Расчёт и проектирование двухкорпусной выпарной установки

 

   При t_БК=45⁰С =0,5922·10^-3 Па·с. При Re=129078 =0,013 [1].

 

   Подставив указанные значения в формулу, получим:

.

   Отсюда находим  Н_БТ = 9,5 м.

 

4. Расчет производительности вакуум – насоса

 

   Производительность  вакуум – насоса G_возд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

 

,

 

   где 2,5·10^-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через  неплотности, на 1 кг паров. Тогда:

 

 кг ∕с.

 

   Объемная производительность  вакуум – насоса равна:

 

,

 

   где R – универсальная газовая постоянная, Дж ∕(кмоль·К); М_возд – молекулярная масса воздуха, кг ∕моль; t_возд – температура воздуха, ⁰С; Р_возд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

   Температуру воздуха  рассчитывают по уравнению:

 

t_возд=t_в+4+0,1·(t_к – t_Н)=20+4+0,1·(42-16)=26,6 ⁰С.

 

   Давление воздуха  равно:

Р_возд = Р_БК – Р_П,

 

   где Р_П – давление сухого насыщенного пара (Па) при t_возд = 26,6 ⁰С. Р_П=3503,26 Па. Подставив получим:

 

Р_возд = 1·10⁴ – 0,35·10⁴ = 0,65·10⁴ Па.

   Тогда 

 м³ ∕мин.

 

   Зная объемную  производительность V_возд и остаточное давление Р_БК, по каталогу подбираем вакуум – насос типа    ВВН – 12 мощностью на валу N = 20 кВт                     [4, приложение 4.7].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Прочностной расчет основных элементов выпарного аппарата

 

5.1 Цель расчета

 

   Целью расчета  является определение размеров  основных элементов выпарного  аппарата. Поскольку, выпарные аппараты  установки взаимозаменяемые, расчет ведем, исходя из условий прочности и устойчивости.

 

5.2 Исходные данные

 

Диаметр сепаратора                                                                D_c = 1600 мм

Диаметр греющей камеры                                                      D_к = 800 мм

Давление в сепараторе                               

                          избыточное (1 – й корпус)                            Р₁ = 0,124 МПа

                          остаточное (2 – й корпус)                             Р₂ = 0,01 МПа

Давление в греющей  камере (изб.)                                         Р_г = 0,14 МПа

Температура в аппарате (max)                                              t = 125 ⁰C

Материал

             сепаратора                                                                 сталь 12х18Н10Т

             греющей камеры                                                        сталь Вст3сп

Допускаемое напряжение материала

сталь 12х18Н10Т   [ ] = 146 МПа

          сталь Вст3сп                                                            [ ] = 132 МПа

   Расчет ведется  согласно [5,6].

 

5.3 Обечайка  сепаратора

 

   Толщина обечайки, нагруженной избыточным внутренним  давлением, определяется по формуле:

, (2)

 

  где =1 – коэффициент прочности продольного шва [5].

   Подставляя числовые  значения в формулу, получим:

 

 м.  

 

   Исполнительная  толщина стенки определяется  с учетом прибавки к расчетной  толщине:

S

S_R + c,                (3)

 

   где с = 6,1 мм – сумма прибавок к расчетной толщине.

   После подстановки полученных значений S_R получим:

 

S = 0,00068 + 0,0061 = 0,00688 м.

 

   Исполнительную  толщину стенки корпуса окончательно  принимаем равной 6,9 мм.

   Проверим условие применимости расчетных формул. Для обечаек при D 200 мм должно выполняться условие:

 

                        ;                                 < 0,1.

 

   Условие выполняется.

   Расчетная толщина  обечайки, нагруженной наружным  давлением, определяется по формуле:

,

 

   где Р _R = 1,2Р=0,14·1,2=0,168 МПа – расчетное давление, МПа [5],

         К₂ – коэффициент, определяемый по номограмме [6, с.10].

   Для определения К₂ определим коэффициент К₃ и К₁:

 

                            К₃ = l_R / D_C;            ,

 

   где  =2,4 – коэффициент запаса устойчивости;

         Е=2,05·10⁵ – модуль продольной упругости материала обечайки [5],

         l_R=0,8 м – расчетная длина обечайки (расстояние между кольцами жесткости).

   После подстановки  численных значений получим:

 

                   К₃ = 0,8 / 1,8 = 0,44;              .

 

   Тогда по номограмме  имеем К₂ = 0,34.

  

.

 

   Исполнительная  толщина стенки определяется  согласно условию:

 

S = 0,0048 + 0,0061 = 0,0109 м.

 

   Исполнительную  толщину стенки корпуса окончательно  принимаем равной 12 мм.

 

 

5.4 Днище сепаратора

 

   Согласно [5] принимаем исполнительную толщину днища равной толщине обечайки S₁ = 0,012 м.

   Проверим условие  применимости расчетных формул.

   Для днищ должно  выполняться условие:

 

             ;           - условие выполняется.

   Допускаемое наружное  давление определяется по формуле:

 

;          (1)

 

   где [Р]_Р – допускаемое наружное давление из условия прочности, МПа.

          [Р]_Е – допускаемое наружное давление из условия прочности днища определяемого по формуле:

;

 

   где R = D_Д=2,4 м – радиус кривизны днища [6].

 

 МПа.

 

   Допускаемое давление  из условия устойчивости определяется  по формуле:

 

 

   где К_Э = 0,9 – коэффициент [5].

 

 МПа.

 

   После подстановки  в формулу (1) получим:

 

МПа.

 

   Поскольку 0,14 <0,46, то толщина днища удовлетворяет условию прочности и устойчивости.

 

5.5 Обечайка  греющей камеры

 

   Толщина обечайки  определяется по формуле (2) при  =0,9 [5].

   Подставляя числовые значения в формулу, получим:

 

м.

 

   Исполнительная  толщина стенки определяется  с учетом прибавки к расчетной  толщине, согласно условию (3):

 

S=0,000034 + 0,0061 = 0,0062 м.

 

   Исполнительную  толщину стенки корпуса окончательно принимаем равной 6,2 мм.

   Проверим условие  применимости расчетных формул. Для обечаек при D 200 мм должно выполняться условие:

 

;                                 < 0,1.

 

   Условие выполняется.

   Допускаемые напряжения  при гидроиспытании определяются  по формуле:

 

 МПа,

 

   где  =250 МПа – предел текучести материала кожуха при t = 20 ⁰С [5].

   Проверим условие:

 

Р₂

[Р],

 

   где [Р] –  допускаемое избыточное внутреннее  давление, МПа.

 

.

 

   Подставляя числовые  значения получим:

 

МПа.

 

   Условие 0,0104 0,05 выполняется.

   Проверим выполнение условия:

 

,

 

   где Р_ПР – пробное давление, МПа.

   =140 МПа – допускаемое напряжение при t=20 ⁰С [5].

 

МПа.

   Условие прочности выполняется 0,01<0,014. Следовательно принятая толщина обечайки условиям прочности удовлетворяет.

 

5.6 Трубная  решетка

 

   Толщина трубной  решетки, исходя из условия  закрепления труб развальцовкой,  определяется по формуле [5]:

 

 

   где d_Т=0,038 м – наружный диаметр трубок.

         t_Р-0,040 м – шаг отверстий в решетке.

 

.

 

   Условие выполняется.

   Принимаем исполнительную  толщину трубной решетки 0,094 м  [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

   В данной курсовой работе произведен расчет двухкорпусной выпарной установки, состоящей из выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой для упаривания раствора сахарного сиропа.

   Конструкция выпарного  аппарата удовлетворяет ряду  общих требований. К их числу  относятся:

• Высокая производительность и интенсивность теплопередачи при min объеме аппарата и расходе металла на его изготовление;
• Простота устройства;
• Надежность в эксплуатации;
• Легкость очистки поверхности теплообмена;
• Удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу                         процессов и аппаратов. Л.:  Химия,   1981. 560 с.

 

2.  Гинзбург А.С.  и др. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник ∕ Гинзбург , А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. – 2 – е изд.: перераб. и доп. – М.: Пищевая промышленность, 1980. – 288 с.

 

3.  ГОСТ 11987 – 81. Аппараты выпарные трубчатые.

 

4.  Основные процессы  и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию ∕ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2 – е изд., перераб. и дополн. М.:Химия,1991. – 496 с.

 

5.  Лащинский А.А.  Конструирование сварных химических  аппаратов. Справочник. –  Л.: Машиностроение, 1981. – 382 с.

 

6.  Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на  прочность. ГОСТ 14249 – 80. М.: Издательство  стандартов. 1989. – 80 с. 

 

7.  Чубик И.А., Маслов А.М. Справочник по теплофизическим константам пищевых        продуктов и полуфабрикатов. – М.: Пищевая промышленность, 1965. – 156 с.