Расчеты процессов и подбор оборудования

Расчеты основного аппарата

 

Предприятие работает на паровом и электрическом оборудовании.

Оборудование с паровым обогревом проще, безопаснее и дешевле в обслуживании. Паровое оборудование долговечно и в отличие от электрического не выходит из строя, и все детали легко заменяются на новые.

В качестве основного аппарата принимается сусловарочный котел. Он входит в состав варочного агрегата, который имеет паровой обогрев.

Аппарат предназначен для варки сусла с хмелем и выпаривания части воды с целью получения сусла с концентрацией сухих веществ 11%. Процесс кипячения с хмелем длится около 60-70 минут. При этом происходит испарение значительного количества воды 5-6%, содержание экстракта в сусле увеличивается. Режим работы аппарата периодический, температурный режим эксплуатации котла: от 95 до 106 0С, температура в перколяторе – до 135 0С. Материал аппарата легированная сталь Х18Н10Т. Технические характеристики котла представлены в таблице 16.

 

Таблица 16 – Технические характеристики сусловарочного котла

Характеристика	Значение
Полная вместимость, м3	15
Коэффициент заполнения	0, 9
Поверхность теплообмена наружного контура перколятора, м2	12
Расход пара, кг/ч	755
Рабочее давление пара в перколяторе, МПа	0, 2
Габаритные размеры котла, мм	4000х3500х5037
Габаритные размеры перколятора, мм	1700х600х2000
Масса, кг: - без продукта - с продуктом	6180 17000

Целью расчета сусловарочного котла является определение расхода греющего пара и поверхности теплопередачи.

Масса исходного сусла, подаваемого в аппарат, кг [4, c. 70]:

 

,                                                       (27)

 

где Vn=15 м3 – полная вместимость аппарата;

φ 3=0, 9 – коэффициент заполнения аппарата;

ρ =1034 кг/м3 – начальная плотность сусла.

 

 кг.

 

Общая масса выпариваемой воды, кг [4, c. 71]:

 

,                                                     (28)

 

где ВН =8, 5% и ВК =11% – начальная и конечная концентрации сухих веществ в сусле.

 

 кг.

 

Масса получаемого после варки сусла, кг [4, c. 71]:

 

,                                                          (29)

 кг.

Интенсивность выпаривания воды из сусла, кг/с [4, c. 71]:

 

,                                                          (30)

 

где τ =1, 2 ч – время выпаривания воды из сусла.

 

 кг/с.

 

Удельная теплоемкость исходного сусла, кДж/кг К [4, c. 71]:

 

,                                    (31)

 

где С0=1, 42 кДж/кг К – удельная теплоемкость экстрактивных веществ;

Св=4, 186 кДж/кг К – удельная теплоемкость воды.

 

 кДж/кг К.

 

Общий расход теплоты в сусловарочном аппарате за цикл варки с учетом потерь в окружающую среду, кДж [4, c. 71]:

 

,        (32)

 

где IВТ=2608 кДж/кг – теплосодержание вторичного пара;

tK=106°С и tH=98°C – конечная и начальная температуры сусла;

k=1, 05 – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.

 кДж.

 

Масса греющего пара на варку, кг [4, c. 71]:

 

,                                                     (33)

 

где IГП=2735 кДж/кг – теплосодержание греющего пара[10, табл. XXXIX];

tКН=108°С – температура конденсата греющего пара [10, табл. XXXIX].

 

 кг.

 

Удельный расход пара на 1 кг выпаренной воды, кг/кг [4, c. 72]:

 

,                                                                      (34)

 кг/кг.

 

Наибольшая тепловая нагрузка – на поверхность теплопередачи при кипячении сусла. Расход греющего пара в этот период работы сусловарочного аппарата, кг/с [4, c. 72]:

 

,                                       (35)

 кг/с.

Тепловая нагрузка на поверхность теплопередачи, кВт [4, c. 72]:

 

,                                              (36)

 кВт.

 

Перепад температур между греющим паром и кипящим суслом, °С [4, c. 72]:

 

,                                                            (37)

 

где tГП=135°С – температура греющего пара.

 

°С.

 

Температура стенки определяется по формуле [1, с.81]:

 

,                                                     (38)

 

где R=1860 Вт/м2 К – коэффициент сопротивления;

α =5800 Вт/м2 К – коэффициент теплопередачи.

 

°С.

 

Коэффициент теплопередачи от греющего пара к стенке, Вт/м2 К [1, с.80]:

,                                              (39)

 

где СП=0, 533 кДж/кг К – коэффициент пропорциональности;

λ – коэффициент теплопроводности конденсата;

ρ К – плотность конденсата;

μ – динамический коэффициент вязкости конденсата;

r – скрытая теплота парообразования;

НСТ=1, 19 м – высота стенки.

 находится по средней температуре пленки конденсата °С, а  - по температуре пара tГП=135°С [1, табл. 10]:

 

=12120,   =6, 83 кДж/м2 К.

 Вт/м2 К.

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки к суслу, Вт/м2 К [1, с.81]:

 

,                                                (40)

 

где q=63805Вт/м2 – удельная тепловая нагрузка.

 

 Вт/м2 К.

 

Коэффициент теплопередачи от греющего пара к суслу, Вт/м2 К [1, с.83]:

,                                            (41)

 

где λ СТ=46, 5 Вт/м К – коэффициент теплопроводности для стали;

δ =0, 008 м – толщина стенки;

η 0=0, 8 – коэффициент, учитывающий сопротивление образующегося при кипячении сусла осадка на внутренней поверхности аппарата.

 

 Вт/м2 К.

 

Площадь поверхности теплопередачи аппарата, м2 [4, с.72]:

 

,                                                              (42)

 м2.

 

Площадь поверхности теплопередачи на 1 м3 полной вместимости аппарата, м2/м3 [4, с.72]:

 

,                                                                   (43)

 м2/м3.

 

F> 1, 2 м2/м3, значит аппарат работает в нормальных условиях.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: