Установка вакуумна двохкорпусна для випарювання томатної маси продуктивністя 8,3 т/год

Подннмаясь по трубам 3, выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе 2. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора.

Часть жидкости опускается по циркуляционной трубе 2 под нижнюю решетку греющей камеры. Вследствие разности плотностей раствора в трубе 2  и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Упаренный раствор удаляется через штуцер в днище аппарата.

Если выпаривание  производится под вакуумом, то вторичный пар отсасывается в конденсатор паров, соединенный с вакуум-насосом (на Рис. 13 не показаны). Упаренный раствор удаляется из конического дни/ца аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            

 

 

 

 

Рис. 13.  Схема устройства одиночного (однокорпусного) выпарного аппарата

Рис. 14. Выпарной аппарат с выносной нагревательной камерой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчетная часть

 

Начальные данные

 

Показатель	Значение	Единицы измерения
Количество раствора, поступающего в I корпус	8,4 или 2,33	т/ч   кг/с
Начальная концентрация томатной пасты	4	% масс.
Конечная концентрация томатной пасты	20	% масс.
Давление пара, греющего I корпус	0,12	МПа
Остаточное давление	11,5	кПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. 1. Производительность  установки по выпариваемой воде

Количество воды, выпаренной в двух корпусах установки, определяем по уравнению:

                                                     

.                                             (1)

где G_н – количество раствора, поступающего в I корпус, кг/с;

В_н, В_к – концентрация раствора, уходящего из последнего корпуса, %.

Рассчитываем:  кг/с.

5. 2. Концентрации упариваемого раствора

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:

                                             

                                           (2)

Тогда количество воды, выпариваемой по корпусам, составит:

                             

(1.86 – W₂) = W₂                       

2.046 – 1.1W₂ – W₂ = 0         = 0.88 кг/с

2.1W₂ = 2.046

W₂ = кг/с

 

Проверка: W = W₁ + W₂                                 

1.86 = 0.88 + 0.98

1.86 = 1.86

 

Из I корпуса во II переходит томатной массы:

                                                                    G₁ = G – W₁                                                                                               (3)

G₁ = 2.33 – 0.88 = 1.45 кг/с

Из II корпуса получим сгущенной массы:

                                                                    G₂ = G – W                                                                (4)

G₂ = 2.33 – 1.86 = 0.47 кг/с

Определяем конечную концентрацию сгущенной массы в каждом корпусе по уравнению:

в I корпусе      B₁ =                                                                                                            (5)

B₁ =

во II корпусе   В₂ =                                                                                                    (6)

В₂ =

5. 3. Давление  пара

Разность между давлением пара, греющего I корпус, и давлением вторичного пара в барометрическом конденсаторе:

                                                      ∆р = р - р_к                                                                                (7)

Рассчитываем: ∆р = 120 – 11,5 = 108,5 кПа.

Распределим перепад давлений между  корпусами поровну, т.е. на каждый корпус примем:

∆р = кПа.

Тогда давление по корпусам будет:

во II корпусе  р₂ = 11,5 кПа (задано).

в I корпусе р₁ = р₂ + ∆р                       (8)

Рассчитаем: р₁ = 11,5 + 54,25 = 65,75 кПа.

Давление греющего пара:  р = р₁ +  ∆р                                                                                       (9)

Рассчитаем:  р = 65,75 + 54,25 = 120 кПа.

 

 

 

 

 

По таблицам водяного пара находим температуру насыщенного водяного пара t_н (в ºC) и теплоту парообразования r (в кПа) в корпусах:

 

	p, кПа	tн , ºC	r, Дж/кг
I корпус	65,75	88,5	2277,6·103
II корпус	11,5	49,06	2386,3·103
Греющий пар	120	104,5	2246·103

Рассчитываем температурные  потери по корпусам

Температурные потери от физико-химической депрессии в зависимости от концентрации томатной массы и давления в корпусе определяем по формуле:

                                           ∆_ф-х = 0,025 · В_к^1,1 · p^0.17                                                           (10)

где В – концентрация сухих веществ, %;

р – давление, кПа.

В I корпусе: ∆_{ф-х I} = 0,025 · 6,462^1,1 · 65,75^0,17 = 0,396 °С.

Во II корпусе: ∆_{ф-х II} = 0,025 · 20^1,1 · 11,5^0,17 = 1,022 °С.

Общее: ∆_ф-х = ∆_{ф-х I} + ∆_{ф-х II} = 0.396 + 1.022 = 1.418 °С.

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

∆_г.с. = 1,5 · 2 = 3 °С.

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

∆_г = 1· 2 = 2 °С.

Сумма всех температурных  потерь на установке:

∆ = 1,418 + 3 + 2 = 6,418 °C.

Определяем  полезную разность температур на установке

Полная разность температур:

                                                    ∆t_полн = t_{н(греющ. пара)} – t_{н(I корпус)}                                                         (11)

 

Рассчитаем: ∆t_полн = 104,5 – 49,06 = 55,44 °C.

