздух, азот. Выбор теплоносителя или хладагента определяется их назначением, температурами процесса, стоимостью.

К теплообменным относят такие технологические процессы, скорость которых определятся скоростью подвода или отвода теплоты: нагревание, испарение (в том числе выпаривание), охлаждение, конденсация.

Свекловичный сок.

Очищенный сок II сатурации должен быть сгущен до концентрации густого сиропа. При этом содержание сухих веществ в нем увеличивается с 14—16 до 65—70%. Процесс сгущения сока осуществляется в выпарных установках, состоящих из отдельных корпусов (выпарных аппаратов).

Сульфитированный очищенный сок (рисунок 3) перед сгущением нагревают под давлением в многоходовых теплообменниках 15 до температуры кипения (126 0С) и направляют в первый корпус 7 выпарной установки, где из него выпаривается часть воды. Из I корпуса сок последовательно переходит во II, III, IV корпуса и концентратор К, где он сгущается до плотности сиропа 60...65 % СВ. Сироп смешивают с клеровкой сахара II и III кристаллизации, сульфитируют, нагревают до 85...90 °С, фильтруют и подают на уваривание утфеля I кристаллизации.

1 – конденсатор; 2 – турбина; 3 – клапан; 4 – редукционно-охладительное устройство; 5, 12, 14 – насос; 6 – паросборник; 7 – корпус; 8 – предконденсатор;    9 – основной конденсатор; 10 – каплеловушки; 11 – сборник барометрической воды; 13 – регулятор уровня сока; 15 – теплообменник.

Рисунок 3 – Схема четырехкорпусной выпарной установки

с концентратором

Для обогрева I корпуса и теплообменников сока последней группы перед выпарной установкой используют отработавший пар паровых турбин и редуцированный пар паровых котлов (технологический пар), смесь которых отбирают из парового коллектора 6.Перегрев технологического пара ликвидируют, распыляя воду в потоке перегретого пара с помощью редукционно-охладигельного устройства (РОУ) 4.

Отработавший пар из паросборника б поступает только в паровую камеру I корпуса, а следующие корпуса обогреваются вторичным паром предшествующих корпусов, который предварительно освобождается в сепараторах от капель сока. В концентраторе происходит самоиспяроние воды за счет перепада давления. Избыток вторичного пара из IV корпуса, по каким-либо причинам не израсходованный на другие технологические нужды, поступает в паровую камеру концентратора. Часть вторичного пара из корпуса I можно вернуть с помощью пароструйных насосов 5 в паросборник 6 и использовать в качестве греющего пара в I корпусе.

Многократное использование теплоты в пара в выпарной установке возможно лишь при условии, что температура кипения сока, а следовательно, и давление в корпусах будут понижаться от первого к последнему. Для создания разности давлений I корпус обогревают отработавшим в турбине паром с избыточным давлением 0,3...0,35 Ml 1а и температурой 132 °С. Концентратор через вакуум - конденсационную установку соединен с вакуум - насосом. В результате конденсации вторичного пара в вакуум - конденсационной установке создается остаточное давление 0,017...0,021 МПа, что обеспечивает кипение сока в последнем корпусе выпарной установки при температуре около 90 °С, а в I при 126°С.

Примерное распределение давления греющего и вторичных паров и рекомендуемый температурный режим в четырехкорпусной выпарной установке с концентратором приведено в таблице 2

Температуру и давление в корпусах выпарной установки поддерживают на определенном уровне в зависимости от соотношения размеров площади поверхности теплообмена этих корпусов, пароотбора на технологические нужды и вакуума, создаваемого в вакуум - конденсационной установке.

Полезная разность температур в 1 и II корпусах принимается не менее    6 °С, в последующих - 10,..12 °С. Увеличение полезной разности температур в последних корпусах вызвано необходимостью повышения коэффициента теплопередачи, что обусловлено увеличением вязкости сгущаемого сока. Чем больше в выпарном аппарате с многократной естественной циркуляцией температурный перепад между греющим паром и кипящим соком, тем выше скорость циркуляции сока и коэффициент теплопередачи, тем меньше размеры аппарата, а также длительность пребывания в нем сока и накипеобразование.

Таблица 2 - Примерное распределение давления греющего и вторичных паров

Например на некоторых сахарных английских заводах температуру греющего пара в первом корпусе повышают до 163°С, а температуру кипения сока оставляют не выше 130°С. В результате увеличения полезной разности температур в I корпусе до 33°С в 4 раза сокращаются площадь поверхности теплообмена и продолжительность пребывания сока в нем по сравнению с I корпусом выпарной установки, обогреваемым паром температурой 132 °С. Однако увеличение температуры греющего пара в I корпусе возможно только при совершенствовании конструкции выпарных аппаратов, исключающей пригорание сахара на поверхностях теплообмена.

При сгущении термически устойчивого сока и правильной эксплуатации температуру кипения в четырехкорпусной выпарной установке можно повысить на несколько градусов без увеличения потерь сахарозы и ухудшения качества сахара. Например, на Лохвицком сахарном заводе выпарная установка длительное время работает при температуре кипения сока в I корпусе 132°С, что не влияет на нарастание цветности сока и разложение сахарозы, так как сократилась продолжительность пребывания сока в выпарных аппаратах. А повышение температуры вторичных паров дало возможность перенести отбор пара с первых корпусов на последние.

1.2. Обзор существующих конструкций аппаратов

Различают следующие группы конструкций теплообменников: элементные, с рубашками, кожухотрубные, погружные трубчатые, оросительные и с плоскими поверхностями нагрева.

Теплообменники с рубашками. Имеют двойные стенки разнообразной конфигурации, через которые происходит теплообмен. Скорость движения теплоносителей в рубашках мала, и потому теплообмен не очень интенсивен. Часто для его интенсификации в теплообменники встраивают мешалки.

В аппаратах полного смешения организуется перемешивание теплоносителя в объеме аппарата; это приводит к выравниванию температур в объеме.

В аппаратах полного вытеснения (рис. 25.2) полностью отсутствует перемешивание данного теплоносителя. Новые его порции, поступающие в аппарат, вытесняют старые, не смешиваясь с ними.

В аппаратах, выполненных по промежуточной схеме (рис. 25.3), имеют место элементы, как первой, так и второй вышеназванных схем. Температуры подогреваемого теплоносителя в этой схеме и в схеме полного вытеснения изменяются по длине аппарата экспоненциально, хотя и с разными показателями экспонент.

Кожухотрубные теплообменники. Наиболее распространены в пищевых производствах. Они представляют собой пучок труб,  размещенных в кожухе. Трубки закрепляют, например, завальцовывают в межтрубные решетки, отделяющие полость межтрубного пространства (кожухотрубную) от полости, заполненной вторым теплоносителем (трубной).  Схема одноходового кожухотрубного теплообменника показана на рисунке 25.4, а многоходового — на рисунке 25.5. На этих рисунках и далее стрелками Ж\ и Ж2 обозначены потоки жидкостей, движущихся по обеим полостям теплообменника, стрелками К - поток конденсата греющего пара, Г - поток неконденсирующихся газов, выделяющихся при конденсации.