2.1 Материальный и тепловой расчёты выпарной установки АВ1

Исходные данные для расчёта:

- количество квасного сусла, поступающего на установку, т/ч 8,5

- температура квасного сусла,С 40

- концентрация квасного сусла, поступающего на установку АВ1,% 15

- после упаривания в выпарном аппарате АВ1,% 24

- количество выпаренной воды, т/ч 3,3

Количество квасного сусла, т/ч:

- на выходе из аппарата выпарного АВ1 5,2

Давление греющего пара, МПа:

- на аппарат выпарной АВ1 0,15

Температура греющего пара,С:

- на выпарной аппарат АВ1 110

Температура охлаждающей воды,С 2530

2.1.1Тепловой баланс установки

Температурные потери в выпарном аппарате АВ1 обусловлены температурной (), гидростатической () и гидродинамической () депрессиями.

По давлению греющего пара находим его температуру и теплоты парообразования по корпусам. Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус. Примем тогда температура вторичного пара в корпусe АВ1 равна:

Таблица 2.1 - Свойства греющего пара

Сумма гидродинамических депрессий равна:

По температурам вторичных паров определим их давление и теплоты парообразования.

Таблица 2.2 - Свойства вторичного пара

Гидростатическая депрессия обуславливается наличием гидростатического эффекта:

Сумма гидростатических депрессий равна:

Температурную депрессию определим, зная температуру кипения в корпусе АВ1:

Сумма температурных депрессий равна:

Расчёт полезной разности температур

Необходимым условием передачи тепла в корпусе АВ1 является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.

Полярные разности в корпусе АВ1:

Общая полезная разность температур:

Проверим общую полярную разность температур:

Определение пароотбора в корпусе АВ1

Расход пара на подогревание рассчитываем по формуле:

где - масса квасного сусла, кг;

- теплоёмкость квасного сусла, Дж/кгК;

- начальная и конечная температуры квасного сусла,C;

- коэффициент потерь теплоты;

- энтальпия вторичного пара, Дж/кг;

- теплоёмкость конденсата, Дж/кгК;

- температура конденсата,C;

- удельная теплота конденсации вторичного пара,

Дж/кг.

Количество пара, отбираемого у АВ1:

Расход экстра - пара:

2.1.2 Основное уравнение материального баланса:

где - расход греющего пара, кг/ч;

- коэффициент испарения для -ого корпуса:

- коэффициент самоиспарения для -ого корпуса:

где - энтальпия соответственно греющего пара, конденсата и вторичного пара, Дж/кг;

- температура кипения,С;

- теплоёмкость растворителя и раствора, Дж/кгК;

- коэффициент, учитывающий потери тепла,

Для расчёта используем метод Тищенко И.А., учитывающий самоиспарение раствора, а также то обстоятельство, что и

После преобразования получаем:

где - коэффициенты, значения которых зависят от числа корпусов и теплового режима установки.

Расход греющего пара для корпуса АВ1:

Количество выпаренной воды в корпусе АВ1:

Производительность установки по выпариваемой воде равна: , что соответствует заданному значению. Расчёт выполнен верно.

Концентрация квасного сусла:

Количество квасного сусла, выходящего из корпуса АВ1:

Материальный баланс для всей установки имеет вид:

где - расход квасного сусла, поступающего на установку, кг/ч;

- расход квасного сусла, удаляемого из аппарата, кг/ч.

Проверим выполненные расчёты:

Из этого равенства видно, что расчёт выполнен верно.

При кипении водных растворов можно принять удельную

тепловую нагрузку:

Тогда поверхность теплопередачи корпуса АВ1

ориентировочно будет равна:

Согласно ГОСТ 11987 - 81 по рассчитанной поверхности теплопередачи, выбираю поверхность выпарного аппарата АВ1. Выбираю выпарной аппарат АВ1 с поверхностью нагрева 200 м², размером греющих труб 3824000 мм и количеством греющих труб 419 штук.