Описание технологической схемы и устройства трехкорпусной выпарной установки, принцип действия и назначение аппарата. Определение количества выпаренной воды и расхода греющего пара. Расчет поверхности теплообмена и температурный режим работы аппарата.
Аннотация к работе
Теплоту для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, однако чаще всего в качестве греющего теплоносителя при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим (первичным) паром. Например, в консервной и кондитерской промышленности процесс выпаривания используют для получения концентрированных фруктовых и ягодных соков, паст, повидла, джема, начинки для карамели и других продуктов; в молочной промышленности - для сгущения молока, сыворотки, сливок; в свеклосахарной промышленности - для уваривания сахарного сока на сироп; в крахмало-паточной промышленности - для выпаривания кукурузного экстракта, паточных и глюкозных соков и сиропов; в масло-жировой промышленности - для удаления экстракционного бензина из мисцелл, и, наконец, выпаривание используется в спиртовой промышленности для упаривания барды.В целях экономии греющего пара при концентрировании пищевых продуктов широкое распространение в промышленности получили многокорпусные выпарные установки, состоящие из двух-четырех выпарных аппаратов (корпусов).Предварительно нагретый в подогревателе 4 до температуры кипения исходный раствор, поступает в выпарной аппарат 1, который обогревается свежим греющим паром из котельной. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. Аналогично выпарной аппарат 3 обогревается вторичным паром второго корпуса и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса. Самопроизвольный переток раствора из корпуса в корпус происходит благодаря общему перепаду давления, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 5, где заданный вакуум поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом.Кроме того, производят расчет тепловой изоляции и конструктивный расчет аппарата, в результате которого определяют число теплообменных труб, размеры греющей камеры и сепаратора, а также размеры патрубков для подачи исходной смеси, греющего пара и отвода упаренного раствора, вторичного пара и конденсата.Количество выпаренной воды W,кг/с, определяют из уравнений материального баланса: где Gн - расход исходного раствора, кг/с.Для проведения последующих расчетов необходимо определить температуру греющего пара, вторичного пара и температуру кипения раствора. Температуру кипения раствора в среднем слое определяю с учетом температурных депрессий Физико-химическая депрессия определяется по формуле Тищенко: , - нормальная депресия, ; определяется при атмосферном давлении в зависимости от Вк = 17 % ./1/ Гидростатическая температурная депрессия определяется как разность температур кипения раствора в среднем слое и на поверхности температура кипения, соответствующая давлению , бар, в среднем слое жидкости, которое складывается из давления вторичного пара P1 на середине высоты трубы: =P1 бар где p-плотность раствора, кг/м3; определяют по концентрации Вк /1/.Для определения расхода греющего пара D,кг/с, составляют тепловой баланс выпарного аппарата В этом уравнении в числителе первое слагаемое представляет собой теплоту, которую необходимо затратить, чтобы нагреть исходный раствор от температуры тн до температуры кипения t1; второе слагаемое-теплота, затрачиваемая непосредственно на процесс выпаривания и, наконец, третье - тепловые потери в окружающую среду, величину которых принимают равной 5% от теплоты, затрачиваемой на выпаривание.При проектировании выпарного аппарата поверхность теплообмена греющей камеры F, м2, определяют из основного кинетического уравнения теплопередачи где Q-тепловая нагрузка греющей камеры, Вт; Тепловую нагрузку Q ,Вт, греющей камеры рассчитываю по уравнению Q=W*(iw’’-свт1)=0,931 (2645000-361277,4)=2126145,7 Вт где значение энтальпий вторичного пара iw’’ , Дж/кг, и удельной теплоемкости воды св, Дж/КГК) ,определены ранее в пункте 2.2. Движущую силу процесса выпаривания , ,определяют как разность температур греющего пара и кипения раствора в среднем слое Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2К) рассчитываю по уравнению аддитивности термических сопротивлений где-коэффициент теплопередачи от греющего пара к поверхности кипятильных труб, Вт/(м2К);Этот этап выполнения включает определение числа кипятильных труб, их размещение на трубной решетке, расчет парового пространства и определение диаметров штуцеров. Число кипятильных труб греющей камеры определяют из уравнения где F-поверхность теплообмена греющей камеры, м2; Диаметр греющей камеры Dk, м, выпарных аппаратов центральной циркуляционной трубой рассчитывают по уравнению Размеры сепаратора выпарного аппарата определяют из условий возможно полного определения вторичного пара от капель выпариваемого раствора.