3.РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИУНАГРЕВА КОРП СОВ

3.1.Определение напряжения поверхности нагрева

Расчет поверхности нагрева корпусов проводят итерационным мето дом.

Вначале задаются напряжением поверхности нагрева по испаряемой воде (U), т о есть количеством воды, выпариваемой с 1 м2 поверхности нагрева в единицу времени.

В качестве нормальных значений напряжений поверхностей нагрева для предварительного расчета можно рекомендовать следующие:

– для четырехступенчатой МВС с концентратором:

где Wi — количество воды, испаряемой в i-м корпусе, % ккмассесве лы; A — производительность.завода, т/сут

По полученным значениям поверхностей нагрева выбираем стандартное ближайшее значение (Ficт).

Промышленность выпускает выпарные аппараты типа РЗ-ПВА со следующими техническими характеристиками (табл. 5).

14

Продолжение табл. 5

3.2. Определение коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи с учетом накипеобразования определяем из уравнения аддитивности:

Вт/(м2∙°K); ϕ — коэффициент использования поверхности нагрева;

α1 — коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/(м2∙°K); α2 — коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему

продукту, вт/(м2∙°K); δст — толщина стенки, м; λст — коэфициент теплопроводности стенки, Вт/(м∙°K).

Рис. 2

Зависимость коэффициента использования поверхн сти нагрева от величины напряжения корпуса выпарного аппарата для четырехступенчатой МВС с концентратором

15

Все коэффициенты, входящие в уравнение, аддитивности зависят от напряжения поверхности нагрева. Коэффициентыиспользования п верхности нагрева определяются при помощи графиков (рис.2, 3).

Рис. 3

Зависимость коэффициента использования поверхности нагрева от величины напряжения корпуса выпарного аппарата для пятисатойупенчМВС

Расчетная формула для определения коэффициента теплоотдачи от пара к стенке (α1), в Вт/(м2∙°K), полученная М. А. Кичигиным и Г. Н. Костенко из уравнения С. С. Кутателадзе, имеет вид

где А1 — расчетный коэффициент, зависящийу-от средней температ ры конденсата (рис. 4); q — удельная тепловая нагрузка, дж/м2:

где r — скрытая теплота парообразования, дж/кг; l — высотаюгрещей трубки, м.

Для вычисления коэффициента теплоотдачи от станки к нагреваемому раствору (α2) Вт/(м2∙K) можно использовать уравнение .

где А2 — расчетный коэффициент, зависящий от физических параметров раствора и вторичного пара (рис. 5).

16

3.3.Определение полезной разности температур

иуточнение поверхности нагрева корпусов

Определив значения среднеэксплуатационных коэффициентов теплопередачи (Kсэi), находим потребный полезный температурный п репад

(∆tna ) сучетом уточненного напряжения поверхности нагрева (Ui1):

где ri — скрытая теплота парообразования, дж/кг.

Сравниваем значения ∆tnin с заданными полезными разностями

температур (табл. 2, 3). Если они получились равными (или незначительно отличаются друг от друга), то поверхности нагрева корпусов выбраны верно. Если отличие существенно, то необходимо уточнить напряжение поверхности нагрева (Ui′′):

18

4.РАСЧЕТ ПЯТИСЧАТУПЕНОЙМВС

Впримере разобран расчет пятиступенчатой МВС на сахарном заводе мощностью0 450 тонн свеклы в сутки. В отделении очистки диффузионного сока принята технологическая схема с отделением осадка до основной дефекации. В кристаллизационном отделении принята двухпродуктовая технологическаясхема с увариванием п следнего утфеля на своей кристаллической основе. Продуктивный расчет выполнен на ЭВМ по усредненным данным, характерным для сахарных заводов Краснодарского края (табл. 6, 7).

19

Продолжение табл. 7

Трехкристаллизационная схема с аффинацией желтого сахара

(уваривание на кристаллической основе)

Проводим предварительное распределение технологических потребитлей тепла по греющим теплоносителям МВС (табл. 8).

Таблица 8

Температурные режимы нагрева технологических потребителей

20

Продолжение табл. 8

Используя данные таблицы 8, определим расход пара на технологические потребитли.

Расход пара в паровые рубашки диффузионного аппарата находим по формулам (2.2–2.12).

Приход тепла на 100 кг свеклы:

– c питательной водой

Qпв= 100 4200 65 =,327 106 Дж;

– со стружкой

Qстр= 100 3770 10 =, 3 77 106 Дж;

– с греющим паром

Qгп = D 2691 103 Дж.

Унос тепла:

– c диффузионным соком

Qдс = 120 3770 55 =,24 88 Дж;

– с жомом

Qсж = 80 3770 60 = 18,1 Дж;

– потери тепла

Qп = 1,25 106 Дж;

21

– с конденсатом

Qк = Д 461 103 Дж.

Расход пара:

D = 24,88 +18,1+1,25 −27,3 −3,77 =5,9%. 2,691−0,461

Dжв = 46,64 4200 (75 −65) = 0,86%; 2272 103

– диффузионного сока 1-й группы

Dдс1 =120 3770 (70 −55) = 2,98%; 2272 103

– диффузионного сока 2-й группы

Dдс2 =120 3770 (803−70) = 2,02%; 2264 10

– преддефекованного сока перед горячей дефекацией

Dдеф =122,7 3770 (85 −75) = 2,07%; 2238 103

– сока первой сатурации перед второй сатурацией

D2с =147,91 3770 (95 −90) =1,26%; 2211 103

– очищенного сока на выпарку в подогревателях1-й, 2-й, 3-й и 4-й группах:

Dо1 =126,2 3770 (100 −90) = 2,15%, 2211 103

Dо2 =126,2 3770 (110 −100) = 2,18%, 2187 103

Dо3 =126,2 3770 (119,5 −110) = 2,09%, 2162 103

Dо4 =126,2 3770 (130 −119,5) = 2,31%; 2156 103

22

– сиропа с клеровкой

Dск = 36,37 2500 (80 −70) = 0,41%; 2238 103

– 1-го оттека

D1от = 8,46 2500 (80 −70) = 0,1%; 2238 103

–2-го оттека

D2от = 5,17 2500 (80 −70) = 0,06%. 2238 103

Расход пара на обогрев вакуум-аппаратов определяемупо форм лам 2.13–2.15.

Полученные результаты заносим в таблицу 9 расчета количества вторичных паров.

23

Продолжение табл. 9

В пятом корпусе выпариванием воды

W5 = 3,84% мс.

В четвертом корпусе

W4 = 3,84+ 4, 66 =, 8 5% мс.

В третьем корпусе

W3 = 8,5 + 22,64 = 31,14% мс.

Во втором корпусе

W2 = 31,14+ 2,18= 33, 32% мс .

В первом корпусе

W1 = 33,32+ 2,09 = 35,41% мс,

а в МВС

W = 3,84+ 8,5 + 31,14+ 33,32+ 35,41 = 112,21% мс.

По условиям технологического процесса, чтобы получить концентрацию сухих веществ в сиропе, равную 65%, необходимо выпарить воды:

МВС выпаривает воды больше, чем необходимо, поэтому необходимо перераспределить вторичные пары. Для этого вместо двух

24

групп подогревателей диффузионного сока принимаем одну, то есть устанавливаем один подогреватель, который будетонагреваться вт ричным паром четвертого корпуса МВС. Преддефекованный сок в подогревателе будет нагреваться третьим корпусом МВС. Вакуумаппараты второго и конечного продукта будут использовать вторичный пар второго корпуса МВС. Нагрев очищенного сока, поступающего на МВС, будем осуществлять в трех группах, причем в первой группе нагрев осуществляется вторичным паром второго корпуса МВС до температу ры 110° С. Нагрев сиропа с клеровкой и оттеков в сборниках осуществляем вторичным паром первого корпуса МВС.

С учетом вышеизложенного проводим расчето-количества вт ричныхаровп (табл. 10)

Определяем количество выпареннойусеводы в каждом корп МВС:

W5 = 0,86% к массе свеклы;

25

W4 = 0,86+ 5,0 = 5,86% к массе свеклы;

W3 = 5,86+ 20, 86= 26, 72% к массе свеклы;

W2 = 26,72+ 6, 03 =,32 75% к массе свеклы;

W1 = 32,75+ 2,66 = 35,41% к массе свеклы,

а количество воды, выпаренной во всей МВС:

Wдейс = 0,86+ 5,86+ 26,72+ 32,75+ 35,41 = 101,6% мс.

Это количество выпаренной воды соответствует требуемому (101.27), поэтому считаем, что распределение вторичных паров произведено верно.

Определяем кратность испарения (по формуле 2.22):

K = 101,635,41 = 2,87.

Полученное значение еще раз подтверждает правильность распределения.

Для дальнейших вычислений необходимо найти значения сухих веществ в растворе после каждого корпуса МВС по формуле 3.7.

Определяем поверхность( нагрева F1) первого корпуса МВС, задаваясь напряжением поверхности нагрева (U1), равной 25 кг/(м2ч):

F1 =10 4500 35,41 = 2656м2. 24 25

26

Принимаем к установке аппарат РЗ-ПВА с поверхностью нагрева 230 м2 и уточня ем напряжение поверхности нагрева:

Рекомендованная полезная разность температур равна 6°С, поэтому необходимо уточнить напряжение поверхности нагрева.

α2 = 625 22, 130, 6 = 4007 Вт/(м2∙К),

27

Полученная полезная разность температур удовлетворяет предварительному распределению. Поэтому в качестве первого корпуса устанавливаем пленочный выпарной аппарат с поверхностью нагрева, равной0300 м2.

Определим поверхность нагрева второго корпуса МВС, задаваясь напряжениемо п верхности нагрева, равным 23 кг/(м2∙ч):

F2 =10 4500 32,84 = 2677 м2. 24 23

Принимаем к установке пленочный аппарат с поверхностью нагрева, равной 300 м2.

Тогда:

28

Определяем коэффициент теплопередачи:

Определяем полезный потребный перепад температур:

Рекомендованное значение для пятиступенчатой МВС равно 8°С, поэт му считаем, что в качестве третьей ступени устанавливаем два корпуса (ЗА и ЗВ) с поверхностью нагрева180 м2 каждый.

Определяем поверхность нагрева четвертого корпуса МВС, задаваясь напряжением поверхности нагрева, равным 9,31 кг/(м2∙ч):

F4 =10 4500 5,86 =1180 м2. 24 9,31

Принимаем к установке аппарат РЗ-ПВА с поверхностью нагрева 150 м2.

29

честве четвертого корпуса МВС аппарат с поверхностью нагрева

150 м2.

Определяем поверхность нагрева пятого корпуса МВС, задаваясь напряжениемо п верхности нагрева, равным 2,02 кг/(м2∙ч):

F5 =10 4500 0,86 =800 м2. 24 2,02

Принимаем к установке аппарат с поверхностью нагрева 800 м2. Определяем коэффициент теплопередачи:

Определяем коэффициент запаса работы МВС:

a = 6 +7,65 +8,33 +11,1+4,8 =1. 6 +8 +8 +9,5 +6,5

Расчет и выбор поверхностей нагрева МВС выполнен верно. В результате расчета принимаем к установке:

1 ступень — 1 аппарат с F = 3000 м2,

2 ступень — 1 аппарат с F = 3000 м2,

30

3 ступень — 2 аппарата с F1 = 1800 м2 и F2 = 1800 м2, 4 ступень — 1 аппарат с F = 1500 м2,

5 ступень — 1 аппарат с F = 800 м2.

31