Задания для рубежного контроля студента «Расчет аппаратов АВЖ» по дисциплине «Технологическое оборудование мясной и молочной промышленности 1» (стр. 4 )

щ = 300 рад/с.  – угловая скорость вращения барабана;

с = 870 кг/м3  – плотность жира;

RБН = 0,07 м  – наружный радиус барабана;

RК  – неизвестный нам внутренний радиус корпуса аппарата.

Отсюда, решая это уравнение относительно радиуса корпуса аппарата, получим:

Полученный результат говорит о том, что внутренний радиус корпуса аппарата АВЖ-130 должен быть не менее 0,076, а высота лопастей приваренных к барабану должны быть не менее 5 – 6 мм  (т. е. зазор между барабаном и корпусом аппарата).

Геометрический параметр отверстий барабана АВЖ-130:

2. Разность между давлениями в барабане и в кольцевом пространстве.

ДР = (Р1 – Р)

где  Р1 – давление внутри барабана;

Р – давление в кольцевом пространстве за барабаном;

Давление внутри барабана (Р1)  должно быть больше давления (Р), в кольцевом пространстве.

То есть условием вытеснения жиромассы под влиянием центробежной силы является

Р1 > Р

На основании вышеизложенного, исходя из формулы Ивашова, разность давлений будет равна

где  МВ =1500 кг/ч или 0,42 кг/с –  производительность АВЖ-130;

kГ = 78,5·10-12  – геометрический параметр барабана АВЖ-130;

z = 240  – количество отверстий в барабане АВЖ-130;

с = 870 кг/м  – плотность жира при 80 0С.

ЗЭФ = 12·10-3 Па·с  – эффективная вязкость жира при 80 0С;

3. Давление внутри барабана больше давления в кольце на величину ДP:

Р1 = Р + ДP = 30000 + 307,5 = 30307,5 Па

где  Р = 30000 Па – давление в кольцевом пространстве АВЖ-130;

  ДP = 307,5 – разность между давлениями в барабане и кольце.

4. На основании полученного давления можно определить:

радиус свободной поверхности водно-жировой эмульсии в барабане АВЖ-130. Для этого решаем уравнение по определению давления в барабане относительно радиуса свободной поверхности.

При вязкости  (12·10-3 Па·с -  по )

Тогда толщина жидкостного кольца в барабане АВЖ-130 будет равна

65 – 58 = 7 мм

Тепловой расчет аппарата АВЖ – 400

Очевидно, приход тепла в аппарат состоит из трех статей:

1) Q1 – приход тепла с паром (100 кг/ч на тонну жиромассы)

Q1 = D·i = 100·2696 = 269600 кДж

где, D = 100 кг/ч – расход пара, кг/ч;

i = 2696 кДж/кг – энтальпия пара при давлении 0,15 Мпа;

2) Q2 – приход тепла с горячей водой (200 л), подаваемой вместе с сырьем;

Q2 = W·сВ·tВ = 200·4,19·90 = 75420 кДж

где, W = 200 кг/ч –  количество горячей воды поступающей в аппарат;

сВ = 4,19 кДж/кгК – теплоемкость горячей воды;

tВ = (90 – 95) 0С – температура горячей воды 

3) Q3 – приход тепла с самой жиромассой (1000 кг для АВЖ – 400)

Q3 = G·с1·tН = 1000·1,46·10 = 14600 кДж

где, G = 1000 кг/ч –  количество жиромассы поступающей в аппарат;

сВ = 1,46 кДж/кгК – теплоемкость жиромассы до температуры плавления;

tВ = (5 – 10) 0С – температура жиромассы начальная. 

Окончательно приход тепла:

QПРХ = Q1 + Q2 + Q3 = 269600 + 75420 + 14600 = 359620 кДж

Расход тепла в аппарате АВЖ-400 состоит из двух основных статей.

Во-первых, полезные затраты тепла:

QПЛЗ = Q4 + Q5 + Q6 + Q7

где, Q4 – тепло, потраченное на нагрев жиромассы до температуры плавления;

Q5 – тепло на фазовый переход  жира из твердого состояния в жидкость;

Q6 – тепло, потраченное на нагрев расплавленного жира до конечной температуры

Q7 – тепло на фазовый переход пара в конденсат.

Во-вторых, часть тепла тратится на разогрев аппарата (особенно в период пуска)  и теряется в окружающую среду – воздух:

QПТР = Q8 + Q9

где, Q8 – тепло, потраченное на разогрев аппарата;

Q9 – тепло, потерянное в окружающую среду, т. е. воздух в цехе.

Окончательно тепловой баланс аппарата можно представить как:

QПРХ = QПЛЗ + QПТР

или

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q9

Поскольку приход тепла определен, находим расход тепла аппарата АВЖ-400.

4) Q4 – тепло, потраченное на нагрев жиромассы до температуры плавления, определяется по уравнению:

Q4 = G·с1·tПЛ = 1000·1,46·48 = 70080 кДж

где, G = 1000 кг/ч – количество жиромассы поступающей в аппарат АВЖ-400;

с1 = 1,46 кДж/кгК – теплоемкость жира до плавления;

tПЛ = (28…48) 0С – температура плавления (свиного) жира

5) Q5 – тепло на фазовый переход  жира из твердого состояния в жидкость, зависит, прежде всего, от скрытой теплоты плавления жира, которая  является справочной величиной:

rЖ = (121…146) кДж/кг – по данным rЖ = (121…151) кДж/кг – по данным

Следовательно, при производительности аппарата 1000 кг/ч:

При максимальном  rЖ  -  Q5 = bЖ·G·rЖ  кДж

Q5 = 0,8·1000·151 = 120800 кДж

где, bЖ = 0,8 – содержание жира в сырье (жиромассе);

G = 1000 – масса сырья поступающего на плавку в час;

rЖ – скрытая теплота плавления жира, которая зависит от вида жира;

При минимальном rЖ  -  Q5 = bЖ·G·rЖ = 0,8·1000·121=  96800 кДж

6) Q6 – тепло, потраченное на нагрев жиромассы после плавки с температуры плавления до конечной температуры, очевидно, будет равно:

Q6 = G·с2·(tКОН – tПЛВ)= 1000·2,3· (90 – 48) = 96600 кДж

где, tКОН = 85…95 0С – ожидаемая конечная температура жира (900С в расчете); 

с2 = 2,3 кДж/кгК  – теплоемкость расплавленного жира. 

7) Q7 – тепло перехода пара в конденсат.

Оно находится как произведение массы конденсата на его энтальпию:

Q7 = D·iК  кДж

где, D = 100 кг/тонну сырья (100 кг/час) – количество конденсата  в аппарате

АВЖ – 400, очевидно будет равно

количеству пара;

iК = 461,3 кДж/кг – энтальпия  (теплосодержание)  конденсата – она

определяется по паровым таблицам.

Q7= 100·461,3 = 46130 кДж

Тогда полезные затраты тепла

QПЛЗ = Q4 + Q5 + Q6 + Q7

При максимальном  rЖ  QПЛЗ = 70080 + 120800 + 96600 + 46130 = 333610 кДж

При минимальном  rЖ  QПЛЗ = 70080 + 96800 + 96600 + 46130 = 309610 кДж

Тепловой баланс

QПРХ = QПЛЗ + QПТР  кДж

Отсюда тепловые потери

QПТР = QПРХ – QПЛЗ

Следовательно, тепловые потери не должны превышать

При максимальном  rЖ  QПТР  =  359620  - 333610 = 26010 кДж

При минимальном  rЖ  QПТР  =  359620  - 309610  = 50010  кДж

Однако, тепловые потери можно определить и аналитическим путем. Как уже было отмечено:

QПТР = Q8 + Q9

где, Q8 – тепло, потраченное на разогрев аппарата;

Q9 – тепло, потерянное в окружающую среду, т. е. воздух в цехе.

8) Q8 – тепло на разогрев аппарата находится по уравнению теплового баланса

Q8 = ММ·сМ·(tК – tН)

где, ММ ≈ 360 кг – масса  аппарата АВЖ-400;

сМ ≈ 0,5 кДж/кгК – теплоемкость стали;

(tК – tН) = 90 – 10 = 80 0С – температура на которую разогреваются

детали барабана АВЖ – 400.

Q8 = 360·0,5·80 = 14400 кДж

9) Q9 – потери тепла в воздух находятся по уравнению Ньютона-Рихмана

Q9 = б ·F·(tК – tН)·ф  кДж

где, б – суммарный коэффициент теплоотдачи от нагретой поверхности

к воздуху;

F – площадь теплопередачи аппарата, равная общей поверхности

аппарата контактирующего с воздухом;

(tК – tН) = 90 – 10 = 80 0С – температура на которую разогреваются

детали поверхности АВЖ – 400 –

– поскольку аппарат не имеет теплоизоляции;

ф = 3600 с – час работы аппарата.

Суммарный коэффициент теплоотдачи можно определить по эмпирической формуле:

б = 9,74 + 0,07·(tК – tН) = 9,74 +0,07·80 = 65,74 ≈ 66  Вт/м2К

Боковая поверхность аппарата, т. е. площадь его теплопередачи:

F ≈ 0,8 м2

Тогда

Q9 = 66·0,8·80·3600 = 15206400 Дж  ≈ 15200 кДж 

Отсюда общие потери тепла найденные аналитическим путем равны:

QПТР = Q8 + Q9 = 14400 + 15200 = 29600 кДж

То есть, они находятся в диапазоне найденных потерь 26000 ч 50000 кДж.

В принципе, потери тепла, да и вся методика данного теплового расчета носит ориентировочный характер, поскольку ряд параметров при расчете взяты приближенно, а именно:

площадь теплопередачи аппарата и его масса; начальная и конечная температура жира, возможно, будет несколько больше 10 0С и  меньше 90 0С взятых в расчете;

Тепловой расчет аппарата АВЖ – 245

Расчет аппаратов АВЖ-245 возможен с двух позиций:

до 2000-х годов, в линии Р3-ФВТ-1 устанавливался  аппарат АВЖ-245, в который подавалось естественно холодное жировое сырье и измельчение происходило в две стадии, следовательно, расчет данного аппарата производится точно также как и аппарата АВЖ-400; с  конца 90-х  годов в линии в качестве первой машины, устанавливается  АВЖ-400, поэтому АВЖ-245 устанавливают второй, следовательно, в аппарат подается, уже может быть хотя бы частично плавленое жировое сырье.

Приход тепла в АВЖ-245 также состоит из трех статей:

1) Q1 – приход тепла с паром (D=100 кг/ч на тонну жировой массы или D = 200 кг/ч  поскольку производительность аппарата АВЖ-245 – 2000 кг/ч)

Q1 = D·i = 200·2696 = 539200 кДж