Тема: Трехкорпусная вакуум-выпарная установка

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Химия
  • Язык:
    Русский
  • Формат файла:
    MS Word
  • Размер файла:
    29,13 Кб
Трехкорпусная вакуум-выпарная установка
Трехкорпусная вакуум-выпарная установка
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Задание для курсового проектирования

Спроектировать трехкорпусную вакуум-выпарную установку для концентрирования дрожжевой суспензии от начальной массовой концентрации Хн = 14% до конечной Хк = 24% при следующих условиях:

Количество поступающей суспензии Gн = 10 т/ч.

Абсолютное давление греющего насыщенного водяного пара ргп = 2,5*105 Па

Абсолютное давление в барометрическом конденсаторе рбк = 0,3*105 Па

Взаимное направление пара и суспензии - прямой ток

Выпарной аппарат - с выносной греющей камерой

Раствор, поступающий на установку, имеет температуру t = 25 0С

Перед подачей в корпус подогревается в теплообменнике до температуры 83 0С

Начальная температура охлаждающей воды 14 0С

Температура конденсата вторичного пара, выходящего из барометрического конденсатора, ниже температуры конденсации на 4 0С

При разработке схемы выпарной установки подобрать насосы, емкости, вакуум-насос, барометрический конденсатор и др. вспомогательное оборудование.

Введение

В последние годы возникло новое направление в пищевой технологии - обогащение хорошо известных пищевых продуктов белком и создание новых видов пищи, где важная роль отводится препаратам из пищевого белка. Например, дрожжи содержат 40 - 55% белка и усваиваются организмом человека на 85 - 88%. Так как дрожжи являются хорошим источником белка, его используют с целью создания кормовых препаратов.

Влажность готовых микробных белковых кормовых препаратов не должна превышать 10%. В целях снижения расхода пара на сушку сгущенную дрожжевую суспензию выпаривают до содержания сухих веществ 24 - 26% на вакуум - выпарных установках при режимах, обеспечивающих высокое качество кормовых препаратов. Температура выпаривания не должна превышать 80 - 85ºС с целью сохранения витаминов.

1. Технологическая часть

.1 Теоретические основы процесса

Выпаривание - процесс концентрирования растворов твердых, нелетучих или малолетучих веществ путем удаления летучего растворителя. Выпаривание обычно происходит при кипении, т.е. в условиях, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.

В микробиологической промышленности процесс выпаривания получил широкое распространение. Это связано с тем, что концентрация целевых продуктов биосинтеза в пересчете на содержание сухих веществ в культуральной жидкости составляет от 2 до 7 %. Сушка таких растворов экономически не выгодна, поэтому необходимо концентрировать растворы биологически активных веществ и других суспензий. При сгущении продуктов микробиологического синтеза также необходимо учитывать их высокую термолабильность. Поэтому при концентрировании необходимо использовать такое оборудование, которое обеспечило бы проведение процесса при наиболее низкой температуре и наименьшем времени пребывания продукта в аппарате.

Аппараты, в которых процесс сгущения растворов заключается в удалении растворителя путем его испарения, называется выпарным. Они классифицируются по расположению поверхности нагрева, по виду теплоносителя, по виду греющих элементов и другим признакам.

Наиболее широкое распространение в микробиологической промышленности получил процесс выпаривания в вакуумных установках, как наиболее экономичный способ предварительного концентрирования продуктов микробного синтеза. Для концентрирования суспензий и растворов при производстве белково-витаминных концентратов, гидролизных дрожжей, бактериальных препаратов и т.п. применяют трубчатые выпарные аппараты с естественной и принудительной циркуляцией.

Аппараты с естественной циркуляцией применяют для концентрирования непенящихся сред с невысокой вязкостью. Их существенным недостатком являются большое время пребывания упариваемого раствора в аппарате, образование накипи на поверхности нагрева, а так же невысокими коэффициентами тепло - и массообмена из-за небольшой скорости циркуляции раствора.

В аппаратах с принудительной циркуляцией скорость движения раствора достигает 2-4 м/с, раствор меньше пригорает, процессы тепло - и массообмена более интенсивные, что позволяет уменьшить габариты аппаратов.

.2 Сравнительная характеристика и выбор технологической схемы установки и основного оборудования

Влажность готовых микробных белковых кормовых препаратов не должна превышать 10%. В целях снижения расхода пара на сушку сгущённую дрожжевую суспензию выпаривают до содержания сухих веществ 24-26% на вакуум-выпарных установках при режимах, обеспечивающих высокое качество кормовых препаратов. Температура выпаривания не должна превышать 80-85°C с целью сохранения витаминов и во избежание пригорания к поверхности кипятильных труб. Одновременно необходимо обеспечить непрерывную циркуляцию дрожжевой суспензии по всем трубам и аппаратам установки. Для предотвращения пенообразования при выпаривании биомассу подвергают плазмолизу. В установке должна быть предусмотрена возможность многократного использования теплоты, а также химической и механической очистки всех теплопередающих поверхностей. Чаще всего в промышленности используют одно- и многокорпусные трубчатые вакуум-выпарные установки. Однокорпусные выпарные установки расходуют 1 килограмм выпаренной воды. Теплота используется однократно или многократно при применении тепловых насосов, в которых вторичный пар сжимается в инжекторе или компрессоре до температуры греющего пара, смешивается с частью свежего греющего пара и поступает для нагрева среды. В многокорпусных вакуум-выпарных установках происходит многократное выпаривание среды, поступающей последовательно из одного аппарата в другой. Для нагрева среды в первом корпусе используется свежий пар, в следующем - вторичный пар из первого корпуса и т.д. Для создания разности температур между греющим вторичным паром и нагреваемой средой в каждом следующем корпусе создаётся пониженное давление, соответствующее температуре кипения среды.

Выпаривание дрожжевых суспензий производят в основном в двух- или трёхкорпусных вакуум-выпарных аппаратах с использованием в качестве теплоносителя водяного пара низкого давления. Расход пара на выпаривание 1 килограмма воды в двухкорпусной установке 0.6-0.7 кг., в трёхкорпусной 0.4-0.5 кг.

Перед подачей среды в выпарной аппарат её нагревают в подогревателе до температуры, близкой к температуре кипения в выпарном аппарате, и подвергают плазмолизу в течение 1 часа при температуре 70-80°С. При этом уменьшается пенообразование, удаляются из среды воздух и углекислый газ.

Трубчатые выпарные аппараты бывают с естественной и принудительной циркуляцией концентрируемой среды. Первые состоят из соосной или выносной греющей камеры, сепаратора, брызгоулавителя и циркуляционной трубы. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией изготавливают из соосной и выносной греющими камерами и оснащают иркуляционными осевыми насосами. В этих аппаратах коэффициент теплопередачи выше примерно на 30%, а отложение остатков на поверхности трубок меньше за счёт больших скоростей движения жидкостей.

1.3 Описание технологической схемы

Для упаривания дрожжевой суспензии, культуральных жидкостей и других, наибольшее применение имеют трехкорпусные вакуум - выпарные аппараты, состоящие из трех последовательно соединенных одинаковых аппаратов, со стекающей пленкой. В качестве теплоносителя используется водяной пар низкого давления.

Первый корпус (6) установки обогревается паром, поступающим из паровых котлов, а обогрев каждого последующего корпуса осуществляется вторичным паром из предыдущего корпуса. В многокорпусных установках головной корпус работает под избыточным давлением, а хвостовой - под разряжением, благодаря чему снижается удельный расход греющего пара (на 1 кг воды 0,4 - 0,5 кг пара). Но с увеличением числа корпусов возрастают температурные потери, уменьшается полезная разность температур между корпусами. Поэтому оптимальное количество корпусов определяют на основании технологических, экономических требований и свойств обрабатываемого продукта.

Исходный раствор центробежным насосом (9) нагнетается в теплообменник (11), где подогревается до температуры близкой к температуре кипения. Для подогрева раствора в первый корпус подается свежий водяной пар. Образующийся в первом корпусе (6) вторичный пар подается во второй корпус (7), куда также поступает сконденсированный раствор из первого корпуса.

Из второго корпуса (7) вторичный пар поступает в третий корпус (8) вместе с раствором. Самопроизвольный перетек раствора и вторичного пара происходит благодаря общему перепаду давления, возникающему в результате создания вакуума в последнем корпусе с помощью поверхностного конденсатора смешения (3). В конденсатор подается охлаждающая вода и осуществляется отсос неконденсирующих газов вакуум - насосом (10). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора с помощью барометричекой трубы.

