Двухкорпусная вакуум-выпарная установка с центральной циркуляционной трубой и роторно-плёночным аппаратом типа "Sambey"

Также данный материал характеризуется плотность суд= 100 кг/м3; длина L = 1,2 м; внутренний диаметр dвн = (15-1016) мм; толщина = (20-160) мм.

Тепловые расчёты комплектующего оборудования. Расчет спирального подогревателя

Исходные данные: G = 0,100 кг/с, концентрат квасного сусла от температуры

t= 10 °C до t= 91 °C.

При средней температуре



концентрат квасного сусла имеет следующие физико химические характеристики:

с=1080 кг/м;м=0,000256Па*с; л=0,685 ;

с=1,30 кДж/кг*К; Рr=

Для подогрева примем пар давлением 0,15 МПа, температура конденсации t = 105,5 °C. Характеристики конденсата при этой температуре: с = 950 кг/м; м = 269*10 Па*с; л = 0,684Вт/м*К; r = 2243,9 кДж/кг; Рr = 1,6.

Тепловая нагрузка аппарата составит:

(48)

Расход пара определим из уравнения теплового баланса:

Средняя разность температур:

град.

Ориентировочная площать подогревателя. Примем К = 800 Вт/м*К

F= (49)

В следствии небольшой тепловой нагрузки, и так как требуемая поверхность теплообмена не превышает 20 - 30 м, целесообразно применять теплообменник типа «труба в трубе».

Примем стандартную площадь поверхности теплообмена равной 1,44 м для этого теплообменника d=38 х 3,5 мм, d=76 х 4 мм. Число параллельных потоков - 2, число теплообменных труб - 4 шт.

Среднее значение коэффициента теплоотдачи на натужной поверхности:

(50)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к концентрату квасного сула равен:

Re = (51)

режим движения переходный, следовательно:

(52)

пересчетаем коэффициент теплопередачи:

(53)

F= (54)

Принимаем к установке подогреватель с поверхностью теплообмена - 1,36 м, длина труб - 4,5 м, d=48 х 4 мм, d=89 х 5 мм.

Гидравлическое сопротивление подогревателя будет следующее:

Re = (55)

Па (56)

Расчёт змеевикового конденсатора

Тепловая нагрузка аппарата:

(57)

Расход молока, необходимый для конденсации вторичного пара:

(58)

Как видим расхода сыворотки Gн=0,0976 кг/с, который подаётся в выпарной аппарат не сможет сконденсировать вторичный пар.

Тогда дополнительно будем конденсировать пар с помощью воды.

Q=Q1+Q2, (59)

где

- теплота, которую возьмёт концентрат квасного сусла при конденсации пара.

Тогда тепло, которое нужно отвести с помощью воды:

(60)

Средняя разность температур:

(61)

График для определения средней разности температур

Примем ориентировочное значение Reор=10000

Ориентировочное значение поверхности теплообмена при Кор=300 Вт/(м2·К):

 (62)

По ГОСТ выбираем трубу d=40х2 мм:

Действительное значение Re:

(63)

(64)

Число Нуссельта Nu при Re=9378 равно:

, (65)

Тогда коэффициент теплоотдачи к сыворотке:

, (66)

где Pr=8,4- число Прантля

d=40х2 мм - диаметр труб

=0,58 Вт/м·К - теплопроводность концентрата квасного сусла

Для змеевиков значение альфа умножают на поправку:



Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали со стороны концентрата и пара:

(67)

Коэффициент теплопередачи:

(68)

где1 - коэффициент теплоотдачи кипящего раствора, Вт/(м2К)

2 - коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара, Вт/(м2К)

?rст - сумма термических сопротивлений всех слоёв, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м2К)/Вт

Поверхность теплопередачи:

(69)

Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования

Линия нагнетателя.

Диаметр трубопровода:

(70)

Принимаем

(71)

(72)

(73)

До подогревателя.

Принимаем dн=182.

.

(74)

После подогревателя.

Принимаем dн=202.



(75)

Расчёт мощности циркуляционных насосов

(76)

(77)

(78)

Принимаем насос Х20/53, с расходом 5,5.10-3 м3/с и высотой подъема 34,4м.

Расчёт производительности вакуум-насоса

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

(79)

где 2,510-5 - количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 -количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1 кг паров. Тогда:

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

(80)

где R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмольК); Мвозд - молекулярная масса воздуха, кг/моль; tвозд - температура воздуха, 0С; Рвозд - парциальное давление сухого воздуха в змеевиковом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

Давление воздуха равно:

Рвозд = Ркк - Рп, (81)

где Рп - давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд= 14,2. Рп = 3358,39 Па.

Подставив, получим:

Рвозд = 1104-0,34104 = 0,66104 Па.

Тогда

Зная объёмную производительность Vвозд и остаточное давление Ркк, по каталогу побираем вакуум=насос типа ВВН - 6 мощность на валу N = 12,5 кВт [5].

Конструктивный расчёт проектируемых аппаратов

Расчёт роторно-плёночного аппарата

Предварительный расчёт аппарата осуществляется в следующей последовательности:

Производительность аппарата по конечному раствору вычисляется по формуле

(82)

Производительность по испаряемому раствору равна

(83)

Средний массовый расход жидкости через аппарат

(84)

Средний объёмный расход жидкости

Тепловой поток, необходимый для нагревания раствора и испарения растворителя,

Вт, (85)

гдеtн - температура кипения исходного продукта

Предварительно примем толщину стенки аппаратадС=12 мм; коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара б1 =104 Вт/(м2К); коэффициент теплоотдачи со стороны перемешиваемой пленки (см. табл. 7.4\6\) б2 = 1,5103 Вт/(м2К); термические сопротивления загрязнений со стороны греющего пара и продукта (см. табл. 7\6\)r1 = r2=104м2К/Вт.

Корпус аппарата выполнен из нержавеющей стали с коэффициентом теплопроводности лСт = 17,5 Вт/(мК). Тогда ориентировочное значение коэффициента теплопередачи составит

(86)

Разности температур теплоносителей в верхней и нижней частях аппарата составят:

Средняя разность температур равна:



Необходимая минимальная площадь теплообмена

(87)

В соответствии с условием 19,52<Fиз( табл.7.3/6/) выбираем аппарат со следующими основными параметрами:

D=1, м-внутренний диаметр;

F=20, м2- площадь поверхности теплообмена;

H= 7,20, м- высота рабочей зоны корпуса;

дС= 20, мм - толщина стенки корпуса;

z=10,шт- число лопастей;

длп=4,мм-толщина лопастей;

n=0,83 с-1 -частота вращения ротора;

Nэ=15 кВ-мощность электродвигателя

Уточненный расчета аппарата проведем в следующей последовательности.

Коэффициент мощности в предположении, что лопасти работают в режиме «стирания», равен:

(88)

Параметр ш, входящий в это выражение, равен:

(89)

Здесь числа подобия соответственно составят:

(90)

где Г-плотность орошения

(91)

(92)

При работе лопастей в режиме «плавания» коэффициент мощности при массе лопасти длиной 1 м, равной:

кг (93)

Определяем по формуле:

где b,c- ширина неуравновешенной части лопости.

В рассматриваемом случае КN3<КN1т. е. лопасти работают в режиме «стирания» и зазор = 0. Коэффициент мощности, характеризующий затраты энергии на вращение ротора, с учетом трения лопастей о корпус (лопасти стальные и коэффициент трения f = 0,17) вычислим:



а мощность:

(94)

Объемный расход жидкости в одном валике составит:

(95)

гдеVж- общий расход жидкости в роторном аппарате

Vпл-расход жидкости через пленку, образующуюся за лопастью

Для нахождения площади сечения валиков выполним расчеты

Принимаем площадь сечения валиков равной наибольшему из найденных значений

Удерживаемый на теплообменной поверхности объем жидкости:

(96)

Коэффициент теплоотдачи найдем по формуле

(97)

где (98)

Уточним коэффициент теплопередачи

Необходимая площадь поверхности теплообмена равна

Найденное значение F меньше площади теплообмена ранее выбранного аппарата РП-1000-10, но больше, чем у ближайшего меньшего типа РП-1000-10. Следовательно, аппарат выбран правильно.

В роторном пленочном аппарате максимальная мощность затрачивается при сухом трении лопастей о стенки корпуса, поэтому мощность привода должна рассчитываться по формуле

Nэ=(Nтр+Nуп)/з (99)

Где,Nтр-мощность, затрачиваемая на вращение ротора в режиме сухого трения;

Nуп-- мощность, затрачиваемая в торцовых уплотнениях вала.

ВычислимNтр:

(100)

Для уплотнения вала принимаем одинарное торцовое уплотнение (см. табл. 9.3/6/). При диаметре валаdв -- 70 мм (см. табл. 7.3/6/)

Мощность, затрачиваемая в двух торцовых уплотнения будет

Nуп=2602000,051,3=2450 Вт

Потребная мощность электродвигателя привода составит

Nэ=(43,5+2450)/0,85=14800Вт

На стандартном роторном аппарате установлен мотор-редуктор с электродвигателем мощностью 15 кВт.

Прочностные расчёты проектируемого аппарата

Расчет цилиндрических обечаек проводится по ГОСТ 14249-80, СТ СЭВ 597-77

Расчет обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением. Толщина стенки определяется по уравнению [4]:

 (101)

Принимаем

Допускаемое внутреннее избыточное давление определяется по формуле:

(102)

Расчет обечайки, нагруженной внешним давлением. Толщина стенки приближенно определяется по формулам:

(103)

Конструкция гладкой цилиндрической обечайки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коэффициент определяется в зависимости от значений коэффициентов К1 и К3:

 (104)

Тогда

(105)

Принимаем

Допускаемое наружное давление определяется по формуле:

(106)

где допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле:

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:

(107)

где



Тогда:

Окончательно принимаем

Расчет днищ и крышек

Расчет днищ и крышек выполняется по ГОСТ 14249-80, СТ СЭВ 1039-78, СТ СЭВ 1048-78, СТ СЭВ 1041-78.

Днища эллиптические отборные (см. рис.3).

Расчет днищ, нагруженных внутренним избыточным давлением. Толщина стенки днища определяется по формулам [4]:

(108)

Принимаем

Расчет днищ, нагруженных наружным давлением. Толщина стенки днища приближенно определяется по формуле:

(109)

Для предварительного расчета коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища принимается равным 0,9.

Тогда

Конструкция эллиптического отборного днища

(110)

Принимаем

Допускаемое наружное давление определяется по формуле:

(111)

где допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле:

 (112)

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:

Для большей надёжности примем Тогда:

Допускаемое наружное давление определяется по формуле:

(113)

где допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле:

(114)

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:



Окончательно принимаем

Расчет опор аппарата

Установка химических аппаратов на фундаменты или специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор. Вертикальные аппараты обычно устанавливают или на стойках, когда их размещают внизу в помещении, или на подвесных лапах (см. рис.4), когда аппарат размещают между перекрытиями в помещении или на специальных стальных конструкциях.

Расчетные нагрузки. При определении нагрузки на опору-лапу действующие на аппарат нагрузки приводятся к осевой силе Р.

Нагрузка на одну опору определяется по формуле [4]:

(115)

где

1 - коэффициент, зависящий от числа опор z

- вес всего аппарата.

Принимаем число опор равное 4, тогда:

Вес аппарата рассчитывается по формуле:

(116)

Где

 (117)

вес цилиндрической части обечайки;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструкция лап подвесных

- вес крышки аппарата; (118)

- вес днища аппарата; (119)

- вес жидкости, находящейся в аппарате.

- плотность выбранной ранее стали.

Тогда:



Тогда:

По рассчитанной нагрузке принимаем следующие характеристики опор:

Расчет штуцеров

Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких или газообразных продуктов производится с помощью штуцеров.

Стальные штуцера стандартизованы и представляют собой патрубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованные заодно с фланцами.

В данном курсовом проекте применяются штуцера с приварным фланцем в стык и тонкостенным патрубком) ОСТ 26-1408-76. [4].

Таблица 3. 6.1.

Dy	dt	St	Ht
50	57	3	155
100	108	5	155
200	219	6	160

Конструкция штуцера с приварным фланцевым соединениям.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Требования техники безопасности и промсанитарии

Для производства пищевых и прочих продуктов применяют вакуум-выпарные аппараты.

На аппараты этого типа распространяются действия правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Для каждого аппарата составляют прошнурованную книгу, установленного образца, которая хранится у механика завода. В ней должен быть паспорт, выданный заводом изготовителем, чертёж аппарата, помещение с обозначением лестниц, окон, площадок, дверей.

Помещение, где выпарная установка, должна быть оборудованной аварийным освещением, позволяющим наблюдать за приборами и работой аппаратов при отключении электроэнергии в основной энергоцепи.

Обслуживание этих аппаратов может поручено лицам не моложе 18 лет, прошедших медицинское обследование, обученным на соответствующей практике имеющим удостоверение соответствующей комиссии на право обслуживания выпарных аппаратов и изучавших инструкцию по эксплуатации.

Повторную проверку знаний проводит комиссия предприятия не реже чем один раз в год.

Подавать пар и создавать давление в аппарате следует постепенно, медленно и равномерно, открывая по ј оборота вентиля до рабочего давления.

Во время работы аппаратчик должен находится на своём рабочем месте и не допускать других лиц к управлению аппаратом. При работе выпарных аппаратов внимательно следят за показателями контрольно-измерительных приборов; манометры проверяют не реже чем один раз в смену. Все процессы обработки мясокостного бульона проводят точно в соответствии с технологической инструкцией.

Во время работы аппаратов и насосов следят по моновакууометру и термометру за давлением, температурой в корпусах вакуум-выпарной установки.

Не обходимо проверить исправность всех вентилей, задвижек и кранов, а также манометров и моновакууметров, не допуская к эксплуатации без пломбы, целостности стекол.

Электротехнические приборы и аппаратуру осматриваются вместе с дежурным электромонтером.

Необходимо проверить все трубопроводы особенно паропроводящую линию, подтянуть болты на фланцах если они ослаблены

В целях безопасности обслуживания аппараты должны быть остановлены в следующих случаях:

-повышение давление в корпусах выше нормы;

-пропусков пара или потения в сварных швах, течи;

-обнаружение в основных элементах трещин;

-возникновения пожара, угрожающего выпарной установке;

-при неисправности предохранительных клапанов;

-при неисправности контрольно-измерительных приборов;

-обнаружение каких-либо ненормальностей в работе выпарных аппаратов, теплообменника, конденсатора, вакуум-насосов;

-прекращения подачи электроэнергии;

По окончании работы аппаратов запорную арматуру перекрывают, в точном соответствии с технологической инструкцией.

В цехах, где установлена вакуум-выпарная установка должны находится средства пажаротушения.

Заключение

На основе сбора информации о технологии многокорпусных выпарных аппаратов, об оборудовании, используемом для выпаривания, а также произведенных расчетов этих аппаратов и комплектующего оборудования, можно сделать вывод о преимуществе многокорпусных аппаратов перед однокорпусными за счет экономии энергии и пара.

При выполнении данной курсовой работы были получены навыки расчета выпарного аппарата, змеевикового конденсатора, а также навыки при выборе вспомогательного оборудования к данным аппаратам. Были рассмотрены вопросы о конденсации и области применения данного типа оборудования. Была рассчитана технологическая схема с использованием перечисленного оборудования. Также на основе расчетов были построены чертежи первого и второго корпуса аппарата.

Список используемых источников

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л., Химия, 1981. 560 с.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.Химия, 1983. 272 с.

3. Основы проектирования процессов и аппаратов пищевых производств. Стахеев И.В.: Минск, «Высшая школа», 1972, 304с.

4. Чубик И.А., Маслов А.Н. Справочник по теплофизическим константам пищевых продуктов и полуфабрикатов.-М.:1965.

5. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., “Химия”, 1973.

6. Стабников В.Н., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. Изд. 3-е перераб.. Пищевая промышленность.- Москва, 1976.

Размещено на Allbest.ru

...