Расчет трехкорпусного выпарного аппарата

Федеральное агентство по образованию

 

 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

 

 

                                       КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ

 ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

                                               по процессам и аппаратам на тему:

 

РАСЧЕТ  3-Х КОРПУСНОЙ ВАКУУМ - ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ

НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

 

                                                                        

                                                                      

 

                                                                       

                                                                     Проектировал:  студент ФЗО и Э  Чеботаев  П.В.

шифр  К394142

 спец . 260301(270900)                                                     

                                                                     

                                                                       

                                                                       Руководитель проекта:____________________

                                                            

 

                                                       

                                                       

 

 

 

 

 

 

                                                     Санкт-Петербург 2011 г.

Федеральное агентство по образованию

 

 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

 

 

КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ

 ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

                              к курсовому проекту по процессам  и аппаратам на тему:

 

///////////////___________________________________________________________________////_________________________________________________________________________________

                       _{(название курсового проекта, система, производительность установки)}

 

                      

 

 

 

                         ПРОЕКТИРОВАЛ СТУДЕНТ____________________________________   

     

                                                                                                                     ( номер группы)

_______________________________________________________________________________

(подпись, ф. и. о.)

 

 

 

 

 

РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА

 

_____________________________________________________________________________________

                                                                                          (подпись, ф. и. о.)

 

 

 

                 ПРОЕКТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ_____________________

 

                 (подпись, ф. и, о.)    ____________________________

 

                (дата, год)_____________________________________

                                

                           Задание на проектирование

 

Спроектировать трехкорпусную  выпарную установку для концентрирования водного раствора молока (продукта) от начальной концентрации хн= 11„ до конечной х_к=55 при следующих условиях:

1. обогрев производится насыщенным водяным паром давлением Р_{г.п.=1,1 кг /см}²;
2. давление в барометрическом конденсаторе Р_{б. к =13,61 кПа};
3. взаимное направление пара и раствора — прямоток;
4. отбор экстрапара не производится.

 

 

 

 

Основные условные обозначения:

 

с - теплоемкость, Дж/(кг-К);

d- диаметр, м;

D - расход греющего пара, кг/с;

F - поверхность теплопередачи, м ;

G - расход, кг/с;

g – ускорение свободного падения, м/с ;

Н - высота, м;

i, I-энтальпия жидкости и пара, кДж/кг;

К- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²-К);

Р - давление, МПа;

Q - Тепловая нагрузка, кВт;

q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

r - теплота парообразования, кДж/кг;

t,T- температура, град;

w,W- производительность по испаряемой воде, кг/с;

х - концентрация, % (масс);

α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²*К);

λ - теплопроводность, Вт/(м*К);

μ- вязкость, Пас;

ρ- плотность, кг/м³;

о - поверхностное натяжение, Н/м;

Re - критерий Рейнольдса;

Nu - критерий Нуссельта;

Рr- критерий Прандтля.

 

Индексы:

1, 2, 3 - первый, второй, третий корпус выпарной установки;

в - вода;

вп - вторичный пар;

г - греющий пар;

ж - жидкая фаза;

к - конечный параметр;

н - начальный параметр;

ср - среднее значение;

ст - стенка.

 

                                         ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

Принцип работы трехкорпусной выпарной установки

Определение поверхности  теплопередачи выпарных аппаратов

          Концентрации упариваемого раствора

           Температуры кипения растворов

   Результаты расчета.

         Расчет коэффициентов теплопередачи

         Распределение полезной разности температур

         2.3. Расчет барометрического конденсатора

Расход охлаждающей  воды

           Диаметр конденсатора

2.4. Расчет производительности вакуум-насоса

Объемная производительность вакуум-насоса равна

2.5. Расчет предварительного теплообменника

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Введение

В пищевой промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.)- Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.

Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней в многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ. Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки показана на рис. 1.    

 

      Глава 1. 1.1 Устройство и принцип работы трехкорпусной выпарной установки

Исходный разбавленный раствор  из промежуточной емкости -1 центробежным насосом -2 подается в теплообменник - 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем - в первый корпус - 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате -4.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся

 

при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус - 5. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус - 6 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 7 (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом -8.

Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором  – 9. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центробежным насосом - 10. подается в промежуточную емкость упаренного раствора -11.

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков - 12.

 

1.2. Обоснование  выбора конструкционных материалов для узлов и деталей и основного и вспомогательного оборудования 3-х корпусной выпарной установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Технологический  расчет аппаратов 3-х корпусной выпарной установки.

2.1.Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

 

Поверхность теплопередачи каждого корпуса  выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:

(1)

 

Для определения тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур Δt_п необходимо знать, распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом: последовательных приближений.

2.1. 1.Производительность установки по выпариваемой воде.

Производительность установки  по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:

(2)

 

          Подставив значения исходных данных, получаем:    W = 2,4 (1-11/55)=1,92 кг/с

2.1.2. Концентрации упариваемого раствора по корпусам.

 

      Распределение концентраций раствора по корпусам установку зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распре-, делается между корпусами в соответствии с соотношением

 

 

Тогда              подставив данные,

 

 

получаем:       w₁ =1,0х1,92/(1,0+1,1+1,2)= 1,0х1,92/3,3 = 0,58 кг/с

 

       w₂    =  1,1х1,92/3,3 = 0,64 кг/с

 

       w₃   = 1,2х1,92/3,3 =  0,70 кг/с

    2.1.3. Концентрации растворов в корпусах. 

Далее рассчитываем концентрации растворов в корпусах  :

 

Для данного  случая, подставив значения, получаем:

  x₁ =2,4х0,11/(2,4-0,58)= =0,352 или 35,2%

  x₂=2,4х0,11/(2,4-0,58-0,64)= =0,224  или 22,4%

 x₃=2,4х0,11/(2,4-0,58-0,64-0,70 )= 0,55 или 55%

 

Концентрация раствора в последнем  корпусе x₃ соответствует заданной концентрации упаренного раствора x_к.

 

 2.1.4. Температуры кипения растворов

Общий перепад давлений в установке равен:

                                  ΔР _общ = Р_Г1-Р_бк= 0,110 - 0,01361=0,09639 МПа.

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах можно определить следующим образом:

                   Р_Г1- из задания:      Р _Г1=0,110 МПа

Р_Г2=Р_ВП1=Р_Г1-ΔР_общ / 3 = 0,110-0,09639 / 3=0,07879 МПа;

   Р_Г3=Р _ВП2=-Р_Г2 - ΔР_общ / 3=0,7879-0,09639 /3= 0,04561 МПа ;

Давление  пара в барометрическом конденсаторе:

                    Р_бк = Р_Г3 - ΔР_общ / 3=0,04561- 0,09639 /3=0,01361 МПа,

что соответствует заданному значению Р_бк .

 

По давлениям паров находим  их температуры и энтальпии  (из таблицы приложения 1):

 

                            Р, МПа;                               t, °С;                            I, кДж/кг

                                           

                            Р_Г1 = 0,110                            t _Г1 =102,5                I₁=2680,3

                            Р_Г2= 0,07879                       t _Г2   =93,25                 I₂=  2663,6

                           Р_Г3=0,04561                      t _Г3  = 79,3                 I₃ = 2640,9

                        Р_бк =0,01361                      t _бк =  52,0               I _бк=2594,5

                                                   

При определении температуры кипения  растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания.

Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.