Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Расчет трехкорпусной вакуум-выпарной установки



Расчет выпарной установки заключается в определении площади поверхности нагрева корпусов установки при выбранных условиях теплового режима работы. Тепловой режим и тип установки выбирают с учетом свойств выпариваемой среды. Для определения тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезных разностей температур необходимо определить количество упариваемой воды, концентрацию растворов и температуру кипения в каждом корпусе. При расчетах вакуум-выпарных установок важное значение имеет материальный баланс, который выражается следующим уравнением:

,   ( 1 )

где - количество исходного продукта, кг.; - количество готового продукта, кг.; - содержание сухих веществ в исходном продукте, %.; - содержание сухих веществ в готовом продукте, % ; - количество испаренной влаги ( вторичных паров ), кг.

Из уравнения ( 1 ) легко рассчитать количество выпаренной воды или производительность выпарной установки по выпаренной воде ( W ), кг / с:

, кг / с   ( 2 )

Общее количество испаренной воды из трех корпусов равно сумме количеств выпаренной воды из каждого корпуса:

W = W1 + W2 + W3.   ( 3 )

Соотношение выпариваемой воды по корпусам можно принять следующее: W1 : W2 : W3 = 1 : 1,1 : 1,2. Тогда из уравнения ( 3 ) легко найти выпаренную влагу в каждом корпусе:

W1 = W · 1,0 / ( 1 + 1,1 + 1,2), ( 4)
W2 = W · 1,1 / ( 1 + 1,1 + 1,2), ( 5 )
W3 = W · 1,2 / ( 1 + 1,1 + 1,2), ( 6 )

Материальный баланс сухих веществ:

для первого корпуса -

Gn · Bn / 100 = ( Gn - W1 ) · Bk1 / 100, ( 7 )

для двухкорпусной установки -

Gn · Bn / 100 = ( Gn - W1 - W2 ) · Bk2 / 100, ( 8 )

для трехкорпусной установки -

Gn · Bn / 100 = ( Gn - W1 - W2 - W3 ) · Bk / 100, ( 9 )

где Вк1 и Вк2 - концентрации упаренного раствора после первого и второго корпусов, %

Конечная концентрация раствора ( % ) после первого корпуса:

Вк1 = Gn · Bn / ( Gn - W1 ),   ( 10 )

Конечная концентрация раствора ( % ) после второго корпуса:

Вк2 = Gn · Bn / ( Gn - W1 - W2 ), ( 11 )

Конечная концентрация раствора ( % ) после третьего корпуса:

Вк3 = Вк = Gn · Bn / ( Gn - W1 - W2 - W3), ( 12 )

При упаривании происходит увеличение вязкости и плотности раствора, что снижает коэффициент теплопередачи. При расчетах коэффициенты можно принимать по экспериментальным данным, либо их определяют по известным показателям выпариваемой среды. Для упрощения расчетов можно использовать ориентировочное соотношение коэффициентов теплопередачи по корпусам: К1 : К2 : К3 = 1 : ( 0,7...0,8 ) : ( 0,4...0,6 ).



Коэффициент теплопередачи для первого корпуса зависит от типа выпарной конструкции аппарата и может быть выбран из таблицы 1 приложения А.

Тепловые нагрузки по корпусам составят:

Q1 = W1 · r1,   ( 13 )
Q2 = W2 · r2, ( 14 )
Q3 = W3 · r3,   ( 15 ),

где r1, r2, r3 - скрытая теплота парообразования греющего или вторичного пара, соответственно в первом, втором и третьем корпусах кДж \ кг. Для её определения можно воспользоваться данными таблицы 2 приложения А.

Суммарная полезная разность температур ( 0С ) может быть определена по формуле:

,   ( 16 )

где - температура вторичного пара в последнем корпусе, 0С; - суммарные потери температуры по корпусам, 0С (принимаются 4...7 0С).

С повышением полезной разности температур эффективность теплообмена увеличивается. В вакуум-выпарных установках с термокомпрессией полезная разность температур при сгущении составляет 15...25 0С. При снижении полезной разности температур, а в отдельных случаях и повышении, уменьшается интенсивностть циркуляции жидкости в калоризаторе, а, следовательно, и коэффициент теплопередачи. В некоторых вакуум-выпарных установках ( например, мешалочных типа “Люва”) полезная разность температур составляет около 80 0С. В отдельных корпусах многокорпусных аппаратов полезная разность температур может быть 8...12 0С.

Если принять, что площади поверхностей нагрева F

( м2 ) всех корпусов равны между собой, то полезные разности температур (0С ) для каждого корпуса можно определить по формуле:



, ( 17 )
, ( 18 )
, ( 19 )

Тогда расчетные площади поверхности нагрева ( м2 ) в корпусах определяем по формулам:

,   ( 20 )
,   ( 21 )
,   ( 22 )

Выбор выпарного аппарата производят по максимальной расчетной ( Fр.м.) площади поверхности нагрева, которая больше расчетной на 20...30 %.

После выбора аппарата по максимальной площади нагрева рассчитывают фактическую производительность вакуум-выпарной установки ( кг \ с ):

,   ( 23 )

Расход греющего пара, ( кг / ч ) :

,   ( 24 )

Удельный расход греющего пара, ( кг / кг ):

,   ( 25 )

Расход тепла в подогревателе среды, ( кДж / ч ):

,   ( 26 )

где с - удельная теплоемкость среды, подаваемой в подогреватель, кДж / ( кг · К ); t1и t2 - температура среды, поступающей в подогреватель и выходящей из подогревателя, 0С.

Количество пара ( кг / с ), поступающего в конденсатор из третьего корпуса:

,   ( 27 )

Цель работы: изучить теоретические основы процесса концентрирования жидкостей; познакомиться с устройством различных типов промышленных вакуум-выпарных установок; провести расчет и подбор трехкорпусной вакуум-выпарной установки для концентрирования культуральной жидкости согласно индивидуальному заданию.

Порядок выполнения расчетов:

Каждый студент выполняет расчеты самостоятельно в соответствии с методическими указаниями и индивидуальным заданием.

 

Порядок оформления отчета

Отчет о расчетно-проектной работе оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в методических указаниях по курсовому проектированию, и включает в себя:

n цель работы;

n теоретическую часть, в которой излагаются основы процесса концентрирования культуральных жидкостей; факторы, влияющие на процесс выпаривания воды; типы применяемых вакуум-выпарных установок и их характеристика; требования к вакуум-выпарным установкам;

n расчетную часть, выполненную по приведенной методике и в соответствии с индивидуальным заданием.

Контрольные вопросы

 

1. Какова классификация промышленных вакуум-выпарных установок?

2. Каковы основные требования к вакуум-выпарным установкам?

3. Каковы преимущества многокорпусных аппаратов ?

4. В чем заключается сущность естественной циркуляции в выпарных аппаратах?

5. Каковы преимущества принудительной циркуляции при сгущении жидкостей?

6. С какой целью и как осуществляется пеногашение в процессе сгущения?

7. Каковы способы экономии тепла при сгущении?

8. В чем сущность расчета и подбора вакуум-выпарной установки?

 


 

 

Пример. Подобрать вакуум-выпарной аппарат для концентрирования питательной среды после синтеза в ней кормового дрожжевого белка производительностью по исходной среде 5 кг / с. Начальная концентрация сухих веществ в жидкости 10 %, конечная концентрация сухих веществ в сгущенном продукте - 42 %.

 

Исходные данные для расчета:

1. Производительность по исходной среде Gн = 5,0 кг / с

2. Начальная концентрация сухих веществ в среде Вн =10 %

3. Конечная концентрация сухих веществ в среде Вк = 42 %

Из уравнения материального баланса ( 1 ) определяем производительность установки по выпаренной воде ( W, кг / с):

 

3,8 кг / с

 

Общее количество выпаренной воды состоит из суммы выпаренной воды в каждом корпусе: . Принимаем соотношение выпаренной воды по корпусам: W1 : W2 : W3 = 1 : 1,1 : 1,2.

Воду, выпаренную в первом корпусе, определяем по уравнению ( 4 ):

W1 = 3,8 · 1,0 / ( 1 + 1,1 + 1,2 ) = 1,15 кг / с

 

Воду, выпаренную во втором корпусе, определяем по уравнению ( 5 ):

W2 = 3,8 · 1,1 / ( 1 + 1,1 + 1,2 ) = 1, 27 кг / с

 

Воду, выпаренную в третьем корпусе, определяем по уравнению ( 6 ):

W3 = 3,8 · 1,2 / ( 1 + 1,1 + 1,2 ) = 1, 38 кг / с

 

Концентрацию упаренного раствора после первого корпуса определяем, используя формулу материального баланса ( 7 ), по формуле ( 10 ):

Вк1 = 5 · 10 / ( 5 - 1,15 ) = 13,0 %.

 

Концентрацию упаренного раствора после второго корпуса определяем, используя формулу материального баланса ( 8 ), по формуле ( 11 ):

 

Вк2 = 5 · 10 / ( 5 - 1,15 - 1,27 ) = 19,4 %.

 

Конечную концентрацию раствора определяем по формуле ( 12 ):

 

Вк = 5 · 10 / ( 5 - 1,15 - 1,27 - 1,38 ) = 41,7 %.

 

Соотношение коэффициентов теплопередачи по корпусам принимаем:

К1 : К2 : К3 = 1 : 0,7 : 0,5

 

Для аппаратов циркуляционного типа с принудительной циркуляцией сгущаемого раствора по таблице 1 (приложение А) К1 = 2000 Вт / ( м2 · К). Тогда К2 = 1400 Вт / ( м 2 · К), а К3 = 1000 Вт / ( м 2 · К).

Режимы сгущения по корпусам выбираем с учетом состава и свойств концентрируемой среды: первый корпус - 65 0С; второй корпус - 60 0С; третий корпус - 55 0С. Температуру греющего пара в первом корпусе устанавливаем 85 0С, во втором - 70 0С, в третьем - 60 0С.

По таблице 2 (приложение А ) находим скрытую теплоту парообразования ( r ) для каждого корпуса:

r1 = 2295 кДж / кг; r2 = 2333 кДж / кг; r3 = 2358 кДж / кг.

Рассчитаем тепловую нагрузку по корпусам, используя формулы ( 13 ), ( 14 ) и ( 15 ):

Q1 = 1,15 · 2295 = 2639 кДж / с;

 

Q2 = 1,27 · 2333 = 2963 кДж / с;

 

Q3 = 1,38 · 2358 = 3254 кДж / с.

Суммарно полезную разность по корпусам рассчитаем по формуле ( 16 ), приняв потери температуры по корпусам 6 0С:

= 85 - 60 - 6 = 19 0С.

Принимаем, что поверхности нагрева всех корпусов равны между собой. Тогда полезную разность температур определяем по формулам ( 17 ), ( 18 ) и ( 19 ):

 

3,7 0С;

 

0С;

 

0С.

 

Определим расчетные площади поверхности нагрева по корпусам по формулам ( 20 ), ( 21 ) и ( 22 ):

 

356,6 м 2;

 

352,7 м 2;

 

353,7 м 2.

 

Максимальную расчетную площадь поверхности нагрева получаем путем увеличения расчетной площади на 25 %:

Fр.м. = ( 356,6 + 352,7 + 353,7 ) · 1,25 = 1330 м 2.

Выбираем вакуум-выпарную установку по максимальной площади поверхности нагрева ( предположим, что выбрали аппарат с поверхностью нагрева 1360 м 2 ) .

Рассчитаем фактическую производительность вакуум-выпарной установки по формуле ( 23 ):

 

Gф = 5 · 1360 /1330 = 5,1 кг / с.

 

Фактический расход греющего пара рассчитываем по формуле ( 24 ):

Dгр.п. = 1,15 · 3600 · 1360 / 1330 = 4233,4 кг / ч

 

Удельный расход греющего пара определяем по формуле ( 25 ):

 

d = 4233,4 / 3,8 · 3600 = 0,31 кг / кг

 

Расход тепла в подогревателе для подогрева среды перед подачей её на сгущение рассчитываем по формуле ( 26 ):

 

Qпод = 5,1 · 4,078 · 3600 · ( 67 - 17 ) = 3743604 кДж / ч

 

Количество пара, поступающего в конденсатор из третьего корпуса, рассчитываем по формуле ( 27 ):

 

D = 1,38 · 1360 / 1330 = 1,41 кг / с.

Характеристика вакуум-выпарной установки:

Производительность по исходной среде - 5,1 кг / с;

Производительность по выпаренной влаге - 3,8 кг / с;

Площадь поверхности нагрева аппарата - 1360 м 2;

Расход греющего пара - 4233,4 кг / ч;

Удельный расход греющего пара - 0,31 кг / кг;

Расход тепла для подогрева среды - 3743604 кДж / ч

Количество пара, поступающего в конденсатор - 1,41 кг / с.


Индивидуальные задания

 

№№ Производительность Характеристика процесса сгущения
п / п аппарата по среде, кг / с
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 09,0 08,0 09,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 08,0 09,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0     60...50 61...51 62...52 63...53 64...54 65...55 66...55 67...55 67...56 67...57 67...58 66...58 66...57 66...56 66...55 65...54 65...55 65...56 65...57 64...56 64...55 64...54 64...53 64...52

 

Примечание: Показатели, характеризующие процесс сушки:

1 - Массовая доля сухих веществ начальная, %;

2 - Массовая доля сухих веществ конечная, %;

3 - Температура среды, идущей на сгущение, 0С;

4 - Температура выпаривания, 0С;

5 - Теплоемкость среды, Дж / (кг · К).


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!