W - массовый расход выпаренной воды (вторичного пара), (кг/с).
Уравнение материального баланса по раствору:
Sк = Sн – W; (3)
Уравнение материального баланса по сухим веществам:
Sн · СВн = Sк · СВк; (4)
Совместно решая (43) и (44), определим массовый расход выпаренной воды:
; (5)
Составим уравнение теплового баланса, введя следующие обозначения:
i' – энтальпия греющего пара, кДж/кг;
i'' - энтальпия конденсата, кДж/кг;
сн - теплоёмкость начального раствора, кДж/кг·град;
ск - теплоёмкость конечного (концентрированного) раствора, кДж/кг·град;
tн - температура начального раствора, 0С;
tк - температура конечного раствора, 0С;
Qп - тепловые потери, кВт (в дальнейшем учитываются коэффициентом К=1,05);
D·i'' + Sн·cн· tн = D·i' + Sк·cк· tк+ W·i + Qп ; (6)
Из уравнения теплового баланса (46) определяют
- тепловую нагрузку выпарного аппарата, Qвып ;
- массовый расход греющего пара, D ;
- массовый расход выпаренной воды, W.
Qвып = 1,05 · (Sк·cк· tк - Sн·cн· tн + W·i); (7)
; (8)
; (9)
Уравнение (49) преобразуем к виду:
; (10)
где ? - коэффициент испарения, кг испар. воды / кг греющего пара; характеризует испарительную способность выпарного аппарата.
?- коэффициент самоиспарения, кг испар. воды / кг р-ра; характеризует интенсивность самоиспарения.
Технико-экономическую эффективность работы выпарного аппарата характеризует величина удельного расхода греющего пара – d (кг/кг):
; (11)
Для однокорпусных выпарных установок (ОВУ) d = 1,1-1,3 кг/кг.
Для многокорпусных выпарных установок (МВУ) d = 0,24 -0,58 кг/кг.
В пищевых производствах используют МВУ по причине их очевидной экономичности и более высокой производительности. ОВУ целесообразно применять только для малотоннажных производств. Производительность ОВУ по выпаренной воде в среднем составляет W = 500 – 1000 кг/ч.
Вопросы для самопроверки.
1. Дайте определение процесса «выпаривание». Из каких основных частей состоит выпарной аппарат? Приведите схему устройства и условные обозначения выпарного аппарата. Как изменяются свойства растворов при их сгущении?
2. Опишите основные методы выпаривания и дайте им технико-экономическую оценку.
3. Какие основные величины характеризуют работу выпарного аппарата и как они определяются?
4. Как составляется материальный баланс выпаривания, какие величины и как определяются из материального баланса?
5. Как составляется тепловой баланс выпаривания в одиночном выпарном аппарате и какие выводы можно сделать из анализа уравнений, по которым определяются расход греющего пара и количество выпаренной воды?
Рекомендуемая литература.
1. , , и др. Процессы и аппараты пищевых производств. М., «Агропромиздат», 1985г.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия»,1971г.
Лекция 9. Тепловые процессы Выпаривание в многокорпусной выпарной установке (МВУ).
План лекции:
1. Принцип работы МВУ.
2. Материальный баланс
3. Тепловой баланс.
1.Принцип работы МВУ.
МВУ состоит из двух или более выпарных аппаратов (корпусов), соединённых между собой чаще всего последовательно. Кроме того, в установку входят теплообменник предварительного подогрева начального раствора барометрический конденсатор для конденсации вторичного пара последнего корпуса, насос, трубопроводы, запорная арматура, контрольно-измерительные приборы, датчики.
Рассмотрим принцип работы трёхкорпусной выпарной установки (МВУ-3) с последовательным соединением корпусов с выпариванием под вакуумом. Установки подобного типа используют для термолабильных жидких продуктов (условно – растворов), к которым относят молоко, сливки, соки и некоторые другие жидкости.
Начальный раствор (Sн) насосом подаётся в теплообменник, где подогревается до определённой температуры и затем поступает в первый аппарат (корпус), где частично выпаривается. Из первого корпуса раствор(S1) самотёком (вследствие разности давлений между корпусами) поступает во второй корпус, где вновь выпаривается. Одновременно вторичный пар (W1) первого корпуса (выпаренная вода) поступает в качестве греющего пара (D1) во второй корпус. Из второго корпуса раствор (S2) вновь самотёком поступает в третий корпус, в котором окончательно выпаривается до заданной концентрации. В качестве греющего пара в третьем корпусе используется вторичный пар второго корпуса (W2). Таким образом, только первый корпус использует греющий пар, подаваемый извне (ТЭЦ, котельная), а все последующие корпуса запитываются вторичными парами работающих корпусов. В этом – причина низкого удельного расхода греющего пара и, следовательно, высокой технико-экономической эффективности работы и высокой производительности МВУ по сравнению с ОВУ. Производительность МВУ по выпаренной воде в среднем составляет W = 1500 – 4000 кг/ч.
S1 = Sн – W1; (12)
S2 = S1 – W2; (13)
S3 = S2 – W3 = Sк ; (14)
W = W1 + W2+ W3 ; (15)
Sн · СВн = S1 · СВ1 = S2 · СВ2= S3 · СВ3 = Sк · СВк ; (16)
3. Основные уравнения теплового баланса для МВУ имеют вид:
D1·i1’’ + Sн·cн· tн = D1·i1’ + S1·c1· t1+ W1·i1 + Qп1 ; (17)
D2·i2’’ + S1·c1· t1= D2·i2’ + S2·c2· t2+ W2·i2 + Qп2 ; (18)
D3·i3’’ + S2·c2· t2= D3·i3’ + S3·c3· t3+ W3·i3 + Qп3 ; (19)
W1 = D1 · ?1 + Sн · cн ·?н ; (20)
W1 = D1 · ?1 + Sн · cн ·?н ; (21)
W1 = D1 · ?1 + Sн · cн ·?н ; (22)
Вопросы для самопроверки.
1. Что понимается под нагрузкой корпусов многокорпусной выпарной установки? Какие существуют допуски при выводе основных уравнений нагрузки корпусов и как при этом осуществляется вывод указанных уравнений?
2. Напишите основные уравнения нагрузки корпусов многокорпусной выпарной установки и сделайте анализ этих уравнений.
3. Особенности теплопередачи в выпарных аппаратов. Влияние на коэффициент теплоотдачи при кипении уровня раствора в выпарном аппарате наличия накипи и взвешенных частиц.
4. Чем осложняется работа выпарной установки в условиях накипеобразования? Какие предельные случаи работы выпарной установки возможны при возрастании термического сопротивления корпусов?
5.. Какие существуют закономерности, характеризующие работу выпарной установки для обеспечения заданной удельной производительности корпусов? Как в этом случае определяется температурный перепад?
6. Чем характеризуется работа выпарной установки при постоянстве температурных перепадов в отдельных корпусах, а также при комбинированном режиме работы? Выполните анализ графиков работы одиночного аппарата при указанных режимах работы аппарата?
7. Как производится проектный расчёт одиночного аппарата выпарного с непрерывным процессом и как при помощи нагрузочной характеристики выбирается рациональный режим работы аппарата?
8. Как производится проверочный расчёт одиночного выпарного аппарата при непрерывном процессе? Какие величины определяются и осуществляется оценка пригодности аппарата для работы?
9. Последовательность теплового расчёта многокорпусной выпарной установки. Отличие метода расчёта нагрузки корпусов от метода Классена.
10. Соображения, которыми руководствуются при распределении общего полезного перепада температур между отдельными корпусам и многокорпусной выпарной установки. Как распределяется полезный перепад температур в многокорпусной выпарной установке:
А) при одинаковых поверхностях нагрева корпусов;
Б) при минимальной суммарной поверхности нагрева;
В) при равенстве поверхностей нагрева корпусов и минимальной суммарной их поверхности;
Г) при заданных температурах вторичного пара.
11. Kак осуществляется выпаривание в аппаратах периодического действия? Какие применяются для них режимы работы? Какие выводы можно сделать из анализа графиков выпаривания при различных режимах и как определяется поверхность нагрева выпарного аппарата периодического действия.
12. По каким основным признакам классифицируют выпарные аппараты. Приведите основные конструктивные схемы выпарных аппаратов и дайте им технико-экономическую оценку. Какими требованиями следует руководствоваться при выборе выпарных аппаратов?
Рекомендуемая литература.
1. , , и др. Процессы и аппараты пищевых производств. М., «Агропромиздат», 1985г.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия»,1971г.
Лекция 10. Тепловые процессы Классификация выпарных аппаратов. Порядок расчёта многокорпусной выпарной установки (МВУ).
План лекции:
1. Классификация выпарных аппаратов.
2. Порядок расчёта многокорпусной выпарной установки (МВУ).
1. Классификация выпарных аппаратов
1.1. По цикличности работы.
- периодического действия;
- непрерывного действия.
1.2. По технологическому назначению.
- для выпаривания молока, сливок;
- для выпаривания бульонов, крови;
- для выпаривания соков;
- для выпаривания сахарных сиропов и других растворов кристаллических веществ.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 |