Концентрированный раствор из третьего корпуса подается в промежуточный сборник упаренного раствора (5), и далее центробежным насосом на сушку.

Таблица 1

ФорматЗонаПоз.ОбозначениеНаименованиеКол.Примечание1Ресивер12Ловушка13Конденсатор барометрический1D=800 мм H=10 м4Сборник дрожжевой суспензии1V=22 м35Сборник упаренного раствора1V=10 м36Вакуум-выпарной аппарат 1 корпус1S=112 м27Вакуум-выпарной аппарат 2 корпус1S=112 м28Вакуум-выпарной аппарат 3 корпус1S=112 м29Насос центробежный1V=20 м3/ч H=18 м10Насос вакуумный1V=0,9135 м3 N=13 кВт11Теплообменник 1S=7,5 м2

1.4 Устройство, принцип работы основного аппарата

В качестве выпарного аппарата для упаривания дрожжевой суспензии используем аппарат с выносной нагревательной камерой. При размещении нагревательной камеры вне корпуса аппарата имеется возможность повысить интенсивность выпаривания не только за счет увеличения разностей плотностей жидкости и паро-жидкостной смеси в циркуляционном контуре, но и за счет увеличения длины кипятильных труб.

Аппарат с выносной нагревательной камерой имеет кипятильные трубы, длина которых часто достигает 7 м. Он работает при более интенсивной естественной циркуляции, обусловленной тем, что циркуляционная труба не обогревается, а подъемный и опускной участки циркуляционного контура имеют значительную высоту.

Исходный раствор поступает под нижнюю трубную решетку нагревательной камеры и, поднимаясь по кипятильным трубам, выпаривается. Вторичный пар отделяется от жидкости в сепараторе и идет на обогрев следующего корпуса. Упаренный раствор отбирается через боковой штуцер, находящийся в сепараторе.

2. Технологический расчет и выбор основного оборудования

.1 Расчет трехкорпусной вакуум-выпарной установки с выносной греющей камерой (тип 1, исполнение 2)

.Количество воды, выпариваемой в трехкорпусной установке

W== кг\c

Распределение воды по корпусам:

Соотношение массовых количеств выпариваемой воды по корпусам:

I : II : III - 1,0 : 1,1 : 1,2

Количество выпариваемой воды:

В I корпусе:

W== 0,35 кг/с

В II корпусе:

W== 0,387 кг/с

В III корпусе:

W== 0,422 кг/с

Итого: 1,16 кг/с

2.Расчет концентраций раствора по корпусам:

Начальная концентрация раствора xнач = 14%. Из корпуса во второй переходит раствора:

G1 = Gнач - W=2,78 - 0,35 =2,43 кг/с

Концентрация раствора, конечная для I и начальная для второго, будет равна:

х1===16 %

Из II корпуса в III переходит раствора:

G2 = Gнач-W1-W2=2,78-0,35-0,387=2,043 кг/с

X2= =19 %

Из III корпуса выходит раствора:

Gкон = Gнач-W=2,78-1,16=1,62 кг/с

Xкон==24%, что соответствует заданию.

3.Распределение перепада давления по корпусам:

Разность между давлением греющего пара (в I корпусе) и давлением пара в барометрическом конденсаторе:

Δ p=0,25 МПа-0,03 МПа = 0,22 МПа

Предварительно распределим этот перепад давлений между корпусами поровну, т.е. на каждый корпус приходится:

Тогда абсолютное давление по корпусам будут:

В III корпусе: p3 = 0,03 МПа (задано)= 0,3 кгс/см

Во II корпусе: p2= 0,03+0,073 = 0,103 МПа=1,05 кгс/см

В I корпусе: p1= 0,103+0,073 = 0,176 МПа=1,794 кгс/см

Давление греющего пара:

p = 0,176 + 0,073 = 0,25 МПа=2,548 кгс/см

По паровым таблицам находим температуры насыщения паров воды и удельной теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах:

Таблица 2

Абсолютные давления, МПаТемпература насыщенного пара, оСУдельная теплота парообразования(г), кДж/кгВ I корпусе0,176115,912209,61Во II корпусе0,103104,0552377,2В III корпусе0,0368,72336Греющий пар0,25152,372812,992

Эти температуры и будут температурами конденсации вторичных паров по корпусам.

.Расчет температурных потерь по корпусам:

Таблица 3. От депрессии:

Концентрация, %Температура кипения, оСДепрессия, оС илиВ I корпусе161033Во II корпусе191044В III корпусе241088

Для упрощения расчета не уточняем температурную депрессию (в связи с отличием давления в корпусах от атмосферного).

По трем корпусам:

Δtдепр.= 3 + 4 + 8 = 15 К

Таблица 4. От гидростатического эффекта:

Концентрация, %161924Плотность, pр, кг/м3110011501250

Эти значения плотностей применим и для температур кипения по корпусам.

Расчет ведем для случая кипения раствора в трубах при оптимальном уровне:

Hопт = [0,26 + 0,0014 * (pр - pв)]* Hтр,

Hопт - оптимальная высота уровня по водомерному стеклу, м;

Hтр - рабочая высота трубы, м, принимаем Hтр = 5 м;

pр - плотность раствора конечной концентрации при температуре кипения кг/м3;

pв - плотность воды при температуре кипения, кг/м3;

I корпус

Kопт = [0,26+0,0014*(1100-1000)]*5 =2 м

pср=р1+0,5*р*g*Нопт = =1,904 кгс/см

При р1 = 1,794 кгс/см tкип=115,91 оС, при рср= 1,904 кгс/см tкип=123,394 оС

Δtг.эф.=123,394-115,91=7,484 К

II корпус:

Нопт = [0,26+0,0014*(1150-1000)]*5 =2,35 м

pср = p2+0,5*р*g*Hопт = = 1,185 кгс/см

При р2 = 1,05 кгс/см tкип = 104,055 оС, при рср= 1,185 кгс/см tкип = 117,43 оС

Δtг.эф.=117,43-104,055 = 13,375 К

III корпус:

Нопт = [0,26+0,0014*(1250-1000)]*5 = 3,05 м

рср=р3+0,5*р*g*Нопт ==0,49 кгс/см

При рср = 0,3 кгс/см tкип=68,7 оС, при рср=0,49 кгс/см tкип = 79 оС

Δtг.эф.=79-68,7 = 10,3 К

Всего:∑ Δtг.эф.=7,484 + 13,375 + 10,3 = 31,159 К

От гидравлических сопротивлений:

Потерю разности температур на каждом интервале температур между корпусами принимаем в 1 К. Интервалов всего 3 (I - II, II - III, III - конденсатор), следовательно : Δtг.эф.= 1*3=3 К

Сумма всех температурных потерь для установки в целом:

Δtпот=31,159+15+3=49,159 К

5.Полезная разность температур:

Общая разность температур 152,37 - 68,7 = 83,67 К, следовательно, полезная разность температур:

Δtпол=83,67-49,159= 34,511 К

.Определение температур кипения в корпусах:

В III корпусе: t3=68,7+1+8+10,3=88оС

Во II корпусе: t2=104,055+1+4+13,375=122,43оС

В I корпусе: t1=115,91+1+3+7,484=127,39 оС

.Расчёт коэффициентов теплоотдачи по корпусам:

Принимаем из соотношения К1:К2:К3 = 1:0,65:0,4

Для I корпуса: К1 = 1750 Вт/(м*К)

Для II корпуса: К2 = 1140 Вт/(м*К)

Для III корпуса: К3 = 700 Вт/(м*К)

8.Составление тепловых балансов по корпусам.

Для упрощения расчётов не учитываем тепловые потери и принимаем, что из каждого корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения.

По условию раствор подаётся на выпарку подогретым до температуры кипения в I корпусе.

