Материал: Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования

где Г - линейная массовая плотность орошения,

где П - смоченный периметр.

Тогда

откуда

.

Толщина плёнки:

Коэффициент теплоотдачи:

,

Тогда коэффициент теплопередачи:

Распределение полезной разности температур:

Первый корпус:

Второй корпус:

Поверхность теплопередачи:

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в 1-ом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры между корпусами установки.

Второе приближение:

Принимаем тогда

Расчет коэффициента теплопередачи второго корпуса:

Принимаем.

Тогда

Тогда коэффициент теплопередачи:

Количество теплоты, предаваемой через поверхность нагрева первого корпуса:

Второго корпуса:

Распределение полезной разности температур:

Первый корпус:

Второй корпус:

Поверхность теплопередачи:

По ГОСТ 11987 - 87 выбираем выпарные аппараты:

-ый выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой:_н = 63 м²;= 38 × 2 мм

Н = 4 м_к = 800 мм_с = 1600 мм_ц = 500 мм

Н_а = 13000 мм

М_а = 7500 кг

-ой выпарной аппарат со свободно стекающей пленкой:_н = 63 м²;= 38 × 2 мм

Н = 4 м_к = 800 мм_с = 1600 мм

Н_а = 10500 мм

Н₁ = 1500 мм

М_а = 5800 кг

2.5 Тепловой расчет комплектующего оборудования

Расчет пластинчатого подогревателя ПП2:

Сыворотка нагревается от 20 ⁰С до 30 ⁰С ее расход равен G_н = 0,9804 кг/с.

Определим тепловую нагрузку:

.

Расход конденсата. Принимаем, что поступает с  и охлаждается до .

Средняя разность температур противотока:

Примем коэффициент К_ор = 800 Вт/ (м²·К), тогда F_ор = Q/ (К_ор·Δt_cp) = 36696/ (800·13.2) = 3.5 м².

Рассмотрим пластинчатый теплообменник:= 5 м² f = 0,3 м² N = 20

Пусть компоновка самая простая 10/10, т. е по одному пакету для обоих потоков. Скорость подогреваемой жидкости в 10 каналах с проходным сечением 0,0011 м² равна:

турбулентный режим

Скорость конденсата в 10 каналах:

турбулентный режим

Сумма термического сопротивления гофриравонной стенки из нержавеющей стали толщиной 1,0 мм и загрязнений состовляют:

Теплообенник нормальной поверхности F = 5 м² подходит с запасом Δ = (5-4,68) 100/4,68 = 6,8 %.

Расчет гидравлического сопротивления:

Расчет пластинчатого подогревателя ПП1:

Сыворотка нагревается от 30 ⁰С до 50 ⁰С ее расход равен G_н = 0,9804 кг/с.

Определим тепловую нагрузку:

.

Расход конденсата. Принимаем, что поступает с  и охлаждается до .

Средняя разность температур противотока:

Примем коэффициент К_ор = 600 Вт/ (м²·К), тогда F_ор = Q/ (К_ор·Δt_cp) = 77451/ (600·13.7) = 9.4 м².

Рассмотрим пластинчатый теплообменник:= 10 м² f = 0,3 м² N = 36

Пусть компоновка самая простая 18/18, т. е по одному пакету для обоих потоков. Скорость подогреваемой жидкости в 18 каналах с проходным сечением 0,0011 м² равна:

турбулентный режим

Скорость конденсата в 10 каналах:

турбулентный режим

Сумма термического сопротивления гофриравонной стенки из нержавеющей стали толщиной 1,0 мм и загрязнений состовляют:

Теплообенник нормальной поверхности F = 10 м² подходит с запасом Δ = (10-9,92) 100/9,92 = 1 %.

Расчет гидравлического сопротивления:

Расчет кожехотрубного конденсатора:

Пар конденсируется

Определим тепловую нагрузку:

.

Расход холодной воды. Принимаем, что поступает с  и нагревается до .

Средняя разность температур противотока:

Примем коэффициент К_ор = 800 Вт/ (м²·К), тогда F_ор = Q/ (К_ор·Δt_cp) = 694960/ (800·18,3) = 47,5 м². Примем Re = 10000, d_H = 25×2 мм.

В соответствии с соотношением n/z принимаем наиболее близкое к заданному значению теплообменников с диаметром кожуха D = 600 мм, диаметр трубок d_H = 25×2 мм, числом ходов z = 2 и общим числом трубок n =240: n/z=240/2=120 с длинной трубы L = 3 м и поверхностью теплопередачи F = 57 м².

Требуемая поверхность теплопередачи:

Из приложения подходит с 57 м² подходит с запасом Δ = (57-55,4) 100/55,4 = 3 %.

2.6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования

Выбор трубопровода: примем ω = 2 м/с

Принимаем d = 29×2 мм.

Фактическая скорость:

Определение потерь на трение и местные сопротивления:

Режим турбулентный. Абсолютная шероховатость трубопровода принимаем Δ = 0,1 мм. Тогда:

е = Δ/d = 0.0001/0.025 = 0.004

/е=250; 560/е=140000

 < Re < 140000

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.

Для всасывающей линии:

) вход в трубу (острые края) ζ = 0,5;

) повороты ζ_пов = 2;

) вентили ζ_в = 7,225

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потерянный напор во всасывающей линии:

Для линии до подогревателя ПП2:

1) повороты ζ_пов = 2; 2) вентили ζ_в = 7,225 3) резкое расширение ζ = 0,57

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потерянный напор:

Для линии от подогревателя ПП2 до подогревателя ПП1:

) повороты ζ_пов = 2;

2) вентили ζ_в = 7,225

) резкое расширение ζ = 0,57

4) резкое сжатие ζ = 0,37

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потерянный напор:

После подогревателя ПП1:

) повороты ζ_пов = 2;

2) вентили ζ_в = 7,225

) резкое расширение ζ = 0,57

4) резкое сжатие ζ = 0,37

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потерянный напор во всасывающей линии:

Общие потери напора:

Напор насоса:

Полезная моўность насоса:

Мощность на валу двигателя:

,

Из приложения по заданной подаче и напору больше всего соответствует насос марки Х8/30, для которого Н = 24 м, η_н = 0,5. Насос обеспечен электродвигателем А02-32-2 номинальной мощностью N_н = 4 кВт, η_дв = 0,82. Частота вращения вала n = 48,3 с^-1.

2.7 Конструктивный расчет проектируемого аппарта

Внутренний диаметр греющей камеры при размещении труб по вершинам равностороннего треугольника:

Принимаем D_к = 800 мм.

Внутренний диаметр циркуляционой трубы:

Принимаем D_ц = 250 мм.

Расчет диаметра обечайки.

Допускаемое напряжение парового прастранства:

Объем сепаратора:

Допускаемая скорость пара в сепараторе ω = 4,4 м/с.

Диаметр обечайки сепаратора:

-удельный обьем пара.

Принимаем D_с = 1,2 м.

Уточняем скорость пара в сепараторе:

Критерий Рейнольдса:

_к = 0,0006 м - диаметр капли.

Так как Рейнольдс < 500, коэффициент сопротивления ζ равен:

Скорость витания капли:

Как видим, скорость движения пара в паровом пространстве меньше скорости витания капли. Высота парового пространства:

Диаметр входной трубы по которой пара-жидкостная смесь поступает из греющей камеры в сепаратор:

Принимаем D_вх = 200 мм.

Определение диаметра штуцеров.

Примем скррости в соответствии с литературой:

; ; ; ;

Сответственно плотности:

; ; ; ;

Диметр штуцеров:

Вход греющего пара 400 мм

вторичного пара400 мм

раствора 25 мм

Выход раствора 25 мм

Конденсата 25 мм

Расчет толщины обечайки:

Толщина обечайки, работающей под наружным давлением:

Е = 1,85*10¹¹ Н/м² - модуль упругости.

Р_н = Р_атм - Р_г = 0,101-0,0393=0,0617 МПа.

Проверим справедливость найденного значения:

Определение толщины тепловой изоляции:

Толщину тепловой изоляции  находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду.

 коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/ (м² К)

 температура изоляции со стороны окружающей среды. Примем

 ^оС

 температура изоляции со стороны аппарата. Примем

 ^оС

 температура окружающей среды

 ^оС

 коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м К

Выберем в качестве материала для тепловой изоляции совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности

Рассчитаем толщину тепловой изоляции:

Требования техники безопасности и ПС.

Для производства пищевых и прочих продуктов применяют вакуум-выпарные аппараты.

На аппараты этого типа распространяются действия правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Для каждого аппарата составляют прошнурованную книгу, установленного образца, которая хранится у механика завода. В ней должен быть паспорт, выданный заводом изготовителем, чертёж аппарата, помещение с обозначением лестниц, окон, площадок, дверей.

Помещение, где выпарная установка, должна быть оборудованной аварийным освещением, позволяющим наблюдать за приборами и работой аппаратов при отключении электроэнергии в основной энергоцепи.

Обслуживание этих аппаратов может, поручено лицам не моложе 18 лет, прошедших медицинское обследование, обученным на соответствующей практике имеющим удостоверение соответствующей комиссии на право обслуживания выпарных аппаратов и изучавших инструкцию по эксплуатации.

Повторную проверку знаний проводит комиссия предприятия не реже чем один раз в год.

Подавать пар и создавать давление в аппарате следует постепенно, медленно и равномерно, открывая по ¼ оборота вентиля до рабочего давления.

Во время работы аппаратчик должен находится на своём рабочем месте и не допускать других лиц к управлению аппаратом. При работе выпарных аппаратов внимательно следят за показателями контрольно-измерительных приборов; манометры проверяют не реже чем один раз в смену. Все процессы обработки сыворотки молочной проводят точно в соответствии с технологической инструкцией.

Во время работы аппаратов и насосов следят по моновакууометру и термометру за давлением, температурой в корпусах вакуум-выпарной установки.

Не обходимо проверить исправность всех вентилей, задвижек и кранов, а также манометров и моновакууметров, не допуская к эксплуатации без пломбы, целостности стекол.

Электротехнические приборы и аппаратуру осматриваются вместе с дежурным электромонтером.

Необходимо проверить все трубопроводы особенно паропроводящую линию, подтянуть болты на фланцах, если они ослаблены.

выпаривание сыворотка подсырная аппарат

В целях безопасности обслуживания аппараты должны быть остановлены в следующих случаях:

повышение давление в корпусах выше нормы;

пропусков пара или потения в сварных швах, течи;

обнаружение в основных элементах трещин;

возникновения пожара, угрожающего выпарной установке;

при неисправности предохранительных клапанов;

при неисправности контрольно-измерительных приборов;

обнаружение каких-либо ненормальностей в работе выпарных аппаратов, теплообменника, конденсатора, вакуум-насосов;

прекращения подачи электроэнергии;

По окончании работы аппаратов запорную арматуру перекрывают, в точном соответствии с технологической инструкцией.

В цехах, где установлена вакуум-выпарная установка, должны находится средства пажаротушения.

МОЙКА И ДЕЗИНФЕКЦИЯ ВАКУУМ-АППАРАТОВ

Особенности мойки вакуум-аппаратов заключает в том, что приходится удалять не только остатки продукта, но и пригар (молочный камень), образующийся на поверхности нагрева калоризаторов в результате тепловой коагуляции белков молока и осаждения фосфорнокальциевых солей.

Свежий пригар состоит в основном из белков, содержит до 50% воды и растворяется в щелочах (кальцинированная и каустическая сода, средний фосфорнокислый натрий). В состав застарелого пригара входят главным образом минеральные вещества и до 6% воды, растворяется он в кислотах (серной, соляной, азотной).

Пригар в кипятильных трубках калоризаторов особенно интенсивно образуется в периодически действующих вакуум-аппаратах при остановке и выпуске сгущенного молока. Уже после 5-6 варок вследствие ухудшения условий теплопередачи производительность вакуум-аппарата снижается на 15-18%* что вызывает необходимость мойки аппарата.

Удаление молочного камня - операция весьма трудоемкая. поэтому надо вести процесс сгущения так, чтобы пригар не образовывался и не переходил в застарелый молочный камень. Для уменьшения Образования пригара в условиях периодической работы вакуум-аппарата необходимо возможно быстрее удалять продукт при остановке, рекомендуется охлаждать при этом поверхность нагрева со стороны межтрубного парового пространства калоризатора, а также прекращать примерно за 3 мин до остановки вакуум-аппарата подачу пара, заканчивая процесс сгущения за счет остаточного тепла, имеющегося в продукте и паровом пространстве калоризатора.

В производстве сгущенного молока с сахаром рекомендуется также вносить сахара в молоко до сгущения, что дает возможность значительно уменьшить отложения на поверхности нагрева.

Однако основное мероприятие, положительно решающее данный вопрос, это организации непрерывной работы вакуум-аппаратов, при которой поверхность нагрева постоянно покрыта циркулирующей жидкостью.

Автором, например, практически установлено, что при непрерывном сгущении молока с сахаром в течение 7 суток осадок на трубках калоризатора почти не образуется.

Мойка вакуум-аппаратов обычно осуществляется следующим образом. После выпуска продукта последней варки данного цикла вакуум-аппарат ополаскивают теплой водой (не выше 40°С), а полученную "подсгущенку" собирают во фляги и направляют па переработку в варку следующего цикла. После ополаскивания в вакуум-аппарат вливают раствор кальцинированной соды и жидкого стекла, взяты поровну, концентрацией от 0,2 до 1% в зависимости от степени - пригара и количества варок. Количество моющего раствора определяется половиной объема калоризатора, в который сначала наливают через шланг холодную воду до половины высоты кипятильных трубок, а затем | в нее вливают моющую смесь. В соответствии с требуемыми концентрацией и количеством моющего раствора отвешивают кальцинированную соду и жидкое стекло и растворяют их в горячей (50 - 55°С) воде. Следует растворять сначала жидкое стекло, а затем соду. После внесения в аппарат моющего раствора включают вакуум-насос, открывая при этом воздушный кран и кран I молокопровода.

С началом циркуляции моющего раствора в калоризатор пускают пар, чтобы поднять температуру раствора до 85-90°С, и

| при; этой температуре циркуляция продолжается в течение 15-

мин, после чего пар перекрывают и через некоторое время выключают

вакуум-насос. Когда температура в аппарате снизится до 20-30°С,. открывают крышку калоризатора и отмывают набухший пригар волосяными и корешковыми щетками.

После очистки вакуум - аппарат не менее двух раз ополаскивают холодной водой и оставляют открытым для проветривания.

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта мы рассчитали выпарную установку для концентрирования сыворотки подсырной. Рассчитали выпарные аппараты - с вынесенным калоризатором и пленочный со свободно стекающей пленкой и приняли высоту труб равной 4 метра в количестве 147 штук, рассчитали термокомпрессор.

Подобрали два пластинчатых подогревателя и кожухотрубного конденсатора. Произвели гидравлический расчет установки, подобрали центробежный насос.

В результате расчета курсового проекта научились рассчитывать вакуум - выпарные аппараты. Можем применить наши расчеты на практике.

Литература

1.      Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты пищевых производств химической технологии: пособие по проектированию. - М.: 1991.

2.      Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. Под редакцией Стабникова. - Киев, 1981.

.        Чубик И.А., Маслов А.Н. Справочник по теплофизическим константам пищевых продуктов и полуфабрикатов. - М.: 1965.

.        Голчинский А.Р., Лащинскй А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. - М.: 1963.

.        Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987.

.        Чурнобыльский И.И. Выпарные установки. Основы теории и расчета. - Киев.: 1960.

.        Контактные теплообменники - М.: Химия, 1988.

.        Справочник по теплообменникам: в 2-х томах. Перевод с английского. - М.: Энергоатомиздат, 1987.