Полезная разность температур:

                                                                   ∆t = ∆t_полн - ∆                                                       (12)

Рассчитываем: ∆t = 55,44 – 6,418 = 49,022 °C.

 

5. 4. Температуры  кипения

                                                     

                                          (13)

Рассчитываем для I корпуса: °C

для II корпуса: = 53,08 °C.

	t, °C	ρ, кг/м3	, Вт/(м·К)	μ, Па·с
I корпус	95	961,5	68,15·102	289,5·106
II корпус	55	985,5	65,35·102	509,5·106

5. 5. Коэффициенты  теплопередач

                                               

                                               (14)

где r – удельная теплота конденсации, Дж/кг;

H – рабочая высота вертикальной трубы, м;

∆t – разность температур насыщения и стенки, °C. 

 

где - теплопроводность пленки конденсата, ;

- плотность конденсата, кг/м³;

- динамическая вязкость конденсата, Па·с.

Рассчитываем α₁ для I и II корпуса:

 = Вт/(м²·К).

 Вт/(м²·К).

 

                                                                                                                   (15)

где u – массовое напряжение поверхности нагрева аппарата, u = 24 кг/(м²·ч).

А₂ находим по Рис. 1 для каждого корпуса, согласно их концентрации массы В, масс.%  и температурах кипения t_кип, °C.

I корпус: В₁ = 6,427 масс.%, t_{кип. I} = 95 °C.

II корпус: В₂ = 19,83 масс.%, t_{кип. II} = 55 °C.

Рис.1. Зависимость коэффициента А₂ от температуры

кипения и концентрации раствора

 

А_{2 I} = 500

α_{2 I} = 500 · 24^0.6 = 3365 Вт/(м²·К).

А_{2 II} = 300

α_{2 II} = 300 · 24^0.6 = 2019 Вт/(м²·К).

 

Коэффициенты теплопередачи

 

                                              К =

                                                                   (16)

для I корпуса:

Рассчитываем: Вт/(м²·К).

для II корпуса:

Рассчитывает: Вт/(м²·К).

 

С учётом загрязнения:

К₁ = 2402,46 · 0,9 = 2162,2 Вт/(м²·К).

К₂ = 1575,75 · 0,9 = 1418,18 Вт/(м²·К).

 

5. 6. Тепловые  нагрузки

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:

                                                           Q₁ = W₁ · r₁ · 1.05                                                        (17)

Рассчитываем: Q₁ = 0.88 · 2277.6 · 10³ · 1.05 = 2.105 · 10⁶ 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:

                                           Q₂ = (W₂ · r₂ – G₁ · c₁(t₁ – t₂)) · 1.05                                      (18)

где с₁ – теплоёмкость томатной массы, с = 3150 Дж/(кг·К).

Рассчитываем: Q₂ = (0.98 · 2386.3 · 10³ – 1.45 · 3150 · (91.23 – 52.4)) · 1.05 = 2.269 · 10⁶ Вт.

Расход  греющего пара на I корпус

                                                            D₁ =

                                                              (19)

Рассчитываем: D₁ = кг/с.

Удалённый расход пара

                                                               

                                                           (20)

Рассчитываем: d₁ = кг на 1 кг воды.

 

 

 

Полезная  разность температур

для I корпуса:                                                                                         (21)

Рассчитываем: °C.

 

для II корпуса:                                                                                    (22)

Рассчитываем: °C.

Проверяем общую полезную разность температур

49,022 = 18,559 + 30,47

49,022 °C = 49,022 °C.

что указывает  на правильность её распределения.

5. 7. Определяем поверхности нагрева  корпусов

                                                           

                                                          (23)

для I корпуса: м².

для II корпуса: м².

 

5. 8. Расчет  дополнительного оборудования

(барометрический  конденсатор)

 

Начальные данные

 

Показатель	Обозначение	Значение	Единицы измерения
Количество водяного пара	D	0.98	кг/с
Разряжение в конднсаторе	b	88500	Па
Барометрическое давление	pб	100000	Па
Температура воды	tв н.	20	ºС
Абсолютное давление в конденсаторе	р	11500	Па
Температура пара	tнас	48,87	ºС
Энтальпия	і	2587.97 · 103	Дж/кг
Удельный объем пара	v	12,79	м3/кг

 

Вакууму b = 88.5 кПа соответствует абсолютное давление в конденсаторе р= 11,5 кПа. Этому давлению согласно табл. с ист. [4], температура пара t_нас = 48,87 °С и энтальпия і = 2587,97 кДж/кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

Температуру воды, уходящей из корпуса конденсатора, примем на 3º ниже температуры насыщенного пара, т. е.:

t_в.к. = t_нас – 3 = 48,87 – 3 = 45,87 ºC.

При теплоёмкости воды c_в = 4187 Дж/(кг · К) расход её находим по формуле: