Курсовая работа: Проект двохкорпусної випарної установки для концентрування яблучного соку

Корисна різниця температур для всієї установки 0С,

0С

0С

Перевіряємо результат:

0С

Температура кипіння соку біля середини гріющих труб

tcp1=tn-

в першому корпусі:

tcp1=111–12.9=98.10C

в другому корпусі:

tcp2=100–18.5=81.50C

Температура кипіння біля верхнього шару в першому корпусі:

tp1= tcp1-=98.1–2.75=95.350C

в другому корпусі:

tp2=81.5–5.75=75.750C

Температура гріючої пари у другому корпусі:

tn=94.65–1=93.650C

Тепловий розрахунок

Тепловий баланс

Q4

Q1     Q6

Q2     Q5

Q3

При тепловому розрахунку БВУ тепловий баланс складається для кожного корпусу окремо:

Q1+Q2=Q3+Q4+Q5+Q6, (10)

Q1=D×I

Q2=S×c1×t1

Q3=S×c2×t2-W×cв×t2

Q4=W×i

Q5=D×ck×tk

Q6= Qн.с

де Q1 – кількість тепла, що надходить з первинної гріючою парою, Вт; Q2-тепло, що надходить з квасним суслом, Вт; Q3 – тепло, що виходить з апарата разом з концентратом квасного сусла, Вт; Q4- – тепло, що виходить з апарата разом з вторинною парою, Вт; Q5 – тепло, що виходить з апарата з конденсатом гріючої пари, Вт; Q6 – тепло, що виходить з апарата у навколишнє середовище, Вт.

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

Коефіцієнт теплопередачі розраховуємо за формулою, для першого корпуса:

Визначення теплового навантаження

Розраховуємо коефіцієнт випарювання за формулою [1, Ст66, V.18]:

де  – ентальпія відповідно гріючого пара, конденсату і вторинного пара, Дж/кг;

для першого корпуса:

для другого корпуса:

Розраховуємо коефіцієнт само випаровування за формулою [1, Ст66, V19]:

де tpi – температура кипіння? 0C;

СwСp – теплоємність розчинника і розчину, Дж/(кгК)

для першого корпуса:

для другого корпуса:

Сумарні розрахунки коефіцієнтів які входять до складу рівнянь І.А. Тищенка, знаходимо за формулами:

Х=2 -=2–0,03=1,97

Z=1

Для розрахунку коефіцієнта інжекції приймаємо ступінь сухості пари рівний 0,95. Тоді ентальпія її в першому корпусі складає при тиску 892500Н/м2

По i-s діаграмі визначаємо теплові перепади h1=503800Дж/кг; h2=109439Дж/кг

Коефіцієнт інжекції розраховуємо за рівнянням [1, Ст76, V.88], при А=0,81

;

де h1 – адіабатичний тепловий перепад;

Ентальпія пари, що виходить із інжектора при тиску 58039 згідно формулі [1, Ст76, V.89]:

де – ентальпія відносно робочого і вторинного пара;

Проведемо на і-s діаграмі лінію для даного значення ентальпії і знаходимо

ентальпія:

Оскільки  відрізняється від , зробимо нову побудову для . Для цього на і-s діаграмі проведемо лінію для даного значення ентальпії і знайдемо =94400Дж/кг. При такому значені:

а ентальпія:

Приймаємо для подальших розрахунків коефіцієнт інжекції U=0,872, витрата гострої пари згідно рівняння [1, Ст76, V.80]:

Кількість вторинної пари що поступає на інжекцію знаходимо за формулою [1, Ст75, V.79]:

Якщо вести упарювання без інжекції, то витрата пари в першому корпусі становить:

Кількість граючої пари що іде в перший корпус знаходимо за формулою [1, Ст80, V.81]:

А кількість води випариної в першому корпусі – із рівняння [1, Ст80, V.81]:

Кількість граючої пари у другому корпусі згідно рівняння:

Кількість води випареної у другому корпусі складає:

Загальна кількість води випареної в двох корпусах:

Кількість теплоти, що передається через поверхню нагріву першого корпуса:

Розрахунок поверхні теплопередачі

Поверхня теплопередачі першого корпуса:

Конструкційний розрахунок

Число трубок

Діаметр внутрішньої трубки d=0,04 м

Діаметр зовнішньої трубки dз=0,043 м, тоді

Де t – крок між трубами,

K – коефіцієнт використання трубної дошки, К=0,7…0,9

dц

Dk=

Товщина трубної решітки, стальної

Об’єм простору вторинної пари

А – напруга парового простору, Приймаємо А = 1500 м3/(м3ч)

ρ – густина вториної пари = 0,2166 м3/кг

= 0,08728 м3/кг

W1=533 кг/год

W2=587 кг/год

V1

Приймаємо діаметр парового простору рівним діаметру корпуса апарата, знайдемо висоту:

Важливим показником роботи випарних установок є швидкість витання краплини в паровому просторі, час знаходження в ньому пари і швидкість пари.

Швидкість витання краплини:

Де  – коефіцієнт опору який при Re < 500 дорівнює

dk – діаметр краплини

Re =  

Швидкість пари в над соковому просторі:

Для нормальної роботи установки, необхідно, щоб дотримувалась умова vв>vn

Патрубки розраховуємо за формулою

Де G – кількість рідини

w – швидкість руху рідини

для входу розчину в апарат:

Для виходу розчину з апарату:

Для входу грійної пари:

Для входу вторинної пари:

Для виходу конденсату:

Гідравлічний розрахунок

Де  – об’ємна витрата рідини

 – перепад тиску в апараті

 – ККД насоса

;

Де - коефіцієнт опору тертя, l – довжина труби (м), d – діаметр труби(м),  – коефіцієнт місцевого опору, w – швидкість руху рідини.

Коефіцієнт опору тертя при ламінарному русі потоку (Re<2320) знаходять за формулою: ;

При 2320 < Re<4000

При турбулентному русі в гідравлічно гладких трубах

(4000 < Re < 20)  (Re<105) або

 де - відношення діаметра трубопроводу до середньої висоти виступів шорсткості. При турбулентному русі в гідравлічно шорстких трубах (20<Re<500), коефіцієнт  залежить від критерію Рейнольда і від шорсткості труб, його можна визначити за формулою:

 або

Для наближення розрахунків можна приймати наступні значення абсолютної шорсткості: труби стальної нові – 0,06–0,1

Визначаємо коефіцієнт Рейнольда ;

- знаходимо за формулою ;

- в’язкість соку.

С – концентрація, t – температура соку.

 Отже 20Re<500

Використовуємо формулу

,

Розрахунок теплової ізоляції

Товщину теплової ізоляції  знаходимо із рівності питомих теплових потоків через шар ізоляції від поверхні ізоляції в навколишнє середовище

Де - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні ізоляційного матеріалу в навколишнє середовище Bm/(м2К)

tcm2 – температура ізоляції зі сторони навколишнього середовища; для апаратів які працюють у закритому приміщені, вибирають в межах 35–450С,

tcm1 – температура ізоляції зі сторони апарата, приймають рівною температурі граючої пари tr1, тому, що термічний опір стінки апарату в порівнянні з термічним опором шару ізоляції незначний, tв – температура навколишнього середовища, - коефіцієнт термопровідності ізоляційного матеріалу

Розрахуємо товщину теплової ізоляції для першого корпусу

Приймаємо товщину теплової ізоляції 0,036 м і для другого корпуса.

Техніко-економічний показник роботи апарата

Вартість 1м2 поверхні теплообміну

Вартість 1м2 поверхні стінки

1кВт електроенергії = 60 коп.=0,6 грн-Се

Площа стінки

Вартість стінки

Вартість поверхні теплообміну

Річні амортизаційні витрати

Де N – Потужність насосу кВт,

Се – Вартість 1кВт/год електроенергії

 – Кількість годин роботи випарної установки

 – коефіцієнт амортизації = 0,48

3040,08=24

Річні амортизаційні витрати

105200,08=841,6 грн/рік

841,6+24=865 – сумарні амортизаційні витрати річні

10520+304=10824 грн

10824+865=11689 грн

Умови безпечної експлуатації спроектованого апарата і питання екології

Експлуатація випарних установок ведеться згідно з інструкцією, яку затвердив головний інженер підприємства.

1)  Зовнішній огляд проводиться один раз на рік;

2)  Внутрішній огляд проводиться один раз у три роки;

3)  Гідравлічне випробування проводиться раз на 6 років;

Способи очистки залежать від виду і ступеня завантаження.

1)  Механічний – для очистки мілких та твердих осадків і накипів;

2)  Хімічний – апарат заповнюють хімічним реактивом з послідуючою промивкою

3)  Гідравлічний – для видалення неприлипаючих відкладень;

4)  Термічний – для дуже твердих накипів.

Для апарату заводиться книжка для реєстрування результатів.

Обслуговуючий персонал повинен добре вивчити склад апарату. категорично забороняється підвищувати тиск і температуру вище допущеної норми. Необхідно слідкувати за фланцевими з΄єднаннями. Огляд і ремонт внутрішніх частин апарату

допускається тільки після його охолодження до температури 300С. Для затяжки болтів не дозволяється використовувати гаєчні ключі, в яких зев більше розміру головки болта або гайки.

Експлуатація апарату, що застосовується у даній технологічній схемі, повинна враховувати основні принципи екологізації виробництва – проникнення екологічних нововведень у виробництво, екологічна модернізація виробництва. Екологізація виробництва може проводитися різними шляхами: впровадження раціонального природокористування (заощадження природних ресурсів, економія витрат сировини, палива тощо) та проникненням екологічних нововведень у промисловість (комплексне перетворення сировини та утилізація відходів виробництва, мінімалізація відходів, використання нетрадиційних джерел енергії використання продуктів перероблення як вторинної сировини, тобто перетворення забруднювальних у корисні продукти).

У результаті екологізації виробництва отримують модель технологічної лінії з поліпшеними еколого-економічними характеристиками.

Обслуговуючий персонал повинен проходити екологічне навчання, яке підвищує інтелектуальний потенціал та забезпечує свідоме ставлення персоналу до вирішення екологічних завдань модернізації виробництва [7. с. 333]

Література

1.Малежик І.Ф., Циганков П.С. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник. К.:НУХТ, 2003. – 400 с.: іл.

2.Дытнерскибхй Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. – М.: Химия, 1983. -272 с. Ил.

3.Малежик І. Ф., Зоткіна Л.В., Немирович П.М., Саввова О.В. Процеси і апарати харчових виробництв: Метод. вказівки. – К.: НУХТ, 2002 – 64 с.

4.Стабников В.Н. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. К.: Выща шк., 1982. – 199 с.

5.Чубик И.А., Маслов А.М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов. – М.: Пищевая промишленность, 1970.-184 с.

6.Запольський А.К., Салюк А. І. Основи екології: Підручник / Заредакцієї Ситника. – К.: Вища школа, 2001. – 358 с.:іл