3 Расчет и подбор оборудования

Паросепаратор – выдерживатель (поз. 1) предназначен для отделения пара при выдувании, конструктивно представляет собой выдерживатель уменьшенного объема для выдерживания разваренной массы. Объем рассчитан на выдержку массы в течение 15-20 минут с целью равномерного разваривания сырья.

Объем аппарата, м³,определяем по формуле

V =G·τ/ρ ·24·φ , (3)

где G – количество разваренной массы, кг;

τ – время пребывания, 20-60 минут;

ρ – плотность разваренной массы, кг/м³;

φ – коэффициент заполнения, φ = 0,3 – 0,4.

V=17504·30/1028·0,4·24=53,2 м³

При круглом сечении аппарата его сечение, м²,определяем по формуле

F =π·D²/4 , (4)

где F – сечение аппарата, м²;

D – диаметр паросепаратора-выдерживателя (принимается по технической характеристике), м.

F=3,14·2,5²/4=5 м²

Принимаем паросепаратор-выдерживатель с техническими характеристиками, указанными в таблице 3.

Таблица 3 – Техническая характеристика паросепаратора-выдерживателя

Общий объем, м3	14
Диаметр, мм	2500
Высота цилиндрической части, мм	2800
Рабочее давление, МПа	0,04-0,05
Количество, шт	1

Вакуум-осахариватель (поз. 3)

Охлаждение разваренной массы с целью интенсификации этого процесса производят под вакуумом. При этом из массы благодаря самоиспарению выделяется пар, на образование которого затрачивается тепло разваренной массы, в результате чего масса охлаждается. Охлаждение массы происходит практически мгновенно, что создает оптимальные и стабильные условия для осахаривания.

Объем осахаривателей при вакуум-охлаждении рассчитывается исходя из времени пребывания в нем массы 5 минут. Отношение высоты к диаметру 1,2-1,25.

Объем осахаривателей первой ступени определяется из расчета пребывания в нем массы 30-60 минут; коэффициент заполнения равен 0,8. Минимальный объем осахаривателя первой ступени 3 м³. Поверхность теплообмена змеевика может быть определена из условия 4 м² на 1 м³ разваренной массы, проходящей за 1 час через осахариватель. Скорость воды в змеевике 0,8 – 1 м/с.

Высота цилиндрической части аппарата принимается равной 0,5 диаметра осахаривателя.

Объем осахаривателя определяем по формуле

V=G·τ/ρ·φ, (5)

где G – количество разваренной массы, кг;

t – время пребывания массы , ч;

ρ – плотность массы, кг/м³;

φ – коэффициент заполнения,φ=0,8.

V=17504·0,5/1028·0,8 = 10,6 м³,

V_массы = 0,1166·3500/24 = 17 м³/ч

Определяем поверхность теплообменника змеевика

F=17·4/1=68 м²

Техническая характеристика вакуум-осахаривателя представлена ниже, в таблице 4.

Таблица 4 – Техническая характеристика вакуум-осахаривателя

Полная емкость, м3	4,0
Диаметр, мм	1600
Высота, мм	2000
Масса, кг	750
Мощность электродвигателя, кВт	3,0
Число оборотов мешалки в минуту	60-80

Барометрический конденсатор 1- й ступени (поз. 7)

При расчете конденсатора определяют его размеры и расход воды. В испарительной камере за счет разряжения, создаваемого конденсатором и вакуум-насосом, разваренная масса мгновенно охлаждается. При этом из массы испаряется некоторое количество воды, которая в виде вторичного пара направляется в конденсатор.

Количество вторичного пара, выделяющегося в испарительной камере, рассчитывается по уравнениям

Д = G_м ·c ·(t_к – t_н)/r – c·t_н, (6)

где t_к и t_н – начальная и конечная температура среды, ˚С;

с – удельная теплоемкость продукта, кДж/кг·˚С;

G_м– количество продукта, кг;

R – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Д = 17504· 3,63·(102 – 58)/(2255,2 – 3,63·58)=1367,3 кг/ч

Определяем расход воды на конденсацию пара в конденсаторе, кг, по формуле

W = Д ·( i – с_в· t_б)/ c_в·( t_б – t₁ ), (7)

где Д – количество пара, поступающего в конденсатор, кг/ч;

i – теплосодержание пара, кДж/кг;

t₁ – температура поступающей воды, °С;

с_в – удельная теплоемкость воды; с_в = 4,1868 кДж/кг·град;

t_б – температура уходящей из конденсатора воды, °С.

Температуру t_б принимаем ниже температуры поступающего пара в состоянии насыщения на 2-3 град.

W=1367,3·(2604,46 – 4,1868·55)/4,1868·(55 – 20) = 22153 кг/ч

Удельный расход воды, кг/кг, определяем по формуле

g =W/Д, (8)

g=22153/1367,3=16,2 кг/кг

Количество несконденсировавшихся газов, кг/ч, определяем по эмпирической формуле

ДТ = 0,000025·W + 0,008025·Д (9)

ДТ =0,000025·22153+0,008025·1367,3=11,5 кг/ч

Температуру несконденсировавшихся газов, ºС, определяем по эмпирической формуле

t₂ = 0,9 · t₁ + 0,1· t_б + 4 (10)

t₂=0,9·20+0,1·55+4=27,5 ˚С

Диаметр конденсатора, м, определяем из уравнения расхода пара

Д ·V_п= π·d²/4· W_п· φ; (11)

где Д – расход пара через сечение конденсатора, кг/с;

V_п – удельный объем сухого насыщенного пара, м³/кг при температуре насыщения, соответствующей разрежению 80-81кг/м²;

W_п – допустимая скорость пара в конденсаторе, принимается равной 35-55 м/с;

φ – коэффициент, учитывающий свободное сечение конденсатора

для прохода пара, принимается 0,3-0,33.

==0,92 м

Количество полок в конденсаторе принимаем равным 6, расстояние между полками определяем как 0,4, тогда общая высота конденсатора составит по формуле

Н = 0,4 · d · (n – 1) + h1 + h2, (12)

где n – число полок конденсатора, шт.;

h1 – расстояние от верхней полки до верхнего днища, м (h1 = 0,7 м);

h2 – расстояние от нижнего днища до нижней полки, м (h2 = 0,4 м).

Н=0,4·0,92(6–1)+0,7+0,4=2,94 м

Диаметр барометрической трубы определяем исходя из скорости движения в ней воды W_б = 1 м/с по формуле

Dв= ₍₁₃₎

Dв =2,88 м

Общую высоту барометрической трубы, м, определяем по формуле

Н_б = Н₀ + Н₁, (14)

где Н₀ – высота столба воды, соответствующая создаваемому в конденсаторе разряжению, м;

Н1 – часть высоты барометрической трубы, складывающаяся из высоты на возможные колебания уровня, высоты напора для преодоления гидравлических сопротивлений, высоты трубы, погруженной под уровень в сборнике воды, м; Н₁ = 1,7 – 1,9 м.

Н₀ = 10,33·b/760 , (15)

где b – разряжение в конденсаторе, Па;

H₀ =10,33·735,9/760=10 м,

H_б =10+1,8=11,8 м

Техническая характеристика барометрического конденсатора указана в таблице 5.

Таблица 5 – Техническая характеристика конденсатора I и II ступеней

	Водоструйный СП-1475	Барометрический противоточный
Общая высота, мм	1530	5400
Диаметр, мм	600	1200
Материал	Углеродистая сталь	Углеродистая сталь
Количество, шт.	1	1

Сборник для барометрической воды (поз. 9) рассчитывается на такой объем, который вмещал бы двойное количество воды, находящейся в барометрической трубе.

Принимаем сборник с техническими характеристиками, указанными в таблице 6.

Таблица 6 – Техническая характеристика сборника барометрической воды

Объем, м3	1,25
Масса, кг	227