Проектирование вакуум-аппарата

                      

; (3.4.5)

                      

; (3.4.6)

    

;

    

.

    Определение изгибающего момента и перерезывающей силы, распределенной по контуру перфорированной  части трубной решетки, МН·м/м, МН/м [6]:

                            

; (3.4.7)

                                 

; (3.4.8)

    

;

    

     . 

    3.5 Определение толщины трубной решетки.

    Толщина трубной решетки назначается  конструктивно с последующей  проверкой [6]:

                                 

; (3.5.1)

                                 

, (3.5.2)

    где при ,

    коэффициенты  B₁ и B₂ определяем по таблицам приложения [6];

    [E]=0,004 – допускаемый размах деформации.

    

;

    

;

    

;

    Значение коэффициента K принимается при условии проведения 100% контрольно-сварных соединений K=1,7 [6];

    

;

    

;

    Условия прочности выполнены.

    

    

    3.6 Тепловой расчет вакуум-аппарата первого продукта.

    Определяем  объем аппарата V_n , м³ [1]

                               

, (3.6.1)

    где G – производительность завода, кг/с, G=34,72 кг/с, (3000 тонн/сут);

    P – количество утфеля данного продукта в процентах к массе свеклы, %, P=30% (для трехдневной схемы производства при содержании сахара в свекле, равным 15%), [1];

    m – количество вакуум-аппаратов данного продукта, шт, m=3 шт;

    ρ – объемная масса сваренного утфеля, кг/м³, ρ=1450 кг/м³;

    τ – длительность полного цикла работы вакуум-аппарата при осуществлении одной варки, с [1];

                                 

, (3.6.2)

    где τ₁ – продолжительность активной работы, т. е. время наращивания кристаллов сахара, с, τ₁=8700 с (при трехпродуктовой схеме и доброкачественности утфеля свыше 94%) [1];

    τ₂ – продолжительность вспомогательных операций, с, τ₂=900 с (при трехпродуктовой схеме и доброкачественности утфеля свыше 94%) [1].

    

;

    

.

    Определим вместимость аппарата B, кг [1]:

                                 

, (3.6.3)

    

.

    Материальный  баланс процесса кристаллизации в вакуум-аппарате в расчете на 100 кг перерабатываемой свеклы представлен в таблице 3.1

    таблица 3.1

      

    Обогрев вакуум-аппарата осуществляется паром  второго корпуса выпарки, температура  которого t=116ºC, снижение температура в паропроводе 1ºC. Следовательно температура пара, поступающего в греющую камеру аппарата, составляет 115ºC, при теплосодержании i₁=2690 кДж/кг [1].

    При среднем разряжении, равном P'=79,8 кПа, определим абсолютное давление в вакуум-аппарате, кПа [1]:

                                 

, (3.6.4)

    где P'' – величина абсолютного давления, кПа, P''=101,1 кПа.

    

.

    При этом давлении с помощью таблиц водяного пара [2], определим теплосодержание пара i₂=2615 кДж/кг.

    Температура утфеля при спуске составляет t_у=75ºC при теплоемкости С_у=1,97 кДж/кг∙ºC [2].

    Температуру конденсата определим как среднюю  между температурой утфеля при спуске и температурой греющего пара, ºC [1]:

                                 

, (3.6.5)

                                 

    

    Тепловой  баланс вакуум-аппарата составляет по следующей схеме в расчете на 100 кг перерабатываемой свеклы [таблица 3.2]. 

    таблица 3.2

    

      

    Итоги по приходу и расходу тепла  должны совпадать. При составлении  теплового баланса величины G_c, G_у, W принимают из материального баланса. 

    Составим  тепловой баланс [1]:

         

, (3.6.6)

             отсюда  , (3.6.7)

    

.

    Средняя температура кипения в аппарате может быть принятой равной t_ск=75ºС.

    Определим полную разность температур [1]:

                                 

, (3.6.8)

    

    Определим коэффициенты теплопередачи K, [1]:

                   

, (3.6.10)

    где K_T – коэффициент теплопередачи при содержании сухих веществ в сиропе 60% его доброкачественности 92-93 ккал/м²∙ºС,

    K_T=558 ккал/м²∙ºС [2];

    Б_ф – фактическое содержание сухих веществ в сиропе, %, Б_ф=65%;

    D_ф – фактическая доброкачественность увариваемого сиропа, %, D_ф=93,7 [2];

    4,17 – переводной коэффициент из ккал в кДж;

    3600 – переводной коэффициент из часов в секунды.

    

.

    

    Определим поверхность нагрева аппарата F, м² [1]:

                         

, (3.6.11)

    

. 

 

       ЗАКЛЮЧЕНИЕ

      

      

      Спроектированный  в процессе данной курсовой работы вакуум-аппарат Ж4-ПВА отвечает всем поставленным требованиям, возникающим  при уваривании утфеля. Благодаря разряжению в аппарате равном 0,093 МПа (700 мм рт. ст.) средняя температура кипения может достигать 75ºС. Это позволяет уменьшить температуру пара, используемого в качестве теплоносителя в данном аппарате, и повысить производительность вакуум-аппарата.

      Для обеспечения более полного отделения  капель продукта от вторичного пара применяется ловушка сепаратора инерционного типа. Использование сепаратора данного типа обусловлено высокой вязкость продукта.

      В процессе курсового проекта были рассчитаны следующие основные параметры  аппарата:

• поверхность нагрева аппарата F=137,47 м²;
• объем аппарата V_n=22,99 м³;
• допускаемое внутреннее избыточное давление [p]=0,395 МПа;
• cредняя температура кипения в аппарате t_ск=75ºС;
• длительность полного цикла работы вакуум-аппарата при осуществлении одной варки τ=9600с.

 

      

      СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Машины  и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн.1: Учеб. Для вузов/ С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др.; Под  ред. акад. РАСХН В.А. Панфилова. –  М.: Высш. шк., 2001. – 703 с.: ил.
2. Сборник примеров расчета технологического оборудования сахарных заводов. В. К. Предняченский, Воронеж, ВТИ, 1974. – 46 с.
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической промышленности. Изд. 8-е, пер. и доп. – Л.: «Химимя», – 1976 г.
4. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя, тома 2 и 3. М.: Машиностроение, 1980.
5. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн.2: Учеб. Для вузов/ С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др.; Под ред. акад. РАСХН В.А. Панфилова. – М.: Высш. шк., 2001. – 680 с.: ил.
6. ГОСТ 26-1185-75 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность элементов теплообменных аппаратов».
7. ГОСТ 14249-80 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность».
8. Марочник стали для машиностроения ОМТРМ/0056-001-65. Москва 1955 г.