Тепломассообменное оборудование

21

Пример

Определить количество выпаренной влаги, расход пара и площадь поверхности теплопередачи выпарного аппарата для сгущения 1200 кг/ч обрата от 9 до 36 % массовой концентрации сухих веществ, если давление греющего пара составляет 0,12 МПа, температура вторичного пара, поступающего в конденсатор, 60?С, общий коэффициент теплопередачи выпарного аппарата составляет 1320 Вт/(м2·?С). Продукт в выпарной аппарат подаётся при температуре кипения. Длину греющих труб принять 1,5 м, потери в окружающую среду – 5%, физико-химическую депрессию при атмосферном давлении 2?.

Вакуум в конденсаторе

hконд =Ра – Рконд =101300 – 20882= 81362 Па.

Вакуум в выпарном аппарате

22

hвт =Ра – Рвт =101300 – 20882= 80418 Па.

rвт = 2493490 –2304,8· tвт +1,58576· tвт2 –18,7776··tвт3 =

= 2493490 -2304,8· 61+1,58576· 612 -18,7776·613 = =2354536 Дж/кг;

2354536

7) Температура кипения раствора на его поверхности tр= tвт+ Δ= 61+1,54?= 62,54 ?С.

8) Давление раствора у середины греющих труб

Рс=Рвт+ρэg(hизб+ hтр/2).

Плотность парожидкостной эмульсии в греющих трубах

ρэ=0,6·ρ=0,6·1080=648 кг/м3;

Рс=20882+648·9,81(0,15+1,5/2)=26603 Па.

9) Температура воды у середины греющих труб

tв.с. = 196,552+4,3826· РС0 ,25 +8,514·lnРс–273=

=196,552+4,3826· 266030 ,25 +8,514·ln26603–273=66,27 ?С.

10)Гидростатическая депрессия

С= 41,87(100,3–Х),

начальная теплоёмкость

Сн= 41,87[100,3-9]=3823 Дж/(кг·?С);

23

конечная теплоёмкость

Ск= 41,87[100,3-36]=2692 Дж/(кг·?С).

14)Удельная энтальпия водяного пара, конденсата и вторичного пара in= 2493·103+1970·tn=2493·103+1970·104,7=2699259 Дж/кг;

iк=Cк· tn =4190· 104,7=438693 Дж/кг;

i= 2493000+1970·tвт= 2493000+1970·61=2613170 Дж/кг.

15)Начальная температура обрата

tн = tк – – 1,

где 1 – физико-химическая депрессия для исходного продукта (примем 1 =0). tк= tр.с;

tн = 67,81 – 1,54=66,27 ?С.

16) Тепловой поток

Q=δn·[Gk(cкtк– cнtн)+W(i–cнtн)],

где δn = 1,05 – 5 % надбавка на потери тепла в окружающую среду;

Q= 1,05 ·[300(2692·67,81–3823·66,27)+900(2613170–3823·66,27)]=613492 Вт.

3600

17) Расход греющего пара

D=Q/(in–iк)=3600·613492/(2699259–438693)=977 кг/ч.

18) Удельный расход пара

d=D/W=977/900=1,09 кг пара на 1 кг воды.

19) Площадь поверхности теплопередачи

F=Q(/к·Δt)= 613492/(1320·36,89)=12,6 м2.

20) Количество греющих труб

11 Расчёт сушильной установки

Массовый расход влажного материала, поступающего на сушку

Gн W 100 W2 , W1 W2

где W – количество влаги, удаляемой при сушке, кг/ч;

24

W1 ,W2 – начальная и конечная влажность материала, %.

Количество абсолютно сухого воздуха, поступающего в сушилку в

воздуха;

X2 – влагосодержание воздуха при выходе из сушилки, кг/кг сухого

воздуха.

Влагосодержание воздуха определяется по формуле

Pн – парциальное давление водяного пара в насыщенном влажном воздухе,

Па;

Pа – атмосферное давление, Па.

Парциальное давление насыщенного водяного пара можно определить по эмпирической формуле (для положительных температур)

Pн exp 52,1084 lnT 7,53962 10 5 T 2 0,160238 T 247,754 ,

где Т – температура, К.

Количество теплоты, приобретаемое воздухом в калорифере

Qк L i1 i0 ,

где i0 , i1 – удельная энтальпия воздуха соответственно поступающего и выходящего из калорифера, Дж/кг сухого воздуха.

Тонкий слой воды или её мелкие капли при контакте с воздухом приобретают температуру, равную температуре мокрого термометра. При контакте воздуха с водой, имеющей такую температуру, происходит процесс адиабатического увлажнения воздуха. В этом процессе энтальпия воздуха остаётся практически постоянной, т. е. принимаем как для теоретической сушилки

25 i2 =i1 ,

где i2 – энтальпия воздуха, выходящего из сушилки.

При нагреве воздуха в калорифере его влагосодержание остаётся неизменным, т.е.

X1 = X0 ,

где X0 – влагосодержание воздуха, поступающего в калорифер.

Удельная энтальпия воздуха складывается из энтальпий сухой его части

иэнтальпии водяного пара и определяется по формуле

i1005 1970 X t 2493 103 X ,

где t – температура воздуха, °С.

Диаметр сушильной камеры распылительной сушилки определяется по эмпирической формуле

D 1,05 3 W , q

где q – допускаемое напряжение объёма камеры, кг/(ч·м3). Эта величина зависит от начальной температуры t1 и принимается в следующей зависимости:

Высота камеры принимается равной

Н=1,2·D.

Пример

Для получения сухого молока используют дисковую распылительную сушилку производительности 500 кг/ч испаренной влаги. На сушку поступает сгущённое молоко с начальной влажностью 60%. Высушенное молоко имеет влажность 4%. Температура воздуха в помещении 20°С, относительная влажность 70%. Температура горячего воздуха при выходе из калорифера равна

160°С, температура воздуха при выходе из сушилки – 80 °С.

26

Определить массу молока, поступающего на сушку, расход воздуха на сушку, расход тепла на нагрев воздуха, размеры сушильной камеры.

Решение

1) Массовый расход молока, поступающего на сушку

2) Влагосодержание приточного воздуха

exp 52,1084 ln 293 7,53962 10 5 2932 0,160238 293 247,754

2330 Па

5) Влагосодержание воздуха при выходе из сушилки.

Так как

i2 =i1 ,

i2 = 1005 1970 X 2 t2 2493 103 X 2 =i1 ,

отсюда

27

6) Расход воздуха на сушку

7) Расход тепла на нагрев воздуха

8) Размеры сушильной камеры:

диаметр

D 1,05 3 500 5,25 м; 4

высота

Н=1,2·D =1,2·5,25 = 6,3 м.

28