Выпарной установки

 

Федеральное агентство по образованию и науке Российской Федерации

ГОУ ВПО Кубанский  государственный 

технологический университет

(КубГТУ)

Кафедра процессов и аппаратов  пищевых производств

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту 

по дисциплине процессы и  аппараты пищевых производств

на тему «Выпарной установки»

выполнила студентка группы 09-Т-ММ1

Крупнова А.В.

Допущен к защите

Руководитель проекта  Мамин В.Н.

 

Защищен__________ Оценка_________

(дата)

 

Члены комиссии______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Краснодар,2012

 

 

Содержание.

 

Стр.

1.Общая часть

2.Расчетная часть

3. Вопросы стандартизации

4. Вопросы охраны труда  и техники безопасности

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

               Выпариванием называется процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном или полном удалении растворителя путем его испарения при кипении. При выпаривании удаляют часть растворителя, так как конечный продукт должен оставаться в текучем состоянии. Полное удаление растворителя в таких аппаратах возможно тогда, когда растворенное вещество является жидким (например, при выпаривании растворов глицерина) или при температуре процесса находится в расплавленном состоянии (например, при выпаривании растворов аммиачной селитры или едкого натра).В ряде случаев при выпаривании растворов твердых веществ достигается насыщение раствора. При дальнейшем удалении растворителя происходит его кристаллизация, т. е. выделение растворенного твердого вещества из раствора.

               Выпаривание широко применяется для концентрирования разбавленных растворов в производстве минеральных солей, органических полупродуктов, белково-витаминных концентратов, кормовых дрожжей и других продуктов, для выделения из разбавленных растворов различных растворенных веществ путем кристаллизации, для выделения растворителя (например, при получении технической или питьевой воды в выпарных опреснительных установках), а также для регенерации различных растворов (с целью возврата их в технологический цикл) и термического обезвреживания промышленных стоков.

               Можно выделить три способа выпаривания: поверхностное, адиабатное, при непосредственном контакте с теплоносителем. При поверхностном выпаривании кипение раствора происходит на поверхности теплообмена выпарного аппарата У. В процессе адиабатного выпаривания перегретый раствор поступает в выпарной аппарат 2, в котором происходит его испарение при давлении ниже давления насыщения, соответствующего температуре поступающего раствора. Выпаривание при непосредственном контакте раствора с теплоносителем осуществляется за счет пред-

 

 

 

 

варительного подогрева  этого теплоносителя.

               Процессы выпаривания проводятся под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлении. Выбор способа выпаривания связан со свойствами раствора и возможностью использования теплоты вторичного пара.

Выпарные аппараты классифицируются по принципу действия. В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают выпарные аппараты: с естественной циркуляцией; с принудительной циркуляцией; пленочные и роторно – пленочные аппараты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Общая часть.

 

Описание технологической  схемы выпарной установки.

 
                Исходный разбавленный раствор из промежуточной ёмкости Е1 подаётся центробежным насосом в теплообменник Т, где исходный раствор подогревается до температуры кипения экстра-паром, отведённым из первого корпуса. Затем раствор подаётся в первый корпус выпарной установки АВ1. Тип всех корпусов выпарной установки – выпарной аппарат с выносной греющей камерой и кипением в трубках. Здесь выпариваемый раствор поднимается по трубкам камеры, через подъёмную циркуляционную трубу поступает в сепаратор, откуда отделившийся вторичный пар, пройдя через брызгоуловитель, покидает аппарат. Раствор же опускается по нижней циркуляционной трубе в нижнюю часть нагревательной камеры, вновь поднимается по её трубам и т. д. Исходный раствор вводится в спускную циркуляционную трубу, а упаренный - отводится из нижней части сепаратора. Первый корпус обогревается водяным паром, поступающим с ТЭЦ. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус АВ2. Как уже было ранее сказано, часть вторичного пара - экстра-пар – направляется в качестве греющего в теплообменник Т и на бытовые нужды. Во второй корпус АВ2 направляется частично сконцентрированный раствор из первого корпуса. Аналогично третий корпус АВ3 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса. Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения КБ, где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующейся паро-воздушной смеси вакуум-насосом.

 

 

 

Смесь охлаждающей воды и  конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы  с гидрозатвором. Образующийся в  третьем корпусе концентрированный  раствор центробежным насосом подаётся в промежуточную ёмкость упаренного раствора Е2. Конденсат греющего пара из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.

 

Устройство выпарной установки.

 

          Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой опускной (циркуляционной) трубы 1 и обогреваемых подъемных (кипятильных) труб 2.

Рис. 13-2. Схема естественной циркуляции:

1 – циркуляционная  труба; 2 – кипятильная труба.

               Если жидкость в подъемных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения части жидкости в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, вес столба жидкости в опускной трубе больше, чем в подъемных трубах, вследствие чего происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости по пути: подъемные трубы → паровое пространство → опускная труба-→ подъемные трубы и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняется поверхность труб от образования накипи.

 

 

 

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) достаточная  высота уровня жидкости в опускной трубе, чтобы уравновесить столб  парожидкостной смеси в кипятильных  трубах и сообщить этой смеси необходимую  скорость; 2) достаточная интенсивность  парообразования в кипятильных  трубах, чтобы парожидкостная смесь  имела малую плотность. При небольшом уровне жидкости в опускной трубе парожидкостная смесь не может подняться до верха кипятильных труб; при этом не происходит циркуляции, и работа аппарата сопровождается резким снижением производительности и быстрым покрыванием труб накипью. С повышением уровня жидкости возрастает скорость циркуляции и увеличивается коэффициент теплопередачи. Однако возрастание коэффициента теплопередачи происходит лишь при повышении уровня до некоторой определенной величины (оптимальный уровень), соответствующей покрытию кипятильных труб по всей их высоте парожидкостной смесью. При дальнейшем повышении уровня коэффициент теплопередачи несколько снижается, так как вследствие возрастания давления внизу кипятильных труб жидкость начинает кипеть не в нижней их части, а немного выше. Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и тем больше скорость циркуляции. Для достижения достаточной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть в среднем не ниже 7-10° С.

 

Принцип действия выпарного аппарата.

 

Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом 2. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный  раствор отводится из нижней части  сепаратора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхнего обреза кипятильных  труб. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена 

 

 

 

жидкостью, работа насоса затрачивается  не на подъем жидкости, а лишь на преодоление  гидравлических сопротивлений. Давление внизу кипятильных труб больше, чем  вверху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Ввиду этого на большей части  высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а перегревается по сравнению  с температурой кипения, соответствующей  давлению в сепараторе. Закипание  происходит только на небольшом участке  верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды; поэтому отношение  массы жидкости к массе пара в  парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчетная часть.

 

2.1. Определение  количества выпаренной воды.

               Количество выпаренной воды определяют из уравнений материального баланса:

 

           где расход исходного раствора, кг/c :

 

 

Количество упаренного раствора:

 

 

2.2. Температурный  режим работы выпарного аппарата.

 

     Определим  температуру греющего пара 

 

 

     Рассчитаем температуру кипения раствора в среднем слое:

 

 

 

 

 

          где -химическая температурная депрессия,;

гидростатическая  температурная депрессия, .

     Физико-химическая температурная депрессия определяется по формуле Тищенко:

 

          где нормальная депрессия,;

     Определяем при атмосферном давлении в зависимости от концентрации

 масс. по раствору NaCl из [4,табл.39];

ƞ поправочный коэффициент [4,табл.48] по .

     Гидростатическая  температурная депрессия определяется  как разность температур кипения  раствора в среднем слое и  на поверхности:

 

          где температура кипения, [4,табл.39], находим по давлению в среднем слое жидкости

 

    

 

          давление вторичного пара,бар;

          ∆ гидростатическое давление на середине высоты трубы, бар;

          ρ  плотность мясокостного бульона, кг/м³ [4,табл.20], находим по

 

 

 

          Н высота кипятильных труб,м; принимаем для аппаратов с НЦТ 

 

 

2.3. Определение  расхода греющего пара.

 

     Для определения  расхода греющего пара  D составляют тепловой баланс выпарного аппарата:

 

     Учитывая,что , тепловые потери в окружающую среду, Вт;  принимаем 5% от теплоты, затрачиваемой на выпаривание;

по заданию исходный раствор  поступает в аппарат предварительно подогретым до температуры кипения, то есть , расход греющего пара составит:

 

 

          где  энтальпии греющего пара и конденсата, Дж/кг [4,табл.39] по

          энтальпия вторичного пара,Дж/кг [4,табл.39] по

          теплоемкость воды, Дж/(кгК) [4,табл.37] определяем по

 

 

 

 

 

 

 

     Удельный расход греющего пара:

 

 

2.4. Расчет поверхности  теплообмена.

 

     Поверхность  теплообмена определим из основного  кинетического уравнения теплопередачи:

 

          где Q тепловая нагрузка греющей камеры, Вт;

          ∆tдвижущая сила процесса выпаривания, ;

          Ккоэффициент теплопередачи, Вт/(м²К).

     Номинальную поверхность теплообмена греющей камеры принимаем на 10% больше:

 

и выбираем по [3,с.15]

 

2.4.1. Тепловую нагрузку  греющей камеры рассчитывают  по уравнению:

 

 

2.4.2. Движущая сила  процесса выпаривания ∆t:

 

 

 

 

          температура греющего пара, ;

          темпреатура кипения раствора в среднем слое,

 

2.4.3. Коэффициент  теплопередачи К рассчитывают  по уравнению аддитивности термических  сопротивлений :

 

          где коэффициент теплоотдачи от греющего пара к поверхности кипятильных труб, Вт/(м²К); принимаем по [3,с.13]:

 

           коэффициент теплоотдачи от поверхности кипятильных труб к кипящему раствору, Вт/(м²К);

          суммарное термическое сопротивление стенок кипятильных труб и слоя загрязнения, (м²К/Вт):

 

          где толщина стенки кипятильных труб, м [3,с.10];

          толщина слоя загрязнения, м [3,с.12];

          коэффициент теплопроводности стенок кипятильных труб и загрязнений, Вт/(мК), [3,с.12].

     Определим  коэффициент :

 

 

 

 

 

          где расчетный коэффициент, находим по [3,рис.3а] по для NaCl;

          удельный тепловой поток, Вт/м²; принимаем Вт/м².

     Проверяем  значение q :

 

          где ∆t движущая сила процесса выпаривания, .

     Найдем относительную  ошибку:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5. Конструктивный  расчет выпарного аппарата.

 

2.5.1. Определим  число кипятильных труб греющей  камеры:

 

где  Fповерхность теплообмена греющей камеры, м²;