Реферат: Проект трехкорпусной выпарной установки для концентрирования Gн=4,2 кг/с цельного молока

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проектупо процессам и аппаратам

Проектировал студент ____231группы____________________

_______________Громцев ПавелСергеевич_________

_________________17 апреля 2003 года_________________

Руководитель проекта

_______________Жариков Алексей Николаевич _______________

«___»________________________________________________

Санкт-Петербург

2002

Санкт-Петербург

2002

ВВЕДЕНИЕ.

ВЫПАРИВАНИЕ – это процесс концентрированиярастворов нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в видепаров.

В пищевой промышленности жидкие смеси, концентрированиекоторых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием какфизических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величинакритического теплового потока и др.), так и других характеристик(кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесейопределяют основные требования к условиям проведения процесса(вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарныеустановки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.

Принцип действия.

Исходный разбавленный раствор (молоко) из промежуточнойемкости центробежным насосом подается в теплообменник (где подогревается дотемпературы, близкой к температуре кипения), а затем в первый корпус выпарнойустановки. Предварительный подогрев повышает интенсивность кипения в выпарномаппарате.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичныйпар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляетсяв качестве греющего во второй корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированныйраствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус обогревается вторичным паромвторого и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второгокорпуса.

Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара вследующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему врезультате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса вбарометрическом конденсаторе смешения (где заданное давление поддерживаетсяподачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом).Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощибарометрической трубы с гидрозатвором. Образующийся в третьем корпусеконцентрированный раствор подается в промежуточную емкость упаренного раствора.

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится спомощью конденсатоотводчиков.

Заданиена проектирование

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

Xк=53%при следующих условиях:

·

Pг1=107,8кПА

1)

Pбк=18,2 кПА

2)

3)

1. Определение поверхноститеплопередачи выпарных аппаратов

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

Для определения тепловых нагрузокQ, коэффициентовтеплопередачи K иполезных разностей температур Vtnнеобходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов и ихтемператур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательныхприближений.

Первое приближение.

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

1.1

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 вкорпусах:

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%

1.2

Температуры кипения растворов

Общий перепад давлений вустановке:

VPоб=Pг1-Pбк=107,8-18,2=89,6кПа.

Давление греющих паров вкорпусах:

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 ихтемпературы 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 вкорпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на суммутемпературных потерь {Vот температурной (V'),гидростатической (V'')и гидродинамической (V''')депрессий ({V=V'+V''+V''').

Гидродинамическая депрессияобусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивленийтрубопроводов при переходе из корпуса в корпус.

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

tвп1= tг2+ V'''=87+1=88оС

tвп2= tбк+ V'''=58+1=59оС

Сумма гидродинамических депрессий:

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

По температурам вторичных паровопределим их давления и теплоты парообразования:

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

Поверхность теплоотдачи 1-гокорпуса (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 притемпературе 15оС:

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

r1=10*[1,42*a1+(100-a1)]=10[1,42*14,3+(100-14,3)]=1060,0кг/м^3

r2=10*[1,42*a2+(100-a2)]=10[1,42*35,3+(100-35,3)]=1148,3кг/м^3

Давления в среднем слоекипятильных труб корпусов:

P1ср= Pвп1+r1*g*H*(1-e)=65+1060*9,8*4(1-0,5)=85,77кПа.

P2ср= Pвп2+r2*g*H*(1-e)=19,05+1148,3*9,8*4(1-0,5)=41,55кПа.

По давления паров находим ихтемпературы кипения:

Р., кПа

t, оС

r, Дж/кг

P1ср=85,77

t1ср=94

rвп1=2272

P2ср=41,55

t2ср=73

rвп2=2325

Определим гидростатическуюдепрессию по корпусам:

V''1= t1ср-tвп1=94-88=6оС

V''2= t2ср-tвп2=73-59=14оС

Сумма гидростатических депрессий:

{ V''=20оС

Температурную депрессию определимпо 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 вкорпусах:

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

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

1.3

Полезная разность температур

Vtп1=tг1-tк1=102-96=6оС

Vtп2=tг2-tк2=88-76=12оС

Общая полезная разностьтемператур

{Vtп1=18оС

Проверяем общую полезную разностьтемператур:

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

1.4

Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в 1-ый корпус, производительность каждогокорпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путемсовместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения балансапо воде для всей установки:

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

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- (2-3оС);

Q2=w2*rвп1-mпр*cпр(tк1-tк2)/r (приtк2);

D2= (w2*rвп2-mпр*cпр(tк1-tк2)/r (приtк2))/ (Iвп1-cк*tк)=

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

2. Расчетбарометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарныхустановках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. Вкачестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсаторчаще всего при температуре окружающей среды. Смесь охлаждающей воды иконденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержанияпостоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насосаоткачивают неконденсирующиеся газы.

Необходимо рассчитать расходохлаждающей воды, основные размеры барометрического конденсатора ибарометрической трубы, производительность вакуум-насоса.

2.1 Расход охлаждающей воды

Расход определяем из теплового баланса конденсатора:

Gв=w2*(Iбк-св*tк)/(cв*(tк-tн)).

Так как разность температур междупаром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 градусов, конечнуютемпературу воды tкна выходе примем на 3 градуса ниже температуры конденсации паров:

tк=tбк-3оС=58-3оС=55оС

тогда

Gв=1,98*(2605,4-4*55)/(4*(55-20))=33,74 кг/с

2.2 Диаметр конденсатора

Определяем из уравнения расхода:

dбк=(4*w2/(r*П*U))^0,5.

При остаточном давление вконденсаторе порядка 104 Па скорость паров примем <img src="/cache/referats/15678/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Тогда

Dбк=(4*1,74/(0,098*3,14*20))=1,13м.

Выбираем барометрическийконденсатор диаметром 1200 мм.

2.3 Высота барометрической трубы

Внутренний диаметрбарометрической трубы dбт=300мм. Скорость воды в барометрической трубе: