Проект трикорпусної випарної установки для концентрування Gнu003d4, 2 кг/с молока.

САНКТ-ПЕТЕРБУРЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНИХ И.

ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГИЙ.

КАФЕДРА ПРОЦЕСІВ І АПАРАТІВ ХАРЧОВИХ ПРОИЗВОДСТВ.

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА.

до курсовому проекту по процесам і аппаратам.

Проектував студент ____231группы____________________.

_______________Громцев Павло Сергеевич_________.

_________________17 квітня 2003 года_________________.

Керівник проекта.

_______________ЖАРИКОВ Олексій Миколайович _______________.

«___» ________________________________________________.

Проект захищений з оцінкою: _____________________________.

ВЫПАРИВАНИЕ — це процес концентрування розчинів нелетучих речовин шляхом видалення рідкого леткої розчинника як паров.

В харчової промисловості рідкі суміші, концентрування яких здійснюється випарюванням, відрізняються більшою розмаїтістю як фізичних параметрів (в'язкість, щільність, температура кипіння, величина критичного теплового потоку та інших.), і інших характеристик (кристаллизующиеся, пінні, нетермостойкие розчини та інших.). Властивості сумішей визначають основні вимоги до місцевих умов проведення процесу (вакуум-выпаривание, прямоі противоточные, однеі многокорпусные выпарные установки), і навіть до конструкціям выпарных аппаратов.

Принцип дії. Вихідний розведений розчин (молоко) з проміжної ємності відцентровим насосом подається в теплообмінник (де підігрівається до температури, близька до температурі кипіння), потім у перший корпус выпарной установки. Попередній підігрів підвищує інтенсивність кипіння в выпарном апараті. Перший корпус обігрівається свіжим водяникам пором. Вторинний пар, утворений при концентрировании розчину у першому корпусі, направляють у ролі що гріє на другий корпус. Сюди надходить частково сконцентрований розчин з 1-го корпусу. Аналогічно третій корпус обігрівається вторинним пором другого у ньому виробляється концентрування розчину, надходження з другого корпусу. Мимовільний перетік розчину і вторинного пара у наступні корпусу можливим завдяки загальному перепаду тисків, яка у результаті створення вакууму конденсацією вторинного пара останнього корпусу о барометрическом конденсаторі змішання (де заданий тиск підтримується подачею охолоджувальної води та отсосом неконденсирующихся газів вакуумнасосом). Суміш охолоджувальної води та конденсату виводиться з конденсатора при допомоги барометрической труби з гидрозатвором. Утворений у третій корпусі концентрований розчин подається в проміжну ємність упаренного розчину. Конденсат греющих парів з выпарных апаратів виводиться з допомогою конденсатоотводчиков. Завдання проектирование Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрування Gн=4,2 кг/с незбираного молока від початковій концентрації Xн=11% до кінцевої Xк=53% при наступних условиях:

. обігрів виробляється насиченим водяником пором давлением;Pг1=107,8кПА.

1) тиск у барометрическом конденсаторе;Pбк=18,2 кПА.

2) выпарной апарат — тип 3, виконання 1 (із зовнішнього циркуляционной трубой);

3) взаємне напрям пара і розчину — прямоток;

1. Визначення поверхні теплопередачі выпарных аппаратов Поверхность теплопередачі кожного корпусу выпарной установки визначають по основному рівнянню теплопередачи: F=Q/(K*Vtn) Для визначення теплових навантажень Q, коефіцієнтів теплопередачі K і корисних разностей температур Vtn треба зазначити розподіл упариваемой води, концентрації розчинів та його температур кипіння по корпусам. Ці величини знаходять методом послідовних приближений.

Первое наближення. Продуктивність установки по выпариваемой воді визначають з рівняння матеріального баланса: W=Gн*(1-Xн/Xк)=4,2*(1−11/53)=3,33 кг/с.

1. Концентрації упариваемого раствора Принимаем, виходячи з практичних даних: w1: w2=1,0; 1,1. Тоді: w1=1,0*W/(1,0+1,1)=1,58 кг/с. w2=1,1*W/(1,0+1,1)=1,74 кг/с. Концентрації розчинів в корпусах: X1=Gн*Xн/(Gн-w1)=4,2*0,11/(4,2−1,58)=0,176=17,6% Xк=X2= Gн*Xн/(Gн-w1-w2)=4,2*0,11/(4,2−1,58−1,74)=0,53=53% 2. Температури кипіння растворов Общий перепад тисків встановленні: VPоб=Pг1-Pбк=107,8−18,2=89,6 кПа. Тиск греющих парів в корпусах: Pг1=107,8 кПа. Pг2= Pг1- Vpоб/2=107,8−89,6/2=63кПа. Pбк= Pг2- Vpоб/2=63−89,6/2=18,2кПа. По тиску парів знаходимо їх температури і энтальпии: |Р, кПа |t, оС |I, кДж/кг | |Pг1=107,8 |tг1=102 |Iг1=2679,5 | |Pг2=63 |tг2=87 |Iг2=2654,3 | |Pбк=18,2 |tбк=58 |Iбк=2605,4 | | | | |.

Температура кипіння молока в корпусі відрізняється від температури що гріє пара у майбутньому корпусі у сумі температурних втрат {V від температурної (V "), гидростатической (V «») і гідродинамічної (V «» «) депресій ({V=V «+V «» +V «» «). Гідродинамічна депресія обумовлена втратою тиску пара на подолання гідравлічних опорів трубопроводів під час переходу з корпусу о корпус.

Примем V «» «=1, тоді температури вторинних парів: tвп1= tг2+ V «» «=87+1=88 оС tвп2= tбк+ V «» «=58+1=59 оС Сума гідродинамічних депресій: { V «» «= V «» «+ V «» «=1+1=2 По температур вторинних парів визначимо їх тиску і теплоти парообразования: Pвп1=65кПа; Pвп2=19,05кПа; r1=2287,6 Дж/кг; r2=2360,1 Дж/кг Поверхность тепловіддачі 1-го корпусу (орієнтовно): Fор1=Q/q=w1*r1/q=1,58*2287,6*10³/40 000=90,36 м². q=40 000 Вт/м². Fор2=Q/q=w2*r2/q=1,74*2360,1*10³/40 000=102,66 м² Приймемо висоту кипятильных труб М = 4 м. Визначаємо щільність молока за нормальної температури 15 оС: a1=Xн+X1=(11+17,6)/2=14,3%; a2=X1+X2=(17,6+53)/2=35,3% ?1=10*[1,42*a1+(100-a1)]=10[1,42*14,3+(100−14,3)]=1060,0 кг/м³ ?2'10*[1,42*a2+(100-a2)]=10[1,42*35,3+(100−35,3)]=1148,3 кг/м³ Тиску загалом шарі кипятильных труб корпусів: P1ср= Pвп1+ ?1*g*H*(1-?)=65+1060*9,8*4(1−0,5)=85,77 кПа. P2ср= Pвп2+ ?2*g*H*(1-?)=19,05+1148,3*9,8*4(1−0,5)=41,55 кПа.

По тиску парів знаходимо їх температури кипіння: |Р., кПа |t, оС |r, Дж/кг | |P1ср=85,77 |t1ср=94 |rвп1=2272 | |P2ср=41,55 |t2ср=73 |rвп2=2325 | | | | |.

Визначимо гидростатическую депресію по корпусам: V «» 1= t1ср-tвп1=94−88=6 оС V «» 2= t2ср-tвп2=73−59=14 оС Сума гидростатических депресій: { V «» =20 оС Температурну депресію визначимо за такою формулою: V «=0,38*exp*(0,05+0,045*a); Отримуємо V «=0,38*exp*(0,05+0,045*14,3)=0,76 V «=0,38*exp*(0,05+0,045*35,3)=1,96 Сума температурних депресій: {V «=2,72 Температури кипіння розчинів в корпусах: tк1=tг2+V «1+V «» 1+ V «» «=88+0,76+6+1=96 оС tк2=tбк+V «2+V «» 2+ V «» «=59+1,96+14+1=76 оС.

3. Корисна різницю температур Vtп1=tг1-tк1=102−96=6 оС Vtп2=tг2-tк2=88−76=12 оС Загальна корисна різницю температур {Vtп1=18 оС Перевіряємо загальну корисну різницю температур: {Vtп1=tг1-tбк-({V «+{V «» +{V «» «)=102−58-(2,72+20+2)=19,28 оС.

4. Визначення теплових навантажень Витрата що гріє пара в 1-ый корпус, продуктивність кожного корпусу по випареної води та теплові навантаження по корпусам визначимо шляхом спільного рішення рівнянь теплових балансів по корпусам і рівняння балансу за водою для всієї установки: Q1=m*c*(tк1-tпр)+w1*r1; tк=tг1- (2−3 оС); Q1=D1*(Iгр1-cк*tк);

m*c*(tк1-tпр)+w1*r1= D*(Iгр1-cк*tк); 4,2*4000*(96−76)+1,58*2287,6=D*(2679- 4180*100);

D1=(4,2*4*(96−76)+1,58*2287,6)/ (2679−4,18*100)=1,75кг/с.

Q2=D2*(Iвп1-cк*tк); tк=tвп1- (2−3 оС); Q2=w2*rвп1-mпр*cпр (tк1-tк2)/r (при tк2);

D2= (w2*rвп2-mпр*cпр (tк1-tк2)/r (при tк2))/ (Iвп1-cк*tк)= =(1,74*2360,1−2,45*4(96−76))/(2317,8−4*86)=1,98 кг/с.

2. Розрахунок барометрического конденсатора Для створення вакууму в выпарных установках зазвичай застосовують конденсатори змішання з барометрической трубою. Як охолодного агента використовують воду, яка в конденсатор найчастіше за нормальної температури довкілля. Суміш охолоджувальної води та конденсату виливається з конденсатора по барометрической трубі. Задля підтримки сталості вакууму у системі з конденсатора з допомогою вакуум-насоса відкачують неконденсирующиеся гази. Необхідно розрахувати витрата охолоджувальної води, основні розміри барометрического конденсатора і барометрической труби, продуктивність вакуум-насоса.

2.1 Витрата охолоджувальної води Витрата визначаємо з теплового балансу конденсатора: Gв=w2*(Iбк-св*tк)/(cв*(tк-tн)). Оскільки різницю температур між парою й рідиною виході з конденсатора мусить бути 3−5 градусів, кінцеву температуру води tк на виході приймемо на 3 градуси нижче від температури конденсації парів: tк=tбк-3 оС=58−3 оС=55 оС тоді Gв=1,98*(2605,4−4*55)/(4*(55−20))=33,74 кг/с.

2.2 Діаметр конденсатора Визначаємо з рівняння витрати: dбк=(4*w2/(?*П*U))^0,5. При остаточном тиск у конденсаторі порядку 104 Па швидкість парів приймемо [pic] Тоді Dбк=(4*1,74/(0,098*3,14*20))=1,13 м. Вибираємо барометричний конденсатор діаметром 1200 мм.

2.3 Висота барометрической труби Внутрішній діаметр барометрической труби dбт=300 мм. Швидкість води в барометрической трубі: U=4*(33,74+w2)/ ?*П* dбт²=4*(33,74+1,74)/1000*3,14*0,3²=0,5 м/с. Висота барометрической труби: Hбт=B/?в*g+(1+{?+(* Hбт/ dбт)*Uв²/2*g+0,5. де У — вакуум в барометрическом конденсаторі: B=Pатм-Pбк=9,8*10⁴−1,8*10⁴=8,0*10⁴ Па. {? — сума коефіцієнтів місцевих опорів: { ?'? вх+?вых=0,5+1,0=1,5 Коефіцієнт тертя (заздрості від режиму течії рідини. Визначимо режим течії води в барометрической трубі: Re=Uв* dбт* ?в/?в=0,5*0,3*1000/0,54*10^(-3)=277 777 Для гладких труб при Re=111 111 коефіцієнт тертя (=0,014. Підставивши зазначені значення, обчислимо висоту барометрической труби: Hбт=8,0*10⁴/1000*9,8+(1+1,5+0,014*Hбт/0,3)*0,5²/2*9,8+0,5. Звідси знаходимо Hбт=8,67 м.

Список використаної литературы.

1. Йоффе И. Л. «Проектування процесів і апаратів хімічної технології» Хімія, 1991. 2. «Проектування процесів і апаратів харчових виробництв». Під редакцією Ставникова. Київ, 1982. 3. Курсове проектування на уроках: «Процеси і апарати хімічної промисловості». Кувшинский М. Н., Соболєва О.П. «Вищу школу», 1968. 4. «Основні процеси та апарати хімічної технології». Борисов Г. С., Биков В. П. та інших. М. Хімія, 1991. ———————————;

Санкт-Петербург.

Санкт-Петербург.