Расчет вакуум-выпарного аппарата с термокомпрессором. Содержание. Состояние вопроса
 Скачать 1.5 Mb.
|
|
2.6 Расчет комплектующего оборудования 2.6.1 Расчет кожухотрубного конденсатора В конденсаторе происходит конденсация вторичного пара молока. Температура конденсации пара 60ºС, давление 0,0199 МПа, удельная теплота конденсации 2356,9 кДж/кг.  Рисунок 14 – Схема кожухотрубного конденсатора с технологическими потоками Тепловую нагрузку конденсатора Qконд, кВт, определяем по формуле  , (58)где  – производительность аппарата по испаряемой влаге, кг/с; – удельная теплота конденсации, кДж/кг.Подставляя числовые значения в формулу (58) получим  кВт.Определим расход воды Gв, кг/с, по формуле  , (59)где  – температура воды на выходе из конденсатора, ºС. Принимаем равной 40ºС; – температура воды на входе в конденсатор, ºС. Принимаем равной 22ºС; – удельная теплоемкость воды при  . Принимаем равной 4,18 кДж/(кг·К).Подставляя числовые значения в формулу (59) получим  .Среднюю разность температур Δtср, ºС, определяем по формуле  .Для определения ориентировочного значения площади поверхности теплообмена зададимся коэффициентом теплоотдачи Кор = 1000 Вт/(м2·К) [3, стр. 171].  м2.Задаваясь числом Re=10000, определим соотношение n/z теплообменника из труб диаметром dн=252мм.  , (60)где  – общее число труб, шт.; – число ходов по трубному пространству; – внутренний диаметр труб, мм; – динамическая вязкость воды при  .По ГОСТ 15121-79 выбираем теплообменник с диаметром кожуха 630 мм, длиной труб 4 м, поверхностью теплообмена 49 м2, диаметром труб 25×2 мм. Действительное число Re равно  . (61)Коэффициент теплоотдачи к воде α2, определяем по формуле  , (62)где  – коэффициент теплопроводности воды при . Принимаем равным 60,28·10-2 Вт/(м·К); – критерий Прандтля. Определяем по формуле . (63)Подставляя имеющиеся данные в формулу (62) получим  Вт/(м2·К)Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб, определим по формуле  Вт/(м2·К),где  ,  ,  – параметры воды при температуре конденсации 60ºС.Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна  м2·К/Вт. (64)Коэффициент теплопередачи равен  Вт/(м2·К).Уточняем поверхность теплопередачи  м2.Теплообменник с длиной труб 4 м и поверхностью 75 м2 подходит с запасом.  .Гидравлическое сопротивление ΔР рассчитываем по формуле  , (65)где – коэффициент трения; - скорость движения воды по трубам, м/с.Скорость воды в трубах определяем по формуле  м/с,где  – плотность воды при температуре 32ºС.Коэффициент трения определяем по формуле ,где е=/d – относительная шероховатость труб. Принимаем =0,210-3м – высота выступов шероховатостей. Скорость воды в штуцерах  , м/с, определяем по формуле м/с.Подставляя полученные данные в формулу (65) получим  .2.6.2 Расчет кожухотрубного подогревателя Рисунок 15 – Схема кожухотрубного подогревателя с технологическими потоками Определяем среднюю температуру продукта (молока) Δtср, ºС, в подогревателе  , (66)где  – температура молока на входе в подогреватель, ºС. Принимаем равной 10ºС; – температура молока на выходе из подогревателя, ºС. Принимаем равной 45ºС.Подставляя имеющиеся данные в формулу (66) получим  .Определяем физические свойства молока при  , ºС- см = 3972,75 Дж/(кг·К) – удельная теплоемкость молока; - ρ= 1028 кг/м3 – плотность молока; - λ = 0,567 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности молока; - ν = 0,55·10-6 м2·с – кинематическая вязкость молока; - Pr = 10,37 – критерий Прандтля. Количество тепла Q, кВт, передаваемое от пара к молоку для его подогрева определяем по формуле  , (67)где  – соответственно начальная и конечная энтальпии конденсата, ºС. Принимаем 2679 кДж/кг и 419 кДж/кг соответственно; – степень сухости конденсата. Принимаем равной 0,95.Подставляя в формулу (67) числовые значения получим  кВт.Средний логарифмический напор  , ºС, создаваемый в теплообменнике между горячим и холодным теплоносителями определяем следующим образом , (68)где  – соответственно большая и меньшая разности температур теплоносителей, ºС. Для противоточного движения теплоносителей , .Подставляя имеющиеся данные в формулу (68) получим  .Задаемся скоростью движения продукта в трубах, принимаем w = 0,5 м/с. Задаемся внутренним и наружным диаметрами трубок, учитывая, что внутри трубок протекает продукт (молоко), а снаружи трубки омываются паром: dн = 29 мм, dвн = 25 мм. Определяем необходимое количество трубок n, шт., для обеспечения данной скорости движения продукта в одном ходу  , (69)где  – расход молока, кг/с; – скорость движения молока в трубах, м/с; – плотность молока, кг/м3.Подставляя имеющиеся данные в формулу (69) получим  шт.Количество труб округляем до 4 шт. Уточняем скорость движения продукта по трубам по округленному числу труб  м/с.Определим значение коэффициента теплоотдачи от молока к стенке труб аппарата α2, Вт/(м2·К), по следующей формуле  , (70)где  – критерий Нуссельта, определяем его по формуле . (71)Критерий Рейнольдса определяем как  .Подставляя имеющиеся данные в формулу (71) получим  .Тогда, коэффициент теплоотдачи α2  Вт/(м2·К).Необходимая поверхность для нагрева продукта с учетом возможности загрязнений  , (72)где  – коэффициент загрязнений. Принимаем равным 0,8.Подставляя имеющиеся данные в формулу (72)  м2.Выбираем тип теплообменника ТК ГОСТ 15118-79 для нагревания-охлаждения. Исходя из того, что длина теплообменника лежит в пределах 1,5-4 м, для компоновки трубного пучка принимаем число ходов продукта по трубам подогревателя, число ходов может быть 2, 4, 6. Принимаем число ходов равным 2. Среднюю длину трубки одного хода l', м, определяем по формуле  м. (73)Число отверстий под трубки в трубной доске N0, шт., определяем по формуле  . (74)Подставляя имеющиеся данные в формулу (74) получим  отверстий.Число труб Nтр., шт., размещенных на диаметре трубной решетки (наибольшей диагонали шестиугольника) определяем по формуле  , (75)где  – отношение высоты или длины теплообменника к его диаметру. Принимается от 3-5. Принимаем  ; – шаг размещения трубок, м. Пусть трубки на трубной решетке закреплены сваркой, тогда t = 1,25 , т.е. t = 0,036; – поверхность одного метра трубы принятого диаметра, м2. Определяем по формуле . (76) шт.Внутренний диаметр корпуса Dвн, определяем по формуле  м.Внутренние диаметры кожухов, изготовленных сваркой, принимают от 400 мм до 3000 мм. Принимаем равным 400 мм, наружный диаметр корпуса 300 мм. Общее число труб Nобщ, шт., размещаемых в пределах правильного шестиугольника, определяем по формуле  шт. (77)Полную высоту теплообменника Н, м, определяем по формуле  , (78)где  – толщина трубной решетки, м. принимаем равной 10 мм; - высота предтрубной камеры, м. Конструктивно принимаем 200 мм.Подставляя имеющиеся данные в формулу (79) получим  м.2.6.3 Расчет термокомпрессора Для этого рассчитаем коэффициент инжекции. Коэффициент инжекции зависит от начальных параметров рабочего пара и перепада давлений, создаваемого при расширении рабочего пара и сжатии вторичного. Его рассчитывают по формуле  , (79)где А – величина, характеризующая работу инжектора. Для установок новых конструкций А=0,81 h1 – адиабатический тепловой перепад при расширении рабочего пара в сопле от начального рабочего давления до давления в камере всасывания; h2 – адиабатический тепловой перепад при сжатии вторичного пара от давления в установке до давления греющего пара. Принимаем пар давлением 10.105Па. Тогда энтальпия его будет равна  .Давление вторичного пара Рвт.п. = 0,0209 МПа, а энтальпия его  .По i-s –диаграмме определяем тепловые перепады  Рисунок 16 – Процесс инжекции в i – S диаграмме    .Энтальпия пара, выходящего из инжектора при давлении 0,1033 МПа согласно формуле  (80)Составляет:  .Проводим на i-s – диаграмме линию для данного значения энтальпии и находим  . .При коэффициент инжекции составляет ,а энтальпия  .Поскольку  отличается от  , произведем новое построение для . Для этого на i-s– диаграмме проведем линию для данного значения энтальпии и найдем: .При этом  . .Полученное значение незначительно отличается от полученного ранее результата, поэтому принимаем коэффициент инжекции равным 0,72. |