Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Николаев Г.И. Тепловые процессы Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
83
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
1.56 Mб
Скачать

Из второго корпуса получим сгущенной массы

G2=G-W=1,5-1,125=0,375кг/с.

Рис.2.8. К расчету выпарной установки

Определяем конечную концентрацию сгущенной массы в каждом корпусе по уравнению:

Хкп=G·Хн/(G-W1-…-Wк):

в I корпусе

Хк1=1,5· 5\(1,5-0,536)=7,8%;

во II корпусе

Хк2=1,5 · 5\(1,5-0,536-0,589)=20%,

т.е. полученная концентрация равна заданной.

Распределим давление пара по корпусам.

Разность между

давлением пара, греющего I корпус,

и давлением вторичного пара в барометрическом конденсаторе

∆р=р-рк=130-12=118кПа.

Распределим перепад давлений между корпусами поровну, т.е на каждый корпус примем ∆р=118/2=59кПа.

101

Тогда давление по корпусам будет:

во II корпусе

р2=12кПа (задано);

в I корпусе

р12+∆р=12+59=71кПа.

Давление греющего пара р=р1+∆р=71+59=130кПа.

По таблицам водяного пара находим температуру насыщенного водяного пара Įн (в 0С) и теплоту парообразования (в Дж/кг) для принятых давлений р (в кПа)в корпусах:

 

р, кПа tн, 0С

r, Дж/кг

корпус

71

90,3

2282·103

корпус

12

49,4

2384·103

греющий пар

130

107,4

2238·103

Рассчитываем температурные потери по корпусам. Температурные потери от физико-химической депрессии

в зависимости от концентрации томатной массы и давления в корпусе определяем по формуле (2.29):

для I корпуса ∆ф-х=0,025˙7,81,1·7,10,17=0,490С;

для II корпуса ∆ф-х=0,025·201,1·120,17=1,030С,

следовательно,

по

двум

корпусам

∆ф-

х=0,49+1,03=1,520С.

 

 

 

 

Температурные потери от гидростатической депрессии примем равными 1,50 на каждый корпус. Тогда для двух корпусов ∆ – г.с. =1,5·2=30С.

Температурные потери от гидродинамической депрессии примем равными 10С на каждый корпус. Тогда для двух корпусов ∆ґ=1·2=20С.

Сумма всех температурных потерь на установке

∆=1,52+3+2=6,520С. 102

Определяем

полезную разность температур

на

установке.

 

 

 

 

 

 

 

 

Полная разность температур ∆tполн=107,1-49,4=57,70С.

Рассчитаем температуры кипения массы

в корпусах

по уравнению (XV-4) [6]:

 

 

 

 

 

tкип=tвп+∆ф-к+∆г.с.

t2=49,4+1,03+1,5=51,90С;

 

во II

корпусе

 

 

в I корпусе

 

t1=90,3+0,49+1,5=92,30С.

по

Рассчитываем

коэффициенты теплопередачи

корпусам.

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая, что для принятых медных труб диаметром

33×1,5мм

величина δ/λ

очень

мала,

коэффициент

теплопередачи К(в Вт/ (м2·К)) определяем по формуле:

 

 

 

 

 

К=α1α2/(α12).

 

 

 

Коэффициент

теплоотдачи α1 от пара

к стенке труб

при t=1020С для I корпуса по формуле (2.7)составит

 

 

α1=1163(1,9+0,04·102)=6960Вт\(м2·К).

 

При массовом напряжении поверхности нагрева

аппарата u=24кг/(м2·ч) рассчитаем значение α22u 0,6.

 

Согласно

рис.2.4.

при

концентрации массы

Х=7,8мас.% и температуре кипения ее t=92,30С А2=470.

 

Тогда

 

α2=470·24 0,6=2920Вт/(м2·К);

 

 

 

 

К1=6960·2920/(6960+2920)=2050 Вт/(м2·К).

Рассчитаем коэффициент теплопередачи для II

корпуса.

 

 

 

 

 

 

 

 

При tнл=800С

α1=1163(1,9+0,04·80)=5931Вт/(м2 К).

 

Примем

массовое

напряжение для

II

корпуса

u=18кг/(м2ч). Согласно рис.2.4. при Х=20мас.% и

t2=51,90С,

А=280.

 

Тогда,

α2=280·180,6=1586Вт/(м2К)

К2=5931·1586/(5931+1586)=1251Вт/(м2К).

 

 

 

С учетом загрязнения К2=1251·0,9=1126Вт/(м2К). Определяем тепловые нагрузки по корпусам с учетом

тепловых потерь. Так как томатная масса подается на выпарку подогретой до температуры кипения, тепловая нагрузка на первый корпус будет

Q1=W1ґ1·1,05=0,536·2286·103·1,05=1284·103Вт.

Во II корпусе, работающем под меньшим давлением, томатная масса поступает перегретой, и при самоиспарении из нее выделяется часть воды в виде вторичного пара. Тогда тепловая нагрузка на II корпус

Q2=[W2r2-G1c1(t1-t2)]·1,05=[0,589·2384·103- 0,964·3150·(92,3-51,9)]·1,05=1345·103Вт,

где с=3150Дж/(кгК)- теплоемкость

томатной

массы

(приложение 3)[6].

 

 

 

Расход греющего

пара

на I

корпус

D1=Q1/r1=1284·103/(2282·103)=0,56кг/с.

 

Удельный расход пара d1=D1/W=0,56/1,125=0,5кг/кгw.

Распределение предельной разности температур найдем из условия одинаковой поверхности нагрева по корпусам. Полезная разность температур определяем по формуле (XV- 7)[6]

∆tпол=tп-tкип;

∆tпол1=107,4 -92,3=15°С;

∆tпол2=90,3-51,9=38,4°С.

Определяем поверхности нагрева корпусов из формулы

(2.1)

для I корпуса F1=1284 ·103/(1845·15,0)=37м2; для II корпуса F2=1345·103/(1126·38,4)=37м2.

104

103

Проверка размеров основных аппаратов установки проводится по методике, изложенной в предыдущем примере.

Пример 4.2. Рассчитать выпарную установку с опускающейся пленкой для концентрирования молока перед сушкой.

На рис.2.9. показана схема двухкорпусной выпарной установки с опускающейся пленкой. Жидкое мыло насосом 9 подается через подогреватели 6 и 4 в верхнюю часть парообразователя 2.

Рис 2.9. Схема пленочной двухкорпусной установки.

Здесь молоко распределяется по кипятильным трубам и стекает по внутренней поверхности труб в виде тонкой пленки. Кипение происходит в тонкой стекающей пленке. Вторичный пар вместе с кипящим молоком поступает в пароотделитель 1, где отделяется от молока и

105

поступает частично в пароструйный компрессор 3, а остальная часть имеет выпаровую рубашку вторичного парообразователя 5.

Подгущенное молоко из пароотделителя 1 насосом 12 подается в верхнюю часть парообразователя 5, где также стекает по внутренней поверхности кипятильных труб и кипит в тонкой пленке. Вторичный пар вместе с молоком опускается в пароотделитель 11 и после разделения уходит через рубашку подогревателя 6 в поверхностный конденсатор 7, а сгущенное молоко насосом 10 откачивается в приемную ванну или обратно передается в парообразователь 5.

Подогреватель 4 обогревается сжатым паром из компрессора 3.

Конденсат из парообразователя 2 поступает в рубашку парообразователя 5 и затем весь конденсат уходит в конденсатор 7, откуда откачивается насосом 8. Установка работает непрерывно.

Расчет вести при следующих данных: Gн=0,4кг\с-при количестве исходного раствора молока; Хн=13%(масс)-начальная концентрация молока; Хк=40% -конечная концентрация молока; Рн-=0,2Мпа -давление первичного (греющего)пара;

Рконд =0,02Мпа -давление вторичного паров конденсаторе .

Решение.

4.2.1. Количество удаленной влаги. W=Gн(1-Хн )=0,4·(1-13)=0,27кг/с

На основании практических данных примем следующее соотношение выпариваемой воды по корпусам:

I:II=1,0:1,1,

106

тогда

W1 = W1+:1,11,0 = 0,272,1 1 = 0,13кг/ с;

W2 = 0,272,11,1 = 0,14кг/ с,

итогоW=0,27кг/с.

Из первого I корпуса в II переходит выпарное молоко:

G1=Gн -W1=0,4—0,13=0,27кг/с.

Из II корпуса получаем концентрированное молоко:

G2=G-W=0,4-0,27=0,13кг/с.

4.2.2. Распределение концентраций молока по корпусам:

I к

Х1=

Gн Х н

=

 

0,4 0,3

=19,26%

;

G

0,27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

II к

Х2

=

G1 X н

=

0,4 13

= 40%.

 

 

G2

0,13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.3. Распределение давлений водяного пара в I корпусе и конденсаторе:

∆Р=Рн –Рконд=200-20=180КПа.

Распределим перепад давлений по корпусам поровну:

 

∆Р=∆Р/2=180/2=90КПа.

Тогда давление по корпусам будет:

I к

Р1=20+90=110КПа;

II к

Р2=20КПа.

Рп=110+90=200КПа.

107

По

таблицам

водяного

пара

находим температуру

насыщения

водяного

пара и теплоту

парообразования по

корпусам:

 

t1=101,65°С

 

 

Iк Р1=110КПа

r1=2256,5·103Дж/кг;

IIк Р2=20КПа

t2=59,7°С

r2=2358 ·103Дж/кг;

Рn=200КПа

tп=119,6°С

rn=2208·103Дж/кг.

4.2.4. Расчет температурных потерь по корпусам.

Общие потери температур состоят из 3 составляющих:

∆=∆I+∆II+∆III.

I-температурные потери от физико-температурных депрессий;

II-температурные потери от гидростатического эффекта;

III-температурные потери от гидростатического эффекта;.

I определяем по формуле (2.28):

1I=0,38ℓ(0,05+0,045·13)=2,440С;

II к

2I=0,38ℓ(0,05+0,045·40)=0,720С .

 

Итого ∆I=3,160С.

II-примем равными 1,5°С на каждый корпус.

Тогда для двух корпусов:

II=1,5·2=30С.

III-примем равным 1°С, тогда для двух корпусов

III=1·2=2°С.

Сумма всех температурных потерь составит:

I=∆I+∆IIIII=3,16+3+2=8,160С.

4.2.5. Определение полезных разностей температур

I к ∆tпол 1=tn –t1-( ∆1I-∆1II-∆1III) =119,6-101,65- (2.44+1.5+1)=13,010С;

II к - ∆tпол 2=t1-t2-( ∆2I-∆2II-∆2III)=101,65-59,7- (0,72+1,5+1)=38,73 0С.

108 4.2.5. Расчет температур кипения молока по корпусам

Iк tк1=t1+ ∆1I-∆1II-∆1III =101,65+2,44+1,5+1=106,60С;

II к tк2=t2+ ∆2I-∆2II-∆2III =59,7+0,72,+1,5+1=62,90С.

4.2.6. Расчет коэффициента теплопередачи К Первый корпус.

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формуле(2.5):

 

 

 

К

=

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

, Вт/ м2К,

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

δ

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α

 

 

 

 

α

2

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м.оК

 

а)

Σδ

λ

=

1

+

2 103

+

 

 

1

= 0,459 103

,

 

 

 

5800

 

17,5

 

 

 

5800

 

Вт

 

б) Коэффициент теплоотдачи α1 от пара к стенке определяем по формуле (2.7):

α1=1163·(1,9+0,04·tпл)=1163·(1,9+0,04·119,6)=7773Вт/м2К, где tпл=tконд=ƒ(Рn=2атм)=119,6°С.

в) Коэффициент теплоотдачи α2 от стенки к кипящему молоку определяется по формуле (IV27)[4]:

α 2

=

 

αθ

 

=

 

5000

 

= 3030 Вт / м

2

К,

 

0,023

+0,024

 

2,79

0,023

+0,024

19 ,26

 

 

 

λ

λ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где αв=5000Вт/м2К- коэффициент теплоотдачи при кипении воды.

Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1089Вт/ м2 К.

 

 

 

1

 

 

+0,459

10 +

1

 

 

 

 

 

 

 

7773

3030

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Второй корпус.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α1=1163·(1,9+0,04·101,65)=6978Вт/м2 К;

 

 

α 2

=

 

 

 

 

5000

 

 

 

 

= 1838

Вт / м 2 К .

 

 

2 ,72

0 , 023 +

0 , 02 40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

= 873Вт\ м2 К.

 

1

 

 

+0,459 103

+

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6978

 

1838

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.7. Определение тепловой нагрузки по корпусам Тепловая нагрузка на I корпусе:

Q1=1,05·W1r1=Д·rД ;

Q1=1,05·0,13·2256,5·103=308·103Вт.

Тепловая нагрузка на II корпусе:

Q2=1,05[W2·r2-G1c1(tкип1-tкип2)]=1,05[0,14·2358- 0,27·3,850(106,6-62,9)]=299КВт.

Расход греющего пара:

Д =

Q1

=

308

= 0,14кг/ с,

r

2208

 

 

 

 

д

 

 

 

где rД=ƒ(Р=2атм)=2208КДж/кг (приложение 2)[6].

4.2.8. Определение поверхности нагрева по корпусам

109

110

Вариант равной поверхности: Iкорпус

tпол1

=

tполQ1 / K1

=

35,8 0,2

=16,2

0

С;

Q / K

0,62

 

 

 

 

 

 

 

II корпус

tпол2

=

35,8 0,34

=19,630

С;

 

 

 

 

 

 

 

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1

0,6

 

 

 

 

 

F =

 

 

=

308 103

=17,4м2 ;

 

 

 

 

 

 

1

 

K1

tпол1

1089 16,2

 

 

 

 

 

 

 

F =

 

299

 

=17,4м2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

873 19.63

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По ГОСТ 11987-81 [4,глава 5],выбираем выпарной аппарат со стекающей пленкой: тип 3, исполнение 2.

 

F=25м2

,

d=38*2мм, Д=600мм,

На=9500мм,

Нг.к=4000мм.

 

 

 

 

 

 

4.2.9. Толщина стекающей пленки (2.13ж).

 

Первый корпус:

 

 

 

δ = 3

3µ т

3 0,44

103 177,5

103

м = 0,6мм,

 

к

= 3

 

1027,72

= 0,06 102

 

ρ2

 

 

 

 

 

где µ0=1,82·10-3Па·с;

 

 

 

 

 

 

mк=400·µ=400·0,44·10-3=177,5·10-3;

 

 

µ =

12,9 µ0

= 0,44 103 Па·с.

 

(2.21)

 

 

 

 

 

 

t 0,85

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

111

 

 

Второй корпус:

δ =3 3 0,69 103 276 103 =0,80 102 м=0,8мм;

1027,72

где t=630C;

µ = 12,9t 0,85µ0 = 0,69 103Па с; mк=400·0,69·10-3=276·10-3; ρ=1027,7кг/м3.

4.2.10. Скорость потока, стекающей тонкой пленки

(2.13и).

I корпус :

 

ρδ 2

 

1027,7 0,62

10

6

u =

2µ

=

 

 

 

 

 

 

= 0,42м/ с.

 

2 0,69 103

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II корпус :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1027,7 0,82

10

6

 

u =

 

 

 

 

 

 

= 0,476м/ с.

 

 

2 0,69 103

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.11. Длина потока стекающей пленки (2.13к)

L = δ u ρ r (х1 хн ) ; х1 Κ ∆t

I корпус:

L = 0,6 103 0,42 1027,7 2256 103 (19,26 13) =129м. 13,26 1089 2

II корпус:

L = 0,8 103 0,476 1027,7 2358 103 (4019,26) =263м. 40 873 2

112

Список рекомендуемой литературы

1.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 784 с.

2.Павлов К.Ф., Романов П.Г., Носков А.А. Примеры

изадачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - М., Химия ,1987. - 552 с.

3.

Справочник

химика.

- М-Л.:

Химия. -

Т.

I,1964,1010 с., т.III, 1962.100 с.

 

 

 

4.

Дытнерский

Ю.М.

Основные

процессы

и

аппараты

химической технологии:

Пособие

по

проектированию. - М.: Химия,1983. - 261с.

 

 

5.Аболмаков Г.Ф. Примеры и задачи по курсу технологического оборудования молочной промышленности. - М.-Л., Машиностроение,1966. - 284 с.

6.Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств.- -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. - 136 с.

Подписано в печать 20.12. 2004 г. Формат 60х84 1/16. Усл.п.л. 6,74, уч.-изд. л. 6,3 Тираж 100 экз. Заказ №125

Издательство ВСГТУ, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, в © ВСГТУ, 2004 г.

113

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.