Расчет двухкорпусной выпарной установки




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

"ПРИОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ "

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ФАКУЛЬТЕТ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

______________________________________________________________

Кафедра "Машины и аппараты пищевых производств"

 

Допустить к защите

"__"__мая__ 201_ г.

Руководитель работы

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

Процессы и аппараты пищевых производств

 

 

Тема работы:

Проектные расчеты 2-х

установок «Выпаривание пищевых продуктов» вариант № 21

и «Сушка пищевых продуктов» вариант №47

 

 

Работу выполнил

студент группы 31ТОп ________________

 

Курсовая работа защищена с оценкой ________

Руководитель работы Галаган В.В. ________________

 

 


 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

"ПРИОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ "

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ФАКУЛЬТЕТ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

______________________________________________________________

Кафедра «Машины и аппараты пищевых производств»

 

Задание на курсовую работу

 

 

Студент:

Группа 31ТО

Руководитель: к.т.н., доц. Галаган В.В.

 

Задание: Выполнить проектные расчеты установок

«Выпаривание пищевых продуктов» вариант № 21

и «Сушка пищевых продуктов» вариант № 47

методических указаний на выполнение работы.

 

 

Дата выдачи задания «12» _02_ 2018_г.

Срок сдачи законченной работы «30» 04. 2016_г.

Задание принял к исполнению _________________

(подпись студента)

Задание выдал _______________________________

(подпись руководителя курсовой работы)

 

 


Оглавление

1... Расчет выпарной установки. 4

2. Расчет сушильной установки. 17

3. Приложение. 36

4... Список использованной литературы. 37

 


Расчет выпарной установки.

Задача. Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для сгущения томатной массы в количестве G =1,5 кг/с от xн = 5 % до xк = 20 %. Масса поступает на выпаривание подогретой до температуры кипения. Давление пара, греющего I корпус, pг.п. = 0,13 МПа, остаточное давление вторичного пара, поступающего в барометрический конденсатор, pвт.п. = 12 кПа. Диаметр медных трубок греющей камеры принять 33 х 1,5 мм.

Расчет двухкорпусной выпарной установки

1. Определяем количество выпариваемой воды. Количество воды, выпаренной в двух корпусах установки, определяем по формуле 1.10:

W=G·(1–xн/xк)

W = 1,5×(1− 10/20) = 0,25 кг/с.

 

2. Выбираем и обосновываем выбор соотношения выпариваемой воды по корпусам установки. На основании опытных данных рекомендуем принять следующее соотношение массовых количеств воды, выпариваемой в 1 и 2 корпусах выпарной установки. Выбор основывается на том, что жидкость из менее концентрированных растворов удаляется быстрее. Набор простых цифр в соотношении облегчает расчеты, и никакого особого смысла не несет (можно задать и 1,9:0,7 и т.п., результат будет тот же):

W1: W2 = 2:1.

Тогда количество воды, выпариваемой по корпусам, составит:

в I корпусе W 1 = 0,25 · 2/(1 + 2) = 0,166 кг/с;

во II корпусе W 2= 0,25 · 1/(1 + 2) = 0,083 кг/с.

 

Проверяем правильность распределения расходов воды. Должен выполняться баланс

W=W1+W2=0,166+0,083=0,25 кг/с.

Величиной W1/W2 будет определяться соотношение площадей нагрева кожухотрубных теплообменников первого и второго корпусов F1/F2. Если ставится задача использования одинаковых теплообменников для первой и второй ступеней выпаривания, то необходимо выполнить варианты расчетов с варьированием величин W1/W2 и выбрать тот вариант, в котором площади теплообмена F1 и F2 будут одинаковы с заданной точностью.

3. Определяем расход продукта поступающего во второй корпус. Расход продукта G1, перетекающего из первого корпуса во второй: G1= G – W1= 0,5 – 0,25 = 0,25 кг/с,

а конечного (сгущенного) продукта G2:

 

G2 = G – W= 0,5 – 0,25 = 0,25 кг/с.

 

4. Определяем конечную концентрацию сгущенной массы. Определяем конечную концентрацию сгущенной массы в каждом корпусе по формуле (1.16):

xк.=G×Bн/(G–W1–….–Wn);

в I корпусе:

xкI = 0,5 · 10/(0,5 − 0,166) = 14.97 %;

во II корпусе:

xкII = 0,5 · 10/(0,5 – 0,166 – 0,083) = 19.92 %;

т. е. полученная концентрация равна заданной (или очень близка по значению).

 

5. Рассчитываем температурные потери по корпусам. Температурные потери от физико-химической депрессии в зависимости от концентрации фруктовой массы и давления в корпусе определяем по формуле (1.5) для фруктовых соков (для томатной пасты другая формула)

Δtф.х.,1 = 0,38· exp (0,05+ 0,045·xк), оС,

 

где xк − концентрация сухих веществ, %;

р – давление в корпусе или давление соответствующее температуре кипения раствора в корпусе, кПа.

В I корпусе определяем давление из условия, что максимально допустимая температура нагрева сгущаемого продукта соответствует температуре, приведенной в табл. П.5.2 приложения 5, для фруктового сока это температура 80 о С и, соответственно, ей находим давление в приложении 5, табл. П.5.3 – 47,4 кПа.

Для I корпуса значение физико-химической депрессии для сгущаемого томатного сока:

Δtф.х.,1 = 0,38· exp (0,05+ 0,045·xк1)=0.2036, оС,

.

 

Во втором корпусе, на момент определения депрессий примем, что давление соответствует остаточному давлению паров входящих в барометрический конденсатор, т.е. 12 кПа.(даётся в задании)

Для II корпуса значение физико-химической депрессии:

Δtф.х.,1 = 0,38·exp (0,05+ 0,045·xк2)=0.163, оС,

 

следовательно, по двум корпусам:

åΔ ф-х = 0,2036 + 0,163 = 0,366°С.

Температурные потери от гидростатической депрессии примем (для всех) равными 1,5 °С на каждый корпус. Тогда для двух корпусов:

åΔ г-с = 1,5 ∙ 2 = 3°С.

Температурные потери от гидравлической депрессии примем равными 1 °С на каждый корпус. Тогда для двух корпусов:

åΔ г = 1 ∙ 2 = 2°С.

Сумма всех температурных потерь на выпарной установке равна:

Δ = 0.366 + 3 + 2 = 5,36°С.

6. Определяем давление паров в каждом корпусе установки. Расчет температуры вторичного пара в первом корпусе будем проводить через температуру кипения раствора, преобразовав формулу 1.4, так:

tв.п.,1= tIp+(Δф-х. + Δг-с. );

tв.п.,1= 80-(0.2036+1.5)=78.29

 

а для II корпуса температура вторичного пара, равна температуре пара на входе в конденсатор 49, 10оС+Dг, и по формуле 1.4 находим температуру кипения раствора:

tp = tвm.n.II + Δг + Δф-х+ Δг-с

Температура греющего пара второго корпуса равна:

tIIp = 49.1+ 1 + 0.2036+ 1.5=51.8

 

Давление в корпусах установки будет следующим: давление греющего пара pгр.п. = 110 кПа, давление в барометрическом конденсаторе pII = 12 кПа. Остальные термодинамические параметры соответствующие найденным давлениям в корпусах установки методом интерполяции, находим в приложении 5, табл. П. 5.3. и табл. П. 5.16., и результаты заносим в табл. 1.1.:

Таблица 1.1.

Термодинамические параметры пара по корпусам установки

  Давление, Р, кПа Температура насыщенного водяного пара, t, оС Теплота фазового перехода, r, кДж/кг
Греющий пар   101.978 2251.92
I корпус 47,4   2307,07
II корпус 12.35 50.1 2381.8
Конденсатор   49,1 2384,19

 

7. Определяем полную Δtполн и полезную Δtполезн разность температур. Полная разность температур в выпарном аппарате – это разность между температурами греющего пара tгп и кипящего раствора tp, т.е.

Δtполн = tгп – tp

 

 

В многокорпусной выпарной установке полная разность температур Δtполезн определяется как разность между температурами пара tгр.п, греющего первый корпус, и вторичного пара tвт.п, входящего в корпус конденсатора:

Δtполезн = tгр.п – tвт.п

Полезная разность температур на установке Δtполезн меньше полной на величину температурных потерь , вызываемых физико-химической Δф-х, гидростатической Δг-с и гидравлической Δг депрессиями:

Δtполезн =Δtполн- Δ= Δtполн- (Δф-х+ Δг-с+ Δг)

 

Полная разность температур:

 

Δtполн = 101,978 – 49,1 = 52,8 °С.

 

Полезная разность температур:

 

Δtполезн = 52,8 − 1,3 = 51,5 °С.

 

8. Рассчитываем коэффициенты теплопередачи по корпусам. Для I-го корпуса. Учитывая, что для принятых медных труб диаметром 33× l,5 мм вели­чина очень мала, коэффициент теплопередачи К [ Вт/(м2К) ] определяем по формуле:

 

K = α1 ×α2/(α12);

где α 1 коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке труб;

α 2– коэффициент теплоотдачи от кипящего раствора к стенкам труб.

Коэффициент теплоотдачи α 1 для I корпуса при tгр.п. = 101,978 °С (табл.1.1) определяем по формуле и он составит:

α1 = 1163(1,9 + 0,04 · 101,978) = 6953,71 Вт/(м2К)

Для определения α2, используем формулу:

где А2 – коэффициент определяемый по графику (рис. 5), или можно воспользоваться таблицей П. 5.4. в приложении 5, небольшие расхождения, при использовании различных способов, разрешаются;

q – удельный тепловой поток выпарного аппарата, находится по формуле:

где Wп – количество выпаренной воды в соответствующем аппарате, кг/с;

r – теплота фазового перехода, кДж/кг, определяется по табл.1.1, для соответствующего корпуса;

F – площадь теплообменной поверхности соответствующего выпарного аппарата, так как на данный момент она не найдена, то можно задаться любой цифрой, примем 50 м2для любого корпуса.

Получаем, примерное значение теплового потока приходящегося на 1 м2теплообменной поверхности аппарата:

 

 

Согласно рис. 5, при концентрации раствора xкI = 14,97 мас. % и температуре его кипения tрI = 80° С, получим A2 = 400. Показатель А2 также можно найти, если воспользоваться таблицей П. 5.4 приложения 5, где при xкI = 14,97 мас. % и температуре кипения раствора tрI = 80 ° С получим A2 = 400 используя метод интерполяции.

Тогда:

α2 = 400 · (7,65)0,6 = 1355 Вт/(м2·К);

KI = 6953,71 · 1355/(6953,71 + 1355) = 1134,02 Вт/(м2К).

С учетом загрязнения KI = 1134,02× 0,9= 1020,62 Вт/(м2К).

 
 

Рис. 5. Зависимость коэффициента А2 от температуры кипения и концентрации раствора

 

Для II корпуса. При t г.п.II = t вт.п. I – D г.д.I =79,5–1= 78,5 °С:

α1 = 1163(1,9 + 0,04 · 78,5) = 5861,52 Вт/(м2·К).

 

Согласно рис. 5, при концентрации раствора хкII = 20 мас. % и tрII = 50,3 °С, получаем А2 = 300 (или согласно таблицы П.5.4 приложения 5, А2 =278,2).

Тогда:

α2 = 300 ·3,956 = 684,03 Вт/(м2К) и

КII = 5861,52 · 684,03/(5861,52 + 684,03) = 612,54 Вт/(м2К).

С учетом загрязнения:

КII = 612,54 · 0,9 = 551,29 Вт/(м2×К).

 

9. Определяем тепловые нагрузки по корпусам с учетом тепловых потерь. Так как томатная масса подается на выпарку подогретой до температуры кипения, тепловая нагрузка на I корпус будет:

QI = W1×r1 · 1,05;

QI = 0,166 · 2307,07 · 103 · 1,05 = 402,12 · 103 Вт.

Во II корпус, работающий под меньшим давлением, томатная масса поступает перегретой, и при самоиспарении из нее выделяется часть воды в виде вторичного пара. Тогда тепловая нагрузка на II корпус:

=[0,083 ·2381,80 ·103 – 0,25 ·3810 ·(80 – 50,3)]·1,05= 177,87·103 Вт,

где с = 3810 Дж/(кг×К) – теплоемкость фруктовой массы (определяем теплоемкость сахарных растворов по табл.П. 5.9 приложения 5, или теплоемкость фруктового сока П. 12.1 приложения 12).

 

10. Определяем расход греющего пара поступающего только в I корпус:

11. Определяем удельный расход пара приходящейся на 1 кг выпаренной воды:

d1 = D1/W= 0,17 / 0,25 = 0,71 кг на 1 кг воды.

12. Определяем распределение полезной разности температур по корпусам. Распределение полезной разности температур находится из условия одинаковой поверхности нагрева по корпусам. Полезную разность температур определяем по формуле 1.7:

Для I корпуса:

ΔtполезнI = [(51,5 · 402.12∙ 103/1020.62,62)/[(402.12 · 103/1020.62) + +(177.87 · 103 /612.81)] = 29,65 ° С.

Для II корпуса:

ΔtполезнII = [(51.5· 177.87 · 103/612.81)/[(402.12 · 103/1020.62) + +(177.87 · 103 /612.81)] = 21.84 ° С.

Проверяем общую полезную разность температур:

ΣΔtполезн = ΔtполезнI + ΔtполезнII = 29.65 + 21.84 = 51,49° С.

Что указывает на правильность ее распределения.

 

13. Определяем поверхности нагрева по корпусам выпарной установки по формуле

Для I корпуса:

FI = 402.12 · 103/(1020.62 · 29.65) = 112.43 м2;

для II корпуса:

FII = 177.87 · 103/(551.29 ∙21.84) = 14.77 м2.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-08-19 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: