Разработка проекта установки для адсорбционной очистки сиропа в адсорберах реактивного типа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в  1953 году)

Кафедра Пищевые машины

 

 

Курсовая работа

 

По дисциплине: «ПРОЦЕССЫ  И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

Тема: «Разработка проекта  установки для адсорбционной  очистки сиропа в               адсорберах реактивного типа»

 

 

  Выполнил: Трошин А.Н.

  Группа: 260602

  Курс: 2

  Проверил:

 

 

 

 

 

 

    Москва 2012

Оглавление

1. Задание на проектирование.
2. Общие сведения.
3. Описание установки для адсорбционной очистки сахарных сиропов.
4. Расчет технологического оборудования.
5. Расчет адсорбера реакторного типа.
6. Расчет мощности, потребляемой мешалкой.
7. Расчет теплообменной поверхности рубашки адсорбера.
8. Расчет фильтр-пресса.
9. Расчет диаметров патрубков.
10. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание на проектирование.

Вариант №12

Спроектировать установку  для адсорбционной очистки сиропа в адсорберах реакторного типа с  лопастной мешалкой.

Производительность по сахарному  сиропу – V_c = 3,4 

Диаметр адсорбера – D_ад  = 1,3 метра

Число оборотов мешалки –  n = 240

Концентрация сиропа –  В = 34%

Давление греющего пара –  Р_гп  = 0,35 МПа

Общая начальная концентрация примесей – У_н=0,2 кг/м³;

Общая начальная концентрация примесей в угле – Х_н=0,006 кг/кт;

Динамическая емкость  угля по примесям – Х_к=0,03 кг/кт;

Насыпная плотность угля – ρ=600 кг/м³;

Температура адсорбции –  _ад=80⁰С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие сведения.

   Качество сахара-песка  определяется его цветностью, размерами  с правильной формой кристаллов. Обесцвечивание сахарных сиропов  с помощью адсорбентов является  последней стадией очистки сахара.

   Для очистки сахарных  сиропов твердые адсорбенты (костяной  уголь) использовались с начала  прошлого века. Костяной уголь  получили в результате термической  обработки при температуре 750-900⁰С измельченных костей, подвергнутых предварительно экстракции органическими растворителями. Основной составной частью костяных углей является фосфат кальция ( до 80%), в который вкраплены частицы мелкодисперсного угля (до 20%). Именно мелкодисперсный уголь и определяет обеспечивающие свойства костяного угля. Фосфатные соединения являются эффективным средством для поглощения солей. С начала 20-го века костяной уголь в сахарной промышленности вытесняется активным древесным углем и ионитами. Наиболее распространенным порошковым углем для обесцвечивания является уголь деколар, с размером частиц 50-100мкм.

   Меланоиды – азотные вещества, образовавшиеся при восстановлении сахара аминосоединениями, наиболее влияют на цвет сахара. При адсорбционной очистке сиропа, наряду с коллоидными частицами, углем поглощаются и другие соединения неорганического происхождения, например зола. В связи с этим, при адсорбции изменяется химический состав угля: снижается содержание углерода и увеличивается зольность, содержание азота, водорода и кислорода. В связи с этим, во многих случаях регенерацию порошкообразного адсорбента проводить нецелесообразно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание установки  для адсорбционной 

очистки сахарных сиропов.

   Разработке подлежит  установка для обесцвечивания  сахарных растворов в адсорберах  реакторного типа с механическим  перемешивание лопастной мешалкой.

   Принципиальная схема  двухступенчатой установки для  очистки сахарных сиропов представлена  на чертеже 1.

   Вода и сахар  загружаются в обогреваемый насыщенным  водяным паром реактор 1 с лопастной  мешалкой, в котором сахар расплавляется  и образуется сахарный сироп.  Адсорбционная очистка происходит  в адсорбере 2, который представляет  собой аппарат с лопастной  мешалкой. В адсорбер 2 загружается  сахарный сироп из реактора 1 и  активированный порошкообразные  активированный уголь, частично  отработанный во второй ступени  адсорбции, из адсорбера 5. Расход  угля составляет 5-10 кг на 1 м³ сахарного сиропа. Продолжительность адсорбции – 0,5 часа. Адсорбция происходит при температуре 80-90⁰С.

   Для нагревания сахарного сиропа в адсорбере последний имеет паровую рубашку, в которую подается насыщенный водяной пар.

   После завершения адсорбции в адсорбере 2 (первая ступень обесцвечивания сиропа), суспензия подается насосом 3 в фильтр-пресс А, в который от сиропа отфильтровывается порошкообразный уголь.

   При слое угля на фильтровальной ткани фильтр-пресса толщиной 30мм сопел-пален к<: системы возрастает от 0,2 до 0,4 МПа. Уголь с фильтровальной ткани смывается 5-10 кратным потоком воды.

   Отработанный уголь направляется на утилизацию, а сахарный сироп в адсорбер 5 (вторая ступень обесцвечивания сиропа), в котором сахарный сироп подвергается «углеванию». Из адсорбера 5 сироп поступает в промежуточную емкость 7.

   Разделение суспензии после второй ступени обесцвечивания происходит в фильтр-прессе 6. Частично отработанный уголь направляется в адсорбер.

   Обесцвеченный сахарный сироп перекачивается насосом на концентрирование в выпарную установку, в которой получают перенасыщенный раствор и проводят кристаллизацию, получая после центрифугирования и сушки чистый кристаллический сахар.

   Регенерация угля – достаточно сложный и дорогостоящий процесс, поэтому проводится только на крупных заводах.

   Для удаления золы, уголь кипятят в 1-4%- ной соляной  кислоте, для удаления поглощенный  красящих веществ в 1%- ном растворе  NaOH. Затем уголь сушат в печах при 500-600⁰С и подвергают крекингу органические вещества, поглощенные углем. При этой адсорбционная активность угля снижается на 10-20%. Потери угля при регенерации составляет 5-10%. Расход угля составляет от 0,5 до 1% от массы сахара-рафинада.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет технологического оборудования.

1. Расчет адсорбера  реакторного типа.

   Требуется определить  габариты адсорбера и загрузку  активированного угля G_а в адсорбер для очитки V_c   сиропа.

   Определяем количество адсорбента в адсорбере из материального баланса.

 

Отсюда

  кг/ч

   Принимаем диаметр  адсорбера D_ад согласно задания.

   Объем адсорбера:

, м³

   Где  - продолжительность адсорбции, ч;

V_c – расход сиропа, м³/ч;

V_a – расход адсорбента, м³/ч;

Коэффициент заполнения адсорбера 

Объемный расход адсорбента

  0,047 м³/ч

Высота адсорбера

  0,61м

 

 

 

 

2. Расчет мощности, потребляемой мешалкой.

   Мощность мешалки  определяется по критериальному  уравнению

 

В котором модифицированные критерии Эйлера и Рейнольдса равны:

 

Частота вращения n, с^-1 согласно заданию.

  об/с

Диаметр мешалки d_m= 0,33

Диаметр адсорбера

 м

Вязкость сиропа

МПа

Плотность сиропа q_c при 20⁰С.

кг/м³

Плотность сиропа при q_c80⁰C.

 

Определив модифицированное число Рейнольдса по графику

 

Eu_m=0.7

Находим потребляемую мощность мешалки при установившемся режиме

 Вт

Мощность в пусковой момент в 3-4 раза превышает рабочую

Вт

Установочная мощность при  КПД передачи 0,9 и запасе мощности 20%

  Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет теплообменной  поверхности рубашки адсорбера.

 

Средняя движущая сила

 

 

Где t_гр – температура греющего пара

Количество теплоты определяем из теплового баланса

Q=V_cq_cC(t_к-t_н)=KFt_cр, Дж/ч

Где t_н =20⁰С- начальная температура сиропа,

     t_к=80⁰С-конечная температура сиропа,

С=4187-28(100-)=4187-28(100-34)=2339 Дж/кг- теплоемкость раствора, определяются по таблицам насыщенного водяного пара по РГР.

- содержание воды в  растворе, % масс

B=100- ,% - концентрация сиропа

 

    кг/ч

Коэффициент теплопередачи

 

 

 

 

Находим высоту цилиндрической части рубашки (Н_р)

  м

Внутренний диаметр рубашки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Расчет фильтр-пресса.

Площадь поверхности фильтрования F_ф для разделения суспензии в количестве (V_c+V_a)τ_d определяется, используя экспериментальные данные К и С. Продолжительность фильтрования τ_ф=3часа.

Тогда площадь фильтрования находим из уравнения

 

Где V_ф- количество фильтрата, м³;

К=20∙10^-4, м/ч; С=1,4∙10^-3 м³/м².

= 3,2∙3= 9,6 м³

 

 

  м²

Число рам

  , шт

_пл- площадь фильтрования одной рамы

 

 

 

 

 

 

5. Расчет диаметров  патрубков.

Расчет производится по формуле

  , м

  , м

Где D- расход соответствующего потока кг/ч.

ω соответствующая скорость, м/с.

Скорость пара можно принять 20-30м/с, а конденсата 0.5-0.8 м/с.

Полученные значения диаметров  трубы округляем до ближайшего соответствующего ГОСТу на трубы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1. Кавецкий Г.Д., Васильев  Б.В. Процессы и аппараты пищевой  технологии.- М.: Колос, 1997.- 552с.

2.Методическая литература  МГУТУ.