КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Отчет по лабораторной работе №3
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ОДНОКОРПУСНОГО ВЫПАРНОГО АППАРАТА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
по дисциплине «Машины и аппараты пищевых производств»
Специальность 1-36 09 01 Машины и аппараты пищевых производств
Проверил Выполнил ассистент студент группы МА-091 Яцков Г.Ф. Якименко Е.И. «___»__________2012г. «___»__________2012 г.
Могилев 2012 Цель работы: 1. Практически ознакомиться с устройством и принципом работы выпарного аппарата циркуляционного типа; 2. Экспериментально определить удельный расход греющего пара и расчет составляющих теплового баланса аппарата; 3. Определить коэффициент теплопередачи в выпарном аппарате. Выпаривание – процесс концентрирования растворов твердых нелетучих или малолетучих веществ путем удаления летучего растворителя при температуре кипения раствора. Таким образом, в процессе выпаривания количество твердых (сухих) веществ в растворе остается постоянным, а удаляется растворитель (влага), т.е.: , (1) где - количество раствора в начале и конце процесса выпаривания; - массовая доля сухих веществ в растворе вначале и конце процесса выпаривания. Уравнение материального баланса по исходному раствору имеет вид: , (2) где W - количество удаляемого растворителя (влаги). Совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет установить: до какого содержания сухих веществ может быть сгущен продукт: , (3) или какое количество влаги удаляется в процессе сгущения раствора от xн до xк: (4)
1 - греющая камера; 2 - сепаратор; 3 - циркуляционная труба; 4 - греющие трубы; 5 - трубные доски; 6 - кожух; 9 - днище греющей камеры; 11 - ее крышка; 12 - соковая труба; 7, 8, 10, 13 – 15 - патрубки.
Рисунок 1– схема выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой
Процесс выпаривания осуществляется в выпарных аппаратах. На предприятиях пищевой и химической промышленности широко распространены аппараты циркуляционного типа как непрерывного, так и периодического действия. Циркуляция выпариваемого раствора осуществляется либо естественным путем, либо с помощью насосов. Аппарат с естественной циркуляцией (рисунок 1) состоит из греющей камеры 1, сепаратора 2, циркуляционный трубы 3. Греющая камера 1 (калоризатор) образована пучком кипятильных труб 4, закрепленных в трубных решетках 5, снаружи закрытых кожухом 6 с патрубками 7 – подачи греющего агента и 8 – отвода отработанного теплоносителя. Снизу калоризатора 1 размещено днище аппарата 9 с патрубком отвода сгущенного раствора 10. Днище соединяется с циркуляционной трубой 3. Над калоризатором размещается крышка 11, которая соковой трубой 12 соединяется с сепаратором 2. Сепаратор 2 имеет патрубки 13 и 14. По патрубку 13 из аппарата удаляются пары растворителя (соковые пары), а по патрубку 14 сгущенный раствор поступает в циркуляционную трубу 3. Циркуляционная труба снабжена патрубком 15 для подачи исходного раствора на выпаривание. Аппарат работает следующим образом. Исходный раствор по патрубку 15 подается в нижнюю часть греющей камеры 1, заполняя кипятильные трубы 4. По патрубку 7 в калоризатор подается греющий пар, который, конденсируясь на наружной поверхности кипятильных труб 4, отдает тепло исходному раствору, и в виде конденсата удаляется из греющей камеры по патрубку 8. Нагреваясь и закипая, исходный раствор поднимается по кипятильным трубкам и до крышки греющей камеры 2. По соковой трубе 12 поступает в сепаратор 2. В сепараторе раствор освобождается от паров растворителя и по циркуляционной трубе 3 опускается к низу кипятильных труб 4. Естественная циркуляция раствора осуществляется в замкнутом объеме, состоящем из циркуляционной трубы 3, кипятильных труб 4 и сепаратора 2. В кипятильных трубах при кипении образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самого раствора, вследствие чего происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости, и ухудшаются условия для образования накипи на внутренней поверхности кипятильных труб.
Для осуществления естественной циркуляции требуется два условия: 1) достаточная высота уровня раствора в циркуляционной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси в кипятильных трубах и сообщить этой смеси необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубках, чтобы парожидкостная смесь имела возможно малую плотность. Расход греющего пара, необходимого для проведения процесса выпаривания, определяется из уравнения теплового баланса. , (5) где – тепло, отданное греющим паром, Дж; – тепло, затраченное на нагрев раствора до температуры кипения, Дж; – тепло, затраченное на испарение влаги из раствора, Дж; – тепловые потери, Дж; – тепловые потери на нагрев аппарата, Дж; – потери в окружающую среду, Дж. Для характеристики степени совершенства проведения процесса выпаривания вводят понятие удельного расхода греющего пара: d=D/W,(6) где D - расход греющего пара, кг/с; W - количество выпариваемой влаги, кг/с. В среднем теоретический расход греющего пара dт (случай выпаривания продукта, нагретого до температуры кипения) составляет 1,04 кг пара на кг испаренной влаги. Действительный расход греющего пара несколько выше за счет: ¾ нагрева продукта до температуры кипения ¾ тепловых потерь ; и для однокорпусного выпарного аппарата составляет в среднем 1,1 кг пара/кг исп. вл.. Снизить удельный расход греющего пара возможно в многокорпусных выпарных установках. Так, при сгущении продукта в двухкорпусной установке dII = 0,57 кг/кг, в трехкорпусной - 0,4 кг/кг, в четырехкорпусной - 0,3 кг/кг, в пятикорпусной - 0,2 кг/кг. Для установок циркуляционного типа, применяемых в пищевой промышленности, не рекомендуется применять более пяти корпусов. Это диктуется невозможностью увеличения температуры кипения в первом корпусе сверх допустимой, что влечет необратимые изменения в растворе (карамелизация сахара, денатурация белков, разложение витаминов, ферментов). Максимальная температура кипения в последнем корпусе зависит от экономически оправданной величины разряжения, которую можно достичь в конденсаторе. Обычно для пищевой промышленности температура греющего пара первого корпуса не превышает 140°С, а вторичного пара последнего корпуса 50°С. Принимая для аппаратов циркуляционного типа полезную разность температур в корпусе
∆tп =10°С и учитывая температурные потери между корпусами, подучим, что при данном перепаде температур целесообразно установить лишь пять корпусов. Вторичный пар, образующийся в каждом корпусе, можно частично отводить на сторону и использовать для предварительного подогрева раствора, поступающего на выпаривание, или на другие технологические цели. Отводимый, на сторону вторичный пар называется экстрапаром. Преимущество отбора заключается в том, что возрастание расхода греющего пара при отборе экстрапара меньше количества отбираемого экстрапара. Так, в четырехкорпусной выпарной установке на отбор из первого корпуса 1 кг экстрапара затрачивается 0,75 кг греющего пара, а на отбор из второго и третьего корпусов - соответственно 0,5 и 0,25 кг. Поэтому целесообразно отбирать экстрапар не из первого корпуса, а из последующих. Из последнего корпуса вторичный пар направляется в конденсатор. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Однокорпусная выпарная установка (рисунок 2) включает в себя выпарной аппарат ВА, состоящий из греющей камеры (калоризатора) КВА и сепаратора СВА, конденсатор вторичных паров К, парогенератор ПГ и мерные сосуды MC1 и МС2 для замера количества полученного конденсата греющего и сокового пара. Кроме этого, на линии греющего пара установлен термометр для измерения температуры греющего пара. Калоризатор аппарата состоит из шести труб Ø 15 х 1,5 длиною 400 мм. Площадь теплопередающей поверхности калоризатора составляет 0,113 м.
Греющий пар из парогенератора ПГ по паропроводу подается в верхнюю часть калоризатора. Конденсируясь на наружной поверхности кипятильных труб в виде пленки конденсата, стекает по трубам и собирается в мерный сосуд МС. Сгущаемый раствор через смотровое окно в сепараторе СВА заливается в аппарат. Заполняет кипятильные трубы, нагревается в них за счет тепла, выделенного конденсирующимся паром, вскипает, поднимается по трубам и поступает в сепаратор. В сепараторе из раствора выделяется вторичный пар, а раствор, свободный от пара, по циркуляционной трубе опускается в нижнюю часть выпарного аппарата и вновь заполняет кипятильные трубы.
КВА - калоризатор выпарного аппарата; СВА - сепаратор выпарного аппарата; ПГ - электрический парогенератор; К - конденсатор вторичных паров; МС - мерные сосуды; В3 - вентили запорные.
Рисунок 2 – схема экспериментальной установки
Выделившийся вторичный пар поступает в конденсатор К. Отдавая свое тепло охлаждающей воде, движущейся в кольцевом зазоре конденсатора, пар конденсируется и его конденсат собирается в мерном сосуде МС1. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА Перед началом проведения эксперимента установка прогревается, для чего проверяется уровень воды в парогенераторе и после этого включаются ТЭНы. Во время разогрева установки готовится раствор, подвергаемый сгущению (10% раствор NaCL в количестве 2-3 дм3). После выхода установки на режим (появление конденсата в мерном сосуде MС1) через смотровое окно в сепараторе, заливается подготовленный раствор, измеряется его температура и засекается время. В процессе работы аппарате необходимо следить за температурой вторичных паров в сепараторе и, когда она достигнет 100-105°С , это будет свидетельствовать о том, что процесс нагрева сгущаемого раствора завершился и начался процесс сгущения. Здесь же определяют время нагрева раствора и по уравнению: (7) рассчитывается количество тепла, затраченное на нагрев продукта, где G - количество сгущаемого продукта, кг; с - теплоемкость сгущаемого раствора, Дж/(кг∙°С); - температуры кипения и начальная выпариваемого продукта, °С; τ - время нагрева продукта, с. Через 30 мин. после начала процесса кипения замеряется количество конденсата, находящегося в мерных сосудах MC1 и МС2. И соответственно по уравнениям: (8) и , (9) раcсчитывается количество теплоты, затраченное на испарение продукта и отданное греющим паром. В приведенных уравнениях: r - скрытая температура фазового перехода. Определяется по таблицам по температуре кипения раствора. - энтальпии греющего пара и его конденсата. Находятся по таблицам по температуре греющего пара.
МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
По уравнениям (7), (8) и (9) рассчитываются основные составляющие баланса выпарного аппарата. Из уравнения (5) определяется величина тепловых потерь выпарного аппарата, отнесенная к полезно затрачиваемому теплу, т.е. к Σ(Qн+Quc). Пользуясь уравнением (6), рассчитывается удельный расход греющего пара. По основному уравнению теплопередачи Qгп= КF∆t=Quc/τ рассчитывается общий, коэффициент теплопередачи. Средняя движущая сила процесса рассчитывается по известным соотношениям (10), (11) и рисунок 2. Данные расчетов заносят в протокол испытаний (таблица 1).
Таблица 1 – протокол испытаний
Вывод:
Дата добавления: 2015-07-13; Просмотров: 551; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |