Исходные данные для расчета

Практическая РАБОТа № 5

Расчет двухкорпусной пленочной вакуум-выпарной

установки (ВВУ) непрерывного действия

Задание. Определить расход исходного G_н, кг/с, и концентрированного продукта G_к, кг/с; остаточные давления в первом Р₁, МПа, и втором Р₂, МПа, корпусах выпарной установки, давление греющего пара Р_гр, МПа, обеспечивающие требуемый температурный режим; массовое количество воды, выпариваемой в первом W₁, кг/с, и во втором W₂, кг/с, корпусах выпарки; площадь поверхности теплопередачи калоризаторов первого F₁, м², и второго F₂, м², корпусов выпарки; расход острого пара D_о, кг/с.

Исходные данные: производительность выпарной установки по испаренной воде , кг/ч; массовая доля сухих веществ в исходном В_н, %, и концентрированном В_к, %, продуктах; температуры кипения продукта в первом t₁, °С, и во втором t₂, °С, корпусах выпарной установки; температура греющего пара, подаваемого в греющую камеру первого корпуса t_г, °С; температура пастеризации t_п, °С; коэффициент инжекции u, кг/кг; вид продукта (табл. 2).

Методика расчета

Переведем производительность выпарной установки по выпаренной воде W_ч, кг/ч, в ед. измерения W, кг/с,

.

Расходы исходного G_н, кг/с, и концентрированного продукта G_к, кг/с, рассчитываются из уравнений материального баланса [1]:

,

,

где  – массовая доля сухих веществ в исходном и концентрированном продуктах, %;  – производительность выпарной установки по испаренной воде, кг/с.

При переходе вторичного пара из паросепаратора первого корпуса в межтрубное пространство калоризатора второго корпуса температура пара уменьшается примерно на один градус. Температура греющего пара во втором корпусе t_г2 , °С, определяется по формуле:

t_г2 = t_в1 – 1.

По заданным температурам греющего и вторичных паров определяем основные теплофизические характеристики воды и водяного пара в корпусах выпарки по [5] и табл. 6, заносим их в табл. 1.

Таблица 1

Наименование величины	Греющий пар	Первый корпус	Второй корпус
Температура кипения продукта, °С Температура вторичного пара, °С Энтальпия вторичного пара, кДж/кг Теплота парообразования, кДж/кг Температура греющего пара, °С Энтальпия греющего пара, кДж/кг Давление абсолютное, МПа	tг= Ргр =	t1 = tв1 = J1 = r1 = tг1=tг= Р1 =	t2 = tв2 = J2 = r2 = tг2= Р2 =

Вследствии малой толщины стекающей пленки продукта гидростатическая депрессия незначительна и в расчетах ее не учитываем. Принимаем физико-химические температурные депрессии:

в первом корпусе Δ t_ф1 = 1 °С;

во втором корпусе Δ t_ф2 = 2 °С.

Тогда ориентировочные температуры кипения продукта:

в первом корпусе , °С,             t₁ = t_в1 + Δt_ф1;

во втором корпусе , °С      t₂ = t_в2 + Δt_ф2.

Ориентировочная массовая доля сухих веществ в продукте после первого корпуса выпарки В₁, %, при равенстве площадей поверхности теплопередачи в корпусах определяется по зависимости:

В₁ = 0,33(В_н + В_к).

Рассчитайте удельные теплоемкости исходного продукта с_н, кДж/кг, и после первого корпуса с₁, кДж/кг, по формулам:

молоко цельное:

с = 3,786 + 0,00858t - 0,000453В ²- 0,000066t²;

обезжиренное:

с = 4,06 + 0,0036t - 0,017В - 0,000194В².

Если продукт поступает в корпус выпарки с более высокой температурой, чем температура кипения, часть воды испаряется за счет уменьшения внутренней энергии, что учитывается коэффициентом самоиспарения b, определяемым по формулам:

в первом корпусе ;

во втором корпусе .

Расход греющего пара, подаваемого в калоризатор первого корпуса выпарной установки , кг/с,

,

где  – относительное количество вторичного пара первого корпуса, подаваемого в калоризатор второго.

Эффективность работы ВВУ характеризуется коэффициентом испарения α, равным количеству воды, выпариваемой из раствора одним килограммом греющего пара. Принимаем α₁ = α₁ = 1.

Массовое количество воды, выпаренной в первом корпусе , кг/с,

.

Составьте уравнение материального баланса для первого корпуса выпарки и на его основании рассчитайте:

– количество продукта после первого корпуса , кг;

– массовая доля продукта после первого корпуса , %;

– среднюю массовую долю продукта во втором корпусе , %.

Уточненное значение величины физико-химической депрессии во втором корпусе , °C,

.

Определите уточненную температуру кипения продукта
, °C, во втором корпусе.

Уточненное значение коэффициента самоиспарения  во втором корпусе:

.

Массовое количество воды , кг/с, выпаренной во втором корпусе:

.

Массовое количество воды, выпаренной в установке , кг/с,

.

Ошибка , %,

.

Если ошибка  не превышает 5 %, расчет сделан правильно.

Перепады температур между греющим паром и продуктом в калоризаторах:

первого корпуса Δt₁  = t_г1 -  t₁ ;

второго корпуса Δt₂  = t_г2 -  t₂.

Площадь поверхности теплопередачи в калоризаторах
F₁, м², первого корпуса:

,

где  – коэффициент теплопередачи в первом корпусе, кВт/(м²∙К); =1,51 кВт/(м²∙К); t_к1 – температура конденсата греющего пара в первом корпусе, °С,

;

второго корпуса:

,

где  – коэффициент теплопередачи в первом корпусе, кВт/(м²∙К); К₂ =1,125 кВт/(м²∙К); t_к2 – температура конденсата греющего пара во втором корпусе, °С,

.

Принимаем F₁ = F₂ = (F₁ + F₂)/2.

Расход острого пара , кг/с,

,

где  – коэффициент инжекции по заданию.

Удельный расход острого пара d, кг/кг,

.

Таблица 2

Исходные данные для расчета