Материал: Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования

X_кон = 40% - концентрация сухих веществ в сыворотке подсырной после упаривания;_нач = 20 ⁰С - начальная температура сыворотки поступающей на выпаривание;_гп1 = 80 ⁰С - температура греющего пара поступающего в первый корпус;

P_k = 0,01 МПа - остаточное давление (давление в конденсаторе).

Выпаривание ведут при температуре t = 55 - 60 ⁰С= 3000 кг/ч - производительность установки по испаряемой влаге;

P_Тк = 1,2 МПа - давление рабочего пара в термокомпресоре.

Материальный баланс

Производительность установки по подоваемому продукту определим по формуле:

,

Откуда

.

Расчет концентраций упариваемого раствора

Распеделение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношния нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первомм приближении на основании практических данных принимают, что производительность выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответсвии с соотношенем:

Тогда

Рассчитываем концентрации по корпусам:

2.4 Тепловой расчет аппарата

Общий перепад давлений в установке равен:

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давление греющих паров по корпусам равны:

,

По давлению паров найдем их температуру и энтальпии:

Гидродинамическую депрессию в расчетах принимаем  Тогда температура вторичного пара в корпусе равна:

Сумма гидростатических депрессий:

По температурам вторичного пара определим их давление:

Найдем ориентировочно поверхность теплопередачи выпарного аппарата:

По ГОСТ 11987 - 81 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой состоят из кипятильных труб 4 и 5 м при диаметре d_вн = 38 мм и толщиной стенки δ = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб Н = 4 м.

Давление в среднем слое кипения:

Этим давлениям соответствует температура:

т.к. у нас 1-ый аппарат с вынесенной греющей камерой, а 2-ой со свободно стекающей пленкой то гидростатическую депрессию  не учитывают.

Температурную депрессию определим по уравнению:

Атмосферные депрессии для сыворотки составят:

Тогда:

В аппаратах с вынесенной греющей камерой и естественной циркуляцией рассчитывается

 перегрев раствора.

Масса циркулирующего раствора:

Температура кипения в корпусах равна:

Полезная разность температур в корпусах равна:

Проверим правильность вычислений:

Определим тепловые нагрузки.

Рассчитаем коэффициенты испарения и самоиспарения по корпусам.

Для первого корпуса:

Для второго корпуса:

Суммарные расчётные коэффициенты, ходящие в уравнение И.А. Тищенко, определим по соотношениям:

Рассчитаем коэффициент инжекции. Острый пар давлением 1.2^.10⁶Па и степень сухости 0,95. Тогда энтальпия его будет равна

 [5]

Давление вторичного пара , а энтальпия

 [5]

По i-s - диаграмме определяем тепловые перепады

.

Коэффициент инжекции рассчитаем по уравнению:

,

Где А - величина, характеризующая работу инжектора. Для установок уже побывавших в производстве А=0,75

.

Энтальпия пара, выходящего из инжектора при давлении 0,0483МПа согласно формуле:

Составляет:

Проводим на i-s - диаграмме линию для данного значения энтальпии и находим .

При  коэффициент инжекции:

а энтальпия

Поскольку  отличается от , произведем новое построение для . Для этого на i-s - диаграмме проведем линию для данного значения энтальпии и найдем:

При этом:

То есть, незначительно отличается от полученного ранее результата. Принимаем для дальнейших расчетов коэффициент инжекции U= 0,858.

Расход острого пара:

Если выпаривание вести без инжекции, то расход пара в первом корпусе определим по уравнению:

Количество вторичного пара поступающего на инжекцию:

Количество греющего пара поступающего в первый корпус:

Количество воды выпаренной в первом корпусе:

Количество греющего пара поступающего во второй корпус:

Количество воды выпаренной во втором корпусе:

Общее количество воды выпаренной влаги:

Полученные в результате расчета значения 2943 кг/с не соответствуют количеству, которое нужно выпарить согласно заданию 3000 кг/с. поэтому выполним перерасчет количества воды, выпариваемой по корпусам, исходя из найденных при расчете соотношений:

W₁: W₂=1912: 1031;

Количество теплоты, предаваемой через поверхность нагрева первого корпуса:

Второго корпуса:

Расчет коэффициента теплопередачи

Для корпуса аппаратов и соприкасающихся с сывороткой выбираем материал Сталь 12Х18Н10Т, с коэффициентом теплопроводности λ = 17,5 Вт/м·К. толщина стенки δ = 2 мм.

Коэффициент теплопередачи К определим по уравнению:

.

Термическое сопротивление стенки с загрязнениями:

,

Расчет коэффициента теплопередачи первого корпуса:

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке  равен:

,

где

 - теплота конденсации греющего пара;

;

;

.

Принимаем - высота труб.

Принимаем .

Тогда

.

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к сыворотке:

Принимаем тогда

Принимаем тогда

Тогда коэффициент теплопередачи:

Расчет коэффициента теплопередачи второго корпуса:

Принимаем.

Тогда

где при q>20000; с=2,6; n=0, 203; m=0,322;

 - теплопроводность кипящего раствора  [5],

 - толщина плёнки,

,

,