Курсовой проект
На тему:
''Проект спирального теплообменника"
Могилев 2005
Введение
Виноградный сок изготавливают натуральный, неподслащенный прозрачный. Сырье должно обеспечить содержание сухих веществ в соке разных товарных сортов не менее 14–16%; кислотность по винной кислоте -0,2–1,0%. Сахарокислотный желателен в пределах 22–28. В зависимости от товарного сорта в соке допускается от 0,05 до 0,15% осадка.
Хороший сок дает виноград сортов Рислинг, Алиготе, Мускат, Каберне, Лидия, Сильванер, Ркацетели, Кокур, Саперави, Воскеат и др.
Виноград моют в вентиляторной моечной машине, на транспортере обдувкой воздухом удаляют влагу с поверхности ягод, инспектируют, затем дробят сырье и прессуют мезгу. Гребни перед прессованием удаляют, так как они содержат много дубильных веществ, придающих соку травянистый вкус. Иногда их частично оставляют в мезге в качестве дренирующего материала. Необходимость удаления гребней связана с конструкцией пресса. При применении шнекового пресса, перетирающего мезгу, гребни нужно обязательно удалять.
Выход сока в среднем составляет (в % от массы мезги) 72,3 – -63,6% сока самотека и 1 фракции и 20,2% сока 2 фракции и 3 фракции.
Отжатый виноградный сок процеживают и центрифугируют. Выдержка сока полуфабриката производится в тканях, с целью удаления винного камня и самоосветление сока. Виноградный сок содержит в среднем 0,5% винного камня и представляет собой ненасыщенный раствор или пересыщенный раствор. В процессе хранения сока при нарушении равновесия, выпадают кристаллы винного камня, это портит внешний вид сока и особенно не допустимо при использовании продукта для питания детей. С понижением температуры хранения растворимость винного камня падает, что ускоряет кристаллизацию.
После 2–3 мес. хранения выпадает винный камень, сок само осветляется и его подвергают дальнейшей обработке. Сок декантируют с осадка, центрифугируют, подогревают до 70–80°С, фильтруют на фильтр-прессе через фильтр-картон, фасуют в герметически укупориваемую тару и стерилизуют при 75–850С с последующим водяным охлаждением.
При декантации сока остается отстой, составляющий 4–8% к массе исходного сырья. Сок из отстоя извлекают центрифугированием, снижая количество отходов до 1–2%.
Производство виноградного сока с выдержкой полуфабриката позволяет обрабатывать и расфасовывать продукцию в межсезонный период, что обеспечивает ритмичность работы заводов, экономичные условия хранения продукции и равномерное ее потребление в течение года. Ускоренные схемы позволяют выпускать готовую продукцию через несколько суток после заготовки сока.
Ускоренные схемы позволяют выпускать готовую продукцию через несколько суток после заготовки сока и сочетать стабилизацию тартратов в растворе или их быстрое осаждение с осветлением сока.
1. Состояние вопроса
Целью данного курсового проекта является подбор спирального теплообменника, который необходим при производстве виноградного сока.
Расчет теплообменного аппарата включает определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим условиям оптимальным образом.
Теплообменниками называют аппараты, в которых происходит теплообмен между рабочими средами независимо от их технологического или энергетического назначения (подогреватели, выпарные аппараты, конденсаторы, пастеризаторы, испарители и др.). Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспомогательную роль.
По способу передачи тепла различаются теплообменники смешения, в которых рабочие среды непосредственно соприкасаются или перемешиваются, и поверхностные теплообменника – рекуператоры, в которых тепло передается через поверхность нагрева – твердую (металлическую) стенку, разделяющую эти среды.
По основному назначению различаются подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы.
В зависимости от вида рабочих сред различаются теплообменники:
1) жидкостно-жидкостные – при теплообмене между двумя жидкими средами;
2) парожидкостные – при теплообмене между паром и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы);
3) газожидкостные – при теплообмене между газом и жидкостью (холодильники для воздуха и др.).
По тепловому режиму различаются теплообменники периодического действия, в которых наблюдается нестационарный тепловой процесс, и непрерывного действия с установившимся во времени процессом. В теплообменниках периодического действия тепловой обработке подвергается определенная порция (загрузка) продукта. Вследствие изменения свойств продукта и его количества параметры процесса непрерывно варьируют в рабочем объеме аппарата во времени. При непрерывном процессе параметры его также изменяются, но вдоль проточной части аппарата, оставаясь постоянными во времени в данном сечении потока. Непрерывный процесс характеризуется постоянством теплового режима и расхода рабочих сред, протекающих через теплообменник.
В качестве теплоносителя наиболее широко применяются насыщенный или слегка перегретый водяной пар. Обогрев горячей водой и жидкостями также имеет широкое применение и выгоден при вторичном использовании тепла конденсатов и жидкостей (продуктов), которые по ходу технологического процесса нагреваются до высокой температуры. В сравнении с паром жидкостный подогрев менее интенсивен и отличается переменной, снижающейся температурой теплоносителя.
Общим недостатком парового и водяного обогрева является быстрый рост давления с повышением температуры. В условиях технологической аппаратуры пищевых производств при паровом и водяном обогреве наивысшие температуры ограничены 150–1600С, что соответствует давлению (5–7)∙105 Па.
В отдельных случаях (в консервной промышленности) применяется масляный обогрев, который позволяет при атмосферном давлении достигнуть температур до 2000С.
Для нагревания и охлаждения жидких сред разработаны теплообменники разнообразных конструкций.
Эти аппараты имеют цилиндрические, сферические или плоские двойные стенки – водяные или паровые рубашки, через которые происходит теплообмен.
Многотрубный теплообменник представляет собой пучок трубок, помещенных в цилиндрическую камеру (кожух); таким образом, внутренность камеры является межтрубным пространством.
При небольших расходах рабочих жидкостей число трубок в ходу может быть уменьшено в пределе до одной. Однотрубные теплообменники составляются из отдельных элементов типа «труба в трубе», каждый элемент состоит из двух труб, вставленных одна в другую. Элементы соединены в батарею последовательно, параллельно или комбинированно.
Погружной трубчатый теплообменник обычно имеет вид змеевика, погруженного в сосуд с жидкостью.
Такой теплообменник представляет собой трубу с прямоугольными витками, расположенными в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
К этим теплообменникам относятся различные ребристые, пластинчатые и другие теплообменники.
2. Технические описания и расчеты
2.1 Описание принципа работы технологической схемы производства виноградного сока
Виноградный сок изготавливают натуральный, неподслащенный, прозрачный. Сырье должно обеспечить содержание сухих веществ в соке разных сортов не менее 14–16%. Хороший сок дает виноград сортов Рислинг, Алиготе, Мускат, Каберне, Лидия и др.
Виноград моют в вентиляторной моечной машине, на транспортере обдувкой воздухом удаляют влагу с поверхности ягод, инспектируют, затем дробят сырье и прессуют мезгу. Гребни перед прессованием удаляют, так как они содержат много дубильных веществ, придающих соку травянистый вкус. Иногда их частично оставляют в мезге в качестве дренирующего материала. Необходимость удаления гребней связана с конструкцией пресса. При применении шнекового пресса, перетирающего мезгу, гребни нужно обязательно удалять.
Выход сока, в зависимости от конструкции пресса, в среднем составляет (в % от массы мезги): на гидравлическом прессе – 72,3%, на шнековом – 63,6%. Шнековые прессы работают непрерывно, имеют высокую производительность, просты в обслуживании, но дают мутный сок.
Отжатый виноградный сок процеживают и центрифугируют, а затем обрабатывают с длительной выдержкой или по ускоренной схеме. Выдержка сока – полуфабриката производится в танках, цель ее – удаление винного камня и самоосветление сока. Виноградный сок содержит в среднем 0,5% винного камня и представляет собой насыщенный или пересыщенный раствор. С понижением температуры хранения растворимость винного камня падает, что ускоряет его кристаллизацию. В связи с этим применяют выдержку виноградного сока-полуфабриката при температуре -1…-20С в танках в атмосфере углекислого газа.
После 2–3 месяцев хранения выпадает винный камень, сок самоосветляется и его подвергают дальнейшей обработке. Сок декантируют с осадка, центрифугируют, подогревают до 50–600С (без выдержки), фильтруют на фильтр-прессе через фильтр-картон, фасуют в герметически укупориваемую тару и стерилизуют при 75–850С с последующим водяным охлаждением.
При декантации сока остается отстой, составляющий 4–8% к массе исходного сырья. Сок из отстоя извлекают центрифугированием, снижая количество отходов до 1–2%.
Производство виноградного сока с выдержкой полуфабриката позволяет обрабатывать и расфасовывать продукцию в межсезонный период, что обеспечивает ритмичность работы заводов, экономичные условия хранения продукции и равномерное ее потребление в течение года. Ускоренные схемы позволяют выпускать готовую продукцию через несколько суток после заготовки сока.