Расчет однокорпусного выпарного аппарата (стр. 3 из 6)
Пленочные аппараты обладают высоким коэффициентом теплопередачи.
Последний, однако, достигается лишь при определенном уровне жидкости, который устанавливается опытным путем: при повышении уровня коэффициент теплопередачи снижается; при понижении уровня уменьшается содержание жидкости в парожидкостной смеси, что приводит к недостаточному смачиванию верхних концов труб и снижению активной поверхности теплообмена. Ввиду однократного прохождения жидкости через аппарат со значительной скоростью, для получения достаточно концентрированного упаренного раствора требуются длинные трубы (обычно 6 – 9 м).
Недостатками вертикальных пленочных аппаратов являются трудность очистки длинных труб и сложность регулирования процесса при колебаниях давления греющего пара и начальной концентрации раствора. Кроме того, для размещения пленочных аппаратов необходимо строить производственные здания большой высоты.
Эти аппараты применяются для выпаривания пенящихся, а также чувствительных к высокой температуре растворов; при выпаривании очень вязких и кристаллизующихся растворов они малопригодны.
Пленочные аппараты изготовляются с поверхностью теплообмена от 100 до 900 м2.
В вертикальных аппаратах с направленной естественной циркуляцией раствора выпаривание осуществляется при много кратной естественной циркуляции раствора. Они обладают рядом преимуществ сравнительно с аппаратами других конструкций, благодаря чему получили широкое применение в промышленности. Основным достоинством таких аппаратов является улучшение теплоотдачи к раствору при его многократной организованной
циркуляции в замкнутом контуре, уменьшающей скорость отложения накипи на поверхности труб. Кроме того, большинство этих аппаратов компактны, занимают небольшую производственную площадь, удобны для осмотра и ремонта.
2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ОПИСАНИЯ И РАСЧЁТЫ 2.1 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Исходный разбавленный раствор из сборника 11 центробежным насосом 10 подается в теплообменник 12, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, а затем в выпарной аппарат 9, из которого упаренный раствор поступает в сборник 7, откуда центробежным насосом 8 подается потребителю. Выпарной аппарат и теплообменник обогреваются греющим паром из котельной.
Вакуум в выпарном аппарате создается за счет конденсации вторичных паров, поступающих в низ выпарного аппарата, при их охлаждении водой в кожухотрубном конденсаторе 3 и отсоса неконденсирующихся газов вакуум-насосом 5. Для исключения попадания в вакуум – насос капель воды перед ним устанавливается ловушка 2. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи трубы с гидрозатвором 4. Конденсат греющих паров из выпарного аппарата и теплообменника выводится через конденсатоотводчики и направляется в котельную или на технологические нужды.
2.2 МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЁТ УСТАНОВКИ
Основные уравнения материального баланса:
(2.1)
(2.2)где
, 
- соответственно производительность установки по исходному и готовому продукту, кг/с;
, 
- соответственно начальное и конечное содержание сухих веществ в молоке;W – производительность установки, кг/с.
Производительность установки по исходному продукту определяем по уравнению материального баланса:
Gн = W/(1-хн/хк) = 0,194/(1-9/44) = 0,244 кг/с,
Производительность установки по готовому продукту:
Gк= Gн - W = 0,244-0,194 = 0,05кг/с =180 кг/ч.
Материальный баланс выпаривания
Таблица 2.1
| Поток | Обозначение | Численное значение, кг/с | Содержание сухих веществ, % |
| Исходное молоко | | 0,244 | 9 |
| Упаренное молоко | | 0,05 | 44 |
| Вторичный пар | W | 0,194 | - |
2.3 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ АППАРАТАУравнение теплового баланса выпарного аппарата
(2.3)где D – расход греющего пара;
r – удельная теплота конденсации греющего пара при Рг.п.=0,11 МПа
r = 2264 кДж/кг;
Сн – 3,36 кДж/кг·К – удельная теплоемкость молока, поступающего на выпаривание; [2, стр.134]
tкип – температура кипения молока;
tн = 650С – температура, с которой молоко поступает на выпарку;
hвт – энтальпия вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата.
Определим температуру кипения молока в трубах калоризатора.
Давление вторичного пара в кожухотрубном конденсаторе:
Р0=Раб – Рвак = 0,101-0,086=0,015 МПа,
где Раб = 0,101 МПа – атмосферное давление;
Рвак = 0,086 МПа – вакуммометрическое давление в конденсаторе (принимаем).
Температура насыщения вторичного пара в конденсаторе
t0 = 53,60C [4, стр.549]
Температура насыщения вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата
,где Δtг.с – гидравлическая депрессия, принимаем Δtг.с.=10С (из практических данных).
Конечная температура раствора (т.е. температура кипения молока в сепараторе)
где Δtдепр. – температурная депрессия, принимаем Δtдепр = 20С. [4, стр.535]
Средняя температура кипения раствора в трубах
где Δtг.эф – депрессия гидростатического эффекта – представляет собой повышение температуры кипения раствора вследствие дополнительного давления столба жидкости по сравнению с давление в сепараторе.
Давление при кипении раствора на среднем уровне
где р1 – давление вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата при t=54,60C P1 = 0,0154 МПа.
ρр=1048 кг/м3 [2, стр.131] – плотность молока;Нур – высота слоя раствора без учета наличия паровых пузырей в кипящем растворе.
где
и 
- соответственно плотности раствора конечной концентрации и воды при средней температуре кипения 
, 
. Так как 
не известно, то принимаем 
.
=987кг/м3.
- рабочая высота труб, принимаем 
(выбираем из стандартного ряда). 
.Тогда tср = 64,80С, значит
Δtг.эф=tср-t1=64,8-54,6=10,20С
tкип=56,6+10,2=66,80С
Суммарные депрессионные потери
Полезная разность температур
,где Δtобщ = tг.п. –t0 = 99,1-53,6=45,50С – общая разность температур;
tг.п. = 99,1 0С при Рг.п.=0,11 МПа [4, стр.549].
Таким образом, расход греющего пара
