Сравнительный анализ современных выпарных аппаратов и установок. Технологический расчёт выпарной установки. Тепловой баланс подогревателя и конденсатора. Определение количества выпаренной воды и расхода пара. Теплотехнический расчёт выпарного блока.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

38

Размещено на

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральская Государственная сельскохозяйственная академия

инженерный факультет

кафедра пищевой инженерии

Курсовой проект

по дисциплине: «Процессы и аппараты пищевых производств»

на тему: «Выпарная двухкорпусная установка для концентрирования сахарного раствора»

Пояснительная записка

110303.00.00.00.022 ПЗ

Исполнитель

студент группы МП-3 Симанов А.В.

Руководитель

проф. Минухин Л.А.

Екатеринбург 2012

Содержание

• Введение 3
• 1. Сравнительный анализ современных выпарных аппаратов и установок 5
• 1.1 Выпарные аппараты с естественной циркуляцией раствора 6
• 1.2 Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора 8
• 1.3 Пленочные выпарные аппараты 10
• 1.4 Многокорпусные выпарные аппараты 14
• 2. Описание установки 16
• 3. Тепловой баланс аппарата 18
• 4. Технологический расчёт выпарной установки 23
• 4.1 Тепловые балансы аппаратов 23
• 4.2 Тепловой баланс подогревателя 24
• 4.3 Тепловой баланс конденсатора 25
• 4.4 Определение количества выпаренной воды и расхода пара 26
• 4.5 Определение расхода охлаждающей воды конденсатора 27
• 4.6 Теплотехнический расчёт выпарного блока 27
• 4.7 Расчёт конструктивных размеров аппарата. 33
• Вывод 35
• Список использованных источников 37
• Введение
• выпарная установка тепловой расчет
• Выпаривание - процесс концентрирования растворов твердых нелетучих или мало летучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя. Выпаривание обычно происходит при кипении, т.е. в условиях, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.
• В промышленности обычно выпаривание проводят при кипении раствора.
• При выпаривании растворов твердых веществ в ряде пищевых производств достигают насыщения раствора, при дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, в результате которой выделяется растворенное вещество.
• Выпаривание применяют для повышения концентрации разбавленных растворов или выделения из них растворенного вещества путем кристаллизации.
• Процесс выпаривания широко используют в сахарном и консервном производстве при концентрировании сахарных томатных соков, молока и др.
• В пищевой технологи выпаривают, как правило, водные растворы.
• Выпаривание проводят в выпарных аппаратах. Процесс выпаривания может проводиться непрерывно и периодически. Аппараты периодического действия используются в основном в производствах малого масштаба.
• Выпаривание осуществляют как под вакуумом, так и при атмосферном и избыточным давлениях.
• В данной курсовой работе предложено рассчитать выпарной аппарат с естественной циркуляции, Процесс выпаривания происходит при температуре 100°С, а, следовательно, при атмосферном давлении. Рабочей средой является сахарный раствор. В ходе конструирования аппарата необходимо разработать аппаратно-технологическую схему процесса, а так же повысить экономический эффект, уменьшив энергопотери при помощи высокотехнологичных теплоизоляторов с низким коэффициентом теплопроводности, использовать вторичный пар в качестве рабочей среды подогревателя.

1. Сравнительный анализ современных выпарных аппаратов и установок

Теплообменники - устройства, в которых осуществляется теплообмен между греющей и нагреваемой средами.

В теплообменных аппаратах могут происходить различные тепловые реакции: нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, кипение, затвердевание и сложные комбинированные процессы. Теплообменные аппараты применяются практически во всех отраслях промышленности и, в зависимости от назначения, называются подогревателями, испарителями, конденсаторами, регенераторами, парообразователями, кипятильниками, выпарными аппаратами и т.д.

В зависимости от назначения производственных процессов в качестве теплоносителей могут применяться самые различные газообразные, жидкие и твердые среды.

Установки, состоящие из одиночного аппарата вторичный пар, из которого не используется (при выпаривании под атмосферным давлением или при разряжении) или используется вне аппарата, называются однокорпусными выпарными установками.

Большим распространением пользуются многокорпусные выпарные установки, включающие несколько соединённых друг с другом аппаратов (корпусов), работающих под давлением, понижающимся по направлению от первого корпуса к последнему. В таких установках можно применять вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе, для обогрева последующего корпуса. При этом свежим паром обогревается только первый корпус. Образующийся в первом корпусе вторичный пар направляется на обогрев второго корпуса, в котором давление ниже и т.д., вторичный пар из последнего корпуса поступает в конденсатор или используется вне установки.

Таким образом, в многокорпусных выпарных установках осуществляется многократное использование одного и того же количества тепла (тепла, отдаваемого греющим паром в первом корпусе), это позволяет сэкономить значительное количество потребляемого свежего пара.

Устройство выпарных аппаратов

Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб. Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей:

1. кипятильник (греющая камера), в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;

2. сепаратор - пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

Необходимость в сепараторе составляет основное конструктивное отличие выпарных аппаратов от теплообменников.

В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают:

1. Выпарные аппараты со свободной циркуляцией;

2. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией;

3. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией;

4. Плёночные выпарные аппараты.

1.1 Выпарные аппараты с естественной циркуляцией раствора

Принципиальная конструктивная схема выпарного аппарата с естественной циркуляцией раствора представлена на рисунке 1.

Выпарной аппарат состоит из сепаратора 1, греющей камеры 2 и циркуляционной трубы 3.



а - с соосной греющей камерой; б - с вынесенной греющей камерой;

1 - греющая камера; 2 - сепаратор; 3 - циркуляционная труба.

Рисунок 1. Выпарной аппарат с естественной циркуляцией раствора

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 трубах кипит раствор. Нижние части сепаратора и греющей камеры соединены циркуляционной трубой.

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из не обогреваемой циркуляционной трубы и кипятильных труб. Если жидкость в трубах нагрета до кипения, то в результате выпаривания части жидкости в этих 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 - труба и т.д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и снижается образование накипи на поверхности труб.

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.

Выпарные аппараты данной конструкции имеют площадь поверхности теплопередачи от 10 м² до 1200 м²_; длину кипятильных труб от 3 до 9,м в зависимости от их диаметра. Избыточное давление в греющей камере 0,2... 1,6 МПа, а в сепараторе вакуум примерно 93,0 кПа.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией характеризуются простотой конструкции и легкодоступны для ремонта и очистки.

1.2 Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора

Принципиальная конструктивная схема выпарного аппарата с принудительной циркуляцией раствора представлена на рисунке 2.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффициент теплопередачи. Циркуляция жидкости производится насосом. Свежий раствор подае...