Расчет двухкорпусной вакуумно-выпарной установки

Адмиралова.doc

Технические описания и расчеты12
1 Описание принципа работы технологической схемы12
2 Описание принципа работы проектируемого аппарата13
3 Материальный расчет установки15
4 Тепловой расчет аппарата16
5 Тепловые расчеты комплектующего оборудования. Подбор комплектующего оборудования и конструктивный расчет проектируемого аппарата.17
6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования25
Список используемых источников29
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.
В промышленных условиях выпаривание осуществляется либо в одном аппарате (однокорпусный выпарной аппарат) либо в нескольких аппаратах последовательно соединенных между собой (многокорпусная выпарная установка).
Однокорпусный выпарной аппарат характеризуется значительной затратой тепла так как в нем на выпаривание 1 кгс воды затрачивается теоретически около 1 кгс пара а практически еще больше и потому такие аппараты применяются главным образом в небольших по масштабу производствах.
Более распространены многокорпусные установки которые более экономичны так как образующийся при выпаривании вторичный пар из отдельных корпусов используется в качестве греющего пара в последующем корпусе и может также применяться в заводской теплообменной аппаратуре (так называемый экстра-пар). Число корпусов обычно не превосходит 3–5 что диктуется необходимостью иметь в каждом корпусе полезную разность температур Δt не меньше 7–8° С. При снижении Δt в отдельных корпусах (что будет иметь место при значительном увеличении числа корпусов) суммарная поверхность теплообмена увеличится. Это повысит затраты на сооружение выпарной установки которые могут и не окупиться той экономией пара и топлива какую дает увеличение кратности выпаривания.
Необходимым условием осуществления принципа многократного выпаривания является понижение температуры кипения в каждом последующем корпусе тогда вторичный пар данного корпуса может быть использован в качестве греющего в последующем.
Как видно из изложенного выпарная установка помимо своего назначения – сгущения раствора может выполнять и другие функции как например снабжение завода или цеха экстра-паром а также горячей водой-конденсатом (для питания паровых котлов и для технологических нужд завода) образующимся в результате конденсации греющего пара в каждом корпусе.
Чаще всего процесс выпаривания ведется непрерывно что позволяет эффективно использовать выпарной аппарат создать стабильный технологический режим и автоматизировать его работу.
В качестве теплоносителя обычно применяется насыщенный или слегка перегретый водяной пар. Допускается температура перегрева не больше 50°С. Паровой обогрев отличается гибкостью регулирования и высоким коэффициентом теплоотдачи. Газовый нагрев электронагрев и нагрев при помощи высококипящих веществ (например дифенильная смесь – даутерм) применяются лишь в случаях высокой температуры кипения упариваемых веществ.
Рисунок 1 – Схема прямоточной выпарной установки
2 3 – корпуса выпарной установки; 4 – конденсатор смешения.
Выпаривание может происходить при давлении равном 1 ата и выше а также под разрежением. В последнем случае температура кипения снижается что используется при упаривании растворов не допускающих высокой температуры кипения во избежание порчи продукта.
Рисунок 2–Схема противоточной выпарной установки
2 3 – корпуса выпарной установки;
– конденсатор смешения; 5 6 7 – насосы.
Многокорпусная выпарная установка конструируется как «установка под разрежением» или как «установка под давлением».
В первом случае пар из последнего корпуса ввиду низких его параметров не используется и поступает на конденсатор где превращается в воду с температурой порядка 50°С во втором случае давление вторичного пара из последнего корпуса больше 1 ат. и пар этот может быть использован в качестве экстра-пара. Обычно многокорпусные выпарные установки конструируются как прямоточные т. е. греющий пар и упариваемый раствор поступают в первый «головной корпус» выпарной установки. Встречное движение пара и раствора применяется реже – при упаривании вязких растворов с большой температурной депрессией. В этом случае более вязкие растворы будут выпариваться под воздействием теплоносителя – пара более высоких параметров. Но зато при такой схеме упаривания надо устанавливать между корпусами промежуточные жидкостные насосы в то время как в прямоточной установке раствор переходит из данного аппарата в последующий за счет разницы давлений в смежных корпусах.
Необходимо отметить что схема выпарной установки должна быть выбрана в увязке с теплосиловым хозяйством завода и что многокорпусная установка должна рассматриваться как единое целое ибо изменение режима в одном из аппаратов сказывается на работе остальных.
В литературе описано большое количество аппаратов однако такое обилие конструкций не вызывалось требованиями техники выпаривания а диктовалось нередко лишь коммерческими соображениями. В СССР где в условиях планового социалистического хозяйства проводятся типизация и стандартизация оборудования число типовых конструкций сведено к минимуму.
Наибольшее применение в промышленности имеют вертикальные выпарные аппараты с естественной циркуляцией раствора.
Рисунок 3–Нормализованная конструкция вертикального выпарного аппарата.
Как видно из чертежа аппарат состоит из греющей камеры 1 куда поступает пар плит 2 в которые завальцованы кипятильные трубки 3 длиной от 2 до 4 м парового пространства 4 сепаратора 5. Упариваемый раствор циркулирует по трубкам снизу вверх и опускается вниз по циркуляционной трубе 6 в направлении указанном на чертеже стрелками. Наличие парового пространства достаточных размеров и сепаратора обеспечивает хорошее отделение (сепарацию) пара от уносимых капелек жидкости.
Достоинством этого аппарата является его компактность организованная циркуляция благодаря наличию циркуляционной трубы малая занимаемая площадь удобство обслуживания и ремонта. Циркуляция в аппарате происходит за счет разницы удельных весов жидкости в опускной циркуляционной трубе и парожидкостной эмульсии в кипятильных трубках. Нормализованная конструкция этих аппаратов выпускается с поверхностью нагрева до 350 м2. В настоящее время в связи с увеличением мощности некоторых предприятий где имеются выпарные установки приступают к
выпуску выпарных аппаратов увеличенного метража (до F=2000 м2 за счет увеличения длины и числа трубок).
Некоторое распространение получили так называемые «пленочные аппараты» с однократной циркуляцией раствора. Основная идея этой конструкции заключается в снижении потерь полезной разности температур от гидростатической депрессии.
Рисунок 4–Пленочный выпарной аппарат.
Аппарат отличается наличием длинных трубок 2 и сепаратора с изогнутыми лопатками 3. В аппарат подают сначала пар в паровую камеру 1 а затем набирают раствор на 14 высоты трубок. При этом образуется много паровых пузырьков увлекающих за собой раствор всползающий вверх по внутренним стенкам кипятильных трубок. Парожидкостная эмульсия по выходе из верхней части трубок ударяется о поверхность лопаток сепаратора получает вращательное движение и отбрасывается центробежной силой на периферию благодаря чему имеет место хорошая сепарация пара. Упаренный раствор отводится через патрубки 4. Таким образом выпаривание происходит в тонком слое при однократной циркуляции раствора.
Полагали что эти аппараты должны обладать более высоким коэффициентом теплопередачи К однако проведенные длительные опыты этого не подтвердили. Некоторым преимуществом этого аппарата является быстрое однократное прохождение раствора по трубкам что предохраняет растворы чувствительные к высокой температуре от порчи. Недостатком аппарата является большая длина трубок (7 м) что затрудняет их выемку при ремонте. Аппарат обладает малой аккумулирующей способностью (малое количество раствора в трубках) что делает его чувствительным к неизбежным некоторым колебаниям работы завода или цеха.
В ряде случаев применяется выпарной аппарат с выносной поверхностью нагрева (рисунок 5) который целесообразно использовать при упаривании пенящихся растворов так как в нем происходит в основном самоиспарение перегретой в трубках жидкости при выходе ее из трубок в сепаратор 1 где кипение происходит спокойно и при достаточных размерах сепаратора не будет уноса капелек жидкости и пены со вторичным паром. Эти аппараты работают при довольно интенсивной естественной циркуляции благодаря наличию необогреваемой циркуляционной трубы и достаточной высоты столба циркулирующей жидкости. Выносная паровая камера благодаря хорошему доступу к трубкам облегчает очистку и ремонт аппарата.
Рисунок 5–Выпарной аппарат с выносной поверхностью нагрева
– сепаратор; 2 – греющая камера.
Рисунок 6–Выпарной аппарат с искусственной циркуляцией
В промышленности применяются также аппараты с искусственной циркуляцией раствора (рисунок 6). Как видно из чертежа свежий раствор поступает в аппарат снизу концентрированный раствор отбирается в нижней части сепаратора. Так как в этом аппарате жидкость движется принудительно (при помощи насоса) по трубкам со скоростью 2–4 мсек под давлением то зона закипания находится у верхнего конца трубок благодаря чему отложения на трубках здесь меньше чем в вертикальных аппаратах с естественной циркуляцией раствора.
