Выпарные аппараты с естественной циркуляцией

ВведениеОдним из основных видов теплообменного оборудования предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности являются выпарные теплообменные аппараты.Выпариванием называется процесс концентрирования сухих веществ, со- держащихся в жидкости, который заключается в удалении растворителя путем испарения при кипении [1]. Основным назначением выпаривания в пищевых производствах является получение пищевых концентратов при сохранении физико- химических свойств их компонентов.Продукты, неустойчивые к высоким температурам, выпаривают в вакууме. Этот метод применяется при сгущении фруктовых и овощных соков, молока, бульонов, соусов и других продуктов с целью сохранения их высокой пита- тельной ценности. Получение концентрированных продуктов необходимый процесс, так как их проще транспортировать и хранить.В качестве теплоносителя в выпарных аппаратах обычно используют насыщенный водяной пар, который называют греющим или первичным паром. Пар, образующийся при выпаривании растворов, называют вторичным или соковым. Вторичный пар, отбираемый из выпарного аппарата для других нужд, называют экстрапаром.При проектировании выпарного оборудования необходимо совместное проведение теплового и конструкторского расчета. В учебном-методическом пособии в первой главе представлен анализ выпарного оборудования пищевой промышленности, во второй и третье главе соответственно теплотехнический и конструкторский расчет (прочностной) выпарных аппаратов.1. Анализ современного оборудования для проведения процесса выпаривания.Для проведения процесса выпаривания чаще всего используют следующие виды теплоносителей:нагрев с помощью водяного пара;носители тепла с высокой температурой;электрический тип обогрева.Водяной пар является самым популярным вариантом за счет своих высоких характеристик удельной теплоты конденсации и коэффициента теплоотдачи.Выпаривание обычно осуществляют в специальном выпаривающем оборудовании, которое имеет свои виды по принципу действия.Выпарные аппараты делятся на:непрерывно действующие;периодические.В непрерывно действующем аппарате непрерывно подают раствор, получают нужную концентрацию, а упаренный раствор также непрерывно из него выводят.Периодическое выпаривание проводят с целью получения концентраций высокой степени при условии малой производительности оборудования. При этом в аппарат подают раствор, затем выпаривают его до нужного состояния концентрации, обязательно сливают и опять загружают новую дозу того же раствора.Выпарное оборудование также делят на несколько видов по принципу движения в них кипящей жидкости:аппараты со свободной циркуляцией;аппараты с естественной циркуляцией;аппараты с принудительной циркуляцией;выпарные аппараты пленочного типа (к ним же относят оборудование роторного типа) [1].1.1 Выпарные аппараты со свободной циркуляциейВ этих аппаратах неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб. В растворе возникают неупорядоченные конвекционные токи (свободная циркуляция), обусловленные свободной конвекцией. К данной группе относятся аппараты, выполненные в виде чаш или котлов, поверхность теплообмена которых образована стенками аппарата. В настоящее время такие аппараты применяются редко, главным образом при выпаривании очень вязких жидкостей.Змеевиковые выпарные аппараты аналогичны змеевиковым погружным теплообменникам, см. рис.1.1 – корпус; 2 – паровые змеевики; 3 – брызгоуловитель.Рисунок 1 – Выпарной аппарат со свободной циркуляцией раствора (змеевикового типа) [1]Греющий пар проходит по змеевику, а выпариваемая жидкость находится снаружи. Змеевики полностью погружены в жидкость, над уровнем которой остается объем, необходимый для сепарации вторичного пара. Эти аппараты работают неинтенсивно и в настоящее время применяются лишь для выпаривания вязких растворов при небольших масштабах производства, когда не требуется большая поверхность теплообмена. Они могут быть использованы также при применении греющего пара высокого давления и при выпаривании агрессивных жидкостей. В последнем случае змеевики изготовляются из химически стойкого материала, а внутренняя поверхность аппарата снабжается защитным покрытием. Выпарные аппараты с горизонтальными трубами (см. рис.2) (пар пропускается по трубам, жидкость — снаружи труб) могут быть изготовлены с значительными поверхностями теплообмена — до 800 м2 и более.1 – корпус; 2 – нагревательная камера; 3 – сепаратор.Рисунок 2 – Выпарной аппарат со свободной циркуляцией раствора (с горизонтальными трубами) [1]Для компенсации удлинения труб и разборки аппарата с целью очистки крепление труб в трубных решетках делают на сальниках или применяют U-образные трубы.Основным недостатком аппаратов этого типа является трудность очистки межтрубного пространства, вследствие чего они непригодны для выпаривания кристаллизующихся растворов. Кроме того, такие аппараты имеют невысокий коэффициент теплопередачи, громоздки и требуют значительного количества металла для изготовления. В настоящее время они применяются редко и вытесняются более совершенными конструкциями.[1]1.2 Выпарные аппараты с естественной циркуляциейТакие аппараты просты по конструкции и применяются для выпаривания растворов невысокой вязкости, не склонных к кристаллизации. Эти аппараты бывают с соосной и вынесенной греющими камерами (рис. 3 а, б).а – с соосной греющей камерой; б – с вынесенной греющей камерой.1 - греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – циркуляционная труба.Рисунок 3 – Выпарные аппарат с естественной циркуляцией раствора [1]Выпарной аппарат состоит из сепаратора, греющей камеры и циркуляционной трубы. Сепаратор представляет собой цилиндрическую емкость с эллиптической крышкой, присоединенную с помощью болтов к греющей камере. В сепараторе для отделения капелек жидкости от вторичного пара устанавливают отбойники различной конструкции. Греющая камера выполнена в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, в межтрубное пространство которого поступает греющий пар, а в греющих трубках кипит раствор. Нижние части сепаратора и греющей камеры соединены циркуляционной трубой.Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой циркуляционной трубы и кипятильных труб. Если жидкость в трубах нагрета до кипения, то в результате выпаривания части жидкости в этих трубах образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, масса столба жидкости в циркуляционной трубе больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего происходит циркуляция кипящей жидкости по пути кипятильные трубы – паровое пространство – циркуляционная труба – трубы и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и снижается образование накипи на поверхности труб.Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) достаточная высота уровня жидкости в циркуляционной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси и создать необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела возможно малую плотность.Представленные аппараты выгодно отличаются от устаревших конструкций аппаратов с центральной циркуляционной трубой. Наличие обогреваемой центральной циркуляционной трубы приводило к снижению интенсивности циркуляции.Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и больше скорость циркуляции. Для создания интенсивной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть не ниже 10 °С.1.3 Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствораТакие аппараты (см. рис. 4) позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффициент теплопередачи.1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – циркуляционная труба; 4 – насос.Рисунок 4 – Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора [1]Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается лишь на преодоление гидравлических сопротивлений.Преимущества аппаратов с принудительной циркуляцией: высокие коэффициенты теплопередачи (в 3 – 4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а следовательно, и значительно меньшие площади поверхности теплопередачи, а также отсутствие загрязнений поверхности теплопередачи при выпаривании кристаллизующихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.Недостаток этих аппаратов – затраты энергии на работу насоса.1.4 Пленочные выпарные аппаратыТакие аппараты применяют при концентрировании растворов, чувствительных к высоким температурам. При необходимом времени пребывания в зоне высоких температур раствор не успевает перегреться и его качество не снижается. Выпаривание в пленочных аппаратах происходит за один проход раствора через трубы.Пленочные аппараты бывают с восходящей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой и падающей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой.Пленочные аппараты, как и описанные выше, состоят из греющей камеры и сепаратора (см. рис. 5). В греющей камере расположены трубы длиной от 5 до 9 м, которые обогреваются греющим паром.На рисунке 5а показан пленочный выпарной аппарат с восходящей пленкой и соосной греющей камерой. Исходный раствор подается в трубы снизу, причем жидкость в трубах поддерживается на уровне 20 – 25 % высоты труб. В остальной части труб находится парожидкостная смесь. Раствор в виде пленки находится на поверхности труб, а пар движется по оси трубы с большой скоростью, увлекая за собой пленку жидкости. При движении пара и пленки жидкости за счет трения происходят турбулизация пленки и интенсивное обновление поверхности. За счет этих факторов достигаются высокие коэффициенты теплопередачи и большая поверхность испарения.На рисунке 5б показан аппарат с падающей пленкой и вынесенной греющей камерой. В таких аппаратах исходный раствор поступает сверху в греющую камеру, а концентрированный раствор выводится из нижней части сепаратора.а – с восходящей пленкой и соосной греющей камерой; б – с падающей пленкой и вынесенной греющей камерой.1 - сепаратор; 2 – греющая камера.Рисунок 5 – Пленочные выпарные аппараты [1]Пленочные выпарные аппараты изготовляют с площадью поверхности теплопередачи от 63 до 2500 м2 с диаметром труб 36 и 57 мм. Избыточное давление в греющей камере от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе 93 кПа.Недостаток пленочных аппаратов – неустойчивость работы при колебаниях давления греющего пара. При нарушении режима работы аппарат можно перевести на работу с циркуляцией раствора, как в аппаратах с принудительной циркуляцией [1].1.4 Пленочные выпарные аппараты роторного типаРоторно-пленочные выпарные аппараты применяют для концентрирования пищевых растворов, а также суспензий. Роторно-пленочный аппарат представляет собой цилиндрический или конический корпус с обогреваемой рубашкой (см. рис. 6). внутри корпуса вращается ротор, распределяющий раствор по цилиндрической поверхности корпуса в виде пленки, а в некоторых случаях — в виде струй и капель.1 – привод; 2 – уплотнение; 3 – ротор; 4 – флажок; 5 – корпус; 6 – рубашка.Рисунок 6 – Выпарные аппараты роторного типа. [5]Роторно-пленочные аппараты выполнены, как правило, из нержавеющей углеродистой стали Х18Н10Т. Высота аппаратов достигает 12,5 м при 1аметре 10 м, площадь поверхности теплообмена от 0,8 до 16 м2.Роторно-пленочные аппараты бывают с жестким или размазывающим ротором. Жесткий ротор изготавливается пустотелым с лопастями. Зазор между лопастью и стенкой аппарата составляет от 0,4 до 1,5 мм. Исходный продукт подается в верхнюю часть аппарата и лопастями распределяется по цилиндрической стенке в виде пленки. Окружная скорость лопастей достигает 12 м/с. При работе под вакуумом (при давлении до 100 Па) вал ротора уплотняется специальным торцевым уплотнением. Нижний подшипник смазывается перерабатываемым материалом. Принципиальное отличие испарителя с размазывающим ротором заключается в применении ротора с шарнирно закрепленными на валу флажками. При вращении ротора флажки прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности корпуса и размазывают по ней продукт в виде пленки. Такие аппараты применяются также для проведения совмещенного процесса концентрирования и сушки. Диаметр аппаратов достигает 1 м, площадь от 0,8 до 12 м , окружная скорость вращения ротора с флажками 5 м/с.Конструкция аппаратов позволяет благодаря осевому перемещению ротора регулировать толщину пленки и тем самым скорость процесса.Роторно-пленочные аппараты имеют более высокие коэффициенты теплопередачи, чем аппараты с падающей пленкой, они достигают значений, равных 2300—2700 Вт/(м2-град), в то время как в аппаратах с падающей плен - кой — 1500—1600 Вт/(м2-град) [1].2. Теплотехнический расчет.Теплотехнический расчет выпарного аппарата состоит из определения поверхности теплопередачи выпарного аппарата, массовых расходов технологических сред и определения толщины тепловой изоляции.2.1 Определение поверхности теплопередачи выпарного аппарата.Поверхность теплопередачи выпарного аппарата F, м2, определяется по основному уравнению теплопередачи:F=QK*∆tn,(1)гдеQ- тепловая нагрузка, Вт;K- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К);∆tп- полезная разность температур, º С.По материальному балансу выпарного аппарата определяем массовые расходы технологических сред по уравнению:G=Gk+W,(2)где QUOTE G- G - производительность по исходному раствору, кг/с;Gк- производительность по упаренному раствору, кг/с;W- производительность по выпарному растворителю; кг/с;xн, xк- соответственно начальная и конечная концентрация раствора, %.Производительность аппарата по выпариваемому растворe W, кг/с, определяется из уравнения:W=G*1-xнxк.(3)Производительность упаренного раствора определяется по уравнению:Gk=G-W.(4)Тепловая нагрузка определяется из уравнения теплового баланса:G*Cн*tн+D*i''= Gк*Cк*tк+W*i+D*i'+Qп.(5)гдеCн, Cк- удельные теплоемкости соответственно поступающего и упаренного раствора, Дж/(кг∙К);tн,tк- соответственно начальная и конечная температуры раствора, º С; (tн-принимается по заданию)i,i', i''- удельные энтальпии соответственно вторичного пара, конденсата и греющего пара, Дж/кг ( i'-справочно);Qп- потери теплоты в окружающую среду, Вт;D- расход греющего пара, кг/с.Удельная теплоемкость поступающего раствора Cн, Дж/(кг∙К) определяется по формуле:Cн= 1-0,6-0,0018tнXн100*4190.(6)Удельная теплоемкость упаренного раствора Cк, Дж/(кг∙К) определяется по формуле:Cк= 1-0,6-0,0018tкxк100*4190.(7)Полезная разность температур∆tn=tn-tk,(8)гдеtk – температура кипения раствора, oС;tk=tвп+∆tфх+∆tгэ,(9)гдеtвп – температура вторичного пара, С;∆tфх - изменение температуры раствора за счет физико-химической депрессии, оС;∆tгэ - изменение температуры раствора за счет гидростатической депрессии, оС.Температура вторичного пара , 0С определяется при давлении вторичного пара , Па (см. приложение П2).Давление вторичного пара , Па определяется по формуле рвп=ратм-р2,(10)где - атмосферное давление, Па;- разряжение в аппарате, Па. (согласно заданию)Изменение температуры кипения упаренного раствора за счет физико-химической депрессии ∆tфхн, 0С, определяется при температуре вторичного пара и начальной концентрации раствора .Изменение температуры раствора за счет гидростатической депрессии,0С определяется по формуле:∆tгэ= tкипср-tвп,(11)где - температура кипения раствора в среднем по высоте слое, 0С.Температура кипения раствора в среднем по высоте слое , 0С определяется при давлении в среднем по высоте слое , Па.Высоту трубок в греющей камере принимаем по [6, c.74]. Предварительно можно принять l равным от 4 до 6 метров.Давление в среднем по высоте слое аппарата , Па, определяется по формуле:рср=рвп+ρсрgHср,(12)где- средняя плотность кипящего раствора, кг/м3;- расстояние между верхним уровнем жидкости в выпарном аппарате и серединой греющих труб.Средняя плотность кипящего раствора , кг/м3 определяется по формуле:ρср= ρ20-0,4+0,0025*Xсрtср-20,(13)где- плотность раствора при температуре 20 0С, кг/м3;Xср - средняя концентрация раствора, %;- температура кипения раствора на среднем уровне в выпарном аппарате, 0С.Средняя концентрация раствора , % определяется по формуле:Xср=Xн+Xк2.(14)Температура кипения раствора на среднем уровне в выпарном аппарате ,0С определяется по формулеtср=tвп+∆tфх,(15)где∆tфх - изменение температуры раствора за счет физико-химической депрессии, 0С.Изменение температуры раствора за счет физико-химической депрессии , 0С определяется при температуре вторичного пара и средней концентрации .Расстояние между верхним уровнем жидкости в выпарном аппарате и серединой греющих труб Нср, м определяется по формуле:Нср= Низб+l2,(16)гдеНизб – расстояние от уровня раствора в аппарате до верхней трубной решетки, м (Низб= 0,1 м);l – длина греющих труб, м.Удельная энтальпия греющего пара i'', Дж/кг определяется при давлении греющего пара , Па.Давление греющего пара , Па определяется по формуле:ргр=ратм+р1,(17)гдер1 – избыточное давление водяного пара, Па (согласно заданию).ргр=101500+100000=201500 Па.Удельная энтальпия вторичного пара i, Дж/кг определяется при давлении вторичного пара .Потери теплоты в окружающую среду Qп, Вт определяется по формуле:Qп=Q'η,(18)гдеQ' – тепловая нагрузка, Вт;η – коэффициент потерь.Тепловая нагрузка, создаваемая греющим паром Q', Вт, определяется по формуле:Q'=Di''-ik-ma,(19)С учетом формул (19) и (20) выражение (5) примет видGkCntn+Di''=Gk CktkWi+Dik-ma+Di''-ik-maη,(20)К расчету принимаем: η = 0,03.Выражение (20) в итоге приобретает видD=G-WCнtk+Wi2''-GCкtнi1''- Cktпл*0,97.(21)Коэффициент теплопередачи определяется по формуле k=11α1+δλ+1α2,(22)гдеα1 и α2 - коэффициент теплоотдачи соответственно от конденсирующегося пара к наружной стенке кипятильной трубы и от внутренней стенки кипятильной трубы к кипящему раствору, Вт/(м2∙К);δ - толщина стенки кипятильной трубы, м;λ - коэффициент теплопроводности материла кипятильной трубы, Вт/(м∙К).Коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 рассчитываются из критериальных уравнений соответствующего процесса.Коэффициент теплоотдачи α1 от конденсирующегося пара к наружной стенке кипятильной трубы определяется по уравнению:Nu=1,15*(Ga*Pr*Ku)0.25,(23)где QUOTE Nu- Nu - число Нуссельта для конденсата;Ga – критерий Галилея;Pr – критерий Прандтля;Ku – критерий Кутателадзе.Критерий Нуссельта определяется по формулеNu= α1*lλk,(24)гдеl - длина греющих труб, м;λк- коэффициент теплопроводности пленки конденсата, Вт/(м∙К).В вертикальном теплообменнике выпарного аппарата определяющим размером является длина греющих труб l, т.к. на их стенках образуется пленка конденсата. Критерий Галилея определяется по формуле:Ga= g*l3*ρК2μК2,(25)гдеρК и μК - QUOTE ρк и μк- соответственно плотность (кг/м3) и коэффициент динамической вязкости (Па∙с) пленки конденсата.Критерий Прандтля определяется по формулеPr= Ck*μkλk,(26)гдеCk - удельная теплоемкость пленки конденсата, Дж/(кг ∙ oС);μk - коэффициент динамической вязкости, Па∙с;λk - коэффициент теплопроводности пленки конденсата Вт/(м∙К).Критерий Кутателадзе определяется по формуле:Ku=rnCk*∆t1,(27)гдеrn - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;∆t1- разность температур конденсации пара и наружной стенки кипятильной трубы, º С.Теплофизические свойства конденсатной пленки определяются по средней температуре пленки конденсата:tпл= tn-∆t12,(28)гдеtn – температура греющего пара, oС(tn определяется при ргр). При этом можно использовать приложение П1.Разность температур конденсации пара и наружной стенки кипятильной трубы определяют методом последовательного приближения, предварительно приняв ∆t1=2 С.Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к наружной стене кипятильных труб α1, Вт/(м2К) определяется по формуле:α1=1,15*(Ga*Pr*Ku)0.25*λkl,(29)Для установившегося процесса передачи теплоты справедливо уравнение:q=α1*∆t1= λδ*∆tст=α2*∆t2,(30)гдеq - удельная тепловая нагрузка, Вт/(м2∙К);∆tcm - разность температур наружной и внутренней стенки кипятильной трубы, º С;∆t2 - разность температур внутренней стенки кипятильной трубы и кипящего раствора, º С.Разность температур наружной и внутренней стенки кипятильной трубы , оС находим по формуле:∆tст=α1* ∆t1*δλ.(31)Согласно [6, с.65] к расчету можно принять трубку из углеродистой стали диаметром 30х2 мм, δ=0,002 м, λ=45 Вт/мК.Разность температур внутренней стенки кипятильной трубы и кипящего раствора, ∆t2 оС определяем по формуле:∆t2= ∆tn-∆t1.(32)Коэффициент теплоотдачи α2 от внутренней стенки кипятильной трубы к кипящему раствору при пузырьковом кипении рассчитывают с помощью критериальной зависимости:Nuкип=CReкипnPrкип13,(33)гдеNuкип=α2lкипλр - число Нуссельта при кипении;Reкип= vкипlкипρpμp – критерий Рейнольдса при кипении;Prкип= C2μpλp– критерий Прандтля при кипении;С,n – константы уравненийlкип - характерный линейный размер при кипении, м;v - скорость перемещения раствора при кипении, м/с;μp, λp - соответственно коэффициенты динамической вязкости, Па∙с и теплопроводности, Вт/м∙К .vкип=qrвпρn,(34)гдеq - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2.Радиус образующегося на поверхности пузырька:Rк= 2σр*TКrвпρn(TВ-TК),(35)где- коэффициент поверхностного натяжения раствора, Н/м;- температура соответственно внутренней стенки кипятильной трубы и кипящего раствора, К;ρп - плотность вторичного пара, кг/м3 ;rвп - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;Характерный линейный размер при кипении:lкип=Rk2*Ja,(36)где- радиус образующегося на поверхности пузырька, м;Ja - критерий Якобса.Ja= CН(TВ-TК)ρрrвпρn,(37)гдеСH - удельная теплоёмкость поступающего раствора.Правильность первого приближения определяют по равенству удельных тепловых нагрузок:q'-q''q'*100≤5%.Если последнее условие не соблюдается, то значение ∆t1 необходимо выбрать другим.2.2 Определение толщины тепловой изоляцииТолщину тепловой изоляции аппарата определяем по соотношениюσр=λu(tст1-tст2)αB(tст2-tB),(38)где - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м∙К (см. приложение П3);αВ- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м2К.Для определения коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляционного материала в окружающую среду можно использовать уравнение:αВ=αЛ+αК,(39)гдеαЛ - коэффициент теплоотдачи излучением;αК- коэффициент теплоотдачи конвекцией.Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по уравнению:αЛ=σ0εпрTст24-TВ4Tст2-TВ,(40)гдеσ0=5,67*10-8 - постоянная Стефана-Больцмана, Вт/м2К4;εпр=0,8 - приведенная степень черноты излучающей поверхности и окружающей среды;Tст2, TВ - температура изоляции окружающей среды, К.Коэффициент теплоотдачи конвекцией αк определяется по критериальному уравнению:NuВ=A(GrВPrВ)m,(41)гдеNuВ=αklВλВ- число Нуссельта при конвекции;αk=Nu*λВlВ.GrВ=glВ3ν2β∆tВ - критерий Грасгофа для воздуха;PrВ – критерий Прандтля для воздуха;A, m – константы уравнения (A=0,115;m=0,33);lВ=l – определяющий размер аппарата, м (высота греющих труб);λВ, ν2 – соответственно коэффициент теплопроводности, Вт/мК и коэффициент кинематической вязкости, м2/с воздуха (см. приложение П4);β=1TВ – коэффициент объемного расширения, K-1;∆tВ – разность температур наружной поверхности изоляции и окружающей среды, °С.Коэффициент объемного расширения определяется по формулеβ=1TВ.(42)2.3 Расчёт геометрических параметров аппарата.2.3.1 Расчет геометрических параметров греющей камерыНеобходимое количество греющих трубок, размещенных в греющей камере n, шт определяется по формуле n=FFmp,(43)гдеF – поверхность теплопередачи, м2;Fmp – поверхность теплопередачи одной кипятильной трубки, м2.Площадь поверхности одной кипятильной трубки Fmp, м2 определяется по формуле:Fmp=π*dmp*l,(44)гдеdmp – диаметр трубки, м;l – высота трубки, м.Преобразовав выражения (43) и (44) получаем:n=Fπ*dmp*l.(45)В трубной решетке трубки располагаются по сторонам правильного шестиугольника. Число трубок по диагонали b, шт., определяется по формуле [5, с.66]:b=1,16*n.(46)Число трубок на стороне шестиугольника а, определяется по формуле:a=b+12.(47)Внутренний диаметр греющей камеры определяется по формуле [5 c.76]:Dвн=Sb-1+3*dmp.(48)На основании [4], полученное значение диаметра греющей камеры округляется до стандартного (Dвн=0,6 м).2.3.2 Расчет геометрических параметров сепаратораСогласно [5, c.75] высоту парового пространства сепаратора можно принять из стандартного значения.Диаметр парового пространства сепаратора Dc, м, определяется по формуле [4, c.76]:Dc=1,13WRV*Hnn,(49)гдеRV – допустимое напряжение парового объема, кг/(с∙м3).Допустимое напряжение парового объема RV, кг/(с∙м3) определяется по формуле [5, c.76]:Определяем RV по графику [6, с.150]RV=1,39 кг/(с∙м3).На основании [5], полученное значение диаметра парового пространства сепаратора округляется до стандартного.Список использованных источниковПроцессы и аппараты пищевых производств: учебник / Ю.М. Плаксин, Н.Н. Малахов, В.А. Ларин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: КолосС, 2007. - 760 с.…..……Вобликова Т. В., Шлыков С. Н., Пермяков А. В. Процессы и аппараты пищевых производств. Издательство: Ставропольский государственный аграрный университет. Вид издания: Учебное пособие, 2013, стр. 212.Иванец В.Н., Крохалев А. А., Бакин И. А., Потапов А. Н. Процессы и аппараты пищевых производств. Часть 2. Издательство: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. Вид издания: Конспект лекций, 2002, стр. 137.Бакластов А. М., Бродянский В. М., Голубев Б. П. Промышленная теплоэнергетика. Издательство: Энергоатомиздат. Вид издания: справочник, 1983, стр. 552.ПРИЛОЖЕНИЯТаблица П1Физические свойства воды на линии насыщенияt,0Cρ, кг/м3С, кДж/(кг·К)λ· 102, Вт/(м·К)ν·106, м2/сβ·104, 1/Кr,кДж/кгσ·104,Н/мPr10999,74,19157,41,3060,702477,4741,69,5220998,24,18359,91,0041,822453,8720,97,0230995,74,17461,80,8053,212430,2712,25,4240992,24,17463,50,6593,872406,5696,54,3150988,14,17464,80,5564,492382,5676,93,5460983,14,17965,90,4785,112358,4662,22,9870977,84,17966,80,4155,702333,8643,52,5580971,84,18767,40,3656,322308,9625,92,2190965,34,19568,00,3266,952283,4607,21,95100958,44,20868,30,2957,522257,2588,61,75110951,04,22068,50,2728,082230,5569,01,60120943,14,23368,60,2528,642202,9548,41,47130934,84,26668,60,2339,192174,4528,81,36140926,14,28768,50,2179,722144,9507,21,26150917,04,31368,40,20310,32114,1486,61,17Таблица П2Температура воды и водяного пара в состоянии насыщенияв зависимости от их абсолютного давления, оСp, кПаПри p, кПа0102030405060708090045,860,169,175,981,385,989,993,596,710099,6102,3104,8107,1109,3111,4113,3115,2116,9118,6200120,2121,8123,3124,7129,1127,4128,7129,9131,2132,4300133,5134,6135,8136,8138,9138,9139,9140,8141,8142,7400143,6144,5145,4146,2147,1147,9148,7149,5150,3151,1Таблица П3 Характеристика теплоизоляционных материаловМатериалПлотность,кг/м3Максимальнодопустимая температура, ºСВыражения для определениякоэффициента теплопроводности,, Вт/(мºС)Альфоль20…403500,059+0,00026изолАсбоцементная плита4004500,085+0,00020изолВойлок строительный2001000,043+0,00021изолВулканическая плита3506000,078+0,00019изолМинеральная вата2506000,056+0,00019изолМаты и полосы из листового стекловолокна2004500,042+0,00023изолПеношамот35013500,028+0,00023изолСтеклянная вата1503000,046+0,00021изолШлаковата2507500,051+0,000125изолТаблица П4Теплофизические свойства сухого воздуха при ρ = 760 мм.рт.ст.t,ºС,кг/м3С,кДж/(кг∙К)λ∙102,Вт/(м∙К)а∙106,м2/cμ∙106,c/м2ν∙106,м2/cPr01,2931,0052,4418,817,213,280,707101,2471,0052,5120,017,614,160,705201,2051,0052,5921,418,115,061,703301,1651,0052,6722,918,616,000,701401,1281,0052,7524,319,116,960,699501,0931,0052,8325,719,617,950,698601,0601,0052,9027,220,118,980,695701,0291,0092,9628,620,620,020,694801,0001,0093,0530,221,121,090,692900,9721,0093,1331,921,522,100,6901000,9461,0093,2133,621,923,130,688