Исследование экстрактора

1. Цель работы.

1.1 Изучение устройства и принципа действия экстрактора шнекового типа.

1.2  Определение производительности, расхода основных материалов, скорости перемещения их и других параметров на основе схемы установки с материальными и тепловыми потоками.

2. Основы теории [1, с. 287...300].

3. Методика проведения.

После ознакомления с установкой составляем ее эскиз и проводим необходимые замеры.

4. Описание установки.

 

Рис. 1. Схема установки.

 

——— Сок — 1.1— Вода — 1.8— Конденсат — 2.1— Пар — 0,7— Стружка — 0.0— Жом

1. Электродвигатель. 2. Передача клиноременная. 3. Редуктор червячный. 4. Муфта. 5. Передача цепная. 6. Фильтр. 7. воронка загрузочная. 8. Корпус экстрактора. 9. Рубашка тепловая. 10. Шнек горизонтальный. 11. Шнек вертикальный. 12. передача коническая.

5. Обработка данных.

5.1  Из управления неразрывности определяем объемную производительность

V = П = Fω_ос=...,м³/с,

где F — площадь поперечного сечения экстрактора,

           π D²

    F= ——— =...,м²

                           4

D — диаметр шнека, D=...,м²,

ω_{ос —} осевая скорость перемещаемого материала,

               Sn

     ω_ос= —— =...,м/с

               60

S — шаг шнека, S= …,м,

n — частота вращения шнека, n=...об/мин.

5.2  Определяем массовую производительность.

     G_Н = Vρ=..., кг/с,

где ρ — плотность твердого вещества, ρ= …, кг/м³.

5.3 Определяем время пребывания материала в экстракторе.

      L

Τ = ——— =...,с.

     ω_ос

где L — длина экстрактора, L= …,м,

  ω_ос — осевая скорость перемещаемого материала,                                       ω_ос =..., м/с.

5.4 Составляем расчетную схему, см. рис. 2.

 

Рис. 2. Схема к составлению материальных балансов.

Составляем два материальных баланса согласно расчетной схеме, см. рис. 2.

1. По общей массе G_н+ W_{н =}G_к+ W_к.

2. По сахару     G_н Х_н W_н Y_н = G_к Х_кW_к Y_к,

где G_{н —} количество стружки, поступающей на экстракцию, G_н = …, кг/с (см. пункт 5.2),

Х_{н —} содержание экстрагируемого компонента в исходном материале, Х_н = …, мас% (14...16 мас%),

Х_{к —} содержание экстрагируемого компонента в остатке,       Х_к = …,мас% (0,25...0,3 мас%),

Y_{н —} содержание извлекаемого компонента в исходном растворителе (экстрагенте), Y_н = …, мас%(0мас%),

Y_{к —} содержание извлекаемого компонента в исходном растворителе (экстрагенте), Y_к =...мас% (10...12%).

Принимаем выход остатка G_к =85...90% от G_н, т.е. G_к =...кг/с.

Тогда из второго материального баланса находим количество уходящего экстрактора (сока) — W_к=..., кг/с.

Из первого материального баланса находим количество исходного экстрагента - W_н =..., кг/с.

5.5 Составляем тепловой баланс согласно расчетной схеме, см. рис. 3.

 

Рис. 3. Схема к составлению теплового баланса.

Тепловой баланс будет иметь вид

QG_н + QW_н + Q_D = Q G_к+ Q W_к + Q_конд+ Q_топ,

где QG_{н —} приход тепла с твердым веществом,

  QG_н = G_н С_н t_н = …, кДж,

где С_{н —} теплоемкость твердрго материала,

   С_н =...кДж/(кгК),

    t_{н —} температура твердого материала,

    t_н = … °С.

    Q_{н —} приход тепла с эстрагентом,

    Q_н = W_н C_н t_н= …, кДж,

где C_н — теплоемкость экстрагента, C_н =...кДж/(кгК),

  t_{н —} температура экстрагента, t_н = …, °С,

  Q_D — приход тепла с теплоносителем (паром),

  Q_D = D * i = …,кДж,

где i — энтальпия пара при давлении, Р= …,Па,

по табл. 3 [3, с. 141].

QG_{к —} расход тепла с остатком,

QG_к = G_к С_к t_к = …, кДж,

 где С_{к —} теплоемкость остатка, С_к = 3,77 кДж/(кгК)

   t_{к —} температура экстракта, t_к = …,°С.

  Qω_{к —} расход тепла с экстрактом,

  Qω_к = W_к Cк t _к=...,кДж,

где Cк — теплоемкость экстракта, Cк= …,кДж/кгК,

   t _{к —} температура экстракта, t _к = …, °С.

   Q _конд -расход тепла с конденсатом пара,

   Q _конд = D* С _конд *t _конд=..., кДж,

где С _{конд —} теплоемкость конденсата, С _конд = 4,187 кДж/(кгК),

    t _{конд —} температура конденсата, t _конд = t_{н —} (2...3)=...

   Q _пот — расход тепла на потери в окружающую среду,

    Q _пот = 3...5% или Q _пот= α_с F_н (t_{ст —} t_ср)=...,кДж,

где α_{с —} суммарный коэффициент теплоотдачи,                        α_с= 9,74+0,07 (t_{ст —} t_ср)=...Вт/(м²К),

t_{ст —} температура стенки, t_ст = …, °C,

t_ср — температура окружающей среды, t_в= t_ср= 15...18,°C..        t_ср =...°C.

Из данного теплового баланса определяем расход теплоносителя.

D=...,кг/с.

5.6 Определяем основные размеры экстрактора.

Рис. 4.К определению числа степеней.

DA — линия равновесия.

ВС — рабочая линия экстракции.

1, 2, 3, 4 — ступени изменения концентрации.

 

Длина одной ступени изменения концентрации составляет

   L

l = —— =...,м.,

   n

где L — длина экстрактора, L= …,м,

n — число ступеней изменения концентрации, которые определяются по графику, см. рис. 4.

6. Вопросы для самопроверки.

1. Массопередача, движущая сила и процессы массообмена, их характеристика.

2. Основное управление массопередачи, его расшифровка, определение К^', F, ∆С_ср.

3. Молекулярная и конвективная диффузии. Законы Фика, Шукарева.

4. Критерии подобия процесса массопередачи Nu^', Pr', Re. Термодиффузия.

5. Экстракция, сущность, цели, способы, применение, регулируемые параметры.

6. Экстракторы, системы, твердое вещество — жидкость и жидкость — жидкость, устройство, действие, расчет.

7. Вывод, анализ.

8. Инструкция по технике безопасности на рабочем месте.

8.1 Проверить готовность установки к исследованию, заземление.

8.2 Не касаться токоведущих частей.

8.3 Проверить ограждения привода и передач: редуктора, цепной, конической, их состояние.

8.4 В случае нарушения режима работы установки или поражения током - немедленно обесточить.