Проектування біотехнологічних виробництв

Завдання 2. Підібрати стандартну випарну установку Кестнера для концентрування супернатанту за наступними вихідними даними:

Код студента - 4131            Тихомиров Богдан

Варіант - 231

 Маса супернатанту – Gс = 20 тон

 Час випарювання -     τс = 12 год

 Ступінь концентрування – Кс = 6

 Початкова температура супернатанту –   tс =  21°С.

 Абсолютний тиск в апараті -         Р = 0,0196 МПа  

     Швидкість пари в трубах –         Wвп =  35  м/с

     Теплоємність розчину прийняти свих = 4,19 кДж/(кг К)        

   При виконанні завдання скористатись порядком розв’язання,  який наведено  у  Прикладі  2, що розміщено у розділі ТЕМА 9. на сайті дистанційної освіти.

Розв’язання

1. Маса концентрату дорівнює Gк = Gс/K = 20/6 = 3,33 тонн.
2. Маса екстра-пари становить W = Gc – GK = 20 – 3,33 = 16.67 тонн.
3. Масова витрата вихідного розчину дорівнює

Gвих = Gc /Т×3600 = 20/(12×3600) = 0,462 кг/с.

1. Масова витрата екстра-пари дорівнює

Wс = W/(Т×3600) = 16.67/(12×3600) = 0,386 кг/с

Масова витрата концентрату дорівнює

GК = Gвих - Wc = 0,462 – 0,386 = 0,104 кг/с.

1. Розрахунок теплового навантаження:

При тиску в апараті Р = 0,0196 МПа  температура кипіння води дорівнює tK = 59,7°С, теплота пароутворення rвп = 2358 кДж/кг, густина пари ρп = 0,1283 кг/м3 (данні з таблиці 2.1). Оскільки теплофізичні властивості супернатантів близькі до властивостей води, приймемо, що теплоємність розчину становить свих = 4,19 кДж/(кг×К).

Отже, теплове навантаження складе

Q = Wc × rвп + Gвих  × свих (tк – tвих) = 0,386·2358 + 0,462·4,19·(59,7 – 21) = 985 кДж/с (кВт)

1. Об’ємна витрата екстра-пари дорівнює VW = Wc / ρп = 0,386/0,1283 = 3,008 м3/с.
2. Приймемо, що середня швидкість пари в трубах Wп = 40 м/с, тоді площа поперечного перерізу трубного простору повинна становить Sтр = VW/Wп = 3,008/40 = 0,0752 м2.
3. Площа перерізу труб (м2) також знаходить з рівнянь:

S1 = K1×F1 (для труб типу І) та SІІ =КІІ × FІІ (для труб типу ІІ), де FІ - номінальна поверхня теплообміну апарата, м2; КІ = 1,72 ·10-3 (для труб типу І); КІІ = 1,87 ·10-3 (для труб типу ІІ) (дивись табицю 2.2.)

1.  Потрібна поверхня теплообміну повинна становити для апаратів І типу

FІ = SІ/ КІ = 0,0752 /0,00172 = 43,72 м2, а для ІІ-го типу- FІІ = SІІ/ КІІ = 0,0752 /0,00187 = 40,21 м2. Середня поверхня теплообміну становить

Fср = ( FІ +FІІ)/2 = (43,72 +40,21)/2 = 41,965 м2