Тогда расход тепла в I корпусе:

Q1 = W1*r1 = 0,35*2209,61*103 = 773363,5 Bт

Раствор приходит во II корпус перегретым, следовательно, Qнагр отрицательно (теплота само испарения). Расход теплоты во II корпусе:

Q2 = W2*r2 - G1*с*(t1-t2) = 0,387*2377,2*103-2,43*4190*0,84*(127,39-122,43) = 877555,4 Вт

Количество теплоты, которое даёт вторичный пар I корпуса при конденсации, составляет W1*r1 = 773363,5 Вт. Расхождение прихода и расхода теплоты в тепловом балансе II меньше 1%. Расход теплоты в III корпусе:

Q3 = W3*r3 - G2*c*(t2-t3)= 0,422*2336*103-2,043*4190*0,81*(122,43-88) = 747063,411 Вт

9.Расход греющего пара в I корпусе:

Gг.п. =. = = 0,275 кг/с

Удельный расход:

d = Gг.п. /W = 0,275/1,16 = 0,237 кг/кг

Сделаем в двух вариантах:

.Из условий равной площади поверхности, т.е. пропорционально Q/K.

2.Из условия минимальной общей площади поверхности корпуса, т.е. пропорционально .

Таблица 5.

Q/K1 корпус773363,5/1750=441,922664,7722 корпус877555,4/1140=769,785877,3743 корпус747063,4/700=1067,2331033,07

Таблица 6.

Полезная разность температур по корпусам

Вариант равной площади поверхности корпусовВариант минимальной общей площади поверхности корпусовΔt1= 6,692 К= 8,9 КΔt2=11,657 К=11,76 КΔt3=16,16 К= 14 КΔtол , К34,509 K34,6 K

.Определение площади поверхности нагрева

Таблица 7.

Вариант равной площади поверхности корпусовВариант минимальной общей площади поверхности корпусов= 66 м2= 49,65 м2= 66 м2= 65 м2= 66 м2= 76 м2∑F, м2198190,65

Так как разница между вариантами меньше 10%, то принимаем вариант равный площади корпусов, обеспечивающий однотипность оборудования.

По ГОСТ 11987-81 принимаем выпарной аппарат со следующей характеристикой:

Таблица 8.

Поверхность теплообмена при диаметре трубы 38х2 мм и длине 1-5000 мм112 м2Количество труб511Диаметр греющей камеры (D)1000 ммДиаметр сепаратора (D1)1800 ммДиаметр циркуляционной трубы (D2)600 ммВысота аппарата (H)13000 ммМасса аппарата8500 кгВысота парового пространства (H1)2500 мм

3. Расчёт барометрического конденсатора

.1 Определение расхода охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

Gв =

где Iбк - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/(кг*К)

Св - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг*К)

tн - начальная температура охлаждающей воды, С

tк - конечная температура смеси воды и конденсата, С

tк = tбк - 4 = 69,4 - 4 = 65,4 оС

Gв = = 4,565 кг/с

1.Расчет диаметра барометрического конденсатора.

dбк =

где ρ - плотность паров, кг/м;

ν - скорость паров, м/с, принимаем ν = 20 м/с;

dбк = = 0,38 м

По ОСТ 26717-73 подбираем конденсатор диаметром, равным ближайшему большему и выбираем размеры конденсатора dбк = 400 мм

3.2 Расчет высоты барометрической трубы

Выбираем конденсатор с диаметром dбк= 400 мм. Внутренний диаметр барометрической трубы равен 80 мм. Скорость воды в барометрической трубе Vв равна:

Vв = = = 1 м/с

Высоту барометрической трубы определяют по уравнению:

Hбт =

где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

λ - коэффициент трения;

Hбт, dбт - высота и диаметр барометрической трубы, м;

,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

В = ратм - рбк = 9,81*104 - 0,3*105 = 6,8*104 Па

Σξ = ξвх + ξвых = 0,5 + 1,0 = 1,5

ξвх, ξвых - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и выходе из нее.

Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости.

Определим режим течения воды в барометрической трубе:

Re =,

где μв - вязкость воды, Па*с

Re = = 147851,85

Для гладких труб при Re = 337102,2 λ= 0,045. Принимаем новые стальные трубы.

Hбт = = 10 м.

III. Расчет вакуум - насоса.

Производительность вакуум - насоса Gвозд определяется количеством воздуха, который необходимо удалить из барометрического конденсатора.

Gвозд = 2,5 *10-5 *(Gв+W3)+0,01*W3

где 2,5 *10-5 - количество газа, выделяющегося из 1 кг воды.

,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через не плотности, на 1 кг паров.

