методика расчета многокорпусной выпарной станции с учетом технологической схемы переработки свеклы на сахар-песок

Автор: Науменко Татьяна Владимировна
Должность: преподаватель
Учебное заведение: ГБПОУ КК КТК
Населённый пункт: г.Краснодар
Наименование материала: Методические указания к расчетным работам по курсу "Проектирование предприятий"
Тема: методика расчета многокорпусной выпарной станции с учетом технологической схемы переработки свеклы на сахар-песок
Раздел: среднее профессиональное

Министерство образования, науки и молодежной политики

Краснодарского края

государственное бюджетное профессиональное образовательное

учреждение Краснодарского края

«КРАСНОДАРСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

РАСЧЕТ ВЫПАРНОЙ СТАНЦИИ

САХАРНЫХ ЗАВОДОВ

Методические указания к расчетным работам по курсу

"Проектирование предприятий", по курсовому и дипломному

проектированию для студентов всех форм обучения

специальности 19.02.04 Технология сахаристых продуктов

Краснодар 2021

УДК 664.1

ББК 36.84я723

Н 34

Т.В. Науменко

Методические указания «Расчет выпарной станции сахарных заводов»

разработаны в соответствии с требованиями ФГОС СПО по специальности

19.02.04 Технология сахаристых продуктов, утвержденного Министерством

образования и науки Российской Федерации приказ № 374 от 22.04.2014г

В методических указаниях предложена методика расчета многокорпус-

ной выпарной станции с учетом технологической схемы переработки свеклы

на сахар-песок. Дан пример расчета для типовой технологической схемы и

нормативные показатели.

Пособие предназначено для студентов ссузов, обучающихся по направ-

лению

подготовки

специалистов

среднего

звена

«Технология

сахаристых

продуктов», и будет полезно преподавателям – руководителей курсового и

дипломного проектирования, а также для проведения практических занятий

по дисциплине МДК.01.01 Технология получения свекловичного сахара

Рецензенты:

Яндолина Е.В., главный технолог ООО «Динск-Сахар»

ВВЕДЕНИЕ

Многокорпусная выпарная станция (МВС) на сахарном заводе является

наиболее крупным потребителем тепла, а также источником вторичных паров,

используемых для нагрева технологических потребителей. Она занимает цен-

тральное место в тепловой схеме.

Расчет невозможен без знания технологической схемы, так как работа

МВС связана с технологическими процессами переработки свеклы.

Снижение производительности МВС за счет неверного расчета приво-

дит к снижению производительности сахарного завода, ухудшению качества

готового продукта, к перерасходу топлива.

В данном методическом пособии представлена методика расчета вы-

парной станции, установленной в типовой технологической схеме переработ-

ки свеклы.

На основании предложенной методики произведен пример расчета МВС

для сахарного завода мощностью 4500 тонн свеклы в сутки.

1. ЗАДАЧИ РАСЧЕТА

В результате расчета должны быть получены размеры поверхностей

нагрева корпусов МВС.

Расчет МВС основан на применении уравнений материального и тепло-

вого баланса и содержит три основных раздела:

- определение количества выпаренной воды;

- определение термических сопротивлений корпусов;

- расчет поверхности нагрева.

Исходя из вышеизложенного необходимо последовательно:

1. Определить расход пара на технологические потребители в соответ-

ствии с выбранной технологической схемой.

2. Рассчитать общую разность температур и с учетом потерь - общую

полезную разность температур.

3. Распределить полезную разность температур по корпусам МВС.

4. Составить схему распределения вторичных паров по технологиче-

ским потребителям.

5. Определить количество воды, выпаренной по корпусам и в МВС.

6. Вычислить коэффициенты теплопередачи с учетом термического со-

противления.

7. Определить размеры поверхностей корпусов МВС.

8. Уточнить напряжение поверхности нагрева и полезный перепад тем-

ператур.

9. Уточнить размеры поверхностей корпусов МВС.

2. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВЫПАРЕННОЙ ВОДЫ

2.1. Определение расхода пара на технологические

потребители

Расход пара на технологические потребители зависит от технологической

схемы переработки свеклы. В настоящее время в качестве типовой /1 / принята

схема с прогрессивной преддефекацией, холодно-горячей дефекацией, первой и

второй сатурацией с отделением осадка между ними и после второй сатурации,

сульфитацией, выпариванием и увариванием утфелей в два продукта (рис. 1.)

Отделение осадка Диффузия

Сульфитация Преддефекация

К. фильтрация Ос.хол дефекация

Подогреватель Подогреватель

МВС Ос. гор. дефекация

Сульфитация 1-я сатурация

К. фильтрация Подогреватель

В/А 1 Отделение осадка

белый В/Ф

сахар Подогреватель

В/А 2 осадок Дефекация

меласса Клеровка 2-я сатурация

Рисунок 1 - Технологическая схема

Потребителями тепла в этой схеме являются диффузионные аппараты,

подогреватели питательной воды, подогреватели между холодной и горячей

ступенями дефекации, подогреватели перед отстойниками сока 1-й стурации,

подогреватели

перед

2-й

сатурацией,

подогреватели

перед

МВС,

вакуум-

аппраты первого и второго продуктов, подогреватели сиропа с клеровкой и

сиропа в сборниках.

Для определения расхода пара на технологические потребители необхо-

димо выполнить расчет продуктов в основных отделениях сахарного завода /

2/.

Экономичность работы МВС определяется кратностью испарения, то

есть отношением количества выпаренной воды к количеству греющего пара

на первый корпус выпарки. Кратность испарения тем выше, чем больше вто-

ричных паров отбирается с последних ступеней МВС. Поэтому подогреватели

принято разбивать на группы, каждая из которых обогревается вторичным па-

ром из разных ступеней МВС. При выборе ступени МВС необходимо чтобы

конечная температура нагреваемого продукта была на 10-12

С ниже темпера-

туры вторичного пара с этой ступени.

Количество продуктов и температурный режим их нагрева с учетом раз-

деления по группам с указанием предварительного распределения вторичных

паров заносятся в таблицу 1.

Таблица 1 - Температурный режим нагрева продуктов

Продукты

Количество

продуктов,%

СВ,

Темпера-

туры

С t

Греющий

пар

Свекловичная стружка

Жомопрессовая вода

Питательная вода

Диффузионный

сок

подогревателях:

1-я группа

2-я группа

Сок 1-й сатурации перед

фильтрацией

Сок перед 2-й сатураци-

ей в подогревателях:

1-я группа

2-я группа

100

Продолжение табл. 1

Продукты

Количество

продуктов,%

СВ,

Температуры,

Греющий

пар

Сок перед МВС в по-

догревателях:

1-я группа

2-я группа

3-я группа

Сироп с клеровкой

Вакуум-аппараты:

1-го продукта

2-го продукта

1-й оттек утфеля 1

2-й оттек утфеля 1

По количеству продуктов и температурным режимам вычисляют коли-

чество тепла и пара на их обогрев.

Расход пара (Д) в % к массе свеклы на подогреватели определяется по

формуле 2.1.

пр

кпр

нпр

(

)





(2.1)

где А

пр

- количество продукта, подвергающегося нагреву,

% к массе свеклы;

пр

- теплоемкость продукта, кДж./(кг

С);

нпр

температура продукта до подогревателя,

С;

кпр -

температура продукта после подогревателя,

С;

r - скрытая теплота парообразования при темпера-

туре вторичного пара, кДж/кг.

Расход пара на паровые рубашки диффузионного аппарата определяется

из уравнения теплового баланса.

Приход тепла:

Cо стружкой:

пр





(2.2)

где Q

стр -

тепло, вносимое в аппапрат стружкой;

стр -

количество стружки, % к массе свеклы;

стр

- теплоемкость стружки, кДж/(кг

С).

стр

- температура стружки,

С.

С питательной водой:

пв

С t





(2.3)

где Q

пв

- тепло, вносимое в аппарат питательной водой;

пв -

количество питательной воды, определяемое из

уравнения материального баланса, % к массе свеклы,

пв

дс

сж

стр







(2.4)

где А

дс

- количество диффузионного сока, % к массе свеклы;

сж

- количество сырого жома, % к массе свеклы ( для

наклонных диффузионных аппаратов А

сж

= 80%).

В случае возврата жомопрессовой воды (А

жв

) в диффузионный аппарат,

% к массе свеклы,

пв

бв





(2.5)

где А

бв

- количество барометрической воды,% к массе

свеклы;

ож

сж

СВ

















(2.6)

где Св

сж

- массовая доля сухих веществ в сыром жоме,%;

Св

ож

- массовая доля сухих веществ в отжатом жоме,%.

С паром в паровые камеры:

пар





(2.7)

где Q

пар -

количество пара, % к массе свеклы;

энтальпия пара, Дж/кг.

Тогда общий приход тепла определяется как сумма теплот вносимых в

аппарат

прих





. (2.8)

Унос тепла из диффузионного аппарата:

c диффузионным соком

дс





(2.9)

где С

дс

- теплоемкость диффузионного сока, кДж/(кг

С);

дс

- температура диффузионного сока,

С ( для наклонных

диффузионных аппаратов t

дс

= 40 -50

C),

с неотжатым жомом

сж





(2.10)

где С

сж

- теплоемкость неотжатого жома, кДж/(кг

С);

сж

- температура неотжатого жома,

С;

с конденсатом пара из паровых рубашек:

кон





(2.11)

где С

кон

- теплоемкость конденсата, кДж/(кг

С);

кон

- температура конденсата,

С;

потери тепла в окружающую среду:

пот

1,8 10





кДж.

Из условия теплового баланса, тепло вносимое в аппарат равно теплу

уносимого из него.

Определим количество пара (Дпар) в паровые рубашки:

дс

сж

пот

стр

пв

пар

кон











(2.12)

Расход пара на обогрев вакуум-аппаратов определяется по количеству

воды, выпаренной в них.

Для двухкристаллизационной схемы уваривания продуктов расход пара

на вакуум-аппараты первого продукта (Д

) равен:

сир

кл

б11

сир

кл

б11

у1

1,1

СВ















































































(2.13)

где А

сир

, А

кл

, А

б11

- количество сиропа, клеровки и второго оттека

утфеля 1, возвращаемого на уваривание утфеля 1, % к массе свеклы;

Св

у1

, Св

сир

, Св

кл

, Св

бп

- массовая доля сухих веществ в соответствующих

продуктах, % к массе свеклы.

Расход пара на вакуум-аппараты второго продукта (Д

) определяется

как:

СВ

зп

1,1

зп

б12

СВ

у2

























































(2.14)

где А

зп

, А

бп1.2

- количество первого и второго оттеков, направляемых

на уваривание утфеля 2, % к массе свеклы;

СВ

зп

, Cв

у2

- массовая доля сухих веществ в первом оттеке и в утфеле 2,

% к массе свеклы.

В настоящее время на сахарных заводах в продуктовом отделении при-

меняется технологическая схема с увариванием последнего продукта на кри-

сталлической основе предыдущего. В этом случае расход на вакуум-аппараты

первого и промежуточного продуктов рассчитывается как и для двухкристал-

лизационной схемы, а для вакуум-аппаратов конечного продукта (Д

) по

формуле:

СВ

у2

СВ

зп2

1,1

зп2

унк

СВ

ук

























































(2.15)

где А

зп2

, А

унк

- количество первого оттека промежуточного утфеля и

количество промежуточного утфеля направляемого качестве кристаллической

основы на уваривание конечного утфеля, % к массе свеклы;

Св

зп2

, Св

ук

- массовая доля сухих веществ в первом оттеке промежуточ-

ного утфеля и в конечном утфеле, % к массе свеклы.

