Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки для производства концентрированного молока с производительностью G = 1,4 кг/с

Рср, Па	t, °С	r, кДж/кг
	91,3 68,5	2234,1 2336,5

 

;  ;

;  .

Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в оС)

;

.

Сумма гидростатических депрессий

.

Определим температурные депрессии по корпусам:

.

;

.

Сумма температурных депрессий

.

Температуры кипения молока 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; W = 0.51+0.56 = 1.07

кг/кг;

кДж/с.

Параметр	Корпус
	1	2
Производительность по испаряемой воде, w, кг/с Концентрация молока, х, % Давление греющих паров, Ргп, Па Температура греющих паров, tгп, °С Температурные потери, , град Температура кипения молока tк, °С Полезная разность температур, , град	0.51 12.25 1,1·105 102,5 5,59 91,99 10,51	0.56 27.5 0,62·105 86.4 18,88 69,88 16,52

 

 

     4.5. Расчет коэффициентов теплопередачи.

 

Коэффициент теплопередачи в корпусах выпарной установки определим по формуле:                                                                                      

Где хср – средняя концентрация молока в корпусах, %.

   

 4.6. Поверхность теплопередачи корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:

 

F1 =

= = 64 м²

 

F2 =

= = 85 м²

Выбираем аппарат с поверхностью теплопередачи F = 100 м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  5. Расчет вспомогательного оборудования /2/

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:

 

.

tк=51 - 3 = 48ºС;

t1= tн = 9ºC;

кг/с

где Iбк - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; tн - начальная температура охлаждающей воды, °С; tк - конечная температура смеси воды и конденсата, °С; (tк = tбк – 3), Св – теплоемкость воды (4190 кДж/кг*К).

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

 

5.1.2. Диаметр конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода

 

,

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

кг/м3 при tбк=51ºС;

Принимаем м/с

м = 740 мм.

Принимаем согласно ГОСТу диаметр барометрического конденсатора

dбк = 800 мм.

5.1.3. Высота барометрической трубы.

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы dбт 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 Gвозд 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); Мвозд – молекулярная масса воздуха, кг/ кмоль; tвозд – температура воздуха, ºС; Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению

Давление воздуха равно:

,

где Pп – давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд.

 

.

 

Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление, подбираем вакуум – насос типа ВВН – 3 мощностью N = 6,5 кВт.

 

5.3. Расчет теплообменника.

Необходимую поверхность теплопередачи определяем из основного уравнения теплопередачи:

                                       .

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

Дж.

             х1 - коэффициент, учитывающий теплопотери аппарата в окружающую среду (1,03…1,05);

 – среднелогарифмическая  разница температур, рассчитывается  по формуле:

                                        .

;

;

;

м2.

Выбираем стандартный аппарат: теплообменник типа «труба в трубе», с поверхностью теплообмена 14 м2 и длиной труб 6 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     6. Техническая характеристика установки /2/

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

Номинальная поверхность теплообмена, Fн	100 м2
Диаметр греющей камеры, D	1000 мм
Диаметр трубы, d	38x2 мм
Диаметр сепаратора, D1	1800 мм
Диаметр циркуляционной трубы, D2	700 мм
Высота аппарата, H	11500 мм
Масса аппарата, M	6000 кг

 

Техническая характеристика вакуум-насоса:

Типоразмер	ВВН - 3
Остаточное давление, мм рт. ст.	75
Производительность, м3/мин	3
Мощность на валу, кВт	6,5

 

 

7. Выбор точек контроля за работой установки /2/

Для технологического процесса выпаривания используем приборы и средства автоматизации, контролирующие и регулирующие давление и температуру.

Таблица 5.

Обозначение	Наименование
	Прибор для измерения температуры показывающий, установленный на щите. Прибор для измерения температуры регистрирующий, регулирующий, установленный на щите.
	Прибор для измерения давления (разрежения) регистрирующий, установленный на щите. Прибор для измерения давления (разрежения) показывающий, установленный по месту.
	Прибор для измерения качества продукта регистрирующий, регулирующий,установленный на щите (например: вторичный самопишущий прибор регулятора концентрации молока)
H                       L	Прибор для измерения уровня показывающий, с контактным устройством, установленный на щите (например: вторичный прибор с сигнальным устройством; буквы H и L означают сигнализацию верхнего и нижнего уровней)
	Прибор для измерения расхода показывающий, установленный по месту. (например: расходомер для учета  расхода воды, поступающей в цех; расходомер для учета молока, поступающего на выпарку)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Заключение /1/

 

        Рассчитанная двухкорпусная установка непрерывного действия:

- выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой с поверхностью теплообмена 100 м2;

- барометрический конденсатор с диаметром 800 мм, с расходом охлаждающей воды 8,2 кг/с и высотой трубы 9,3 м;

- вакуум – насос ВВН-3 с объемной производительностью 3 м3/мин;

- теплообменник типа «труба в трубе» с поверхностью теплообмена 14 м2 и длиной труб 6 м.

 

Установка предназначена для упаривания молока с начальной концентрацией 9,5% до концентрации 40%; производительность по исходному раствору 1,4 кг/с.  
9. 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.