Аппараты с принудительной циркуляцией целесообразно применять главным образом при упаривании вязких жидкостей когда естественная циркуляция затруднена. В этих условиях коэффициент К более высокий чем в обычных аппаратах но зато на привод циркуляционного насоса требуется довольно значительная затрата мощности. Поэтому целесообразность применения такого аппарата должна быть обоснована соответствующим технико-экономическим расчетом. Как показали проведенные опыты эти аппараты рационально применять в интервале тепловой нагрузки q = 25000– 40000 ккалм2·ч при которой искусственная циркуляция больше всего влияет на турбулизацию потока жидкости.
В последнее время предложен и испытан с положительным результатом выпарной аппарат с усиленной естественной циркуляцией для упаривания кристаллизующихся растворов (рисунок 7). Аппарат состоит из корпуса 1. трубных решеток 2 в которых развальцованы трубки 3. Над ними на высоте 3–4 м установлены концентрические перегородки образующие кольцевые каналы 4. Внутри аппарата расположена длинная циркуляционная труба 5 внизу – камера 6 для осаждения кристаллов. В трубках происходит нагрев раствора а закипает он в каналах (в зависимости от размеров-каналов должна изменяться высота концентрических перегородок).
Проведенные промышленные испытания показали сравнительно высокую эффективность его работы при скорости естественной циркуляции жидкости порядка 25 мсек.
Для упаривания термически нестойких растворов можно применять аппараты где жидкость движется по кипятильной трубке в виде тонкой пленки сверху вниз. При этих условиях как показывают проведенные лабораторные опыты теплоотдача от стенки к упариваемой жидкости интенсифицируется. Однако этот принцип выпаривания находится еще в стадии опытного исследования.
Рисунок 7–Выпарной аппарат с усиленной естественной циркуляцией
Технические описания и расчеты
1 Описание принципа работы технологической схемы
Исходный продукт – сахарный сироп с концентрацией w1=60% при помощи центробежного насоса всасывается из емкости Е и подается через конденсатор К и подогреватель П1 в первый корпус ВА1 выпарного аппарата. Далее раствор поступает во второй корпус ВА2 выпарной установки который работает на вторичном паре поступающим из первого корпуса выпарной установки. Где греющим паром выпаривается до концентрации w2=51%. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе за счет подаваемого на выпаривание продукта и отводится в канализацию.
Подогреватель П1 служит для подогрева исходного раствора до нужной температуры теплоносителем для него служит отработанный теплоноситель из второго корпуса. Для подогревателя П2 теплоносителем служит отработанный теплоноситель из первого корпуса выпарного аппарата. Образующийся конденсат отводится в канализацию.
В рассчитываемой технологической схеме используется пластинчатый подогреватель. Для конденсации используется конденсатор типа труба в трубе с температурой в конденсаторе Тк=80С. Температура греющего пара поступающего в первый корпус выпарного аппарата Тгр.п.= 180С.
Производительность двухкорпусной выпарной установки по готовому продукту составляет 500 кгч.
Рисунок 8–Технологическая схема двухкорпусной выпарной установки
2 Материальный расчет установки
производительность установки по готовому продукту W=500 кгч = 0139 кгс.
массовая доля сухих веществ в исходном продукте хн=20 %;
массовая доля сухих веществ в сахарном сиропе после выпаривания хк=49 %.
Производительность установки по готовому продукту определяем из равенства материального баланса:
Массовый расход готового продукта:
Производительность установки по испаренной влаге определяем из уравнения материального баланса:
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных примем что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
Рассчитываем концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в последнем корпусе х2 соответствует заданной ранее концентрации хк упаренного раствора.
4 Тепловой расчет аппарата
Определим температуры кипения растворов.
Общий перепад давления в установке равен:
В первом приближении общий перепад давлений распределяем между корпусами поровну. Тогда давление греющих паров в корпусах:
Давление в барометрическом конденсаторе:
что соответствует заданному значению Рбк.
По давлению паров находим их температуры и энтальпии:
Температуры кипения растворов в корпусах аппарата принимаем с учетом депрессий (гидростатической температурной и гидродинамической).
Гидродинамическую депрессию принимаем 10 градус на корпус тогда температуры вторичного пара в корпусах равны.
По полученным температурам находим давления вторичных паров по таблицам Ривкина
Гидростатическая дисперсия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности.
гдеН – высота кипятильных труб в аппарате;
ρ – плотность кипящего раствора кгм3;
– паронаполнение м3м3 принимаем 05.
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. Принимаем удельную тепловую нагрузку аппаратов q=35000 Втм2. Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи в первом корпусе равна:
Принимаем согласно приложению 4.2 выпарные аппараты со стекающей пленкой тип3 исполнение 2 выпарной аппарат с общей площадью нагрева 10 м2. Принимаем высоту кипятильных труб 4000 мм следовательно Н=4 м.
Давление в среднем слое кипятильных труб:
Определим гидростатическую дисперсию в корпусах:
Температурная депрессия по корпусам равна:
Температуры кипения растворов равны
Принимаем температуры кипения раствора сахарного сиропа и температуры вторичного пара:
в первом корпусе tкип.н.=15684ºС;
во втором корпусе tкип.к.=8888ºС;
температура вторичного пара в первом корпусе tвт.п.1=1546ºС;
температура вторичного пара во втором корпусе tвт.п.2=81ºС.
Начальная температура сахарного сиропа tн=24ºС.
Скрытая теплота парообразования воды при температуре tвт.п.1=1546ºС составляет r1=27517 кДжкг и при температуре tвт.п.2=81ºС составляет r2=26454 кДжкг.
Полезная разность температур
Общая полезная разность температур равна
Полезные разности температур по корпусам равны С:
Тогда общая полезная разность температур:
Проверим общую полезную разность температур:
Определение тепловых нагрузок
где103 – коэффициент учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;
с1 – теплоемкость раствора в первом корпусе кДж(кг·К);
tн – температура кипения исходного раствора при давлении в 1-ом корпусе; tн=9365+10=9465 С.
Решаем полученную систему уравнений относительно D 1 2 Q1 Q2:
Т.к. Отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых составляет 15 % что много меньше 3%. Можно сделать вывод о том что выбранное распределение по корпусам является правильным.
Вычисляем тепловые нагрузки:
Выбираем конструкционный материал нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности λст=175 Вт(м·К).
Примем что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке α1 равен:
гдеr1 – теплота конденсации греющего пара Джкг;
ρж λж ж – плотность теплопроводность вязкость конденсата при средней температуре пленки соответственно;
гдеΔt1 – разность температур конденсации пара и стенки.
Расчет ведем методом последовательных приближений. В первом приближении примем Δt1=20С. Тогда α1 равно:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в пленочных растворах определяем по уравнению:
гдеλ – теплопроводность кипящего раствора Вт(м·К);
где – кинетическая вязкость раствора м2с;
– критерий Re для пленки жидкости;
– линейная массовая плотность орошения кг(м·с);
– смоченный периметр м;
– вязкость кипящего раствора Па·с;
q – тепловая нагрузка которую в расчете принимаем равной
Принимаем коэффициенты с=1631; n=-0264; m=0685.
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Для второго приближения примем Δt1=30 С.
Проверим правильность второго приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Для третьего приближения примем Δt1=782 С.
Далее рассчитаем коэффициент для второго корпуса К2. для этого найдем
Для приближения примем Δt1=362 С.
Принимаем коэффициенты с=26; n=0203; m=0322.
Проверим правильность приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Распределение полезной разности температур
Найдем полезные разности температур по корпусам:
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи аппаратов
5.3 Расчет барометрического конденсатора
Определение часового расхода охлаждающей воды.
По практическим данным принимаем что температура барометрической воды ниже температуры пара на 3°С:
Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:
гдеtн и tк – начальная и конечная температура воды tк=tбар.
удельный расход воды
Часовой расход охлаждающей воды:
Диаметр конденсатора:
Примем скорость пара отнесенную к полному сечению конденсатора wп=15 мсек тогда
По нормалям Главхиммаша барометрические конденсаторы имеют наружный диаметр 500 600 800 1000 1200 1600 и 2000 мм. Принимаем наружный диаметр конденсатора равным 2000 мм. При толщине стенки 10 мм внутренний диаметр конденсатора составит:
Длинна сегментной тарелки:
Ширина тарелки при dк=1980 мм и l=1040 мм может быть найдена из выражения :
Тепловой расчет конденсатора смешения (по методу И.И. Чернобыльского).
