Расчет вакуумно-выпарной установки (стр. 1 из 6)
Введение
При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.
Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим или первичным.
Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин. Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным. Тёпло необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления, связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах, а именно к таким продуктам относятся чаще всего продукты микробиологической промышленности. Кроме того, при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях). В случае одинаковой полезной разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких paбочих параметров (температура и давление).
Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы.
В данной работе рассматривается процесс выпаривания дрожжевой суспензии. Концентрирование дрожжевой суспензии методом упаривания имеет свои особенности, связанные со свойствами дрожжевой суспензии. Поскольку БВК являются кормовыми добавками, то с целью сохранения питательных свойств БВК упаривание должно производиться при температурах, не превышающих 90 – 95 оС. Следовательно, давление в корпусах многокорпусной выпарной установки должно быть ниже атмосферного. С другой стороны, дрожжевая суспензия склонна к пригоранию и пенообразованию при кипении, поэтому схема выпарки должна быть прямоточной и с числом корпусов не более трёх, а применяемые аппараты – с принудительной циркуляцией выпариваемого раствора, вынесенной зоной нагрева и испарения.
В данной курсовой работе рассчитывается двухкорпусной прямоточная вакуум-выпарная установка (ВВУ) с вынесенной зоной нагрева и испарения и принудительной циркуляцией раствора в выпарных аппаратах для концентрирования дрожжевой суспензии от 12,4 до 21% АСВ.
1 Расчёт материального баланса выпарной установки
Общее количество выпариваемой воды
определяется из материального баланса по общему расходу продуктов 
(1)и материального баланса по сухому веществу
(2) 
кг/с.Решая совместно уравнения (1) и (2) получим
кг/с.Из опытных данных [8] примем
, тогда 
кг/с –количество воды, выпаренной на 1-й ступени
кг/с, –количество воды, выпаренной на второй ступени.
2 Тепловой расчёт вакуум-выпарной установки
2.1 Уравнение теплового баланса ВВУ
Рисунок 1 - Схема потоков тепла в ВВУ
Уравнение теплового баланса для первого корпуса:
, (3)для второго корпуса:
, (4)Суммируя уравнения (3) и (4) получаем уравнение теплового баланса двухкорпусной выпарной установки:
(4*)где D – расход греющего пара, кг/с;
G – расход суспензии, кг/с;
W – количество выпаренной воды, кг/с;
Е – количество отбираемого экстра-пара, кг/с;
с – теплоёмкость дрожжевой суспензии, кДж/(кг*с);
- теплосодержание первичного пара, кДж/кг;i – теплосодержание вторичного пара, кДж/кг;
- теплосодержание конденсата, кДж/кг.2.2 Расчёт температурных потерь и температур кипения по корпусам
Различают следующие температурные потери: температурная депрессия
, потери от гидравлических сопротивлений 
и потери от гидростатического эффекта 
.Величина повышения температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя при том же давлении называется температурной депрессией. В нашем случае добавки солей в ферментёры производятся согласно балансовым количествам и затрачиваются, в основном, на обеспечение жизнедеятельности микроорганизмов. Поэтому в суспензии, поступающей на выпарку, концентрация солей крайне мала и
практически равна нулю.Температурные потери от гидравлических сопротивлений возникают при движении вторичных паров на участке сепаратор первого корпуса – греющая камера второго корпуса и сепаратор второго корпуса – барометрический конденсатор. Они вызваны падением давления пара из-за гидравлического сопротивления паропровода. Чаще всего
принимают без расчёта в интервале 0,5 – 1,5 оС (примем =0,5 оС).Температурные потери от гидростатического эффекта объясняются изменением давления по высоте кипятильных труб.
Для расчёта
сначала принимаются температуры конденсации вторичных паров 
по корпусам. Для первого корпуса выбираем 
= 90 оС (исходя из особенностей выпаривания дрожжевой суспензии) и для второго корпуса 
определяется по паровым таблицам [8, с. 548 – 550] в зависимости от рВ. Для рВ = 0,23 атм определяем = 63,5 оС. Затем по этим температурам, с учётом гидравлических депрессий, рассчитываем температуры кипения суспензии в сепараторах: 
оС, (5) 
оС. (6)По значениям t1 и t2 определяются давления в сепараторах р1 и р2 по паровым таблицам :
атм = 
Па, 
атм = 
Па.Поскольку температура кипения суспензии в выпарных аппаратах переменна по высоте труб, то среднюю температуру кипения обычно определяют на середине высоты греющих труб с учётом гидростатического давления. Для этого рассчитывают давление в среднем слое выпариваемой суспензии, например, для первого корпуса:
, Па (7)где
- плотность суспензии при температуре t1 (определяется графическипри концентрации х1), кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
Н – высота от верхнего уровня жидкости в сепараторе до середины
греющих труб, м (по [1] определяем Н = 5,5 м).