Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет дезадоратора

Задание

Произвести расчет дезодоратора периодического действия. Определить:

основные размеры дезодоратора;
размеры патрубков;
размеры барбатера;
расход греющего пара;
размеры змеевиков;
расход охлаждающей воды;
толщину изоляции.

Обозначение основных величин:

G₁, кг – рабочая емкость дезодоратора;

t₁ , ^oC – начальная температура масла;

t₂ , ^oC – температура дезодорации;

t₃ , ^oC – конечная температура масла после охлаждения;

Q, ^oC - начальная температура охлаждающей воды;

P, Па – давление в аппарате;

t₁, ч - продолжительность процесса дезодорации;

t₂, ч – продолжительность налива масла в дезодоратор;

t₃, ч – продолжительность слива масла из дезодоратора;

t₄, ч – продолжительность нагрева масла до температуры дезодорации.

№ п/п	G, кг	t₁, ^оС	t₂, ^оС	t₃, ^оС	Q₁, ^оС	Р, Па	t₁, ч	t₂, ч	t₃, ч	t₄, ч
9	5600	70	210	90	22	900	2,4	0,40	0,44	0,60

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕЗОДОРАТОРА

1.1 Для определения размеров дезодоратора необходимо знать объем жира, который находится в аппарате, при этом нужно учитывать увеличение объема жира вследствие насыщения его пузырьками пара при барботировании. Поперечное сечение дезодоратора (его диаметр) назначается таким образом, чтобы скорость пара в паровом пространстве дезодоратора была достаточно небольшой и пар не уносил с собой брызги жира. Поэтому назначение размеров дезодоратора должно предшествовать определению расхода острого пара для осуществления самого процесса дезодорации.

1.2 Процесс дезодорации описывается формулой

где х₁ и х₂ - начальная и конечная концентрации летучих веществ в жире. Отношение выражает качество процесса;

p_SH – давление насыщенных паров летучих веществ, содержащихся в жире в начале процесса дезодорации при температуре в аппарате, Па;

р – давление в дезодораторе, Па;

φ – коэффициент насыщения водяного пара летучими веществами;

а – коэффициент, характеризующий изменение давления насыщенных паров летучих веществ во время дезодорации;

G_n – расход водяного пара на отгонку летучих веществ, кг;

G - количество жира в дезодораторе, кг.

Эта формула выражает зависимость процесса дезодорации от основных параметров. Из нее можно было бы определить расход острого пара G_n , обеспечивающего заданное качество дезодорации. Однако в настоящее время процесс дезодорации изучен недостаточно и формула дает лишь представление о роли тех или иных факторов на ход процесса, воспользоваться ею для конкретных расчетов нельзя, так как неизвестны ни точный состав летучих веществ и его изменение при дезодорации, ни давление насыщенных паров.

Поэтому при расчете дезодоратора расход острого водяного пара следует принять на основе имеющихся опытных данных

G_n » 0,1×G

1.3 Зная расход острого водяного пара можно найти диаметр дезодоратора. Скорость пара W₁, при которой брызгоунос точно невелик определяется формулой

где V - удельный объем водяного пара в паровом пространстве дезодоратора, м³/кг.

Поперечное сечение дезодоратора

где t₁ – продолжительность процесса дезодорации, с;

Диаметр дезодоратора

Полученный размер диаметра должен быть приведен в соответствии с ГОСТ 9617-78.

1.4 Для того, чтобы назначить объем дезодоратора и, следовательно, его высоту необходимо знать объем занимаемый жиром во время дезодорации с учетом насыщения его паровыми пузырьками парожидкостной смеси в дезодораторе определяется формулой:

где r_ж - плотность жира при температуре дезодорации, кг/м³;

y - коэффициент паросодержания;

s - поверхностное натяжение жира, Н/м;

V_ср - средний удельный объем пара при движении его через слои жира, м³/кг;

;

где R – газовая постоянная, для водяного пара R = 462 Дж/(моль×К);

Т – температура пара в дезодораторе, К;

Н_б - высота слоя жира над барботером, принимается конструктивно около 2 м.

Для нормальной работы дезодоратора высота парового пространства h должна быть достаточно велика, чтобы происходило выделение брызг жира из парового потока уходящего из дезодоратора. Высоту h принято назначать не менее 800 мм.

