Реферат: Расчет вакуум-выпарной установки по производству томатной пасты

--PAGE_BREAK--
3.1.2 Определение температур кипения
растворов
Общий перепад давления в установке равен [11]:

<img width=«145» height=«29» src=«ref-2_135005224-297.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">,

(4)

где <img width=«53» height=«28» src=«ref-2_135005521-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071"> – общий перепад давления в установке; <img width=«68» height=«29» src=«ref-2_135005796-299.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072"> – давление греющего пара в первом корпусе; <img width=«68» height=«25» src=«ref-2_135006095-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073"> –давление пара в барометрическом конденсаторе.

Откуда

<img width=«288» height=«28» src=«ref-2_135006417-935.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">.





В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну, т.е. они вычисляются по формулам:



<img width=«147» height=«49» src=«ref-2_135007352-489.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">;   <img width=«148» height=«49» src=«ref-2_135007841-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">;   <img width=«148» height=«49» src=«ref-2_135008341-502.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">,

(5)

где <img width=«53» height=«28» src=«ref-2_135005521-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078"> – общий перепад давления в установке; <img width=«68» height=«29» src=«ref-2_135009118-296.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079"> – давление греющего пара в і-омкорпусе; <img width=«68» height=«25» src=«ref-2_135006095-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080"> –давление пара в барометрическом конденсаторе.
Таким образом, имеем следующие значения давления греющего пара по корпусам установки и в барометрическом конденсаторе:

<img width=«131» height=«29» src=«ref-2_135009736-478.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">;

<img width=«300» height=«47» src=«ref-2_135010214-1175.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">;

<img width=«333» height=«47» src=«ref-2_135011389-1277.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">;

<img width=«332» height=«47» src=«ref-2_135012666-1203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">.





В таблице 1 приведены характеристики греющих паров, найденные по известным значениям давлений этих паров [12].
Таблица 1

Характеристики греющих паров

Давление, МПа

Температура, оС

Энтальпия, кДж/кг

<img width=«88» height=«29» src=«ref-2_135013869-376.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">

<img width=«41» height=«29» src=«ref-2_135014245-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">105

<img width=«44» height=«29» src=«ref-2_135014373-131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">2684

<img width=«92» height=«29» src=«ref-2_135014504-403.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">

<img width=«44» height=«29» src=«ref-2_135014907-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">95

<img width=«47» height=«29» src=«ref-2_135015040-136.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">2667

<img width=«92» height=«29» src=«ref-2_135015176-380.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">

<img width=«43» height=«29» src=«ref-2_135015556-131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">80

<img width=«45» height=«29» src=«ref-2_135015687-134.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">2642

<img width=«91» height=«25» src=«ref-2_135015821-354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">

<img width=«51» height=«29» src=«ref-2_135016175-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">50

<img width=«53» height=«29» src=«ref-2_135016319-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">2591



Физико-химическую депрессию томатных соков можно рассчитать по формуле [2, С. 67]:



<img width=«193» height=«36» src=«ref-2_135016468-645.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">,

(6)

где <img width=«44» height=«24» src=«ref-2_135017113-298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098"> – концентрация сухих веществ; р <img width=«48» height=«24» src=«ref-2_135017411-259.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099"> – давление.
В качестве значений концентраций сухих веществ используем значения концентрации томатной пасты в корпусах, вычисленные по формулам (3). Тогда получим такие значения физико-химической депрессии томатных соков по корпусам:



<img width=«500» height=«36» src=«ref-2_135017670-1826.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">

<img width=«507» height=«36» src=«ref-2_135019496-1770.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">

<img width=«511» height=«36» src=«ref-2_135021266-1837.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">





Температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной депрессии <img width=«31» height=«31» src=«ref-2_135023103-316.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">, гидростатической депрессии <img width=«36» height=«31» src=«ref-2_135023419-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> и гидродинамической депрессии <img width=«40» height=«31» src=«ref-2_135023749-344.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">.
Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Приближенно можно считать <img width=«64» height=«27» src=«ref-2_135024093-269.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">С на корпус [11]. Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:



<img width=«119» height=«36» src=«ref-2_135024362-373.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">;   <img width=«121» height=«36» src=«ref-2_135024735-372.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">;  <img width=«121» height=«36» src=«ref-2_135025107-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">,

(7)

где <img width=«32» height=«29» src=«ref-2_135025490-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">– температура вторичного пара в i-ом корпусе; <img width=«23» height=«29» src=«ref-2_135025619-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">– температура греющего пара в i-ом корпусе; <img width=«217» height=«35» src=«ref-2_135025728-597.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112"> – гидродинамические депрессии по корпусам.
Из формул (7), используя значения температур греющих паров по корпусам из табл. 1,  находим:

<img width=«132» height=«29» src=«ref-2_135026325-453.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">;

<img width=«132» height=«29» src=«ref-2_135026778-455.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">;

<img width=«132» height=«29» src=«ref-2_135027233-418.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">.





По температурам вторичных паров определим такие их характеристики как давление и плотность [12].
Таблица 2

Характеристики вторичных паров




Для определения температур кипения растворов в среднем слое найдем вспомогательные характеристики.

Давление в среднем слое кипятильных труб корпусов находится по формуле [2]:



<img width=«189» height=«47» src=«ref-2_135028981-651.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">,

(8)

где <img width=«21» height=«19» src=«ref-2_135029632-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123"> – высота кипятильных труб аппарата, м;

<img width=«17» height=«19» src=«ref-2_135029730-179.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124"> – плотность кипящего раствора, кг/м3;

<img width=«15» height=«16» src=«ref-2_135029909-158.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125"> – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе) м3/м3.
Будем считать [11], что объемная доля пара в кипящем растворе приближенно равна <img width=«56» height=«23» src=«ref-2_135030067-278.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">, высота кипятильных труб <img width=«49» height=«19» src=«ref-2_135030345-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127"> м, а плотность кипящего раствора и давление вторичных паров определяется из табл. 2, тогда



<img width=«367» height=«47» src=«ref-2_135030536-1362.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">

<img width=«372» height=«47» src=«ref-2_135031898-1324.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">

<img width=«368» height=«47» src=«ref-2_135033222-1248.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">





Этим давлениям соответствуют температуры кипения томатного сока и теплота испарения влаги, которые приведены в табл. 3.
Таблица 3

Характеристики томатной пасты в среднем слое кипятильных труб




Поверхность теплопередачи первого корпуса<img width=«32» height=«29» src=«ref-2_135036603-131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140"> ориентировочно равна [11]:



<img width=«99» height=«51» src=«ref-2_135036734-284.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">,

(9)

где  <img width=«67» height=«36» src=«ref-2_135037018-352.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142"> –поверхность теплопередачи первого корпуса; <img width=«71» height=«52» src=«ref-2_135037370-445.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> – теплота парообразования вторичного пара; <img width=«61» height=«55» src=«ref-2_135037815-440.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144"> – удельная тепловая нагрузка аппарата.
Для аппаратов с принудительной циркуляцией можно принять <img width=«111» height=«51» src=«ref-2_135038255-511.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145"> [11], а теплоту парообразования вторичного пара равной <img width=«148» height=«47» src=«ref-2_135038766-574.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146"> [19].

После подстановки всех значений в формулу (9) получаем поверхность теплопередачи первого корпуса равной:
<img width=«285» height=«53» src=«ref-2_135039340-1242.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">.
Гидростатические депрессии <img width=«36» height=«31» src=«ref-2_135023419-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> по корпусам определяются по формулам [11]:



<img width=«120» height=«36» src=«ref-2_135040912-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">;     <img width=«125» height=«36» src=«ref-2_135041286-386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150"> ;   <img width=«123» height=«36» src=«ref-2_135041672-380.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">.

(10)



Откуда




Сумма гидростатических депрессий равна

<img width=«249» height=«60» src=«ref-2_135044208-997.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">

Температурная депрессия определяется по формуле [11]:



<img width=«221» height=«65» src=«ref-2_135045205-990.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">,

(11)

где <img width=«43» height=«24» src=«ref-2_135046195-248.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157"> – температура паров в среднем слое кипятильных труб; <img width=«76» height=«32» src=«ref-2_135046443-410.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> – температурная депрессия при атмосферном давлении; <img width=«81» height=«52» src=«ref-2_135046853-456.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> – теплота испарения в среднем слое кипятильных труб.
Справочные данные для формулы (11) возьмем из [19]. После подстановок получим:

<img width=«317» height=«53» src=«ref-2_135047309-1301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">

<img width=«325» height=«53» src=«ref-2_135048610-1342.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">

<img width=«344» height=«53» src=«ref-2_135049952-1378.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">





Сумма температурных депрессий равна:

<img width=«261» height=«65» src=«ref-2_135051330-1055.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">.

Температуры кипения растворов в корпусах определяются по формуле [11]:



<img width=«199» height=«36» src=«ref-2_135052385-555.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">, <img width=«49» height=«23» src=«ref-2_135052940-232.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">;

<img width=«193» height=«36» src=«ref-2_135053172-555.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">,

(12)

где <img width=«57» height=«36» src=«ref-2_135053727-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167"> – температура кипения раствора в i-ом корпусе; <img width=«57» height=«36» src=«ref-2_135054049-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168"> – температура греющего пара в i-ом корпусе; <img width=«55» height=«31» src=«ref-2_135054369-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169"> – температурная депрессия; <img width=«60» height=«31» src=«ref-2_135054752-391.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170"> –  гидростатическая депрессия; <img width=«64» height=«31» src=«ref-2_135055143-404.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171"> – гидродинамическая депрессия.
Таким образом, температуры кипения растворов в корпусах соответственно равны:



<img width=«249» height=«36» src=«ref-2_135055547-809.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">;

<img width=«260» height=«36» src=«ref-2_135056356-839.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173">;

<img width=«256» height=«36» src=«ref-2_135057195-788.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">.





Площадь сечения потока определим по формуле [2]:

<img width=«105» height=«51» src=«ref-2_135057983-388.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175">,

(13)

где <img width=«49» height=«31» src=«ref-2_135058371-335.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176"> – площадь сечения потока; <img width=«67» height=«36» src=«ref-2_135037018-352.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177"> – поверхность теплопередачи; <img width=«31» height=«25» src=«ref-2_135059058-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178">– внутренний диаметр труб; <img width=«47» height=«24» src=«ref-2_135059185-256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179"> – высота кипятильных труб аппарата.
По формуле (13) получим такую площадь сечения потока:



<img width=«207» height=«47» src=«ref-2_135059441-901.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">





3.1.3 Определение полезной разности температур
Полезные разности температур по корпусам вычисляются по формуле [11]:



<img width=«112» height=«29» src=«ref-2_135060342-232.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">,

(14)

где <img width=«69» height=«36» src=«ref-2_135060574-401.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182"> – полезная разность температур по і-ому корпусу; <img width=«57» height=«36» src=«ref-2_135054049-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183"> – температура
греющего пара в i-ом корпусе; <img width=«57» height=«36» src=«ref-2_135061295-317.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184"> – <img width=«57» height=«36» src=«ref-2_135053727-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185"> – температура кипения раствора в i-ом корпусе.
По формуле (14) последовательно получаем:



<img width=«300» height=«32» src=«ref-2_135061934-896.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">

<img width=«291» height=«32» src=«ref-2_135062830-891.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">

<img width=«279» height=«32» src=«ref-2_135063721-729.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">





Общая полезная разность температур равна:

<img width=«417» height=«60» src=«ref-2_135064450-1389.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189">.
Проверка найденного значения общей полезной разности температур может быть выполнена по формуле [11]:



<img width=«324» height=«60» src=«ref-2_135065839-1147.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">.

(15)



Подставив все найденные ранее значения, убеждаемся в правильности сделанных вычислений:



<img width=«337» height=«60» src=«ref-2_135066986-1298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">.




    продолжение
--PAGE_BREAK--
3.1.4. Определение тепловых нагрузок
Теплоемкость томатных соков определяется по формуле:



<img width=«237» height=«21» src=«ref-2_135068284-743.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">,

(16)

где <img width=«85» height=«55» src=«ref-2_135069027-491.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193"> – теплоемкость томатного сока; <img width=«44» height=«24» src=«ref-2_135017113-298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194"> – содержание сухих веществ; <img width=«43» height=«31» src=«ref-2_135069816-313.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195"> – температура сока.
По формуле (16) определим теплоемкость томатного сока на разных стадиях процесса выпаривания:

теплоемкость исходного раствора начальной концентрации:

<img width=«504» height=«25» src=«ref-2_135070129-1567.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196"><img width=«99» height=«31» src=«ref-2_135071696-305.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197">;
теплоемкость раствора в первом корпусе:

<img width=«331» height=«25» src=«ref-2_135072001-1148.coolpic» v:shapes="_x0000_i1198">

               <img width=«328» height=«23» src=«ref-2_135073149-1136.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199"><img width=«97» height=«31» src=«ref-2_135074285-302.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200">;
теплоемкость раствора в втором корпусе:

<img width=«325» height=«25» src=«ref-2_135074587-1116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201">

                           <img width=«321» height=«23» src=«ref-2_135075703-1117.coolpic» v:shapes="_x0000_i1202"><img width=«97» height=«31» src=«ref-2_135074285-302.coolpic» v:shapes="_x0000_i1203">.
Скорости перехода томатной массы из корпуса в корпус определяются по формулам [2, С.70]:



из первого корпуса во второй: <img width=«101» height=«25» src=«ref-2_135077122-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1204">;

из второго корпуса в третий:  <img width=«145» height=«25» src=«ref-2_135077331-255.coolpic» v:shapes="_x0000_i1205">;

на выходе из третьего корпуса: <img width=«261» height=«25» src=«ref-2_135077586-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1206">,

(17)

где <img width=«61» height=«52» src=«ref-2_135077963-386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1207"> – скорость выхода томатной массы из i-ого корпуса; <img width=«65» height=«52» src=«ref-2_135078349-402.coolpic» v:shapes="_x0000_i1208"> – скорость подачи томатного сусла в выпарную установку; <img width=«61» height=«52» src=«ref-2_134994323-392.coolpic» v:shapes="_x0000_i1209"> – производительность по выпариваемой воде і-ого корпуса; <img width=«48» height=«27» src=«ref-2_134994715-238.coolpic» v:shapes="_x0000_i1210">.
Вычисления показывают, что томатная масса выходит из корпусов с такими скоростями:



<img width=«217» height=«47» src=«ref-2_135079381-804.coolpic» v:shapes="_x0000_i1211">;

<img width=«280» height=«47» src=«ref-2_135080185-991.coolpic» v:shapes="_x0000_i1212">;

<img width=«215» height=«47» src=«ref-2_135081176-834.coolpic» v:shapes="_x0000_i1213">.





Тепловые нагрузки на корпуса могут быть рассчитаны по формулам [2, С.71]:



<img width=«113» height=«25» src=«ref-2_135082010-386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1214">;

<img width=«269» height=«29» src=«ref-2_135082396-776.coolpic» v:shapes="_x0000_i1215">;

<img width=«275» height=«29» src=«ref-2_135083172-789.coolpic» v:shapes="_x0000_i1216">,

(18)

где <img width=«61» height=«25» src=«ref-2_135083961-290.coolpic» v:shapes="_x0000_i1217"> – тепловая нагрузка на i-ый корпус; <img width=«92» height=«55» src=«ref-2_135084251-505.coolpic» v:shapes="_x0000_i1218"> – соответствующая теплоемкость томатной массы; <img width=«61» height=«52» src=«ref-2_134994323-392.coolpic» v:shapes="_x0000_i1219"> – производительность по выпариваемой воде
і-ого корпуса; <img width=«61» height=«52» src=«ref-2_135077963-386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1220"> – скорость выхода томатной массы из i-ого корпуса; <img width=«65» height=«36» src=«ref-2_135085534-339.coolpic» v:shapes="_x0000_i1221"> – температура томатной массы в среднем слое кипятильных труб i-ого корпуса; <img width=«71» height=«52» src=«ref-2_135085873-436.coolpic» v:shapes="_x0000_i1222"> –теплота испарения в среднем слое кипятильных труб i-ого корпуса.
Подставив все, найденные ранее значения, в формулу (18) получаем:

<img width=«319» height=«32» src=«ref-2_135086309-1140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1223">;
<img width=«452» height=«32» src=«ref-2_135087449-1683.coolpic» v:shapes="_x0000_i1224">

<img width=«363» height=«24» src=«ref-2_135089132-1378.coolpic» v:shapes="_x0000_i1225">;
<img width=«461» height=«32» src=«ref-2_135090510-1688.coolpic» v:shapes="_x0000_i1226">

<img width=«361» height=«24» src=«ref-2_135092198-1387.coolpic» v:shapes="_x0000_i1227">.





Расход греющего пара <img width=«23» height=«25» src=«ref-2_135093585-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1228"> на i-ый корпус определяется по формуле [2]:

<img width=«105» height=«52» src=«ref-2_135093693-499.coolpic» v:shapes="_x0000_i1229">,

(19)



а удельный расход пара <img width=«20» height=«25» src=«ref-2_135094192-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1230"> для того же корпуса вычисляется так:

<img width=«63» height=«48» src=«ref-2_135094298-226.coolpic» v:shapes="_x0000_i1231"> (кг на <metricconverter productid=«1 кг» w:st=«on»>1 кг воды).

(20)



По формулам (19-20) последовательно найдем:

<img width=«245» height=«51» src=«ref-2_135094524-1141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1232"> – расход греющего пара на первый корпус;

<img width=«185» height=«51» src=«ref-2_135095665-910.coolpic» v:shapes="_x0000_i1233"> (кг на <metricconverter productid=«1 кг» w:st=«on»>1 кг воды) – удельный расход пара на первый
                                                                                             корпус;

<img width=«263» height=«52» src=«ref-2_135096575-1256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1234">  – расход греющего пара на второй корпус;

<img width=«192» height=«51» src=«ref-2_135097831-927.coolpic» v:shapes="_x0000_i1235"> (кг на <metricconverter productid=«1 кг» w:st=«on»>1 кг воды) – удельный расход пара на второй
                                                                                             корпус;

<img width=«260» height=«52» src=«ref-2_135098758-1263.coolpic» v:shapes="_x0000_i1236"> – расход греющего пара на третий корпус;

<img width=«189» height=«51» src=«ref-2_135100021-950.coolpic» v:shapes="_x0000_i1237"> (кг на <metricconverter productid=«1 кг» w:st=«on»>1 кг воды) – удельный расход пара на третий
                                                                                             корпус.

 
4. РАСЧЁТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
4.1. Расчёт тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции <img width=«23» height=«25» src=«ref-2_135100971-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1238"> находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду по формуле [11]:



<img width=«172» height=«52» src=«ref-2_135101081-834.coolpic» v:shapes="_x0000_i1239">,

(21)

где <img width=«49» height=«25» src=«ref-2_135101915-264.coolpic» v:shapes="_x0000_i1240"> – толщина тепловой изоляции; <img width=«71» height=«32» src=«ref-2_135102179-360.coolpic» v:shapes="_x0000_i1241"> – температура окружающей среды; <img width=«68» height=«32» src=«ref-2_135102539-346.coolpic» v:shapes="_x0000_i1242"> – температура изоляции; <img width=«84» height=«52» src=«ref-2_135102885-512.coolpic» v:shapes="_x0000_i1243"> – коэффициент теплопроводности изоляционного материала; <img width=«96» height=«55» src=«ref-2_135103397-560.coolpic» v:shapes="_x0000_i1244"> – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала во внешнюю среду.
Для аппаратов, работающих в закрытом помещении, температура окружающей среды может быть принята равной <img width=«99» height=«32» src=«ref-2_135103957-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1245">, а температура изоляции равной температуре греющего пара <img width=«51» height=«25» src=«ref-2_135104287-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1246"><img width=«92» height=«36» src=«ref-2_135104431-346.coolpic» v:shapes="_x0000_i1247">.  Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала во внешнюю среду примем равным <img width=«147» height=«55» src=«ref-2_135104777-726.coolpic» v:shapes="_x0000_i1248"> [11].

После подстановки выбранных значений в формулу (21) получим:



<img width=«369» height=«51» src=«ref-2_135105503-1877.coolpic» v:shapes="_x0000_i1249">.




4.2 Расчёт барометрического конденсатора
Расход охлаждающей воды <img width=«24» height=«25» src=«ref-2_135107380-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1250"> определяют из теплового баланса конденсатора по формуле [11]:

<img width=«157» height=«52» src=«ref-2_135107494-638.coolpic» v:shapes="_x0000_i1251">,

(22)

где <img width=«64» height=«52» src=«ref-2_135108132-399.coolpic» v:shapes="_x0000_i1252"> – расход охлаждающей воды; <img width=«24» height=«25» src=«ref-2_135108531-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1253"><img width=«41» height=«52» src=«ref-2_135108640-329.coolpic» v:shapes="_x0000_i1254"> – производительность по выпариваемой воде третьего корпуса; <img width=«84» height=«52» src=«ref-2_135108969-471.coolpic» v:shapes="_x0000_i1255"> – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе; <img width=«157» height=«55» src=«ref-2_135109440-695.coolpic» v:shapes="_x0000_i1256"> – теплоемкость воды; <img width=«52» height=«32» src=«ref-2_135110135-312.coolpic» v:shapes="_x0000_i1257"> – конечная температура смеси и конденсата; <img width=«52» height=«32» src=«ref-2_135110447-313.coolpic» v:shapes="_x0000_i1258"> – начальная температура охлаждающей воды.
Конечную температуру воды <img width=«19» height=«25» src=«ref-2_135110760-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1259"> на выходе из конденсатора принимают на <img width=«61» height=«28» src=«ref-2_135110861-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1260"> ниже температуры конденсации пара. В нашем случае будем считать, что



<img width=«220» height=«32» src=«ref-2_135111113-541.coolpic» v:shapes="_x0000_i1261">.





По формуле (22) получим, что расход охлаждающей воды равен



<img width=«331» height=«51» src=«ref-2_135111654-1592.coolpic» v:shapes="_x0000_i1262">.





Диаметр барометрического конденсатора определяется из уравнения расхода:



<img width=«111» height=«56» src=«ref-2_135113246-530.coolpic» v:shapes="_x0000_i1263">,

(23)

где <img width=«59» height=«25» src=«ref-2_135113776-304.coolpic» v:shapes="_x0000_i1264"> – диаметр барометрического конденсатора; <img width=«24» height=«25» src=«ref-2_135108531-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1265"><img width=«41» height=«52» src=«ref-2_135108640-329.coolpic» v:shapes="_x0000_i1266"> – производительность по выпариваемой воде третьего корпуса; <img width=«61» height=«55» src=«ref-2_135114518-469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1267"> – плотность паров; <img width=«47» height=«52» src=«ref-2_135114987-358.coolpic» v:shapes="_x0000_i1268"> – скорость паров.

Скорость паров, в свою очередь, рассчитывается по формуле:

<img width=«153» height=«56» src=«ref-2_135115345-726.coolpic» v:shapes="_x0000_i1269">.

(24)



По формулам (23-24) поочередно получаем:



<img width=«244» height=«55» src=«ref-2_135116071-1382.coolpic» v:shapes="_x0000_i1270">;

<img width=«300» height=«56» src=«ref-2_135117453-1395.coolpic» v:shapes="_x0000_i1271">.





Высоту барометрической трубы  <img width=«40» height=«25» src=«ref-2_135118848-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1272"> определяют из уравнения [2, С.75]:

 

<img width=«436» height=«57» src=«ref-2_135118992-1836.coolpic» v:shapes="_x0000_i1273">.

(25)



В результате очевидных тождественных преобразований находим:
<img width=«332» height=«25» src=«ref-2_135120828-1116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1274">

<img width=«283» height=«25» src=«ref-2_135121944-946.coolpic» v:shapes="_x0000_i1275">

<img width=«227» height=«25» src=«ref-2_135122890-805.coolpic» v:shapes="_x0000_i1276">

<img width=«171» height=«25» src=«ref-2_135123695-700.coolpic» v:shapes="_x0000_i1277">

<img width=«92» height=«25» src=«ref-2_135124395-390.coolpic» v:shapes="_x0000_i1278">

Принимаем высоту барометрической трубы равной <metricconverter productid=«11 м» w:st=«on»>11 м.
4.3. Расчёт производительности вакуум-насоса

Расчет производительности вакуум-насоса <img width=«47» height=«25» src=«ref-2_135124785-150.coolpic» v:shapes="_x0000_i1279"> производят по формуле [11]:



<img width=«288» height=«32» src=«ref-2_135124935-836.coolpic» v:shapes="_x0000_i1280">,

(26)

где <img width=«87» height=«52» src=«ref-2_135125771-457.coolpic» v:shapes="_x0000_i1281">– производительность вакуум-насоса; <img width=«101» height=«31» src=«ref-2_135126228-460.coolpic» v:shapes="_x0000_i1282"> – количество газа, выделяющееся из <metricconverter productid=«1 кг» w:st=«on»>1 кг воды; <img width=«24» height=«25» src=«ref-2_135108531-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1283"><img width=«41» height=«52» src=«ref-2_135108640-329.coolpic» v:shapes="_x0000_i1284"> – производительность по выпариваемой воде третьего корпуса; <img width=«64» height=«52» src=«ref-2_135108132-399.coolpic» v:shapes="_x0000_i1285"> – расход охлаждающей воды.

Откуда

<img width=«480» height=«48» src=«ref-2_135127525-1548.coolpic» v:shapes="_x0000_i1286">
Объемная производительность вакуум-насоса равна [11]:



<img width=«217» height=«52» src=«ref-2_135129073-833.coolpic» v:shapes="_x0000_i1287">,

(27)

где <img width=«89» height=«65» src=«ref-2_135129906-497.coolpic» v:shapes="_x0000_i1288"> – объемнаяпроизводительность вакуум-насоса; <img width=«87» height=«52» src=«ref-2_135125771-457.coolpic» v:shapes="_x0000_i1289">– производительность вакуум-насоса; <img width=«145» height=«47» src=«ref-2_135130860-596.coolpic» v:shapes="_x0000_i1290"> – универсальная газовая постоянная; <img width=«159» height=«47» src=«ref-2_135131456-601.coolpic» v:shapes="_x0000_i1291"> – молекулярная масса воздуха; <img width=«73» height=«32» src=«ref-2_135132057-358.coolpic» v:shapes="_x0000_i1292"> – температура воздуха; <img width=«81» height=«25» src=«ref-2_135132415-318.coolpic» v:shapes="_x0000_i1293"> – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе.
Составные элементы формулы (27) находят так.

Температура воздуха равна:

<img width=«213» height=«25» src=«ref-2_135132733-555.coolpic» v:shapes="_x0000_i1294">   <img width=«23» height=«17» src=«ref-2_134993002-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1295">

(28)


<img width=«279» height=«32» src=«ref-2_135133380-851.coolpic» v:shapes="_x0000_i1296">.





Давление воздуха равно:



<img width=«128» height=«25» src=«ref-2_135134231-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1297">   <img width=«23» height=«17» src=«ref-2_134993002-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1298">

(29)

<img width=«445» height=«32» src=«ref-2_135134570-1252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1299">.





Окончательно получаем

<img width=«444» height=«55» src=«ref-2_135135822-1754.coolpic» v:shapes="_x0000_i1300">.
5. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Нержавеющую сталь используют во всех сферах деятельности человека, начиная от тяжелого машиностроения, заканчивая электроникой и точной механикой. Наиболее большее применение она нашла в строительстве и архитектуре,  пищевой промышленности, бытовых приборах, химической и нефтехимической промышленности,  целлюлозно-бумажном производстве, электроэнергетике, охране окружающей среды, домашнем хозяйстве, транспортном машиностроении, химической промышленности.

Практически все емкости, трубы и другое оборудование химической индустрии изготавливается из аустенитных нержавеющих сталей. Минимально допустимой маркой является 1.4404 (AISI 316L); однако, зачастую требуются высоколегированные марки с содержанием молибдена до 6%, стоимость которых значительно выше. Выбор необходимой марки определяется конечной задачей. 

На сегодняшний день не так много материалов одобрены для изготовления оборудования в пищевом производстве, а так же для хранения и транспортировки пищевых продуктов, в их число входит и нержавеющая сталь, помимо нее остаются только стекло и некоторые виды пластмасс. Это обусловлено высокими требованиями по гигиене, токсичности и др.

Нержавеющая сталь признана, как наиболее гигиеническая поверхность для приготовления пищевых продуктов. Уникальность поверхности нержавеющей стали в том, что она не имеет пор или трещин для проникновения грязи и бактерий. Это свойство простой очищаемости, в сравнении с другими поверхностями, делает нержавеющую сталь первым выбором в строгих гигиенических условиях больниц, общественных кухонь, на скотобойнях, перерабатывающих предприятиях АПК и при изготовлении пищевого оборудования.

Обычно для производства оборудования пищевой промышленности используются марки нержавеющей стали AISI 304 и AISI 316; в очень редких случаях могут потребоваться высоколегированные марки.

Рассмотрим преимущества нержавеющих сталей.    продолжение
--PAGE_BREAK--
Срок службы. Если анализировать полный цикл службы нержавеющих сталей — можно сказать, что это более выгодный по своим характеристикам материал.

Простота изготовления. Современные методы металлообработки подразумевают, что нержавеющая сталь может быть порезана, сварена, сформована и обработана также, как традиционные стали и другие материалы.

Сопротивление коррозии. Более низкие сорта сопротивляются коррозии в нормальных атмосферных и водных средах, в то время как более высокие сорта могут сопротивляться коррозии во многих кислотах, щелочах и некоторых хлористых растворах, присущих окружающим средам, типичным для многих обрабатывающих заводов.

Прочность. Механические свойства нержавеющих сталей позволяют снизить толщины используемых материалов, таким образом, сокращая вес без риска снижения прочностных характеристик. Аустенитные и дуплексные сорта не теряют прочности при низких температурах и при учете меньших толщин по сравнению с традиционными сортами. Таким образом, достигается существенная экономия по отношению к альтернативным материалам.

Гигиена. Правильно выбранная и используемая нержавеющая сталь требует минимального ухода. Обычно достаточно мытья теплой водой или нейтральными моющими средствами (мыло). Дезинфицирующие жидкости, содержащие хлор, или порошки абсолютно неприемлемы! Хлориды (соли) являются злейшими врагами нержавеющей стали. 

Для очистки поверхностей из нержавеющей стали можно применять обычные растворители (не содержащие хлор). После этого рекомендуется ополаскивать водой. 

Правильно подобранные и обработанные нержавеющие стали при надлежащем уходе являются идеальным материалом для широкого применения и гарантией того, что изделия, изготовленные из них, прослужат долгие годы.
Наиболее популярные импортные хромоникелевые стали

Сталь AISI 304. Базовая аустенитная нержавеющая сталь (аналог 08Х18Н9). Превосходные показатели по свариваемости. При длительном использовании при температуре от 450 до 850 градусов Цельсия в стали может развиваться процесс МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.
Сталь AISI 304L. Полный аналог стали AISI 304, но содержание углерода менее 0,03%, что гарантирует минимальную склонность к МКК даже при температуре 450-850 градусов Цельсия. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 321. Аналог стали 08Х18Н10Т. При достаточно высоком содержании углерода для защиты от МКК применяется легирование титаном. Возможно длительное использование при температура 700-800 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.

Сталь AISI 316. Данная сталь содержит 2-3% молибдена, что обеспечивает прекрасную устойчивость против коррозии в агрессивных средах. При критических температурах (порядка 800 градусов Цельсия) возникает опасность МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 316L. Аналог стали AISI 316, но с содержанием углерода менее 0,03%, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 316Ti. Аналог стали AISI 316, но с добавлением титана, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур 800-850 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.

Остановимся на характеристиках стали AISI 316.

Марка AISI 316 — улучшенная версия 304, с дополнением молибдена и немного более высоким никелевым содержанием. Данная композиция AISI 316 значительно повышает коррозионное сопротивление в большинстве агрессивных средах. Молибден делает сталь более защищенной от питтинговой и щелевой коррозии в хлористой среде, морской воде и в парах уксусной кислоты. Более низкий показатель общей коррозии в слегка коррозионных средах дает хорошее коррозионное сопротивление в загрязненной и морской атмосфере.

316-я обладает более высокой прочностью и имеет лучшее сопротивление ползучести в более высоких температурах, чем AISI 304. AISI 316 также обладает отличными механическими и коррозионными свойствами в поднулевых температурах.

Когда есть опасность коррозии в околошовных сварных зонах, должна быть использована низко-углеродная марка — AISI 316L. AISI 316Ti стабилизированная титаном
версия, используется для сопротивления сенсибилизации в течение продолжительного времени в температурном диапазоне 550 — <metricconverter productid=«800ﾰC» w:st=«on»>800°C.
Таблица 5

Химический состав (ASTM A240)



Типичные свойства в отожженном состоянии: 
Свойства, указанные в этой публикации типичны для производства одного из заводов и не должны быть расценены как гарантируемые минимальные значения для целой спецификации.

Таблица 6

Механические свойства при комнатной температуре


Продолжение таблицы 6


Таблица 7

Предел прочности при повышенных температурах



Таблица 8

Минимальные величины предела упругости (ползучесть) при высокой температуре (деформация в 1 % за 10 000 часов)



Максимум, рекомендованных температур обслуживания (условия окисления):
непрерывное воздействие <metricconverter productid=«925ﾰC» w:st=«on»>925°C
прерывистые воздействия <metricconverter productid=«870ﾰC» w:st=«on»>870°C
Таблица 9

Свойства в низких температурах (AISI 316)



Таблица 10

Сопротивление коррозии в кислотных средах

Код:
0 = высокая степень защиты — Скорость коррозии менее чем 100 mm/год;
1 = частичная защита — Скорость коррозии от 100m до 1000 mm/год;
2 = non resistant — Скорость коррозии более чем 1000 mm/год.


Таблица 11

Атмосферные воздействия*



*Сравнение 316-й марки с другими металлами в различных окружающих средах (скорость коррозии рассчитана при 10-летнем подвержении).


Рассмотрим свойства стали 3 (СТ 3, СТ3) — сталь конструкционной углеродистой.
Таблица 12

Характеристика стали 3 (СТ 3, СТ3)

Марка:

СТ3

Заменитель:

ВСт3сп

Классификация:

Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества

Применение:

несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) толщиной до <metricconverter productid=«10 мм» w:st=«on»>10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от —40 до +425 °С.Прокат от 10 до <metricconverter productid=«25 мм» w:st=«on»>25 мм — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от —40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.


Таблица 13

Химический состав в % материала стали 3 (СТ 3, СТ3)



P

Cr

Cu

As

до 0.04

до 0.3

до 0.3

до 0.08



Таблица 14

Температура критических точек стали 3 (СТ 3, СТ3)

Ac1=735, Ac3(Acm)=850, Ar3(Arcm)=835,  Ar1=680



Таблица 15

Механические свойства при Т=20oС стали 3 (СТ 3, СТ3)

Сортамент

Размер

Напр.

sв

sT

d5

y

KCU

Термообр.

–

мм

–

МПа

МПа

%

%

кДж / м2

–

Прокат горячекатан.

до 20

 

370-480

245

26

 

 

Состояние поставки

Прокат горячекатан.

20-40

 

 

235

25

 

 

Состояние поставки


Таблица 16
Технологические свойства стали 3 (СТ 3, СТ3)

Свариваемость:

без ограничений.

Флокеночувствительность:

не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости:

не склонна.


Таблица 17

Обозначения


Продолжение таблицы 17



Учитывая рассмотренные выше положительные характеристики стали марки
AISI 316, рекомендуем ее в качестве конструкционного материала для камеры выпаривания. Для кипятильных труб и кожуха рекомендуем сталь марки № 3 СТ.    продолжение
--PAGE_BREAK--