Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 176
Скачиваний: 1
(219)
При выпаривании непенящихся жидкостей высоту сепарационного пространства обычно принимают около 1,5 м и увеличи вают ее до 3—4 м для пенящихся жидкостей.
Таким образом, правильный выбор размеров сепарадионного пространства должен обеспечить предотвращение уноса частиц жидкости из аппарата. В случае обильного пенообразования в сепарационное пространство аппарата вводят пеногасящие ве щества.
В качестве дополнительного устройства для получения прак тически сухого пара применяют брызгоотделители, установка которых особенно целесообразна при форсированной работе ап парата. Брызгоотделители, смонтированные в корпусе выпарно го аппарата или вынесенные за пределы его, бывают трех ти пов — инерционные, центробежные и поверхностные.
7. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ
При конструктивном расчете выпарного аппарата с цирку ляционной трубой определяют число кипятильных трубок, раз мер циркуляционной трубы, диаметр корпуса, размер сепарационного пространства и диаметры патрубков.
Число кипятильных труб п определяют на основании тепло вого расчета и в соответствии с уравнением (155).
Рекомендуется применять тонкостенные латунные трубки размером 33X1 >5 мм или из нержавеющей стали марки Х18Н10Т и лишь в исключительных случаях применять трубки из углеродистой стали Ст. 20 улучшенного качества (с понижен ным содержанием фосфора и серы). Длину труб принимают рав ной 2—4 м.
Площадь сечения ццркуляционной трубы должна составлять не менее 25—30% от общей площади сечения всех кипятильных труб.
Отверстия для труб на трубной решетке размещают обычно по вершинам правильных треугольников с шагом ( = (1,3-1-1,5) (1Я (в м) при уплотнении труб развальцовкой.
При известном числе |
кипятильных труб п, шаге t размеще |
ния их, диаметре йц (в м) |
циркуляционной трубы и коэффициен |
те использования тру£шой решетки ф= 0,8-^0,9 внутренний диа метр корпуса D (в м) выпарного аппарата рассчитывают по формуле
(220)
Объем и высоту сепарационного пространства аппарата рас считывают по формулам (218) и (219).
175
»
Диаметр патрубков аппарата определяют из уравнения рас хода пара
|
|
|
п4 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V = ----- • w = 0,785d„ w, |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
4 |
|
“ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
откуда |
внутренний |
диа |
|||
|
|
|
|
|
метр патрубка |
|
|
|||
|
|
|
|
|
dB= |
0,019 |
\ // |
_V . |
(221) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
т |
|
|
|
|
|
|
Расчет |
выпарных ап |
||||
|
|
|
|
|
паратов пленочного |
типа |
||||
|
|
|
|
|
и с выносным циркуля |
|||||
|
|
|
|
|
ционным контуром произ |
|||||
|
|
|
в„=т |
водят так же, |
как и одно |
|||||
|
|
|
ходового кожухотрубного |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
Рис. 94. К примерному расчету выпар |
теплообменника. |
Рассчитать |
||||||||
|
ной установки. |
|
П р и м ер . |
|
||||||
|
|
|
|
|
двухкорпусную |
выпарную ус |
||||
для |
концентрирования |
томатной |
тановку непрерывного действия |
|||||||
массы |
в |
количестве |
|
|||||||
G = l,5 |
кг/с |
от |
концентрации |
£ н = 5% |
до |
5 Н= 20% |
|
|||
масс. |
Схема |
выпарки |
прямоточная (рис. 94). |
Масса |
по |
|
||||
ступает на выпаривание подогретой до температуры кипения. |
|
|||||||||
Давление пара, |
греющего I корпус, р = 1,3 -105 |
Па, |
остаточное |
|
||||||
давление вторичного пара, поступающего в барометрический |
|
|||||||||
конденсатор, рк = 0,12-105 Па. |
(в кг/с), выпаренное в |
|
||||||||
Р е ш е н и е . |
1. |
Количество воды |
|
|||||||
двух корпусах установки, |
определим по уравнению (190) |
|
|
|||||||
|
|
W = 1 ,5 |
(1 — — ) = |
1,125. |
|
|
|
|
|
|
\20 /
2.Для распределения нагрузки по корпусам примем на ос новании практических данных следующее соотношение массо вых количеств воды, выпариваемой по корпусам:
1:11 = 1,0:1,1.
Следовательно, количество воды, выпариваемой по корпусам, составит:
в / корпусе Wi = |
1.125- 1,0 |
0,536; |
^ ^ ^ = |
||
во II корпусе 1К2 = |
1.125-1,1 |
Л |
-у—j-y -— = |
0,589 |
|
Из I корпуса во II |
И т о г о W = 1,125 |
|
переходит томатной массы (в кг/с) |
||
Gi = G — W1= 1,15 — 0,536 = 0,964,
Из II корпуса получим концентрированной массы
G2 = G — W = 1,5 — 1,125 = 0,375,
3. Определим конечную концентрацию (в % масс.) упарен ной массы в каждом корпусе по уравнению (191):
в / корпусе
Ви |
1,5-5 |
|
|
= 7,8; |
|||
|
1,5 — 0,536 |
|
|
во // корпусе |
|
|
|
. Вк» = |
1,5-5 |
= 20, |
|
------------------------1,5 — 0,536 — 0,589 |
|||
К2 |
|
||
Таким образом, полученная концентрация равна заданной. |
|||
4. Распределение перепада давлений |
по корпусам. |
||
Разность между давлениями пара, греющего I корпус, и вто |
|||
ричного пара в барометрическом конденсаторе |
|||
Др = р — рк = |
1,3-10» — 0,12-10» = |
1,18-10» Па. |
|
Распределим перепад давлений между корпусами поровну, т. е. на каждый корпус примем
|
1,18-10» |
0,59-10» Па, |
|
||
|
А р = —----------= |
|
|||
|
|
2 |
|
|
|
Тогда давления по корпусам будут: |
|
|
|||
во II корпусе |
|
|
|
|
|
|
р2 = |
0,12-10» |
Па (задано); |
|
|
в I корпусе |
|
|
|
|
|
р, = |
р2 + Др = |
0,12-10» + 0 ,5 9 -105 = |
0,71-10» |
Па; |
|
давление |
греющего |
пара p = P i+ A p = |
0,71 • 10»+0,59-10» = |
||
= 1,3-10» Па. |
|
найдем температуру |
tH насы |
||
По таблицам водяного пара |
|||||
щенных паров воды и теплоту парообразования г для приня тых давлений в корпусах:
корпус |
I |
р- 10» Па |
t, °С |
г, Дж/кг |
0,71 |
60,3 |
2282-1О3 |
||
» |
II |
0,12 |
49,4 |
2384-10» |
греющий пар |
1.3 |
107,1 |
2238-10» |
|
|
5. Расчет температурных потерь по корпусам: |
в |
а) температурные потери от физико-химической депрессии |
зависимостиот концентрации томатной массы и давления |
|
в |
корпусе найдем по формуле (208), рекомендованной |
О. К. Медведевым: |
|
для I |
корпуса |
Дф.х =0,025 В1-1 р°-5*17 = 0,025-7,81-1-71°',7= |
|||
=0,49 град; |
Дф.х =0,025 |
В 1.1р°.17=0,025-201-1• 12°-17= |
|||
для |
II корпуса |
||||
= |
1,03 град. |
по двум |
корпусам Дф_х =0,49+1,03 = |
||
|
Следовательно, |
||||
= |
1,52 град; |
|
|
|
|
|
б) |
температурные потери |
от |
гидростатической депрессии |
|
примем равными 1,5 град на каждый корпус. Тогда для двух корпусов Дгс = 1,5-2 = 3 град;
в) температурные потери от гидравлической депрессии при мем равными 1 град на 'каждый корпус. Тогда для двух кор пусов Дг= 1-2 = 2 град.
Сумма всех температурных потерь на установке Д = Дф.х + Дгс + Дг = 1,52 + 3,0 + 2,0 = 6,52 град.
12 В. Н. Стабников, В. И. Баранцев |
177 |
6. Определение полезной разности температур на установке. Полная разность температур
Д /полн = 'п , - ^вТ2 = 107,1 — 49,4 = 57,7 град.
Полезная разность температур на установке
Д # = Д #ПОлн — Д = 57,7 — 6,52 = 51,2 град.
7. Определение температур кипения массы в корпусах по уравнению (210)
|
|
|
*кип:= < в т + Аф - х + |
ДГС |
||
Тогда |
во II |
корпусе |
|
|
|
|
|
|
;2 = |
4 9 ,4 + |
1 ,0 3 + |
1,5 = |
51,9 °С; |
|
в I |
корпусе |
|
|
|
|
|
|
t i = |
90,3 + |
0 ,4 9 + |
1,5 = |
92,3°С. |
8. |
Расчет |
коэффициентов |
теплопередачи по корпусам. |
|||
Учитывая, что для принятых медных труб размером 33X1.5 мм величина 6/Я очень мала, коэффициент теплопередачи опреде ляют по формуле (190); рассчитаем коэффициент k для I кор
пуса. Коэффициент |
теплоотдачи |
от |
конденсирующегося |
пара |
|||||||||
к стенке труб рассчитаем по формуле |
(147) при #пл = |
Ю2°С. |
|||||||||||
Тогда аг =1160(1,9+0,04 #пл) = |
1160(1,9+0,04-102) =6960 |
Вт/ |
|||||||||||
/(м 2-К). |
|
|
|
|
а2 [в Вт/(м2-К)] |
примем |
массовое |
на |
|||||
Для определения |
|||||||||||||
пряжение аппарата « = 2 4 кг/(м2-ч). По формуле (145) |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
а 2 = Л2 и 0 ’ 6 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
Согласно рис. |
64 |
при концентрации |
массы |
В = |
7,8%масс. |
||||||||
и температуре кипения ее #i = 92,3° С Л2 = |
470. |
|
|
|
|
||||||||
Тогда а2= 4 7 0 -24°-6= |
2920 Вт/(м2-К). |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
a j a 2 |
6960 -2920 |
= |
2050 В т /( м 2- К ). |
|
|
||||||
|
|
cci + |
сс2 |
6960 + 2920 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Учитывая загрязнение труб, расчетный коэффициент тепло |
|||||||||||||
передачи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ki = |
2050 -0,9 = |
1845 |
В т /( м 2- К ) . |
|
|
|
|
|||
Рассчитаем коэффициент теплопередачи для II корпуса. |
|
||||||||||||
При температуре |
пленки конденсата |
во II корпусе #Пл = 80°С |
|||||||||||
«! = 1160(1,9+0,04 |
#пл) = 1160(1,9+0,04-80) =5916 |
Вт/(м2-К). |
|||||||||||
Для |
определения |
а2 примем |
массовое напряжение для |
II |
|||||||||
корпуса |
и = 1 8 |
кг/(м2-ч). Согласно |
рис. |
64 В —20% масс, и |
|||||||||
#2=51,9° С, Л = |
280, а значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
а 2 = |
280 • 180>6 = |
1540 |
Вт/ (м2 • К). |
|
|
|
|
|||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kII |
|
а±а2 |
5916-1540 |
= |
|
1220 Вт/(м2-К), |
|
|
||||
|
a i + |
а 2 = 5916 + |
1540 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
а расчетный коэффициент теплопередачи
kn = 1 2 2 0 - 0 , 9 = 1100 В т /( м 2 -К ).
9.Составим тепловые нагрузки по корпусам с учетом теп
ловых потерь. По условию задачи томатная масса подается на выпарку подогретой до температуры кипения. Тогда тепло вая нагрузка на / корпус
Q, = Г , Tj • 1,0 5 = 0 ,5 36 - 2 28 2 -ТО3- 1,0 5 = 1284 .10? Вт.
Во II корпус, работающий под меньшим давлением, томат ная масса поступает перегретой и при самоиспарении из нее выделяется часть воды в виде вторичного пара.
Тогда тепловая нагрузка на II корпус
Q j = |
[W2r2 — G M t i —У ] 1,05 = |
[0,589 • 2384 • 103 — |
||||
— 0,964-3150 (92,3 — 51,9) 1,05 = |
1338-10? Вт, |
|||||
где с = |
3150 Д ж /(к г-К )— теплоемкость |
томатной массы в |
||||
|
заданном интервале температур, рассчитанная по |
|||||
|
следующей |
формуле |
О. |
К- |
Медведева: с = |
|
|
= 4228,7—20,9 В—10,88 t, Дж/(кг-К); |
|||||
1,05— коэффициент, |
учитывающий тепловые потери. |
|||||
10. Расход греющего пара на I корпус |
|
|||||
|
|
Dx = Gi |
1284-10? |
= |
0,56 кг/с. |
|
|
|
2282-10? |
||||
|
|
r\ |
|
|
|
|
Удельный расход пара |
|
|
|
|||
|
d |
Di |
0,56 |
кг на 1кг воды. |
||
|
|
= 0,5 |
||||
W1,125
11.Распределение полезной разности температур по кор пусам. При распределении полезной разности температур по корпусам принимаем, что все корпуса имеют одинаковую по верхность нагрева, обеспечивающую однотипность оборудо
вания.
Полезная разность температур по корпусам составит: для I корпуса
51,2 |
1284-10? |
|
|
1845 |
|
Mi |
|
|
|
18,6 град. |
|
1284-10? |
|
1338-10? |
1845 |
+ |
1100 |
для II корпуса |
|
|
51,2 |
1338-10? |
|
|
1100 |
|
|
|
|
1248-10? |
|
= 32,7 град. |
|
1338-10? |
|
1845 |
|
1100 |
1 |
|
|
Проверяем общую полезную разность температур: |
||
Ъ At — kti + ht2 = 18,6 + 3 2 , 7 = 5 1 , 3 град, |
||
12* |
|
179 |