Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок (стр. 2 из 3)
Где ξ-коэффициент сопротивления, ρЖ и ρП-плотность жидкости и пара соответственно, кг/м3dк- диаметр капли, м.
dк=0,0006 м [1]
ρЖ=1009,15 кг/м3 [6]
ρП= 0,1283 кг/м3, при р= 0,02МПа [2]
ξ=18,5/Re0.6 =18.5/1551.50.6=0.225 (23)
4.6 Скорость пара в паровом пространстве:
(24)Где DC=1 -диаметр сепаратора,м
ωП=0,3336/(0,1283*0,785*12)= 3,312 м/с
4.7 Высота парового пространства:
H=4VC/(π*D2C)=4*1.81/3.14*12=2.31 м (25)
4.8 Скорость выхода пара из кипятильных труб
ωтр=W/ ρП*f
где f-суммарная площадь сечения кипятильных труб, м2
4.9 Толщина трубной решетки:
(26)Где dпар=42 –наружный диаметр трубки, мм
4.10 Выбор способа размещения отверстий в трубной решетке
Трубная решетка представляет собой диск, в котором высверлены отверстия под трубки, и служит для разделения трубного и межтрубного пространств. Для диаметра труб 38 мм соответствует шаг t= 48 мм. Выбираем размещение отверстий по вершинам равностороннего треугольника с шагом 48 мм.
5. асчет вспомогательного оборудования
5.1 Расчет барометрического конденсатора
Расход охлаждающей воды Gв, кг/с:
Gв=W*(in-cвtконд/св*(t2-t1)), (27)
Где in=iвп= 2607кДж/кг-энтальпия вторичного пара [2], св=4,19кДж/кг*К-удельная теплоемкость вторичного пара [2], t1=12°С-начальная температура охлаждающей воды, tконд=59,7°С-температура конденсата, t2= tконд-5-конечная температура охлаждающей воды.
Gв=0,3336*(2607-4,19*59,7)*103/[4,19*(59,7-5-12)]=4,43 кг/с
Рассчитаем диаметр конденсатора Dбк:
(28)Где ωn =15 м/с- скорость движения пара в конденсаторе [4], ρп=0,1283 кг/м3- плотность пара.
5.2 Расчет размеров барометрической трубы
Диаметр барометрической трубы dбт:
(29)Где ρ= 985,4 кг/м3 при t2= 54,7°С [2, таб 37], ω = 0,6м/с- скорость воды в трубе [1, стр 132]
Высота барометрической трубы Нбт, м:
(33)Где В- вакуум в барометрическом конденсаторе, Па,
(34)Где РАТМ=1,013*105 Па, РБК= 0,2*105 Па
В=(1,013-0,2)*105= 0,813*105 Па
Σξ- сумма местных сопротивлений на входе и выходе из трубы
Σξ= ξвх +ξвых (35)
Где ξвх= 0,5, ξвых=1
Σξ=1+0,5=1,5
λ- теплопроводность, Вт/м*К.
Для определения теплопроводности рассчитаем критерий Рейнольдса исходя из данных: ω= 0,6 м/с; d=0,1 м; ρ= 985,4 кг/м3; μ=511,87*10-6 Па*с [2, таб 37]:
Re=ωdρ/μ=0.6*0.1*985.4/511,87*10-6=115506 (36)
По полученному значению критерия из справочного материала принимаем λ= 0,029 Вт/м*К
5.3 Определение диаметров штуцеров
Примем следующие значения скоростей движения потоков [1, стр 26]:
· скорость движения греющего пара ωгп=20 м/с;
· скорость конденсата ωк=0,5 м/с;
· скорость вторичного пара ωВП= 50 м/с;
· скорость поступающего раствора ωР1= 2 м/с;
· скорость упаренного раствора ωР2= 0,6 м/с.
Найдем значения соответствующих плотностей:
· греющего пара при Р= 0,2 МПа ρгп=1,107 кг/м3 [2, таб 37];
· конденсата при t=59,7°С ρконд=983 кг/м3 [2, таб 37];
· вторичного пара ρвп=0,1283 кг/м3 [2, таб 57];
· поступающего раствора при t=63,726°С ρр1=1009,3 кг/м3 ;
· упаренного раствора ρвп=1082 кг/м3 [6, таб 7.1].
Расходы потоков принимаем из материальных и тепловых расчетов:
· греющего пара Gгп=0,732 кг/с;
· вторичного пара Gвп=0,5 кг/с;
· входящего раствора Gн=0,556 кг/с;
· упаренного раствора Gк=0,2224 кг/с;
· конденсата Gконд=0,224 кг/с.
Диаметры штуцеров определяем по формулам:
(37)Вход греющего пара:
Вход раствора:
Выход раствора:
Выход вторичного пара:
Выход конденсата:
Принимаем штуцера стандартных значений [4]:
· вход греющего пара d=0.159 м;
· вход раствора d=0.025 м;
· выход раствора d=0.025 м;
· выход вторичного пара d=0.108 м;
· выход конденсата d=0.038 м.
5.4 Выбор фланцев
Фланцевые соединения являются прочноплотными разъемными соединениями. С их помощью к аппарату присоединяются все возможные днища, крышки и трубы. Фланцы различают по способу соединения с трубой и конструкции, по внешней форме и по форме приварочной поверхности.
Выбираем фланцы к штуцерам по условному проходу и условному давлению по ГОСТ 1235-54 цельные тип 2 [3, таб 20.10].
· Штуцер входа греющего пара- фланец с наружным диаметром
D= 260 мм;
· штуцера входа и выхода раствора - фланец с наружным диаметром
D= 150 мм;
· штуцер выхода вторичного пара- фланец с наружным диаметром
D= 205 мм;
· штуцер выхода конденсата- фланец с наружным диаметром
D= 70 мм.
5.5 Расчет вакуум-насоса
Количество отсасываемого воздуха вакуум-насосом из барометрического конденсатора:
(38)Производительность V, м3/с:
(39)Где
Твоз= 273+t1+4+0.1(t2-t1) (40)
Твоз=273+12+4+0.1*(54.7-12)=293.27 К
Рвоз- парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па
Рвоз =Рбк – Рп (41)
Где Рп = 0,24*104 Па при t=20,27°С [2, таб 56]
Рвоз=0,2*105-0,24*104=1,76*104 Па
Мощность, потребляемая вакуум – насосом N, Вт:
(42)Где l- работа, затрачиваемая при сжатии 1 кг газа в одноступенчатом компрессоре, Дж/кг
(43)Где m=1,25- показатель политропы сжатия,V=0.017м3/с=61,2м3/ч- производительность, Р1=Рвозд, Р2= 2*104 Па, η= 0,75- КПД компрессора.
5.6 Выбор крышки и днища аппарата
Составными элементами химических аппаратов являются днища, которые, как правило органически связаны с обечайкой аппарата и изготовлены из того же материала. Для данного аппарата выбираем два вида днищ:
· коническое ГОСТ 12621-67 600*4-16 ГС [3 таб 16.21];
· элептическое ГОСТ 6533-68 1000*8-16 ГС [3, таб 16.3].
В отличии от днищ, неразъемно соединяемых с обечайкой, крышки являются отъемными узлами или деталями аппарата, закрывающими корпус.
Выбираем крышку ГОСТ 11972-661000-1135 [3, таб 23.6]
6. Описание технологической схемы производства сгущенного молока
Исходный раствор молока из сборника СБ1 центробежным насосом НЦ1 подается в сепаратор- молокоочиститель, где отделяется от различного рода примесей, затем перекачивается в уравнительную емкость, где в полученный раствор добавляется необходимое количество обезжиренного молока или сливок.
После уравнивания жирности молоко центробежным насосом НЦ2 подается в пластинчатый пастеризатор ПП, где молоко проходит дополнительную тепловую обработку. После пастеризатора молоко некоторое время находится в выдерживателе В из которого подается на вакуумный охладитель ВО, где молоко охлаждается двумя этапами:
1. холодной водой;
2. специальным рассолом до более низких температур.
Затем молоко подается в выпарной аппарат АВ. Вакуум в выпарном аппарате создается за счет конденсации вторичных паров, поступающих в низ аппарата, для их охлаждения водой в барометрическом конденсаторе КБ и отсоса неконденсирующихся газов вакуум-насосом НВ. Для исключения попадания в насос капель воды перед ним устанавливается ловушка Л. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором СВ. Конденсат греющих паров из аппарата и теплообменника выводится через конденсатороотводчик и направляется в котельную либо на технологические нужды.
Затем упаренное молоко подается на пастеризационно-охладительный аппарат ПО, где сгущенное молоко охлаждается до более низких температур. После этого сгущенное молоко поступает в гомогенизатор, где разбиваются шарики жира, образованные в процессе выпаривания.