Дипломная работа: Выпарная установка для концентрирования квасного сусла

Сумма гидростатических депрессий равна:

Температурную депрессию определим, зная температуру кипения в корпусе АВ1:

Сумма температурных депрессий равна:

Расчёт полезной разности температур

Необходимым условием передачи тепла в корпусе АВ1 является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.

Полярные разности в корпусе АВ1:

Общая полезная разность температур:

Проверим общую полярную разность температур:

Определение пароотбора в корпусе АВ1

Расход пара на подогревание рассчитываем по формуле:

где  - масса квасного сусла, кг;

 - теплоёмкость квасного сусла, Дж/кгК;

 - начальная и конечная температуры квасного сусла,C;

 - коэффициент потерь теплоты;

- энтальпия вторичного пара, Дж/кг;

 - теплоёмкость конденсата, Дж/кгК;

 - температура конденсата,C;

 - удельная теплота конденсации вторичного пара,

Дж/кг.

Количество пара, отбираемого у АВ1:

Расход экстра - пара:

2.1.2 Основное уравнение материального баланса:

где  - расход греющего пара, кг/ч;

- коэффициент испарения для -ого корпуса:

- коэффициент самоиспарения для -ого корпуса:

где  - энтальпия соответственно греющего пара, конденсата и вторичного пара, Дж/кг;

 - температура кипения,С;

 - теплоёмкость растворителя и раствора, Дж/кгК;

- коэффициент, учитывающий потери тепла,

Для расчёта используем метод Тищенко И.А., учитывающий самоиспарение раствора, а также то обстоятельство, что  и

После преобразования получаем:

где  - коэффициенты, значения которых зависят от числа корпусов и теплового режима установки.

Расход греющего пара для корпуса АВ1:

Количество выпаренной воды в корпусе АВ1:

Производительность установки по выпариваемой воде равна:     , что соответствует заданному значению. Расчёт выполнен верно.

Концентрация квасного сусла:

Количество квасного сусла, выходящего из корпуса АВ1:

Материальный баланс для всей установки имеет вид:

где  - расход квасного сусла, поступающего на установку, кг/ч;

 - расход квасного сусла, удаляемого из аппарата, кг/ч.

Проверим выполненные расчёты:

Из этого равенства видно, что расчёт выполнен верно.

При кипении водных растворов можно принять удельную

тепловую нагрузку:      

Тогда поверхность теплопередачи корпуса АВ1

ориентировочно будет равна:

Согласно ГОСТ 11987 - 81 по рассчитанной поверхности теплопередачи, выбираю поверхность выпарного аппарата АВ1. Выбираю выпарной аппарат АВ1 с поверхностью нагрева 200 м2, размером греющих труб 3824000 мм и количеством греющих труб 419 штук.

2.2 Определение основных размеров технологического оборудования выпарной установки АВ1

Исходные данные для расчёта:

- давление греющего пара         ;

- давление вторичного пара        ;

- количество греющего пара        ;

- количество вторичного пара       ;

- температура греющего пара       ;

- теплота испарения греющего пара  ;

- вязкость греющего пара           ;

- плотность греющего пара          .

Физические константы конденсата при температуре кипения:

- вязкость                                   ;

- плотность                                 ;

- теплопроводность                          ;

- температура вторичного пара                 ;

- скрытая теплота парообразования вторичного ;

пара

- плотность вторичного пара                   ;

- вязкость вторичного пара                    ;

- температура квасного сусла                  .

Физические свойства квасного сусла:

- коэффициент динамической вязкости         ;

- коэффициент кинематической вязкости        ;

- теплоёмкость                             ;

- теплопроводность                         ;

- плотность                                ;

- плотность орошения (часовая)               .

Плотность орошения:

2.2.1 Расчёт коэффициента теплопередачи выпарного аппарата АВ1

Критерий Рейнольдса для определения режима:

Температура плёнки конденсата:

Отношение

Температура стенки:

Частный температурный напор:

Значение

Значение

При  меньше  режим ламинарный волновой.

Коэффициент теплоотдачи ламинарный:

где  - коэффициент, равный .

Коэффициент теплоотдачи:

где - поправка;

 - поправка, равная .

Значение Рейнольдса для раствора квасного сусла:

Критерий Прандтля для раствора квасного сусла:

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи Нуссельта:

где  - толщина плёнки.

Коэффициент теплопередачи (расчётный):

Коэффициент теплопередачи, принятый с учётом влияния коэффициента термических сопротивлений и влияния неконденсирующихся газов:

где - величина коэффициента термического сопротивления;

 - коэффициент, учитывающий влияние неконденсирующихся газов.

2.2.2 Определение поверхности нагрева выпарного аппарата АВ1

Величина теплового потока:

Полезная разность температур в корпусе АВ1:

Поверхность нагрева (расчётная):

Поверхность нагрева (принятая):

2.2.3 Определение конструктивных размеров выпарного аппарата АВ1

Диаметр греющих труб (наружный):

 который принят конструктивно.

Толщина греющих труб:

 которая принята конструктивно.

Длина греющих труб:

 которая принята конструктивно.

Количество греющих труб:

Диаметр сепаратора (расчётный):

где - допустимая скорость вторичного пара в сепараторе из опыта эксплуатации подобных систем для пенящихся растворов.

Диаметр сепаратора (принятый):

 который принят конструктивно.

Действительная скорость вторичного пара в сепараторе:

Диаметр штуцера входа парогазовой смеси в сепаратор (расчётный):

где - допустимая скорость пара в штуцере.

Диаметр штуцера (принятый):   

Скорость пара в штуцере (действительная):

Высота сепаратора:  которая принимается с учётом практических данных эксплуатации подобных систем.

3 ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЁТЫ

Исходные данные для расчёта:

- давление рабочее (абсолютное) в аппарате, МПа       

- температура рабочей среды,С                     

- материал конструкции                         

- допустимое напряжение, МПа                     

- диаметр, мм                                                     

- диаметр укрепляемого отверстия, мм                

- скорость коррозии, мм/год                                  

- срок службы, лет                                                

3.1 Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки аппарата

Давление расчётное сепаратора (наружное):

Определение толщины стенки цилиндрической обечайки, работающей под наружным давлением

   Толщину стенки цилиндрической обечайки определяем по формуле:

где - расчётная толщина стенки цилиндрической обечайки:

где - коэффициент, который определяем по номограмме

где - коэффициент запаса устойчивости в рабочих условиях:

- модуль упругости стали при

где - расчётная длина цилиндрической обечайки:

Зная , найдём :

- конструктивная прибавка, которая определяется по формуле:

где - прибавка для компенсации коррозии и эрозии;

- прибавка для компенсации минусового допуска;

- технологическая прибавка.

Толщина стенки цилиндрической обечайки сепаратора определяется по формуле:

Проверка области применения расчётных формул:

- условие выполняется.

Определение допускаемого давления в аппарате (наружного):

так как полученное значение коэффициента  лежит ниже соответствующей штрихпунктирной линии  

Условие выполняется так как

3.2 Расчёт толщины стенки эллиптического отбортованного днища, работающего под наружным давлением

Толщину стенки приближённо определяем по формуле:

где .

Радиус кривизны в вершине днища равен:

где - для эллиптических днищ с  

Для предварительного расчёта  принимают равным  для эллиптических днищ.

Толщина стенки эллиптического отбортованного днища определяется по формуле:

Принимаем стандартную толщину стенки эллиптического днища:

Проверка области применения расчётных формул:

- условие выполняется.

Допускаемое наружное давление  следует рассчитывать по формуле:

где допускаемое давление  из условия прочности:

а допускаемое давление  из условия устойчивости в пределах упругости:

Допускаемое наружное давление:

Коэффициент  следует определять в соответствии с  или по формуле:

где

3.3 Укрепление отверстия в цилиндрической обечайке сепаратора, работающего под внутренним давлением

Определение расчётного диаметра укрепляемого отверстия:

где принимаем  

Для цилиндрической обечайки тогда   

Проверка на необходимость укрепления отверстия.

Так как то данное отверстие требует укрепления.

Укрепление отверстия внешним штуцером. Условие укрепления отверстия внешним штуцером выражается следующим неравенством:

где  

принимаем (потому что материал стенки обечайки и штуцера одинаков).

Находим - расчётную толщину стенки штуцера:

Исполнительная толщина стенки штуцера:

Определяем - наибольший диаметр отверстия, которое не требует дополнительного укрепления:

Находим - расчётную ширину зоны укрепления цилиндрической обечайки в окружности отверстия:

Определяем - расчётную длину внешней части цилиндра:

где - внешняя длина цилиндра, которая выбирается конструктивно в зависимости от внутреннего диаметра штуцера.

Принимаем

Подставляем:

- условие не выполнилось.

