4.2 Тепловой баланс подогревателя

Рисунок 11. К составлению теплового баланса подогревателя

где S₀=0,027 кг/с - расход по исходному раствору;

W - количество выпаренной воды, кг/с;

Т_пр - начальная температура раствора,С;

Т_а - температура раствора на выходе из аппарата, С;

Т_к - температура конденсата,С;

Ср, Ск - теплоёмкость раствора и конденсата соответственно, Ср = 4000, Дж/кгК, [10, с. 10], теплоёмкость конденсата при 42С, Ск = 4174, Дж/кгК;

i, i - вторичного пара и конденсата соответственно, кДж,i = 257410 кДж; i = 179,9910 кДж.

4.3 Тепловой баланс конденсатора

Рисунок 12. К составлению теплового баланса конденсатора

где W - количество выпаренной воды, кг/с;

Т_вн - начальная температура охлаждающей воды, 15С;

Т_к - температура охлаждающей воды на выходе из аппарата, 20С;

С_в - теплоёмкость охлаждающей воды С_в = 4190, Дж/кгК;

i, i - вторичного пара и конденсата соответственно, кДж,

i = 257410 кДж; i = 179,9910 кДж.

4.4 Определение количества выпаренной воды и расхода пара

Материальный баланс по концентрации

где S₀, S₁ - начальный и конечный расходы раствора соответственно, кг/с;

a_нач,a_кон -начальная и конечная концентрации раствора соответственно, %.

,

где W - количество выпаренной воды, кг/с.

.

кг/с.

Из теплового баланса следует, что расход пара определяется по формуле

Данное количество пара, необходимо затратить на начальной стадии работы аппарата для разогрева аппарата и получения вторичного пара.

4.5 Определение расхода охлаждающей воды конденсатора

Количество охлаждающей воды G, кг/с, которая потребуется для конденсирования пара в конденсаторе, определяется из условий теплового баланса

4.6 Теплотехнический расчёт выпарного блока

Расчёт выпарного блока включает в себя: определение тепловой мощности и размеров выпарного аппарата; расчёт пароструйного эжектора; определение расхода рабочего пара.

Определение тепловой мощности и размеров выпарного аппарата

Тепловая мощность аппарата Q, кВт, определяется по формуле

где S - расход по исходному раствору, кг/с;

С = 4170 Дж/кг - теплоёмкость воды при 40С;

t,t - конечная и начальная температуры раствора, С;

W - количество выпаренной воды, кг/с;

r= 2405.7 кДж - скрытая теплота парообразования при 40С.

Т.к. изначально величины коэффициентов теплоотдачи жидкости и пара, б и б Вт/(мК), соответственно, не известны, то в расчёте предварительно принимается б = 2000 Вт/(мК); б = 2500 Вт/(мК).

В качестве конструкционного материала принимается легированная сталь Х18Н10Т (теплопроводность конструкционного материала л= 12 Вт/мК), толщина теплопередающей стенки принимается д= 0,0015 м, [12].

Определение предварительного значения теплопередачи К, Вт/м.

Определение предварительных значений теплопередающей поверхности F, м, количества греющих трубок, n, шт., и удельную плотность теплового потока q, Вт/ м.

где ?t = 3С - разность температур.

Для определения количества греющих трубок принимаем наружный и внутренний диаметры трубок, d = 0,035м и d = 0,032м, соответственно. Длина трубок принимается l = 3 м.

Определение среднего диаметра греющих трубок d, м.

Далее производится расчёт в котором уточняются значения: К, Вт/м; б, Вт/(мК); F, м; n, шт.; q, Вт/ м.

Определение линейной плотности орошения поверхности Г, кг/мс.

где D - расход пара, кг/с;

П - периметр поверхности, по которой движется плёнка, м.

Определение Критерия Рейнольдса для течения плёнки.

где з = 653,310,Пас,- динамическая вязкость жидкости.

Определение толщины плёнки д, м, стекающей по вертикальной стенке.

где с - плотность жидкости, кг/м, при 43С.

Определение скорости стекания плёнки v, м/с.

Определение Критерия Нуссельта по приведенной толщине плёнки.

где л - теплопроводность теплоносителя, Вт/мК.

=

Определение уточнённого значения б, Вт/(мК).

Определение уточнённого значения К, Вт/м.

Принимаем длину греющих трубок l = 5 м.

Рис.13. Схема расположения трубок в греющей камере.

Определение диаметра корпуса греющей камеры D_к, м.

Шаг разбивки греющих трубок 0,044 м., зазор между стенкой корпуса и крайней трубкой 0,017 м. После расположения трубок в определённом порядке (Рисунок 9) получается D_к = 0,35 м. Диаметр сепаратора принимается равным диаметру греющей камеры D_к =D_с.

Определение высоты греющей камеры

где Н₀ - высота верхней крышки и днища, м.

Высота сепаратора принимается 2,5 метра, без учёта высоты крышки и днища.

Определение расхода рабочего пара и размеров аппарата

Расход рабочего пара D_р, кг/с, определяется по формуле

4.7 Расчёт конструктивных размеров аппарата

Определение количества пара, которое расходуется греющей камерой D_с, кг/с.

Определение количества пара, которое отводится на конденсатор D_отв, кг/с.

Определение выходного сечения f_p1, мм, и его диаметра d₁, мм.

Определение отношения выходного сечения камеры смешения к критическому сечению рабочего сопла

Определение входного сечения f₃, мм, и его диаметра d₃, мм.

При цилиндрической камере смешения входное и выходное сечения равны, f₃ = f₂, а значит, равны и их диаметры, d₃ = d₂.

Вывод

Разработанный выпарной блок для установки по производству концентрированного сахарного раствора представляет собой выпарной аппарат с падающей плёнкой и вынесенной греющей.

Выпарная установка предназначена для производства концентрированного сахарного раствора, а так же может быть использована при выпаривании других жидких пищевых сред, которые схожи по теплофизическим свойствам со сахарного раствора. Данная установка является автономной от линии централизованной подачи пара (котельной, ТЭЦ) и включает в себя следующие элементы: выпарной блок, парогенератор, подогреватель, конденсатор, баковую аппаратуру, подающие насосы и вакуум насос.

Разработанный выпарной блок обеспечивает производство высококачественной продукции, за счёт низкой температуры при выпаривании (t = 40°С), что обеспечивает сохранность витаминов, красящих пигментов и других ценных веществ, при низких затратах энергии, которые составляют по пару 0,25 кг на один килограмм продукта или электроэнергии 0,17 кВт/кг. Всё это позволяет производить высококачественный продукт при низких затратах на производство.

Технические характеристики выпарного блока: