Барометрический конденсатор 1- й ступени (поз. 7)

Расчет и подбор оборудования

Паросепаратор – выдерживатель (поз. 1) предназначен для отделения пара при выдувании, конструктивно представляет собой выдерживатель уменьшенного объема для выдерживания разваренной массы. Объем рассчитан на выдержку массы в течение 15-20 минут с целью равномерного разваривания сырья.

Объем аппарата, м³,определяем по формуле

V =G·τ/ρ ·24· φ, (3)

где G – количество разваренной массы, кг;

τ – время пребывания, 20-60 минут;

ρ – плотность разваренной массы, кг/м³;

φ – коэффициент заполнения, φ = 0,3 – 0,4.

V=17504·30/1028·0,4·24=53,2 м³

При круглом сечении аппарата его сечение, м²,определяем по формуле

F =π·D²/4, (4)

где F – сечение аппарата, м²;

D – диаметр паросепаратора-выдерживателя (принимается по технической характеристике), м.

F=3,14·2,5²/4=5 м²

Принимаем паросепаратор-выдерживатель с техническими характеристиками, указанными в таблице 3.

Таблица 3 – Техническая характеристика паросепаратора-выдерживателя

Общий объем, м3
Диаметр, мм
Высота цилиндрической части, мм
Рабочее давление, МПа	0,04-0,05
Количество, шт

Вакуум-осахариватель (поз. 3)

Охлаждение разваренной массы с целью интенсификации этого процесса производят под вакуумом. При этом из массы благодаря самоиспарению выделяется пар, на образование которого затрачивается тепло разваренной массы, в результате чего масса охлаждается. Охлаждение массы происходит практически мгновенно, что создает оптимальные и стабильные условия для осахаривания.

Объем осахаривателей при вакуум-охлаждении рассчитывается исходя из времени пребывания в нем массы 5 минут. Отношение высоты к диаметру 1,2-1,25.

Объем осахаривателей первой ступени определяется из расчета пребывания в нем массы 30-60 минут; коэффициент заполнения равен 0,8. Минимальный объем осахаривателя первой ступени 3 м³. Поверхность теплообмена змеевика может быть определена из условия 4 м² на 1 м³ разваренной массы, проходящей за 1 час через осахариватель. Скорость воды в змеевике 0,8 – 1 м/с.

Высота цилиндрической части аппарата принимается равной 0,5 диаметра осахаривателя.

Объем осахаривателя определяем по формуле

V=G·τ/ρ·φ, (5)

где G – количество разваренной массы, кг;

t – время пребывания массы, ч;

ρ – плотность массы, кг/м³;

φ – коэффициент заполнения,φ=0,8.

V=17504·0,5/1028·0,8 = 10,6 м³,

V_массы = 0,1166·3500/24 = 17 м³/ч

Определяем поверхность теплообменника змеевика

F=17·4/1=68 м²

Техническая характеристика вакуум-осахаривателя представлена ниже, в таблице 4.

Таблица 4 – Техническая характеристика вакуум-осахаривателя

Полная емкость, м3	4,0
Диаметр, мм
Высота, мм
Масса, кг
Мощность электродвигателя, кВт	3,0
Число оборотов мешалки в минуту	60-80

Барометрический конденсатор 1- й ступени (поз. 7)

При расчете конденсатора определяют его размеры и расход воды. В испарительной камере за счет разряжения, создаваемого конденсатором и вакуум-насосом, разваренная масса мгновенно охлаждается. При этом из массы испаряется некоторое количество воды, которая в виде вторичного пара направляется в конденсатор.

Количество вторичного пара, выделяющегося в испарительной камере, рассчитывается по уравнениям

Д = G_м ·c ·(t_к – t_н)/r – c·t_н, (6)

где t_к и t_н – начальная и конечная температура среды, ˚С;

с – удельная теплоемкость продукта, кДж/кг·˚С;

G_м– количество продукта, кг;

R – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Д = 17504· 3,63·(102 – 58)/(2255,2 – 3,63·58)=1367,3 кг/ч

Определяем расход воды на конденсацию пара в конденсаторе, кг, по формуле

W = Д ·(i – с_в· t_б)/ c _в·(t _б – t₁), (7)

где Д – количество пара, поступающего в конденсатор, кг/ч;

i – теплосодержание пара, кДж/кг;

t₁ – температура поступающей воды, °С;

с_в – удельная теплоемкость воды; с_в = 4,1868 кДж/кг·град;

t_б – температура уходящей из конденсатора воды, °С.

Температуру t_б принимаем ниже температуры поступающего пара в состоянии насыщения на 2-3 град.

W=1367,3·(2604,46 – 4,1868·55)/4,1868·(55 – 20) = 22153 кг/ч

Удельный расход воды, кг/кг, определяем по формуле

g =W/Д, (8)

g=22153/1367,3=16,2 кг/кг

Количество несконденсировавшихся газов, кг/ч, определяем по эмпирической формуле

ДТ = 0,000025·W + 0,008025·Д (9)

ДТ =0,000025·22153+0,008025·1367,3=11,5 кг/ч

Температуру несконденсировавшихся газов, ºС, определяем по эмпирической формуле

t₂ = 0,9 · t₁ + 0,1· t_б + 4 (10)

t₂=0,9·20+0,1·55+4=27,5 ˚С

Диаметр конденсатора, м, определяем из уравнения расхода пара

Д ·V_п= π·d²/4· W_п· φ; (11)

где Д – расход пара через сечение конденсатора, кг/с;

V_п – удельный объем сухого насыщенного пара, м³/кг при температуре насыщения, соответствующей разрежению 80-81кг/м²;

W_п – допустимая скорость пара в конденсаторе, принимается равной 35-55 м/с;

φ – коэффициент, учитывающий свободное сечение конденсатора

для прохода пара, принимается 0,3-0,33.

= =0,92 м

Количество полок в конденсаторе принимаем равным 6, расстояние между полками определяем как 0,4, тогда общая высота конденсатора составит по формуле

Н = 0,4 · d · (n – 1) + h1 + h2, (12)

где n – число полок конденсатора, шт.;

h1 – расстояние от верхней полки до верхнего днища, м (h1 = 0,7 м);

h2 – расстояние от нижнего днища до нижней полки, м (h2 = 0,4 м).

Н=0,4·0,92(6–1)+0,7+0,4=2,94 м

Диаметр барометрической трубы определяем исходя из скорости движения в ней воды W_б = 1 м/с по формуле

Dв= (13)

Dв =2,88 м

Общую высоту барометрической трубы, м, определяем по формуле

Н_б = Н₀ + Н₁, (14)

где Н₀ – высота столба воды, соответствующая создаваемому в конденсаторе разряжению, м;

Н1 – часть высоты барометрической трубы, складывающаяся из высоты на возможные колебания уровня, высоты напора для преодоления гидравлических сопротивлений, высоты трубы, погруженной под уровень в сборнике воды, м; Н₁ = 1,7 – 1,9 м.

Н₀ = 10,33·b/760, (15)

где b – разряжение в конденсаторе, Па;

H₀ =10,33·735,9/760=10 м,

H_б =10+1,8=11,8 м

Техническая характеристика барометрического конденсатора указана в таблице 5.

Таблица 5 – Техническая характеристика конденсатора I и II ступеней

	Водоструйный СП-1475	Барометрический противоточный
Общая высота, мм
Диаметр, мм
Материал	Углеродистая сталь	Углеродистая сталь
Количество, шт.

Сборник для барометрической воды (поз. 9) рассчитывается на такой объем, который вмещал бы двойное количество воды, находящейся в барометрической трубе.

Принимаем сборник с техническими характеристиками, указанными в таблице 6.

Таблица 6 – Техническая характеристика сборника барометрической воды

Объем, м3	1,25
Масса, кг