Проект участка приготовления сахарного сиропа производственной мощностью 1500 тонн в год (стр. 2 из 4)
Рисунок 3.1 – Расчетная схема греющей части аппарата
Составляем уравнение теплового баланса:
Gсqс + Di1'' = Gкqк + D2i2''+Di1' + Qп [1.c62,ф1]
или при q = ct, Gк = П
Gсcсt1 + Di1'' = П cкtк + D2i2'' + Di1' + Qп [1.c62,ф2] Вт
Определяем требуемое количество исходного сиропа из уравнения материального баланса сухих веществ:
Gсaс = Gкaк ; [1.c62,ф3]
Gс =
[1.c62,ф4] кг/кгGк = 850 кг/ч;
Gк =
ас =
,ас =
aк =
aк =
Gс =
.Определяем температуру кипения карамельного сиропа по графику температур [4, с.47] при Wс = 16% и давлении ра = 98 кПа (атмосферном):
tс = 122°С
Тс = tс + 273,15; Тс = 395,15°К
Определяем по тому же графику температуру кипения карамельной массы tк в зависимости от заданной влажности Wк = 3% и давлении (абсолютном) в вакуум-камере Ра , определяем по формуле:
Ра = Р0 + (-Рвак) [1.c63,ф8]
Ра = 98 – 74,7 = 23,3 кПа
tк = 118°С
Тк = 391,15°К
Определяем удельную теплоёмкость сиропа Сс и карамельной массы Ск по формуле В.В. Яновского [4,с.43] для сахаристых веществ, в том числе и для сахаро-паточного сиропа, имеющей общий вид:
С = 4190 – (2514 – 7,54t) а [1.c63,ф9] Дж/(кгК)
Для сиропа:
Сс = 4190 – (2514 – 7,54 tс) ас [1.c63,ф10]
Сс = 4190 – (2514 – 7,54 · 122) · 0,84 = 2850 Дж/(кгК)
Для карамельной массы:
Ск = 4190 – (2514 – 7,54 · tк)ак [1.c64,ф11]
Ск = 4190 – (2514 – 7,54 · 118) · 0,97 = 2614 Дж/(кгК)
Количество образовавшегося вторичного пара определяем из уравнения материального баланса:
Gс = Gк + D2
или Gс = П + D2
Gсас = Пак
Решая совместно последние два уравнения, получим:
D2 =
D2 =
Теплосодержание вторичного пара i2'' определяется по абсолютному давлению в вакуум-камере аппарата по таблице М.П. Вукаловича "Термодинамические свойства водяного пара":
i2'' = 2620 кДж/кг.
Теплосодержание греющего пара i1'' и конденсата i1' определяем по таблице М.П. Вакуловича при р = 0,6 МПа и tнас = 158,8 °С:
i1'= 670,4 кДж/кг = 670400 Дж/кг
i1'' = 2756400 Дж/кг.
Определяем полезно затраченное тепло:
Qпол = Gкcкtк + D2i2'' – Gсcсtс;
Qпол = 0,236 · 2614 · 118 + 0,037 · 2620 ·103 – 0,27 · 2850 · 122 = 75856 Дж/с (Вт).
Расход греющего пара:
кг/с; 
.3.2 Конструктивный расчёт аппарата
Определяем поверхность теплопередачи (поверхность змеевика) по формуле:
м2,где Δt – средняя разность между температурой греющего пара и средней арифметической температурой увариваемого вещества:
Δt =
°СΔt =
°С;к – коэффициент теплопередачи змеевика, к – 406 Вт/м2 К [4,с.51]
Тогда:
.Длину трубки змеевика определяем по формуле:
При принимаемом dн = 50 мм = 0,05 м
.Задавшись средним диаметром змеевика Dзм = 0,6 м и шагом витков S=0,08 м, находим угол подъёма витка змеевика (см. схему на рис. 3.2) по формуле:
Рисунок 3.2 – Схема к расчёту угла подъёма змеевика
Длина витка змеевика составит
Число витков змеевика
Диаметр корпуса греющей части определяется по формуле:
Dк = Dзм + dн + 0,1 [4,с.51]
Dк = 0,6 + 0,05 + 0,1 = 0,75 м
Принимаем диаметр по ближайшему диаметру стандартных штампованных днищ 0,8 (800 мм). Эскиз змеевика с обозначением некоторых конструктивных размеров на рис. 3.3. Высота змеевика Нзм составит:
Нзм = Sn + hк,
где hк – конструктивная добавка с учётом высоты штампованных днищ (hк = 300 мм).
При наличии двуспирального змеевика
Рисунок 3.3 – Схема к расчёту змеевика
3.3 Расчёты на прочность
Толщина стенки корпуса определяется по формуле [1, с. 52]:
где р – давление в аппарате, МПа (р = 0,6 МПа);
Dв – внутренний диаметр сосуда, м (Dв = 0,8 м);
д – допускаемое напряжение на растяжение, МПа (для стали Ст.5 принимаем равным 150 МПа);φ – коэффициент прочности сварного шва (φ = 0,7 ÷0,8);
с – прибавка на коррозию,м (С = 0,0015 м).
Принимаем толщину стенки 0,004 м (4 мм).
Толщину эллиптического днища (рис. 4) определяем по формуле [2, с.130]:
где hв – высота выпуклой части днища
(hс 
0,2 Dв [2,с.128]).
Принимаем hв = 0,16 м.
д = 0,004 м (4 мм). 
Рисунок 3.4 – Эскиз днища
Болтовое соединение рассчитываем исходя из условия герметичности (плотности) [2.с.140]. Усилие, действующее на один болт (Р0) определяется по формуле:
где k – коэффициент затяжки болта,
Q – усилие, отрывающее крышку от фланца;
где z – число болтов на фланце,
Dв – внутренний диаметр корпуса,
р – давление в корпусе.
Принимаем:
k = 2,0; Dв = 0,8 м; z = 32; р = 0,6 МПа
Номинальный диаметр болта определяется по формуле: [2, с. 142]:
где
в – предел прочности материала болта на растяжение, МПа;nв – запас прочности.
Принимаем: nв = 6,5;
в = 500МПа 
Принимаем болты М24 по ГОСТу 9150 – 59.
Определяем толщину (
) кругового приварного фланца, расчётная схема которого показана на рисунке 3.5. 
Рисунок 3.5 – Схема к расчёту фланца
Расчёт проводится по формуле [2,с. 143]:
где
– коэффициент, зависящий от конструкции фланца и вида прокладки; принимаем равным 0,43 [2,с. 143];R0 – радиус окружности центров болтовых отверстий, м;
Rв – внутренний радиус корпуса, м;
d – диаметр болтового отверстия, м;
S – расстояние между болтами (шаг болтов), м.
Остальные обозначения те же, что и в предыдущих формулах.