Дипломная работа: Вакуумная сублимационная установка для фермерского хозяйства

На этом все операции по подготовке установки к сушке продукта завершены и процесс вакуумной сублимационной сушки в камере проходит в автоматическом режиме.

Выгрузка продукта и подготовка оборудования к следующему циклу.

После окончания процесса сушки в одной из сушильных камер закрывают вакуумную задвижку, расположенную на патрубке между сушильной камерой и конденсатором, и отключают вакуумные насосы, работающие на эту камеру. Производят девакуумизацию конденсатора и сушильной камеры посредством напускных клапанов, установленных на установке и управляемых с пульта или вручную. Открывают крышку сушильной камеры и высушенный продукт, на противнях, выгружают и отправляют на упаковку или для дальнейшей переработки, а сушильную камеру и осушитель подготавливают для следующей сушки. Сушильную камеру и противни моют и дезинфицируют. Оттайка батарей осушителя осуществляется промыванием горячей водой, либо системой нагрева. После мойки сушильной камеры и противней и оттайки батарей осушителя, данный модуль готов к следующему циклу сушки, при этом вакуумный затвор между конденсатором и сушильной камерой открыт.

Технические характеристики:

1.  Количество противней в сублиматоре, шт                             22

2.  Поверхность загрузки, м                                                                7

3.  Толщина слоя продукта на противне, мм                              10-15

4.  Температура продуктовых плит, °С                             -35 - +35

5. Рабочее давление в сушильной камере, Па

для пищевых продуктов, Па                                                        

6.  Время достижения рабочего давления, мин                                    45 - 60

7.  Продолжительность цикла сушки

при толщине слоя 10 - 15мм., ч                                                    7 - 9

8.  Расстояние между продуктовыми плитами, мм                      65

9.  Влажность продукта конечная, %                                           5

10. Количество циклов сушки без оттайки осушителя, цикл      1

11. Охлаждение вакуумных агрегатов                      естественное

12. Установленная мощность трехфазной электросети, кВт                12

13. Холодильная машина                        DWM Copeland M8-2SA-450

14. Потребляемая мощность (с холодильной машиной), кВт    8

15. Площадь, занимаемая установкой, м2                                             15

16. Общая масса, кг                                                                      700

Расчет вакуумной системы и выбор оборудования основывается на количественной оценке газовых потоков, поступающих в систему откачки

 - технологические газовыделения, количество воздуха, содержащегося в водяном паре при сублимации.

В первые часы работы с противней сублиматора испаряется = 8кг/ ч или  кг/с водяного пара, который в этом количестве осаждается на батареях конденсатора.

Но влажный воздух, кроме водяного пара, содержит воздух, который откачивается вакуумным насосом. Для оценки количества газов, растворенных в материале, можно воспользоваться данными, приведенными на рис.2, на котором представлены кривые растворимости газов в воде.

Рис.1

Как видно из рисунка, при давлении р=70Па и температуре влажного воздуха  = 20°С содержится  = 0.025  воздуха.

Из курса технической термодинамики известно выражение:

, где

 - плотность влажного воздуха

 - плотность смеси

 - среднее рабочее давление, которое поддерживается в системе;

 - газовая постоянная влажного воздуха;

 = 20 + 273.16 = 293.16, К - температура входящей парогазовой смеси

Тогда газовый поток составит:

с

 - десорбционное газовыделение с внутренней поверхности камеры. Известна скорость удельного газовыделения, измеряемая потоком газа, десорбирующегося с единицы поверхности в единицу времени , внутренняя площадь

, тогда

 - натекания через фланцевые соединения.

Для оценки натеканий через соединения системы, суммируются натекания через каждые фланцевые соединения элементов входящих в систему.

Сублиматор сборный состоит из обечайки Dy = 1030 мм и боковых крышек.

Наибольшая величина натекания через каждое соединение не более

К обечайке привариваются пять фланцев  = 63мм под датчики давления, датчик температуры, течеискатель и натекатель. Наибольшая величина натекания воздуха в вакуумную полость через каждый фланец .

На одной из крышек сублиматора предусмотрено смотровое окно, наибольшая величина натекания воздуха в вакуумную полость через смотровое окно . На другой крышке сублиматора предусмотрен фланец  = 400мм для присоединения конденсатора. Между сублиматором и конденсатором установлен вакуумный затвор  = 400мм, наибольшая

величине натекания воздуха в вакуумную полость через вакуумный затвор .

Конденсатор сборный, нижний поддон соединен с верхней частью через фланец =600 мм, наибольшая величина натекания воздуха в вакуумную полость через фланец .

К верхней части конденсатора привариваются пять фланцев

 = 63мм для присоединения откачной системы: под датчик давления, комбинированный датчик температуры/влажности, течеискатель и натекатель. Наибольшая величина натекания воздуха в вакуумную полость через каждый фланец . На нижнем поддоне предусмотрены фланцы = 63мм подсоединение трубопроводов подвода и отвода

хладагента, и трубопровода слива воды при размораживании льда на батареях конденсатора. Наибольшая величина натекания в вакуумную полость через каждый фланец .

Система откачки представляет собой Роторно-Пластинчатый Вакуумный Насос (РПВН), трубопроводную арматуру, вакуумные клапаны с электромагнитным приводом, механической ловушки и фланцевых отводов для присоединения датчиков давления и течеискателя. Все элементы стыкуются между собой разборными фланцевыми соединениями = 63мм. Наибольшая величина натекания воздуха в вакуумную полость через каждый фланец

Суммируя величину натекания через каждые фланцевые соединения элементов входящих в систему:

 или

Газовая нагрузка:

По известной газовой нагрузке, с учетом проводимости вакуумной системы, определяется величина Sм3/с - быстрота откачки насоса, необходимая для обеспечения работы установки в рабочем режиме при среднем давлении p=0.525 мм. рт. ст=70Па, которое поддерживается в системе.

Схема: Установка для сублимационной сушки продуктов пищевой промышленности (рис.1)

1. Сублиматор

2.  Вакуумный затвор = 400мм, проводимость (теоретическая) в вязкостном режиме 35,3

3.  Конденсатор

4.  Участок вакуумного трубопровода = 63мм, L=500 мм.

5.  Вакуумная механическая ловушка, проводимость (теоретическая) в вязкостном режиме 0,47 .

6.  Участок вакуумного трубопровода  = 63мм, L=220 мм.

7.  Клапан вакуумный угловой КВМ, проводимость (теоретическая) в вязкостном режиме 0,18.

8.  Участок вакуумного трубопровода = 63мм, L=240 мм.

Диаграмма состояния воды.

Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару.

Кривая ОА (рис.2), отделяющая область пара от области жидкого состояния, называется кривой равновесия жидкость-пар или кривой кипения.

Кривая ОС, отделяющая область жидкой воды от области льда, называется кривой равновесия твердое состояние – жидкость.

Рис.2 Кривая плавления.

Кривая ОВ - это кривая равновесия твердое состояние-пар, или кривая сублимации.

Все три кривые пересекаются в точке О. Координаты этой точки - это единственная пара значений температуры и давления, при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки, =273,16 К,=610Па

Справа кривая кипения оканчивается в критической точке.

При температуре, отвечающей этой точке, - критической температуре - величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара, становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состоянием исчезает, для воды = 647,2°С,=22,12МПа.

Сублимация - это такой процесс, при котором при низких давлениях твердое вещество переходит непосредственно в парообразное состояние, минуя жидкую фазу.

Любой влажный материал состоит из влаги (растворителя) и сухого вещества

где  - масса влажного материала;

 - масса влаги, содержащейся во влажном материале;

 - масса сухого вещества, содержащегося во влажном материале. Отношение количества влаги к полному количеству влажного материала называется относительной влажностью материала:

Отношение количества влаги к количеству сухого материала называется влагосодержанием материала.

Соотношения между относительной влажностью и влагосодержанием.

Количество влаги, содержащейся в материале перед сушкой.

Количество влаги, содержащейся в материале после сублимации.

Количество влаги, удаляемой при сублимации

где  - начальное влагосодержание материала;

m - норма загрузки материала на единицу поверхности загрузки

 - поверхность загрузки.

Задано:  - заданная производительность, кг/сутки

 - начальная относительная влажность продукта;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14