Николаев Г.И. Тепловые процессы Учебное пособие

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):

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:

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:

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,

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

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,

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

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:

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

∆Р=Рн –Рконд=200-20=180КПа.

Распределим перепад давлений по корпусам поровну:

Рп=110+90=200КПа.

107

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):

∆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+∆II∆III=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):

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]:

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

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:

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

4.2.8. Определение поверхности нагрева по корпусам

Вариант равной поверхности: Iкорпус

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

Второй корпус:

δ =3 3 0,69 10−3 276 10−3 =0,80 10−2 м=0,8мм;

1027,72

где t=630C;

µ = 12,9t 0,85µ0 = 0,69 10−3Па 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 :

4.2.11. Длина потока стекающей пленки (2.13к)

L = δ u ρ r (х1 − хн ) ; х1 Κ ∆t

I корпус:

L = 0,6 10−3 0,42 1027,7 2256 103 (19,26 −13) =129м. 13,26 1089 2

II корпус:

L = 0,8 10−3 0,476 1027,7 2358 103 (40−19,26) =263м. 40 873 2

112