Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

«Процессы и аппараты пищевых производств

.pdf
Скачиваний:
71
Добавлен:
23.05.2015
Размер:
1.72 Mб
Скачать

φ0, %; температура воздуха, выходящего из калорифера и поступающего в сушилку, t1; температура воздуха на выходе из сушилки, t2; абсолютное давление греющего пара, поступающего в калорифер, Рабс.

Указания к решению задачи

При решении задачи следует пользоваться J-d диаграммой влажного воздуха [ 2;5] .

По заданной температуре t0 и относительной влажности φ0 определяют влагосодержание d0 наружного воздуха, поступающего в калорифер, и его энтальпию J0. В калорифере подогрев воздуха происходит при постоянном влагосодержании d0. По J-d диаграмме по вертикали, соответствующей d0, поднимаются до температуры t1 воздуха, выходящего из калорифера, и находят энтальпию горячего воздуха J1. Подогретый воздух с параметрами t1, φ1, d1 (d1=d0), J1, поступает в сушилку.

Рис.4. Схема сушилки

11

В сушилке по транспортеру перемещается продукт навстречу горячему воздуху. При соприкосновении влажного продукта с горячим воздухом происходит процесс тепло- и массообмена. В результате влажность продукта уменьшается от W1 до W2. Одновременно происходит повышение относительной влажности воздуха от φ1 до φ2, влагосодержания от d1 до d2 и понижение температуры от t1 до t2, а энтальпия воздуха остается постоянной,

J1=J2.

Охлажденный и увлажненный воздух с параметрами t2, φ2, d2, и J2 удаляется из сушилки. Его параметры находят следующим образом. При постоянной энтальпии J1=J2=const опускаются по наклонной линии до температуры t2, затем по вертикали спускаются вниз и находят влагосодержание d2.

После этого определяют удельный расход воздуха l (количество воздуха, отнесенное к 1кг испаренной влаги), кг/кг

1000

.

l =

 

 

d2

d1

Полный часовой расход воздуха, кг/ч, L=

l×U ,

где U – количество влаги, удаленной из продукта в процессе сушки, кг/ч.

W W

U = G1 1 2 .

100 W2

Удельный расход теплоты находят по уравнению

 

 

 

 

 

 

 

q =l( J1 J 0 )

, Дж/кг испар. влаги

 

Тепло, затраченное на подогрев воздуха, Q= q×U , Вт.

 

Расход пара на подогрев воздуха, кг/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д =

Q

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i i

 

 

 

 

 

где i'' и i''

- энтальпии греющего пара и его конденсата (находят в зависимости от Рабс по

таблице водяного пара приложение 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №6

 

 

 

Определить массу выпавших кристаллов сахарозы

Gкр кг из

Gнр кг насыщенного

раствора сахарозы, количество выделившейся при этом теплоты

 

Qw кДж и расход воды w на охлаждение указанного раствора от tнр

, 0С до tкр , 0С.

 

 

 

 

 

Указания к решению задачи

 

Согласно приложения 4 в 1 кг воды при tнр

в насыщенном растворе сахарозы

находится

gсах

, кг, а при tкр

 

-

gсах

кг. В (

gсах

+1) кг, исходного насыщенного раствора

 

р

 

 

 

р

 

р

 

 

 

 

 

 

содержится 1 кг воды, а в

Gнр

 

кг того же раствора -

Gpw

кг воды, поэтому исходя из

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пропорции

 

 

 

p

 

 

 

æ tн

 

 

 

èçg сах

находим в Gнр

кг исходного раствора:

воды

Gwp = Gнp / g сах

+1

;

 

р

 

 

ø

;

 

 

 

,

+1ö-1

 

р

р

 

÷

 

G н

G к

 

12

сахарозы

Gсахp = Gнр Gwp , кг.

Так как сахароза при кристаллизации не образует кристаллогидратов, то полученное количество воды будет содержаться в маточном растворе, а сахарозы в нём будет

 

 

 

 

м

 

G p

 

 

t p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gсах =

н

× gсахн

, кг,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gсахн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, из раствора выпадает кристаллов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

p

 

G p

t р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gкр = Gн

- Gw -

 

н

× gсахн

,

кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gсахн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а с учётом значения

Gwp , приведённого выше, будем иметь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

tk

øè

 

ø

, кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р æ tн

öæ tн

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

p

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gкр = Gн çg сах -g

сах ÷çg сах +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество маточного раствора составит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

ö

 

 

р

 

 

 

р

ì р

р

é р

æ

t р

ù

t р

ü

р

 

G р

t р

р

g tн

+1

 

 

 

 

н

ö

н

 

 

ç

 

н

÷

н

сах

 

 

.

