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

Посмотреть архив целиком

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ




КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ







ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


к курсовому проекту по процессам и аппаратам





Проектировал студент ____231группы____________________


_______________Громцев Павел Сергеевич_________


_________________17 апреля 2003 года_________________




Руководитель проекта


_______________Жариков Алексей Николаевич _______________


«___» ________________________________________________








П

Санкт-Петербург

2002

Санкт-Петербург

2002

роект защищен с оценкой: _____________________________

ВВЕДЕНИЕ.


ВЫПАРИВАНИЕ – это процесс концентрирования растворов нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров.


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


Принцип действия.

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

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса.

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

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.

Задание на проектирование


Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрирования Gн=4,2 кг/с цельного молока от начальной концентрации Xн=11% до конечной

Xк=53% при следующих условиях:

  • обогрев производится насыщенным водяным паром давлением;Pг1=107,8кПА

  1. давление в барометрическом конденсаторе;Pбк=18,2 кПА

  2. выпарной аппарат – тип 3, исполнение 1 (с наружной циркуляционной трубой);

  3. взаимное направление пара и раствора – прямоток;

1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов


Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:F=Q/(K*Vtn)

Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи K и полезных разностей температур Vtn необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.


Первое приближение.

Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:W=Gн*(1-Xн/Xк)=4,2*(1-11/53)=3,33 кг/с


    1. Концентрации упариваемого раствора


Принимаем, на основании практических данных:

w1:w2=1,0; 1,1.

Тогда: w1=1,0*W/(1,0+1,1)=1,58 кг/с.

w2=1,1*W/(1,0+1,1)=1,74 кг/с.

Концентрации растворов в корпусах:

X1=Gн*Xн/(Gн-w1)=4,2*0,11/(4,2-1,58)=0,176=17,6%

Xк=X2= Gн*Xн/(Gн-w1-w2)=4,2*0,11/(4,2-1,58-1,74)=0,53=53%

    1. Температуры кипения растворов


Общий перепад давлений в установке:

VPоб=Pг1-Pбк=107,8-18,2=89,6 кПа.

Давление греющих паров в корпусах:

Pг1=107,8 кПа.

Pг2= Pг1- Vpоб/2=107,8-89,6/2=63кПа.

Pбк= Pг2- Vpоб/2=63-89,6/2=18,2кПа.

По давления паров находим их температуры и энтальпии:

Р, кПа

t, оС

I, кДж/кг

Pг1=107,8

tг1=102

Iг1=2679,5

Pг2=63

tг2=87

Iг2=2654,3

Pбк=18,2

tбк=58

Iбк=2605,4





Температура кипения молока в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь {V от температурной (V'), гидростатической (V'') и гидродинамической (V''') депрессий ({V=V'+V''+V''').

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус.


Примем V'''=1, тогда температуры вторичных паров:

tвп1= tг2+ V'''=87+1=88 оС

tвп2= tбк+ V'''=58+1=59 оС

Сумма гидродинамических депрессий:

{ V'''= V''' + V'''=1+1=2

По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования:

Pвп1=65кПа; Pвп2=19,05кПа; r1=2287,6 Дж/кг; r2=2360,1 Дж/кг


Поверхность теплоотдачи 1-го корпуса (ориентировочно):

Fор1=Q/q=w1*r1/q=1,58*2287,6*10^3/40000=90,36 м^2. q=40000 Вт/м^2.

Fор2=Q/q=w2*r2/q=1,74*2360,1*10^3/40000=102,66 м^2

Примем высоту кипятильных труб Н = 4 м.

Определяем плотность молока при температуре 15 оС:

a1=Xн+X1=(11+17,6)/2=14,3%; a2=X1+X2=(17,6+53)/2=35,3%

=10*[1,42*a1+(100-a1)]=10[1,42*14,3+(100-14,3)]=1060,0 кг/м^3

[1,42*a2+(100-a2)]=10[1,42*35,3+(100-35,3)]=1148,3 кг/м^3

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов:

P1ср= Pвп1+g*H*(1-)=65+1060*9,8*4(1-0,5)=85,77 кПа.

P2ср= Pвп2+g*H*(1-)=19,05+1148,3*9,8*4(1-0,5)=41,55 кПа.


По давления паров находим их температуры кипения:

Р., кПа

t, оС

r, Дж/кг

P1ср=85,77

t1ср=94

rвп1=2272

P2ср=41,55

t2ср=73

rвп2=2325




Определим гидростатическую депрессию по корпусам:

V''1= t1ср-tвп1=94-88=6 оС

V''2= t2ср-tвп2=73-59=14 оС

Сумма гидростатических депрессий:

{ V''=20 оС

Температурную депрессию определим по формуле:

V'=0,38*exp*(0,05+0,045*a);

Получаем

V'=0,38*exp*(0,05+0,045*14,3)=0,76

V'=0,38*exp*(0,05+0,045*35,3)=1,96

Сумма температурных депрессий:

{V'=2,72

Температуры кипения растворов в корпусах:

tк1=tг2+V'1+V''1+ V'''=88+0,76+6+1=96 оС

tк2=tбк+V'2+V''2+ V'''=59+1,96+14+1=76 оС


    1. Полезная разность температур

Vtп1=tг1-tк1=102-96=6 оС

Vtп2=tг2-tк2=88-76=12 оС

Общая полезная разность температур

{Vtп1=18 оС

Проверяем общую полезную разность температур:

{Vtп1=tг1-tбк-({V'+{V''+{V''')=102-58-(2,72+20+2)=19,28 оС


    1. Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в 1-ый корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

Q1=m*c*(tк1-tпр)+w1*r1; tк=tг1- (2-3 оС);

Q1=D1*(Iгр1-cк*tк);


m*c*(tк1-tпр)+w1*r1= D*(Iгр1-cк*tк); 4,2*4000*(96-76)+1,58*2287,6=D*(2679-4180*100);


D1=(4,2*4*(96-76)+1,58*2287,6)/ (2679-4,18*100)=1,75кг/с



Q2=D2*(Iвп1-cк*tк); tк=tвп1- (2-3 оС);

Q2=w2*rвп1-mпр*cпр (tк1-tк2)/r (при tк2);


D2= (w2*rвп2-mпр*cпр (tк1-tк2)/r (при tк2))/ (Iвп1-cк*tк)=

=(1,74*2360,1-2,45*4(96-76))/(2317,8-4*86)=1,98 кг/с





2. Расчет барометрического конденсатора


Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды. Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.


2.1 Расход охлаждающей воды

Расход определяем из теплового баланса конденсатора:


Случайные файлы

Файл
103870.rtf
178457.rtf
28005.rtf
77194-1.rtf
129526.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.