Реферат: Расчет однокорпусного выпарного аппарата

--PAGE_BREAK--
2.1 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Исходный разбавленный раствор из сборника 11 центробежным насосом 10 подается в теплообменник 12, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, а затем в выпарной аппарат 9, из которого упаренный раствор поступает в сборник 7, откуда центробежным насосом 8 подается потребителю. Выпарной аппарат и теплообменник обогреваются греющим паром из котельной.

Вакуум в выпарном аппарате создается за счет конденсации вторичных паров, поступающих в низ выпарного аппарата, при их охлаждении водой в кожухотрубном конденсаторе 3 и отсоса неконденсирующихся газов вакуум-насосом 5. Для исключения попадания в вакуум – насос капель воды перед ним устанавливается ловушка 2. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи трубы с гидрозатвором 4. Конденсат греющих паров из выпарного аппарата и теплообменника выводится через конденсатоотводчики и направляется в котельную или на технологические нужды.
2.2 МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЁТ УСТАНОВКИ
Основные  уравнения материального баланса:

<img width=«107» height=«24» src=«ref-2_1749044941-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">                                                    (2.1)

 <img width=«140» height=«24» src=«ref-2_1749045160-248.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">                                                (2.2)

где <img width=«31» height=«24» src=«ref-2_1749045408-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">, <img width=«31» height=«24» src=«ref-2_1749045529-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036"> — соответственно производительность установки по исходному и готовому продукту, кг/с;

       <img width=«28» height=«24» src=«ref-2_1749045650-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">, <img width=«28» height=«24» src=«ref-2_1749045757-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038"> — соответственно начальное и конечное содержание сухих веществ в молоке;

        W– производительность установки, кг/с.

Производительность установки по исходному продукту определяем по уравнению материального баланса:

Gн= W/(1-хн/хк) = 0,194/(1-9/44) = 0,244кг/с,

Производительность установки по готовому продукту:

Gк= Gн-W= 0,244-0,194= 0,05кг/с=180кг/ч.
Материальный баланс выпаривания

          Таблица 2.1


<img width=«695» height=«1073» src=«ref-2_1749046107-5123.coolpic» v:shapes="_x0000_s1246 _x0000_s1247 _x0000_s1248 _x0000_s1249 _x0000_s1250 _x0000_s1251 _x0000_s1252 _x0000_s1253 _x0000_s1254 _x0000_s1255 _x0000_s1256 _x0000_s1257 _x0000_s1258 _x0000_s1259 _x0000_s1260 _x0000_s1261 _x0000_s1262 _x0000_s1263 _x0000_s1264 _x0000_s1265">2.3 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ АППАРАТА
Уравнение теплового баланса выпарного аппарата

                       <img width=«323» height=«24» src=«ref-2_1749051230-543.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">               (2.3)

где D– расход греющего пара;

      r– удельная теплота конденсации греющего пара при Рг.п.=0,11 МПа

r= 2264 кДж/кг;

      Сн – 3,36 кДж/кг·К – удельная теплоемкость молока, поступающего на выпаривание; [2, стр.134] 

      tкип– температура кипения молока;

      tн= 650С – температура, с которой молоко поступает на выпарку;

      hвт– энтальпия вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата.

Определим температуру кипения молока в трубах калоризатора.

Давление вторичного пара в кожухотрубном конденсаторе:

Р0=Раб – Рвак  = 0,101-0,086=0,015 МПа,

где Раб = 0,101 МПа – атмосферное давление;

       Рвак = 0,086 МПа – вакуммометрическое давление в конденсаторе (принимаем).

Температура насыщения вторичного пара в конденсаторе

t= 53,60C[4, стр.549]

Температура насыщения вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата

<img width=«88» height=«24» src=«ref-2_1749051773-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">,

где Δtг.с– гидравлическая депрессия, принимаем Δtг.с.=10С (из практических данных).

<img width=«140» height=«24» src=«ref-2_1749051961-274.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">

Конечная температура раствора (т.е. температура кипения молока в сепараторе)

<img width=«108» height=«25» src=«ref-2_1749052235-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">

где Δtдепр.– температурная депрессия, принимаем Δtдепр= 20С. [4, стр.535]

<img width=«160» height=«25» src=«ref-2_1749052459-295.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">

Средняя температура кипения раствора в трубах

<img width=«119» height=«25» src=«ref-2_1749052754-235.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">

где Δtг.эф– депрессия гидростатического эффекта – представляет собой повышение температуры кипения раствора вследствие дополнительного давления столба жидкости по сравнению с давление в сепараторе.

Давление при кипении раствора на среднем уровне

<img width=«179» height=«25» src=«ref-2_1749052989-304.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">      

         где  р1 – давление вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата при t=54,60CP1= 0,0154 МПа.
<img width=«695» height=«1073» src=«ref-2_1749053293-5083.coolpic» v:shapes="_x0000_s1266 _x0000_s1267 _x0000_s1268 _x0000_s1269 _x0000_s1270 _x0000_s1271 _x0000_s1272 _x0000_s1273 _x0000_s1274 _x0000_s1275 _x0000_s1276 _x0000_s1277 _x0000_s1278 _x0000_s1279 _x0000_s1280 _x0000_s1281 _x0000_s1282 _x0000_s1283 _x0000_s1284 _x0000_s1285">                ρр=1048 кг/м3 [2, стр.131] – плотность молока;

                Нур – высота слоя раствора без учета наличия паровых пузырей в кипящем растворе.

<img width=«248» height=«25» src=«ref-2_1749058376-431.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">                          

где <img width=«21» height=«25» src=«ref-2_1749058807-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">и <img width=«20» height=«24» src=«ref-2_1749058911-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050"> — соответственно плотности раствора конечной концентрации и воды при средней температуре кипения <img width=«24» height=«24» src=«ref-2_1749059011-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">, <img width=«27» height=«41» src=«ref-2_1749059117-141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">. Так как <img width=«24» height=«24» src=«ref-2_1749059011-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053"> не известно, то принимаем <img width=«83» height=«25» src=«ref-2_1749059364-201.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">.

      <img width=«20» height=«24» src=«ref-2_1749058911-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">=987кг/м3.

      <img width=«31» height=«25» src=«ref-2_1749059665-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">— рабочая высота труб, принимаем <img width=«69» height=«25» src=«ref-2_1749059790-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> (выбираем из стандартного ряда).

<img width=«294» height=«25» src=«ref-2_1749059962-497.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">

<img width=«294» height=«41» src=«ref-2_1749060459-625.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">.

Тогда tср= 64,80С, значит

Δtг.эф=tср-t1=64,8-54,6=10,20С

tкип=56,6+10,2=66,80С

Суммарные депрессионные потери

<img width=«354» height=«27» src=«ref-2_1749061084-671.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">

Полезная разность температур

<img width=«298» height=«27» src=«ref-2_1749061755-591.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">,

где Δtобщ= tг.п.–t= 99,1-53,6=45,50С – общая разность температур;

      tг.п.= 99,1 0С при Рг.п.=0,11 МПа [4, стр.549].

<img width=«187» height=«25» src=«ref-2_1749062346-333.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">

Таким образом, расход греющего пара

<img width=«512» height=«23» src=«ref-2_1749062679-827.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">

где hвт= 2598 кДж/кг при t1= 54.60C.

Расчётная площадь поверхности теплообмена

<img width=«330» height=«48» src=«ref-2_1749063506-765.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">

Принимаем коэффициент теплопередачи К=1000 Вт/м2·К (с последующим уточнением).

Уточняющий расчет коэффициента теплопередачи

<img width=«176» height=«60» src=«ref-2_1749064271-590.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">,

где a1и a2  — коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке и от стенки к раствору;

       S(di/li) – тепловое сопротивление стенки.

<img width=«136» height=«51» src=«ref-2_1749064861-536.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">,

где dст = 0,002 м – толщина стенки трубки;

<img width=«695» height=«1073» src=«ref-2_1749065397-5083.coolpic» v:shapes="_x0000_s1286 _x0000_s1287 _x0000_s1288 _x0000_s1289 _x0000_s1290 _x0000_s1291 _x0000_s1292 _x0000_s1293 _x0000_s1294 _x0000_s1295 _x0000_s1296 _x0000_s1297 _x0000_s1298 _x0000_s1299 _x0000_s1300 _x0000_s1301 _x0000_s1302 _x0000_s1303 _x0000_s1304 _x0000_s1305">       lст= 17,5 Вт/м×К – теплопроводность нержавеющей стали [4,c.529];                          

      1/r-тепловое сопротивление загрязнений труб (накипи) = 5800 Вт/м2·К.

S(di/li) = 0,002/17,5 + 2/5800= 4,6×10-4 м2×К/Вт.

Коэффициент теплоотдачи от греющегопара к стенке трубки:

<img width=«143» height=«53» src=«ref-2_1749070480-498.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">

где  r1– теплота конденсации греющего пара, r= 2264 кДж/кг;

       mж1= 0,254×10-3 Па×с – вязкость конденсатапри средней температуре пленки[4,c.537];

       lж1= 0,682 Вт/м×К – теплопроводность конденсатапри средней температуре пленки;

       rж1= 951 кг/м3 – плотность конденсатапри средней температуре пленки;

                 Dt1– разность температуры конденсации пара и температуры стенки    со стороны пара, предварительно принимаем Dt1= 2°C;

       Н = 4 м – высота нагревательных трубок.

Температура пленки

<img width=«227» height=«43» src=«ref-2_1749070978-443.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">

a1= 2,04(0,6823×9512×2264000/0,254×10-3×2×4)0,25 = 8625Вт/м2×К.

Для установившегося процесса теплопередачи справедливо уравнение для удельного теплового потока:

<img width=«188» height=«61» src=«ref-2_1749071421-602.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">, тогда

Dtст= a1Dt1S(d/l) = 8625×2×4,6×10-4 =7,9°С– перепад температур на стенке;

Dt2= Dtпол  –  Dt1– Dtст= 13,2– 7,9– 2  =3,3°С– разность между температурой кипения раствора.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему растворудля пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии принудительной циркуляции:

a2= Aq0,6

<img width=«160» height=«48» src=«ref-2_1749072023-573.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">,

где l2= 0,717 Вт/м×К – теплопроводность молока[2 c. 132];

       r2= 1048кг/м3 – плотность молока[2,c. 131];

       rп= 0,099кг/м3 – плотность пара при tвт.п.= 54,60С;

       s2= 0,086 Н/м – поверхностное натяжение молока[2c.132];

       c2= 3,36кДж/кг×К – теплоемкость молока;

       m2= 0,77×10-3 Па×с – вязкость молока[2 c. 132].

A=780×0,7171,3×10480,5×0,0990,06/0,0860,5×22640000,6×0,5790,66×33600,3×(0,77×10-3)0,3= 16,08,

a2= A(a1Dt1)0,6 = 16,08*(8625×2)0,6 = 5602Вт/м2×К.

<img width=«696» height=«1073» src=«ref-2_1749072596-5077.coolpic» v:shapes="_x0000_s1306 _x0000_s1307 _x0000_s1308 _x0000_s1309 _x0000_s1310 _x0000_s1311 _x0000_s1312 _x0000_s1313 _x0000_s1314 _x0000_s1315 _x0000_s1316 _x0000_s1317 _x0000_s1318 _x0000_s1319 _x0000_s1320 _x0000_s1321 _x0000_s1322 _x0000_s1323 _x0000_s1324 _x0000_s1325">Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

q/= a1Dt1 = 8625*2 = 17250 Вт/м2,

q//= a2Dt2 = 5602*3,3 = 18487 Вт/м2.

q1»q2

Коэффициент теплопередачи:

К = 1/(1/8625+ 4,6×10-4 + 1/5602) = 1335Вт/м2×К.

Требуемая поверхность теплообмена:

F= Q/KDtп= <img width=«108» height=«21» src=«ref-2_1749077673-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">/1335×32,3=9,24  м2.
2.4 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ АППАРАТА
Число нагревательных трубок:

n= F/pdcpНтр,

где dcp= 0,036 м – средний диаметр трубки.

n= 9,24/3,14*0,036×4,0 = 20шт.

Диаметр корпуса аппарата:

<img width=«188» height=«51» src=«ref-2_1749077902-493.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">,

где t– шаг между трубками t= dн·1,25=0,038*1,25=0,0475;

      a= 60°– при размещении труб по вершинам правильных треугольников;

      y= 0,85– коэффициент использования трубной доски;

      dн= 0,038 м – наружный диаметр трубок;

D= ((1,27×0,04752sin60°×20/0,85)+(2*0,0475)2)0,5 = 0,259м.

Принимаем диаметр корпуса греющей камеры 0,3м.

Диаметр циркуляционной трубы:

D2= (Sц.т.·4/π)0,5 = (0,011*4/3,14)0,5 = 0,11м,

где Sц.т.– площадь сечения циркуляционной трубы

      Sц.т.= 0,3 Sтр=0,3*0,037=0,011м2,

где Sтр= S1тр·N=<img width=«272» height=«44» src=«ref-2_1749078395-570.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">

      Sтр– площадь сечения всех трубок.

Принимаем D2= 0,15м.

Скорость движения яблочного сока в трубах

<img width=«319» height=«46» src=«ref-2_1749078965-726.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">

где V=Gн/ρн=0,214/1048=0,00020 м3/с.

Скорость движения жидкости в аппарате

w/=w·N=0.0027*20=0.054м/с.

Расчётная длина трубок

<img width=«355» height=«48» src=«ref-2_1749079691-817.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">

<img width=«695» height=«1073» src=«ref-2_1749080508-5089.coolpic» v:shapes="_x0000_s1326 _x0000_s1327 _x0000_s1328 _x0000_s1329 _x0000_s1330 _x0000_s1331 _x0000_s1332 _x0000_s1333 _x0000_s1334 _x0000_s1335 _x0000_s1336 _x0000_s1337 _x0000_s1338 _x0000_s1339 _x0000_s1340 _x0000_s1341 _x0000_s1342 _x0000_s1343 _x0000_s1344 _x0000_s1345">Принимаем l
/=1м.

Выбор размещения трубок в трубной решетке:

При размещении трубок необходимо обеспечить максимальную компактность, плотность и прочность их крепления, простоту разметки, изготовления трубной решетки и сборки трубного пучка. Этим требованиям отвечает разметка труб по вершинам правильных шестиугольников.

Число труб по диагонали

<img width=«295» height=«47» src=«ref-2_1749085597-744.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">

На стороне шестиугольника

<img width=«184» height=«43» src=«ref-2_1749086341-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">

Толщина трубной решетки (стальной)

<img width=«279» height=«43» src=«ref-2_1749086718-555.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">

Определим размеры парового пространства

Паровой объём выпарного аппарата над раствором должен обеспечить достаточно полное отделение вторичного пара от капель упаренного раствора. Необходимый объём парового пространства

<img width=«60» height=«42» src=«ref-2_1749087273-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">

где σ – допустимое напряжение парового пространства.

σ = f1·f2·σатм=1,75*0,53*700=649,25кг/м3·ч,

где f1 =1,75 и f2 =0,53 – коэффициенты, зависящие от давления вторичного пара в паровом объеме и от уровня раствора над точкой ввода парожидкостной смеси.

      σатм – значение допустимого напряжения парового пространства,

      σ=700 кг/м3·ч.

<img width=«148» height=«44» src=«ref-2_1749087471-385.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">

Высота парового пространства

<img width=«228» height=«46» src=«ref-2_1749087856-552.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">

Определим диаметры штуцеров

— для входа греющего пара

dг.п.= <img width=«251» height=«51» src=«ref-2_1749088408-716.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">

Принимаем d= 0.5 м

— для выхода конденсата

  dк= <img width=«236» height=«51» src=«ref-2_1749089124-691.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">

Принимаем d= 0.04 м.

<img width=«695» height=«1073» src=«ref-2_1749089815-5089.coolpic» v:shapes="_x0000_s1346 _x0000_s1347 _x0000_s1348 _x0000_s1349 _x0000_s1350 _x0000_s1351 _x0000_s1352 _x0000_s1353 _x0000_s1354 _x0000_s1355 _x0000_s1356 _x0000_s1357 _x0000_s1358 _x0000_s1359 _x0000_s1360 _x0000_s1361 _x0000_s1362 _x0000_s1363 _x0000_s1364 _x0000_s1365">— для выхода вторичного пара

dвт= <img width=«240» height=«51» src=«ref-2_1749094904-700.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">

— для входа молока

dн.яс.= <img width=«251» height=«49» src=«ref-2_1749095604-709.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">

Принимаем dн.яс.=0,012 м.

— для выхода молока dк.яс.= <img width=«247» height=«49» src=«ref-2_1749096313-697.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">

Принимаем dк.яс.=0,014 м.
2.5 РАСЧЁТ КОМПЛЕКТУЮЩЕГО ОБРУДОВАНИЯ
2.5.1 РАСЧЁТ КОЖУХОТРУБНОГО КОНДЕНСАТОРА
В конденсаторе происходит конденсация вторичного пара молока, поступающего из емкости исходного продукта. Вторичный пар поступает в кожухотрубный конденсатор при Рвт=Р0=0,015 МПа, температура насыщения пара t=53,60С, удельная теплота конденсации r= 2372 кДж/кг.

Тепловая нагрузка конденсатора

<img width=«227» height=«21» src=«ref-2_1749097010-376.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">.

Начальная температура молока, поступающего из емкости исходного продукта

<img width=«327» height=«47» src=«ref-2_1749097386-771.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">что не возможно.

Так как по уравнению топливного баланса кожухотрубного конденсатора получили нереальную температуру молока, следовательно, на конденсацию идет не весь вторичный пар, а только его часть, принимая температуру молока из накопительной емкости равную 100С, определим количество вторичного пара, который идет на конденсацию.

<img width=«132» height=«25» src=«ref-2_1749098157-256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">

<img width=«300» height=«24» src=«ref-2_1749098413-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">

Оставшийся пар в количестве

<img width=«284» height=«21» src=«ref-2_1749098913-434.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">идет на побочные нужды производства.

Средняя разность температур

<img width=«389» height=«68» src=«ref-2_1749099347-1011.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">

Определим ориентировочный коэффициент теплопередачи Кор=60 Вт/м2·К.

Ориентировочное значение поверхности, где

<img width=«239» height=«21» src=«ref-2_1749100358-392.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">

<img width=«695» height=«1073» src=«ref-2_1749100750-5081.coolpic» v:shapes="_x0000_s1366 _x0000_s1367 _x0000_s1368 _x0000_s1369 _x0000_s1370 _x0000_s1371 _x0000_s1372 _x0000_s1373 _x0000_s1374 _x0000_s1375 _x0000_s1376 _x0000_s1377 _x0000_s1378 _x0000_s1379 _x0000_s1380 _x0000_s1381 _x0000_s1382 _x0000_s1383 _x0000_s1384 _x0000_s1385"><img width=«220» height=«49» src=«ref-2_1749105831-547.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">

Задаваясь критерием Рейнольдса Re= 10000, определим отношение n/zдля конденсатора из труб диаметром dн=25х2 мм.

<img width=«364» height=«47» src=«ref-2_1749106378-819.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">,

где n– общее число труб;

      z– число ходов по трубному пространству.

Соотношение n/zпринимает наиболее близкое к заданному значение у конденсаторов с диаметром кожуха Dкож= 325 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом ходов z=1 и общим числом труб n=62, длина труб L= 2 м.

Действительное число Рейнольдса

<img width=«346» height=«47» src=«ref-2_1749107197-774.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">

Коэффициент теплоотдачи к молоку

<img width=«183» height=«43» src=«ref-2_1749107971-403.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">

где λc= 0,556 Вт/м·К– теплопроводность молока;

      Pr– критерий Прандтля при tвср= (10+36)/2=230С

<img width=«332» height=«44» src=«ref-2_1749108374-715.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">.

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб

<img width=«475» height=«53» src=«ref-2_1749109089-1177.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">

где λк = 0,652 Вт/м·К – теплопроводность конденсата при t= 53.60C;

      ρк = 986,2 кг/м3 – плотность конденсата при t= 53.60C;

      μк = 520*10-6 Па·с – динамическая вязкость конденсата при t= 53.60C.

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны молока и пара

<img width=«319» height=«47» src=«ref-2_1749110266-856.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">

Коэффициент теплопередачи

<img width=«328» height=«51» src=«ref-2_1749111122-766.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">

Требуемая поверхность теплопередачи

<img width=«172» height=«47» src=«ref-2_1749111888-457.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">

Конденсатор с длиной труб 2 м и площадью 6 м2 подходит с запасом.

<img width=«239» height=«24» src=«ref-2_1749112345-406.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">
<img width=«695» height=«1073» src=«ref-2_1749112751-5056.coolpic» v:shapes="_x0000_s1386 _x0000_s1387 _x0000_s1388 _x0000_s1389 _x0000_s1390 _x0000_s1391 _x0000_s1392 _x0000_s1393 _x0000_s1394 _x0000_s1395 _x0000_s1396 _x0000_s1397 _x0000_s1398 _x0000_s1399 _x0000_s1400 _x0000_s1401 _x0000_s1402 _x0000_s1403 _x0000_s1404 _x0000_s1405">2.5.2 РАСЧЁТ КОЖУХОТРУБНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
1.      Определяем среднюю температуру продукта (молока) в подогревателе:

tм = 0,5(tн1 + tн2)

tм  = (100,2+8)/2 = 54,1°С.

2.      Из таблицы 11[1] определяются физические свойства молока при tм:

ср = 3,875 кДж/(кг*К),

ρ = 1014 кг/м3,

λ = 0,593 Вт/(м*К),

ν = 0,76*10-6 м2/с,

Ρr = 5.

3.      По таблице 11.2 [6] по давлению водяного пара Р определяем  характеристики насыщенного пара:

энтальпия пара ί″= 2707 кДж/кг,

энтальпия конденсата ί′ = 504,8 кДж/кг.

4.       Количество тепла, необходимое для подогрева продукта (молока) до заданной температуры, т. е. до 100,2°С: 
Q= G*cр*(tк2 – tн2)φn, кВт,
Q = 0,244*3,875*(100,2-8)*1,04 = 1248,5 кВт,

где φn– поправочный коэффициент,  φn= 1,03-1,05.

5.      Средний логарифмический напор, создаваемый в теплообменнике между горячим и холодным теплоносителями рассчитывается:
Δtср= (Δtб– Δtм)/2,3lg(Δtб/Δtм),
где Δtб = t1н – t2н = 130-8 = 122°С, Δtм = t2к -  t1н = 100,2 – 100 = 0,2°С.

Δtср = (122 – 0,2)/(2,3lg122/0,2) = 18,98 ≈ 20°С.

6.      Задаем скорость движения продукта в трубах при условии, что скорость движения в трубах лежит в пределах ω = (0,6-1,5), м/с:ω′ = 1м/с.

7.      Задаем наружный и внутренний диаметры трубок, учитывая, что внутри трубок протекает продукт, а снаружи трубки омываются паром:

dн = 35 мм, dвн = 25 мм.

8.      Определяем необходимое количество трубок для обеспечения данной скорости продукта в одном ходу:
n′ = 1,27*G/dвн2*ω′*ρ
n′ = 1,27*3,36 / (0,025)2 *1*1014 = 4,2672/0,634 = 6,73.

Значение n′ округляем до целого десятка n= 10 трубок.

9.      Уточняем скорость движения продукта по трубам по округленному числу n: 

ω = 3600*G/2825* dвн2 * ρ, м/с,
<img width=«695» height=«1073» src=«ref-2_1749117807-5080.coolpic» v:shapes="_x0000_s1406 _x0000_s1407 _x0000_s1408 _x0000_s1409 _x0000_s1410 _x0000_s1411 _x0000_s1412 _x0000_s1413 _x0000_s1414 _x0000_s1415 _x0000_s1416 _x0000_s1417 _x0000_s1418 _x0000_s1419 _x0000_s1420 _x0000_s1421 _x0000_s1422 _x0000_s1423 _x0000_s1424 _x0000_s1425">ω = 3600*3,36 / 2825*(0,025)2 *1014*10 = 12096/17903,4 = 0,68 м/с.

10. Определяем значение коэффициента теплоотдачи молока α2:

α2= Νu*λ/dвн,

Νu= 0,0225*Re0,8* Pr0,4,

Re= ωdвн/ν,

Re= 0,68*0,025/0,76*10-6 = 22368 > 10000, следовательно, имеет место турбулентный режим.

Νu = 0,0225*(22368)0,8 * 50,4 = 129,014,

α2 = 129,014*0,593 / 0,025 = 3060,2 Вт/(м2 *К) = 3,06 кВт/(м2*К).

11.Необходимая поверхность для нагрева продукта с учетом возможности загрязнений:

F= Q/ α2* Δtср * ήз,

где ήз– коэффициент загрязнений (ήз= 0,7-0,9),

F = 1248,5 / 3,06*20*0,8 = 1248,5/48,96 = 25,5 м2.

Выбираем тип теплообменника ТК ГОСТ 15118-79 для нагревания – охлаждения.

12.Исходя из того, что длина теплообменника лежит в пределах 1,5-4 м, для компоновки трубного пучка принимается число ходов продукта по трубам подогревателя, число  ходов может быть 2, 4, 6 (в первом приближении принимается произвольно). Пусть  Zм = 6. 

13.Средняя длина трубки одного хода:

l´ = F / π* dн* Zм, м,

l´ = 25,5 / 3,14*0,035*10*6 = 25,5/6,594 = 3,9 м.

14.Расход пара на подогрев продукта составляет:

Gп = Q / (ι″ — ι′) * x, кг/ч,

где x – сухость водяного пара.

Gп = 1248,5 / (2707-504,8)*0,9 = 0,63 кг/с.

15.Число отверстий под трубки в трубной доске:

N0= Zм*n,

N0= 10*6 = 60 отверстий.

16.Число труб, размещенных на диаметре трубной решетки (наибольшей диагонали шестиугольника):

nd = 3√ (4Fр / 3t*f*β),

где β – отношение высоты или длины теплообменника к его диаметру:                 

β = Н/D = L/D,   β = 3-5, примем β = 3;

t- шаг размещения трубок, м.

nd = 3√ 4*25,5 / 3*0,044*0,144 = 3√ 5368 = 17,51 ≈18.

17.Внутренний диаметр корпуса:

Dв = N0* dн,

Dв = 60*0,035 = 2,1 м.

Пусть трубки на трубной решетки закреплены сваркой, тогда t = 1,25dн,

t = 1,25*0,035 = 0,044 м.

f – поверхность одного метра трубы принятого диаметра, м2:

f = 2πr(r+h)/3 = 2*3,14*0,0175*(0,0175+3,9)/3 = 0,144.

18.<img width=«695» height=«1074» src=«ref-2_1749122887-5107.coolpic» v:shapes="_x0000_s1426 _x0000_s1427 _x0000_s1428 _x0000_s1429 _x0000_s1430 _x0000_s1431 _x0000_s1432 _x0000_s1433 _x0000_s1434 _x0000_s1435 _x0000_s1436 _x0000_s1437 _x0000_s1438 _x0000_s1439 _x0000_s1440 _x0000_s1441 _x0000_s1442 _x0000_s1443 _x0000_s1444 _x0000_s1445">Внутренние диаметры кожухов, изготовленных сваркой, рекомендуется принимать от 400 до 3000 мм через каждые 200 мм. Если корпус выполняется из труб, то наружный диаметр выбирают равным 159, 273 или 325 мм.  Пусть внутренний диаметр кожуха равен 3000 мм = 3 м, а наружный корпуса – 325 мм = 3,25 м.

19.Общее число труб, размещаемых в пределах правильного шестиугольника,

n = 0,75(nd2 – 1) + 1,

n = 0,75*(182 — 1) + 1 = 243,25 ≈ 244.

20.Диаметр трубной решетки или внутренний диаметр кожуха теплообменника для многоходового теплообменника:

Dвн = 1,1t √ n/η, где η = от 0,6 до 0,7.

Dвн = 1,1*0,044*√ 244/0,6 = 0,05*20,14 = 1,007 м

21.Полная высота теплообменника, м:

Н = l + 2δ +2h,

где δ – толщина трубной решетки, м; h – высота предтрубной камеры, м; конструктивно принимают от 200 до 400 мм, примем h = 300 мм = 0,3м.

Н = 3,9 + 2*1,26*10-3  + 2*0,3 = 3,9  + 2,52*10-3  + 0,6 =  4,5 м.

22.Число ходов в межтрубном пространстве:

Ζмтр= 0,785[(Dвн– ndн2)ρωмтр] / Gмтр,

где Sмтр– проходное сечение межтрубного пространства кожухотрубного аппарата (без перегородок), м2:

Sмтр= 0,785(Dвн2 – ndн2),

Sмтр= 0,785( 1,0072 – 244*0,0352) = 0,56 м2,

S – живое сечение прохода теплоносителя, м2:

S = G/ωρ,

S = 3,36/0,68*1014 = 0,005 м2.

h = 0,56 / 1,007*(1 – 0,035/0,005) = 0,093 м= 93 мм.

Ζмтр = 0,785[(2,12 – 244*0,0352)1014*0,68] / 3,36 = 0,785*2834,62/3,36 = 662.

23. Расстояние между сегментными перегородками межтрубного пространства:

h= Sмтр/[D(1 – dн/S)],
    продолжение
--PAGE_BREAK--