Двухкорпусная вакуум-выпарная установка производительностью 4,2 кг/с

где x – средняя концентрация продукта в корпусе.

 

;

;

 кг/м³;

 кг/м³.

 

Давление в среднем слое кипятильных  труб корпусов (в Па) равны:

 

;

  .

 

Этим  давлениям соответствуют следующие  температуры кипения и теплоты испарения растворителя

 

Рср, Па	t, °С	r, кДж/кг
	91,5 68,5	2278,2 2336,5

 

;  ;

;  .

 

Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в ^оС)

 

;

.

 

Сумма гидростатических депрессий

 

.

 

Определим температурные депрессии  по корпусам

 

.

;

.

 

Сумма температурных депрессий

 

.

 

 

Температуры кипения растворов  в корпусах

 

.

;

.

 

Полезная разность температур

 

;

.

 

4.4. Определение тепловых нагрузок.

 

Расход греющего пара в 1-й корпус D, производительность каждого корпуса по выпаренной воде W, тепловые нагрузки по корпусам Q и удельный расход греющего пара d определяются по следующим уравнениям:

 

кДж/с;

кг/с;

кг/кг;

кДж/с.

Параметр	Корпус
	1	2
Производительность по испаряемой воде, w, кг/с Концентрация растворов, х, % Давление греющих паров, Ргп, Па Температура греющих паров, tгп, °С Температурные потери, , град Температура кипения раствора tк, °С Полезная разность температур, , град	1,59 14,35 1,1·105 102,5 4,76 92,26 10,24	1,74 35,35 0,64·105 87,5 12,46 70,46 17,04

 

5. Расчет вспомогательного оборудования.

5.1. Расчет барометрического конденсатора

 

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20°С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей  воды, основные размеры (диаметр и  высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.

 

5.1.1. Расход охлаждающей воды

 

Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

 

.

t_к=58 - 3 = 55ºС;

t₁= t_н = 10ºC;

кг/с

 

где I_бк - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; t_н - начальная температура охлаждающей воды, °С; t_к - конечная температура смеси воды и конденсата, °С; (t_к = t_бк – 3).

Разность температур между паром  и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 град. Поэтому конечную температуру воды t_к на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров.

 

5.1.2. Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяют из уравнения расхода

 

,

где - плотность паров, кг/м³; - скорость паров, м/с.

кг/м³ при t_бк=58ºС;

м/с

м/с.

Принимаем согласно ГОСТу диаметр  барометрического конденсатора

d_бк = 1000 мм.

 

5.1.3. Высота барометрической трубы.

 

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы d_бт равен 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе

 

м/с

 

Высота барометрической трубы

 

,

 

где B - вакуум в барометрическом конденсаторе, - сумма коэффициентов местных сопротивлений, - коэффициент трения в барометрической трубе;   0,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

 

где и  - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

Коэффициент трения зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:

.

;

.

Для гладких труб

.

;

м.

 

5.2. Расчет производительности вакуум-насоса.

 

Производительность вакуум-насоса G_возд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

 

кг/с,

 

где - количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1 кг паров.

Объемная производительность вакуум-насоса равна

 

,

 

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К); М_возд – молекулярная масса воздуха, кг/ кмоль; t_возд – температура воздуха, ºС; Р_возд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению

 

 

 

 

 

Давление воздуха равно

 

,

где P_п – давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд.

 

.

 

Зная объемную производительность V_возд и остаточное давление , подбираем вакуум – насос типа ВВН – 6 мощностью N = 12,5 кВт.

 

5.3. Расчет теплообменника.

 

Необходимую поверхность теплопередачи  определяем из основного уравнения теплопередачи:

 

.

x₁ = 1,05;

 Коэффициент теплопередачи принимаем  равным К=1000Вт/(м²·К),

 

Дж.

 

 – среднелогарифмическая  разница температур, рассчитывается  по формуле:

.

;

;

;

м².

 

     6. Техническая характеристика установки

 

По ГОСТ 11987-81 выбрали выпарной аппарат  со следующими характеристиками:

Номинальная поверхность  теплообмена, Fн	40 м2
Диаметр греющей камеры, D	600 мм
Диаметр трубы, d	38x2 мм
Диаметр сепаратора, D1	1200 мм
Диаметр циркуляционной трубы, D2	400 мм
Высота аппарата, H	12500 мм
Масса аппарата, M	4700 кг

 

Техническая характеристика вакуум-насоса:

Типоразмер	ВВН - 6
Остаточное давление, мм рт. ст.	38
Производительность, м3/мин	6
Мощность на валу, кВт	12,5

 

7. Вывод

 

Рассчитанная двухкорпусная установка  непрерывного действия:

теплообменник – кожухотрубный;

выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой;

барометрический конденсатор;

вакуум – насос.

Установка предназначена для упаривания молока с начальной концентрацией 11% до концентрации 53%; производительность по исходному раствору 4,2 кг/с

 

8. Список использованной литературы.

 

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн.

М.: Химия, 1991. 496 с.

2. Федоров К.М. Процессы и аппараты пищевых производств. Методические указания по курсовому проектированию для студентов всех специальностей всех форм обучения, часть 2.

СПб, 2008. – 38с.