CC BY
96
ТЕХНОЛОГИЯ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 66.069.832
В. В. Алексеев, П. В. Алексеев, И. И. Поникаров
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА СУХОЙ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
Ключевые слова: теплогенератор, насос-дозатор, циклон, просеиватель.
Одним из направлений деятельности Мамадышского сыродельно-маслодельного комбината филиала ОАО «ВАМИН Татарстан» является производство сухой молочной сыворотки, применяемый для различных целей [1].
Keywords: heatgenerator, pump-batcher, cyclone, proseivatel.
One of activities of Mamadyshsky syrodelno-maslodelny combine of VAMIN Tatarstan branch of JSC is production of the dry whey, applied to the various purposes [1].
Технологическая схема действующего производства (рис.1) включает в себя вентилятор 1, газовый теплогенератор 2, насос-дозатор 3, смеситель 4, сушильную камеру 5, батарею циклонов 6, разгрузочный циклон 7, просеиватель 8 и бункер 9.
Рис. 1 - Усовершенствованная технологическая схема производства сухой молочной сыворотки: 2, 4, 5 - объекты для модернизации, 10 -дополнительное оборудование
Воздух из помещения при температуре 5...40°С засасывается вентилятором 1-1 типа Ц14- 46 М=15кБт, 0„=22000м3/час [2] и нагнетается через теплогенератор 2 в сушильную камеру 5 [3]. В теплогенераторе воздух нагревается до температуры 160-190°С, теплоносителем является природный газ.
Исходная смесь с содержанием сухих веществ 43-58% мас. перемешивается в смесителе 4, подогревается до температуры 45-55°С и насосом-дозатором 3 в количестве 660 кг/час подается на распылитель, находящийся в верхней части сушильной камеры 5. С помощью центрального диска распылителя исходная смесь распыляется в объеме камеры на жидкие частицы с диаметрами капель 20-50 мкм [3].
В сушильной камере при взаимодействии с потоком нагретого воздуха происходит процесс обезвоживания капель исходной жидкой смеси с
образованием твердых сухих частиц диаметром 1040 мкм. Отработанный воздух через трубопровод, находящийся в центральной части сушильной камеры с некоторым количеством продукта и паров, поступает в блок циклонов 6 [3], где происходит их разделение. Очищенный воздух с концентрацией пыли 40мг/м3 и температурой 65-70°С отсасывающим вентилятором 1-3 типа ВДН-11,2 М=45кБт, 0„=28750 м3/час [2] выбрасывается в атмосферу.
Основная часть продукта осаждается на дно сушильной камеры и пневмотранспортом подается в разгрузочный циклон 7, при транспортировке происходит процесс охлаждения продукта до температуры 28-30°С и его досушка. В систему пневмотранспорта непосредственно подается и продукт полученный при очистке воздуха в батарее циклонов 6, для его охлаждения и досушки. Агентом пневмотранспорта является воздух, который подается из охладителя вентилятором 1-2 типа ВЦ 6-28 №45кБт, 0„=5000 м3/час [2]. Продукт после отделения его от воздуха в разгрузочном циклоне пневмотранспорта через роторный затвор попадает в просеиватель 8 и далее в бункер 9, где происходит выгрузка готового сухого продукта.
Недостатками рассмотренной схемы производства сухой молочной сыворотки являются:
1) потери тепла отходящих дымовых газов с температурой около 200°С после теплогенератора 2;
2) потери основного продукта - сухой молочной сыворотки с отходящей пылегазовой смесью после батареи циклонов 6;
3) ухудшение экологической ситуации производственной зоны по причине выброса пылегазовой смеси с недостаточно высокой степенью пылеулавливания.
Для уменьшения потерь сухой молочной сыворотки и возвращения его в производство предлагается усовершенствовать технологическую схему (см. рис. 1) путем размещения дополнительного центробежного оборудования 10 с повышенной эффективностью пылеулавливания.
