Материал: Сусловарочный котел

ωн = (100 - Вн), % масс.

ωн = (100 - 8,2) = 91,8% масс.

Конечное содержание влаги в сусле

ωк = (100 - Вк), % масс.

ωк = (100 - 10,2) = 89,8 % масс.

Средняя плотность сусла

ρs = ρт  + ρж , кг/м3

где ρт = 7,4 плотность фазы сухих веществ,

ρж = 0,23 плотность фазы жидких веществ

ρs = 7,4  + 0,23= 0,97 кг/м3.

Вязкость сусла определяется по формуле:

μs = μж (1 + 2,5 · Вк / 100), Па· с

где μж - коэффициент динамической вязкости воды, Па

μs = 1,005 · 103 · (1 + 2,5 · 10,2 / 100) = 1,26 · 103 (Па· с).

Общее количества сусла за цикл работы

Gs = Vп · ρs · ξ , кг

где ξ = 0,9 - степень заполнения аппарата

Gs = 6,5 · 0,97 · 0,9 = 5,67 т = 5 670 кг.

Часовая производительность аппарата

Gs1 = Gs / τs, кг/ч

1 = 5 670 / 2 = 2835 кг/ч.

Количество выпариваемой воды за цикл

W = Gs (1- Вн / Вк), кг

 = 5 670 (1- 8,2 / 10,2)= 1112 кг.

Количество выпариваемой воды за час

W1 = W/ τ, кг

1 = 1112 / 2 = 556 кг.

3.3    Теплотехнический расчет

Удельная теплоемкость сусла

Сs = Co (100 - ωн /100)+Cв (ωн / 100), кДж/кг· с

Сs = 1,42 (100 - 91,8/100)+4,19 (91,8/ 100)= 144,54 кДж/кг· с

Количество тепла, передаваемого от греющего пара к кипящему раствору, (кВт)

г.п. = А [G1s Cs (tк - tн) + W1· r] / 3600, кВт

где А = (1 + qт / 100) = (1 + 5/ 100) = 1,05 - поправочный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду;

r=2151 энтальпия пара и конденсата.

Qг.п. = 1,05 [2835· 144,54 (110 - 68) + 556 · 2151] / 3600=5368,51Вт

Коэффициент теплопередачи при конденсации греющего пара в паровой рубашке

ά1 = 2,044· ,

где λ - коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/м0С,

ρ - плотность конденсата, кг / м3,

μ - динамический коэффициент вязкости конденсата, Па·с;

r - теплота парообразования, Дж/кг;

∆t = 0,5 · (tк - tн) - перепад температуры между паром и стенкой аппарата, 0С,

Н - высота сферической части днища.

Коэффициент теплопередачи от греющего пара находят с учетом значений, приведенных ниже:

ά1 = 2,04 · 0,01161 · 6,87/ 4√1,1 · 0,5(110-68) = 0,086, Вт/м0С,

Коэффициент теплопередачи при конденсации с учетом угла наклона стенки аппарата в градусах (φ = 450):

άнакл = ά1 ·  ,

άнакл = 0,086·  = 0,08

Коэффициент теплопередачи от стенки днища аппарата к кипящему раствору:

ά2 = 3,25 · q0,75, Вт/м20С,

ά2= 3,25 · 638050,75 =13047 Вт/ м20С .

Коэффициент теплопередачи от греющего пара к кипящему раствору с учетом загрязнений стенки аппарата:

К = η0 (),

где η0 - коэффициент, учитывающий загрязнение стенок аппарата;

δ, λ - толщина стенки и коэффициент теплопроводности материала стенки аппарата

К = 0,95 () = 0,082 Вт/ м0С.

Площадь поверхности теплопередачи

F = Qг.п./К(tк. -tн),м2,

 = 5,36851/ 0,082 (110 -68) = 1,6 м2.

Площадь поверхности теплопередачи (F1) на 1 м3 полезной вместимости аппарата

F1 = F / Vп, м2 / м3,

1 = 1,6/ 6,5 = 0,25 м3

Расход греющего пара

г.п. = Qг.п./х·r, кг/ч

Где х (0,9…0,95) степень сухости пара

Dг.п. =5368,51/0,92 · 1,2 = 4862 кг/ч.

.4 Энергетический расчет

Находим диаметр мешалки

Dм = Дв /2,6 = 2,500 / 2,6 = 961 мм

Округляем

Dм = 1000 мм

Принимаем

Плотность перемешиваемой среды ρс = 1200 кг/ м3

ω = 3 м/c скорость вращения

Находим частоту вращения мешалки

n = ω / π Dм

= 3 / π 1,3 = 0,7 с-1

Находим расчетную мощность

Nм = Кn ρс n3 Dм3

Где Dм - диаметр мешалки; ρс - плотность перемешиваемой среды;

n - частота вращения мешалки; Кn - критерий мощности.

Чтобы найти Кn - критерий мощности надо определить критерий Рейнольдса

Rе = ρс n Dм2 / μс

μс = 0,5 - коэффициент вязкости

Rе = 1200 · 0,7 · 12 / 0,5 = 6084

По графику находим Кn

Nм = 2,05 · 1200 · 0,73 · 13 = 843 Вт

Найденную расчетом мощность необходимо увеличить, чтобы учесть влияние различных сопротивлений. Ориентированные значения поправочных коэффициентов следующие:

гильза для термометра - 1,1;

труба для спуска сусла - 1,2;

поправка на шероховатость стенок котла -1,1.

Поэтому установленную мощность рекомендуется определять:

Nуст = 1,5 · N/n, кВт

где n - коэффициент запаса мощности, (n=0,5 …0,75) [7]

Nуст = 1,5 · 843/0,6= 2107,5 Вт = 2,1 кВт.

.5 Конструктивный расчет

Полный объем аппарата складывается из объема цилиндрической части и объема днища:

V=0,785 D2·H + 1,047 h2 (3R - h),

Где D - внутренний диаметр корпуса; Н - высота цилиндрической части; h - высота днища; R = D = 2500мм, h = 0,25 D = 0,625 м.

V=0,785 · 2,52· 1,2 + 1,047·0,625 2 (3· 2,5 - 0,625) = 8,7 м3.

.6 Механический расчет

.6.1 Толщина стенок

а) при действии внутреннего давления

б) при действии наружного давления (приближенно)

К2D10-2 = 0,52·2500·10-2= 13

р.н = max=13 мм

,1 рн.рD/(2[σ]) = 1,1·0,4·2500/(2·154)=3,5 мм

где рн.р = рр.р = 0,4 МПа; К2 = 0,52 - по номограмме при

К1 =

Где nу - коэффициент устойчивости nу =2,4

Е - модуль упругости Е=1,86·105

К1 = = 2,15.

К3 =

К3 = = 0,48.

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса в первом приближении

> max (sр; sр.н) + с = max (13; 3,5) + 1,2 = 14,2 мм.

Принимаем наибольшее стандартное значение S = 15 мм.

Так как обечайка корпуса при наличии давления в рубашке и отсутствии давления внутри аппарата работает под совместным действием наружного давления рн.р и осевого сжимающего усилия F, то должно выполнятся условие устойчивости

+  1.

Осевое сжимающее усилие - это усилие прижатия днища к обечайке давлением в рубашке, которое может быть рассчитано (пренебрегая силой тяжести днища и его связью с рубашкой) следующим образом:

F ≈ 0,25π (D+2s)2 рн.р = 0,25·3,14(2,5+2·0,015)2 0,4 = 1,98 МН.

Допускаемое наружное давление:

Из условия прочности

[рн]σ = 2 [σ] (s-c)/(D+s-c)

[рн]σ = 2·154(15-1,2)/(2500+15-1,2)=1,7 МПа;

[рн]Е =

[рн]Е = = 0,65 МПа

[рн] =

[рн] = =0,61 МПа

Допускаемое осевое сжимающее усилие:

Из условия прочности

[F]σ = π(D+s-c)(s-c)[σ]

[F]σ = 3,14(2,5+0,015-0,0012)(0,015-0,0012)154 = 16,7 МН;

[F]Е =

[F]Е = =25,25 МН;

с учетом обоих условий

[F] =

[F] = = 13,91 МН

Условие устойчивости обечайки корпуса выполняется:

+  ≤1, 0,798 ≤1

.6.2 Допускаемое внутреннее давление на обечайку корпуса

[р] =

[р] = =1,69 МПа

Условие рр < [р] выполняется (0,5<1,69).

Исполнительную толщину Sэ эллиптического днища корпуса аппарата примем из условия равной толщины свариваемых друг с другом оболочек:

э = S = 15 мм.

.6.3 Допускаемое наружное давление для днища

Из условия прочности

[рн]σэ = 2 [σ] (sэ-c)/[D+0,5(sэ-c)]

[рн]σэ = 2 ·154(15-1,2)/[2500+0,5(15-1,2)]=1,69 МПа;

из условия устойчивости в пределах упругости

[рн]Еэ =

где при х=15(sэ-с)/D=15(15-1,2)/2500=0,082

коэффициент Кэ = [1+(2,4+8х)х]/[1+(3+10х)х]

Кэ = [1+(2,4+8·0,082) 0,082]/[1+(3+10·0,082) 0,082]=0,949;

[рн]Еэ = =1,17 МПа

С учетом обоих условий

[рн]э =

[рн]э = =1,09 МПа

Условие устойчивости днища выполняется

Рр.р/[рн]э = 0,4/1,09 = 0,37<1.

.6.4 Допускаемое давление для эллиптического днища

[р]э =

[р]э = = 1,69 МПа.

Условие рр<[р]э выполняется (0,5<1,69).

.6.5 Исполнительная толщина эллиптической крышки

Sкр > +cкр

Sкр > +1 = 5,06 мм

Принимаем Sкр = 10 мм.

.6.6 Допускаемое внутреннее давление для крышки

[р]кр = = 1,1 МПа.

Условие ркр<[р]кр выполняется (0,5<1,1).

Исполнительная толщина:

Эллиптического днища рубашки

Sр.э > +cр

Sр.э > +0,2=3,38 мм.

Принимаем толщину стенки sр = 5 мм.

Допускаемое внутреннее давление:

на эллиптическое днище рубашки

[р]р.э =

[р]р.э = = 0,57 МПа.

4. Монтаж и техническое обслуживание

.1 Монтаж

По причине негабаритности транспортировка сусловарочных котлов производится в расчленённом виде. Поэтому перед монтажом на месте установки производится доизготовление согласно Технологической инструкции по сборке половин днищ корпусов, крышек и подвесок на месте монтажа варочных агрегатов.

Установка котлов возможна на любом этапе на металлические или железобетонные балки, рассчитанные на нагрузку от рабочего веса котла.

Монтаж производится в следующей последовательности:

а) установить кольцо подвески в собранном виде согласно сборочного чертежа, на несущие балки перекрытия в горизонтальном положении;

б)установить корпус котла на предварительной высоте на упорные швеллера №12 в количестве 8 шт., распределить равномерно по диаметру кольца упорного и фланце корпуса котла, изготовленного из уголка, и приварить.

в) приварить лестничные скобы.

г) установить и закрепить разгрузочное приспособление и установить пропеллерную мешалку с валом;

д) установить ориентацию колонок управления согласно проекту цеха, проворачивая корпус котла. Установить высоту корпуса котла над перекрытием с таким расчётом, чтобы валы управления выходили из колонок и обеспечивали нормальное управление разгрузочного приспособления, кранов подачи пара, и спуска воздуха. Выверить горизонтальность котла и вертикальность вала мешалки;

е) подогнать по месту подвески при помощи подогрева и приварить;

ж) разметить и вырезать в корпусе котла все отверстия для установки комплектующих деталей корпуса котла согласно общих видов корпуса;

з) перед монтажом трубопроводов их внутренняя поверхность должна быть тщательно очищена от коррозии, окалины и грязи, промыта и обдута воздухом;

и) установить и подключить паропровод согласно ориентации котла;

к) установить и подключить отвод воздуха и отвод конденсата;

л) установить на предварительно изготовленном под котлом фундаменте привод мешалки;

м) выверить вертикальность и соостность валов пропеллерной мешалки и привода;

н) определить длину промежуточного вала с таким расчётом, чтобы пропеллерная мешалка была поднята не менее 40мм над центральным фланцем;

о) подобрать и установить крышку согласно маркировки на фланцах корпуса котла и корпуса крышки;

п) на заторных и сусловарочных котлах устанавливается смеситель горячей и холодной воды;

р) монтируется вытяжная труба. Для обеспечения нормальной тяги труба монтируется над котлом и должна иметь высоту не менее 10 метров. В верхней части труба должна быть защищена от попадания в неё грязи и атмосферных осадков. Для обеспечения лучшей тяги на трубе рекомендуется установить дефлектор;

с) для уменьшения потерь тепла сферическое днище и цилиндрическая часть котла должна быть теплоизолирована, согласно прилагаемой к котлу чертежу;

т) подключается электродвигатель. При этом необходимо учитывать чтобы приводной вал мешалки вращался в направлении, указанном стрелкой на крышке редуктора, что обеспечивает правильную циркуляцию сусла в котле.

Перед пуском корпус редуктора должен быть заполнен маслом индустриальным 45 ГОСТ 1707-51 или равноценным заменителем этого масла.

Уровень масла в редукторе определяется по контрольным отверстиям в корпусе.

Подшипники редуктора должны быть заполнены смазкой марки УС 2 ГОСТ 1035-51.

Кнопка включения мешалки должна быть установлена в непосредственной близости от лаза крышки.

Корпус котла и редуктора должен быть надёжно заземлён.

Перед пуском в эксплуатацию котла должен быть подвергнут тщательному внутреннему осмотру и должна проверятся правильность монтажа всех узлов, и трубопроводов.

Паровая рубашка перед пуском подвергается гидравлическим испытаниям 0,375мм\2.

Внутренняя часть котла перед заполнением должна быть тщательно очищена от коррозии и грязи, промыта и обдута воздухом и протёрта ветошью.

Наружные поверхности котла окрашиваются в соответствии требованиями на окраску оборудования пищевой промышленности.