Выпарной аппарат

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Определение количества выпаренной воды

Количество выпаренной воды W, кг/с, определяют из уравнений материального баланса:

где G_н - расход исходного раствора, кг/с.

B_н, B_к - концентрация начального и упаренного раствора, %

Тогда количество упаренного раствора G_к,кг/с, составит:

.

.

2. Температурный режим работы выпарного аппарата

Для проведения последующих расчётов необходимо определить температуру греющего пара, вторичного пара и температуру кипения раствора.

Температуру греющего пара t_s нахожу по его давлению P_н /1/.

P_н=1,8 бар => t_s=116,9

Соответственно температуру вторичного пара определяю по

бар =>

Температуру кипения раствора в среднем слое определяю с учётом температурных депрессий

,

Где - физико-химическая температурная депрессия, .

-гидростатическая температурная депрессия,.

Физико-химическая депрессия определяется по формуле Тищенко:

,

-нормальная депресия,; определяется при атмосферном давлени в зависимости от B_н./1/

-поправочный коэффициент, зависящий от давления вторичного пара P₁ /1/.

,8

=>

=3,8*0,89=3,382

Гидростатическая температурная депрессия определяется как разность температур кипения раствора в среднем слое и на поверхности

,

- температура кипения, соответствующая давлению , бар, в среднем слое жидкости, которое складывается из давления вторичного пара P₁ на середине высоты трубы:

= P₁+,

где p - плотность раствора, кг/м³; определяют по концентрации B_н /1/.

Высоту кипятильных труб H принимают для выпарных аппаратов с ЦЦТ в пределах от 1,5 до 3 метров.

B_к=15 => p=993,5 кг/м³

Высоту принимаю H=2 м.

Зная , найду ,

=81,4

Найду гидростатическую температурную депрессию

Рассчитаю температуру кипения раствора в среднем слое:

t₁ =81,4+3,382+4,6=89,4

2.3 Определение расхода греющего пара

Для определения расхода греющего пара D, кг/с, составляют тепловой баланс выпарного аппарата

+

Учитывая, что =G_н+W, легко определить расход греющего пара

В этом уравнений в числителе первое слагаемое представляет собой теплоту, которую необходимо затратить, чтобы нагреть исходный раствор от температуры t_н до температуры кипения t₁; второе слагаемое - теплота, затрачиваемая непосредственно на процесс выпаривания и, наконец, третье - тепловые потери в окружающую среду, величину которых принимают равной 5% от теплоты, затрачиваемой на выпаривание.

Учитывая так же, что по заданию исходный раствор поступает в аппарат предварительно нагретым до температуры кипения, т.е. t₁=t_н,

Уравнение приводиться к виду

D

где значение энтальпий i`` и i`_w, определяю соответственно по значению

P_н и P₁ /1/.

с_в - теплоемкость воды, Дж/(кгК), определяю по температуре кипения t_1.

D=0,88 кг/с

Удельный расход греющего пара d, для данного корпуса выпарной установки определяется как отношение

d=

d=

2.4 Расчёт поверхности теплообмена

При проектировании выпарного аппарата поверхность теплообмена греющей камеры F, м², определяют из основного кинетического уравнения теплопередачи

где Q - тепловая нагрузка греющей камеры, Вт;

-движущая сила процесса выпаривания, ;

К-коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К).

Тепловую нагрузку Q, Вт, греющей камеры рассчитываю по уравнению

Q=W(i_w^``-c_вt₁),

где значение энтальпий вторичного пара i_w``, Дж/кг, и удельной теплоемкости воды c_в, Дж/кгК), определены ранее в пункте 2.3.

Q=0,812 (2645000-3098*89,4)=1922847,5 Вт

Движущую силу процесса выпаривания , , определяют как разность температур греющего пара и кипения раствора в среднем слое

где и определены ранее в пункте 2.2.

=116,9-89,4=27,5

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²К) рассчитываю по уравнению аддитивности термических сопротивлений

где -коэффициент теплопередачи от греющего пара к поверхности кипятильных труб, Вт/(м²К);

-коэффициент теплопередачи от поверхности кипятильных труб к кипящему раствору Вт/(м²К);

- суммарное термическое сопротивление стенок кипятильных труб и слоя загрязнения, (м²К)/Вт:

=+,

,-толщина стенок кипятильных труб и слоя загрязнений, м;

-коэффициент теплопроводности стенок кипятильных труб и загрязнений, Вт/(мК).

Обычно принимают:

=0,002 м; 0,0005 м;

=17 Вт/(мК) для нержавеющей стали,

для загрязнений.

= + (м²К) Вт

Коэффициент принимаю из интервала 8000 Вт/(м²К)

Вт/(м²К).

вычисляю по уравнению



где А₂ - расчётный коэффициент, зависящий от концентрации раствора и его температуры кипения;

q₂-удельный тепловой поток, Вт/м²

Значение коэффициента А₂ определяю в зависимости от температуры кипения и концентрации B_к из графиков представленных на рисунке 3 /2/.

Из графика по B_к =15 А₂=5,2

Ввиду того, что в уравнении не известен истинный удельный тепловой поток q, Вт/м², значения коэффициента теплоотдачи , и следовательно коэффициенты теплопередачи К определяют методом постепенных приближении. Для этого задаются значениями q, в диапазоне от 30000 до 80000 Вт/м², вычисляя и К проверю правильность выбранного значения q по уравнению:

q^*=K

где -движущая сила процесса выпаривания,

Пусть q₂=40000 Вт/м²

то =5,2*40000^0,6=3000,82

Найду коэффициент теплопередачи

Проверю правильность выбранного значения q

q^*=1428,6*27,5=39285,7 Вт/м²

Выбор удовлетворяет условиям расчёта.

Определив значения Q, K, рассчитаю поверхность теплообмена греющей камеры выпарного аппарата F

Номинальную поверхность теплообмена греющей камеры принимаю из ряда - 63 м²

2.5 Конструктивный расчёт выпарного аппарата

Этот этап выполнения включает определение числа кипятильных труб, их размещение на трубной решетке, расчёт парового пространства и определение диаметров штуцеров.

Число кипятильных труб греющей камеры определяют из уравнения

где F - поверхность теплообмена греющей камеры, м²;

H-высота кипятильных труб, м, которая была выбрана в п. 2.2

Для расчёта обычно принимают d=d_вн, м, т.е. диаметр с той стороны, где термическое сопротивление больше. Согласно принятому раннее d_вн=34 мм

При размещений труб на трубной решетке необходимо обеспечить максимальную компактность, плотность и прочность решетки и сборки трубного пучка. Наиболее удовлетворяет эти требованиям разметка труб по периметрам правильных шестиугольников.

Из /1/ выбираю ближайшее число труб n и уточняю H.

n=301

Диаметр греющей камеры D_к, м, рассчитываю по уравнению

где - коэффициент использования площади трубной решетки, принимаемый от 0,7 до 0,9;

t - 0,05 м шаг между кипятильными трубами диаметров d_н=38 мм;

=60- угол при вершине правильного шестиугольника;

d_ц-диаметр внутренней циркуляционной трубы, м, от 0,2 до 0,3 м

Окончательно выбираю больший ближайший размер D_к из ряда диаметров обечаек ГОСТ 11987-86.

D_к =1200 мм

Размеры сепаратора выпарного аппарата определяют из условий возможно полного определения вторичного пара от капель выпариваемого раствора. Это исключает безвозвратные потери самого раствора, загрязнение обогреваемых им поверхностей греющих камер аппаратов в многокорпусных выпариваемых установках, а также обуславливает возможность использования конденсата вторичного пара для питания паровых котлов.

Важным показателем работы выпарных аппаратов являются скорость витания капли W_в, м/с и скорость пара W_п, м/с. Если скорость пара больше скорости витания капли, то капля движется вверх и уносится из аппарата. Поэтому для нормальной работы установки необходимо, чтобы соблюдалось условие W_в >W_п.

Исходя из конструктивных соображений и удобств компоновки отдельных узлов аппарата, диаметр сепаратора обычно принимают равным

D_c=(1D_к

D_c=1,1*1,2=1,32 м

- для аппаратов с ЦЦТ принимаем D_c= 1400 мм

Скорость витания капель W_в, м/с определяют по уравнению

W_в=5,45

где d_к - средний диаметр капель, выделяемых в сепараторе, м;

значение d_к принимают в пределах 0,00030,001 м;

p`, p``-соответственно плотность жидкости и пара, кн/м³, определяют по P₁ /1/.

p`=970,9 кг/м³; p``=0,3087 кг/м³;

W_в=5,45 = 9,66 м/с

Скорость пара W_п, м/с, в паровом пространстве определяют из уравнения расхода:

- количество вторичного пара, м³/с;

fплощадь поперечного сечения, м²;

D_c-диаметр сепаратора, м.

Объём сепаратора V_c, определяют в зависимости от количества испаряющей воды W, кг/с, с учётом величины допустимого напряжения парового пространства А, м³/(м³*с). При выпариваний спокойно кипящих растворов А=1,22,0 м³/(м³*с). При выпаривании пенящихся растворов обычно применяют различные пеногасящие

Зная объём сепаратора и его диаметр, нахожу высоту H_c, м,

Диаметры патрубков(штуцеров) d_вн, м, для ввода греющего пара, начального раствора, вывода конденсата греющего пара, упаренного раствора и вторичного пара определяют из уравнения расхода

где G-расход соответствующего потока жидкости или пара, проходящего через патрубок, кг/с;

p-плотность, кг/м³;

-скорость движения потока через патрубок, м/с.

Для исходного раствора:

Рекомендуется принимать в следующих пределах: для пара от 20 до 50 м/с; для конденсата от 0,3 до 0,5 м/с; для растворов от 0,5 до 1,5 м/с.

Значения полученных диаметров стандартизируются по d_н в соответствии с ГОСТом 9941-81.

Определение толщины тепловой изоляции

Тепловая изоляция наружной поверхности выпарных аппаратов предназначена для уменьшения потерь теплоты ы окружающую среду и предотвращения ожогов обслуживающего персонала. Обычно допустимая температура наружной поверхности изоляции t_из принимается от 40 до 50.

Толщину изоляционного слоя _из, м, определяют из уравнения:

где -коэффициент теплопроводности изоляционного материла, Вт/(м*К);

для совелита =0,1 Вт/(м*К),

-коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающую среду, Вт/(м²*К):

Вт/(м²*К)

-коэффициент теплопередачи от пара через изоляцию в окружающую среду, Вт/(м²*К).

Температуру воздуха в помещении принимают равной =20.

Температуру среды в выпарном аппарате принимают равной температуре греющего пара =.

Рассчитаю толщину изоляционного слоя

Объёмом настоящего проекта не предусматривается расчёт толщины стенок элементов выпарного аппарата. Обычно в пищевой промышленности все элементы выпарных аппаратов, соприкасающиеся с продуктом, выполняются из нержавеющей стали 1X18H10T по ГОСТ 5632-72.

Рекомендуется принимать следующую толщину стенок мм: корпуса греющей камеры и сепаратора от 5 до 6 мм, крышек и днищ от 4 до 5 мм, трубной решетки от 20 до 30 мм, патрубков от 3 до 5 мм, циркуляционных труб от 4 до 6 мм.

Список литературы

выпарной теплообменный аппарат сепаратор

1. Алексеев Н.Н Методические указания и задания к контрольным работам по курсу «Процессы и аппараты пищевых производств для студентов всех форм обучения».-Краснодар, КПИ, 1984.-140 с.

2. Мамин В.Н. Методические указания к курсовому проекту. Проект выпарного аппарата.-Краснодара: КубГТУ, 2003. - 23 с.

Размещено на Allbest.ru

...