Аппарат выпарной с восходящей пленкой

ВА(Бацоха).cdw

М 1:2 (схема расположения штуцеров)
Выход вторичного пара
Аппарат предназначен для упаривания мясокостного бульона
начальной концентрации 6 % до конечной 20 %.
Производительность по готовому продукту 570 кгс
Поверхность теплообмена 100 м
Давление греющего пара 0
Среда в аппарате и трубном пространстве коррозионная
При изготовлении аппарата руководствоваться ОСТ-26-01-112-79
Корпус аппарата и соприкасающейся с коррозионной средой
изготавливать из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
детали из стали Ст 3 ГОСТ 380-71
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически в
горизонтальном положении под давлением 0.2 МПа.
Аппарат подлежит приемке согласно правилам Гостехнадзора.
Сварные соединения контролировать ренгеносвечением в объеме
0% по ОСТ26-291-79. Сварные соединения нержавеющей стали
контролировать на стойкость против межкристаллитной корозии
Прокладки по ГОСТ 15180-70 и ОСТ 26-430-72.
Не указанный вылет штуцеров 120 мм.
Действительное расположение штуцеров см. на виде А.
Размеры для справок.
с восходящей пленкой
Техническая характеристика
Технические требования

курсовая ПАПП.docx

Состояние вопроса ..
Технические описания и расчёты ..
1.Описание принципа работы технологической схемы ..
2.Материальный расчёт установки .
3.Тепловой расчёт установки ..
4.Конструктивный расчет аппарата .. . .
5.Расчет комплектующего оборудования ..
6.Гидравлический расчёт продуктовой линии и
подбор нагнетательного оборудования ..
Заключение . . . ..
Список использумых источников .. .. ..
Выпаривание – процесс концентрирования при кипении растворов твердых нелетучих веществ – производят на одно- и многокорпусных выпарных станциях. Однокорпусное выпаривание применяют в малых по масштабу производствах где имеет значение простота устройства. Расход тепла в таких установках велик так как на выпаривание 1 кг воды расходуется около 1 кг пара. По характеру работы однокорпусные выпарные станции бывают периодического и непрерывного действия.
Однокорпусные станции периодического действия чаще всего работают по принципу «с падающим уровнем раствора». Это экономит время выпаривания но выпарной аппарат используется как подогреватель и испаритель что нецелесообразно так как стоимость единицы поверхности испарителя во много раз больше чем подогревателя. В аппарате непрерывного действия (в отличие от периодического) выпаривание раствора протекает при постоянном технологическом режиме что позволяет автоматизировать процесс и улучшить качество продукта.
Концентрация раствора в аппарате при непрерывном выпаривании ближе к конечной поэтому коэффициент теплопередачи ниже среднего коэффициента теплопередачи при периодическом процессе. В этом заключается недостаток непрерывного выпаривания приводящий к тому что время необходимое для удаления одинакового количества воды при равной поверхности нагрева в аппаратах непрерывного действия больше чем в периодических.
Многократное выпаривание – процесс при котором вторичные пары используются в качестве греющего пара и следовательно достигается значительная экономия тепла. Сущность многократного выпаривания состоит в том что процесс проводится в нескольких последовательно соединенных аппаратах в которых давление поддерживается таким при котором вторичный пар предыдущего аппарата может использоваться как греющий пар в последующем аппарате в котором вследствие пониженного давления раствор кипит при более низкой температуре. При совместной работе двух аппаратов свежий пар вводимый в нагревательную камеру первого выпарного аппарата дает возможность выпарить приблизительно двойное количество воды т. е. расход пара на единицу выпариваемой воды понижается в два раза по сравнению с выпариванием в одном аппарате.
Сырьем для производства мясокостных бульонов является сырая пищевая кость всех видов скотосырья получаемая в различных цехах (колбасный консервный и др.) мясокомбината а также ветеринарные конфискаты непищевые отходы т.е. малоценное сырье.
Технология бульонов из костей основана на ведении процесса по принципу противотока (метод обогащения растворов) при батарейной системе работы котлов при которой чистый растворитель — горячая вода — поступает в котел загруженный сырой костью и мясосырьем извлекает из них жир и экстрактивные вещества. Полученный слабый бульон (жир удаляют) поступает в отстойник фильтруется и центробежным насосом перекачивается в рядом стоящий котел с сырой костью и мясосырьем где вновь варится а отсюда бульон уже более концентрированный поступает в следующий котел с сырой костью и мясосырьем и снова варится. Так процесс варки продолжается до тех пор пока бульон не получит определенную (заданную) крепость необходимый удельный вес определенное процентное содержание сухих веществ. Далее бульон пропускают через фильтр-пресс для отделения взвешенных твердых частиц мяса белковых веществ механических примесей и пр. Затем для более сильной концентрации бульон поступает в вакуум-аппарат 2-корпусный или 3-корпусный где окончательно уваривается.
Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией вынесенными греющей камерой и зоной кипения
Аппарат состоит из греющей камеры сепаратора с брызгоотделителем циркуляционного насоса с электроприводом и циркуляционной трубы.
Конструкция греющей камеры аналогична конструкции этого узла аппарата типа III.
В верхней части сепаратора расположен брызгоотделитель.
Кипение раствора в аппарате происходит в трубе вскипания при выходе раствора в сепаратор.
Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания.
Уровень раствора в аппарате должен поддерживаться по нижней образующей штуцера входа парожидкостной смеси в сепаратор. Снижение уровня приводит к увеличению расхода мощности электропривода а повышение вызывает гидравлические удары и брызгоунос вторичным паром.
Циркуляция раствора в аппарате осуществляется осевым насосом по замкнутому контуру: сепаратор — циркуляционная труба — насос — греющая камера — сепаратор. Циркуляционный насос обеспечивает скорость потока в трубах 2—25 мс. Мощность электропривода определяют в каждом конкретном случае в зависимости от вязкости раствора.
Выпариваемый раствор поднимаясь по трубам перегревается и по мере выхода из трубы вскипания в сепаратор закипает. Образовавшаяся парорастворная смесь направляется тангенциально в сепаратор где разделяется на жидкую и паровую фазы. Вторичный пар проходя сепаратор и брызгоотделитель освобождается от капель и выходит из аппарата через штуцер Б.
Греющий пар через штуцер А поступает в межтрубное пространство аппарата где конденсируется. Конденсат удаляется через штуцер Д.
Раствор в аппарат подается через штуцер В1 ил В2. Упаренный раствор выводится через штуцер Г .
Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна для установки манометров и термометров — бобышки.
Аппарат рассчитан на непрерывную работу. Конструкция аппарата предусматривает возможность механической чистки внутренней поверхности греющих трубок.
Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией соосной греющей камерой и солеотделением
Тип III. Исполнение 1
Аппарат состоит из греющей камеры сепаратора с трубой вскипания отбойником и брызгоотделителем циркуляционного насоса с электроприводом циркуляционной трубы и солесборника.
Конструкция греющей камеры аналогична конструкции этого узла аппарата типа II. К верхней трубной решетке греющей камеры присоединена труба вскипания на которой (во внутренней части сепаратора) расположен отбойник.
Кипение раствора в аппарате происходит непосредственно в трубе вскипания установленной над греющей камерой. Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания.
Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по замкнутому контуру: сепаратор — циркуляционная труба — циркуляционный насос — греющая камера — сепаратор. Исходный раствор может подаваться через штуцер В1 или В2.
Выпариваемый раствор перегретый в греющей камере поднимается по трубе вскипания и по достижении давления соответствующего температуре насыщения вскипает. Образующаяся парорастворная смесь вместе с выделившимися кристаллами соли выбрасывается в сепаратор где происходит отделение паровой фазы. Кристаллы соли в виде пульпы попадают в солесборник и выводятся из аппарата через штуцер Г2(Г1).
Вместе с исходным раствором поступающим в аппарат через солесборник в аппарат уносятся мелкие кристаллы которые способствуют снижению инкрустации.
Уровень раствора в аппарате поддерживаете по верхней кромке трубы вскипания. Снижение уровня вызывает увеличение расхода мощности или приводит к кавитации насоса. Насос обеспечивает скорость потока в греющих трубках 2—25 мс.Мощность привода насоса определяется в каждом конкретном случае в зависимости от вязкости раствора.
Греющий пар через штуцер А подается в межтрубное пространство аппарата где конденсируется. Конденсат удаляется через штуцер Д.
Вторичный пар проходя сепаратор и брызгоотделитель освобождается от капель раствора и вы ходит из аппарата через штуцер Б.
Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна для установки термометров и манометров — бобышки.
Аппарат рассчитан на непрерывную и периодическую работу.
Выпарные аппараты с естественной циркуляцией соосной греющей камерой вынесенной зоной кипения и солеотделением
Аппарат состоит из греющей камеры сепаратора с трубой вскипания циркуляционной трубы и солеотделителя.
Греющая камера представляет собой одноходовой кожухотрубчатый теплообменник в верхней и нижней трубных решетках которого развальцованы концы греющих труб.
Сепаратор — цилиндрический сосуд с верхним эллиптическим и нижним коническим днищами. Внутри сепаратора установлен первичный каплеотбойник а в верхней части закреплен брызгоотделитель.
Раствор подлежащий упариванию подается в аппарат через штуцер В1; или В2.
При. работе аппарата уровень раствора должен поддерживаться по верхней кромке трубы вскипания. Снижение уровня приводит к уменьшению производительности а повышение вызывает гидравлические удары и повышенный унос раствора вторичным паром.
Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по замкнутому контуру: сепаратор — циркуляционная труба—солеотделитель — греющая камера — сепаратор. Образовавшаяся при упаривании часть кристаллов осаждается в солеотделителе и выводится с упаренным раствором через нижний штуцер Г1 (Г2). Греющий пар подается в межтрубное пространство греющей камеры через штуцер А. В аппаратах данного исполнения кипение раствора происходит в трубе вскипания ввиду чего отложение кристаллов на внутренней поверхности греющих труб уменьшается а работа аппарата улучшается.
Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна а для установки манометров и термометров — бобышки.
Выпарные пленочные аппараты с восходящей пленкой и соосной греющей камерой
Аппарат состоит из греющей камеры сепаратора с отбойником и брызгоотделителем и нижней камеры.
Конструкция греющей камеры аналогична конструкции этого узла аппарата типа IV.
Раствор подастся через штуцер В установленный на обечайке нижней камеры.
Из нижней камеры раствор поступает в греющие трубы где вскипает под действием тепла греющего пара. Образующийся вторичный пар поднимаясь вверх постепенно занимает все центральное пространство трубки и увлекает раствор в виде тонкого слоя по ее периметру. Раствор захваченный снизу благодаря поверхностному трению проходит с большой скоростью по всей длине трубки выпаривается и выбрасывается в сепаратор. Упаренный раствор отводится из аппарата через штуцер Г. Уровень заполнения труб греющей камеры обычно составляет 25-30%.
Несмотря на большую высоту труб греющей камеры потери полезной разности температур за счет гидростатического столба невелики и их можно не учитывать при расчете аппарата.
Греющий нар через штуцер А поступает в межтрубное пространство аппарата. Конденсат удаляется через штуцер Д.
Вторичный пар из сепаратора аппарата выводится через штуцер Б.
Аппарат рассчитан на непрерывную работу.
Выпарные аппараты с естественной циркуляцией вынесенными греющей камерой и зоной кипения
Тип II. Исполнение 2
Аппарат состоит из греющей камеры сепаратора с брызгоотделителем и циркуляционной трубы.
Конструкция греющей камеры аналогична конструкции этого узла аппарата исполнения 1. К верхней трубной решетке греющей камеры прикреплена переходная камера со штуцером для соединения с сепаратором.
Сепаратор — цилиндрический сосуд с коническим днищем и верхней эллиптической крышкой. Брызгоотделитель расположен в верхней части сепаратора.
Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по замкнутому контуру: сепаратор — циркуляционная труба — греющая камера — сепаратор.
Выпариваемый раствор поднимается по трубкам нагревается и по мере продвижения вверх вскипает. Образующаяся парорастворная смесь направляется тангенциально в сепаратор где разделяется на жидкую и паровую фазы.
Вторичный пар проходя сепаратор и брызгоотделитель освобождается от капель и выходит из аппарата через штуцер Б а раствор возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру.
Греющий пар через штуцер А поступает в межтрубное пространство греющей камеры где конденсируется. Конденсат удаляется через штуцер Д.
Подача раствора в аппарат — через один и штуцеров В1 или В2 (в зависимости от режима роботы аппарата).
Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией соосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения
Тип III. Исполнение 2
Аппарат состоит из греющей камеры сепаратора с трубой вскипания отбойником и брызгоотделителем. циркуляционного насоса с электроприводом и циркуляционной трубы.
Уровень раствора в аппарате поддерживается по верхней кромке трубы вскипания. Снижение уровня вызывает увеличение мощности привода насоса пли кавитацию а повышение — гидравлические удары и повышенный брызгоунос.
Циркуляция раствора в аппарате осуществляется осевым насосом по замкнутому контуру: сепаратор — циркуляционная труба — насос — греющая камера — сепаратор.
Упаренный раствор выводится через штуцер Г1 (Г2). Раствор в аппарат подается через штуцер В1 или В2. Уровень раствора в аппарате должен поддерживаться по верхней кромке трубы вскипания. Снижение уровня вызывает увеличение расхода мощности насоса.
Циркуляционный насос обеспечивает скорость потока в трубках 2—25 мс.
Мощность привода определяют в каждом конкретном случае в зависимости от вязкости раствора
Греющий пар подается через штуцер А а конденсат удаляется через штуцер Д. Вторичный пар выходит из аппарата через штуцер Б.
Выпарные аппараты с естественной циркуляцией вынесенной греющей камерой и кипением раствора в трубках
Тип II. Исполнение 1
Аппарат состоит из греющей камеры сепаратора с брызгоотделителем циркуляционной трубы нижней и верхней камер.
Конструкция греющей камеры аналогична конструкции этого узла аппарата типа I.
Сепаратор — цилиндрический сосуд с коническим днищем и верхней эллиптической крышкой в верхней части которого установлен брызгоотделитель. В циркуляционном контуре выпарного аппарата совершается многократная циркуляция выпариваемого раствора. Из сепаратора по циркуляционной трубе раствор поступает в нижнюю часть греющих трубок в которых по мере продвижения вверх нагревается и вскипает. Образующаяся парорастворная смесь из греющих труб поступает в сепаратор где разделяется на жидкую и паровую фазы.
Вторичный пар проходя сепаратор и брызгоотделитель очищается от брызг и выходит из аппарата через штуцер Б.
Аппарат обогревается конденсирующимся в межтрубном пространстве греющей камеры водяным паром который поступает через штуцер А. Конденсат удаляется через штуцер Д.
Уровень раствора в сепараторе поддерживается постоянным соответствующим нижней образующей штуцера ввода парорастворной смеси в сепаратор.
Технические описания и расчёты.
1.Описание принципа работы технологической схемы
Мясокостный бульон на выпаривание центробежными насосами Н1 и Н2 из емкости Е1 подается в кожухотрубный подогреватель Т. Там он нагревается до температуры кипени при помощи конденсата который образовался из греющего пара далением 0.11МПа. После этого бульон подается в выпарной аппарат АВ. Там бульон подымаясь по трубкам концентрируется до концентрации 20% и направляется в емкость Е2 на хранение. Образовавшийся вторичный пар делится на две части одна из которых идет в кожухотрубный конденсатор К и конденсируется а вторая часть направляется в компрессор ТК где смешивается с острым паром и образуется греющий пар который идет в выпарной аппарат АВ на выпаривание.
Е1 – емкость исходного раствора; Н1 Н2 – насосы; Т – теплообменник-подогреватель; АП1 – выпарные аппараты; БК – барометрический конденсатор; НВ – вакуум-насос; Е2 – емкость упаренного раствора
Рисунок 7 – Технологическая схема однокорпусной выпарной установки
2 Материальный расчёт установки.
X нач =6% - начальная концентрация продукта;
X кон =26% - конечная концентрация продукта;
Pкк = 0.07 МПа – остаточное давление в конденсаторе.
Pгп = 0.11 МПа – давление греющего пара.
Производительность установки по готовому продукту определяем из равенства материального баланса:
Массовый расход готового продукта:
Производительность установки по исходному продукту определяем из уравнения материального баланса:
Определение температуры кипения растворов:
Робщ=Ргп-Ркк=011-007=004МПа
где Ргп – давление греющего пара МПа;
Ркк – давление в конденсаторе МПа.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии ([1] таблица LVII c.549-550):
Принимаем величину гидродинамической депрессии равной:
Тогда температура вторичного пара:
По температуре вторичного пара определим его давление ([1] таблица LVI c.548-549):
Принимаем удельную тепловую нагрузку аппарата равной:
Тогда поверхность теплопередачи выпарного аппарата:
F =w * r q= 0369*22843*10 40000=2107 м
По ГОСТ 11987-81 выпарной аппарат с восходящей пленкой (тип 3 исполнение 1) состоит из кипятильных труб высотой 6 м при диаметре d =25мм и толщине стенки =2 мм
При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет . Примем. Плотность мясокостного бульона при соответствующих концентрациях в корпусах равна: кгм3 и кгм3 ([2] Глава 1§8 с.118-119).
При расчете температуры кипения в пленочном выпарном аппарате гидростатическую депрессию не учитывают.
Определяем температурную депрессию по уравнению:
где В – концентрация сухих веществ в продукте;
Определим температуру кипения раствора в корпусе:
Определим тепловую нагрузку в корпусе путем решения уравнения теплового баланса:
где М - производительность циркуляционного насоса:
где s - сечение потока в аппарате м рассчитываемое по формуле:
Где d - внутренний диаметр труб м; Н – принятая высота труб м
Расчет полезной разности температур
Общая полезная разность температур равна:
3 Тепловой расчёт аппарата.