2.2. Температурные режимы работы МВС

На сахарных заводах получили распространение МВС четырехступен-

чатые под разрежением с концентратором и пятиступенчатые под разрежени-

ем.

Наиболее распространенный тип МВС - четырехступенчатая под разре-

жением с концентратором. Преимуществом такой станции является увеличен-

ная испарительная способность ( по сравнению с трехступенчатой), больший

общий перепад температур и повышенная устойчивость при колебаниях в от-

боре вторичных паров. Она предусматривает испарение 95-100% воды к массе

свеклы.

Температурный режим данной МВС представлен в табл.2.

Таблица 2- Температурный режим 4-х ступенчатой выпарной станции

Показатели

Корпуса МВС

Концен-

тратор

Температура греющего пара,

Полезная разность температур,

Температура кипения,

Температурная депрессия,

Температура вторичного пара,

Гидравлическая депрессия,

Температура конденсата,

Скрытая теплота парообразования

при температуре конденсации,

кДж/кг

132

126

0.5

125.5

130

2174

24.5

7.5

117

1.0

116

122.5

2195

115

10.5

104.5

2.5

102

113

2222

101

4.0

2259

15.6

68.4

3.4

Пятиступенчатая МВС под разрежением обладает повышенной кратно-

стью испарения и большей температурой греющего пара в первом корпусе.

Она применяется при высоких откачках диффузионного сока. Основной ее

недостаток - громоздкость из-за большего числа аппаратов и трудности в ис-

пользовании вторичных паров последних корпусов из-за их низкой темпера-

туры. В настоящее время при проектировании новых заводов пятиступенчатая

МВС рекомендуется в качестве типовой.

Температурный режим данной МВС представлен в табл.3.

Таблица 3-Температурный режим 5-и ступенчатой выпарной станции

Показатели

Корпуса МВС

Температура греющего пара,

Полезная разность температур,

Температура кипения,

Температурная депрессия,

Температура вторичного пара,

Гидравлическая депрессия,

Температура конденсата,

Скрытая теплота парообразования

при температуре конденсации,

кДж/к

136

130

0.5

129.5

1.0

134

2162

128.5

120.5

0.5

120

1.0

126.5

2187

119

111

1.0

110

1.0

117

2211

109

9.5

99.5

2.5

1.0

107

2218

6.5

89.5

4.0

85.5

1.0

2272

2.3. Расчет количества выпаренной воды

Из очищенного сока в МВС выпаривается вода и получается сироп с со-

держанием сухих веществ в нем равным 65%. Количество воды, которое

необходимо выпарить определяется из уравнений материального баланса по

потокам и содержанием сухих веществ. Совместное их решение позволяет

определить требуемое количество воды (W

тр

)

СВ

сир

очс

тр

















(2.16)

где А

очс

- количество очищенного сока, поступающего на МВС, % к

массе свеклы;

Св

очс

, Св

сир

- массовая доля сухих веществ в очищенном соке и си-

ропе, % к массе свеклы.

Реальное количество воды, выпариваемое в МВС, зависит от отбора

вторичных паров. Поэтому отбор необходимо осуществить так, чтобы он при-

вел к выпариванию требуемого количества. Расчет проводится без учета ко-

эффициентов испарения и самоиспарения, так как они не оказывают суще-

ственного влияния на выбор поверхности теплообмена корпусов МВС ( стан-

дартные поверхности отличаются друг от друга в ряду на 10-15%, а уменьше-

ние поверхности теплообмена за счет эффекта самоиспарения не более чем на

5% ). В соответствии с предварительным распределением вторичных паров на

технологические потребители тепла (табл.1) проводится расчет действитель-

ного количества выпаренной воды (табл.4).

Таблица 4- Расчет количества вторичных паров

Технологические потребители

тепла

Ретур

пар

Корпуса МВС

Подогреватели питательной воды

Паровые камеры диффузионного аппарата

Подогреватели диффузионного сока:

1-я группа

2-я группа

Подогреватель сока перед отстойниками

Подогреватели сока перед 2-й сатурацией:

1-я группа

2-я группа

Продолжение таблицы 4

Технологические потребители

тепла

Ретур

пар

Корпуса МВС

Подогреватели сока перед МВС:

1-я группа

2-я группа

3-я группа

Подогреватели сиропа

Вакуум-аппараты

Подогреватели оттеков

Калорифер сушки



х - рекомендуемый вторичный пар для обогрева технологических по-

требителей.

В таблице 4 необходимо просуммировать величины отбора паров по

корпусам МВС, то есть определить Е

, Е

и Е

Чтобы МВС была экономичной не должно быть отбора паров на кон-

центратор.

Поэтому количество выпаренной воды в четвертом корпусе МВС равно

количеству вторичных паров с этого корпуса:



(2.17)

Тогда количество воды, выпаренное в третьем корпусе равно:





(2.18)

во втором корпусе





(2.19)

и в первом корпусе





(2.20)

Действительное количество воды (W

) выпаренное в МВС равно сумме

выпаренной воды по корпусам:





(2.21)

Сравниваем требуемое количество (W

тр

) с действительным. Если эти

показатели равны, то распределение вторичных паров осуществлено верно и

можно приступать к определению поверхностей нагрева МВС. Если эти пока-

затели не равны, то необходимо перераспределить отбор вторичных паров.

При этом следует иметь в виду;

1) при переносе пароотбора на корпус ниже количество выпаренной во-

ды увеличивается;

2) при переносе пароотбора на корпус выше количество выпаренной во-

ды уменьшается и ухудшаются экономические показатели работы МВС;

3) при переносе пароотбора на корпус ниже разность температур вто-

ричного пара и конечной температуры нагреваемого потребителя тепла не

должна быть меньше 10

С.

Важным показателем работы МВС является кратность испарения:

ис



(2.23)

Максимальная кратность испарения МВС равна количеству корпусов.

Поэтому чем больше кратность испарения, тем меньше тепла потребляет

МВС.

3. РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА КОРПУСОВ

3.1. Определение напряжения поверхности нагрева

Расчет поверхности нагрева корпусов проводят итерационным методом.

Вначале задаются напряжением поверхности нагрева по испаряемой во-

де (U), т.е. количеством воды, выпариваемой с 1 м

поверхности нагрева в

единицу времени.

В качестве нормальных значений напряжений поверхностей нагрева для

предварительного расчета можно рекомендовать следующие:

для четырехступенчатой МВС с концентратором:

1-й корпус - 20-30 кг/(м

ч);

2-й корпус - 16-20 кг/(м

ч);

3-й корпус - 10-15 кг/)м

ч);

4-й корпус - 6- 9 кг/(м

ч);

для пятиступенчатой МВС:

1-й и 2-й корпуса - 20-30 кг/(м

ч);

3-й корпус - 16-20 кг/(м

ч);

4-й корпус - 10-15 кг/(м

ч);

5-й корпус - 6- 9 кг/(м

ч).

По принятым напряжениям поверхности нагрева (Ui) определяем по-

верхность нагрева (Fi, м







(3.1)

где W

- количество воды, испаряемой в i-ом корпусе, % к

массе свеклы;

A - производительность завода, тонн/сутки.

По полученным значениям поверхностей нагрева выбираем стандартное

ближайшее значение (F

icт

Промышленность выпускает выпарные аппараты типа РЗ-ПВА со сле-

дующими техническими характеристиками (табл.5).

Таблица 5- Характеристики выпарных аппаратов

Наименование

Площадь поверхности нагрева, м

1000

1180

1500

1800

2120

2300

Диаметр корпуса, мм

Высота, мм

общая

нижней части

верхней части

Длина

греющих

трубок,

мм

3200

10480

4090

6380

3000

3200

10480

4090

6380

3000

3200

11550

4650

6930

3560

3600

11691

4753

6850

3560

3600

13280

5553

7630

4360

3600

13280

5553

7630

4360

Уточняем напряжение поверхности нагрева:

iсс





(3.2)

3.2. Определение коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи с учетом накипеобразования определяем

из уравнения аддитивности:









ст

сэ





(3.3)

где К

сэ

- среднеэксплуатационный коэффициент теплопере-

дачи, вт/(м

К);



- коэффициент использования поверхности нагрева;



- коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося

пара к стенке, вт/(м

К);



- коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему

продукту, вт/(м

К),



ст

- толщина стенки, м,



ст

- коэфициент теплопроводности стенки, вт/м

К.

Все коэффициенты, входящие в уравнение аддитивности зависят от

напряжения поверхности нагрева. Коэффициенты использования поверхности

нагрева определяются при помощи графиков (рис. 2, 3).



0.9

0.8 1 корпус

0.7

0.6 2 корпус

0.5

0.4 3 корпус

0.3

0.2 4 корпус

0.1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Uкг/(м

ч)

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента использования поверхности

нагрева от величины напряжения корпуса выпарного аппарата для че-

тырехступенчатой МВС с концентратором



0.9

0.8 1 корпус

0.7

0.6 2 корпус

0.5

0.4 3 корпус

0.3

0.2 4-5 корпуса

0.1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Uкг/(м

ч)

Рисунок 3 - Зависимость коэффициента использования поверхнос

нагрева от величины напряжения корпуса выпарного аппарата для пяти-

ступенчатой МВС

Расчетная формула для определения коэффициента теплоотдачи от пара

к стенке (



), в вт/(м

2 0

К), полученная М.А.Кичигиным и Г.Н.Костенко из

уравнения С.С.Кутателадзе, имеет вид:

0.33

(ql)





, (3.4)

где А

- расчетный коэффициент, зависящий от средней

температуры конденсата (рис.4);

q - удельная тепловая нагрузка, дж/м





(3.5)

где r - скрытая теплота парообразования, дж/кг;

l - высота греющей трубки, м.

А*10

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Т

конд

Рисунок 4- Величина расчетного коэффициента А

в зависимости от

температуры конденсата

Для вычисления коэффициента теплоотдачи от станки к нагреваемому

раствору (



) вт/(м

К) можно использовать уравнение:





(3.6)

где А

- расчетный коэффициент, зависящий от физических

параметров раствора и вторичного пара (рис.5).

600

500

400

300

200

100

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Т

кип

Рисунок 5- Зависимость расчетного коэффициента А

от концентрации

сухих веществ и температуры кипения

Содержание сухих веществ в растворе (Св

) в % в любом корпусе МВС

можно вычислить по уравнению:











очс

СВ

(3.7)

где





- количество выпариваемой воды, включая n-й

корпус, % к массе свеклы.

3.3. Определение полезной разности температур и уточнение

поверхности нагрева корпусов

Определив значения среднеэксплуатационных коэффициентов теплопе-

редачи (К

сэi

), находим потребный полезный температурный перепад (



) с

учетом уточненного напряжения поверхности нагрева





3600

сэ

пi







(3.8)

где r

- скрытая теплота парообразования, дж/кг.

СВ=0

СВ=10

СВ=20

СВ=30

СВ=40

СВ=50

СВ=60

СВ=70

Сравниваем значения

пi



с заданными полезными разностями темпе-

ратур (табл.2, 3). Если они получились равными ( или незначительно отлича-

ются друг от друга), то поверхности нагрева корпусов выбраны верно. Если

отличие существенно, то необходимо уточнить напряжение поверхности

нагрева





пi





. (3.9)

По найденному значению

и формулам (3.1 - 3.8) повторяем расчет

до тех пор, пока











пi

(3.10)

или











пi

(3.11)

4. РАСЧЕТ ПЯТИСТУПЕНЧАТОЙ МВС

В примере разобран расчет пятиступенчатой МВС на сахарном заводе

мощностью 4500 тонн свеклы в сутки. В отделении очистки диффузионного

сока принята технологическая схема с отделением осадка до основной дефе-

кации. В кристаллизационном отделении принята двухпродуктовая техноло-

гическая схема с увариванием последнего утфеля на своей кристаллической

основе. Продуктивный расчет выполнен на ЭВМ по усредненным данным,

характерных для сахарных заводов Краснодарского края (табл. 6, 7).

Таблица 6- Продуктовый расчет сокоочистительного отделения

Исходные данные

Сх

стр

= 15.85 П

уд

= 0.35 П

нд

= 0.1 А

= 80 Св

сж

= 8.1 Св

жф

=1.02

Св

ож

= 18.0 W

сж

= 50.0 Э

оч

= 40 П

оч

=0.2 А

ипр

= 0.25 К

дс

= 0.05

и1

=1.75 А

и2

= 0.6 А

из

= 0.9 Пл

из

= 21.1 Пл

сок

=1.05 Щ

=0.1

= 0.02 К

ос

= 30 И

= 2.0 И

= 0.5 И

= 0.2 Дб

дс

=85.35

гр

= 50 А

дс

= 120 А

возв

= 0

Состав и качество продуктов

Продукт

Сх

СВ

Дб

Диффузионный сок

Отжатый жом

Жомопрессовая вода

Барометрическая вода

Преддефекованный сок

Пересатурированный сок

Дефекованный сок

Сок 1-й сатурации

Сок 2-й сатурации

Очищенный сок

120

33.36

46.64

53.36

122.7

122.6

139.3

147.9

135.1

130.5

18.04

16.76

15.4

15.2

15.04

12.84

85.35

90.69

Таблица 7- Продуктовый расчет кристаллизационного отделения

Трехкристаллизационная схема с аффинацией желтого сахара

(уваривание на кристаллической основе)

Наименование продукта

Сх

СВ

Дб

Очищенный сок

Сок на выпарку

Сироп

Клеровка желтого сахара 2

Сироп с клеровкой

Утфель 1

Белый сахар

1-й оттек утфеля 1

1-й оттек утфеля 1 на аффи-

нацию

2-й оттек утфеля 1

Утфель 2

Утфель 2 на утфель 3

Утфель 2 на фуговку

Желтый сахар утфеля 2

1-й оттек утфеля 2

Утфель 3

Желтый сахар утфеля 3

Меласса

Меласса условная

Аффинационный утфель

Аффинированный сахар

Аффинационный оттек

130.63

126.20

24.91

11.46

36.37

25.80

12.92

8.46

4.28

5.17

8.04

5.04

3.01

1.73

1.28

10.30

5.59

4.71

4.54

9.87

5.31

4.56

16.76

16.19

7.45

23.64

12.90

6.85

3.42

3.89

7.32

4.58

2.74

1.69

1.05

9.30

5.44

3.86

6.86

5.19

3.67

15.20

14.57

7.22

21.79

12.88

5.49

2.74

3.44

6.19

3.87

2.31

1.63

0.69

7.34

5.14

2.20

7.88

5.08

2.79

12.84

91.64

99.86

75.22

91.0

97.65

90.28

97.25

89.77

97.89

90.69

96.92

92.17

99.89

80.06

88.51

84.55

96.24

65.71

78.91

94.47

88.90

97.90

76.15

Проводим предварительное распределение технологических потребите-

лей тепла по греющим теплоносителям МВС (табл. 8).

Таблица 8- Температурные режимы нагрева технологических потребителей

Продукты

Колич

продук-

тов,

%мс

СВ,

Пределы

нагрева

С t

Воможный

греющий

агент

Свекловичная стружка

Жомопрессовая вода в подогрева-

телях:

1-я группа

2-я группа

Аммиачные конденсаты

Диффузионный сок в подогрева-

телях преддефекации:

1-я группа

2-я группа

Преддефекованный

сок

подо-

гревателях перед горячей дефека-

цией

Сок в подогревателях перед 2-й

сатурацией:

1-я группа

2-я группа

Сок перед МВС в подогревателях:

1-я группа

2-я группа

3-я группа

4-я группа

Сироп с клеровкой в подогревате-

ле

1-й оттек в подогревателе

2-й оттек в подогревателе

Вакуум-аппараты 1-го продукта

Вакуум-аппараты 2-го продукта

Вакуум-аппараты 3-го продукта

100

46.64

53.36

120

122.7

147.9

126.2

36.37

8.46

5.17

1.02

1.00

15.04

12.8

75.2

100

110

119

100

110

119

130

Конденс.

5 корпус

Конденс.

5 корпус

4 корпус

3 корпус

2 корпус

1 корпус

рет. пар

4 корпус

3 корпус

Используя данные табл. 8 определим расход пара на технологические

потребители.

Расход пара в паровые рубашки диффузионного аппарата находим по

формулам (2.2 - 2.12).

Приход тепла на 100 кг свеклы:

c питательной водой

пв

= 100



4200



65 = 27.3



Дж;

со стружкой

стр

= 100



3770



10 = 3.77



Дж;

с греющим паром

гп

= D



2691



Дж.

Унос тепла:

c диффузионным соком

дс

= 120



3770



55 = 24.88 Дж;

с жомом

сж

= 80



3770



60= 18.1 Дж;

потери тепла

= 1.25



Дж;

с конденсатом

= Д



461



Дж.

Расход пара:

24,88 18,1 1,25

27,3

3,77

5,9%

2,691 0,461









Расход пара в подогреватели вычисляем по формуле (2.1.)

Расход пара в подогреватели:

жомопрессовой воды 2-й группы

46,64 4200(75

65)

0,86%;

2272 10

жв









диффузионного сока 1-й группы

120 3770(70

55)

2,98%;

2272 10

дс









диффузионного сока 2-й группы

120 3770 (80

70)

2, 02%;

2264 10

дс









преддефекованного сока перед горячей дефекацией

122, 7 3770 (85

75)

2, 07%;

2238 10

деф









сока первой сатурации перед второй сатурацией

147,91 3770 (95

90)

1, 26%;

2211 10









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

126, 2 3770 (100

90)

2,15%,

2211 10









126, 2 3770 (110

100)

2,18%,

2187 10









126, 2 3770 (119,5

110)

2, 09%,

2162 10









126, 2 3770 (130

119, 5)

2,31%,

2156 10









сиропа с клеровкой

36,37 2500 (80

70)

0, 41%,

2238

ск









1-го оттека

8, 46 2500 (80

70)

0,1%;

2238

от









2-го оттека

5,17 2500 (80

70)

0, 06%.

2238

от









Расход пара на обогрев вакуум-аппаратов определяем по формулам 2.13-2.15.

1,1 36,37

11, 63%,

91, 64

































75, 22

1,1 3, 43

5,17

1, 44%,



















































1,1 1, 28 1

4,56

0, 26%.

90, 28



















































Полученные результаты заносим в табл. 9 расчета количества вторич-

ных паров.

Таблица 9- Расчет количества вторичных паров

Технологические

потребители

Ретур

пар

Вторичный пар

Паровые камеры диффузион-

ного аппарата

Подогреватель

жомопрессо-

вой воды 2-й группы

Подогреватели

диффузион-

ного сока:

1-я группа

2-я группа

Подогреватель преддефеко-

ванного сока

Подогреватель перед 2-й са-

турацией

Подогреватели перед МВС:

1-я группа

2-я группа

3-я группа

4-я группа

Подогреватели:

сиропа с клеровкой

1-го оттека

2-го оттека

Вакуум-аппарраты:

первого продукта

второго продукта

третьего продукта

2.31

2.09

2.18

5.9

1.26

2.15

11.63

1.44

0.26

2.02

2.07

0.41

0.1

0.06

0.86

2.98



2.31

2.09

2.18

22.64

4.66

3.84

В пятом корпусе выпариванием воды

= 3.84% мс.

В четвертом корпусе

= 3.84+4.66 = 8.5% мс.

В третьем корпусе

= 8,5+22,64 = 31,14% мс.

Во втором корпусе

= 31,14+2,18=33.32 % мс.

В первом корпусе

=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 концентра-

цию сухих веществ в сиропе, равную 65% необходимо выпарить воды:

12,84

126, 2 1

101, 27%

тр





















мс.

МВС выпаривает воды больше, чем необходимо, поэтому необходимо

перераспределить вторичные пары. Для этого вместо двух групп подогревате-

лей диффузионного сока принимаем одну, то есть устанавливаем один подо-

греватель, который будет нагреваться вторичным паром четвертого корпуса

МВС. Преддефекованный сок в подогревателе будет нагреваться третьим

корпусом МВС. Вакуум-аппараты второго и конечного продукта будут ис-

пользовать 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

температуры 110

С. Нагрев сиропа с клеровкой и оттеков в сборниках осу-

ществляем вторичным паром первого корпуса МВС.

С учетом вышеизложенного проводим расчет количества вторичных па-

ров (табл.10)

Таблица 10- Расчет количества вторичных паров

Технологические

потребители

Ретур

пар

Вторичный пар

Паровые

камеры

диффузи-

онного аппарата

Подогреватель жомопрессо-

вой воды 2-й группы

Подогреватели

диффузион-

ного сока

Подогреватель преддефеко-

ванного сока

Подогреватель перед 2-й

сатурацией

Подогреватели перед МВС:

1-я группа

2-я группа

3-я группа

Подогреватели:

сиропа с клеровкой

1-го оттека

2-го оттека

Вакуум-аппарраты:

первого продукта

второго продукта

третьего продукта

2.31

2.09

0.41

0.1

0.06

4.33

1.44

0.26

5.9

2.07

1.26

11.63

5.0

0.86



2.31

2.66

6.03

20.86

5.0

0.86

Определяем количество выпаренной воды в каждом корпусе МВС:

= 0.86%к массе свеклы;

= 0.86+5.0= 5.86% к массе свеклы;

= 5.86+20.86=26.72% к массе свеклы;

= 26.72+6.03 = 32.75% к массе свеклы;

= 32,75+2,66 = 35,41% к массе свеклы,

а количество воды, выпаренной во всей МВС:

дейс

= 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).

101, 6

2,87

35, 41



Полученное значение еще раз подтверждает правильность распределе-

ния.

Для дальнейших вычислений, необходимо найти значения сухих ве-

ществ в растворе после каждого корпуса МВС по формуле 3.7.

126, 2 12,84

17,85%

126, 2 35, 41

СВ







;

126, 2 12.84

27,92%

126, 2 35, 41 32, 75

СВ







;

126, 2 12,84

51,73%

126, 2 35, 41 32, 75 26, 72

СВ







;

126, 2 12,84

63,64%

126, 2 35, 41 32, 75 26, 72 5,86

СВ







;

126, 2 12,84

65,87%

126, 2 35, 41 32, 75 26, 72 5,86

0,86

СВ







Определяем поверхность нагрева (F

) первого корпуса МВС, задаваясь

напряжением поверхности нагрева (U

) равной 25 кг/(м

ч):

10 4500 35, 41

2656

24 25







Принимаем к установке аппарат РЗ-ПВА с поверхностью нагрева 2300

и уточняем напряжение поверхности нагрева:

10 4500 35, 41

28,87

24 2300







кг/(м

ч).

Определяем коэффициент теплопередачи:



= 0,87,

55 10





, А

= 625, L = 4,36 м.





0.33

8487

2162

28.87 4.36









вт/(м

к) ,

0.6

625

4700

28,87









вт/(м

к) ,

0,87

2336

0, 0015

8487

4700

сэ





вт/(м

к),

2162

28,87

7, 4

3600 2336









Рекомендованная

полезная

разность

температур

равна

С,

поэтому

необходимо уточнить напряжение поверхности нагрева.

28,87

23, 41

7, 4







кг/(м

ч).

Находим поверхность нагрева:

10 4500 35, 41

2836

24 23, 41







В качестве первого корпуса МВС можно использовать пленочный аппа-

рат с поверхностью нагрева равной 3000 м

, тогда:

10 4500 35, 41

22,13

24 3000







кг/(м

ч).

Определяем коэффициент теплопередачи:

0,91





55 10





625.



L = 7,0м





0.33

55 10

7920

2162 10

22.13 7









вт/(м

к) ,

0.6

625 22.13

4007









вт/(м

к),

0,91

2249

0, 0015

7920

4007

сэ





вт/(м

к),

2162 10

22,13

6, 0

3600 2215









С.

Полученная полезная разность температур удовлетворяет предваритель-

ному распределению. Поэтому в качестве первого корпуса устанавливаем

пленочный выпарной аппарат с поверхностью нагрева равной 3000 м

Определим

поверхность

нагрева

второго

корпуса

МВС,

задаваясь

напряжением поверхности нагрева равной 23 кг/(м

ч).

10 4500 32,84

2677

24 23







Принимаем к установке пленочный аппарат с поверхностью нагрева

равной 3000 м

Тогда:

10 4500 32,84

20,53

24 3000







кг/(м

ч).

Определяем коэффициент теплопередачи:

0, 79





54,5 10





500.



L = 7 м





0.33

54,5 10

8016

2187 10

20,53 7









вт/(м

к),

0.6

500 20,53

3065









вт/(м

к),

0, 79

1631

0, 0015

8016

3065

сэ





вт/(м

к).

Определяем полезный потребный перепад температур:

2187 10

20,53

7, 65

3600 1631









С.

Рекомендованное значение для пятикорпусной МВС равно 8

С, поэтому

считаем, что второй корпус выбран верно.

Определяем

поверхность

нагрева

третьего

корпуса

МВС,

задаваясь

напряжением поверхности нагрева равной 14 кг/(м

ч).

10 4500 26, 72

3579

24 14







Принимаем к установке 2 аппарата РЗ-ПВА поверхностью по 1800 м

каждый.

10 4500 26.72

13,92

24 3600







кг/(м

ч)

Определяем коэффициент теплопередачи:

0, 73





53, 7 10





350.



, L = 3,56 м,





0.33

53, 7 10

11223

2211 10

13.92 3,56









вт/(м

к),

0.6

350 13,92

1699









вт/(м

к),

0, 73

1027

0, 0015

11223

1699

сэ





вт/(м

к).

Определяем полезный потребный перепад температур:

2211 10

13,92

8,33

3600 1027









С.

Рекомендованное значение для пятиступенчатой МВС равно 8

С, по-

этому считаем что в качестве третьей ступени устанавливаем два корпуса (ЗА

и ЗВ) с поверхностью нагрева 1800 м

каждый.

Определяем поверхность нагрева четвертого корпуса МВС, задаваясь

напряжением поверхности нагрева равной 9.31 кг/(м

ч):

10 4500 5,86

1180

24 9,31







Принимаем к установке аппарат РЗ-ПВА с поверхностью нагрева 1500

Определяем коэффициент теплопередачи:

0, 65





52, 7 10





230.



, L=3,0,





0.33

57, 2 10

13279

2238 10

9, 31 3, 0









вт/(м

к),

0.6

230 9,31

877









вт/(м

к),

0, 78

521

0, 0015

13590

726

сэ





вт/(м

к).

Определяем полезный потребный перепад температур:

2238,10

9,31

11,1

3600 521









Рекомендованное значение равно 9.5

С, поэтому оставляем в качестве

четвертого корпуса МВС аппарат с поверхностью нагрева 1500 м

Определяем

поверхность

нагрева

пятого

корпуса

МВС,

задаваясь

напряжением поверхности нагрева равной 2,02 кг/(м

ч).

10 4500 0,86

800

24 2, 02







Принимаем к установке аппарат с поверхностью нагрева 800 м

Определяем коэффициент теплопередачи:

0,94





51 10





190.







0,33

51 10

21280

2272 10

2, 02 3









вт/(м

к),

0.6

190 2, 02

290









вт/(м

к),

0,94

266

0, 0015

21280

290

сэ





вт/(м

к),

2272 10

2, 02

4,8

3600 266









С.

Определяем коэффициент запаса работы МВС:

7, 65 8,33

11,1

4,8

9, 5 6, 5







Расчет и выбор поверхностей нагрева МВС выполнен верно.

В результате расчета принимаем к установке:

1 ступень - 1 аппарат с F=3000м

2 ступень - 1 аппарат с F=3000м

3 ступень - 2 аппарата с F

=1800м

и F

=1800м

4 ступень - 1 аппарат с F=1500м

5 ступень - 1 аппарат с F=800м

5.ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

5.1. Теплоемкость продуктов свеклосахарного производства

Таблица 11- Теплоемкость продуктов свеклосахарного производства

Наименование продукта

Теплоемкость,

кДж/(кг



град)

Жомопрессовая вода

Сульфитированная вода

Свекловичная стружка

Сокостружечная смесь в диффузионных

аппаратах колонного и наклонного ти-

пов

Жом из диффузионных аппаратов

колонного и наклонного типов

Циркуляционный сок диффузионных

аппаратов колонного типа

Сок 1-й сатурации

Сок

сульфитированный,

фильтрован-

ный, перед выпариванием

Сироп перед сульфитацией

Сироп с клеровкой в сборниках у

вакуум-аппаратов

Оттеки в сборниках перед вакуум-

аппаратами

Утфель в вакуум-аппаратах

Клеровка

4.19

3.77

4.19

3.77

2.51

2.1

1.87

2.51

5.2. Углы естественного откоса материалов и

продуктов в свободнонасыпанном состоянии

Таблица 12- Углы естественного откоса материалов и продуктов

в свободнонасыпанном состоянии

Материал, продукты

Угол естественного отко-

са, градусов

Свекла (корни в сухом состоянии , свеже-

насыпанные)

Стружка свекловичная

Жом прессованный

Жом сушеный

Сахар-песок белый свеженасыпанный

Сахар-песок в силосе

Известняк в средних кусках

Известняк в крупных кусках

Осадок фильтрационный (из отвалов)

Кокс

Уголь каменный

Зола

Земля

Грунт сухой

38-42

60-65

45-60

40-45

30-45

50-60

35-50

30-45

27-35

27-40

40-50

5.3. Насыпные плотности продуктов

Таблица 13- Насыпные плотности продуктов

Наименование продукта

Насыпная плотность,

т/м

Свекла в ковше свекломойки

Свекла в бункере

Свекла в элеваторе

Стружка на грабельном или ленточном кон-

вейере

Хвостики и обломки свеклы в элеваторе

Свежий жом на грабельном конвейере

Отжатый жом в элеваторе

Сушеный жом насыпью

Влажный сахар на виброконвейере

Влажный сахар в элеваторе

Сушеный сахар на ленточном конвейере

Сушеный сахар в бункере

Желтый и аффинированный сахар

Известняк

Фильтрационный осадок сока 1-й сатурации,

влажностью 50%

Фильтрационный осадок сока 2-й сатурации,

влажностью 50%

0.55

0.50

0.60

0.45

0.50

0.60

0.50

0.25

0.80

0.75

0.80

1.25-1.6

1.25

1.20

5.4. Нормативные плотности продуктов

Таблица 14- Нормативные плотности продуктов даны при температурах про-

ведения процесса

Наименование продукта

Плотность,

т/м

Свекловодяная смесь в гидротранспортере

Диффузионный сок

Жомопрессовая вода

Барометрическая вода

Аммиачный конденсат

Преддефекованный сок

Дефекованный сок

Сок 1-й сатурации ( нефильтрованный )

Сок 1-й сатурации ( фильтрованный )

Сгущенная суспензия сока 1-й сатурации

Сок 2-й сатурации ( нефильтрованный )

Сок 2-й сатурации ( фильтрованный )

Сульфитированный сок

Известковое молоко

Промой вакуум-фильтров

Сироп ( нефильтрованный ) при СВ=65%

Сироп с клеровкой

Клеровка ( нефильтрованная )

Утфель при спуске аппарата - 1-й кристаллизации

- 2-й кристаллизации

- 3-й кристаллизации

Утфель при температуре кристаллизации

Аффинационный утфель

Сгущенная суспензия после отстойников

Оттеки - первый утфеля 1-й кристаллизации

- второй утфеля 1-й кристаллизации

- первый утфеля 2-й кристаллизации

- второй утфеля 2-й кристаллизации

- аффинационный

Меласса

1.00

1.064

1.05

0.99

0.97

1.07

1.08

1.09

1.055

1.19

1.06

1.054

1.19

1.02

1.32

1.316

1.32

1.497

1.501

1.505

1.45

1.10

1.426

1.390

1.425

1.405

1.343

1.445

5.5. Количество устанавливаемого резервного оборудования

Таблица 15- Количество устанавливаемого резервного оборудования

Наименование оборудования

Количество резервного обо-

рудования

Свеклонасос

Свеклорезка

Подогреватель циркулирующего сока

Подогреватель диффузионного сока

Подогреватель преддефекованного сока

Подогреватель сока перед 1-м фильтрованием

Подогреватель сока перед 2-м сатурированием

Дисковый фильтр

ФИЛСы

Вакуум-фильтр

Центрифуга

Гидроциклон известкового молока

Насосы

Компрессор и вакуум-насосы

1 на каждую диффузию

1 на группу из 5

по паспортным данным

1 на группу из 5

1 на группу

ЛИТЕРАТУРА

1. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства.-М.: Агропромиз-

дат, 1986.-431с.

2. Силин П.М., Силина Н.П. Химический контроль свеклосахарного

производства.- М.: Пищевая пром-сть, 1977.-254с.

3.Азрилевич М.Я. Оборудование сахарных заводов.-3-е изд.-М.: Легкая

и пищевая пром-сть, 1982.-392с.

4. Востоков А.И. Расчет технической мощности оборудования и соору-

жений свеклосахарных заводов.- 2-е изд.-М.: Пищевая пром-сть, 1965.-514с.

5. Ведомственные нормы технологического проектирования свеклоса-

харных заводов.-М.: Гипросахпром, 1991.-359c.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЗАДАЧИ РАСЧЕТА

2. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВЫПАРЕННОЙ ВОДЫ

2.1. Определение расхода пара на технологические потребители

2.2. Температурные режимы работы МВС

2.3. Расчет количества выпаренной воды

3. РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА КОРПУСОВ

3.1. Определение напряжения поверхности нагрева

3.2. Определение коэффициентов теплопередачи

3.3. Определение полезной разности температур и уточнение поверхности

нагрева корпусов

4. РАСЧЕТ ПЯТИСТУПЕНЧАТОЙ МВС

5.ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

5.1. Теплоемкость продуктов свеклосахарного производства

5.2. Углы естественного откоса материалов и продуктов в

свободнонасыпанном состоянии

5.3. Насыпные плотности продуктов

5.4. Нормативные плотности продуктов

5.5. Количество устанавливаемого резервного оборудования

ЛИТЕРАТУРА

СОДЕРЖАНИЕ

В раздел образования

Альманах педагога

методика расчета многокорпусной выпарной станции с учетом технологической схемы переработки свеклы на сахар-песок