Gвозд = 2,5 *10-5 *(4,565 + 0,422) + 0,01 * 0,422 = 0,0043 кг/с

Объёмная производительность вакуум - насоса равна:

Vвозд =

где R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль*К);

Мвозд - молекулярная масса воздуха, кг/моль;

tвозд - температура воздуха, оС;

pвозд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе;

Температуру воздуха рассчитываем по уравнению:

tвозд = tн + 4 + 0,1 + (tк + tн) = 14+4+0,1(65,4-14) = 23,14 оС

Давлению воздуха равно:

Рвозд = Рбк-Рн

где Рн - давление сухого насыщенного пара при 23,14 оС, Па

Рн - 3024,13 Па

Рвозд = 30000 - 3024,13 = 26975,87 Па

По ГОСТ 1867-57 подбираем вакуум-насос ВВН-3 с мощностью N = 13 кВт

4. Расчет теплообменного аппарата

Из задания:

Начальная температура раствора t2н = 25 оС

Конечная температура раствора t2к = 83 оС

Теплоноситель - греющий пар, Рг.п. = 2,5*105

Принимаем, что индекс 1 - для межтрубного пространства, индекс 2 - для трубного.

Принимаем конечную температуру теплоносителя t = 152,37 оС (пар уходит при температуре конденсации).

1.Определение тепловой нагрузки

Q = G* С* (t2к - t2н)

где G - массовый расход суспензии, поступающей в аппарат, кг/с

С2 - теплоемкость суспензии при t2ср = = 54 оС;

С2 = 1119 Дж/(кг*К)

Q = 2,778*1119*(83-25) = 180297,756 Вт

2.Выход сухого греющего пара из уравнения теплового баланса:

G1 = 1,1*Q/r

где r - удельная теплота конденсации водяного пара при Рг.п.

r = 2320000 Дж/кг

G1 = = 0,085 кг/с

3.Определение средней разности температур при прямоточном движении теплоносителей:

Δtб = 152,37 - 25 = 127,37 оС

Δtм = 152,37 - 83 = 69,37 оС

Средний температурный напор определяется как средне логарифмическая разность:

Δtср = = = 96,67 оС

4.Определим, какое число труб диаметром 44х2 мм потребуется на один ход в трубном пространстве при турбулентном режиме движения.

Принимаем ориентировочное значение Reор = 15000

Тогда

n =

где G - массовый расход начального раствора, кг/с;

dэ - эквивалентный диаметр;

μ = 0,52*10-3 - вязкость суспензии, Па*с

n= = 22

Принимаем одноходовой кожухотрубный теплообменник со следующими характеристиками:

Диаметр кожуха - 568 мм, число труб - 109.

Уточняем Рейнольдса:

Re = = 5226,95 - режим турбулентный, принимаем значения коэффициента теплопередачи для трубного пространства α2 = 1300 Вт/(м2*К)

5.Определение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке.

Определяем скорость движения пара в межтрубном пространстве:

ω =

где ρв - плотность воды при 152,37 оС

f- площадь межтрубного пространства, м;

f= -

где D - внутренний диаметр кожуха, м;

d - внешний диаметр труб, м;

n - число труб;

f= =0,088 м

ω= = 0,0009 м/с

dэ=

П - периметр поперечного сечения, м.

П = n*π*d+π*D = 3,14*109*0,044+3,14*0,568 = 16,84 м

dэ= =0,021 м

определим критерий Рейнольдса:

Re =

где μ = 0,243*10-3 - вязкость воды при t=132,9 оС

Re = = 79,4 - ламинарный режим. Принимаем значение коэффициента теплоотдачи для межтрубного пространства α1 = 9300 Вт/(м2*К)

6.Определение коэффициента теплопередачи.

К =

где γст - сумма термических сопротивлений всех слоев стенки, включая слои загрязнения, м2*К/Вт

∑γст =

где γз1= γз2= 5800 м2*К/Вт - тепловая проворность со стороны трубной и межтрубной поверхности;

γст = 45,5 Вт/(м*К) - коэффициент теплопроводности стали;

δст - толщина стенки, м.

∑γст ==3,88*10-4 м2*К/Вт

К= = 790,67 Вт/(м2*К)

Требуемая площадь поверхности теплопередачи определяется по формуле:

F== = 2,36 м2

Принимаем в соответствии с ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79, ГОСТ 15122-79 к установке одноходовой кожухотрубный теплообменник со следующей характеристикой:

Площадь поверхности теплообмена - 7,5 м; диаметр кожуха - 325 мм; диаметр труб - 25х2мм; длина труб - 1,5 м; число труб - 62шт. Запас площади поверхности теплообмена: (7,5-6,5)77,5*100%=13,3%.

5. Расчет центробежного насоса

. Выбор диаметра трубопровода:

Диаметр трубопровода равен:

d=

где Q - объемный расход суспензии, м/с;

ω - скорость суспензии, м/с;

d = = 0,04 м

Принимаем трубопровод марки 12х18Н10Т диаметром 76*5,0 мм

Уточняем значение скорости:

ω === 4,3 м/с

. Определение потерь на трение и местные сопротивления:

Определяем критерий Рейнольдса:

Re =

где ρ - 1020 кг/м - плотность суспензии;

μ=0,25*10-3 Па*с - вязкость суспензии.

Re = = 35989 - режим турбулентный.

Абсолютная шероховатость стенок труб е= 0,2 мм

Степень шероховатости dэ/е = 21/0,2 = 105

Определяем λ: λ = 0,021

Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений:

Всасывающая линия:

Вход в трубу с острыми краями ς =0,5

Нормальный вентиль (в = 0,02 м) ς = 4,0

∑ςвс = 0,5+4,0 = 4,5

Нагнетающая линия:

Выход из трубы ς=1; нормальный вентиль (d=0,096 м) ς=4,0; дроссельная заслонка = 0,9

∑ςнаг = 1+4,0+0,9 = 5,9

Определение потерь на всасывание и нагнетание:

h =

где l - длина трубопровода, м.

На всасывании, lвс = 3м:

hвс = = 7,2 м

На нагнетании, lнаг = 7 м

hнаг = = 11,1

Общие потери:

hпот = hвс + hнаг = 7,2+11,1 = 18,3

. Выбор насоса:

Определение полного напора:

H =

где р1 = 105 Па - давление в аппарате, из которого перекачивают жидкость;

р2 = 2,5*105 Па - давление в аппарате, в котором перекачивают жидкость;

H1 - геометрическая высота подъема жидкости, м

hп - потери напора на всасывающей и нагнетающей линиях.

Н = = 14,96 м

Полезная мощность насоса:

Nп = == 0,816 кВт

Мощность, которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы:

N =

где ηн = 0,6 - КПД насоса;

ηп = 1 - КПД передачи

N = = 1,36 кВт

Мощность, потребляемая двигателем из питающей сети при ηдв = 0,8:

Nдв = N/ηдв = 1,36/0,8 = 1,7 кВт

С учетом коэффициента запаса мощности β = 1,5 устанавливаем двигатель мощностью:

Nуст = Nдв * β = 1,7 *1,5 = 2,55 кВт

Устанавливаем центробежный насос марки Х20/18 со следующей характеристикой:

Производительность насоса - 20 м/ч; напор - 18м; насос снабжен электродвигателем 2В 10082 номинальной мощностью 4,0 кВт.

выпаривание вакуумнасос теплообменный конденсатор

6. Расчет емкостей

. Емкость для суспензии, поступающей на выпарку:

Рабочий объем емкости равен:

Vр = G / ρ = 10000 / 1020 = 9,8 м3

Полный объем емкости равен:

V = Vp / К3 = 9,8/0,9 = 10,9 м3

где к3 - коэффициент заполнения емкости.

Принимаем емкость ПИП-1-25-01

. Емкость для выпаренной суспензии.

Рабочий объем емкости равен:

Vр = Gкон / ρкон = 11682/1417 = 8,24 м3

Полный объем емкости равен:

Vп = Vр / Кз = 8,24/0,9 = 9,126 м3

Принимаем емкость ГГШЫ-10-01


1. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991. - 352с.

. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. - 753 с.

. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Процессы и аппараты биотехнологии» (часть 1, часть 2).-М.: 2000

. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. -576с.

Похожие работы

 

Не нашел материала для курсовой или диплома?
Пишем качественные работы
Без плагиата!