Расчет дезадоратора

Задание

Произвести  расчет дезодоратора периодического действия. Определить:

1. основные размеры дезодоратора;
2. размеры патрубков;
3. размеры барбатера;
4. расход греющего пара;
5. размеры змеевиков;
6. расход охлаждающей воды;
7. толщину изоляции.

 

Обозначение основных величин:

G₁, кг – рабочая емкость дезодоратора;

t₁ , ^oC – начальная температура масла;

t₂ , ^oC – температура дезодорации;

t₃ , ^oC – конечная температура масла после охлаждения;

Q,  ^oC - начальная температура охлаждающей воды;

P,  Па – давление в аппарате;

t₁, ч  - продолжительность процесса дезодорации;

t₂, ч – продолжительность налива масла в дезодоратор;

t₃, ч – продолжительность слива масла из дезодоратора;

t₄, ч – продолжительность нагрева масла до температуры дезодорации.

 

 

№ п/п	G, кг	t1, оС	t2, оС	t3, оС	Q1, оС	Р, Па	t1, ч	t2, ч	t3, ч	t4, ч
9	5600	70	210	90	22	900	2,4	0,40	0,44	0,60

 

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕЗОДОРАТОРА

 

1.1 Для определения  размеров дезодоратора необходимо  знать объем жира, который находится  в аппарате, при этом нужно  учитывать увеличение объема жира вследствие насыщения его пузырьками пара при барботировании. Поперечное сечение дезодоратора (его диаметр) назначается таким образом, чтобы скорость пара в паровом пространстве дезодоратора была достаточно небольшой и пар не уносил с собой брызги жира. Поэтому назначение размеров дезодоратора должно предшествовать определению расхода острого пара для осуществления самого процесса дезодорации.

 

1.2 Процесс дезодорации  описывается формулой

 

 

где х₁ и х₂ - начальная и конечная концентрации летучих веществ в жире. Отношение выражает качество процесса;

p_SH – давление насыщенных паров летучих веществ, содержащихся в жире в начале процесса дезодорации при температуре в аппарате, Па;

р – давление в дезодораторе, Па;

φ – коэффициент насыщения водяного пара летучими веществами;

а – коэффициент, характеризующий изменение давления насыщенных паров летучих веществ во время дезодорации;

G_n – расход водяного пара на отгонку летучих веществ, кг;

G - количество жира в дезодораторе, кг.

Эта формула выражает зависимость процесса дезодорации  от основных параметров. Из нее можно было бы определить расход острого пара G_n , обеспечивающего заданное качество дезодорации. Однако в настоящее время процесс дезодорации изучен недостаточно и формула дает лишь представление о роли тех или иных факторов на ход процесса, воспользоваться ею для конкретных расчетов нельзя, так как неизвестны ни точный состав летучих веществ и его изменение при дезодорации, ни давление насыщенных паров.

Поэтому при расчете дезодоратора расход острого водяного пара следует  принять на основе имеющихся опытных  данных

 

G_n »  0,1×G

 

1.3 Зная расход острого водяного  пара можно найти диаметр дезодоратора. Скорость пара W₁, при которой брызгоунос точно невелик определяется формулой

 

,

где V - удельный объем водяного пара в паровом пространстве дезодоратора, м³/кг.

Поперечное сечение  дезодоратора

где t₁ – продолжительность процесса дезодорации, с;

Диаметр дезодоратора

 

Полученный размер диаметра должен быть приведен в соответствии с ГОСТ 9617-78.

 

1.4 Для того, чтобы назначить  объем дезодоратора и, следовательно, его высоту необходимо знать объем занимаемый жиром во время дезодорации с учетом насыщения его паровыми пузырьками парожидкостной смеси в дезодораторе определяется формулой:

где r_ж - плотность жира при температуре дезодорации, кг/м³;

  y - коэффициент паросодержания;

 

 

     s - поверхностное натяжение жира, Н/м;

 V_ср - средний удельный объем пара при движении его через слои жира, м³/кг;

 

  ;

 

где  R – газовая постоянная, для водяного пара R = 462 Дж/(моль×К);

Т – температура пара в дезодораторе, К;

Н_б - высота слоя жира над барботером, принимается конструктивно около 2 м.

 

Для нормальной работы дезодоратора высота парового пространства h должна быть достаточно велика, чтобы происходило выделение брызг жира из парового потока уходящего из дезодоратора. Высоту h принято назначать не менее 800 мм.

Тогда общая высота дезодоратора

где  - высота эллиптического днища. Для днищ по ГОСТ 6533-78, = 0,25D м;

  - высота слоя парожидкостной смеси, находящейся в цилиндрической части аппарата, м

 

 

где - объем эллиптической части днища, м³

 

.

 

Полеченная высота Н приводится в соответствие с ГОСТ 9931-79 и выбирается сосуд стандартного объема. Принимаем стандартный аппарат D=2400мм и hц=1970мм. Площадь внутренней поверхности F=27.3м

 

 

1.5 Назначение размеров  патрубков и фланцев дезодоратора

Фланцы дезодоратора рекомендуется применять стальные с выступом и впадиной приварные встык по ГОСТ 12831-67 на условное давление Р_у=1 МПа (10 кгс/см²).

 

1.5.1 Патрубок для налива  жира в дезодоратор

Поперечное сечение патрубка

 

 

 

где - продолжительность заполнения дезодоратора жиром;

 - скорость движения жира в трубопроводе, = (l ... 1,5) м/с.

Диаметр внутреннего  отверстия патрубка

 

Размер патрубка назначаем в соответствии с ГОСТ 10707-73 на трубы.

 

1.5.2 Патрубок для слива  жира из дезодоратора

Диаметр сливного патрубка назначается по формуле:

 

 

где - коэффициент расхода, учитывающий сужение струи в выходном отверстии, а так же потери на трение и местные сопротивления в трубопроводе, соединяющем дезодоратор с маслоохладителем. Величину можно принять равной 0,15.

-   продолжительность слива,  с;

Н_ж - высота слоя жира в дезодораторе при отсутствии продувки жира острым водяным паром, м;

 

 

g - ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с² .

 

1.6 Расчет барботера

Давление острого водяного пара поступающего в барботер назначается  по формуле

 

 

где w_б - скорость истечения пара из отверстий барботера. В аппаратах с низким давление принимают w_б  = (15...18) м/с.

Диаметр отверстий в  барботере принимается d_o = (2...3) мм.

Количество отверстий в барботере назначается по формуле:

 

 

где V_б - удельный объем водяного пара, поступающего в барботер при давлении Р_б и температуре  t₆ = (220...230) °С.

 

Размер  трубы, по которой пар подводится к барботеру. Поперечное сечение  трубы

 

м

 

где w₃ - скорость пара в трубопроводе, назначается около 20 м/с.

 

1.7 Расчет патрубка для выхода  острого пара.

Поперечное сечение патрубка

 

где w₃ - скорость пара в трубопроводе.

Диаметр патрубка

 

Диаметр шлема

 

 

 

 

Расстояние от зонта-отбойника  до верхнего днища 

1=0,25×d₃.

1=0,25×43=10,8мм

 

Диаметр зонта-отбойника 

D₀ = 1,4×d₄.

D₀ = 1,4×64,5=90,3мм

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

 

2.1 Расчет на прочность  ведутся по ГОСТ 14249-73. Дезодоратор  изготавливают из кислотостойкой стали.

 

2.2 Расчетная толщина  цилиндрической стенки дезодоратора  определяется по формуле:

 

где р_нар - величина давления, МПа. Для аппаратов, работающих под вакуумом р_нар принимаем равным 0,1 МПа;

Е - модуль продольной упругости, МПа;

L - расчетная высота цилиндрической стенки дезодоратора, м,

l - длина цилиндрической части аппарата, берется по ГОСТ 9931-79;

с - прибавка на коррозию, для кислотостойких сталей с = 0;

c₁ - дополнительная прибавка.

 

2.3 Расчетная толщина  эллиптических днищ назначается  по формулам (принимается наибольший результат)

 

где k_э – коэффициент. Для днищ изготовленных по ГОСТ 6533-78 можно принять k_э =0,96;

R_д - радиус кривизны днища в его вершине. Для днищ, изготовленных по ГОСТ 6533-78 R_д=D;

 

2.4 Масса дезодоратора  определяется приближенно

 

 

где F_вн - внутренняя поверхность аппарата, принимается по ГОСТ 9931-79, м²;

 s – назначенная толщина стенки дезодоратора, м;

r_ст - плотность стали, r_ст = 7850 кг/м³.

 

 

3  ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ

 

3.1 Определение расхода  греющего пара на нагрев масла  от начальной температуры t₁ до температуры дезодорации t₂ производится на основе теплового баланса периода нагрева.

 

Приход:

1. Тепло приносимое  маслом, Дж
2. Тепло приносимое  аппаратом, Дж
3. Тепло приносимое  греющим паром, Дж

 

Расход:

1. Тепло уносимое маслом, Дж
2. Тепло уносимое аппаратом,  Дж
3. Тепло уносимое конденсатом  греющего пара, Дж
4. Теплопотери, Дж

 

где и - удельная теплоемкость масла средняя в интервале от 0^оС до t, Дж/(кг×К);

- теплоемкость аппарата, Дж/(кгК);

 t₁, t₂, t₃ - температура масла соответственно начальная, дезодорации и конечная, после охлаждения в дезодораторе, ^оС;

- количество греющего пара, кг;

  - масса аппарата, кг;

 и  - энтальпия, соответственно греющего пара и его конденсата, Дж/кг;

a_в - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции аппарата к  воздуху, может быть принят a_в = 12 Вт/(м^2×К);

 F_нар - наружная поверхность изоляции аппарата, может быть принята приближенно  F_нар = 1,1 F_вн ;

t_ст - температура наружной поверхности изоляции, может быть принята t_ст » 40^оС;

t_в - температура окружающего воздуха, ^оС;

- продолжительность периода  нагрева, с.

Примечания:

а) При соответствии теплового  баланса дезодоратора не учитывалось  тепло острого водяного пара, т. к. его энтальпия при проходе  через дезодоратора практически не меняется. Не учитывается так же и тепло уносимых из дезодоратора паров летучих веществ, т. к. их количество очень невелико.

б) Температура t_s греющего пара принимается на (10…20)К выше конечной температуры t₂ , до которой нагревается жир. По температуре греющего пара назначается его давление Р_гр.

Из уравнения теплового  баланса

    

    

 

определяется количество греющего пара G_гр, кг, и количество переданного тепла       

       ,

      

 

3.2 Определение поверхности  и размера греющих змеевиков

Поверхность греющих  змеевиков

где K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К);

Dt_ср – средняя разность температур, К.ъ

Коэффициент теплопередачи

 

 

 

где a₁ – коэффициент теплопередачи от конденсирующегося греющего пара, Вт/(м²×К);

d_ст - толщина стенки труб змеевика, мм;

l_ст – коэффициент теплопроводности кислостойкой стали, из которой изготовлен змеевик, Вт/(м²×К);

r_с - термическое сопротивление теплопередачи со стороны загрязнений на поверхности труб змеевика, м²/Bт;

a₂ – коэффициент теплоотдачи от поверхности змеевика к маслу, Вт/(м²×К).

 

3.2.1.1 Коэффициент теплоотдачи  от конденсирующегося пара

 

 

Количество тепла передаваемое в одном змеевике

 

где Q₀ – количество тепла, передаваемое в одном змеевике,