-*новый или неперечисленный*-

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


    САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И
                             ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ



              КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ



                            ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


                к курсовому проекту по процессам и аппаратам



           Проектировал студент ____231группы____________________

               _______________Громцев Павел Сергеевич_________

            _________________17 апреля 2003 года_________________



                            Руководитель проекта

          _______________Жариков Алексей Николаевич _______________

           «___» ________________________________________________



           Проект защищен с оценкой: _____________________________
                                  ВВЕДЕНИЕ.

ВЫПАРИВАНИЕ –  это  процесс  концентрирования  растворов  нелетучих  веществ
путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров.

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.

Принцип действия.
Исходный   разбавленный   раствор   (молоко)   из   промежуточной    емкости
центробежным  насосом  подается  в  теплообменник  (где   подогревается   до
температуры, близкой  к  температуре  кипения),  а  затем  в  первый  корпус
выпарной установки. Предварительный подогрев повышает интенсивность  кипения
в выпарном аппарате.
Первый  корпус   обогревается   свежим   водяным   паром.   Вторичный   пар,
образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется  в
качестве  греющего  во   второй   корпус.   Сюда   же   поступает   частично
сконцентрированный  раствор  из  1-го  корпуса.  Аналогично  третий   корпус
обогревается вторичным паром второго и в нем  производится  концентрирование
раствора, поступившего из второго корпуса.
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 (где заданное давление  поддерживается
подачей  охлаждающей  воды  и  отсосом  неконденсирующихся   газов   вакуум-
насосом). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора  при
помощи  барометрической  трубы  с  гидрозатвором.  Образующийся  в   третьем
корпусе  концентрированный  раствор   подается   в   промежуточную   емкость
упаренного раствора.
Конденсат  греющих  паров  из  выпарных  аппаратов   выводится   с   помощью
конденсатоотводчиков.
Задание на проектирование

Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрирования  Gн=4,2
кг/с цельного молока  от начальной концентрации Xн=11% до конечной
Xк=53% при следующих условиях:
    . обогрев производится насыщенным водяным паром давлением;Pг1=107,8кПА
   1) давление в барометрическом конденсаторе;Pбк=18,2 кПА
   2) выпарной аппарат – тип 3,  исполнение  1  (с  наружной  циркуляционной
      трубой);
   3) взаимное направление пара и раствора – прямоток;

1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки  определяют  по
основному уравнению теплопередачи:F=Q/(K*Vtn)
Для  определения  тепловых  нагрузок  Q,  коэффициентов  теплопередачи  K  и
полезных   разностей   температур   Vtn   необходимо   знать   распределение
упариваемой  воды,  концентрации  растворов  и  их  температур  кипения   по
корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.

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

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 в корпусах:
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%
2. Температуры кипения растворов

Общий перепад давлений в установке:
VPоб=Pг1-Pбк=107,8-18,2=89,6 кПа.
Давление греющих паров в корпусах:
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 их температуры 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 в  корпусе  отличается  от  температуры  греющего
пара  в  последующем  корпусе  на   сумму   температурных   потерь   {V   от
температурной  (V'),  гидростатической  (V'')  и  гидродинамической   (V''')
депрессий ({V=V'+V''+V''').
Гидродинамическая   депрессия   обусловлена   потерей   давления   пара   на
преодоление  гидравлических  сопротивлений  трубопроводов  при  переходе  из
корпуса в корпус.

Примем V'''=1,  тогда температуры вторичных паров:
tвп1= tг2+ V'''=87+1=88 оС
tвп2= tбк+ V'''=58+1=59 оС
Сумма гидродинамических депрессий:
{ V'''= V''' + V'''=1+1=2
По  температурам  вторичных  паров   определим   их   давления   и   теплоты
парообразования:
Pвп1=65кПа; Pвп2=19,05кПа; r1=2287,6 Дж/кг; r2=2360,1 Дж/кг

Поверхность теплоотдачи 1-го корпуса (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 при температуре 15 оС:
a1=Xн+X1=(11+17,6)/2=14,3%; a2=X1+X2=(17,6+53)/2=35,3%
?1=10*[1,42*a1+(100-a1)]=10[1,42*14,3+(100-14,3)]=1060,0 кг/м^3
?2’10*[1,42*a2+(100-a2)]=10[1,42*35,3+(100-35,3)]=1148,3 кг/м^3
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов:
P1ср= Pвп1+ ?1*g*H*(1-?)=65+1060*9,8*4(1-0,5)=85,77 кПа.
P2ср= Pвп2+ ?2*g*H*(1-?)=19,05+1148,3*9,8*4(1-0,5)=41,55 кПа.

По давления паров находим их температуры кипения:
|Р., кПа     |t, оС      |r, Дж/кг  |
|P1ср=85,77  |t1ср=94    |rвп1=2272 |
|P2ср=41,55  |t2ср=73    |rвп2=2325 |
|            |           |          |


Определим гидростатическую депрессию по корпусам:
V''1= t1ср-tвп1=94-88=6 оС
V''2= t2ср-tвп2=73-59=14 оС
Сумма гидростатических депрессий:
{ V''=20 оС
Температурную депрессию определим по 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 в корпусах:
tк1=tг2+V'1+V''1+ V'''=88+0,76+6+1=96 оС
tк2=tбк+V'2+V''2+ V'''=59+1,96+14+1=76 оС

3. Полезная разность температур
Vtп1=tг1-tк1=102-96=6 оС
Vtп2=tг2-tк2=88-76=12 оС
Общая полезная разность температур
{Vtп1=18 оС
Проверяем общую полезную разность температур:
{Vtп1=tг1-tбк-({V'+{V''+{V''')=102-58-(2,72+20+2)=19,28 оС

4. Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в 1-ый корпус, производительность  каждого  корпуса  по
выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем  совместного
решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по  воде
для всей установки:
Q1=m*c*(tк1-tпр)+w1*r1; tк=tг1- (2-3 оС);
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- (2-3 оС);
Q2=w2*rвп1-mпр*cпр (tк1-tк2)/r (при tк2);

D2= (w2*rвп2-mпр*cпр (tк1-tк2)/r (при tк2))/ (Iвп1-cк*tк)=
=(1,74*2360,1-2,45*4(96-76))/(2317,8-4*86)=1,98 кг/с



2. 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.  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
барометрического конденсатора и  барометрической  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  между  паром  и  жидкостью  на   выходе   из
конденсатора должна быть 3-5  градусов,  конечную  температуру  воды  tк  на
выходе примем на 3 градуса ниже температуры конденсации паров:
tк=tбк-3 оС=58-3 оС=55 оС
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/(?*П*U))^0,5.
При остаточном давление в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров  примем
[pic]
Тогда
Dбк=(4*1,74/(0,098*3,14*20))=1,13м.
Выбираем барометрический конденсатор диаметром 1200 мм.

2.3 Высота барометрической трубы
Внутренний  диаметр  барометрической  трубы  dбт=300  мм.  Скорость  воды  в
барометрической трубе:
U=4*(33,74+w2)/ ?*П* dбт^2=4*(33,74+1,74)/1000*3,14*0,3^2=0,5 м/с.
Высота барометрической трубы:
Hбт=B/?в*g+(1+{?+(* Hбт/ dбт)*Uв^2/2*g+0,5.
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе:
B=Pатм-Pбк=9,8*10^4-1,8*10^4=8,0*10^4 Па.
{? - сумма коэффициентов местных сопротивлений:
{ ?’ ? вх+?вых=0,5+1,0=1,5
Коэффициент трения ( зависти от режима  течения  жидкости.  Определим  режим
течения воды в барометрической трубе:
Re=Uв* dбт* ?в/?в=0,5*0,3*1000/0,54*10^(-3)=277777
Для гладких труб при Re=111111 коэффициент трения (=0,014.
Подставив указанные значения, вычислим высоту барометрической трубы:
Hбт=8,0*10^4/1000*9,8+(1+1,5+0,014*Hбт/0,3)*0,5^2/2*9,8+0,5.
Отсюда находим Hбт=8,67 м.



Список использованной литературы.

1. Иоффе И.Л. «Проектирование процессов и аппаратов  химической  технологии»
Химия, 1991.
2.  «Проектирование  процессов  и  аппаратов   пищевых   производств».   Под
редакцией Ставникова. Киев, 1982.
3. Курсовое проектирование по  предмету:  «Процессы  и  аппараты  химической
промышленности». Кувшинский М.Н., Соболева А.П. «Высшая школа», 1968.
4. «Основные процессы  и  аппараты  химической  технологии».  Борисов  Г.С.,
Быков В.П. и др. М. Химия, 1991.
-----------------------
                               Санкт-Петербург
                                    2002

                               Санкт-Петербург
                                    2002




смотреть на рефераты похожие на "Проект трехкорпусной выпарной установки для концентрирования Gн=4,2 кг/с цельного молока "