2.5 Конструктивный расчёт выпарного аппарата

Этот этап выполнения включает определение числа кипятильных труб, их размещение на трубной решетке, расчёт парового пространства и определение диаметров штуцеров.

2.5.1Число кипятильных труб греющей камеры определяют из уравнения

где F- поверхность теплообмена греющей камеры, м²;

H-высота кипятильных труб, м, которая была выбрана в п.2.2

Для расчёта обычно принимают d=d_вн ,м, т.е. диаметр с той стороны , где термическое сопротивление больше. Согласно принятому раннее d_вн=34мм

При размещении труб на трубной решетке необходимо обеспечить максимальную компактность, плотность и прочность решетки и сборки трубного пучка. Наиболее удовлетворяет эти требованиям разметка труб по периметрам правильных шестиугольников.

Из /1/ выбирают ближайшее число труб n и уточняют H.

n= 169 труб

2.5.2 Диаметр греющей камеры D_к, м, выпарных аппаратов центральной циркуляционной трубой рассчитывают по уравнению

Окончательно выбирают больший ближайший размер D_к из ряда диаметров обечаек ГОСТ 11987-86.

D_к =1000мм.

2.5.3 Размеры сепаратора выпарного аппарата определяют из условий возможно полного определения вторичного пара от капель выпариваемого раствора. Это исключает безвозвратные потери самого раствора , загрязнение обогреваемых им поверхностей греющих камер аппаратов в многокорпусных выпариваемых установках, а также обуславливает возможность использования конденсата вторичного пара для питания паровых котлов.

Важным показателем работы выпарных аппаратов являются скорость витания капли _в, м/с и скорость пара _п, м/с. Если скорость пара больше скорости витания капли, то капля движется вверх и уносится из аппарата. Поэтому для нормальной работы установки необходимо, чтобы соблюдалось условие _в > _п.

Исходя из конструктивных соображений и удобств компоновки отдельных узлов аппарата, диаметр сепаратора обычно принимают равным:

D_c=(1 D_к

D_c=1,2*1=1,2 м

Скорость витания капель _в, м/с, определяют по уравнению

_в=5,45 =5,45 = 6,5 м/с

где d_к- средний диаметр капель ,выделяемых в сепараторе ,м;

значение d_к принимают в пределах 0,0003 0,001м;

p’,p’’-соответственно плотность жидкости и пара, кн/м³, определяют поP₁ /1/.

p’=1051 кг/м³; p’’=0,3087 кг/м³;

Скорость пара _п, м/с, в паровом пространстве определяют из уравнения расхода:

- количество вторичного пара , м³/с;

f площадь поперечного сечения, м²;

D_c – диаметр сепаратора, м.

Объём сепаратора V_c, определяют в зависимости от количества испаряющей воды W, кг/с, с учётом величины допустимого напряжения парового пространства А, м³/(м³*с). При выпариваний спокойно кипящих растворов А=1,2 2,0 м³/(м³*с). При выпаривании пенящихся растворов обычно применяют различные пеногасящие вещества. Тогда

Зная объём сепаратора и его диаметр, находят высоту H_c, м,

Учитываем, что аппарат снабжен брызгоуловителем, принимаем A = 1,5 м.

Практически в современных аппаратах для непенящихся жидкостей высоту сепаратора принимают не менее 1,5 м.

2.5.4Диаметры патрубков (штуцеров) d_вн, м, для ввода греющего пара, начального раствора, вывода конденсата греющего пара, упаренного раствора и вторичного пара определяют из уравнения расхода

где G – расход соответствующего потока жидкости или пара, проходящего через патрубок, кг/с;

p – плотность, кг/м³;

– скорость движения потока через патрубок, м/с.

Для ввода начального пара:

Для ввода начального раствора:

Для вывода конденсата греющего пара:

Для вывода вторичного пара:

Рекомендуется принимать в следующих пределах: для пара от 20 до 50 м/с; для конденсата от 0,3 до 0,5 м/с; для растворов от 0,5 до 1,5 м/с.

Значения полученных диаметров стандартизируются по d_н в соответствии с ГОСТом 9941 – 81.

2.5.5 Определение толщины тепловой изоляции. Тепловая изоляция наружной поверхности выпарных аппаратов предназначена для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду и предотвращения ожогов обслуживающего персонала. Обычно допустимая температура наружной поверхности изоляции t_из принимается от 40 до 50 .

Толщину изоляционного слоя _из, м, определяют из уравнения:

где – коэффициент теплопроводности изоляционного материла, Вт/(м*К);

для асбеста =0,15 Вт/(м*К),

– коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающую среду, Вт/(м²*К):

Вт/(м²*К)

– коэффициент теплопередачи от пара через изоляцию в окружающую среду, Вт/(м²*К).

Температуру воздуха в помещении принимают равной =20 .

Температуру среды в выпарном аппарате принимают равной температуре греющего пара = .

Рассчитывают толщину изоляционного слоя

2.5.6.Объёмом настоящего проекта не предусматривается расчёт толщины стенок элементов выпарного аппарата. Обычно в пищевой промышленности все элементы выпарных аппаратов, соприкасающиеся с продуктом , выполняются из нержавеющей стали 1X18H10Tпо ГОСТ 5632-72.

Рекомендуется принимать следующую толщину стенок мм: корпуса греющей камеры и сепаратора от 5 до 6 мм, крышек и днищ от 4 до 5 мм, трубной решетки от 20 до 30 мм, патрубков от 3 до 5 мм, циркуляционных труб от 4 до 6 мм.