Ім'я файлу: 005. РОЗРАХУНОК ВАКУУМ-АПАРАТУ ВАЦМ-60.doc
Розширення: doc
Розмір: 469кб.
Дата: 19.02.2020
скачати

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 165 5. РозрахунКОВА ЧАСТИНА
5.1.Розрахунок продуктивності відділення

Для проведення розрахунків завданням є підбор типу і необхідної кількості вакуум-апаратів для уварювання утфелю І прдукту за трипродуктовою схемою для цукрового заводу продуктивністю по буряку - 3000 т/добу.

З метою зменшення втрат утфелю приймаю схему з сепарацією утфельної пари. Для визначення продуктивності одного вакуум-апарату використаємо формулу: ; де

Vкорисне – об’єм, що його займає утфель;

 - густина утфелю перед спуском при температурі 75С (1450 кг/м3);

q = 35.1% - приблизна кількість утфелю до маси буряка (за таблицями для І продукту);

 = 10700 + 3700 = 14400 с. = 1+2 – тривалість уварювання утфелю І продукту;

1 = 10700 сек. – тривалість активної роботи вакуум-апарату, що визначається за швидкістю кристалізації цукру, залежно від доброякісності уварюваного продукту; знаходиться з кінетичного рівняння:

1 = = = 10663  10700 с.

2 = 3700 с. - тривалість допоміжних операцій (з таблиць при Дб  90%);

для апарату А2-ПВЕ, що модернізується, маса однієї варки – 60 тон, Vкорисне = , тоді А = кг/сек.

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145 Оскільки продуктивністю вакуум-апаратів вважається добова переробка буряку заводом, що відповідає кількості утфелю, який можна зварити в даних апаратах за добу, то необхідно знайти добову потужність заводу при встановленні трьох апаратів цього типу наступним способом:

;

Отже продуктивність відділення при використанні модернізованих апаратів буде задовольняти попередньо заданим вимогам.
5.2.Розрахунок парової камери

У цій частині розрахунків необхідно розрахувати основні характеристики підвісної теплообмінної камери вакуум-апарату з кип’ятильними трубками 102 мм і товщиною стінки 3.5 мм, при середньому (розрахунковому) діаметру трубок dроз = 98.5 мм = 0.0985 м.

Приблизну поверхню нагріву парової камери знайдемо з використанням рівняння теплового балансу і теплообміну для апарату:

Q = Wr ; Q = kFt , де Q – необхідна кількість теплоти;

W – кількість випареної вологи;

r = 2280 кДж/кг – питома теплота пароутворення;

k = 750 Вт/м2/К – коефіцієнт теплопередачі для І продукту при температурі гріючої пари - 110С , Дб = 90%, СР = 91.5% (стабніков);

t = 30 - корисна різниця температур між джерелом і споживачем тепла у апараті.

Кількість випареної вологи знаходиться з рівняння:



Дані для цьогопідрахунку знаходяться з теплового та матеріального балансів.

Отже Q = Wr = 2280  2.18 = 4252.56 кДж/сек = 4252.56 кВт;

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145 Тоді поверхня нагріву буде F = .

Кількість трубок знайдеться (попередньо задавшись їх довжиною l = =1.2 м) за формулою (стабніков) :

.

Номінальна поверхня нагріву включає не тільки поверхню кип’ятильних трубок, а і поверхню циркуляційної труби Fцир діаметром 1060 мм; поверхню верхньої і нижньої трубних решіток Fтр.реш ; поверхню обечайки корпуса парової камери Fоб діаметром 4200 мм, які знаходяться так:

Fцир = ;

Fтр.реш = 2

= 2

Fоб = ;

Тоді загальна площа нагріву парової камери:

F = Fцир + Fтр.реш + Fоб = 272.6 + 4 + 14.86 + 15.826 = 307.286м2;

Приймаємо для подальших розрахунків F = 308м2.

Для розташування трубок треба знайти ряд параметрів. Площа трубної решітки, потрібна для розміщення n трубок – F0 знаходиться за формулою F0 = f  , де f = ;  = 0.91 – коефіцієнт заповнення трубної решітки, при розміщенні трубок на ребрах шестикутника.

Отже F0 = 13.2  0.91 = 11.99м2.

Площа трубної решітки, що припадає на одну трубку:

F0 = при =60С і розміщенні центрів трубок у вершинах рівносторонніх трикутників.

Відстань між центрами трубок знайдемо так:

отже






Рис.5.1. Розташування трубок у трубній решітці

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145


5.3.Розрахунок сепаратора

При проектуванні вакуум-апаратів слід враховувати вільний обєм вторинної пари, розмір якого суттєво впливає на винесення продукту утфельною парою. Величину винесення утфелю визначають за напруженням парового обєму, що дорівнює кількості води, що випаровується за 3600 сек. З одного кубічного метра вільного обєму для вторинної пари в апараті.

Висоту надутфельтного простору приймають більше 1.5м (при інтенсивному кипінні іноді приймають 2.5 – 3м), тому у даному прикладі для проектованого апарату беремо 1.6м.

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145 Щоб зменшити розміри надутфельного простору встановлюють сепаратори-ловушки, дія яких заснована на різкій зміні напрямку руху вторинної пари.

Напруження а обєму сепаруючого пристрою розраховується за формулою (Стабніков): , де

v = 12м3/кг - обєм, що займає 1 кг пари;

V - обєм надутфельного простору прототипу.

Оскільки розрахований параметр більший, ніж рекомендований, то встановлення сепаратора-ловушки є доцільним, і для сепаратора треба порахувати величину, що якісно характеризує роботу ловушки. Важливим показником роботи вакуум-апарату є швидкість витання краплі у паровому просторі, час знаходження у ньому пари і швидкість пари. Якщо швидкість пари більша швидкості витання краплі, то утфель буде виноситись з апарату. Швидкість витання краплі знаходиться за формулою (стабніков):

Vкраплі = де

dкраплі = 2 – 5мм, розмір краплі (приймаємо 3мм);

 - коефіцієнт опору утфельного простору;

g – прискорення вільного падіння.

Vкраплі =

Оскільки швидкість витання краплі більша швидкості пари (зазвичай приймається – 30 м/с), то умова нормальної роботи апарату забезпечується.
5.4.Розрахунок конструкції вакуум-апарату

Корпус підвісної теплообмінної камери підлягає внутрішньому надлишковому тиску, тому товщина стінки буде (Стабніков):

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145 де Р – внутрішній надлишковий тиск гріючої пари,Па;

D = 4200мм – діаметр корпуса підвісної камери, м;

= 131 МПа – допустиме напруження на розрив матеріалу обечайки;

 = 0.8 – коефіцієнт міцності зварного шва;

С = 1-8мм – добавка на корозію (приймаю 3мм).

, приймаю  = 12мм.

Корпус вакуум-апарату знаходиться під атмосферним тиском, тому товщина його стінки: , де

Р = 100000 Па – зовнішній надлишковий тиск;ї

m = 4 – запас міцності на стійкість;

E = 1800000 H/м2 – модуль пружності матеріалу;

 = l/D = 4.5/4.5 = 1 – коефіцієнт стійкості;

l – довжина циліндричної частини апарату.

, приймаю 2 = 10мм.
5.5.Матеріальний баланс апарату

На уварювання поступає Gп кг вихідного розчину концентрацією Вп=60%, видаляється Gк кг увареного розчину концентрацією Вк=91.5%. Якщо в апараті випаровується W кг розчинника, то загальний матеріальний баланс апарату виражається рівнянням: Gп = Gк + W.

Матеріальний баланс за абсолютно сухою речовиною, що знаходиться в розчині: .

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145 У ці рівняння входять пять змінних, з яких три величини задано. За практичних розрахунків найчастіше бувають задані: витрата вихідного розчину, його концентрація і потрібна кінцева концентрація.

Продуктивність апарату :

  • За увареним розчином ;

  • За випареною вологою

Вагова кількість отриманих кристалів:
5.6.Тепловий баланс апарату

Введемо позначення:

D – витрата гріючої пари та Іг – його ентальпія (при 110С);

І – ентальпія вторинної пари (при 106С);

іп = Спtп = 0.7254.1970 = 212.64 кДж/кг – ентальпія вихідного розчину;

ік = Скtк = 0.6754.1975 = 249 кДж/кг – ентальпія увареного розчину;

і = С = 105.2 кДж/кг – ентальпія конденсату гріючої пари;

Сп = 3.03775 кДж/кг/град – теплоємність початкового розчину;

Ск = 2.82825 кДж/кг/град – теплоємність кінцевого розчину;

С = 4.19 кДж/кг/град - теплоємність конденсату.

Прихід тепла:

З вихідним розчином – Gпіп;

З гріючою парою – DIг.

Витрата тепла:

З увареним розчином – Gкік;

Зі вторинною парою – WI;

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145 З паровим конденсатом – Dі’;

Теплота концентрування;

Втрати в навколишнє середовище.

Відповідно рівняння теплового балансу матиме вигляд:

Gпіп + DIг = Gкік + WI + Dі’ + Qконц + Qвтрат

Розглядаючи вихідний розчин, як суміш увареного розчину і води, допускаючи, що теплоємність вихідного розчину у межах температур від температури пари до температури конденсату, залишається постійною. Запишемо тепловий баланс змішування за температури кипіння розчину в апараті: GпCпtк = GкCкtк + WC”tк , де C” – середня теплоємність води.

Звідси Gкік = Gпіп + WC”.

Підставляючи значення іп, ік, і, Gкік у рівняння отримаємо:

GпСпtп+ DIг = GкСкtк - WC”+ WI + DC + Qконц + Qвтрат .

З цього рівняння визначимо кількість тепла, що підводиться у одиницю часу теплоносієм (парою), або теплове навантаження - Q вакуум-апарату:

Q = D(Iг - C) = GпСп (tк - tп) + W(І - C”tк) + Qконц + Qвтрат .

Оскільки при концентруванні розчину тепло може поглинатися або виділятися, то Qконц можна нехтувати. Величину Qвтрат приймаємо у вигляді частки від теплового навантаження Qапарату (Qвтрат = 0,03Q).

Перший член правої частини попереднього рівняння виражає втрату тепла у апараті при нагріванні вихідного розчину до температури кипіння, другий член – витрату тепла на випаровування вологи з розчину. Крім того тепло витрачається на концентрування розчину і на компенсацію втрат у навколишнє середовище.

Q = D(Iг - C) = 915003.03775 (75 - 70) + 31500(2685.79 – 4.1975) +0.03Q = 79137011.85кДж.

Із рівняння можна знайти витрату гріючої пари:

D = .

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145 Можна визначити теоретичну витрату пари на випарювання 1 кг води. Якщо прийняти, що вихідний розчин поступає в аппарат попередньо підігрітим до температури кипіння, то D  W.

Отже маса витрачаємої гріючої пари дорівнює масі випарюваної вологи. Практично ж, з врахуванням втрат тепла у навколишнє середовище, питома витрата гріючої пари складає 1.1 – 1.2 кг/кг випаровуваної води (у нашому випадку – 1.1166 кг/кг).
5.7.Розрахунок теплоізоляції

Призначення теплоізоляції – зменшення втрат тепла в навколишнє середовище для економії палива, забезпечення необхідних температурних умов технологічного процесу і підтримання належних умов праці. Можна зменшити втрати тепла на 75 – 85%, порівняно з втратами неізольованої поверхні. Для ізоляції можуть застосовуватися матеріали з коефіцієнтом теплопровідності <0.23Вт/м/град, та такі, що мають характеристики:

  • Ізоляція повинна мати малу густину(високу пористість);

  • Малу гігроскопічність;

  • Бути температуростійкою;

  • Витримувати температурні коливання;

  • Мати механічну міцність і хімічну стійкість;

  • Бути пластичною, не давати тріщин.

Для вакуум-апарату приймаємо матеріал – азбозурит (діатомит-70%, азбест-15%), густиною 700кг/м3 , =0.175823Вт/м/град з граничною температурою - 300С, тимчасовий опір згину – 30, стиску – 70 Н/см2. Матеріал у вигляді формованих деталей(плит), що прикріплюються за допомогою цементуючої маси.

Товщина знаходиться за гранично допустимими тепловими втратами:

, де t1 – температура під ізоляцією (85С);

ð“ñ€ñƒð¿ð¿ð° 145 t – температура на поверхні ізоляції (45С);

qвтр – допустимі втрати з 1 м2 поверхні;

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції в середовище:

 = 9.76 + 0.07t – для закритих приміщень при t<150С.

t = 85 – 20 = 65С,  = 9.76 + 0.0765 = 14.31Вт/град/м2;

qвтр = (45-20) = 357.75Вт/м2.

Отже м, приймаю  = 50мм.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас