184190638 Proiect La OUIA Docx

25
Capitolul I : Noțiuni teoretice 1.1. Bazele teoretice ale procesului. Evaporarea este o reacție termică de separare parțial sau total a soluțiilor formate prin dizolvarea substanțelor nevolatile în dizolvanți volatili. Operația constă în transformarea a vaporilor dizolvantului volatil urmată de indepărtarea acestora din aparat. În acest mod conținutul dizolvantului scade, iar concentrația soluției în substanța nevolatilă crește. Transformarea dizolvatului în vapori se poate face prin fierbere sau prin vaporizare; evaporarea se refera numai la transformarea dizolvantului în vapori prin fierbere (operația se desfașoara la temperatura de firbere a soluției, presiunea vaporilor dizolvantului fiind egala cu presiunea lor de saturație la temperatura respectivă). Apa se evaporă și se tansformă în formă de vapori, iar soluția dizolvată, de exemplu zahărul, rămîne în soluție în cantitatea neschimbată. Prin aceasta evaporarea se deosebește de distilare, în procesul căruia vaporii trec concomitent cu diferiți componenți a soluției, dar în cantitate diferită. Prin evaporare, vaporii dizolvantului se obțin în stare practică pură, iar substanța nevolatilă (dizolvantul) de obicei un solid sau un lichid cu temperatura ridicată de fierbere (acid sulfuric, glicerina, etc.), ramâne în stare concentrată în aparat sau se separă în stare solida prin operații auxiliare (cristalizarea). Separarea totală în același aparat, fară operații auxiliare este posibilă numai în cazul substanțelor nevolatile în stare lichidă (glicerina) sau când la temperatura de evaporare substanța lichidă nevolatilă se gasește în stare topită (azotat de amoniu și hidrixid de sodiu). Utilaje în care se realizează operația de evaporare se numesc evaporatoare. Caldura necesară evaporării poate fi furnizata de purtătorii de căldură gazoși, lichizi sau vapori prin încalzire directă și indirectă. Incălzirea directă (fară perete despărțitor) este utilizată rar în special la concentrarea soluțiilor corosive cu arzător afundat. Cel mai răspandit mod de transmitere a căldurii în evaporatoare este încălzirea indirectă cu vapori de apă. Mai rar se utilizează încălzirea cu gaze de ardere (obținerea

Transcript of 184190638 Proiect La OUIA Docx

Page 1: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala № document Semnat Data

Coala

3

Proiect de an OUIA

Elaborat Calmatui M.

Verificat Chiaburu V.

T contr. Chiaburu V.

Aprobat

Evaporator cu proces staționar Litera Coli

U.T.M. F.T.M.I.A. TAP-111 гр. ITTA-93Mod Coal

a№ document Semnat Data

Coala4

Evaporator cu proces staționar

Capitolul I : Noțiuni teoretice

1.1. Bazele teoretice ale procesului.

Evaporarea este o reacție termică de separare parțial sau total a soluțiilor formate prin dizolvarea substanțelor nevolatile în dizolvanți volatili. Operația constă în transformarea a vaporilor dizolvantului volatil urmată de indepărtarea acestora din aparat. În acest mod conținutul dizolvantului scade, iar concentrația soluției în substanța nevolatilă crește. Transformarea dizolvatului în vapori se poate face prin fierbere sau prin vaporizare; evaporarea se refera numai la transformarea dizolvantului în vapori prin fierbere (operația se desfașoara la temperatura de firbere a soluției, presiunea vaporilor dizolvantului fiind egala cu presiunea lor de saturație la temperatura respectivă).

Apa se evaporă și se tansformă în formă de vapori, iar soluția dizolvată, de exemplu zahărul, rămîne în soluție în cantitatea neschimbată. Prin aceasta evaporarea se deosebește de distilare, în procesul căruia vaporii trec concomitent cu diferiți componenți a soluției, dar în cantitate diferită.

Prin evaporare, vaporii dizolvantului se obțin în stare practică pură, iar substanța nevolatilă (dizolvantul) de obicei un solid sau un lichid cu temperatura ridicată de fierbere (acid sulfuric, glicerina, etc.), ramâne în stare concentrată în aparat sau se separă în stare solida prin operații auxiliare (cristalizarea).

Separarea totală în același aparat, fară operații auxiliare este posibilă numai în cazul substanțelor nevolatile în stare lichidă (glicerina) sau când la temperatura de evaporare substanța lichidă nevolatilă se gasește în stare topită (azotat de amoniu și hidrixid de sodiu).

Utilaje în care se realizează operația de evaporare se numesc evaporatoare. Caldura necesară evaporării poate fi furnizata de purtătorii de căldură gazoși, lichizi sau vapori prin încalzire directă și indirectă.

Incălzirea directă (fară perete despărțitor) este utilizată rar în special la concentrarea soluțiilor corosive cu arzător afundat. Cel mai răspandit mod de transmitere a căldurii în evaporatoare este încălzirea indirectă cu vapori de apă. Mai rar se utilizează încălzirea cu gaze de ardere (obținerea hidroxidului de sodiu solid) și uneori cu purtători de căldura lichizi; încălzirea electrica se utilizează foarte rar, vaporii de apă utilizați pentru încalzirea evaporatoarelor se numesc vapori primari ( abur primar), iar vaporii rezultați în urma evaporării dizolvantului se numesc vapori secundari.

1.2. Factorii care influențează operația de evaporare.

Acești factori se referă atât la soluția inițială cât și la soluția concentrată, precum și la operația de evaporare în ansamblu.

Influența lor, se poate manifesta asupra transferului termic, asupra calitaților, soluției finale, asupra eficienței instalației sau asupra costului operației de evaporare.

Page 2: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnatt

Data

Coala5

Evaporator cu proces staționar

Dintre factorii referitori la soluția inițială o importanța deosebita o prezintă următorii:

concentrația și natura soluției constantele fizice ale soluției presiunea de vapori sensibilitatea termică depunerea de cruste sau cristale formarea de spumă

Factorii referitori la soluția concentrată cuprind, în afara celor enumerate la soluția inițiala, concentrația soluției finale și formarea acesteia (soluție, topitură sau cristale).

Dintre factorii referitori la operația de evaporare în ansamblu o importanță deosebită prezintă: modul de funcționare (continuu și discontinuu, circulația solutiei în evaporator și în instalație, presiunea și temperatura în evaporatoare, presiunea hidrostatică, parametrii aburului primar, durata evaporării și costul operației).

Câțiva din acești factori, a căror influență trebuie neaparat avută în vedere la alegerea tipurilor constructive și la calculul instalațiilor de evaporare vor fi analizați mai îndeaproape; o parte din ceilalți vor fi considerați la prezentarea procedeelor de evaporare și a tipurilor de evaporatoare.

Temperatura de fierbere a soluției într-un evaporator t`este mai mare decât temperatura de fierbere a solventului pur t la presiunea sub care are loc evaporarea. Creșterea temperaturii de fierbere a soluției se datorează influenței substanței nevolatile dizolvate, presiunii hidrostatice din evaporator și rezistența hidraulică la trecerea vaporilor secundari.

Dizolvarea unei substanțe nevolatile într-un dizolvant volatil are ca efect scăderea presiunii de vapori a dizolvantului și ca urmare creșterea temperaturii de firbere a soluției. Creșterea temperaturii de fierbere a soluției este cu atât mai mare cu cât este mai concentrată soluția respectivă.

Sensibilitatea termică, unele substanțe în special organice prin menținerea la o temperatură mai ridicată se degradează, adică se descompun chimic sau pierd anumite calități ,privind aspectul, mirosul sau culoarea. Degradarea depinde de produsul dintre temperatura t și durata de a se menține la temperatura respectivă.

Capitolul II Procesul de evaporare

2.1. Evaporarea simplă

Acest procedeu se realizează cu concentrarea soluției într-un singur evaporator, prin evaporarea soluției, până la atingerea cocentrației cerute, evaporarea simplă poate fi continuă sau discontinuă. Soluția inițială este continuu alimentată în evaporator. În urma evaporării rezultă vapori secundari GW și soluția concentrată.

Productivitatea evaporatorului depinde de parametrii aburului primar, de diferența între temperatura acestuia și temperatura soluției la suprafața de încălzire, de coficientul total de transfer termic.

Page 3: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala6

Evaporator cu proces staționar

Vaporii secundari GW sânt evacuate în atmosferă fie condesați într-un condensator, fie utilizati ca purtători de caldură pentru încălzirea altor aparate .

Evaporarea simpla poate fi realizata sub presiune sau sub depresiune (vid). La evaporarea sub vid depresiunea se realizeaza prin condensarea vaporilor secundari într-un condensator special și prin evacuarea gazelor necondensabile din spațiul de fierbere cu ajutorul unei pompe de vid. Evaporarea sub vid permite scăderea temperaturii de fierbere a soluției, putând fi astfel utilizată pentru concentrarea soluțiilor termolabile. Alte avantaje ale evaporării sub vid sunt: posibilitatea măririi diferenței de temperatură între aburul primar și soluția de concentrare, micșorarea suprafeței de încalzire folosind aburul primar de presiune joasă. Economia de metal pentru reducerea grosimii pereților evaporatorului.

Evaporarea sub presiune este mai rar utilizată în procedee de evaporare simplă, deoarece ridică temperatura de fierbere a soluției și deci necesită abur primar de presiune ridicată. Aburul secundar obținut, poate fi utilizat ca agent de încălzire sau în diferite scopuri tehnologice.

Evaporarea simpla discontinuă se utilizează pentru concentrația soluțiilor cu vâscozitate mare sau pentru obținerea unor soluții cu concentrație finală mare, deoarece în aceste cazuri de operație de evaporare se înrăutațește ca efect al creșterii vâscozității și concentrației, numai către sfarșitul evaporării.

In cazul evaporării simple cu proces continuu, concentrația soluției în evaporator este foarte apropiată de concentrația finală și deci operația se desfașoară tot timpul în condiții defavorabile.

2.2 Principiul de funcționare al aparatului

Examinăm schema de instalare a evaporatorului simplu cu proces continuu de circulație a soluției, de exemplu aparatul cu țeava centrală de circulație.

Aparatul este compus din instalație cu schimb de căldură camera de încălzire 1 și separator 2. Camera și separatorul pot fi unite într-un singur aparat. Camera este încălzită de vaporii saturați, care pătrund între țevi. Condensatul se îndepărtează în camera de jos.

Soluția de evaporare ridicînduse în țevi 3 se încălzește, fierbe cu formarea vaporilor secundari. Separarea vaporilor de lichid se efectuează în separatul 2. Picăturile vaporilor secundari se înlătură din partea de sus a separatorului.

Page 4: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala7

55

Evaporator cu proces staționar

O parte de lichid se scurge în țeava de circulație 4 și apoi prin reșoul de jos al țevei. Din cauza diferenței de densitate a soluției în țeava 2 și emulsiilor de vapori-lichid în țevile 3, lichidul circulă în contur închis. Soluția evaporată se îndepărtează prin ștuțel la adîncimea aparatului.

2.3 Bilanțul de materie și termic în procesul de evaporare

Pentru efectuarea calculului unui evaporator este necesar să se cunoască materialele intrate și ieșite, căldura necesară pentru concentrarea soluției și suprafața necesară realizării transferului de căldură de la aburul primar al soluției de concentrat. Mijloacele principale pentru efectuarea acestui calcul sunt bilanțul de materie, bilanțul termic și transmiterea căldurii însoțită de schimbarea stării fizice a fluidului.

1. Bilanțul de materie

Stabilim bilanțul de materie pentru evaporatorul schițat în fig. 1 . Bilanțul total al evaporatorului este redat în ecuația

Gd=Gw+Gc (1)

Dacă se notează cu Bd concentrația inițială diluată a soluției, atunci Gd și cu Bc, concentrația finală a soluției care iesă din evaporator, bilanțul parțial pentru substanța nevolatilă dizolvată se reprezintă prin ecuația:

Gd Bd= Gc Bc (2)

De obicei sunt date debitul sau cantitate soluției inițiale Gd , concentrația inițială Bd și Bc

ale soluției. În acest caz, debitul sau cantitatea soluției concentrate Gc și a vaporilor secundari Gw

se calculează prin relațiile:

Gc= Gd (3) ; Gw= Gd Gc= Gd(1 ) (4)

2. Bilanțul termic

Pentru evaporatorul din fig.1. considerat că funcționează în regim staționar, căldurile care

intră sunt cele aduse cu aburul primar QD și cu soluția inițială Qd ; din evaporator dacă se

neglijează pierderile de căldură în exterior, iesă căldurile Qînc cu vaporii secundari Qw , soluția

concentrată și Qpier a condensatului.

Bilanțul termic pentru evaporator cu regim staționar poate fi exprimat prin relația:

QD+Qd= Qînc+Qw+Qpier (5)

Căldurile care intervin în ecuația de mai sus, neglijând creșterea temperaturii de fierbere a soluției față de dizolvantul pur (t1=t), pot fi exprimate sub forma:

D iD+ Gd cd td = Gw iw + Gc cc tc + D iD (6)

unde

Page 5: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala866

Evaporator cu proces staționar

D – vaporii primari, Kg/s

cd – căldura specifică a soluției inițiale dizolvate, J/kg k

cc – căldura specifică a soluției concentrate, J/kg k

iD – entalpia aburului primar, J/kg

iDk – entalpia condensatului, J/kg

iw – entalpia vaporilor secundari, J/kg

td – temperatura soluției inițiale diluate, k

tc – temperatura soluțiai concentrate din evaporator, k

Pentru a simlifica ecuația bilanțului, se consideră valabilă legea aditivității capacităților calorice pentru componenetele soluției inițiale, adică:

Gd cd = Gc cc+ Gw cw (7)

Înlocuind expresia de mai sus în ecuația (6) rezultă:

D iD+ Gd cd td= Gw iw+( Gd cd Gw cw) tc +D+ iD

Sau grupând termenii, se obține relația:

D( iD iDk)+ Gd cd (td tc)= Gw (iw cw tc) (8)

Care reprezintă ecuația bilanțului termic al evaporatorului.

Căldura necesară concentrării soluției Q=D(iD iDk) (9) se calculează din relația

D(iD D)+ Gd cd (td tc)= Gw (iw cw tc) scrisă sub forma

Q= Gd cd (td tc)+ Gw (iw cw tc) (10)

Suprafața necesară pentru realizarea transferului termic în evaporator se determină cu ajutorul ecuației fundamentale scrise sub forma:

A= = (11)

unde

t0 – temperatura aburului primar, k

t1 – temperatura de fierbere a soluției în evaporator, k.

Page 6: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculează cu ajutorul unei ecuații, ținând seama de crustele depuse de soluție.

Tipuri de evaporatoare.

După modul de circulație a soluției în spațiul de fierbere, evaporatoarele se clasifică în trei categorii principale:

– evaporatoare cu circulație natural– evaporatoare cu circulație forțată– evaporatoare cu film de soluție.

Capitolul III Calculul evaporării într-un singur aparat cu proces staționar

În aparatul cu procesul staționar de evaporare a soluției se petrece în regimul tehnologic permanent. Astfel constă eficacitatea lui, față de aparatul nestaționar cu efect periodic.

Concentrația la evaporarea staționară este mai aproape de cea finală, de aceea coeficientul transferului de căldură e mai mic de coeficientul mediu transferului de căldură în aparatul de evaporare cu efect periodic. În aceasta constă neajunsul evaporării staționare, că timpul necesar pentru evaporare aceleași cantități de apă cu suprafață egală de încălzire. Suprafața a aparatului cu procesul staționar este mai mare, decât a aparatului cu process periodic nesteționar.

Expresia principală de calcul a procesului:

Q= KFΔt

unde Q-cantitatea transferului de căldură J/s (w);

K-coeficientul total de transfer de căldură, w/m2k;

F- suprafața schimbătorului de căldură, m2;

Δt- diferența utilă a temperaturilor în aparat, k.

Dacă luăm în considerație, că

= KΔt =q w/m2

avem

q=KΔt,

unde q-tensiunea căldurii suprafeței de încălzire.

La efectuarea calculului de proiect suprafața schimbătorului de căldură este:

Page 7: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala9

Evaporator cu proces staționar

F= , m2

la efectuarea calculelor de control, cînd sunt cunoscute Q, K și F, determinăm diferența utilă de temperaturi:

Δt=T tabs Δtpier ,

unde T-temperatura de încălzire a vaporului, k;

tabs-temperatura absolută a vaporului, k;

Δtpier-pierderile diferenței temperaturii utile din cauza depresiei de temperatură și efectului hidrostatic.

Consumul de vapori se deduce din egalarea bilanțuluide căldură în aparat.

DI1+ S0c0t0=WI2+( S0-W)c1t1+D cc+Qpier,

unde D-consumul vaporilor saturați, kg/h; I1-entalpia vaporilor de încălzire, J/kg;

S0,c0,t0-cantitatea (kd/h),căldura masică (J/kgk) și temperatura (k) de intrare a soluției; W-cantitatea apei evaporate, kg/h; I2-entalpia vaporilor de apă saturați, J/kg;

C1,t1-căldura specifică de masă (J/kgk) și temperatura (k) soluției evaporate;

,cc-temperatura condensatului (k) și căldura masică (J/kgk); Qpier-pierderi de căldură în mediu ambiant, J.

Cantitatea de căldură cheltuită în aparat

Q=D(I1 cc), w

După determinarea lui Q este necesar de calculat K pe baza 1 și 2 și de aflat diferența

utilă de temperaturi. Coeficienții parțiali de transfer de căldură 1 și 2 prezintă funcție q1 și

q=KΔt.Calculul lui k, se efectuează după metoda perioadelor de apropiere.Dînd unele valori q și

precizînd pentru fiecare tensiune de căldură K și Δt, construind graficul q-Δt.

Știind Δt pentru aparatul dat, se determină după grafic q calculat, apoi Kteor= q:Δt .

Mai amănunțit metoda de calcul este arătată mai jos.

În evaporatorul cu un corp de funcționare continuă se evaporă soluția de zahăr cu

concentrația Bd= 12% masă; pînă la Bc=65% masă după cantitatea substanței uscate.

Productivitatea preparării siropului Gd=5 t/h. Temperatura soluției intrate 85 k. Presiunea

Page 8: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala

10Evaporator cu proces staționar

vaporilor de încălzire 1,2at=1,2 9,18 104 N/m2 (T1=104 k, I1=2685,4 103 kJ/kg; r1=2249 103

kJ/kg. Depresiunea în vid Δpv=0,4 at; Presiunea absolută în aparat p2=0,6at=58860 N/m2

( tsat=85,5 k; I2=2650 103kJ/kg).

Evaporarea se produce în aparatul cu țevile verticale cu lungimea de 2,5 m.

Trebuie de aflat surafața schimbătorului de căldură și consumul aburului încălzit.

1.Cantitatea apei evaporate

Gw=Gd(1 )

Gw= (1 )= 1,124 kg/s (4080kg/h)

2.Depresiunea de temperatură normală cu concentrația soluției 65% este 2,34 C, dar aparatul

funcționează în vid (tsat=85,5 C) de aceea introducem o restabilire:

Δtdep=

unde -coeficientul de restebilire

=16,2 =16,2 =0,75

T1-temperatura absolută de fierbere a soluției, k;

r1-căldura latentă a soluției de vapori formați în prezența presiuniidate kJ/kg.

În prezența t2 =85,5 =0,75, rezultă

Δtdep=2,34 =1,75 k

3.Temperatura de fierbere a soluției la suprafață

=85,5+1,75=87,25 k

Pentru calculul efectului hidrostatic găsim mărirea presiunii în stratul mediu a lichidului în țeava de fierbere.

Page 9: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala

11Evaporator cu proces staționar

Δphid= N/m2

unde hopt-înălțimea optimală a nivelului soluției, m;

g- greutatea specifică a lichidului, N/m3

Există dependența empirică pentru a determina nivelul optimal a lichidului în procente în dependență de înălțimea țevei.

= 26+0,14(ρsol ρapă)

unde ρsol, ρapă- densitatea soluției și a apei la temperature de fierbere la suprafață, kg/m3.

În cazul dat

=26+0,14(1190,4 967)=58,4%

Densitatea soluției de zahăr 65% concentrație la =87 k,

ρ87 =ρ12 (0,4+0,0025Br)(t )=1232, (0,4+0,0025 65)(87 12)=1190 kg/m3,

=2,5 0,584=1,46 m,

Δp= =8522 N/m2 , (0,086 )

Presiunea în statul mediu pmed=pabs+ Δp

pmed=58860+8522=67382 N/m2,

pmed=0,6+0,086=0,686

Page 10: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Temperatura de fierbere a apei la pmed=67382 N/m2 este 88,5 rezultă scăderea diferenței utile de temperaturi datorită efectului hidrostatic

Δthid=88,5 85,5=3 k,

Pierderea diferenței utile de temperaturi datorită depresiei de temperatură și efectului hidrostatic

Δtpier= Δtdep+ Δthid=1,75+3=4,75 k,

Diferența utilă a temperaturilor în aparat

Δt=T tabs Δtpier=104 85,5 4,75=14 k,

Temperatura de fierbere a soluției este 85,5+4,75=90,25 k.

4.Alcătuim bilanțul termic al aparatului.

Căldura intrată:

cu aburul primar de încălzire DI1=D 2685,4 kJ;

cu soluție slabă S0c0t0=1,388 3,68 85,5=436,72kJ, de unde c0=4,19(1 )=3,68

Consumarea căldurii:

aburului secundar WI2=1,134 2650=3005,1 kJ,

cu soluția concentrată (S0 Gw)c1t1=(1,388 1,134) 3,77 90=86,18 kJ

cu vaporii condensați D c=D(Tp 2 )c=D 102 4,19=D 427,38 kJ.

Pierderile de căldură în mediul înconjurător acceptîm 5% de la căldura venită, rezultă

Qpier=(2685,4 D+436,72) 0,05=134,27 D+21,83 kJ/1,38 kg/s,

Consumul total de căldură

3005,1+86,18+D 427,38+D 134,27+21,83=3113,11+561,65 D

Adunînd căldura intrată șiconsumată, primim

2685,4D +436,72=3113,11+561,65 D

Page 11: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala

12Evaporator cu proces staționar

de unde

D=2676,39:2123,75=1,26 kg/s vapori/1,38 kg/s soluție

Reprezentăm datele bilanțului termic în tab 4.1.

Consumul aburului specific

d = = = 1,12 kg/kg.

5.Deducem coeficientul transferului de căldură. Prealabil primim tensiunea suprafeței de încălazire q=10000 kJ/m2h (10000 1,16=11600W/m2)

Deducem temperatura condensatuluidupă formula:

= Tp 0,5 Δt

unde =0,2 relația a rezistenței termice a transferului de căldură către rezistența termică căldurii de percepție.

Căldura venită

la 5000 kg a soluției de intrare

Cantitatea de căldură Căldura consumată la 5000 kg a soluției de

intrare

Cantitatea de căldură

kJ % kJ %

Cu aburul de

încălzire 2685,4

1,26

3383,60 88,56Cu aburul secundar 3005,1 78,65

Cu soluția concentrată86,18 2,25

Cu soluția slabă

diluată436,72 11,43

Cu condensatul427,38 1,26

538,49 14,09

Pierderi în mediul înconjurător

134,27 1,26+21,83 191,10 5

3820,32 100 3820,7 100

Page 12: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala

13Evaporator cu proces staționar

Δt=14 k diferanța utilă a temperaturilor

=104 0,5 0,2 14=103 k, ce este aproape de cea primară. Parametrii fizici a apei la această

temperatură sunt următoarele: g1=957 kg/m3; =0,272 10-6 m2/s(0,272 10-6 3600 m2/h); r =2258 kJ/kg=539J/kgs 4,19.

Criteriul Reynolds la condensare: 10-6

Re = = = 49<180

În regimul laminar de curgere a peliculei condensatului cu Rec<180 coeficientul căldurii de restituire cu condensarea poate fi găsit egalarea din starea:

= kJ/m2 h k x 1,16W/ m2 k

unde A1 pentru cazul condensării vaporilor de apă în intervalul de temperaturi =tc de la 80

pînă la 200 k se poate de precizat după graficul A1 tc.

După graficul la = tc =103 , A1=280 103, atunci

= =9358 kJ/ m2 h k,

Coeficientul de transfer parțial la fierberea lichidului în conturul vertical cu circulația naturală la presiunea aburului p=0,1 72 at și q=8 103 900 103kJ/ m2 h se deuce după formula

= 1,82 = Am ,

unde λ coeficientul de condλuctivitate termică la temperatura de fierbere:

λ90=1,29 10- 4c g′ =1,29 10- 40,72 1188 = 0,203 kJ/ m2 h k,

g′ greutatea specifică a soluției la tfier:

=1232,6 (0,4+0,0025 65)(90 12)=1188 kg/m3 ,

Page 13: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala

14Evaporator cu proces staționar

g" greutatea specifică a aburului la presiunea spațiului de vapori: 0,1301 kgs/m3,

r căldura latentă de vaporizare la tfier545,3 kJ/kgs,

g0 greutatea specifică a aburului uscat saturat la 1at, 0,5790 kgs/m3,

c căldura specifică a soluției la tfier:

c90=1 (0,6 0,0018 t) =0,72kJ/kg s k,

𝜎 suprafața de întindere a soluției la tfier: 165,8 10- 4kgs/m,

𝜈 coeficientul viscozității cinematice a soluției la tfier: 20,5 10- 3m2/h.

Semnificația λ, 𝜎 și 𝜈 se deduc orientativ.

Calculăm

Am= = 0,93

atunci

=Am q0,6=0,93 100000,6=233,6 kJ/ m2 h k

Determinăm coeficientul de transfer parțial teoretic

Kteor= = =227,9 kJ/ m2 h k 228

Primim coeficientul de folosire a suprafeței schimbătorului de căldură =0,7 , atunci Kprac=Kteor

=228 0,7=159,6 kJ/ m2 h k=159,6 1,16=185,13W/m2 k

Controlăm rezistența suprafeței a căldurii obținute a schimbătorului de căldură

q= Kprac Δt=185,13 14=2591W/m2

Page 14: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Așa cum q calculat se diferențiază de la cel primit (q=11600W/m2=10000 J/m2 h), construim suprasarcina caracteristică( Graf.5.2), dînd diferite valori q.

Rezultatele calculelor și suprasarcina caracteristică din grafic sunt concepute în tab.5.1.

Mărimile

La A1=280 103 și Am=0,93 și curentul de căldură q W/m2

1000 5000 10000

=21180 12455 9907

=Am q0,6 58 154 233

Kteor=

58 152 227

Kprac=Kteor 40 106 159

Δt=q: Kprac 25 47,16 62,89

Supraîncărcarea caracteristică arată, că Δt=14 , corespunde tensiunei de căldură a suprafeței schimbătorului de căldură q=200W/m2, rezultă

Kprac= =14,2 W/m2 k

GRAF.5.2 SUPRAÎNCĂRCAREA CARACTERISTICĂ A EVAPORATORORULUI

Page 15: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala

15Evaporator cu proces staționar

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala2

Evaporator cu proces staționar

6.Pentru a stabili suprafața de încălzire a aparatului de evaporare, găsim căldura consumată la 5000kg a soluției intrate

Q=D(I1 cc)=1,26(2685,4 103 4,19)=2839,8 kJ

unde căldura specifică a condesatorului cc=4,19kJ/kg k

Atunci

F= = =197,14 m2

unde Gd este productivitatea siropului, 1,38 kg/s.

Primim la instalația a aparatului F=200m2. La acest aparat producerea secției este

m= =1,4kg/s

7.Cantitatea vaporilor secundari, introduși la amestecarea în condensator

DII= = =1,14kg/s (4104 kg/h).

Page 16: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Bibliografie

1. Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технолоний.-М.:Химия, 1973.

2. Стахеев И.В., Основы проектирования процессов и аппаратов пищевых производств.-Минск,1972, 1975.

3. Стабников В. Н., Лысянский В.М., Процессы и аппараты пищевых произвоств. –М.: Пищевая промышленность, 1981.

4. Павлов К. Ф., Романков П.Г., Носков А.А., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологий. –Л.:Химия, 1981.

5. Чюбик И.А., Маслов А.М., Теплофизические свойства пищевых продуктов и полуфабрикатов, М., 1972.

6. Internet.

Page 17: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Mod Coala

№ document Semnat Data

Coala1

Evaporator cu proces staționar

Cuprins

Bibliografie ......................................................................................................................2

Capitolul 1. Noțiuni teoretice

1.1 Bazele teoretice al procesului de evaporare................................................31.2 Factorii care influențează operația de evaporare.........................................3

Capitolul 2. Procesul de evaporare

2.1 Evaporarea simplă ......................................................................................42.2 Principiul de funționare al aparatului..........................................................52.3 Bilanțul de materie și termic în procesul de evaporare...............................6

Capitolul 3. Calculul evaporării într-un singur aparat cu proces staționar.......................8

Page 18: 184190638 Proiect La OUIA Docx

MINISTERUL ÎNVĂȚĂMÂNTULUI ȘI TINERETULUI A REPUBLICII MOLDOVA

UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI

FACULTATEA DE TEHNOLOGIE ȘI MANAGEMENT ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ

SPECIALITATEA TEHNOLOGIA ALIMENTAȚIEI PUBLICE

CATEDRA PATPC

Proiect de anDisciplina: Operații Unitare în Industria Alimentară

Tema: Evaporator cu proces staționar

Elaborat: Studenta gr. TAP-111

Calmatui Mariana

Verificat: Lectorul superior

Chiaburu V.

Page 19: 184190638 Proiect La OUIA Docx

Chișinău 2014