Выпарная двухкорпусная установка для концентрирования сахарного раствора

4.5. Определение расхода охлаждающей воды конденсатора

Количество  охлаждающей воды G, кг/с, которая потребуется для конденсирования пара в конденсаторе, определяется из условий теплового баланса

                                                  

                  

4.6. Теплотехнический расчёт выпарного блока

Расчёт выпарного  блока включает в себя: определение  тепловой мощности и размеров выпарного  аппарата; расчёт пароструйного эжектора; определение расхода рабочего пара.

Определение тепловой мощности и размеров выпарного  аппарата

Тепловая мощность аппарата Q, кВт, определяется по формуле

 

                                                   

 

где S – расход по исходному раствору, кг/с;

    С  = 4170 Дж/кг – теплоёмкость воды  при 40 С;

    t ,t - конечная и начальная температуры раствора, С;

    W – количество выпаренной воды, кг/с;

    r = 2405.7 кДж - скрытая теплота парообразования при 40 С.

 

                     

Т.к. изначально величины коэффициентов теплоотдачи жидкости и пара, α и α Вт/(м К), соответственно, не известны, то в расчёте предварительно принимается α = 2000 Вт/(м К); α = 2500 Вт/(м К).

В качестве конструкционного материала принимается легированная сталь Х18Н10Т (теплопроводность конструкционного материала λ = 12 Вт/мК), толщина теплопередающей стенки принимается δ = 0,0015 м, [12].

Определение предварительного значения теплопередачи К, Вт/м .

                                                                                        

                        

 

Определение предварительных значений теплопередающей поверхности F, м , количества греющих трубок, n, шт., и удельную плотность теплового потока q, Вт/ м .

                                                               

где ∆t = 3 С – разность температур.

 

                                            

Для определения  количества греющих трубок принимаем  наружный и внутренний диаметры трубок, d = 0,035м и d = 0,032м, соответственно. Длина трубок принимается l = 3 м.

Определение среднего диаметра греющих трубок d , м.

                                       

                                                                       

                                                                                                                      

Далее производится расчёт в котором уточняются значения: К, Вт/м ; α , Вт/(м К); F, м ; n, шт.; q, Вт/ м .

Определение линейной плотности орошения поверхности Г, кг/мс.

                                                                                      

                          где D – расход пара, кг/с;

                П – периметр поверхности,  по которой движется плёнка, м.

                                                                           

                          

                          

Определение Критерия Рейнольдса для течения плёнки.

                                                                                              

где η = 653,3 10 ,Па с,- динамическая вязкость жидкости.

                               

Определение толщины плёнки δ , м, стекающей по вертикальной стенке.      

                                                                    

где ρ – плотность жидкости, кг/м , при 43 С.

Определение скорости стекания плёнки v, м/с.

                                                                                   

                        

Определение Критерия Нуссельта по приведенной  толщине плёнки.                                       

                                                                    

где λ – теплопроводность теплоносителя, Вт/мК.

                                =

Определение уточнённого значения α , Вт/(м К).                                         

                                                                           

                           

 Определение уточнённого значения К, Вт/м .

                                                             

                     

                                         

Принимаем длину  греющих трубок l = 5 м.                                 

                                        

                                        

Рис.13. Схема расположения трубок в греющей камере.

Определение диаметра корпуса греющей камеры D_к, м.

Шаг разбивки греющих трубок 0,044 м., зазор между стенкой корпуса и крайней трубкой 0,017 м. После расположения трубок в определённом порядке (Рисунок 9) получается D_к = 0,35 м. Диаметр сепаратора принимается равным диаметру греющей камеры D_к =D_с.

Определение высоты греющей камеры

                                                                                              

где Н₀ – высота верхней крышки и днища, м.

                                        

Высота сепаратора принимается 2,5 метра, без учёта высоты крышки и днища.

Определение расхода  рабочего пара и размеров аппарата

 Расход рабочего  пара D_р, кг/с, определяется по формуле

                                                      

4.7. Расчёт конструктивных размеров аппарата.

Определение количества пара, которое расходуется греющей  камерой D_с, кг/с.

                                                                                                   

                                      

Определение количества пара, которое отводится на конденсатор D_отв, кг/с.                       

                                                                                           

                                      

Определение выходного  сечения f_p1, мм, и его диаметра d₁, мм.

                                                                                                       

                                                        

                                                       

Определение отношения  выходного сечения камеры смешения к критическому сечению рабочего сопла

                                                                              

                                      

Определение входного сечения f₃, мм, и его диаметра d₃, мм.

                                                                                                    

                                        

                                         

При цилиндрической камере смешения входное и выходное сечения  равны,  f₃  = f₂, а значит, равны и их диаметры, d₃ = d₂.

 

Вывод

Разработанный выпарной блок для установки по производству концентрированного сахарного раствора представляет собой выпарной аппарат с падающей плёнкой и вынесенной греющей .

Выпарная установка  предназначена для производства концентрированного сахарного раствора, а так же может быть использована при выпаривании других жидких пищевых сред, которые схожи по теплофизическим свойствам со сахарного раствора. Данная установка является автономной от линии централизованной подачи пара (котельной, ТЭЦ) и включает в себя следующие элементы: выпарной блок, парогенератор, подогреватель, конденсатор, баковую аппаратуру, подающие насосы и вакуум насос.

Разработанный выпарной блок обеспечивает производство высококачественной продукции, за счёт низкой температуры при выпаривании (t = 40°С), что обеспечивает сохранность витаминов, красящих пигментов и других ценных веществ, при низких затратах энергии, которые составляют по пару 0,25 кг на один килограмм продукта или электроэнергии   0,17 кВт/кг. Всё это позволяет производить высококачественный продукт при низких затратах на производство.

Технические характеристики выпарного блока:

производительность  по исходному раствору 100 кг/ч;

теплопередающая поверхность аппарата 15,9 м ;

расход греющего пара 100 кг/ч;

греющие трубки

                            количество 30 шт.,

                            внутренний диаметр 0,032 м,

                            длина 5 м;

габаритные размеры

                            длина     1400 мм;

                            ширина  1565 мм;

                            высота   5960 мм.

 

Список использованных источников

 

1. Базарнова Ю.Г., Белодедова А.С., Попова Е.А. Натуральные пищевые красители для мучных кондитерских изделий при холодильном хранении. Здоровое питание в 21 веке. № 2, 2004. – 56 с.
2. Берсон Г. З. Овощи на любой вкус. – Екатеринбург: Сред. – Урал. Кн. изд – во, 1993. – 240 с.: ил.
3. Кавецкий Г. Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. –   2е изд. – М.: Колос, 2000. – 551 с. 
4. Горбатюк В. И. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Колос, 1999 – 335 с.
5. Стабников В. Н., Баранцев В. И. Процессы и аппараты пищевых производств. – 2е изд. – М.: Пищевая промышленность, 1974. – 360 с.
6. Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты. – М.: Агропромиздат, 1974 – 305 с.
7. Видлер С.И. Выбор, расчёт и применение пароэжекторных вакуум – насосов. Передовой научно – технический и производственный опыт. № 20 – 63 – 319/7, 1963. - 35 с.
8. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: «Химия», 1966. – 640 с.
9. Ривкин С. Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.: Энергия, 1980. – 424 с.
10. Процессы и аппараты пищевых производств. Методические указания к выполнению лабораторной работы. Расчёт парового кожухотрубного нагревателя для специальности 170600/ Л. А. Минухин; Уральский Государственный Экономический Университет. – Екатеринбург, 1995. – 41 с.
11. Исаченко В. П., Осипова В. А, Сукомел А. С. Теплопередача: учебник для вузов. – 4е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1981 – 416 с.
12. Процессы и аппараты пищевых производств. Методические указания к курсовой работе для специальности 170600/ Л. А. Минухин, В. А. Тимкин; Уральский государственный университет. – Екатеринбург, 1995. – 41 с.
13. Лунин О. Г., Вельтищев В. Н. Теплообменные аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1987 – 239 с.
14. Минухин Л. А., Тимофеева С. А. Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств: Учебное пособие. – Екатеринбург: Изд – во       УрГЭУ, 1996 – 84 с.