Расчет выпарного аппарата

       м. (2.26) 

      Расчет  основных геометрических размеров фланцевых соединений производится по формулам:

      Толщина втулки фланца:

       м, (2.27)

где: s - толщина трубопровода.

      Высота втулки фланца:

       м, (2.28)

где: D_y - наружный диаметр трубопровода;

      с = 2 .. 6 мм. - прибавка к расчётным толщинам.

      Диаметр болтовой окружности фланца:

       м, (2.29)

где: d_б - диаметр болта;

      u = 4 .. 12 мм - нормативный зазор между втулкой и гайкой.

 Наружный диаметр фланца:

       м, (2.30)

где: a - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца. 

2.4. Расчет толщины  изоляции.

      Толщина тепловой изоляции d_и определяется из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду ([5]:4.2):

       , (2.31)

где: a_В  - коэффициент теплоотдачи от  внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м²К);

t_ст1 = 102.3 ^оС - температура изоляции со стороны аппарата, принимается равной температуре греющего пара ([5]:стр. 177);

t_ст2 = 40 ^оС - температура изоляции со стороны окружающей среды, принимается в диапазоне 35 .. 45 ^оС для аппаратов, работающих в помещении ([5]:стр. 177);

t_В = 25 ^оС - температура окружающей среды;

l_и = 0.09 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности материала изоляции (принимается совелит - 85% магнезии + 15% асбеста).

      Коэффициент теплоотдачи от  внешней поверхности  изоляционного материала в окружающую среду определяется по эмпирической формуле:

       Вт/(м²К). (2.32)

      Толщина изоляции определяется по формуле:

       м. (2.33) 
 
 

2.5. Гидравлический расчет.

      Для данного проекта гидравлический расчет сводится к определению максимального гидравлического сопротивления в контуре циркуляции выпариваемого раствора.

      Гидравлическое  сопротивление трубного пространства определяется по формуле:

       Па, (2.34)

где: u - скорость жидкости в трубном пространстве, м/с;

      r - плотность жидкости, кг/м³;

      d_В - внутренний диаметр трубного пространства, м.

l - коэффициент трения, определяется в зависимости от значения критерия Рейнольдса (при Re = 3000 ... 10000 l = 0.3164/Re^0.25, при Re < 2320 l = 64/Re);

      Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

      Значение  критерия Рейнольдса определяется по формуле:

       , (2.35)

где: n - кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

      Так как данный выпарной аппарат периодического действия, то такие параметры как скорость жидкости, ее кинематическая вязкость и плотность будут изменяться по мере увеличения концентрации сахарного раствора.

      Дальнейший  расчет производится для раствора с  максимальной концентрацией (50%), т.е. на конечной стадии процесса выпаривания.

      При этом плотность раствора будет составлять r = 1205 кг/м³, кинематическая вязкость - n = м²/с ([3]: Таблица 4).

      Скорость  движения раствора по мере прохождения  различных участков аппарата будет  изменяться в зависимости от площади поперечного сечения потока (диаметра труб), поэтому общее гидравлическое сопротивление будет определяться как сумма сопротивлений на участках с различной скоростью движения раствора.

      Цикл  циркуляции раствора можно разбить  на участки по скорости движения раствора:

1. циркуляционная труба с поворотным коленом;
2. нижняя часть греющей камеры;
3. трубные решетки с греющими трубами;
4. верхняя часть греющей камеры;
5. верхнее поворотное колено;
6. сепаратор.

      Так как аналитическое определение  скорости движения раствора представляет собой довольно сложную задачу, для данного расчета принимается скорость движения раствора в циркуляционной трубе u₁ = 0.5 м/с, при этом объемный расход составит:

       л/с (2.36)

      Исходя  из постоянства расхода определяются скорости движения на остальных участках аппарата, кроме 3, 4 и 5, т.к. на этих участках образуется парожидкостная смесь (пена) и скорость ее движения резко увеличивается, однако для упрощения гидравлического расчета условно принимается, что увеличение скорости будет компенсировано уменьшением плотности и кинематической вязкости раствора. Поэтому расчет на этих участках производится  также, как и на других, т.е. для жидкости.

       м/с (2.37)

2.5.1. Расчет  гидравлического сопротивления  на участке 1 (циркуляционная труба с поворотным коленом):

      Скорость  раствора u = 0.3 м/с, внутренний диаметр d = 392 мм, средний радиус поворота колена R = 500 мм, длинна участка L = 6.13 м.

      Местные потери складываются из потерь на повороте 90^о и потерь на расширении потока:

Па.

2.5.2. Расчет  гидравлического сопротивления  на участке 2 (нижняя часть греющей  камеры):

      Скорость  раствора u = 0.03 м/с, внутренний диаметр d = 1110 мм, длинна участка L = 0.78 м, Re = 28194, l = 0.024

      Местные потери складываются из потерь на вход в трубную решетку Sx = 1.0.

Па.

2.5.3. Расчет  гидравлического сопротивления  на участке 3 (трубные решетки  с греющими трубами):

      Площадь сечения трубного пространства F = 0.273 м², условный диаметр трубного пространства d_тр = 590 мм, скорость раствора u = 0.13 м/с, внутренний диаметр одной трубы d = 40 мм, длинна участка L = 5 м, Re = 3601, l = 0.04

      Местные потери складываются из потерь на выход из трубной решетки Sx = 1.0.

Па.

2.5.4. Расчет  гидравлического сопротивления  на участке 4 (верхняя часть  греющей камеры):

      Скорость  раствора u = 0.03 м/с, внутренний диаметр d = 1110 мм, длинна участка L = 0.52 м, Re = 28194, l = 0.024.

      Местные потери складываются из потерь на постепенное  сужение канала Sx = 0.5.

Па.

2.5.5. Расчет  гидравлического сопротивления  на участке 5 (верхнее поворотное  колено):

      Скорость  раствора u = 0.3 м/с, внутренний диаметр d = 392 мм, средний радиус поворота колена R = 500 мм, длинна участка L = 1.48 м, Re = 79800, l = 0.019.

      Местные потери складываются из потерь на повороте 90^о и потерь на расширении потока Sx = 0.7.

      

Па.

2.5.6. Расчет  гидравлического сопротивления на участке 5 (верхнее поворотное колено):

      Скорость  раствора u = 0.013 м/с, внутренний диаметр d = 1830 мм,  длинна участка L = 1.7 м, Re =17102, l = 0.027.

      Местные потери складываются из потерь на постепенное  сужение потока Sx = 0.5.

      

Па.

      Суммарное гидравлическое сопротивление определяется как сумма всех сопротивлений  на участках аппарата Dp = 111.3 Па. 
 
 

 

Литература. 

1. Черевко О.І., Поперечний А.М. – Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник / Харк. держ. акад. технол та орг. харчування. – Харків, 2002. – 420 с. 

2. Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. – Процессы и аппараты пищевых производств. – М: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 

3. Поперечный А.Н. Методические указания к курсовому проектированию по процессам и аппаратам пищевых производств. - Донецк: ДонГУЭТ. - 2001, 41 с. 

4. Иоффе И.Л. - Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. - Л.: Химия, 1991. - 352 с.

5. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. - Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. - М.: Химия, 1991. - 496 с.