Анализ существующего пылеулавливающего оборудования: вихревых циклонов, центробежных пылеуловителей показал возможность их установки. В данной схеме предлагается конструкция вихревого пылегазоразделителя, которая была разработана на кафедре МАХП КНИТУ [4]. Ниже рассматривается методика расчета вихревого пылегазоразделителя для улавливания сухой молочной сыворотки.
Исходными данными для расчета являются: действительный объемный расход газов м3/с; плотность р, кг/м3 и динамическая вязкость газов при рабочих условиях Па" с; дисперсный состав пыли и средний медианный размер частиц мкм; начальная концентрация пыли Сн = Со, г/м3; плотность частиц пыли рт, кг/м3; требуемая эффективность пылеулавливания газов П и допустимые затраты энергии на организацию процесса пылеулавливания
Определяется площадь входного патрубка
Fe
входной зоны пылеулавливания по
уравнению:
Fвх =Gv^ Vex = 15"!" 25 м/с - скорость
движения
где 1'вх
пылегазовой смеси на входе.
Для выбранной формы поперечного сечения входного патрубка тангенциального закручивающего устройства определяются значения конструк-
тивных параметров dQ =
4F,
вх
или a и b.
п
Определяется внутренний диаметр аппарата D, по выражению:
D =
1
4G
V
7tVd(1 - d2)
где d=d/D=Q,4 +Q,6 - относительный наружный
диаметр выходной трубы аппарата; Vd=2,0"=" 4 0 м/с [5] - среднерасходная скорость движения газов в кольцевом канале.
Вычисляется относительный радиус входного момента количества движения:
Re:х =1-а или Rвх = 1- d0 где d0 = d0 / D - относительный диаметр входного патрубка.
Проверяется соблюдение условия безударного входа потока в кольцевой канал аппарата:
a < (1-d0)/2 или d0 < (1-d0)/2 Вычисляется высота входного патрубка b прямоугольного сечения b = F:вх / a.
Определяется интегральный параметр крутки потока на входе 0вх:
R
п _ вх ввг = ■
ж(1 - d2 )(1 - a)
КТ 4ab
Вычисляется значение конструктивного фактора разделения Крк:
^ 2
K = вх
рк g(d + Р)'
По номограмме [6] определяется скорость гравитационного осаждения Уос, м/с частиц крупной фракции I размером мкм.
Вычисляется скорость центробежного осаждения тех же самых частиц крупной фракции I:
V = V • K
' ц.ос. ' ос р.к.
Рассчитывается значение относительной высоты входной зоны пылеулавливания hвх = hвх :
h =-
"вх
d3Vd
4V
ц.ос.
• ln
C1
C0
где
DT = Dэ/ = 4F.к/ • D /D /nD;
П = тр , ^ = (т/4)\р2 - d2); D э - эквивалентный диаметр кольца, м; П - периметр осаждения, м; С1 - концентрация пыли на выходе из зоны пылеулавливания, г/м3 (задается проектировщиком).
Расчет основной и дополнительной винтовой зоны пылеулавливания
Определяется средний угол закрутки фср1 по выражению:
(Рср1 = WCtg
в в 1(1 + d)
1 + d
где вв1 = А1 • ввх - интегральный параметр крутки потока; 1,1 < А1 < 1,4 - коэффициент. Вычисляется шаг винтового закручивающего устройства (ВЗУ)
^Фср1
Определяются углы закрутки на диаметрах
d и D
В 1 :
Pd1 = arctg[nySi j
D.
(PDв1 = arctg\в1/8
Вычисляется скорость движения газа в
ВЗУ:
V , = V
y в1 y в
1 •
F вг
где Fвl = S1 sin Pcp1 {(D d)/2 j -
площадь сечения
винтового канала.
Рассчитываются тангенциальная V^вl, м/с и осевая Vхвl, м/с составляющие скорости движения
газа в канале:
VpB1 = V<
в1
Pср1
и Vхвl = V<
в1
рср1
Находится скорость центробежного осаждения частиц средней фракции II размером ^ по скорости гравитационного осаждения Уос1 [6] и фактору разделения Кр.к1:
V = V • К
' ц.ос. ' ос ^ р.к.
