МАШИНЫ И АППАРАТЫ СПИРТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Расчет расхода пара на разваривание

Расчет расхода пара на разваривание

Вследствие того, что разварник работает периодически, тепловые процессы, происходящие в нем при разваривании сырья, являются также прерывными по времени. Таким образом, подсчет количества пара, идущего на разваривание, сводится к определению расхода пара на одну варку за период полного оборота разварника. После этого можно подсчитать среднечасовой расход пара в зависимости от перерабатываемого количества того или иного вида сырья.

Общее количество пара на разваривание может быть подсчитано по следующему уравнению:  (Ф III-5)

где: D - общее количество пара, идущего на разваривание, в кг;

D1-     расход пара на нагревание сырья от начальной его температуры до наивысшей за период разваривания, в кг;

D2 - расход пара на нагревание добавляемой в аппарат воды, в кг;

D3 - расход пара на нагревание самого аппарата, в кг;

D4-     расход пара на нагревание изоляции аппарата, в кг;

D5 - расход пара на компенсацию потерь тепла в окружающую среду, в кг;

D6- расход пара на заполнение свободного пространства в аппарате, в кг;

D7- расход пара на пропаривание аппарата после выдувания массы, в кг;

D8 -расход пара на циркуляцию, в кг.

Перейдем к рассмотрению отдельных статей расхода пара.

 

Определение расхода пара на нагревание сырья. Расход пара на нагревание сырья может быть определен по следующему уравнению: (Ф III-6)

где: G1 - вес сырья, в кг;

tК - конечная температура разваренной массы, в °;

tН - начальная температура загружаемого сырья, в °;

I -полное теплосодержание греющего пара, в ккал/кг;

λ - теплосодержание конденсата, в ккал/кг;

       С1 - средняя теплоемкость сырья за период разваривания, в ккал/кг°.

Известно, что теплоемкость каких-либо продуктов зависит от температуры, при которой протекают процессы нагревания или охлаждения этих продуктов. Однако изменение теплоемкости в пределах интересующей нас температуры является настолько незначительным, что без особых погрешностей можно принять ее как постоянную величину.

Теплоемкость может быть определена по формуле: (Ф III-7)

где: с - искомая теплоемкость, в ккал/кг °;

с0- удельная теплоемкость сухих веществ, в ккал/кг0 (для крахмалсодержащего сырья, может быть принята равной 0,37 ккал/кг°); ω - влажность сырья, в % по весу.

Для мерзлого сырья расход пара на нагревание складывается из следующих статей:

а) расход пара на нагревание мерзлого сырья от начальной температуры (tн) до 0°;

б)  расход пара на таяние льда;

в) расход пара на нагревание картофеля от 0° до конечной температуры разваривания (tк.).

В этом случае уравнение (3-6) примет следующий вид: (Ф III-8)

где: Dm - расход пара на нагревание мерзлого сырья до конечной температуры разваривания, в кг;

Gm - вес мерзлого сырья, в кг;

с' - теплоемкость мерзлого сырья, в ккал/кг °;

t1 - температура мерзлого сырья, в °;

80 - скрытая теплота плавления льда, в ккал/кг;

W - количество влаги в 1 кг сырья, в кг;

с - теплоемкость нормального (не мерзлого) сырья, в ккал/кг °;

tК- конечная температура разваривания, в °.

Теплоемкость мерзлого сырья (с') определяется по формуле: (Ф III-9)

где 0,5 - теплоемкость льда.

Определение расхода пара на нагревание добавляемой в аппарат воды. Данная статья предусматривает расход пара в случаях, когда варку производят с добавлением воды: (Ф III-10)

где: G12 - вес добавляемой воды, в кг;

tk- конечная температура воды, в °;

tн - начальная температура воды, в °.

Значения i и λ - прежние.

Определение расхода пара на нагревание материала разварника. Расход пара на нагревание самого аппарата вычисляют по уравнению: (Ф III-11)

где: D3 - вес нагреваемого аппарата, в кг;

с3-теплоемкость материала аппарата, в ккал/кг °;

tк - конечная температура стенок аппарата, в

tн- начальная температура стенок аппарата, в °.

Значения i и λ  - прежние.

Определение расхода пара на нагревание изоляции разварника. Расход пара на нагревание изоляции разварника может быть рассчитан совершенно аналогично расчету расхода пара на нагревание самого аппарата.

Определение расхода пара на компенсацию потерь тепла в окружающую среду. Данные потери являются следствием двух процессов:

а) перехода тепла в окружающую среду через стенки аппарата путем конвекции;

б) перехода тепла в окружающую среду через стенки аппарата путем теплоизлучения.

Расход пара на компенсацию этих потерь может быть подсчитан по следующей общей для обоих процессов формуле:

(Ф III-12)

где: F - поверхность теплопередачи, в м2;

τ - время протекания тепловых процессов, в часах;

tС -температура внешней поверхности стенки (изоляции) аппарата, в °;

tв-температура окружающего аппарат воздуха, в °;

αс -коэффициент суммарной теплоотдачи, в ккал/м2 час°.

Коэффициент суммарной теплоотдачи показывает, какое количество тепла отдается стенкой аппарата в окружающую среду одновременно путем конвекции и теплоизлучения с 1 м2 в течение 1 часа при разности температур 1°

αс = αк + αЛ,   

где αк -коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к окружающему воздуху путем конвекции, в ккал/м2 час°.

Численное значение коэффициента αк от стенки аппарата к окружающему воздуху, находящемуся в состоянии естественной конвекции, определяют по уравнениям, которые получают путем обработки опытных данных с применением теории подобия.

Для нашего случая могут быть применены следующие зависимости:

1)                Nи = 0,55 (Gг • Рг)0,25, если значения lg (Gг•Рг), находятся в пределах от 3 до 7,3 и

2)        Nи = 0,13 (Gг-Рг)1/3 если значения lg (Gг•Рг) находятся в пределах от 7,3 до 12.

Подставляя значения критериев, имеем в первом случае: (Ф III-14-15)

Обозначения:

λ - теплопроводность, в ккал/м час °;

L -линейный размер аппарата, в данном случае высота стенки аппарата, в м;

g- ускорение силы тяжести, в м/сек2;

μ- - вязкость воздуха, в кг сек/м2;

β - температурный коэффициент объемного расширения воздуха, размерность которого 1/0C ;

ср - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, в ккал/кг °;

Δt-разность температур между стенкой и воздухом;

ρ - плотность воздуха, в кг сек24.

Значения физических констант берутся при средней арифметической температуре стенки и  воздуха: (Ф III-16)
Приведенные формулы могут быть значительно упрощены подстановкой в них средних значений физических констант для воздуха и опытным подбором коэффициентов пропорциональности для данного расположения стенки аппарата.
В частном случае для вертикально расположенной цилиндрической стенки этот коэффициент теплоотдачи к окружающему воздуху с доста­точным приближением может быть подсчитан по формуле: (Ф III-17)

Коэффициент теплоотдачи путем теплоизлучения αлккал/м2 час °), определяют по формуле: (Ф III-18)
где: Тст - абсолютная температура стенки, в °;
Тв - абсолютная температура воздуха, в °;

С -коэффициент излучения, в ккал/м2 час (К/100) 4, где °К - градусы шкалы абсолютных температур.

Коэффициент С определяют опытным путем. Он зависит от химического состава излучающей стенки, цвета и характера поверхности стенки. Большое значение имеет обработка поверхности. Значение С берут из соответствующих таблиц.

Определение расхода пара на заполнение свободного пространства разварника. В загруженном сырьем разварнике часть объема аппарата  остается свободной. На заполнение этого свободного объема расходуется пар, количество которого может быть определено по следующему уравнению:(Ф III-19)

где: Vn-свободный объем разварника, в м3;

γn- удельный вес пара, поступающего на разваривание, в кг/м3.

Свободный объем разварника находят по разнице между общим объемом разварника и объемом, занятым разваренной массой и конденсатом пара:

Vn=V-(Vм+Vк) м3,           

где: Vn - общий объем разварника, в м3;

Vм - объем, занятый массой, в м3;

Vк - объем, занятый конденсатом, в м3.

 


Определение расхода пара на пропаривание разварника после выдувания из него разваренной массы (Ф III-21)

где: V - общий объем разварника, в м3;

γ2 - удельный вес пара при максимальном давлении в аппарате во время пропаривания, в кг/м3;

γ1-удельный вес пара при 1 ата, в кг/м3;

п -количество пропариваний.

<< предыдущая  |  следующая >>

   Наиболее популярные книги в каталоге