Трёхкорпусная вакуум-выпарная установка для концентрирования дрожжевой суспензии,количество поступающей суспензии 35 т/ч

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

 

 

 

 

 

Кафедра ''Бионанотехнология и биоорганический синтез”

 

 

 

 

 

Трёхкорпусная вакуум-выпарная установка для концентрирования дрожжевой суспензии,количество поступающей суспензии 35 т/ч.

 

 Пояснительная записка к курсовому проекту

49 КП.240902.65.12-ТПМ-12.014

 

Студент:

Группа 12-ТПМ-12

Нораев М.Г.

Преподователь:

Шипарёва Д.Г.

 

 

 

 

 

 

 

Задание для курсового проектирования.

 

Спроектировать трехкорпусную вакуум-выпарную установку для концентрирования дрожжевой суспензии от начальной массовой концентрации Хн = 15% до конечной Хк = 30% при следующих условиях:

Количество поступающей суспензии Gн = 35 т/ч.

Абсолютное давление греющего насыщенного водяного пара ргп = 3*105 Па

Абсолютное давление в барометрическом конденсаторе рбк = 0,2*105 Па

Взаимное направление пара и суспензии - прямой ток

Выпарной аппарат – с выносной греющей камерой

Раствор, поступающий на установку, имеет температуру t = 40 0С

Перед подачей в корпус подогревается в теплообменнике до температуры 90 0С

Начальная температура охлаждающей воды 17 0С

Температура конденсата вторичного пара, выходящего из барометрического конденсатора, ниже температуры конденсации на 4 0С

При разработке схемы выпарной установки подобрать насосы, емкости, вакуум-насос, барометрический конденсатор и др. вспомогательное оборудование.

Графическая часть

1 лист: аппаратурно-технологическая  схема трехкорпусной выпарной  установки с необходимым дополнительным  оборудованием.

2 лист: выпарной аппарат  в разрезе.

Содержание.

Введение.

 

1. Технологическая часть.

 

1.1. Теоретические основы  процесса.

 

1.2. Сравнительная характеристика  и выбор технологической схемы

установки и основного оборудования.

 

1.3. Описание технологической схемы.

 

1.4. Устройство, принцип работы  основного аппарата.

 

2. Расчетная часть.

 

2.1. Технологический расчет  и выбор основного аппарата.

 

2.2. Расчет и выбор вспомогательного оборудования.

 

2.3. Выводы.

 

2.4 Список использованной  литературы.

 

 

 

 

 

1 Технологическая  часть.

1.1Теоретические основы процесса

Выпаривание – процесс концентрирования растворов твердых, нелетучих или малолетучих веществ путем удаления летучего растворителя. Выпаривание обычно происходит при кипении, т.е. в условиях, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.

В микробиологической промышленности процесс выпаривания получил широкое распространение. Это связано с тем, что концентрация целевых продуктов биосинтеза в пересчете на содержание сухих веществ в культуральной жидкости составляет от 2 до 7 %. Сушка таких растворов экономически не выгодна, поэтому необходимо концентрировать растворы биологически активных веществ и других суспензий. При сгущении продуктов микробиологического синтеза также необходимо учитывать их высокую термолабильность. Поэтому при концентрировании необходимо использовать такое оборудование, которое обеспечило бы проведение процесса при наиболее низкой температуре и наименьшем времени пребывания продукта в аппарате.

Аппараты, в которых процесс сгущения растворов заключается в удалении растворителя путем его испарения, называется выпарным. Они классифицируются по расположению поверхности нагрева, по виду теплоносителя, по виду греющих элементов и другим признакам.

Наиболее широкое распространение в микробиологической промышленности получил процесс выпаривания в вакуумных установках, как наиболее экономичный способ предварительного концентрирования продуктов микробного синтеза. Для концентрирования суспензий и растворов при производстве белково-витаминных концентратов, гидролизных дрожжей, бактериальных препаратов и т.п., применяют трубчатые выпарные аппараты с естественной и принудительной циркуляцией.

Аппараты с естественной циркуляцией применяют для концентрирования непенящихся сред с невысокой вязкостью. Их существенным недостатком являются большое время пребывания упариваемого раствора в аппарате, образование накипи на поверхности нагрева, а так же невысокими коэффициентами тепло – и массообмена из-за небольшой скорости циркуляции раствора.