Gм = Gн

Gн -Gw

-êGн

gсах +úgсах ý= Gw

+ ç

 

 

÷gсах = Gн

 

 

 

 

t р

t р

 

 

 

î

 

ë

è

 

 

ø

 

 

þ

 

ç

 

н

÷

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

û

 

 

 

è gсах +1ø

 

 

gсах +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На основании полученных соотношений материального баланса составим тепловой баланс кристаллизатора

G нрС нрtнр +G kprkp =G мС мtм +G kpC kptkp +Q w ,

или

Q1 +Q2 =Q3 +Q4 +Q w .

Количество теплоты, приходящей с исходным раствором, можно выразить как

 

 

 

 

 

 

Q

=G рС рtр

, кДж,

 

 

 

 

 

 

1

н н н

 

где

Снр

- удельная массовая теплоёмкость исходного раствора, кДж/кг·К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

С нр

= С в G wр + С сахG сахp /G нр .

 

 

 

 

 

 

G н

 

Здесь

Gwp / Gнр , Gсахр / Gнр

- массовые доли воды и сахарозы в растворе;

 

Cв , Ссах

- массовые удельные теплоёмкости воды и сахарозы (соответственно

 

 

 

 

 

 

 

Св = 4,19

 

кДж/кг·К и

Ссах = 1,47

кДж/кг·К).

 

В процессе кристаллизации

Gkp

кг сахарозы выделит теплоты

 

 

 

 

 

 

Q2 = Gkp rkp , кДж,

где

rkp - удельная теплота кристаллизации сахарозы, rkp = 55 кДж/кг.

Количество теплоты, Q3 , уходящей с маточным раствором

13

Где

Здесь

Q3 =G мС мtм , кДж,

См - удельная массовая теплоёмкость маточного раствора, кДж/кг·К

 

tм =tkp , oC

.

 

 

 

 

 

 

 

С

в

 

С gtkp

 

C м =

 

+

 

сах

сах

,

tp

 

 

 

tp

+1

 

gсахk +1

 

gсахk

 

где

1/gсахt kp +1

- массовая доля воды в маточном растворе;

 

 

 

 

 

gсахt k

/gсахt k

+1

 

- массовая доля сахарозы в маточном растворе.

 

 

 

 

 

p

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество теплоты, уносимой с кристаллами

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

.

 

Q 4 =G kpC kptkp

, кДж,

 

 

 

 

 

 

C kp

=C сах; tkp =tkp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом,

 

 

Q w =Q1 +Q2 Q3 Q4 , кДж,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а расход воды на охлаждение кристаллизатора составит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W =

Cв(tвk tвн)

, кг

 

 

 

 

 

 

где

tвk , tвн

- конечная и начальная температуры воды,

о

С (температурой

tвk

 

задаются,

принимая её на 15

о

С меньше

tр

, а начальную температуру воды принимают

 

tн =13о С

).

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

в

 

 

Литература

Основная 1.Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н., Ларин В.А.Процессы и аппараты пищевых

производств.М.:КолосС,2008.-760с.

2.Липатов Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Экономика, 1987.

3.Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производсв. -М.: Агропромиздат, 1991.-432с.

4.Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: «Пищевая промышленность», 1976,-663с.

Дополнительная

1.Исаев Н.И. Механические процессы (прессование).Учебн. пос. СПбТЭИ, 1994.

2.Жижина А.В., Исаев Н.И. Механические процессы. Учебн. пос. СПбТЭИ, 1994.

3.Жижина А.В. Теоретические основы тепловых процессов. Учебн. пос. СПбТЭИ, 1995.

4.Жижина А.В. Теплообменные аппараты. Учебн. пос. СПбТЭИ, 1996.

5.Жижина А.В. Тепловые процессы. Учебн. пос. СПбТЭИ, 1998.

14

6.Жижина А.В. Теоретические основы массообменных процессов. Учебн. пос. СПбТЭИ, 1998.

7.Жижина А.В., Крысин А.Г. Сорбционные процессы. Учебн. пос. СПбТЭИ, 2000.

8.Жижина А.В., Крысин А.Г. Кристаллизация. Ректификация. Учебн. пос. СПбТЭИ, 2001.

15

Приложение 1

 

 

 

 

 

 

Исходные данные к задаче №1

 

 

 

 

 

 

Величины, их

 

 

 

 

 

 

Значение величин

 

 

 

 

 

 

размерность

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

d

, см

8

10

12

8

10

6

8

7

8

5

6

6

5

6

 

, шт

10

9

8

9

8

10

12

11

8

15

14

8

7

6

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные к задаче №2

 

 

 

 

 

 

Величины, их

 

 

 

 

 

 

Значение величин

 

 

 

 

 

 

размерность

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

V

, м3

 

 

26

24

22

20

18

20

22

24

26

28

20

20

21

24

 

 

 

 

 

 

, Па

3,6

3,5

3,38

3,28

3,68

3,6

3,7

3,8

3,5

3,8

3,9

3,8

3,6

3,6

Рo 10−5

 

 

 

 

 

 

 

 

75

70

65

60

80

85

90

95

80

70

65

75

70

80

do

 

 

, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

25

30

30

20

20

25

25

20

20

30

30

25

25

d1

 

, мм

 

 

 

 

, мм

 

 

46

48

50

52

46

48

50

52

46

48

50

52

46

50

d2

 

 

 

 

 

 

, Па

3,35

3,30

3,20

3,10

3,40

3,45

3,50

3,30

3,30

3,50

3,55

3,40

3,20

3,30

Р1 10−5

 

 

 

 

 

 

 

1,4

1,3

1,2

1,1

1,6

1,5

1,4

1,1

1,2

1,3

1,6

1,7

1,5

1,4

H1

 

 

 

, м

 

 

Исходные данные к задаче №3

Величины, их

 

 

 

 

 

 

Значение величин

 

 

 

 

 

 

размерность

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

V

, м3

80

75

70

65

60

55

50

55

65

85

95

80

75

45

 

 

 

 

 

 

36

30

40

30

35

40

36

30

40

40

36

30

46

36

d1 ×106

, м

r т

 

, кг/м3

2700

2710

2000

2100

2200

2300

2150

2000

1950

2200

2400

2150

1950

2000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные к задаче №4

 

 

 

 

 

 

Величины, их

 

 

 

 

 

 

Значение величин

 

 

 

 

 

 

размерность

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Gм

 

 

, кг/ч

3000

5000

4500

4000

7000

2000

2500

3500

4500

5500

6000

6500

7500

8000

 

 

 

 

5

10

8

9

15

13

17

18

20

12

11

7

3

6

tмн

, оС

 

, оС

76

70

72

78

77

79

80

81

85

87

85

74

75

82

tмк

 

 

 

2,0

2,5

4,0

3,5

4,5

5,0

4,3

2,8

3,2

5,2

5,3

5,7

5,8

4,1

Pабс ×105

, Па

Продолжение приложения 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные к задаче №5

 

 

 

 

 

 

Величины, их

 

 

 

 

 

 

Значение величин

 

 

 

 

 

 

размерность

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

G1

 

 

, кг/ч

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5000

4500

4000

3500

3000

2500

2000

 

 

 

 

 

 

50

45

40

55

45

35

60

55

45

40

50

55

60

65

W1

 

 

, %

 

W2

 

 

, %

 

7

8

6

9

6

5

7

6

5

8

9

10

11

12

to

, оС

15

18

20

25

30

20

25

20

15

18

17

16

19

20

 

 

 

 

60

55

50

45

50

45

45

45

55

60

60

55

45

50

j o

 

, %

 

t1

, оС

90

95

100

105

100

95

90

85

80

75

80

85

90

95

 

, оС

50

50

55

60

50

45

45

40

40

40

45

50

55

60

t2

 

 

 

5,0

4,0

6,0

4,0

3,0

2,5

3,0

4,0

4,0

4,5

5,5

5,0

4,5

4,0

Pабс ×105

, Па

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные к задаче №6

 

 

 

 

 

 

Величины, их

 

 

 

 

 

 

Значение величин

 

 

 

 

 

 

размерность

 

 

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Gначp

 

, кг

150

110

130

105

125

200

180

140

100

190

120

90

160

180

 

 

 

70

75

80

85

90

95

68

72

76

84

70

68

72

83

tначp

, оС

 

, оС

30

32

35

35

40

42

31

33

34

38

31

30

32

40

tконp

 

 

 

 

Основные физические свойства молока

 

 

 

 

Приложение 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t , оС

ρ , кг/м3

 

 

λ ,

 

C ,

 

m×103

,

 

Pr

 

 

S ×103

, Н/м

 

 

 

 

 

Вт/м·К

кДж/кг·К

Па·с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

1032,6

0,486

3,868

3,02

 

30,2

47

10

1031,7

0,489

3,870

2,52

 

20,0

45

15

1030,7

0,492

3,880

2,14

 

16,9

45

20

1028,7

0,495

3,890

1,82

 

14,3

43

30

1024,8

0,500

3,900

1,35

 

10,6

42

40

1020,9

0,506

3,910

1,10

 

8,5

 

42

50

1015,9

0,516

3,870

0,87

 

6,5

 

42

60

1011,1

0,518

3,850

0,72

 

5,35

42

70

1005,2

0,524

3,850

0,63

 

4,65

42

80

1000,3

0,530

3,850

0,58

 

4,2

 

42

90

999

 

0,531

3,850

0,56

 

4,07

42

100

887

 

0,542

3,850

0,54

 

3,84

42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3

 

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

P , кПа

 

t, оС

 

 

V′′

, м3/кг

ρ ′

, кг/м3

 

i

,

 

i′′

,

 

r , кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кДж/кг

 

кДж/кг

 

 

 

1,00

6,936

 

130,04

0,0077

29,18

 

2513,4

2484,2

2,00

17,486

67,24

0,0149

73,40

 

2533,1

2459,7

2,50

21,071

54,42

0,0184

88,36

 

2539,5

2451,1

3,00

24,078

45,77

0,0218

100,93

2545,3

2444,4

4,00

29,95

 

34,93

0,0286

121,33

2553,7

2432,3

5,00

32,89

 

28,24

0,0354

137,79

2560,9

2423,1

6,00

36,17

 

23,77

0,0421

151,49

2567,1

2415,6

8,00

41,53

 

18,13

0,0552

173,89

2576,4

2402,5

10,0

45,82

 

14,70

0,0681

191,84

2583,9

2392,1

14,0

52,57

 

10,69

0,0935

220,05

2596,1

2376,0

18,0

57,82

 

8,448

0,1184

242,03

2605,4

2363,3

20,0

60,08

 

7,652

0,1307

251,48

2609,2

2357,7

25,0

64,99

 

6,201

0,1613

272,03

2617,6

2345,5

30,0

69,12

 

5,232

0,1911

289,30

2624,6

2356,3

40,0

75,87

 

3,999

0,2501

317,62

2636,3

2318,7

50,0

81,33

 

3,243

0,3083

340,53

2645,2

2304,7

60,0

85,94

 

2,734

0,3658

359,90

2653,1

2293,2

80,0

93,50

 

2,089

0,4787

391,75

2665,3

2273,5

100,0

99,62

 

1,696

0,5896

417,47

2674,9

2257,5

120,0

104,80

1,430

0,6992

439,34

2683,0

2243,6

160,0

113,31

1,092

0,9160

475,41

2696,3

2220,8

200,0

120,23

0,8860

1,129

504,74

2706,8

2202,0

260,0

128,73

0,6929

1,443

541,20

2718,9

2177,7

300,0

133,54

0,6055

1,652

561,70

2725,5

2163,9

400,0

143,62

0,4623

2,163

604,30

2738,7

2134,1

500,0

151,84

0,3749

2,667

640,10

2748,8

2108,7

600,0

158,84

0,3156

3,169

670,60

2756,9

2086,3

800,0

170,41

0,2405

4,161

720,90

2796,0

2048,1

1000,0

179,88

0,1945

5,143

762,40

2777,8

2015,3

1200,0

187,95

0,1633

6,125

798,40

2784,6

1986,2

1400,0

195,04

0,1408

7,102

830,00

2789,7

1959,7

1600,0

201,36

0,1238

8,080

858,30

2793,5

1935,2

1800,0

207,10

0,1104

9,055

884,20

2796,5

1912,3

Приложение 4

Растворимость сахарозы в чистой воде (в кг сахарозы/кг воды)

t , оС

gсах

, кг/кг

t , оС

gсах

, кг/кг

t , оС

gсах

, кг/кг

30

2,175

55

2,755

80

3,703

35

2,267

60

2,911

85

3,905

40

2,370

65

3,083

90

4,221

45

2,486

70

3,271

95

4,515

50

2,614

75

3,477

100

4,837

Приложение 5

I -d диаграмма влажного воздуха