Укрепление отверстия с помощью накладного кольца

Расчётная ширина накладного кольца:

где- расстояние от внешнего диаметра штуцера до ближайшего конструктивного элемента,   

Принимаем      

Подставляем:

 - условие не выполнилось.

Тогда с шагом  последовательно увеличиваем толщину накладного кольца  соответственно с уравнением  пока

Увеличивая до удаётся выполнить условие укрепления отверстия.

Подставляем:

- условие выполнено.

Таким образом, для укрепления отверстия диаметром  на цилиндрической обечайке  при расчётном давлении в аппарате  необходимо применять внешний штуцер с толщиной стенки при его длине  не менее  и накладное кольцо толщиной при ширине его  не меньше   

3.4 Расчёт опоры

Масса аппарата толщина корпуса число опор конструктивная прибавка диаметр аппарата   

Рассчитываем нагрузку на одну опору по формуле:

В соответствии с нагрузкой  находим параметры опоры:

Данный выпарной аппарат установлен на цилиндрической опоре. Была выбрана стандартная цилиндрическая опора        по ОСТ 26 - 467- 88, в зависимости от нагрузки  и диаметра аппарата

Однако может создаться ситуация, когда необходимо данный аппарат установить на опору - лапу. Проверим прочность цилиндрической обечайки сепаратора под опорой - лапой с накладным кольцом.

Определяем момент относительно опорной поверхности лапы:

Определяем толщину стенки аппарата в конце срока службы:

где - дополнительная прибавка.

Нагрузка на одну опору определяется по уравнению:

где - коэффициенты, зависящие от числа опор.

Проверка прочности стенки аппарата под опорой - лапой без накладного кольца.

Определяем осевые напряжения от внутреннего давления  и изгибающего момента  по формуле:

Окружные усилия от внутреннего давления:

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок:

Определение максимального мембранного напряжения от основных нагрузок реакции опоры по формуле:

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры:

Условие прочности имеет вид:

- условие выполняется.

коэффициент принят исходя из эксплуатационных условий.

Таким образом, при необходимости установить данный выпарной аппарат на опору - лапу, необходимо выполнить накладной лист толщиной . Для данного аппарата была выбрана такая опора - лапа: опора 1 - 10000 ОСТ 26 - 665 - 89.

3.5 Расчёт фланцевого соединения

Толщина стенки аппарата ; внутреннее рабочее давление ; температура ; материал фланца 08Х18Н10Т; допускаемое напряжение ; модуль продольной упругости ; материал болтов сталь 35; модуль продольной упругости ; предел текучести материала фланца ; предел прочности ; предел текучести материалов болтов ; толщина стенки втулки ; конструктивная прибавка     

Допускаемое напряжение для материала фланца в сечении:

- для рабочих условий:

;

- для условий испытания:

Допускаемое напряжение для материала болтов:

где

Расчёт геометрических параметров фланцевого соединения:

- длина цилиндрической втулки для фланца.

Диаметр болтовой окружности фланцев:

Наружный диаметр фланцев всех рассматриваемых типов:

где - конструктивная прибавка для размещения гаек по диаметру фланца.

Наружный диаметр прокладки:

где - конструктивный размер.

Наружный диаметр бурта:

Средний диаметр прокладки:

где - ширина прокладки.

Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:  

где - рекомендуемый шаг расположения болтов.

Ориентировочная толщина фланца:

где - эквивалентная толщина втулки;  

Расчёт коэффициента жёсткости фланцевого соединения

Определение безразмерных параметров фланца:

Определение угловой податливости фланца:

Угловая податливость плоской фланцевой крышки:

Угловая податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом:

Плечи моментов:

Податливость прокладки:

Линейная податливость болтов для рассматриваемых фланцев:

- длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки;

- для болта;

- для шпильки.

Коэффициент жёсткости фланцевого соединения, нагруженного внутренним давлением и внешней осевой силой:

Коэффициент жёсткости фланцевого соединения, нагруженного внешним изгибающим моментом:

Расчёт нагрузок

Нагрузка, действующая на фланец от внутреннего избыточного давления:

Реакция прокладки в рабочих условиях:

где - эффективная ширина прокладки;

Нагрузка, возникающая от температурных деформаций:

Болтовая нагрузка в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:

Приращение нагрузки в болтах в рабочих условиях:

Расчёт болтов

Условия прочности болтов:

Расчёт прокладок и фланца

Условия прочности прокладок проверяются для мягких прокладок:

    Угол поворота фланца при затяжке:

Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях:

Меридиональные напряжения в обечайке на наружной и внутренней поверхности при затяжке:

Приращение меридиональных напряжений в обечайке:

    Определение напряжений в обечайке при затяжках:

Приращение окружных напряжений в обечайке на наружных и внутренних поверхностях:

Условия прочности фланцев при расчёте статической прочности:

- при затяжке:

- в рабочих условиях:

Требования к жёсткости:

, что меньше чем ;

, что больше чем  - условие жёсткости выполняется.

4 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА УСТАНОВКИ

Для изготовления основных деталей сборочных единиц    аппарата АВ1 применяем сталь 08Х22Н6Т, ГОСТ 5632 - 82.

Эта сталь относится к коррозионно-стойким сталям аустенитно-ферритного класса. Стали этого типа получили широкое применение в различных отраслях промышленности, и прежде всего в пищевой, в качестве коррозионно-стойкого и окалино-стойкого материала. Это объясняется прочностью, высокой пластичностью, немагнитностью, повышенными механическими свойствами при высоких температурах, хорошей свариваемостью, а также высокой прочностью и пластичностью в сварных соединениях.

Назначение - сварная аппаратура, работающая в средах повышенной агрессивности.

Стали аустенитно-ферритного класса, характеризующиеся высоким содержанием хрома (18 - 22%), имеет двухфазную аустенитно-ферритную структуру. Дополнительные легирующие элементы Mo, Cu, Ti. Химический состав этих сталей таков, что соотношение аустенита и феррита после оптимальной термической обработки составляет примерно 1:1.

У сталей аустенитно-ферритного класса ряд преимуществ по сравнению с аустенитными сталями: более высокая (в 1,5 - 2 раза) прочность при удовлетворительной пластичности и сопротивляемости действию ударных нагрузок, большая стойкость против межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания.

Недостаток сталей аустенитно-ферритного класса – склонность к охрупчиванию в результате нагрева в интервале температур 400-750 С, при которых их эксплуатация не рекомендуется.

Химический состав стали 08Х22Н6Т, %:

Характеристика механических свойств и режимы термической обработки:

- температура ковки,C: начала 1220, конца 900;

- сечения до 300 мм – охлаждаются на воздухе;

- свариваемость - способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС и ЭШС;

- временное сопротивление 600-700 МПа;

- предел текучести (условный) 350 МПа;

- относительное удлинение после разрыва 16-25%;

- относительное сужение после разрыва не менее 45%.

Для пищевой промышленности такое свойство стали, как коррозионная стойкость является очень важным. Это обусловлено тем, что квасное сусло является агрессивной средой, а также необходимостью частого мытья и удаления накипи из аппарата. Эмалированные поверхности не являются в данном случае идеальными, так как возможны сколы эмали, алюминиевые материалы не подходят из-за возможности образования царапин, в которых развивается неблагоприятная для квасного сусла микрофлора.

В этом случае, в виду невысоких рабочих температур и условий протекания процесса, данный материал является оптимальным выбором.

5 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА

Цивільна оборона - це складова частина загальнодержавної системи заходів, яку проводять як у мирні так і у воєнні часи, з метою попередження, захисту та порятунку людей у надзвичайних ситуаціях.

ВЗРЫВ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

При взрыве газовоздушной смеси образуется очаг взрыва с ударной волной, вызывающей разрушение зданий, сооружений и оборудования аналогично тому, как это происходит от ударной волны ядерного взрыва

В очаге взрыва газовоздушной смеси принято выделять три круговые зоны: I - зона детонационной волны; II - зона действия продуктов взрыва; III - зона воздушной ударной волны.

Зона детонационной волны (зона I) находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны , м, приближённо может быть определён по формуле:

где  - количество сжиженного углеводородного газа, т.

В пределах зоны I действует избыточное давление, которое может приниматься постоянным,

Зона действия продуктов взрыва (зона II) охватывает всю площадь разлёта продуктов газовоздушной смеси в результате её детонации. Радиус этой зоны  

Избыточное давление в пределах зоны II  изменяется от 300 до 1350 кПа и может быть определено по формуле:

где  - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

В зоне действия воздушной ударной волны (зона III) формируется фронт ударной волны, распространяющейся по поверхности земли. Избыточное давление в зоне III  в зависимости от расстояния до центра взрыва  может быть определено по графику или рассчитано по формулам.

Страницы: 1, 2, 3, 4