В аппаратах с принудительной циркуляцией скорость движения раствора достигает 2-4 м/с, раствор меньше пригорает, процессы тепло – и массообмена более интенсивные, что позволяет уменьшить габариты аппаратов.

1.2 Сравнительная характеристика и выбор технологической схемы

установки и основного оборудования.

Влажность готовых микробных белковых кормовых препаратов не должна превыщать 10%.В целях снижения расхода пара на сушку сгущённую дрожжеву суспензию выпаривают до содержания сухих веществ 24-26% на вакуум-выпарных установках при режимах,обеспечивающих высокое качество кормовых препаратов. Температура выпаривания не должна превышать 80-85°C с целью сохранения витаминов во избежание пригорания к поверхности кипятильных труб.Одновременнно необходимо обеспечить непрерывную циркуляцию дрожжевой суспензии по всем трубам и аппаратам установки.Для предотвращения пенообразования при выпариваниии биомассу подвергают плазмолизу.В установке должна быть предусмотрена возможность многократного использования теплоты,а также химической и механической очистки всех теплопередающих поверхностей. Чаще всего в промышленнности используют одно- и многокорпусные трубчатые вакуум-выпарные установки.Однокорпусные выпарные установки расходуют 1 килограмм выпаренной воды. Теплота используется однократно или многократно при применении тепловых насосов,в которых вторичный пар сжимается в инжекторе или компрессоре до температруры греющего пара¢мешивается с частью свежего греющего пара и поступает для нагрева среды. В многокорпусных вакуум-выпарных установках происходит многократное выпаривание среды,поступающей последовательно из одного аппарата в другой. Для нагрева среды в первом корпусе используется свежий пар,в следующем-вторичный пар из первого корпуса и т.д. Для создания разности температур между греющим вторичным паром и нагреваемой средой в каждом следующем корпусе создаётся пониженное давление,соответствующее температуре кипеня среды.

Выпаривание дрожжевых суспензий производят в основном в двух- или трёхкорпусных вакуум-выпарных аппаратах с использованием в качестве теплоносителя водяного пара низкого давления. Расход пара на выпаривание 1 килограмма воды в двухкорпусной установке 0.6-0.7 кг.,в трёхкорпусной 0.4-0.5 кг..

Перед подачей среды в выпарной аппарат её нагревают в подогревателе до температуры,близкой к температуре кипения в выпарном аппарате,и подвергают плазмолизу в течение 1 часа при температуре 70-80°С.При этом уменьшается пенообразование,удаляются из среды воздух и углекислый газ.

Трубчатые выпарные аппараты бывают с естественной и принудительной циркуляцией концентрируемой среды. Первые состоят из соосной или выносной греющей камеры,сепаратора,брызгоулавителя и циркуляционной трубы.Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией изготавливают из соосной и выносной греющими камерамии оснащают иркуляционными осевыми насосами. В этих аппаратах коэффицент теплопередачи выше примерно на 30%,а отложение остатков на поверхности трубок меньше за счёт больших скоростей движения жидкостей.

 

 

1.3Описание технологической схемы.

Для упаривания дрожжевой суспензии, культуральных жидкостей и других, наибольшее применение имеют трехкорпусные вакуум – выпарные аппараты, состоящие из трех последовательно соединенных одинаковых аппаратов, со стекающей пленкой. В качестве теплоносителя используется водяной пар низкого  давления.

Первый корпус (6) установки обогревается паром, поступающим из паровых котлов, а обогрев каждого последующего корпуса осуществляется вторичным паром из предыдущего корпуса. В многокорпусных установках головной корпус работает под избыточным давлением, а хвостовой – под разряжением, благодаря чему снижается удельный расход греющего пара (на 1 кг воды 0,4 – 0,5 кг пара). Но с увеличением числа корпусов возрастают температурные потери, уменьшается полезная разность температур между корпусами. Поэтому оптимальное количество корпусов определяют на основании технологических, экономических требований и свойств обрабатываемого продукта.

