Сусловарочный аппарат

дипломная работа

2. Расчёт площади поверхности теплопередачи

При расчёте площади поверхности теплопередачи сусловарочного аппарата определяют тепловой поток при наибольшей тепловой нагрузке, которая наблюдается в период выпаривания воды [4]. В этом случае необходимое количество теплоты Q (кДж) определяется по формуле:

"right">, (2.1)

где Wвып - количество выпариваемой воды, кг;

- удельная теплота парообразования, кДж/кг; =2248 кДж/кг

Количество воды, выпариваемой из сусла за время кипячения:

"right"> кг (2.2)

где Вн- начальное содержание сухих веществ, % масс.;

Вк- конечное содержание сухих веществ, % масс..

Тогда по формуле (2.1) количество теплоты Qвып , необходимое для выпаривания 2074,07кг воды равно:

Необходимая площадь поверхности теплопередачи сусловарочного котла (м2) в зависимости от продолжительности процесса выпаривания (ч) определяют по формуле:

"right">, (2.3)

где Ксусла- коэффициент теплопередачи при кипячении сусла, кВт/(м2·К);

Дtср - полезная разность температур при выпаривании, оС;

фц - продолжительность процесса выпаривания, ч, фвып =1,5 ч.

Давление насыщенного пара, применяемого для кипячения сусла:

"right"> (2.4)

При данном давлении температура насыщения пара по уравнению интерполяции будет равна [5]:

"right"> )

При расчетах поверхности теплообмена принимают, что греющий, насыщенный пары и конденсат отводятся при температуре конденсации т.е.

tн.п = t к.п = 138,9 оС.

Средняя разность температур:

"right">, (2.5)

где

"right"> 1

.

"right"> 1

Тогда

Коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке с учетом потерь теплоты за счет образующегося на внутренней поверхности аппарата осадка:

"right">, (2.6)

где бнакл.1 - коэффициент теплопередачи для наклонной стенки аппарата, Вт/(м2·К);

- коэффициент теплопередачи от поверхности паровой рубашки к кипящему суслу, Вт/(м2·К);

д - толщина стенки паровой рубашки, то есть толщина листовой стали, м, д = 0,014 м;

лст - теплопроводность материала стенки, Вт/(м·К), теплопроводность стали нержавеющей марки 1Х18Н9Т, лст = 16 Вт/(м·К).

- тепловая проводимость загрязнений стенок

(термическое сопротивление), Вт/м2

Коэффициент теплопередачи от греющего пара к стенке находим по формуле [4]:

"right">, (2.7)

где Сп - коэффициент пропорциональности, для вертикальной стенки, Сп=0,533;

л - коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м·К);

сконд - плотность конденсата, кг/м3;

м - коэффициент динамической вязкости конденсата, Па·с;

r - скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

Нст - высота стенки м, Нст= м;

tп и tст - температура пара и стенки паровой рубашки, оС.

Величины л, сконд и м принимают по средней температуре плёнки конденсата:

"right">. (2.8)

Температура стенки рассчитывается из следующего допущения :

"right"> оС, (2.9)

Отсюда

"right"> 1

Тогда

При температуре tср = 133,9 оС:

Величину r принимают при температуре насыщенного пара tн.п = 138,9 оС.

При 138,9 оС:

кДж/кг

Тогда по формуле (2.7):

.

Коэффициент теплопередачи для наклонной стенки аппарата вычисляют с углом

"right"> (2.10)

Коэффициент теплоотдачи от поверхности паровой рубашки к суслу б2 находим по формуле [3]:

"right">, (2.11)

где Nu - определяемый критерий теплообмена Нуссельта, который равен:

"right">, (2.12)

где Reмеш - критерий Рейнольдса мешалки сусловарочного аппарата;

Pr - критерий Прандтля;

мсусла и мст - коэффициенты динамической вязкости сусла при средней температуре и при температуре стенки аппарата соответственно, Па·с.

Для рассчитываемого сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5 выбираем мешалку типа лопастная, основные размеры которой приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристика мешалки для сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5

Тип мешалки

Характеристика мешалки при H/D=1

Характеристика сосуда

ГD=D/dм

в =b/dм

hм/dм

угол наклона

Без перегородок

Двухлопастная

2

0,1

0,33

900

То есть диаметр мешалки dм равен:

"right"> (2.13)

Принимаем стандартный диаметр мешалки по ГОСТ 20680-75:

.

Ширина лопасти мешалки b равна:

"right"> (2.14)

Высота установки мешалки hм:

"right"> (2.15)

Критерий Рейнольдса мешалки можно вычислить по формуле:

"right">, (2.16)

где

nмеш.-частота вращения мешалки, с-1, nмеш. = 0,67 с-1.

- вязкость сусла, определяем как вязкость суспензии, состоящей из взвешенных твердых частиц и воды:

"right">, (2.17)

где мв - коэффициент динамической вязкости воды, Па·с;

- объемная доля дисперсной фазы, м33 . е<0,1 , примем е=0,06.

При средней температуре кипения сусла t=105 (по условию)

мв=0,26910-3Па

Тогда

Согласно формуле (2.16) критерий Рейнольдса мешалки равен:

Критерий Прандтля находят по формуле:

"right">, (2.18)

где лсусла - коэффициент теплопроводности сусла

лсусла = 0,635 Вт/(м·К)

Ссусла - удельная теплоемкость сусла, кДж/(кг·К)

Удельная теплоёмкость сусла равна:

"right">, (2.19)

где С0 - удельная теплоемкость сухих веществ, С0=1,42 кДж/(кг·К);

Св - удельная теплоёмкость воды, Св = 4,19 кДж/(кг·К);

Wн -содержание влаги в начальном сусле, % .

Wн= 100-Вн=100-9,5=90,5%

Тогда

"right">. 1

Коэффициент динамической вязкости при температуре стенки аппарата

tст = 128,9 оС:

"right">1

А значит критерий Нуссельта, исходя из формулы (2.12) равен:

"right">1

А по формуле (2.11):

Коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке с учетом потерь теплоты за счет образующегося на внутренней поверхности аппарата осадка

по формуле (2.6) равен:

Исходя из проделанных выше расчетов определяем необходимую площадь поверхности нагревания сусловарочного аппарата по формуле (2.3) равна:

Площадь поверхности теплопередачи на 1м3 полезной вместимости аппарата со стальным днищем:

"right"> (2.20)

Так как полученная удельная площадь поверхности теплопередачи больше, чем Fкот1=1,2 , считаем, что аппарат работает в нормальных условиях.

Делись добром ;)