Проект трехкорпусной выпарной установки для концентрирования Gн=4,2 кг/с цельного молока

Скачать работу - Проект трехкорпусной выпарной установки для концентрирования Gн=4,2 кг/с цельного молока

Исходный разбавленный раствор (молоко) из промежуточной емкости центробежным насосом подается в теплообменник (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем в первый корпус выпарной установки.

Предварительный подогрев повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром.

Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса.

Аналогично третий корпус обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса.

Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором.

Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор подается в промежуточную емкость упаренного раствора.

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.

Задание на проектирование Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрирования G н=4,2 кг/с цельного молока от начальной концентрации X н=11% до конечной X к=53% при следующих условиях: · P г1=107,8кПА 1) P бк=18,2 кПА 2) 3) 1 . Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи: F = Q /(K*Vtn) Для определения тепловых нагрузок Q , коэффициентов теплопередачи K и полезных разностей температур Vtn необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса: W = G н*(1- X н/ X к)=4,2*(1-11/53)=3,33 кг/с 1.1 Концентрации упариваемого раствора Принимаем, на основании практических данных: w 1: w 2=1,0; 1,1. Тогда: w 1=1,0* W /(1,0+1,1)=1,58 кг/с. w 2=1,1* W /(1,0+1,1)=1,74 кг/с.

Концентрации растворов в корпусах: X 1= G н* X н/( G нw 1)=4,2*0,11/(4,2-1,58)=0,176=17,6% X к= X 2= G н* X н/( G нw 1- w 2)=4,2*0,11/(4,2-1,58-1,74)=0,53=53% 1.2 Температуры кипения растворов Общий перепад давлений в установке: VP об= P г1- P бк=107,8-18,2=89,6 кПа.

Давление греющих паров в корпусах: P г1=107,8 кПа. P г2= P г1- Vp об/2=107,8-89,6/2=63кПа. P бк= P г2- Vp об/2=63-89,6/2=18,2кПа. По давления паров находим их температуры и энтальпии:

Р, кПа	t, о С	I, кДж / кг
P г 1=107,8	t г 1=102	I г 1=2679,5
P г 2=63	t г 2=87	I г 2=2654,3
P бк =18,2	t бк=58	I бк=2605,4

Температура кипения молока в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь { V от температурной ( V '), гидростатической ( V '') и гидродинамической ( V ''') депрессий ({ V = V '+ V ''+ V '''). Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус.

Примем V '''=1, тогда температуры вторичных паров: t вп1= t г2+ V '''=87+1=88 о С t вп2= t бк+ V '''=58+1=59 о С Сумма гидродинамических депрессий: { V '''= V ''' + V '''=1+1=2 По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования: P вп1=65кПа; P вп2=19,05кПа; r 1=2287,6 Дж/кг; r 2=2360,1 Дж/кг Поверхность теплоотдачи 1-го корпуса (ориентировочно): F ор1= Q / q = w 1* r 1/ q =1,58*2287,6*10^3/40000=90,36 м^2. q =40000 Вт/м^2. F ор2= Q / q = w 2* r 2/ q =1,74*2360,1*10^3/40000=102,66 м^2 Примем высоту кипятильных труб Н = 4 м.

Определяем плотность молока при температуре 15 о С: a1=X н +X1=(11+17,6)/2=14,3%; a2=X1+X2=(17,6+53)/2=35,3% r1 =10*[1,42*a1+(100-a1)]=10[1,42*14,3+(100-14,3)]=1060,0 кг / м ^3 r2=10* [1,42*a2+(100-a2)]=10[1,42*35,3+(100-35,3)]=1148,3 кг / м ^3 Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов: P 1ср= P вп1+ r1* g * H *(1- e )=65+1060*9,8*4(1-0,5)=85,77 кПа. P 2ср= P вп2+ r2* g * H *(1- e )=19,05+1148,3*9,8*4(1-0,5)=41,55 кПа. По давления паров находим их температуры кипения:

Р., кПа	t , о С	r , Дж/кг
P 1ср=85,77	t 1ср=94	r вп1=2272
P 2ср=41,55	t 2ср=73	r вп2=2325

Определим гидростатическую депрессию по корпусам: V ''1= t 1срt вп1=94-88=6 о С V ''2= t 2срt вп2=73-59=14 о С Сумма гидростатических депрессий: { V '' =20 о С Температурную депрессию определим по формуле: V'=0,38*exp*(0,05+0,045*a); Получаем V'=0,38*exp*(0,05+0,045*14,3)=0,76 V'=0,38*exp*(0,05+0,045*35,3)=1,96 Сумма температурных депрессий: { V '=2,72 Температуры кипения растворов в корпусах: t к1= t г2+ V '1+ V ''1+ V '''=88+0,76+6+1=96 о С t к2= t бк+ V '2+ V ''2+ V '''=59+1,96+14+1=76 о С 1.3 Полезная разность температур Vt п1= t г1-tк1=102-96=6 о С Vt п2= t г2- t к2=88-76=12 о С Общая полезная разность температур {Vt п1 =18 о С Проверяем общую полезную разность температур: { Vt п1= t г1- t бк-({ V '+{ V ''+{ V ''')=102-58-(2,72+20+2)=19,28 о С 1.4 Определение тепловых нагрузок Расход греющего пара в 1-ый корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки: Q 1= m * c *( t к1- t пр)+ w 1* r 1; t к= t г1- (2-3 о С); Q 1= D 1*( I гр1- c к* t к); m*c*(t к 1-t пр )+w1*r1= D*(I гр 1-c к *t к ); 4,2*4000*(96-76)+1,58*2287,6=D*(2679-4180*100); D 1=(4,2*4*(96-76)+1,58*2287,6)/ (2679-4,18*100)=1,75кг/с Q2=D2*(I вп 1-c к *t к ); t к =t вп 1- (2-3 о С ); Q2=w2*r вп 1-m пр *c пр (t к 1-t к 2)/r ( при t к 2); D2= (w2*r вп 2-m пр *c пр (t к 1-t к 2)/r ( при t к 2))/ (I вп 1-c к *t к )= =(1,74*2360,1- 2,45 *4(9 6 -76))/(2 317,8 -4*86)=1,98 кг/с 2. 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. 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 барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса. 2.1 Расход охлаждающей воды Расход определяем из теплового баланса конденсатора: G в= w 2*( I бк-св* t к)/( c в*( t кt н)). Так как разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 градусов, конечную температуру воды t к на выходе примем на 3 градуса ниже температуры конденсации паров: t к= t бк-3 о С=58-3 о С=55 о С тогда G в=1, 98 *(2605,4-4*55)/(4*(55-20))=33,74 кг/с 2.2 Диаметр конденсатора Определяем из уравнения расхода: d бк=(4* w 2/( r* П* U ))^0,5. При остаточном давление в конденсаторе порядка 10 4 Па скорость паров примем Тогда D бк=(4*1,74/(0,098*3,14*20))=1,13м.

Выбираем барометрический конденсатор диаметром 1200 мм. 2.3 Высота барометрической трубы Внутренний диаметр барометрической трубы d бт=300 мм.

Скорость воды в барометрической трубе: U =4*(33,74+ w 2)/ r* П* d бт^2=4*(33,74+1,74)/1000*3,14*0,3^2=0,5 м/с.

Высота барометрической трубы: H бт= B / r в* g +(1+{ J + l * H бт/ d бт)* U в^2/2* g +0,5. где В – вакуум в барометрическом конденсаторе: B = P атмP бк=9,8*10^4-1,8*10^4=8,0*10^4 Па. {J - сумма коэффициентов местных сопротивлений: { J= J вх +J вых=0 , 5+1 , 0 =1,5 Коэффициент трения l зависти от режима течения жидкости.

оценка зданий в Липецке
независимая экспертиза после залива в Брянске
оценка дачи в Смоленске