Тогда общая высота дезодоратора

где - высота эллиптического днища. Для днищ по ГОСТ 6533-78, = 0,25D м;

- высота слоя парожидкостной смеси, находящейся в цилиндрической части аппарата, м

где - объем эллиптической части днища, м³

Полеченная высота Н приводится в соответствие с ГОСТ 9931-79 и выбирается сосуд стандартного объема. Принимаем стандартный аппарат D=2400мм и hц=1970мм. Площадь внутренней поверхности F=27.3м

1.5 Назначение размеров патрубков и фланцев дезодоратора

Фланцы дезодоратора рекомендуется применять стальные с выступом и впадиной приварные встык по ГОСТ 12831-67 на условное давление Р_у=1 МПа (10 кгс/см²).

1.5.1 Патрубок для налива жира в дезодоратор

Поперечное сечение патрубка

где - продолжительность заполнения дезодоратора жиром;

- скорость движения жира в трубопроводе, = (l ... 1,5) м/с.

Диаметр внутреннего отверстия патрубка

Размер патрубка назначаем в соответствии с ГОСТ 10707-73 на трубы.

1.5.2 Патрубок для слива жира из дезодоратора

Диаметр сливного патрубка назначается по формуле:

где - коэффициент расхода, учитывающий сужение струи в выходном отверстии, а так же потери на трение и местные сопротивления в трубопроводе, соединяющем дезодоратор с маслоохладителем. Величину можно принять равной 0,15.

- продолжительность слива, с;

Н_ж - высота слоя жира в дезодораторе при отсутствии продувки жира острым водяным паром, м;

g - ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с² .

1.6 Расчет барботера

Давление острого водяного пара поступающего в барботер назначается по формуле

где w_б - скорость истечения пара из отверстий барботера. В аппаратах с низким давление принимают w_б = (15...18) м/с.

Диаметр отверстий в барботере принимается d_o = (2...3) мм.

Количество отверстий в барботере назначается по формуле:

где V_б - удельный объем водяного пара, поступающего в барботер при давлении Р_б и температуре t₆ = (220...230) °С.

Размер трубы, по которой пар подводится к барботеру. Поперечное сечение трубы

где w₃ - скорость пара в трубопроводе, назначается около 20 м/с.

1.7 Расчет патрубка для выхода острого пара.

Поперечное сечение патрубка

где w₃ - скорость пара в трубопроводе.

Диаметр патрубка

Диаметр шлема

Расстояние от зонта-отбойника до верхнего днища

1=0,25×d₃.

1=0,25×43=10,8мм

Диаметр зонта-отбойника

D₀= 1,4×d₄.

D₀= 1,4×64,5=90,3мм

2. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

2.1 Расчет на прочность ведутся по ГОСТ 14249-73. Дезодоратор изготавливают из кислотостойкой стали.

2.2 Расчетная толщина цилиндрической стенки дезодоратора определяется по формуле:

где р_нар - величина давления, МПа. Для аппаратов, работающих под вакуумом р_нар принимаем равным 0,1 МПа;

Е - модуль продольной упругости, МПа;

L - расчетная высота цилиндрической стенки дезодоратора, м,

l - длина цилиндрической части аппарата, берется по ГОСТ 9931-79;

с - прибавка на коррозию, для кислотостойких сталей с = 0;

c₁ - дополнительная прибавка.

2.3 Расчетная толщина эллиптических днищ назначается по формулам (принимается наибольший результат)

где k_э – коэффициент. Для днищ изготовленных по ГОСТ 6533-78 можно принять k_э =0,96;

R_д - радиус кривизны днища в его вершине. Для днищ, изготовленных по ГОСТ 6533-78 R_д=D;

2.4 Масса дезодоратора определяется приближенно

где F_вн - внутренняя поверхность аппарата, принимается по ГОСТ 9931-79, м²;

s – назначенная толщина стенки дезодоратора, м;

r_ст - плотность стали, r_ст = 7850 кг/м³.

3 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ

3.1 Определение расхода греющего пара на нагрев масла от начальной температуры t₁ до температуры дезодорации t₂ производится на основе теплового баланса периода нагрева.

Приход:

1. Тепло приносимое маслом, Дж

2. Тепло приносимое аппаратом, Дж

3. Тепло приносимое греющим паром, Дж

Расход:

1. Тепло уносимое маслом, Дж
2. Тепло уносимое аппаратом, Дж
3. Тепло уносимое конденсатом греющего пара, Дж
4. Теплопотери, Дж

где и - удельная теплоемкость масла средняя в интервале от 0^оС до t, Дж/(кг×К);

- теплоемкость аппарата, Дж/(кгК);

t₁, t₂, t₃ - температура масла соответственно начальная, дезодорации и конечная, после охлаждения в дезодораторе, ^оС;

- количество греющего пара, кг;

- масса аппарата, кг;

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

a_в - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции аппарата к воздуху, может быть принят a_в = 12 Вт/(м²^×К);

F_нар- наружная поверхность изоляции аппарата, может быть принята приближенно F_нар = 1,1 F_вн ;

t_ст - температура наружной поверхности изоляции, может быть принята t_ст » 40^оС;

t_в - температура окружающего воздуха, ^оС;

- продолжительность периода нагрева, с.

Примечания:

а) При соответствии теплового баланса дезодоратора не учитывалось тепло острого водяного пара, т. к. его энтальпия при проходе через дезодоратора практически не меняется. Не учитывается так же и тепло уносимых из дезодоратора паров летучих веществ, т. к. их количество очень невелико.

б) Температура t_s греющего пара принимается на (10…20)К выше конечной температуры t₂ , до которой нагревается жир. По температуре греющего пара назначается его давление Р_гр.

Из уравнения теплового баланса

определяется количество греющего пара G_гр, кг, и количество переданного тепла

3.2 Определение поверхности и размера греющих змеевиков

Поверхность греющих змеевиков

где K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К);

Dt_ср – средняя разность температур, К.ъ

Коэффициент теплопередачи

где a₁ – коэффициент теплопередачи от конденсирующегося греющего пара, Вт/(м²×К);

d_ст- толщина стенки труб змеевика, мм;

l_ст – коэффициент теплопроводности кислостойкой стали, из которой изготовлен змеевик, Вт/(м²×К);

r_с - термическое сопротивление теплопередачи со стороны загрязнений на поверхности труб змеевика, м²/Bт;

a₂ – коэффициент теплоотдачи от поверхности змеевика к маслу, Вт/(м²×К).

3.2.1.1 Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара

Количество тепла передаваемое в одном змеевике

где Q₀ – количество тепла, передаваемое в одном змеевике,

;

⁵

n - количество змеевиков, так как в дезодораторе применено шесть двойных змеевиков, то n = 12;

L_зм - длина трубы змеевика, м. Эта величина определяется расчетом и ее приходится принимать пока ориентировочно. Вносимая при этом ошибка невелика, так как L_зм в формуле находится в степени 0,15. Ориентировочно принимаем L_зм = (25…30) м.

d_вн - внутренний диаметр труб змеевика, м. Обычно размеры труб змеевика принимают 38х3 мм;

t_s -температура насыщенного греющего пара, ^оС.

3.2.1.2 Коэффициент теплоотдачи от поверхности змеевика маслу зависит от интенсивности барботирования пара, которое описывается критерием режима барботажа

При 18 коэффициент теплоотдачи a₂ определяется формулой

где Nu - критерий Нуссельта,

;

Рr - критерий Прандтля,

с – теплоемкость масла =606 Дж/(кг×К);

l - коэффициент теплопроводности масла=0,14 Вт/(м К);

m - динамический коэффициент вязкости масла=0,001, Па×с.

3.2.1.3 Термическое сопротивление теплопередачи со стороны загряжнений на поверхности труб змеевика зависит от чистоты поверхности труб как снаружи, так и изнутри. Для расчета можно принять r_c = (0,004…0,0045) (м²×К)/Вт.

3.2.2 Средняя разность температур между теплоносителями

3.2.3 Размеры змеевика назначаются следующим образом.

Диаметр D₁ внешнего змеевика назначается так, чтобы он мог пройти через открытый люк аппарата.

Диаметр D₂ внутреннего змеевика делают на 150…200 мм меньше.

Длина труб одного двойного змеевика

Количество витков змеевика

Высота змеевика

где t - шаг витка змеевика t = (1,5…2)×d_н, м.

3.3 Определение расхода охлаждающей воды.

Охлаждение жира до температуры t₃= (90…110) °С производится в дезодораторе. При охлаждении холодная вода поступает в змеевики и, отбирая тепло у масла, нагревается. Для того, чтобы в змеевиках не происходило выпадение солей жесткости из воды

Подача охлаждающей воды

где К - коэффициент теплопередачи при охлаждении, Вт/(м² К). Его величину можно принять равной коэффициенту теплопередачи при нагревании;

с_в - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг×К);

Θ₁ - начальная температура охлаждающей воды, °C;

Θ_2н - температура охлаждающей воды на выходе из змеевика в начале процесса охлаждения, °С.

3.3.2 Продолжительность процесса охлаждения

3.3.3 Расход воды на охлаждение масла в дезодораторе

, кг

3.4 Расчет изоляции дезодоратора

При расчете изоляции назначается температура наружной поверхности изоляции (см. пункт 3.1), выбирается материал изоляции. Толщина изоляции определяется по формуле:

где l_из - коэффициент теплопроводности изоляции =0,5

4 ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА

Наименование показателя	Размерность	Формула
Плотность	кг/м³	r_ж = 938 – 0,68×t
Теплоемкость	Дж/(кг×К)	c = 1695 + 4.19×t
Теплоемкость средняя	Дж/(кг×К)
Теплопроводность	Вт/(м×К)	l = 0,169 – 0,00014×t
Коэффициент динамической вязкости	Па×с
Коэффициент кинематической вязкости	м²/с
Коэффициент поверхностного натяжения	Н/м	s = 0.05

Физические свойства основных металлов и сплавов

Наименование металла или сплава	Плотность, кг/м³	Теплоемкость, кДж/(кг×град)	Теплопроводность, Вт/(м×град)	Коэффициент линейного расширения, a×10⁶
Нержавеющая сталь ЭИ496	7700	0,46	29,2	10,5 – 11,1
Нержавеющая сталь Х18Н9Т	7900	0,50	18,0	16,6
Нержавеющая стальХ17Н132Т	7950	0,50	18,7	16,5

Варианты заданий

№ п/п	G, кг	t₁, ^оС	t₂, ^оС	t₃, ^оС	Q₁, ^оС	Р, Па	t₁, ч	t₂, ч	t₃, ч	t₄, ч
	4000	50	200	90	20	900	2,4	0,25	0,30	0,60
	4200	60	205	95	22	1000	2,6	0,30	0,30	0,70
	4400	70	210	100	22	1000	2,4	0,40	0,30	0,75
	4600	50	210	105	20	1200	2,6	0,40	0,35	0,65
	4800	60	205	90	22	1200	2,4	0,30	0,35	0,60
	5000	70	200	95	22	1100	2,6	0,35	0,35	0,65
	5200	50	200	100	20	1000	2,4	0,30	0,45	0,70
	5400	60	205	105	20	900	2,6	0,35	0,44	0,75
	5600	70	210	90	22	900	2,4	0,40	0,44	0,60
	5800	50	210	95	22	1000	2,6	0,40	0,35	0,70
	6000	60	205	100	20	1100	2,6	0,35	0,35	0,75
	4000	70	200	105	20	1200	2,4	0,35	0,35	0,60
	4200	50	200	90	22	1200	2,6	0,30	0,40	0,65
	4400	60	205	95	22	1100	2,6	0,35	0,40	0,70
	4600	70	210	100	20	1000	2,4	0,40	0,40	0,75
	4800	50	210	105	22	900	2,4	0,40	0,30	0,60
	5000	60	205	90	22	900	2,6	0,35	0,30	0,60
	5200	70	200	95	22	1000	2,4	0,30	0,30	0,70
	5400	50	200	100	20	1100	2,6	0,30	0,35	0,75
	5600	60	205	105	20	1200	2,6	0,35	0,35	0,60
	5800	70	200	90	22	1200	2,4	0,40	0,30	0,65
	6000	50	200	95	22	1100	2,6	0,35	0,30	0,70
	6200	60	200	100	20	900	2,6	0,35	0,35	0,60
	6400	70	210	90	20	1100	2,4	0,40	0,40	0,75
	6500	50	205	95	22	1100	2,6	0,30	0,40	0,70

Расчет дезадоратора

4 ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА

Формула

Варианты заданий