2.3 Материальный расчет установки.

X_нач = 6% - концентрация сухих веществ в сыворотке подсырной до упаривания;

X_кон = 40% - концентрация сухих веществ в сыворотке подсырной после упаривания;

t_нач = 20 ⁰С – начальная температура сыворотки поступающей на выпаривание;

t_гп1 = 80 ⁰С – температура греющего пара поступающего в первый корпус;

P_k = 0,01 МПа– остаточное давление (давление в конденсаторе).

Выпаривание ведут при температуре t = 55 - 60 ⁰С

W = 3000 кг/ч – производительность установки по испаряемой влаге;

P_Тк = 1,2 МПа – давление рабочего пара в термокомпресоре.

Материальный баланс

Производительность установки по подоваемому продукту определим по формуле:

,

откуда

.

Расчйт концентраций упариваемого раствора

Распеделение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношния нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первомм приближении на основании практических данных принимают, что производительность выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответсвии с соотношенем:

Тогда

Рассчитываем концентрации по корпусам:

2.4 Тепловой расчет аппарата.

Общий перепад давлений в установке равен:

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давление греющих паров по корпусам равны:

По давлению паров найдем их температуру и энтальпии:

Гидродинамическую депрессию в расчетах принимаем Тогда температура вторичного пара в корпусе равна:

Сумма гидростатических депрессий:

По температурам вторичного пара определим их давление:

Найдем ориентировочно поверхность теплопередачи выпарного аппарата:

По ГОСТ 11987 – 81 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой состоят из кипятильных труб 4 и 5 м при диаметре d_вн = 38 мм и толщиной стенки δ = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб Н = 4 м.

Давление в среднем слое кипения:

Этим давлениям соответствует температура:

т.к. у нас 1-ый аппарат с вынесенной греющей камерой, а 2-ой со свободно стекающей пленкой то гидростатическую депрессию не учитывают.

Температурную депрессию определим по уравнению:

Атмосферные депрессии для сыворотки составят:

Тогда:

В аппаратах с вынесенной греющей камерой и естественной циркуляцией рассчитывается перегрев раствора.

Масса циркулирующего раствора:

Температура кипения в корпусах равна:

Полезная разность температур в корпусах равна:

Проверим правильность вычислений:

Определим тепловые нагрузки.

Рассчитаем коэффициенты испарения и самоиспарения по корпусам.

Для первого корпуса:

Для второго корпуса:

Суммарные расчётные коэффициенты, ходящие в уравнение И.А. Тищенко, определим по соотношениям:

Рассчитаем коэффициент инжекции. Острый пар давлением 1.2^.10⁶Па и степень сухости 0,95. Тогда энтальпия его будет равна

[5]

Давление вторичного пара , а энтальпия

[5]

По i-s –диаграмме определяем тепловые перепады

.

Коэффициент инжекции рассчитаем по уравнению:

,

где

А – величина, характеризующая работу инжектора. Для установок уже побывавших в производстве А=0,75

.

Энтальпия пара, выходящего из инжектора при давлении 0,0483МПа согласно формуле:

Составляет:

Проводим на i-s– диаграмме линию для данного значения энтальпии и находим .

При коэффициент инжекции:

а энтальпия

Поскольку отличается от , произведем новое построение для . Для этого на i-s– диаграмме проведем линию для данного значения энтальпии и найдем:

При этом:

То есть, незначительно отличается от полученного ранее результата. Принимаем для дальнейших расчетов коэффициент инжекции U= 0,858.

Расход острого пара:

Если выпаривание вести без инжекции , то расход пара в первом корпусе определим по уравнению:

Количество вторичного пара поступающего на инжекцию:

Количество греющего пара поступающего в первый корпус:

Количество воды выпаренной в первом корпусе:

Количество греющего пара поступающего во второй корпус:

Количество воды выпаренной во втором корпусе:

Общее количество воды выпаренной влаги:

Полученные в результате расчета значения 2943 кг/с не соответствуют количеству, которое нужно выпарить согласно заданию 3000 кг/с.поэтому выполним перерасчет количества воды, выпариваемой по корпусам, исходя из найденных при расчете соотношений:

W₁:W₂=1912:1031 ;

Количество теплоты, предаваемой через поверхность нагрева первого корпуса:

Второго корпуса:

Расчет коэффициента теплопередачи

Для корпуса аппаратов и соприкасающихся с сывороткой выбираем материал Сталь 12Х18Н10Т, с коэффициентом теплопроводности λ = 17,5 Вт/м·К. толщина стенки δ = 2 мм.

Коэффициент теплопередачи К определим по уравнению:

.

Термическое сопротивление стенки с загрязнениями:

,

Расчет коэффициента теплопередачи первого корпуса:

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке равен:

,

где

– теплота конденсации греющего пара;

;

;

.

Принимаем – высота труб.

Принимаем .

Тогда

.

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к сыворотке:

Принимаем тогда

Принимаем тогда

Тогда коэффициент теплопередачи:

Расчет коэффициента теплопередачи второго корпуса:

Принимаем.

Тогда

где при q>20000; с=2,6; n=0,203; m=0,322;

- теплопроводность кипящего раствора [5],

- толщина плёнки,

,

,

где Г- линейная массовая плотность орошения,

где П- смоченный периметр.

Тогда

откуда

.

Толщина плёнки:

Коэффициент теплоотдачи:

,

Тогда коэффициент теплопередачи:

Распределение полезной разности температур:

Первый корпус:

Второй корпус:

Поверхность теплопередачи:

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в 1-ом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры между корпусами установки.

Параметры	Корпус 1	Корпус 2
Производительность по испаряемой влаге W, кг/с	0,541	0,292
Концентрация раствора x, %	13	40
Температура греющего пара tгп,0С	80	57,94
Полезная разность температур Δtп, 0С	20,56	7,88
Температура кипения сыворотки tк= tг - Δtп, 0С	59,44	50,06
Температура вторичного пара tвп= tк – Δ1- Δ11, 0С	58,94	48,46

Второе приближение:

Принимаем тогда

Расчет коэффициента теплопередачи второго корпуса:

Принимаем.

Тогда

Тогда коэффициент теплопередачи:

Количество теплоты, предаваемой через поверхность нагрева первого корпуса:

Второго корпуса:

Распределение полезной разности температур:

Первый корпус:

Второй корпус:

Поверхность теплопередачи:

Параметры	Корпус 1	Корпус 2
Производительность по испаряемой влаге W, кг/с	0,541	0,292
Концентрация раствора x, %	13	40
Температура греющего пара tгп,0С	80	59,26
Полезная разность температур Δtп, 0С	19,24	9,2
Температура кипения сыворотки tк= tг - Δtп, 0С	60,76	50,06
Температура вторичного пара tвп= tк – Δ1- Δ11, 0С	60,26	48,46

По ГОСТ 11987 – 87 выбираем выпарные аппараты:

1-ый выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой:

F_н = 63 м²;

d = 38 × 2 мм

Н = 4 м

D_к = 800 мм

D_с = 1600 мм

D_ц = 500 мм

Н_а = 13000 мм

М_а = 7500 кг

2-ой выпарной аппарат со свободно стекающей пленкой:

F_н = 63 м²;

d = 38 × 2 мм

Н = 4 м

D_к = 800 мм

D_с = 1600 мм

Н_а = 10500 мм

Н₁ = 1500 мм

М_а = 5800 кг