4 Конструктивный расчет аппарата
Выбираем конструкционный материал стойкий в среде кипящего раствора КОН в интервале изменения концентраций от 6 до 20%.тВ этих условиях химически стойкой является сталь марки Х18Н10Т. Коэффициент теплопроводности λ =173 Втм*К
Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи определяем по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
Примем что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки. Получим:
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке α равен:
Где r - теплота конденсации греющего пара Джкг; ρ λ - соответственно плотность кгм теплопроводность Втм*К вязкость Па*с конденсата при средней температуре пленки t = t -t 2 – разность температур конденсации пара и стенки град
Коэффициент теплоотдачи определяем по уравнению:
где λ – теплопроводность кипящего раствора Вт(м*К); – толщина пленки м
Где - кинематическая вязкость раствора м с; Re=4*Г - критерий Re для пленки жидкости; Г – линейная массовая плотность орошения равная G П кг(м*с); - вязкость кипящего раствора Па*с; G - расход рпаствора поступающего в корпус кгс; П – смоченный периметр м ( П=*d *n=F H); q – тепловая нагрузка равная α *t Втм
Значения коэффициентов и показателей степеней в уравнении при q20000 Втм
c=1631 n=-0264 m=0685
Поверхность теплопередачи выпарного аппарата равна:
5 Расчет комплектующего оборудования
Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды GB определяем из теплового баланса конденсатора:
где — энтальпия паров в барометрическом конденсаторе Дж-кг; - начальная температура охлаждающей воды °С; — конечная температура смеси воды и конденсата °С.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3—5 град. Поэтому конечную температуру воды на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров:
Диаметр барометрического конденсатора определяем из уравнения расхода:
где — плотность паров кгм3; — скорость паров мс.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v = = 15—25 мс. Тогда
По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром =200мм
В соответствии с нормалями внутренний диаметр барометрической трубы равен 500 мм. Скорость воды в барометрической трубе равна
Высота барометрической трубы
где В — вакуум в барометрическом конденсаторе Па; — сумма коэффициентов местных сопротивлений; — коэффициент трения в барометрической трубе; 05 — запас высоты на возможное изменение барометрического давления м.
В = Ратм - Рбк = 98104-7*10 =28*10 Па
где — коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее. Коэффициент трения зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
Для гладких труб при Re=10000 коэффициент трения =0005 . Подставив все значения получим
Отсюда находим 335м .
Расчет производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса определяется количеством газа (воздуха) который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
где 25-10-5 - количество газа выделяющегося из 1 кг воды; 001 — количество газа подсасываемого в конденсатор через неплотности на 1 кг паров. Тогда
Объемная производительность вакуум-насоса равна:
где R — универсальная газовая постоянная Дж(кмоль-К); —молекулярная масса воздуха кгкмоль; tвозд — температура воздуха °С; Рвозд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе Па. Температуру воздуха рассчитываем по уравнению
tвозд=tн+4+01(tк – tн)=20+4+01*(893-20)=3093
Давление воздуха равно:
где Рп — давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 31 °С. Подставив получим:
Рвозд =0702*98*10 -0046*98*10 =642*10 Па
Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление Р6к по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН- 6 мощностью на валу N=125 кВт
6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования
Расчет кожухотрубчатого конденсатора
Тепловая нагрузка аппарата:
Q=2280000*053=1208400 Вт
G = 1208400419*(20-10)=2884 кгс
Средняя разность температур:
Ориентировочное значение поверхности:
F = 1208400146*600=138 м
Задаем число Re = 10000 и определяем соотношение nz для теплообменника из труб диаметром d = 25*2 мм:
Соотношение nz принимает наиболее близкое значение у теплообменника с диаметром труб d = 25*2 мм числом ходов z=2 и общим числом труб n=240
Действительное число Re равно:
Коэффициент теплоотдаче к воде равен:
Коэффициент теплоотдачи от пара конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб равен:
Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна:
Коэффициент теплопередачи
Требуемая поверхность теплопередачи
F=1208400500*36=671 м
Подбираем теплообменник с длиной труб 4 м и поверхностью 75 м
В процессе расчета выпарной установки для концентрирования мясокостного бульона мы рассчитали выпарной аппарат – с восходящей пленкой.
Произвели расчёт кожухотрубного подогревателя и барометрического конденсатора подобрали насос для перекачивания и вакуум-насос.
Дытнерскй Ю.И. Основные процессы и аппараты пищевых производств химической технологии: пособие по проектированию.-М.:1991.
Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. Под редакцией Стабникова.- Киев1981.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия 1987.
Стахеев И. В. Пособие по курсовому проектированию процессов и аппаратов пищевых производств Минск Вс. школа 1975г.