2
м
г 4У2Чв1
где К рк =-.
рк + Б)
Определяется относительная высота основной винтовой зоны Ивх = :
hsi =-
эвг в1
4V,
ц .ос.
• ln
C2
Ci
где - ^ ■ СОНфсрг',
Vi - VD
'cos
Рср1 '
C1 и
C2 3-
г/м .
концентрации на входе в зону и выходе из нее,
Расчет дополнительной винтовой зоны пылеулавливания производится аналогично расчету основной [6].
Общая эффективность пылеулавливания аппарата ^определяется эффективностями пылеулавливания во входной п 1, основной п 2 и дополнительной п з зонах:
V- 1 (1 -т)
i-1
где
(Ci-1- Чс.
степень
очистки
i-1
пылегазовой смеси в г-ой зоне; г = 1-3 — количество последовательно организованных зон
пылеулавливания.
Аэродинамическое сопротивление
аппарата Ар рассчитывается по уравнению:
Ар ==,вхрУ4 = £в РУБ
п
где = ^ ^1 - суммарный коэффициент
1=1
сопротивления;
коэффициенты сопротивления входной £ вх, основной £ в 1 и дополнительной £ в 2 зон пылеулавливания; £ б - коэффициент, учитывающий расширение на входе в бункер, поворот на 180° и сжатие потока на входе в выходную трубу; С т и Свых - коэффициенты сопротивления выходной трубы и выходного устройства.
Выводы
1. Предложено дополнительное пылеулавливающее оборудование для снижения потерь сухой молочной сыворотки.
2. Приведена методика технологического расчета вихревого пылегазоразделителя.
3. Возможно снижение потерь тепла дымовых газов в окружающую среду за счет их использования для нагрева смесителя 4 или сушильной камеры 5.
Литература
3
Василисин, С.В. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / С.И. Василисин, А.Г. Храмцов. - М.: Дели принт, 2003. - 100 с.
Калинушкин, М.Б. Вентиляторные установки / М.Б. Калинушкин. - М.: Высш. школа, 1979.-223 с.
Леончик, Б.Ш. Распылительные сушилки / Б.Ш. Леончик, М.В. Лыков. - М.: Машиностроение, 1966. -332 с.
4. Валеев, А.М. Разработка опытно-промышленного вихревого пылегазоразделителя / А.М. Валеев, П.В. Алексеев, А.Н. Филимонов, И.И. Поникаров // Всероссийская студенческая научно-техническая конференция «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология». Издательство: КГТУ. - Казань, 2005, с. 77-79.
5. Алексеев, П.В., Модель эффективности пылеулавливания во входной зоне вихревого пылегазоразделителя / П.В. Алексеев, А.Н. Филимонов, И.И. Поникаров // XVIII Международная научная конференция. Математические методы в технике и технологиях. ММТТ - 18, т.4, - Казань, 2005, с. 77 - 79.
6. Алексеев, П.В., Разработка методики расчета вихревого пылегазоразделителя / П.В. Алексеев, А.Н. Филимонов, И.И. Поникаров, В.В. Алексеев // Материалы межвузовской научно - практической конференции «Актуальные проблемы образования, науки и производства». Издательство: Инновационно-издательский дом «Бутлеровское наследие». - Казань, 2006, с.11-13.
7.Алексеев В.В., Лукин В.О., Поникаров И.И. Вест. Казан. технол. ун-та, 16.7, 217 - 221.
8.Москалев. Л.Н., Поникаров С.И., Поникаров Алексеев В.В., Вест. Казан. технол. ун - та, 15, 3 125.
9. Москалев Л.Н., Поникаров С.И., Поникаров Алексеев В.В. Вест. Казан. технол. ун - та, 15, 10 242.
И.И., 123 -
И.И., 240-
© В. В. Алексеев - канд. техн. наук, доц. каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, [email protected]; П. В. Алексеев - инж. той же кафедры; И. И. Поникаров - д-р техн. наук, проф. той же кафедры.