Принимаем к установке шесть сегментных тарелок с расстоянием между ними равным 05 м.
Количество стекающей с полок воды:
Высота слоя жидкости на тарелке:
Начальная скорость истечения воды с тарелки:
Средняя скорость истечения струи между тарелками:
гдеH – расстояние между тарелками 05 м.
Эквивалентный диаметр струи:
Используя уравнение теплового баланса струи рассчитываем изменение температуры воды при переходе ее с тарелки на тарелку:
следовательно °С (с 1-й на 2-ю тарелку).
гдеt² – температура пара град;
t1 – температура воды при поступлении на тарелку град;
t2 – температура воды уходящей с вышележащей на следующую тарелку конденсатора град.
Аналогично приведенному выше расчету
со 2-ой на 3-ю тарелку вода переходит с температурой:
с 3-й на 4-ю тарелку: °С;
с 4-й на 5-ю тарелку: °С;
с 5-й на 6-ю тарелку: °С.
Тепло воспринятое водой на каждой из тарелок
гдеGсек – секундный расход воды:
гдес – средняя теплоемкость воды 419 кджкг×град.
Количество сконденсированных паров:
после 1-й тарелки кгсек
после 2-й тарелки кгсек
после 3-й тарелки кгсек
после 4-й тарелки кгсек
после 5-й тарелки кгсек.
Результаты расчетов сводим в таблицу 1.
Таблица 1 – Расчетные данные
Номер тарелки конденсатора
Конечная температура воды
Сконденсировано пара
в процентах от общего количества пара G=2222 кгсек
* - поскольку шестой участок является входным для пара и требуемый нагрев воды уже достигнут на предыдущих пяти тарелках его не рассчитываем.
** - невязка результата (22482222 кгсек) объясняется тем что с целью упрощения расчета при определении количества воды на всех тарелках принято равным Gсек=W+G чего в действительности не бывает.
Конструктивный расчет барометрического конденсатора смешения.
а) диаметр барометрической трубы
Из предыдущего расчета G+W=1662×10-3 м3сек скорость стекающей воды w=0506 мсек. принимаем к установке стальную бесшовную трубу 2006 мм (ГОСТ 8734-75);
б) высота барометрической трубы. Высота водяного столба соответствующая вакууму 515 мм рт. ст. составляет:
В барометрической трубе должен быть создан некоторый напор Н2 для того чтобы преодолеть все сопротивления и сообщить воде необходимую скорость движения. Рассчитаем величину Н2. Примем ориентировочную высоту барометрической трубы Н=8 м. Определим критерий:
гдеn – кинематическая вязкость воды стекающей с нижней тарелки (полки) конденсатора смешения:
м2сек (приложение 2 [2]).
Коэффициент трения l для гладких труб в пределах Re=105108 определяется по формуле Никурадзе
Потеря напора в барометрической трубе
Коэффициент сопротивления на входе воды в трубу принят x1=05 и на выходе x2=10.
При увеличении атмосферного давления вода может залить паровой патрубок конденсатора поэтому высоту трубы принимают с запасом 0510 м. принимаем запас высоты трубы Нзап=10 м. Общая высота трубы:
в) расчет патрубков. Диаметр водяного патрубка определяем исходя из максимального расхода воды и наибольшей скорости ее равной 2 мсек. Расход воды:
Диаметр водяного патрубка
Принимаем к установке патрубок изготовленный из трубы 1084 мм (внутренний диаметр 92 мм) – ГОСТ 8734-75. Секундный расход пара проходящего через паровой патрубок
Диаметр парового патрубка находим из выражения
гдеwп – скорость пара 50 мсек.
Выбираем к установке патрубок 40211 мм (внутренний диаметр 380 мм) – ГОСТ 8732-78.
г) для отделения водяных брызг от воздуха откачиваемого суховоздушным вакуумным насосом в сухих противоточных барометрических конденсаторах смешения применяются сепараторы брызг чаще всего инерционного типа. Принцип действия их основан на том что струя воздуха несущая капли воды внезапно изменяет свое направление и капли стремящиеся в силу инерции сохранить свое первоначальное направление ударяются о стенку стекают по ней и выводятся за пределы потока воздуха.
Для большей эффективности отделения брызг изменение направления потока сопровождают внезапным уменьшением скорости воздушной струи обычно не менее чем в 10 раз.
Для нормальной работы сепаратора инерционного типа диаметр сосуда сепаратора должен превышать диаметр входной трубы в 35–4 раза а скорость входа должна быть в 10–12 раз больше скорости в сечении аппарата с которым соединен брызгоуловитель. Обычно скорость входа принимается равной 8–15 мсек.
Поверхность на которой происходит отделение брызг от воздуха должна быть достаточно большой.
Действие сепараторов исследовано еще недостаточно и методы их расчета почти совсем не разработаны. Этим и объясняется отсутствие стандартизованных размеров инерционных брызгоуловителей.
6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования
Диаметр трубопровода:
После подогревателя.
Принимаем насос Х2053 с расходом 55.10-3 м3с и высотой подъема 344м.
На основе сбора информации о технологии выпарных аппаратов об оборудовании используемом для выпаривания также о разработках барометрических конденсаторов как смешенного так и поверхностных а также произведенных расчетов данного типа барометрического конденсатора можно сделать вывод что данный тип конденсатора является наиболее перспективным и имеет более высокий коэффициент полезного действия. А также можно сделать вывод о его наибольшей пригодности в технологических процессах по выпариванию.
При выполнении данной курсовой работы были получены навыки расчета выпарных установок барометрического конденсатора смешения а также навыки при выборе вспомогательного оборудования к данным аппаратам. Были рассмотрены вопросы о конденсации и области применения данного типа оборудования. Была рассчитана технологическая схема с использованием перечисленного оборудования.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л. Химия 1981. 560 с.
Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок. М. Госэнергоиздат 1963. 319 с.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. – М.Химия 1983. 272 с.
Основы проектирования процессов и аппаратов пищевых производств. Стахеев И.В.: Минск «Высшая школа» 1972 304с.
Установки для сушки пищевых продуктов: Справочник. Гришин М.А.и др. –М: Агропромиздат 1989. – 215с.
Аналитические расчеты сушильных установок. Федоров Н.Е. –М.: «Пищевая промышленность» 1967 – 304с.
расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. Гинзбург А.С. –М.: Агропромиздат 1985. –336 с.
Министерство образования Республики Беларусь
УО «Могилевский государственный университет продовольствия»
Кафедра «Теплохладотехники»
На тему: «Рассчитать двухкорпусную выпарную установку
для сахарного сиропа»
3765 Могилевская обл. г.Осиповичи
ул. Потоцкого д. 1б кв. 9
Пояснительная записка

Пояснительная записка.doc

2.3 Материальный расчет установки
производительность установки по испаренной влаге W=750 кгч = 0208 кгс.
массовая доля сухих веществ в исходном продукте хн=82 %;
массовая доля сухих веществ в яблочном соке после выпаривания хк=405 %.
Производительность установки по исходному продукту определяем из уравнения материального баланса:
Производительность установки по готовому продукту определяем из равенства материального баланса:
Массовый расход готового продукта:
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных примем что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
Рассчитываем концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в последнем корпусе х2 соответствует заданной ранее концентрации хк упаренного раствора.
4 Тепловой расчет аппарата
Определим температуры кипения растворов.
Общий перепад давления в установке равен:
В первом приближении общий перепад давлений распределяем между корпусами поровну. Тогда давление греющих паров в корпусах:
Давление в барометрическом конденсаторе:
что соответствует заданному значению Рбк.
По давлению паров находим их температуры и энтальпии:
Температуры кипения растворов в корпусах аппарата принимаем с учетом депрессий (гидростатической температурной и гидродинамической).
Гидродинамическую депрессию принимаем 10 градус на корпус тогда температуры вторичного пара в корпусах равны.
По полученным температурам находим давления вторичных паров по таблицам Ривкина
Гидростатическая дисперсия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности.
гдеН – высота кипятильных труб в аппарате;
ρ – плотность кипящего раствора кгм3;
– паронаполнение м3м3 принимаем 05.
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. Принимаем удельную тепловую нагрузку аппаратов q=35000 Втм2. Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи в первом корпусе равна:
Принимаем согласно приложению 4.2 выпарные аппараты со стекающей пленкой тип3 исполнение 2 выпарной аппарат с общей площадью нагрева 10 м2. Принимаем высоту кипятильных труб 4000 мм следовательно Н=4 м.
Давление в среднем слое кипятильных труб:
Определим гидростатическую дисперсию в корпусах:
Температурная депрессия по корпусам равна:
Температуры кипения растворов равны
Принимаем температуры кипения раствора квасного сусла и температуры вторичного пара:
в первом корпусе tкип.н.=9828ºС;
во втором корпусе tкип.к.=4422ºС;
температура вторичного пара в первом корпусе tвт.п.1=9365ºС;
температура вторичного пара во втором корпусе tвт.п.2=339ºС.
Начальная температура яблочного сока tн=24ºС.
Скрытая теплота парообразования воды при температуре tвт.п.1=9365ºС составляет r1=227391 кДжкг и при температуре tвт.п.2=339ºС составляет r2=242104 кДжкг.
Полезная разность температур
Общая полезная разность температур равна
Полезные разности температур по корпусам равны С:
Тогда общая полезная разность температур:
Проверим общую полезную разность температур:
Определение тепловых нагрузок
где103 – коэффициент учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;
с1 – теплоемкость раствора в первом корпусе кДж(кг·К);
tн – температура кипения исходного раствора при давлении в 1-ом корпусе; tн=9365+10=9465 С.
Решаем полученную систему уравнений относительно D 1 2 Q1 Q2:
Т.к. Отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых составляет 15 % что много меньше 3%. Можно сделать вывод о том что выбранное распределение по корпусам является правильным.
Вычисляем тепловые нагрузки:
Выбираем конструкционный материал нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности λст=175 Вт(м·К).
Примем что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке α1 равен:
гдеr1 – теплота конденсации греющего пара Джкг;
ρж λж ж – плотность теплопроводность вязкость конденсата при средней температуре пленки соответственно;
гдеΔt1 – разность температур конденсации пара и стенки.
Расчет ведем методом последовательных приближений. В первом приближении примем Δt1=20С. Тогда α1 равно:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в пленочных растворах определяем по уравнению:
гдеλ – теплопроводность кипящего раствора Вт(м·К);
где – кинетическая вязкость раствора м2с;
– критерий Re для пленки жидкости;
– линейная массовая плотность орошения кг(м·с);
– смоченный периметр м;
– вязкость кипящего раствора Па·с;
q – тепловая нагрузка которую в расчете принимаем равной
Принимаем коэффициенты с=1631; n=-0264; m=0685.
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Для второго приближения примем Δt1=30 С.
Проверим правильность второго приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Для третьего приближения примем Δt1=782 С.
Далее рассчитаем коэффициент для второго корпуса К2. для этого найдем
Для приближения примем Δt1=362 С.
Принимаем коэффициенты с=26; n=0203; m=0322.
Проверим правильность приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Распределение полезной разности температур
Найдем полезные разности температур по корпусам:
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи аппаратов
5.3 Расчет барометрического конденсатора
Определение часового расхода охлаждающей воды.
По практическим данным принимаем что температура барометрической воды ниже температуры пара на 3°С:
Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:
гдеtн и tк – начальная и конечная температура воды tк=tбар.
удельный расход воды
Часовой расход охлаждающей воды:
Диаметр конденсатора:
Примем скорость пара отнесенную к полному сечению конденсатора wп=15 мсек тогда
По нормалям Главхиммаша барометрические конденсаторы имеют наружный диаметр 500 600 800 1000 1200 1600 и 2000 мм. Принимаем наружный диаметр конденсатора равным 2000 мм. При толщине стенки 10 мм внутренний диаметр конденсатора составит:
Длинна сегментной тарелки:
Ширина тарелки при dк=1980 мм и l=1040 мм может быть найдена из выражения :
Тепловой расчет конденсатора смешения (по методу И.И. Чернобыльского).
Принимаем к установке шесть сегментных тарелок с расстоянием между ними равным 05 м.
Количество стекающей с полок воды:
Высота слоя жидкости на тарелке:
Начальная скорость истечения воды с тарелки:
Средняя скорость истечения струи между тарелками:
гдеH – расстояние между тарелками 05 м.
Эквивалентный диаметр струи:
Используя уравнение теплового баланса струи рассчитываем изменение температуры воды при переходе ее с тарелки на тарелку:
следовательно °С (с 1-й на 2-ю тарелку).
гдеt² – температура пара град;
t1 – температура воды при поступлении на тарелку град;
t2 – температура воды уходящей с вышележащей на следующую тарелку конденсатора град.
Аналогично приведенному выше расчету
со 2-ой на 3-ю тарелку вода переходит с температурой:
с 3-й на 4-ю тарелку: °С;
с 4-й на 5-ю тарелку: °С;
с 5-й на 6-ю тарелку: °С.
Тепло воспринятое водой на каждой из тарелок
гдеGсек – секундный расход воды:
гдес – средняя теплоемкость воды 419 кджкг×град.
Количество сконденсированных паров:
после 1-й тарелки кгсек
после 2-й тарелки кгсек
после 3-й тарелки кгсек
после 4-й тарелки кгсек
после 5-й тарелки кгсек.
Результаты расчетов сводим в таблицу 1.
Таблица 1 – Расчетные данные
Номер тарелки конденсатора
Конечная температура воды
Сконденсировано пара
в процентах от общего количества пара G=2222 кгсек
* - поскольку шестой участок является входным для пара и требуемый нагрев воды уже достигнут на предыдущих пяти тарелках его не рассчитываем.
** - невязка результата (22482222 кгсек) объясняется тем что с целью упрощения расчета при определении количества воды на всех тарелках принято равным Gсек=W+G чего в действительности не бывает.
Конструктивный расчет барометрического конденсатора смешения.
а) диаметр барометрической трубы
Из предыдущего расчета G+W=1662×10-3 м3сек скорость стекающей воды w=0506 мсек. принимаем к установке стальную бесшовную трубу 2006 мм (ГОСТ 8734-75);
б) высота барометрической трубы. Высота водяного столба соответствующая вакууму 515 мм рт. ст. составляет:
В барометрической трубе должен быть создан некоторый напор Н2 для того чтобы преодолеть все сопротивления и сообщить воде необходимую скорость движения. Рассчитаем величину Н2. Примем ориентировочную высоту барометрической трубы Н=8 м. Определим критерий:
гдеn – кинематическая вязкость воды стекающей с нижней тарелки (полки) конденсатора смешения:
м2сек (приложение 2 [2]).
Коэффициент трения l для гладких труб в пределах Re=105108 определяется по формуле Никурадзе
Потеря напора в барометрической трубе
Коэффициент сопротивления на входе воды в трубу принят x1=05 и на выходе x2=10.
При увеличении атмосферного давления вода может залить паровой патрубок конденсатора поэтому высоту трубы принимают с запасом 0510 м. принимаем запас высоты трубы Нзап=10 м. Общая высота трубы:
в) расчет патрубков. Диаметр водяного патрубка определяем исходя из максимального расхода воды и наибольшей скорости ее равной 2 мсек. Расход воды:
Диаметр водяного патрубка
Принимаем к установке патрубок изготовленный из трубы 1084 мм (внутренний диаметр 92 мм) – ГОСТ 8734-75. Секундный расход пара проходящего через паровой патрубок
Диаметр парового патрубка находим из выражения
гдеwп – скорость пара 50 мсек.
Выбираем к установке патрубок 40211 мм (внутренний диаметр 380 мм) – ГОСТ 8732-78.
г) для отделения водяных брызг от воздуха откачиваемого суховоздушным вакуумным насосом в сухих противоточных барометрических конденсаторах смешения применяются сепараторы брызг чаще всего инерционного типа. Принцип действия их основан на том что струя воздуха несущая капли воды внезапно изменяет свое направление и капли стремящиеся в силу инерции сохранить свое первоначальное направление ударяются о стенку стекают по ней и выводятся за пределы потока воздуха.
Для большей эффективности отделения брызг изменение направления потока сопровождают внезапным уменьшением скорости воздушной струи обычно не менее чем в 10 раз.
Для нормальной работы сепаратора инерционного типа диаметр сосуда сепаратора должен превышать диаметр входной трубы в 35–4 раза а скорость входа должна быть в 10–12 раз больше скорости в сечении аппарата с которым соединен брызгоуловитель. Обычно скорость входа принимается равной 8–15 мсек.
Поверхность на которой происходит отделение брызг от воздуха должна быть достаточно большой.
Действие сепараторов исследовано еще недостаточно и методы их расчета почти совсем не разработаны. Этим и объясняется отсутствие стандартизованных размеров инерционных брызгоуловителей.
6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования
Диаметр трубопровода:
После подогревателя.
Принимаем насос Х2053 с расходом 55.10-3 м3с и высотой подъема 344м.

Пояснительная записка2.doc

Технические описания и расчеты
1 Описание принципа работы технологической схемы
2 Описание принципа работы проектируемого аппарата
3 Материальный расчет установки
4 Тепловой расчет аппарата
5 Тепловые расчеты комплектующего оборудования. Подбор комплектующего оборудования и конструктивный расчет проектируемого аппарата.
6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования
Список используемых 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.
В промышленных условиях выпаривание осуществляется либо в одном аппарате (однокорпусный выпарной аппарат) либо в нескольких аппаратах последовательно соединенных между собой (многокорпусная выпарная установка).
Однокорпусный выпарной аппарат характеризуется значительной затратой тепла так как в нем на выпаривание 1 кгс воды затрачивается теоретически около 1 кгс пара а практически еще больше и потому такие аппараты применяются главным образом в небольших по масштабу производствах.
Более распространены многокорпусные установки которые более экономичны так как образующийся при выпаривании вторичный пар из отдельных корпусов используется в качестве греющего пара в последующем корпусе и может также применяться в заводской теплообменной аппаратуре (так называемый экстра-пар). Число корпусов обычно не превосходит 3–5 что диктуется необходимостью иметь в каждом корпусе полезную разность температур Δt не меньше 7–8° С. При снижении Δt в отдельных корпусах (что будет иметь место при значительном увеличении числа корпусов) суммарная поверхность теплообмена увеличится. Это повысит затраты на сооружение выпарной установки которые могут и не окупиться той экономией пара и топлива какую дает увеличение кратности выпаривания.
Необходимым условием осуществления принципа многократного выпаривания является понижение температуры кипения в каждом последующем корпусе тогда вторичный пар данного корпуса может быть использован в качестве греющего в последующем.
Как видно из изложенного выпарная установка помимо своего назначения – сгущения раствора может выполнять и другие функции как например снабжение завода или цеха экстра-паром а также горячей водой-конденсатом (для питания паровых котлов и для технологических нужд завода) образующимся в результате конденсации греющего пара в каждом корпусе.
Чаще всего процесс выпаривания ведется непрерывно что позволяет эффективно использовать выпарной аппарат создать стабильный технологический режим и автоматизировать его работу.
В качестве теплоносителя обычно применяется насыщенный или слегка перегретый водяной пар. Допускается температура перегрева не больше 50°С. Паровой обогрев отличается гибкостью регулирования и высоким коэффициентом теплоотдачи. Газовый нагрев электронагрев и нагрев при помощи высококипящих веществ (например дифенильная смесь – даутерм) применяются лишь в случаях высокой температуры кипения упариваемых веществ.
Рисунок 1 – Схема прямоточной выпарной установки
2 3 – корпуса выпарной установки; 4 – конденсатор смешения.
Выпаривание может происходить при давлении равном 1 ата и выше а также под разрежением. В последнем случае температура кипения снижается что используется при упаривании растворов не допускающих высокой температуры кипения во избежание порчи продукта.
Рисунок 2–Схема противоточной выпарной установки
2 3 – корпуса выпарной установки;
– конденсатор смешения; 5 6 7 – насосы.
Многокорпусная выпарная установка конструируется как «установка под разрежением» или как «установка под давлением».
В первом случае пар из последнего корпуса ввиду низких его параметров не используется и поступает на конденсатор где превращается в воду с температурой порядка 50°С во втором случае давление вторичного пара из последнего корпуса больше 1 ат. и пар этот может быть использован в качестве экстра-пара. Обычно многокорпусные выпарные установки конструируются как прямоточные т. е. греющий пар и упариваемый раствор поступают в первый «головной корпус» выпарной установки. Встречное движение пара и раствора применяется реже – при упаривании вязких растворов с большой температурной депрессией. В этом случае более вязкие растворы будут выпариваться под воздействием теплоносителя – пара более высоких параметров. Но зато при такой схеме упаривания надо устанавливать между корпусами промежуточные жидкостные насосы в то время как в прямоточной установке раствор переходит из данного аппарата в последующий за счет разницы давлений в смежных корпусах.
Необходимо отметить что схема выпарной установки должна быть выбрана в увязке с теплосиловым хозяйством завода и что многокорпусная установка должна рассматриваться как единое целое ибо изменение режима в одном из аппаратов сказывается на работе остальных.
В литературе описано большое количество аппаратов однако такое обилие конструкций не вызывалось требованиями техники выпаривания а диктовалось нередко лишь коммерческими соображениями. В СССР где в условиях планового социалистического хозяйства проводятся типизация и стандартизация оборудования число типовых конструкций сведено к минимуму.
Наибольшее применение в промышленности имеют вертикальные выпарные аппараты с естественной циркуляцией раствора.
Рисунок 3–Нормализованная конструкция вертикального выпарного аппарата.
Как видно из чертежа аппарат состоит из греющей камеры 1 куда поступает пар плит 2 в которые завальцованы кипятильные трубки 3 длиной от 2 до 4 м парового пространства 4 сепаратора 5. Упариваемый раствор циркулирует по трубкам снизу вверх и опускается вниз по циркуляционной трубе 6 в направлении указанном на чертеже стрелками. Наличие парового пространства достаточных размеров и сепаратора обеспечивает хорошее отделение (сепарацию) пара от уносимых капелек жидкости.
Достоинством этого аппарата является его компактность организованная циркуляция благодаря наличию циркуляционной трубы малая занимаемая площадь удобство обслуживания и ремонта. Циркуляция в аппарате происходит за счет разницы удельных весов жидкости в опускной циркуляционной трубе и парожидкостной эмульсии в кипятильных трубках. Нормализованная конструкция этих аппаратов выпускается с поверхностью нагрева до 350 м2. В настоящее время в связи с увеличением мощности некоторых предприятий где имеются выпарные установки приступают к
выпуску выпарных аппаратов увеличенного метража (до F=2000 м2 за счет увеличения длины и числа трубок).
Некоторое распространение получили так называемые «пленочные аппараты» с однократной циркуляцией раствора. Основная идея этой конструкции заключается в снижении потерь полезной разности температур от гидростатической депрессии.
Рисунок 4–Пленочный выпарной аппарат.
Аппарат отличается наличием длинных трубок 2 и сепаратора с изогнутыми лопатками 3. В аппарат подают сначала пар в паровую камеру 1 а затем набирают раствор на 14 высоты трубок. При этом образуется много паровых пузырьков увлекающих за собой раствор всползающий вверх по внутренним стенкам кипятильных трубок. Парожидкостная эмульсия по выходе из верхней части трубок ударяется о поверхность лопаток сепаратора получает вращательное движение и отбрасывается центробежной силой на периферию благодаря чему имеет место хорошая сепарация пара. Упаренный раствор отводится через патрубки 4. Таким образом выпаривание происходит в тонком слое при однократной циркуляции раствора.
Полагали что эти аппараты должны обладать более высоким коэффициентом теплопередачи К однако проведенные длительные опыты этого не подтвердили. Некоторым преимуществом этого аппарата является быстрое однократное прохождение раствора по трубкам что предохраняет растворы чувствительные к высокой температуре от порчи. Недостатком аппарата является большая длина трубок (7 м) что затрудняет их выемку при ремонте. Аппарат обладает малой аккумулирующей способностью (малое количество раствора в трубках) что делает его чувствительным к неизбежным некоторым колебаниям работы завода или цеха.
В ряде случаев применяется выпарной аппарат с выносной поверхностью нагрева (рисунок 5) который целесообразно использовать при упаривании пенящихся растворов так как в нем происходит в основном самоиспарение перегретой в трубках жидкости при выходе ее из трубок в сепаратор 1 где кипение происходит спокойно и при достаточных размерах сепаратора не будет уноса капелек жидкости и пены со вторичным паром. Эти аппараты работают при довольно интенсивной естественной циркуляции благодаря наличию необогреваемой циркуляционной трубы и достаточной высоты столба циркулирующей жидкости. Выносная паровая камера благодаря хорошему доступу к трубкам облегчает очистку и ремонт аппарата.
Рисунок 5–Выпарной аппарат с выносной поверхностью нагрева
– сепаратор; 2 – греющая камера.
Рисунок 6–Выпарной аппарат с искусственной циркуляцией
В промышленности применяются также аппараты с искусственной циркуляцией раствора (рисунок 6). Как видно из чертежа свежий раствор поступает в аппарат снизу концентрированный раствор отбирается в нижней части сепаратора. Так как в этом аппарате жидкость движется принудительно (при помощи насоса) по трубкам со скоростью 2–4 мсек под давлением то зона закипания находится у верхнего конца трубок благодаря чему отложения на трубках здесь меньше чем в вертикальных аппаратах с естественной циркуляцией раствора.
Аппараты с принудительной циркуляцией целесообразно применять главным образом при упаривании вязких жидкостей когда естественная циркуляция затруднена. В этих условиях коэффициент К более высокий чем в обычных аппаратах но зато на привод циркуляционного насоса требуется довольно значительная затрата мощности. Поэтому целесообразность применения такого аппарата должна быть обоснована соответствующим технико-экономическим расчетом. Как показали проведенные опыты эти аппараты рационально применять в интервале тепловой нагрузки q = 25000– 40000 ккалм2·ч при которой искусственная циркуляция больше всего влияет на турбулизацию потока жидкости.
В последнее время предложен и испытан с положительным результатом выпарной аппарат с усиленной естественной циркуляцией для упаривания кристаллизующихся растворов (рисунок 7). Аппарат состоит из корпуса 1. трубных решеток 2 в которых развальцованы трубки 3. Над ними на высоте 3–4 м установлены концентрические перегородки образующие кольцевые каналы 4. Внутри аппарата расположена длинная циркуляционная труба 5 внизу – камера 6 для осаждения кристаллов. В трубках происходит нагрев раствора а закипает он в каналах (в зависимости от размеров-каналов должна изменяться высота концентрических перегородок).
Проведенные промышленные испытания показали сравнительно высокую эффективность его работы при скорости естественной циркуляции жидкости порядка 25 мсек.
Для упаривания термически нестойких растворов можно применять аппараты где жидкость движется по кипятильной трубке в виде тонкой пленки сверху вниз. При этих условиях как показывают проведенные лабораторные опыты теплоотдача от стенки к упариваемой жидкости интенсифицируется. Однако этот принцип выпаривания находится еще в стадии опытного исследования.
Рисунок 7–Выпарной аппарат с усиленной естественной циркуляцией
Исходный продукт – молоко с концентрацией х1=9% при помощи центробежного насоса всасывается из емкости Е и подается через конденсатор К и подогреватель П1 в первый корпус ВА1 выпарного аппарата. Далее раствор поступает во второй корпус ВА2 выпарной установки который работает на вторичном паре поступающим из первого корпуса выпарной установки. Где греющим паром выпаривается до концентрации х2=44%. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе и отводится в канализацию.
Подогреватель П1 служит для подогрева исходного раствора до нужной температуры теплоносителем для него служит отработанный теплоноситель из второго корпуса. Для подогревателя П2 теплоносителем служит отработанный теплоноситель из первого корпуса выпарного аппарата. Образующийся конденсат отводится в канализацию.
В рассчитываемой технологической схеме используется пластинчатый подогреватель. Для конденсации используется барометрический конденсатор с давлением в конденсаторе Рк=0004 МПа. Давление греющего пара поступающего в первый корпус выпарного аппарата Ргр.п.= 014 МПа.
Производительность двухкорпусной выпарной установки по испаренной влаге составляет 700 кгч.
Рисунок 8–Технологическая схема двухкорпусной выпарной установки
2 Материальный расчет установки
производительность установки по испаренной влаге W=700 кгч = 0194 кгс.
массовая доля сухих веществ в исходном продукте хн=9 %;
массовая доля сухих веществ в сгущенном молоке после выпаривания хк=44 %.
Производительность установки по исходному продукту определяем из уравнения материального баланса:
Производительность установки по готовому продукту определяем из равенства материального баланса:
Массовый расход готового продукта:
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных примем что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
Рассчитываем концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в последнем корпусе х2 соответствует заданной ранее концентрации хк упаренного раствора.
Определим температуры кипения растворов.
Общий перепад давления в установке равен:
В первом приближении общий перепад давлений распределяем между корпусами поровну. Тогда давление греющих паров в корпусах:
Давление в барометрическом конденсаторе:
что соответствует заданному значению Рбк.
По давлению паров находим их температуры и энтальпии:
Температуры кипения растворов в корпусах аппарата принимаем с учетом депрессий (гидростатической температурной и гидродинамической).
Гидродинамическую депрессию принимаем 10 градус на корпус тогда температуры вторичного пара в корпусах равны.
По полученным температурам находим давления вторичных паров по таблицам Ривкина
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. Принимаем удельную тепловую нагрузку аппаратов q=35000 Втм2. Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи в первом корпусе равна:
Температурная депрессия по корпусам равна:
Температуры кипения растворов равны
Принимаем температуры кипения молока и температуры вторичного пара:
в первом корпусе tкип.н.=9285ºС;
во втором корпусе tкип.к.=3214ºС;
температура вторичного пара в первом корпусе tвт.п.1=917ºС;
температура вторичного пара во втором корпусе tвт.п.2=30ºС.
Начальная температура молока tн=12ºС.
Скрытая теплота парообразования воды при температуре tвт.п.1=917ºС составляет r1=22788 кДжкг и при температуре tвт.п.2=30ºС составляет r2=24302 кДжкг.
Полезная разность температур
Общая полезная разность температур равна
Полезные разности температур по корпусам равны С:
Тогда общая полезная разность температур:
Проверим общую полезную разность температур:
Определение тепловых нагрузок
где103 – коэффициент учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;
с1 – теплоемкость молока в первом корпусе кДж(кг·К);
tн – температура кипения исходного раствора при давлении в 1-ом корпусе; tн=907+10=917 С.
Решаем полученную систему уравнений относительно D 1 2 Q1 Q2:
Т.к. Отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых составляет 15 % что много меньше 3%. Можно сделать вывод о том что выбранное распределение по корпусам является правильным.
Вычисляем тепловые нагрузки:
Выбираем конструкционный материал нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности λст=175 Вт(м·К).
Примем что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке α1 равен:
гдеr1 – теплота конденсации греющего пара Джкг;
ρж λж ж – плотность теплопроводность вязкость конденсата при средней температуре пленки соответственно;
гдеΔt1 – разность температур конденсации пара и стенки.
Расчет ведем методом последовательных приближений. В первом приближении примем Δt1=20С. Тогда α1 равно:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в пленочных растворах определяем по уравнению:
гдеλ – теплопроводность кипящего раствора Вт(м·К);
где – кинетическая вязкость раствора м2с;
– критерий Re для пленки жидкости;
– линейная массовая плотность орошения кг(м·с);
– смоченный периметр м;
– вязкость кипящего раствора Па·с;
q – тепловая нагрузка которую в расчете принимаем равной
Принимаем коэффициенты с=1631; n=-0264; m=0685.
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Для второго приближения примем Δt1=30 С.
Проверим правильность второго приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Для третьего приближения примем Δt1=7183 С.
Далее рассчитаем коэффициент для второго корпуса К2. для этого найдем
Для приближения примем Δt1=439 С.
Принимаем коэффициенты с=26; n=0203; m=0322.
Проверим правильность приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Распределение полезной разности температур
Найдем полезные разности температур по корпусам:
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи аппаратов
5.3 Расчет барометрического конденсатора
Определение часового расхода охлаждающей воды.
По практическим данным принимаем что температура барометрической воды ниже температуры пара на 3°С:
Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:
гдеtн и tк – начальная и конечная температура воды tк=tбар.
удельный расход воды
Часовой расход охлаждающей воды:
Диаметр конденсатора:
Примем скорость пара отнесенную к полному сечению конденсатора wп=15 мсек тогда
По нормалям Главхиммаша барометрические конденсаторы имеют наружный диаметр 500 600 800 1000 1200 1600 и 2000 мм. Принимаем наружный диаметр конденсатора равным 2000 мм. При толщине стенки 10 мм внутренний диаметр конденсатора составит:
Длинна сегментной тарелки:
Ширина тарелки при dк=1980 мм и l=1040 мм может быть найдена из выражения :
Тепловой расчет конденсатора смешения (по методу И.И. Чернобыльского).
Принимаем к установке шесть сегментных тарелок с расстоянием между ними равным 05 м.
Количество стекающей с полок воды:
Высота слоя жидкости на тарелке:
Начальная скорость истечения воды с тарелки:
Средняя скорость истечения струи между тарелками:
гдеH – расстояние между тарелками 05 м.
Эквивалентный диаметр струи:
Используя уравнение теплового баланса струи рассчитываем изменение температуры воды при переходе ее с тарелки на тарелку:
следовательно °С (с 1-й на 2-ю тарелку).
гдеt² – температура пара град;
t1 – температура воды при поступлении на тарелку град;
t2 – температура воды уходящей с вышележащей на следующую тарелку конденсатора град.
Аналогично приведенному выше расчету
со 2-ой на 3-ю тарелку вода переходит с температурой:
с 3-й на 4-ю тарелку: °С;
с 4-й на 5-ю тарелку: °С;
с 5-й на 6-ю тарелку: °С.
Тепло воспринятое водой на каждой из тарелок кДжсек
гдеGсек – секундный расход воды: кгсек;
гдес – средняя теплоемкость воды 419 кджкг×град.
Количество сконденсированных паров: кгсек.
после 1-й тарелки кгсек
после 2-й тарелки кгсек
после 3-й тарелки кгсек
после 4-й тарелки кгсек
после 5-й тарелки кгсек.
Результаты расчетов сводим в таблицу 1.
Таблица 1 – Расчетные данные
Номер тарелки конденсатора
Конечная температура воды
Сконденсировано пара
в процентах от общего количества пара G=2222 кгсек
* - поскольку шестой участок является входным для пара и требуемый нагрев воды уже достигнут на предыдущих пяти тарелках его не рассчитываем.
** - невязка результата (22482222 кгсек) объясняется тем что с целью упрощения расчета при определении количества воды на всех тарелках принято равным Gсек=W+G чего в действительности не бывает.
Конструктивный расчет барометрического конденсатора смешения.
а) диаметр барометрической трубы
Из предыдущего расчета G+W=98×10-3 м3сек скорость стекающей воды w=0506 мсек. принимаем к установке стальную бесшовную трубу 2006 мм (ГОСТ 8734-75);
б) высота барометрической трубы. Высота водяного столба соответствующая вакууму 515 мм рт. ст. составляет:
В барометрической трубе должен быть создан некоторый напор Н2 для того чтобы преодолеть все сопротивления и сообщить воде необходимую скорость движения. Рассчитаем величину Н2. Примем ориентировочную высоту барометрической трубы Н=8 м. Определим критерий:
гдеn – кинематическая вязкость воды стекающей с нижней тарелки (полки) конденсатора смешения:
м2сек (приложение 2 [2]).
Коэффициент трения l для гладких труб в пределах Re=105108 определяется по формуле Никурадзе
Потеря напора в барометрической трубе
Коэффициент сопротивления на входе воды в трубу принят x1=05 и на выходе x2=10.
При увеличении атмосферного давления вода может залить паровой патрубок конденсатора поэтому высоту трубы принимают с запасом 0510 м. принимаем запас высоты трубы Нзап=10 м. Общая высота трубы:
в) расчет патрубков. Диаметр водяного патрубка определяем исходя из максимального расхода воды и наибольшей скорости ее равной 2 мсек. Расход воды:
Диаметр водяного патрубка
Принимаем к установке патрубок изготовленный из трубы 1084 мм (внутренний диаметр 92 мм) – ГОСТ 8734-75. Секундный расход пара проходящего через паровой патрубок
Диаметр парового патрубка находим из выражения
гдеwп – скорость пара 50 мсек.
Выбираем к установке патрубок 40211 мм (внутренний диаметр 380 мм) – ГОСТ 8732-78.
г) для отделения водяных брызг от воздуха откачиваемого суховоздушным вакуумным насосом в сухих противоточных барометрических конденсаторах смешения применяются сепараторы брызг чаще всего инерционного типа. Принцип действия их основан на том что струя воздуха несущая капли воды внезапно изменяет свое направление и капли стремящиеся в силу инерции сохранить свое первоначальное направление ударяются о стенку стекают по ней и выводятся за пределы потока воздуха.
Для большей эффективности отделения брызг изменение направления потока сопровождают внезапным уменьшением скорости воздушной струи обычно не менее чем в 10 раз.
Для нормальной работы сепаратора инерционного типа диаметр сосуда сепаратора должен превышать диаметр входной трубы в 35–4 раза а скорость входа должна быть в 10–12 раз больше скорости в сечении аппарата с которым соединен брызгоуловитель. Обычно скорость входа принимается равной 8–15 мсек.
Поверхность на которой происходит отделение брызг от воздуха должна быть достаточно большой.
Действие сепараторов исследовано еще недостаточно и методы их расчета почти совсем не разработаны. Этим и объясняется отсутствие стандартизованных размеров инерционных брызгоуловителей.
Диаметр трубопровода:
После подогревателя.
Принимаем насос Х2053 с расходом 55.10-3 м3с и высотой подъема 344м.
На основе сбора информации о технологии выпарных аппаратов об оборудовании используемом для выпаривания также о разработках барометрических конденсаторов как смешенного так и поверхностных а также произведенных расчетов данного типа барометрического конденсатора можно сделать вывод что данный тип конденсатора является наиболее перспективным и имеет более высокий коэффициент полезного действия. А также можно сделать вывод о его наибольшей пригодности в технологических процессах по выпариванию.
При выполнении данной курсовой работы были получены навыки расчета выпарных установок барометрического конденсатора смешения а также навыки при выборе вспомогательного оборудования к данным аппаратам. Были рассмотрены вопросы о конденсации и области применения данного типа оборудования. Была рассчитана технологическая схема с использованием перечисленного оборудования.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л. Химия 1981. 560 с.
Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок. М. Госэнергоиздат 1963. 319 с.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. – М.Химия 1983. 272 с.
Основы проектирования процессов и аппаратов пищевых производств. Стахеев И.В.: Минск «Высшая школа» 1972 304с.
Установки для сушки пищевых продуктов: Справочник. Гришин М.А.и др. –М: Агропромиздат 1989. – 215с.
Аналитические расчеты сушильных установок. Федоров Н.Е. –М.: «Пищевая промышленность» 1967 – 304с.
расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. Гинзбург А.С. –М.: Агропромиздат 1985. –336 с.
Министерство образования Республики Беларусь
УО «Могилевский государственный университет продовольствия»
Кафедра «Теплохладотехники»
На тему: «Рассчитать двухкорпусную выпарную установку
для сгущения молока»
ул. Солигорская д. 8 кв. 197
Пояснительная записка

расчет.doc

2 Технические описания и расчеты
1 Описание принципа работы технологической схемы
Исходный продукт – молоко с концентрацией х1=9% при помощи центробежного насоса всасывается из емкости Е и подается через подогреватель П1 в первый корпус ВА1 выпарного аппарата. Далее раствор поступает во второй корпус ВА2 выпарной установки который работает на вторичном паре поступающим из первого корпуса выпарной установки. Где греющим паром выпаривается до концентрации х2=44%. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе и отводится в канализацию.
Подогреватель П1 служит для подогрева исходного раствора до нужной температуры теплоносителем для него служит отработанный теплоноситель из первого корпуса. Образующийся конденсат отводится в канализацию.
В рассчитываемой технологической схеме используется пластинчатый подогреватель. Для конденсации используется барометрический конденсатор с давлением в конденсаторе Рк=0004 МПа. Давление греющего пара поступающего в первый корпус выпарного аппарата Ргр.п.= 014 МПа.
Производительность двухкорпусной выпарной установки по испаренной влаге составляет 700 кгч.
Рисунок 1–Технологическая схема двухкорпусной выпарной установки
2 Материальный расчет установки
производительность установки по испаренной влаге W=700 кгч = 0194 кгс.
массовая доля сухих веществ в исходном продукте хн=9 %;
массовая доля сухих веществ в сгущенном молоке после выпаривания хк=44 %.
Производительность установки по исходному продукту определяем из уравнения материального баланса:
Производительность установки по готовому продукту определяем из равенства материального баланса:
Массовый расход готового продукта:
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных примем что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
Рассчитываем концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в последнем корпусе х2 соответствует заданной ранее концентрации хк упаренного раствора.
4 Тепловой расчет аппарата
Определим температуры кипения растворов.
Общий перепад давления в установке равен:
В первом приближении общий перепад давлений распределяем между корпусами поровну. Тогда давление греющих паров в корпусах:
Давление в барометрическом конденсаторе:
что соответствует заданному значению Рбк.
По давлению паров находим их температуры и энтальпии:
Температуры кипения растворов в корпусах аппарата принимаем с учетом депрессий (гидростатической температурной и гидродинамической).
Гидродинамическую депрессию принимаем 10 градус на корпус тогда температуры вторичного пара в корпусах равны.
По полученным температурам находим давления вторичных паров по таблицам Ривкина
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. Принимаем удельную тепловую нагрузку аппаратов q=35000 Втм2. Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи в первом корпусе равна:
Температурная депрессия по корпусам равна:
Температуры кипения растворов равны
Принимаем температуры кипения молока и температуры вторичного пара:
в первом корпусе tкип.н.=9285ºС;
во втором корпусе tкип.к.=3214ºС;
температура вторичного пара в первом корпусе tвт.п.1=917ºС;
температура вторичного пара во втором корпусе tвт.п.2=30ºС.
Начальная температура молока tн=12ºС.
Скрытая теплота парообразования воды при температуре tвт.п.1=917ºС составляет r1=22788 кДжкг и при температуре tвт.п.2=30ºС составляет r2=24302 кДжкг.
Полезная разность температур
Общая полезная разность температур равна
Полезные разности температур по корпусам равны С:
Тогда общая полезная разность температур:
Проверим общую полезную разность температур:
Определение тепловых нагрузок
где103 – коэффициент учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;
с1 – теплоемкость молока в первом корпусе кДж(кг·К);
tн – температура кипения исходного раствора при давлении в 1-ом корпусе; tн=907+10=917 С.
Решаем полученную систему уравнений относительно D 1 2 Q1 Q2:
Т.к. Отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых составляет 15 % что много меньше 3%. Можно сделать вывод о том что выбранное распределение по корпусам является правильным.
Вычисляем тепловые нагрузки:
Выбираем конструкционный материал нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности λст=175 Вт(м·К).
Примем что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке α1 равен:
гдеr1 – теплота конденсации греющего пара Джкг;
ρж λж ж – плотность теплопроводность вязкость конденсата при средней температуре пленки соответственно;
гдеΔt1 – разность температур конденсации пара и стенки.
Расчет ведем методом последовательных приближений. В первом приближении примем Δt1=20С. Тогда α1 равно:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в пленочных растворах определяем по уравнению:
гдеλ – теплопроводность кипящего раствора Вт(м·К);
где – кинетическая вязкость раствора м2с;
– критерий Re для пленки жидкости;
– линейная массовая плотность орошения кг(м·с);
– смоченный периметр м;
– вязкость кипящего раствора Па·с;
q – тепловая нагрузка которую в расчете принимаем равной
Принимаем коэффициенты с=1631; n=-0264; m=0685.
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Для второго приближения примем Δt1=30 С.
Проверим правильность второго приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Для третьего приближения примем Δt1=7183 С.
Далее рассчитаем коэффициент для второго корпуса К2. для этого найдем
Для приближения примем Δt1=439 С.
Принимаем коэффициенты с=26; n=0203; m=0322.
Проверим правильность приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Распределение полезной разности температур
Найдем полезные разности температур по корпусам:
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи аппаратов
5.3 Расчет барометрического конденсатора
Определение часового расхода охлаждающей воды.
По практическим данным принимаем что температура барометрической воды ниже температуры пара на 3°С:
Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:
гдеtн и tк – начальная и конечная температура воды tк=tбар.
удельный расход воды
Часовой расход охлаждающей воды:
Диаметр конденсатора:
Примем скорость пара отнесенную к полному сечению конденсатора wп=15 мсек тогда
По нормалям Главхиммаша барометрические конденсаторы имеют наружный диаметр 500 600 800 1000 1200 1600 и 2000 мм. Принимаем наружный диаметр конденсатора равным 2000 мм. При толщине стенки 10 мм внутренний диаметр конденсатора составит:
Длинна сегментной тарелки:
Ширина тарелки при dк=1980 мм и l=1040 мм может быть найдена из выражения :
Тепловой расчет конденсатора смешения (по методу И.И. Чернобыльского).
Принимаем к установке шесть сегментных тарелок с расстоянием между ними равным 05 м.
Количество стекающей с полок воды:
Высота слоя жидкости на тарелке:
Начальная скорость истечения воды с тарелки:
Средняя скорость истечения струи между тарелками:
гдеH – расстояние между тарелками 05 м.
Эквивалентный диаметр струи:
Используя уравнение теплового баланса струи рассчитываем изменение температуры воды при переходе ее с тарелки на тарелку:
следовательно °С (с 1-й на 2-ю тарелку).
гдеt² – температура пара град;
t1 – температура воды при поступлении на тарелку град;
t2 – температура воды уходящей с вышележащей на следующую тарелку конденсатора град.
Аналогично приведенному выше расчету
со 2-ой на 3-ю тарелку вода переходит с температурой:
с 3-й на 4-ю тарелку: °С;
с 4-й на 5-ю тарелку: °С;
с 5-й на 6-ю тарелку: °С.
Тепло воспринятое водой на каждой из тарелок кДжсек
гдеGсек – секундный расход воды: кгсек;
гдес – средняя теплоемкость воды 419 кджкг×град.
Количество сконденсированных паров: кгсек.
после 1-й тарелки кгсек
после 2-й тарелки кгсек
после 3-й тарелки кгсек
после 4-й тарелки кгсек
после 5-й тарелки кгсек.
Результаты расчетов сводим в таблицу 1.
Таблица 1 – Расчетные данные
Номер тарелки конденсатора
Конечная температура воды
Сконденсировано пара
в процентах от общего количества пара G=2222 кгсек
* - поскольку шестой участок является входным для пара и требуемый нагрев воды уже достигнут на предыдущих пяти тарелках его не рассчитываем.
** - невязка результата (22482222 кгсек) объясняется тем что с целью упрощения расчета при определении количества воды на всех тарелках принято равным Gсек=W+G чего в действительности не бывает.
Конструктивный расчет барометрического конденсатора смешения.
а) диаметр барометрической трубы
Из предыдущего расчета G+W=98×10-3 м3сек скорость стекающей воды w=0506 мсек. принимаем к установке стальную бесшовную трубу 2006 мм (ГОСТ 8734-75);
б) высота барометрической трубы. Высота водяного столба соответствующая вакууму 515 мм рт. ст. составляет:
В барометрической трубе должен быть создан некоторый напор Н2 для того чтобы преодолеть все сопротивления и сообщить воде необходимую скорость движения. Рассчитаем величину Н2. Примем ориентировочную высоту барометрической трубы Н=8 м. Определим критерий:
гдеn – кинематическая вязкость воды стекающей с нижней тарелки (полки) конденсатора смешения:
м2сек (приложение 2 [2]).
Коэффициент трения l для гладких труб в пределах Re=105108 определяется по формуле Никурадзе
Потеря напора в барометрической трубе
Коэффициент сопротивления на входе воды в трубу принят x1=05 и на выходе x2=10.
При увеличении атмосферного давления вода может залить паровой патрубок конденсатора поэтому высоту трубы принимают с запасом 0510 м. принимаем запас высоты трубы Нзап=10 м. Общая высота трубы:
в) расчет патрубков. Диаметр водяного патрубка определяем исходя из максимального расхода воды и наибольшей скорости ее равной 2 мсек. Расход воды:
Диаметр водяного патрубка
Принимаем к установке патрубок изготовленный из трубы 1084 мм (внутренний диаметр 92 мм) – ГОСТ 8734-75. Секундный расход пара проходящего через паровой патрубок
Диаметр парового патрубка находим из выражения
гдеwп – скорость пара 50 мсек.
Выбираем к установке патрубок 40211 мм (внутренний диаметр 380 мм) – ГОСТ 8732-78.
г) для отделения водяных брызг от воздуха откачиваемого суховоздушным вакуумным насосом в сухих противоточных барометрических конденсаторах смешения применяются сепараторы брызг чаще всего инерционного типа. Принцип действия их основан на том что струя воздуха несущая капли воды внезапно изменяет свое направление и капли стремящиеся в силу инерции сохранить свое первоначальное направление ударяются о стенку стекают по ней и выводятся за пределы потока воздуха.
Для большей эффективности отделения брызг изменение направления потока сопровождают внезапным уменьшением скорости воздушной струи обычно не менее чем в 10 раз.
Для нормальной работы сепаратора инерционного типа диаметр сосуда сепаратора должен превышать диаметр входной трубы в 35–4 раза а скорость входа должна быть в 10–12 раз больше скорости в сечении аппарата с которым соединен брызгоуловитель. Обычно скорость входа принимается равной 8–15 мсек.
Поверхность на которой происходит отделение брызг от воздуха должна быть достаточно большой.
Действие сепараторов исследовано еще недостаточно и методы их расчета почти совсем не разработаны. Этим и объясняется отсутствие стандартизованных размеров инерционных брызгоуловителей.
6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования
Диаметр трубопровода:
После подогревателя.
Принимаем насос Х2053 с расходом 55.10-3 м3с и высотой подъема 344м.