Методика расчета оборудования
Производительность конвертора:
, т/сут (6.1)
где V – полная вместимость конвертора, м3;
φ – коэффициент заполнения конвертора;
a – содержание абсолютно сухого крахмала в крахмальном молоке, поступающем на гидролиз, %;
k – выход товарного продукта (патоки или глюкозы) из абсолютно сухого крахмала, поступающего в производство, %;
n – число циклов работы конвектора в сутки.
Тепловой расчет конвектора:
Составляется уравнение теплового баланса на 1 т готового продукта:
(6.2)
где q0, q1 – количество теплоты в продукте соответственно до и после заварки, кДж/кг;
qк1 – расход теплоты на клейстеризацию после заварки, кДж/кг;
qг1 – расход теплоты на гидролиз, кДж/кг;
d1 – расход греющего пара, кг/т;
i1˝ - энтальпия греющего пара, кДж/кг.
Проведя преобразования уравнения 6.2, получим выражение с учетом потерь теплоты для определения расхода греющего пара:
, кг/т (6.3)
где g0 – количество продукта до заварки, кг;
с0, с1 – удельная теплоемкость продукта до и после заварки, кДж/(кг ∙ К);
t0, t1 – температура продукта до и после заварки, 0С;
А – расход абсолютно сухого крахмала, кг/т;
К1 – степень клейстеризации после заварки, %;
Г1 – степень гидролиза после заварки, %;
η – к.п.д. конвертора.
Тепловой расчет осахаривателей непрерывного действия:
Составляется уравнение теплового баланса на 1 т готового продукта без учета потерь теплоты:
(6.4)
где d1 – расход греющего пара на предварительный подогрев продукта, кг/т;
d2 – расход пара на подогрев продукта до температуры гидролиза, кг/т;
dвт – расход вторичного пара, кг/т;
i1˝ - энтальпия греющего пара на предварительный подогрев продукта, кДж/кг;
i2˝ - энтальпия греющего пара на подогрев до температуры гидролиза, кДж/кг;
iвт˝ - энтальпия вторичного пара, кДж/кг;
tк1 – температура конденсата греющего пара на предварительный подогрев продукта, 0С;
tк2 – температура конденсата греющего пара на подогрев продукта до температуры гидролиза, 0С;
qкл – количество теплоты на клейстеризацию, кДж/кг;
q2 – расход теплоты на гидролиз, кДж/кг;
q5 – расход теплоты с готовым продуктом, кДж/кг.
Проведя преобразования уравнения 6.4, получим выражение для определения расхода пара на окончательный подогрев продукта с учетом потерь:
, кг/т (6.5)
где t1, t2 – температура продукта после предварительного и окончательного подогрева, 0С;
К1, К2 – степень клейстеризации после предварительного и окончательного подогрева, %;
Г1, Г2 – степень гидролиза после предварительного и окончательного подогрева, %;
η – к.п.д. осахаривателя;
с2 – удельная теплоемкость продукта после окончательного подогрева, кДж/(кг ∙ К).
Производительность дисковых и патронных фильтров:
, м3/4 (6.6)
где ΔР- перепад давления, Па;
F- площадь поверхности фильтрации, м2;
τ- время фильтрации, с; R-сопротивление фильтрованию, Па∙с/м;
с - скорость фильтрации, м3/ (м2∙с).
Расчёт выпарного аппарата. Составляется уравнение материального баланса, из которого определяется количество воды в единицу времени:
, кг/т (6.7)
где Go- масса выпариваемого продукта (сиропа), кг/с;
ao и a1- начальная и конечная концентрации продукта, %.
Площадь поверхности нагрева аппарата:
, м2 (6.8)
где Q - расход тепла на выпаривание, кДж/с;
Δt - средняя полезная разность температур теплоносителя, оС;
k - коэффициент теплопередачи, Bm/ (с2∙К).
Расход греющего пара:
, кг/т (6.9)
где P- производительность установки по готовому продукту, кг/ч.
i- энтальпия греющего пара, кДж/кг;
tк - температура конденсата, оС.
Расчёт трёхкорпусной выпарной установки. Расчёт установки производится в следующем порядке:
1. Составляется расчётная схема установки, с нанесением известных и расчётных параметров.
