Проектирование однокорпусной выпарной установки

                                 N = N_n /η

4.6. Выбираем по Приложению  в таблице 28 центробежный насос  для подачи молока 36 МЦ 4-12 с основными  параметрами:

                            N_дв = 600 Вт;   V_ч = 4 м³/ч;   Н = 12,5 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                               5 Изоляционный расчет

 

5.1. Критерий Грасгофа:

 

 

Δt - средний температурный напор между поверхностью и воздухом.

 

 

ν=15,1*10^-6 м²/с – кинематический коэффициент вязкости воздуха при t_в = 22^oC

   По таблице физических  свойств воздуха при t_в = 22^oC  находим

 

 

Gr = 9,814,45³180,0034/15,1²10^-12=23210⁹

5.2. Произведение

 Следовательно, имеет  место турбулентный режим движения  воздуха. Поэтому используем критериальное уравнение Нуссельта вида

 

5.3.   Коэффициент теплопередачи  конвекцией:

 

 

5.4. Рассчитываем коэффициент  теплоотдачи лучеиспускания (α_л) от наружной поверхности выпарного аппарата.

 

 

5.5. Определяем суммарный  коэффициент теплоотдачи:

 

5.6. Средняя разность температур  греющего пара и воздуха в   цехе.

 

5.7. Удельные потери теплоты  в окружающую среду

q = α₂*(t₂ - t_в)

5.8. Коэффициент теплоотдачи  от пара к воздуху

 

5.9. Рассчитываем толщину  слоя изоляции

 

В качестве изоляционного  материала выбираем совелит

= 0,098 Вт/м град

= 1 мм  с = 0,233 Вт/м град

= 0,098 (1 / 1,46 – 1 / 4,8085 – 0,001 / 0,233) = 0,046м = 46 мм

Принимаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет теплопотерь

 

6.1 Определяем изолированную суммарную боковую поверхность выпарного аппарата

 

F_бок = F_ц + F_пп  + F_кон =2π*D_Н * Н + 2π*D_пп * Н_пп + 0,5π*(D_Н  + d)*

где

 

 

 

 

6.2. Определяем потери  теплоты с изолированной поверхности  пастеризатора

Q^из_пот = q*F_бок = 86,553 * 32,14 = 2777,7 Вт

6.3. Коэффициент теплоотдачи  от неизолированной поверхности

α_н = 9,74 + 0,07*Δt = 9,74 + 0,07*18 = 11 Вт/м²град

6.4. Определяем потери  теплоты с неизолированной поверхности  пастеризатора

Q^н_пот = α_н * F_н * (t₂ –t _в) = α_н π/4(D²  + d²)*( t₂ –t_в) = Вт

6.5. Суммарные потери теплоты  со всей поверхности теплообменника

Q_пот = Q^из _пот + Q^н_пот = 2777,7 += 3188,7 Вт

6.6. относительные потери  теплоты составляют

Q_отн = Q_пот / Q = 3188,7 / 499,7*10³ = 0,00638 = 0,8%

Таким образом выполняется  отношение Q_отн  < 5%

 

 

                    7. Расчет барометрического конденсатора

Конденсатор является необходимым  элементом оборудования выпарных установок, особенно работающих под вакуумом. Конденсаторы смешения бывают двух типов: мокрые и сухие, в первых смесь  охлаждающей воды, конденсата неконденсирующихся газов отсасывается мокро – воздушным  насосом. В сухих конденсаторах  воздух отсасывается отдельным вакуум – насосом. Наибольшее распространение  имеют сухие конденсаторы. В зависимости  от взаимного направления потоков  пара и воды различают конденсаторы противоточные и прямоточные. Первые более рациональны, так как в  них получают конденсационную воду более высокой температуры, меньший  объем отсасываемых газов с температурой, близкой к  начальной температуре  охлаждающей воды, что снижает  расход мощности на привод вакуум-насоса. Наибольшее распространение имеют противоточные

конденсаторы смещения с  барометрической трубой (барометрические  конденсаторы). Тепловой расчет барометрического конденсатора состоит определении  расхода охлаждающей воды и необходимого числа тарелок для конденсации  вторичного пара, поступающего из выпарного  аппарата.

7.1. Составляем уравнение  теплового баланса и преобразуем  его

W*i + G_в *c_в*t_в1 = (W+G_в) *c_в* t_в2

где с_в – средняя теплоемкость воды, неизменная в широком диапазоне температур,          с_в = 4,19 кДж/кг*град

t_в1 = 15°С

t_в2 =  t_п – 3 = 71 – 3 = 68°С

W*i + G_в *c_в* t_в1 =W * c_в*t_в2  + G_в *c_в*t_в2

W *(i - c_в*t_в2) + G_в *c_в*(t_в2- t_в1)

7.2. Определяем расход  охлаждающей воды

G_в = W* (i - c_в*t_в)/с_в*(t_в2 – t_в1) =

7.3. Внутренний диаметр  конденсатора

D_к = 0,331 м

 

Принимаем D_к = 331 мм

7.4. Определяем расстояние  между каждой парой тарелок

= (Dк/2) + 50 = (331/2) + 50 = 215,5 мм

 

7.5. Определяем число тарелок 

                              N = lg (t_n- t_в1/ t_n- t_в2) = 5

Принимаем фактическое число  тарелок n = 5.

7.6. Определяем диаметр  барометрической трубы

d_бт =

7.7. Определяем высоту  водяного столба, соответствующую  разрежению р = 0,393 ат = 299 мм.рт.ст.

              Н₁= 10,33 * р/р_ат = 10,33*299/160 = 4,1м

Принимаем предварительно с  учетом конструктивного запаса Н₁ = 4,5 м.

7.8. Определяем режим движения  воды в трубе

                Re = ω_в *d_δт /v = 0,6*0,072/0,456*10^-6 = 94736,8

7.9. Коэффициент гидравлического  трения для гладких труб

                  λ = 0,3164/Re^0,25 = 0,3164/94736,8^0,25 = 0,018

7.10. Потери напора в  барометрической трубе

   H₂ = w²/2g*(2,5 + λ* (H₁/d_бт)) = 0,064м

Принимаем конструкционный  запас высоты трубы Н₃ = 0,5м

7.11. Определяем полную  высоту барометрической трубы

               Н_бт  = Н₁+ Н₂+ Н₃ = 4,5 + 0,064 + 0,5 = 5 м

             Принимаем Н_бт  = 5 м

7.12. Диаметр штуцера для  воды

                 d_в =

Принимаем  d_в = 68 мм

7.13. Диаметр парового штуцера

                 d_в =

Принимаем  d_п = 468 мм

7.14. Количество воздуха,  отсасываемого вакуум – насосом  конденсатора, определяем по эмпирической  формуле

_кг/ч

7.15. Температура отсасываемого  воздуха

            t_возд = t_в1 + 4 + 0,1*(t_в2 –t_в1) = 15 + 4 + 0,1 (68 – 15) = 24,3 °С

7.16. Абсолютное давление  в конденсаторе

       Р_а= 760 – 289 = 471 мм.рт.ст. = 471*133,3 = 62784 Па = 6278 кГ/м²

7.17. Парциальное давление  пара при температуре воздуха  находим по таблице №1 Приложения

             Р_парц = 23,35 мм.рт.ст. = 23,35*133,3 = 3112,5 Па = 311 кГ/м²

7.18. Парциальное давление  воздуха 

        Р_возд = р_а - р_парц = 6278 – 311 = 5967 кГ/м² = 58536 Па = 0,06 МПа

7.19. Определяем объемный  расход откачиваемого воздуха

V_ц= 29,27*G_возд *(273 + t_возд)/р_возд = м³/ч = 0,0032 м³/с

7.20. Диаметр  воздушного штуцера

                       d_возд =4*V_C/πω_ВОЗД = 0,0277 м

где ω_ВОЗД = 5 м/с – скорость откачки воздуха

Принимаем d_возд =35 мм

7.21. Мощность, потребляемая вакуум – насосом

N = 1/η_мех *m*p_возд*V_c /m - 1[(p₂/p₁)^m/m-1 - 1] =

где η_мех = 0,75 – механический КПД вакуум-насоса

m = 1,25 - показатель политропы

р₁ = 58539Па

р₂ = 1,05 кг/см² = 103005 Па

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Экономический  расчет

 

Целью расчета является определение  основных затрат на монтаж и эксплуатацию однокорпусной выпарной установки.

8.1. Стоимость производственной  площади, занимаемой пастеризатором:

С_плc_пл

Где – длина и ширина производственной площади, м²,

с_пл – нормативная стоимость 1м² производственной площади,

с_пл = 15000 тнг/м²

С_пл

8.2. Стоимость амортизации  и ремонта установки:

С_а = с_а

Где с_а – стоимость амортизации и ремонта 1м² площади теплопередачи, с_а = 12000 тнг/м²

а – годовая норма амортизации  и ремонта аппарата, а = 0,2

F – площадь теплопередачи, F = 13м²

С_а

8.3. Стоимость электроэнергии  годовая

С_эл = с_элz₀

с_эл – нормативная стоимость 1кВт* часа электроэнергии, с_э= 7 тнг/кВт*час

N – установленная суммарная мощность электродвигателей,

N = N₁ + N₂ = 600 + 148567,5 = 19167 Вт = 19,16 кВт

Θ-число часов работы установки в сутки, Θ=7 ч

z₀ – среднее число дней в году, z₀ =260

С_эл

8.4. Стоимость тепло энергии  годовая:

С_Т = p_Tz0

p_T - стоимость1 Гкал теплоты, p_T  = 2400 тнг/Гкал

Q - тепловая нагрузка ВА, Q = 152 кВт

С_т

8.5. Стоимость теплоизоляции,  включающая доставку, налаживание,  обслуживание:

С_из = с_из*(1+а_из)*F_из*δ_из

С_из - нормативная удельная стоимость теплоизоляции, с_из = 3000 тнг/м³

а_из - норма амортизации по наложению и обслуживанию теплоизоляции, а_из = 0,3

F_из = 2,355 м²

δ_из = 67 мм = 0,067м

С_из

8.6. Суммарная годовая  стоимость эксплуатации и ремонта  установки:

С= С_пл + С_а + С_эл + С_Т + С_из

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих  требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность  теплопередачи при возможно меньших  объеме аппарата и расходе металла  на его изготовление, простота устройства, надежность в эксплуатации, легкость очистки поверхности теплообмена, удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.В данной курсовой работе были произведены расчеты технических параметров многокорпусной выпарной установки для выпаривания KNO3. Получаемым продуктом является KNO3. Нами выбран центробежный насос для подачи бульона 36 МЦ 4 – 12 с основными параметрами.Спроектированная на основании расчетов и подборов однокорпусная выпарная установка позволяет проводить необходимые процессы с заданными параметрами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                            Список используемой литературы

 

1. Еренгалиев А.Е., Масленников С.Л., Какимов А.К., Тусипов Н.О. – «Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств»
2. А. В. Логинов. Процессы и аппараты химических и пищевых производств (пособие по проектированию) / А.В. Логинов, Н.М. Подгорнова, И.Н. Болгова. – Воронеж: ВГТА, – 2003. – 264 с.
3. К. Ф. Павлов. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособ. для студ. химико-технол. спец. вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; Под ред. П.Г. Романкова. – 8-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1976. – 552 с.
4. А. А. Лащинский. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник / А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский; Под ред. Н.Н. Логинова. – 2-е изд; перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, 1970. – 753 с.
5. Ю.И. Дытнерский, Г.С. Борисов, В.П. Брыков. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и допол. – М.: Химия, 1991. – 496 с.
6. Насосы и насосные установки пищевых предприятий: Учеб. пособие / А.В. Логинов, М.Н. Слюсарев, А.А. Смирных. – Воронеж: ВГТА, 2001. – 226 с.
7. А. Г. Кааткин Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов.- 10-е изд., стереотипное, доработанное. Перепеч. С изд. 1973г.- М.: ООО ТИД "Альянс", 2004.-753с.