Исходный раствор центробежным насосом (9) нагнетается в теплообменник (11), где подогревается до температуры близкой к температуре кипения. Для подогрева раствора в первый корпус подается свежий водяной пар. Образующийся в первом корпусе (6) вторичный пар подается во второй корпус (7), куда также поступает сконденсированный раствор из первого корпуса.

Из второго корпуса (7) вторичный пар поступает в третий корпус (8) вместе с раствором. Самопроизвольный перетек раствора и вторичного пара происходит благодаря общему общему перепаду давления, возникающему в результате создания создания вакуума в последнем корпусе с помощью поверхностного конденсатора смешения (3). В конденсатор подается охлаждающая вода и осуществляется отсос неконденсирующих газов вакуум – насосом (10). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора с помощью барометричекой трубы.

Концентрированный раствор из третьего корпуса подается в промежуточный сборник упаренного раствора (5), и далее центробежным насосом на сушку.

Формат	Зона	Поз.	Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
			F	Конденсатор барометрический	1	D=800 мм H=7,8 м
			E-1	Сборник дрожжевой суспензии	1	V=25 м3
			E-2	Сборник упаренного раствора	1	V=10 м3
			G	Вакуум-выпарной аппарат 1 корпус	1	S=272 м2
			H	Вакуум-выпарной аппарат 2 корпус	1	S=272 м2
			J	Вакуум-выпарной аппарат 3 корпус	1	S=272 м2
			P	Насос центробежный	1	V=20 м3/ч H=18 м
			D	Насос вакуумный	1	V=1,63 3/мин N=7,5 кВт

 

 

			Т-7	Пар
			В-4	Вода оборотная(подача)
			В-5	Вода оборотная(возврат)
			Т-8	Конденсат
			К-9	Вода щелочная
			Р-1	Раствор исходный
			Р-2	Растовор упаренный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Устройство, принцип работы основного аппарата

В качестве выпарного аппарата для упаривания дрожжевой суспензии используем аппарат с выносной нагревательной камерой. При размещении нагревательной камеры вне корпуса аппарата имеется возможность повысить интенсивность выпаривания не только за счет увеличения разностей плотностей жидкости и паро-жидкостной смеси в циркуляционном контуре, но и за счет увеличения длины кипятильных труб.

Аппарат с выносной нагревательной камерой имеет кипятильные трубы, длина которых часто достигает 7 м. Он работает при более интенсивной естественной циркуляции, обусловленной тем, что циркуляционная труба не обогревается, а подъемный и опускной участки циркуляционного контура имеют значительную высоту.

Исходный раствор поступает под нижнюю трубную решетку нагревательной камеры и, поднимаясь по кипятильным трубам, выпаривается. Вторичный пар отделяется от жидкости в сепараторе и идет на обогрев следующего корпуса. Упаренный раствор отбирается через боковой штуцер, находящийся в сепараторе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчётная часть

2.1Технологический расчет и выбор основного оборудования

I. Расчет трехкорпусной вакуум – выпарной установки с выносной греющей камерой (тип 1, исполнение 2)

1. Количество воды, выпариваемой в трехкорпусной установке

W= Gнач (1-xнач/xкон)= 35000/3600*(1-15/30)=4,86 кг/с

2. Распределение воды по корпусам:

Соотношение массовых количеств выпариваемой воды по корпусам:

I : II : III – 1,0 : 1,1 : 1,2

Количество выпариваемой воды:

В I корпусе:

W=4,86*1/(1,0+1,1+1,2)=1,473 кг/с

В II корпусе:

W=4,86*1,1/(1,0+1,1+1,2)=1,62 кг/с

В III корпусе:

W=4,86*1,2/(1,0+1,1+1,2)=1,767 кг/с

Итого: У-3,33 кг/с

3. Расчет концентраций раствора по корпусам:

Начальная концентрация раствора xнач = 15%. Из корпуса во второй переходит раствора:

G1 = Gнач – W1=35000/3600 – 1,473=8,249 кг/с

Концентрация раствора, конечная для I и начальная для второго, будет равна:

X1=Gнач*xнач/(Gнач-W1)=9,722*15/(9,722-1,473)=17,679 %

Из II корпуса в III переходит раствора:

G2 = Gнач – W1-W2=9,722-1,473-1,62=6,629 кг/с

X2=9,722*15/6,629=21,999 %