2. Осуществляется продуктовый расчёт выпарной установки, определяется количество влаги (W), выпариваемой в единицу времени.
3. Выпариваемая влага распределяется по корпусам. Если выпарка предназначена для работы без отбора экстрапаров, выпариваемая влага распределяется по корпусам следующим образом:
W1 : W2 : W3 = 1:1,1:1,23 (6.10)
4. После определения Wi рассчитываются изменения концентрации раствора по корпусам (аi) и теплоёмкости (Сi).
5. Распределяется перепад давления между греющим паром и давлением в последнем корпусе (для паточных и глюкозных сиропов желательна температура кипения не выше 100оС).
6. Составляется таблица температурного режима выпаривания, куда вносятся значения давления по корпусам, температуры пара и продукта, депрессии, полезные разности температур и т.п.
7. Составляются тепловые балансы по каждому корпусу и определяется количество теплоты, необходимое для подвода к каждому корпусу:
Qi= Wi ∙ ri ∙ Gi-1 ∙ Ci-1 ∙ (νi-1 – νi), кДж (6.11)
где ri- скрытая теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг;
Gi-1- количество исходного сиропа по корпусам, кДж/ (кг∙К);
νi-1 , νi – температура кипения предыдущего и последующего корпусов, оС;
Сi-1 –теплоёмкость по корпусам, кДж/(кг∙К).
8. Производится распределение полезной разности температур, исходя из минимальной или одинаковой поверхности нагрева аппаратов.
9. Определяются площади поверхности нагрева корпусов:
10. Определяются расходы пара по корпусам (см. формулу 6.9), если нужно, вводятся коэффициенты, учитывающие тепловые потери.
11. Определяются направления расходования экстрапара.
12. Подсчитывается расход пара из котельной на решоферы, общий расход пара.
Расчёт барометрического конденсатора:
Диаметр конденсатора:
dk = 0,0188 
, м (6.12)
где W- расход пара (количество выпариваемой влаги), кг/ч;
ρ - плотность пара, кг/м3;
v - скорость пара для сечения, не занятого полками (v = 10 м/с).
Расход холодной воды:
, кг/ч (6.13)
где i׀׀- энтальпия пара, кДж/кг;
tв׀ - начальная температура воды, оС;
tв׀׀ – конечная температура воды, оС
4,19- удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг · к).
Количество воздуха, откачиваемого из конденсатора:
, кг/ч (6.14)
Производительность кристаллизатора:
, т утфеля/ сут. (6.15)
где М – количество утфеля в кристаллизаторе, кг.
τ – время полного оборота кристаллизатора, сутки
Количество тепла, подлежащее отводу:
Q = M [(c1·t1 – c2·t2) + 100 ·ψ ·P], кДж (6.16)
где c1, c2 – удельные теплоёмкости в начале и конце процесса, кДж/(кг·к);
t1, t2 – начальная и конечная температуры утфеля, оС;
ψ- отношение массы свежего утфеля к общей массе утфеля в кристаллизаторе (ψ= 0,7);
P-выход кристаллов глюкозы из утфеля, %.
Необходимая активная поверхность охлаждения:
, м2 (6.17)
где Qi – количество тепла, подлежащее отводу, кДж;
∆ti - разность температур теплоносителей, оС;
Ri - коэффициент теплопередачи через стенки между утфелем и охлаждающей водой, Вт/(м2 · к).
Расход охлаждающей воды:
, м3/ч (6.18)
где t1΄, t2΄ - начальная и конечная температуры охлаждающей воды, оС;
τ- продолжительность кристаллизации, ч.
Производительность центрифуги периодического действия по фугованному продукту:
, т/ сутки (6.19)
где М- масса загружаемого в ротор утфеля, кг;
Р- выход товарной глюкозы по утфелю, %;
Z- число циклов работы центрифуги в сутки, шт.
Общая потребная мощность на привод центрифуги периодического действия определяется по формуле 4.3.
Вопросы и тесты для самопроверки
Вопросы
1. Аппараты периодического и непрерывного действия для процессов осахаривания крахмала, их устройство и принцип действия.
2. Основы расчёта оборудования для осахаривания крахмала.
3. Опишите конструкцию и принцип действия машин, применяемых для выделения жира из сиропов.
4. Оборудование, применяемое для фильтрации паточно-глюкозных сиропов, их устройство и принцип действия.
5. Классификация выпарных установок и выпарных аппаратов, применяемых в паточно-глюкозном производстве.
6. Приведите методику расчёта выпарных установок.
7. Конструкция вспомогательного оборудования выпарных станций.
8. Устройство и принцип действия кристаллизаторов.
9. Классификация центрифуг, применяемых для отделения кристаллов глюкозы от межкристального оттёка.
10. Устройство и принцип работы сушилки для глюкозы.
Тесты
1. Гидролиз крахмала осуществляется в:
1) выпарных аппаратах; 2) вакуум-аппаратах; 3) нейтрализаторах; 4) конверторах.
2. Производительность конвертора определяется по:
1) выходу товарного продукта; 2) температурному режиму; 3) плотности продукта; 4) полной вместимости.
3. Температура нейтрализации сиропа, оС:
1) 92; 2) 94; 3) 96; 4) 98
4. Для фильтрования паточных сиропов применяются:
1) патронные фильтры; 2) дисковые фильтры; 3) гравитационные отстойники; 4) листовые фильтры
5. Паточные и глюкозные сиропы обесцвечивают в:
1) сульфитаторах; 2) ионитовых реакторах; 3) фильтрах; 4) сатураторах
6. Паточные и глюкозные сиропы в выпарных установках сгущают до концентрации, % СВ:
1) 45; 2) 50; 3) 55; 4) 60
7. В вакуум-аппаратах сироп уваривается до концентрации, % СВ:
1) 65; 2) 70; 3) 75; 4) 80
8. Патока охлаждается в холодильнике до температуры, оС:
1) 35; 2) 40; 3) 45; 4) 50
9. Коэффициент пересыщения глюкозы в кристаллизаторе I продукта:
1) 1,2; 2) 1,3; 3) 1,4; 4) 1,5
10. Максимальная загрузка ротора центрифуги ФПН-1251 Л,кг:
1) 650; 2) 700; 3) 750; 4) 800
11. В барабанной сушилке глюкоза высушивается до влажности, %:
1) 6,2; 2) 7,3; 3) 8,4; 4) 9
Ответы на тесты по темам
Глава 1: 1.3; 2.2; 3.1; 4.2 и 4.4; 5.4; 6.3.
Глава 2: 1.4; 2.2; 3.3 и 3.4; 4.2; 5.2; 6.4; 7.3; 8.3; 9.1 и 9.3; 10.2 и 10.3.
Глава 3: 1.2 и 1.4; 2.3; 3.1; 4.4; 5.2; 6.1; 7.2 и 7.3; 8.1 и 8.4; 9.4; 10.1; 10.2 и 10.4.
Глава 4: 1.2; 2.3; 3.1; 4.3; 5.3 и 5.4; 6.1; 7.2.
Глава 5: 1.1; 1.2 и 1.4; 2.2 и 2.3; 3.3; 4.2 и 4.3; 5.4; 6.3; 7.1.
Глава 6: 1.4; 2.1 и 2.4; 3.3; 4.1 и 4.2; 5.2; 6.3; 7.4; 8.2 и 8.3; 9.1; 10.3; 11.4.
Список рекомендуемой литературы
Основная
1. Шамборант Г.Г. Технологическое оборудование предприятий крахмало-паточной промышленности. – М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984, 216с.
Дополнительная
2. Каталог. Технологическое оборудование для предприятий пищевой промышленности. Том II, часть I. Сахарная и крахмало-паточная промышленность. - М.: АгроНИИТЭИИТО, 1990, 239с.
3. Трегубов Н.Н., Жарова А.И. и др. Технология крахмала и крахмалопродуктов. – М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1981, 471с.
4. Штырнова Е.А., Сидорова Е.К. , Пазирук К.И. и др. Технология и технохимический контроль крахмалопаточного производства. – М.: ВО «Агропромиздат», 1986, 320с.
5. Трегубов Н.Н., Балатер И.И., Бешенцев Б.Н., Грязнов М.М. Проектирование предприятий крахмало-паточной промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1964, 315с.
Московский Государственный Университет