Трёхкорпусная вакуум-выпарная установка для концентрирования дрожжевой суспензии,количество поступающей суспензии 35 т/ч

Температуру воздуха рассчитываем по уравнению:

tвозд = tн + 4 + 0,1 + (tк + tн) = 17+4+0,1(64,1-14) = 26,01 оС

Давлению воздуха равно:

Рвозд = Рбк-Рн

Где Рн – давление сухого насыщенного пара при 26,01 оС, Па

Рн – 3 360 Па

Рвозд =   20000 – 3360 = 16640 Па

Vвозд =8310*(273+26,01)*0,02/(29*16440)=49695.462/476760=0,1

По ГОСТ 1867-57 подбираем вакуум-насос ВВН-3 с мощностью N = 7,5 кВт

 

IV. Расчет теплообменного аппарата.

Из задания:

Начальная температура раствора t2н = 40 оС

Конечная температура раствора t2к = 90 оС

Теплоноситель – греющий пар, Рг.п. = 3*105

Принимаем, что индекс 1 – для межтрубного пространства, индекс 2 – для трубного.

Принимаем конечную температуру теплоносителя t = 132,9 оС (пар уходит при температуре конденсации).

1. Определение тепловой нагрузки

Q = G2*C2(t2к – t2н)

Где G – массовый расход суспензии, поступающей в аппарат, кг/с

С2 – теплоемкость суспензии при t2ср = (90+40)/2 = 65 оС;

С2 = 1227 Дж/(кг*К)

Q = 9,722*1227*(90-40) = 596444,7 Вт

2. Выход сухого греющего пара из уравнения теплового баланса:

G1 = 1,1*Q/r

Где r – удельная теплота конденсации водяного пара при Рг.п.

r = 2171000 Дж/кг

G1 = 1,1*596444,7/2171000 = 0,302 кг/с

3. Определение средней разности температур при прямоточном движении теплоносителей:

Δtб = 132,9 – 40 = 92,9 оС

Δtм = 132,9 – 90 = 42,9 оС

Средний температурный напор определяется как средне логарифмическая разность:

Δtср = (Δtб – Δtм)/(2,3lg(Δtб/Δtм)) = (92,9 – 42,9)/(2,3 lg(92,9/42,9)) = 64,93 оС

4. Определим, какое число труб диаметром 44х2 мм потребуется на один ход в трубном пространстве при турбулентном режиме движения.

Принимаем ориентировочное значение Reор = 15000

Тогда n = 4 * Q2 (π * dэ * Re * μ)

Где G2 – массовый расход начального раствора, кг/с;

dэ – эквивалентный диаметр;

μ = 0,52*10-3 – вязкость суспензии, Па*с

n= 4*9,722/3,14*0,021*0,52*10-3*15000) = 75,6

Принимаем одноходовой кожухотрубный теплообменник со следующими характеристиками:

Диаметр кожуха  - 568 мм, число труб – 109.

Уточняем критерий Рейнольдса:  ?

Re = 4*9,722(3,14*0,021*0,52*10-3*62) = 10404,9 – режим турбулентный, принимаем значения коэффициента теплопередачи для трубного пространства α2 = 1300 Вт/(м2*К)

5. Определение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке.

Определяем скорость движения пара в межтрубном пространстве:

ω = G1/(ρв*f)

где ρв – плотность воды при 132,9 оС

f- площадь межтрубного пространства, м;

f= π D2/4 – nπd2/4

где D – внутренний диаметр кожуха, м;

d - внешний диаметр труб, м;

n – число труб, м;

f= 3,14*0,5682/4 -109*3,14*0,0442/4=0,088 м2

ω= 0,302/(935*0,088) = 0,00367 м/с

dэ= 4f/П

П – периметр поперечного сечения, м.

П = nπd+πD = 3,14*109*0,044+3,14*0,568 = 16,84 м

dэ= 4*0,088/16,84=0,02 м

определим критерий Рейнольдса:

Re = ρ*ω*dэкв/μ

Где μ = 0,212*10-3 – вязкость воды при t=132,9 оС

Re = 0,00398*0,02*935/0,212*10-3 = 370 – ламинарный режим. Принимаем значение коэффициента теплоотдачи для межтрубного пространства α1 = 9300 Вт/(м2*К)

6. Определение коэффициента теплопередачи.

К = 1/(1/α1 +2γст +1/α2)

Где γст – сумма термических сопротивлений всех слоев стенки, включая слои загрязнения, м2*К/Вт

∑γст = 1/γз1+δст/γст +1/γз2

Где γз1= γз2=5800 м2*К/Вт – тепловая проворность со стороны трубной и межтрубной поверхности;

γст = 45,5 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности стали;

δст – толщина стенки, м.

∑γст = 1/5800+0,002/45,5+1/5800=3,88*10-4 м2*К/Вт

К= 1/(1/9300+3,88*10-4+1/1300) = 790,67 Вт/(м2*К)

Требуемая площадь поверхности теплопередачи определяется по формуле:

F=Q/(K*Δtср)= 596444,7/(790,67*64,78) = 11,64 м2

Принимаем в соответствии с ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79, ГОСТ 15122-79 к установке одноходовой кожухотрубный теплообменник  со следующей характеристикой:

Площадь поверхности теплообмена – 7,5 м; диаметр кожуха – 325 мм; диаметр труб – 25х2мм; длина труб – 1,5 м; число труб – 62шт. Запас площади поверхности теплообмена: (7,5-6,5)77,5*100%=13,3%.

 

V. Расчет центробежного насоса.

   1. Выбор диаметра  трубопровода:

Принимаем скорость раствора во всасывающей и нагнетающей системах равной 2 м/с.

Диаметр трубопровода равен:

d= √(4*Q/(ωπ))

где Q – объемный расход суспензии, м/с;

ω – скорость суспензии, м/с;

d = γ(4*0,005457(3,14*4,3)) = 0,04 м

Принимаем трубопровод марки 12х18Н10Т диаметром 76*5,0 мм

Уточняем значение скорости:

ω = Q/S=4Q/(4πdэ2)=4*0,0545/(3,14*0,022) = 4,3 м/с

    2. Определение  потерь на трение и местные  сопротивления:

Определяем критерий Рейнольдса:

Re = ωdэρ/μ

Где ρ – 1020 кг/м – плотность суспензии;

μ=0,25*10-3 Па*с – вязкость суспензии.

Re = 4,3*0,02*1020/0,25*10-3 = 350880 – режим турбулентный.

Абсолютная шероховатость стенок труб е= 0,2 мм

Степень шероховатости dэ/е = 20/0,2 = 100

Определяем λ:λ = 0,021

Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений:

Всасывающая линия:

Вход в трубу с острыми краями ς =0,5

Нормальный вентиль (в = 0,02 м) ς = 4,0

∑ςвс = 0,5+4,0 = 4,5

Нагнетающая линия:

Выход из трубы ς=1; нормальный вентиль (d=0,096 м) ς=4,0; дроссельная заслонка ϱ = 0,9

∑ςнаг = 1+4,0+0,9 = 5,9

Определение потерь на всасывание и нагнетание:

h = λ *l / dэ + ∑ς) ω2/(2g)

где l – длина трубопровода, м.

На всасывании, lвс = 3м:

hвс = (0,021*3/0,02 + 4,5)4,32/(2*9,81) = 0,013 м

На нагнетании, lнаг = 7 м

hнаг = (0,021*7/0,02+5,9)*4,32/(2*9,81) = 0,02 м

Общие потери:

hпот = hвс + hнаг = 0,013+0,02=0,033 м

   3. Выбор насоса:

Определение полного напора:

H = (р2-р1)/(ρg+H1+hп)

Где р1 = 105 Па – давление в аппарате, из которого перекачивают жидкость;

р2 = 6*105 Па – давление в аппарате, в котором перекачивают жидкость;

H1 – геометрическая высота подъема жидкости, м

hп – потери напора на всасывающей и нагнетающей линиях.

Н = (2,5*105 – 1*105)/(1020*9,81+5+0,033) = 14,96 м

Полезная мощность насоса:

Nп = ρ*g*H*Q/1000=1020*9,81*14,96*0,00545/1000 = 0,816 кВт

Мощность, которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы:

N = Nп/(ηн*ηп)

Где ηн = 0,6 – КПД насоса;

ηп = 1 – КПД передачи

N = 0,816/(0,6*1) = 1,36 кВт

Мощность, потребляемая двигателем из питающей сети при ηдв = 0,8 :

Nдв = N/ηдв = 1,36/0,8 = 1,7 кВт

С учетом коэффициента запаса мощности β = 1,5 устанавливаем двигатель мощностью:

Nуст = Nдв * β = 1,7 *1,5 = 2,55 кВт

Устанавливаем центробежный насос марки Х20/18 со следующей характеристикой:

Производительность насоса – 20 м/ч; напор  - 18м; насос снабжен электродвигателем 2В 10082 номинальной мощностью 4,0 кВт.

 

VI. Расчет емкостей.

   1.Емкость для суспензии, поступающей на выпарку:

Рабочий объем емкости равен:

Vр = G / ρ = 20000 / 1020 = 19,6 м3/ч

Полный объем емкости равен:

V = Vp / к3 = 19,6/0,9 = 21,8 м3/ч

Где к3 – коэффициент заполнения емкости.

Принимаем емкость ПИП-1-25-01

   2. Емкость для выпаренной  суспензии.

Рабочий объем емкости равен:

Vр = Gкон / ρкон = 11682/1417 = 8,24 м3/ч

Полный объем емкости равен:

Vп = Vр / Кз = 8,24/0,9 = 9,155 м3/ч

Принимаем емкость ГГШЫ-10-01

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

1. Иоффе И.Л. Проектирование  процессов и аппаратов химической  технологии. –Л.: Химия, 1991. – 352с.

2. Касаткин А.Г. Основные  процессы и аппараты химической  технологии. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. – 753 с.

3. Методические указания  к выполнению курсового проекта  по дисциплине «Процессы и  аппараты биотехнологии» (часть 1, часть 2).-М.: 2000

4. Павлов К.Ф., Романков  П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи  по курсу процессов и аппаратов  химической технологии. –Л.: Химия, 1987. -576с.

 

 

	Разраб.	Нораев М.Г.			49.КП.240902.65.12ТПМ12.014	Лист
	Проверила	Шипарёва Д.Г.
Изм.	Лист	№ докум.	Подп.	Дата