где Вн- начальное содержание сухих веществ, % масс.;
Вк- конечное содержание сухих веществ, % масс..
Тогда по формуле (2.1) количество теплоты Qвып , необходимое для выпаривания 2074,07кг воды равно:
Необходимая площадь поверхности теплопередачи сусловарочного котла (м2) в зависимости от продолжительности процесса выпаривания
где Ксусла– коэффициент теплопередачи при кипячении сусла, кВт/(м2·К);
Δtср – полезная разность температур при выпаривании, оС;
τц – продолжительность процесса выпаривания, ч, τвып =1,5 ч.
Давление насыщенного пара, применяемого для кипячения сусла:
При данном давлении температура насыщения пара по уравнению интерполяции будет равна [5]:
)
При расчетах поверхности теплообмена принимают, что греющий, насыщенный пары и конденсат отводятся при температуре конденсации т.е.
tн.п = tк.п = 138,9оС.
Средняя разность температур:
где
1
1
Тогда
Коэффициент теплоотдачи
где αнакл.1 – коэффициент теплопередачи для наклонной стенки аппарата, Вт/(м2·К);
δ – толщина стенки паровой рубашки, то есть толщина листовой стали, м, δ = 0,014 м;
λст – теплопроводность материала стенки, Вт/(м·К), теплопроводность стали нержавеющей марки 1Х18Н9Т, λст = 16 Вт/(м·К).
(термическое сопротивление), Вт/м2
Коэффициент теплопередачи от греющего пара к стенке находим по формуле [4]:
где Сп – коэффициент пропорциональности, для вертикальной стенки, Сп=0,533;
λ – коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м·К);
ρконд – плотность конденсата, кг/м3;
μ – коэффициент динамической вязкости конденсата, Па·с;
r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг;
Нст – высота стенки м, Нст=
tпи tст – температура пара и стенки паровой рубашки, оС.
Величины λ, ρконд и μ принимают по средней температуре плёнки конденсата:
Температура стенки рассчитывается из следующего допущения :
Отсюда
1
Тогда
При температуре tср = 133,9 оС:
Величину r принимают при температуре насыщенного пара tн.п = 138,9 оС.
При 138,9 оС:
Тогда по формуле (2.7):
Коэффициент теплопередачи для наклонной стенки аппарата вычисляют с углом
Коэффициент теплоотдачи от поверхности паровой рубашки к суслу α2 находим по формуле [3]:
где Nu – определяемый критерий теплообмена Нуссельта, который равен:
где Reмеш – критерий Рейнольдса мешалки сусловарочного аппарата;
Pr – критерий Прандтля;
μсусла и μст – коэффициенты динамической вязкости сусла при средней температуре и при температуре стенки аппарата соответственно, Па·с.
Для рассчитываемого сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5 выбираем мешалку типа лопастная, основные размеры которой приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Характеристика мешалки для сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5
Тип мешалки | Характеристика мешалки при H/D=1 | Характеристика сосуда | |||
ГD=D/dм | β =b/dм | hм/dм | угол наклона | Без перегородок | |
Двухлопастная | 2 | 0,1 | 0,33 | 900 |
То есть диаметр мешалки dмравен:
Принимаем стандартный диаметр мешалки по ГОСТ 20680-75:
Ширина лопасти мешалки b равна:
Высота установки мешалкиhм:
Критерий Рейнольдса мешалки можно вычислить по формуле:
где
nмеш.-частота вращения мешалки, с-1, nмеш. = 0,67 с-1.
где μв– коэффициент динамической вязкости воды, Па·с;
При средней температуре кипения сусла t=105
μв=0,269
Тогда
Согласно формуле (2.16) критерий Рейнольдса мешалки равен:
Критерий Прандтля находят по формуле:
где λсусла – коэффициент теплопроводности сусла
λсусла = 0,635 Вт/(м·К)
Ссусла – удельная теплоемкость сусла, кДж/(кг·К)
Удельная теплоёмкость сусла равна:
где С0 – удельная теплоемкость сухих веществ, С0=1,42 кДж/(кг·К);
Св – удельная теплоёмкость воды, Св = 4,19 кДж/(кг·К);