Информационных Технологий, Механики и Оптики

Национальный Исследовательский Университет

Информационных Технологий, Механики и Оптики

(Институт Холода и Биотехнологий)

 

КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

 

Курсовой проект

по процессам и аппаратам на тему:

Расчет трехкорпусной вакуум-выпарной установки непрерывного действия

 

ПРОЕКТИРОВАЛ СТУДЕНТ ГРУППЫ 3ТМО

Волынец Максим

 

РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА

Гуляева Юлия Николаевна

 

 

ПРОЕКТ ЗАЩИЩЕН ОЦЕНКОЙ

 

Оглавление

1.Задание на проектирование……………………………………………………………..2

2.Введение………………………………………………………………………………….3

3.Принципиальная схема установки……………………………………………………...4

4.Основные условные обозначения………………………………………………………6

5.Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов………………….…7

1.Концентрация упариваемого раствора……………………………………………….7

2.Температуры кипения растворов……………………………………………………..7

3.Определение тепловых нагрузок…………………………………………………….10

4.Расчет коэффициентов теплопередачи…………………………………………...…11

5.Распределение полезной разности температур…………………………………......11

6.Расчет барометрического конденсатора. 11

1.Расход охлаждающей воды…………………………………………………………..11

2.Диаметр конденсатора……………………………………………………………..…11

3.Высота барометрической трубы…………………………………………………......12

7.Расчет производительности вакуум-насоса…………………………………………...12

8.Расчет предварительного теплообменника……………………………………..……..13

9.Средства автоматизированного контроля .. 14

10.Заключение .. 15

Список литературы ……….. 16

Задание на проектирование.

 

Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрирования водного раствора про­дукта от начальной концентрации х_н до конечной х_к при следующих условиях:

 

1. обогрев производится насыщенным водяным паром давле­нием Р_г;

2. давление в барометрическом конденсаторе Р_6к;

3. взаимное направление пара и раствора - прямоток;

4. отбор экстрапара не производится.

 

Исходные данные:

Pг.п.	Рб.к.	Число корпусов	Тип/ исполнение	Gн	Xн	Xк	tо.в.	tн.п.	tк
кПа	кПа	-	-	кг/с	%	%	ºС	ºС	ºС
111.5	17.17		1 / 3	1.2

 

 

Введение

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

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

 

Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки показана на рис. 1. Исходный разбавленный раствор из промежуточ­ной емкости E1 центробежным насосом Н1 подается в теплообменник Т (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем - в первый корпус АВ1 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном ап­парате АВ1.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторич­ный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус АВ2. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпусаАВ1.

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 КБ (где заданное давление поддерживается подачей охлаждаю­щей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом НВ). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором.

В выпарных аппаратах типа 1 исполнения 3 производят упаривание растворов, выделяющих незначительный осадок, который удаляется механическим способом.

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков КО 1-3.

 

Концентрации упариваемого раствора

 

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

W1:w2 =1.0

 

 

Тогда

 

w₁ = 1.0W/2.1= 0.43 кг/с

w₂ = 1.1W/2.1 = 0.47 кг/с

 

 

Далее рассчитывается концентрация раствора в корпусах:

 

x₁ = G_нx_н/G_н – w₁ = 19.2/(1.2 – 0.43) = 25 %

x₂ = G_нx_н/G_н – w₁ – w₂ = 64.3 %

 

 

Концентрация раствора в последнем корпусе х₃ соответствует заданной концентрации упаренного раствора x _к.

 

Расчет коэффициентов теплопередачи

 

Коэффициенты теплопередачи в корпусах выпарной установки можно рассчитать по следующей эмпирической зависимости:

 

K_1,2,3 = 2500/e^{0.023 + 0.024x}

K₁ = 2500/ e^{0.023 + 0.024*20.48} = 1497 Вт/м² °С

K₂ = 2500/ e^{0.023 + 0.024*44.97} = 836.1 Вт/м² °С

 

Распределение полезной разности температур

 

Общая полезная разность температур установки:

 

Σ∆t_п = ∆t_п1 + ∆t_п2 = 3.67+16.57 = 20.24

 

∆t_п1= 98-94.33=3.67

∆t_п2= 88-71.43=16.57

Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных ап­паратов по формуле:

 

F = Q/K∆t_п

F₁ = 973.85*10³/1497*6.76 = 96.23 м²

F₂ = 1083*10³/836.1*13.48 = 96.09 м²

∆t_п1= 6.76

∆t_п2=13.48

 

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 (около 20°С). 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 (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и баро­метрической трубы, производительность вакуум-насоса.

 

Расход охлаждающей воды

 

Расход охлаждающей воды G_B определяют из теплового балан­са конденсатора:

 

G_в = w₂(I_бк – с_вt_к)/с_в(t_к – t_н) = 0.4738*(2603 – 4.2*71.43)/4.2*(71.43– 20) = 5.05 кг/c

 

где I_бк - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; t_H - начальная температура охлаждающей воды, °С; t_к - 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 t_K на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже темпера­туры конденсации паров.

 

Диаметр конденсатора

 

Диаметр барометрического конденсатора d_6к определяют из уравнения расхода

d_бк = √4w₂/pπv = √4*0.4783/0.1141*3.14*20 = 0.52 м

где - плотность паров, кг/м³; v - скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па ско­рость паров v = 15-25 м/с.

Выбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк = 600 мм.

 

Заключение

Проведен расчет и подбор двухкорпусной выпарной установки, состоящий из:

1. Двух выпарных аппаратов с естественной циркуляцией и тепловой нагрузкой 973.85; 1083кВт, с номинальной поверхностью теплообмена 100м² и удельным расходом греющего пара 0.478кг/с;

2. Барометрического конденсатора с расходом охлаждающей воды 5.05 кг/с и высотой трубы 10.22 м;

3. Вакуум-насоса ВВН-3 с объемной производительностью 3 м³/мин;

Установка позволяет концентрировать водный раствор продукта от начальной концентрации 16% до конечной концентрации 65%.

 

Список литературы:

1. Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Ос­новные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. - 496 с.

2. С.М. Гребенюк, Н.С. Михеева, Ю.П. Грачев и др. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств. - М.: Агропромиздат, 1987. - 304 с.

3. Федоров К.М. Процессы и аппараты пищевых производств: Методические указания по курсовому проектированию для студентов всех специальностей всех форм обучения. Часть 2. – СПб.: СПБГУНиПТ, 2008 г. – 38 с.

 

 

Национальный Исследовательский Университет

Информационных Технологий, Механики и Оптики

(Институт Холода и Биотехнологий)

 

КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

 

Курсовой проект

по процессам и аппаратам на тему: