Сусловарочный аппарат (стр. 2 из 3)

где Вн- начальное содержание сухих веществ, % масс.;

Вк- конечное содержание сухих веществ, % масс..

Тогда по формуле (2.1) количество теплоты Q_вып , необходимое для выпаривания 2074,07кг воды равно:

Необходимая площадь поверхности теплопередачи сусловарочного котла (м²) в зависимости от продолжительности процесса выпаривания

(ч) определяют по формуле:

, (2.3)

где К_сусла– коэффициент теплопередачи при кипячении сусла, кВт/(м²·К);

Δt_ср – полезная разность температур при выпаривании, ^оС;

τ_ц – продолжительность процесса выпаривания, ч, τ_вып =1,5 ч.

Давление насыщенного пара, применяемого для кипячения сусла:

(2.4)

При данном давлении температура насыщения пара по уравнению интерполяции будет равна [5]:

)

При расчетах поверхности теплообмена принимают, что греющий, насыщенный пары и конденсат отводятся при температуре конденсации т.е.

t_н.п = t_к.п = 138,9^оС.

Средняя разность температур:

, (2.5)

где

1

.

1

Тогда

Коэффициент теплоотдачи

от греющего пара к стенке с учетом потерь теплоты за счет образующегося на внутренней поверхности аппарата осадка:

, (2.6)

где α_накл.1 – коэффициент теплопередачи для наклонной стенки аппарата, Вт/(м²·К);

- коэффициент теплопередачи от поверхности паровой рубашки к кипящему суслу, Вт/(м²·К);

δ – толщина стенки паровой рубашки, то есть толщина листовой стали, м, δ = 0,014 м;

λ_ст – теплопроводность материала стенки, Вт/(м·К), теплопроводность стали нержавеющей марки 1Х18Н9Т, λ_ст = 16 Вт/(м·К).

– тепловая проводимость загрязнений стенок

(термическое сопротивление), Вт/м²

Коэффициент теплопередачи от греющего пара к стенке находим по формуле [4]:

, (2.7)

где С_п – коэффициент пропорциональности, для вертикальной стенки, С_п=0,533;

λ – коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м·К);

ρ_конд – плотность конденсата, кг/м³;

μ – коэффициент динамической вязкости конденсата, Па·с;

r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

Н_ст – высота стенки м, Н_ст=

м;

t_пи t_ст – температура пара и стенки паровой рубашки, ^оС.

Величины λ, ρ_конд и μ принимают по средней температуре плёнки конденсата:

. (2.8)

Температура стенки рассчитывается из следующего допущения :

^оС, (2.9)

Отсюда

1

Тогда

При температуре t_ср = 133,9 ^оС:

Величину r принимают при температуре насыщенного пара t_н.п = 138,9 ^оС.

При 138,9 ^оС:

кДж/кг

Тогда по формуле (2.7):

.

Коэффициент теплопередачи для наклонной стенки аппарата вычисляют с углом

(2.10)

Коэффициент теплоотдачи от поверхности паровой рубашки к суслу α₂ находим по формуле [3]:

, (2.11)

где Nu – определяемый критерий теплообмена Нуссельта, который равен:

, (2.12)

где Re_меш – критерий Рейнольдса мешалки сусловарочного аппарата;

Pr – критерий Прандтля;

μ_сусла и μ_ст – коэффициенты динамической вязкости сусла при средней температуре и при температуре стенки аппарата соответственно, Па·с.

Для рассчитываемого сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5 выбираем мешалку типа лопастная, основные размеры которой приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристика мешалки для сусловарочного аппарата ВСЦ-1,5

Тип мешалки	Характеристика мешалки при H/D=1				Характеристика сосуда
	ГD=D/dм	β =b/dм	hм/dм	угол наклона	Без перегородок
Двухлопастная	2	0,1	0,33	900

То есть диаметр мешалки d_мравен:

(2.13)

Принимаем стандартный диаметр мешалки по ГОСТ 20680-75:

.

Ширина лопасти мешалки b равна:

(2.14)

Высота установки мешалкиh_м:

(2.15)

Критерий Рейнольдса мешалки можно вычислить по формуле:

, (2.16)

где

n_меш.-частота вращения мешалки, с^-1, n_меш. = 0,67 с^-1.

- вязкость сусла, определяем как вязкость суспензии, состоящей из взвешенных твердых частиц и воды:

, (2.17)

где μ_в– коэффициент динамической вязкости воды, Па·с;

- объемная доля дисперсной фазы, м³/м³ . ε<0,1 , примем ε=0,06.

При средней температуре кипения сусла t=105

(по условию)

μ_в=0,269

10^-3Па

Тогда

Согласно формуле (2.16) критерий Рейнольдса мешалки равен:

Критерий Прандтля находят по формуле:

, (2.18)

где λ_сусла – коэффициент теплопроводности сусла

λ_сусла = 0,635 Вт/(м·К)

С_сусла – удельная теплоемкость сусла, кДж/(кг·К)

Удельная теплоёмкость сусла равна:

, (2.19)

где С₀ – удельная теплоемкость сухих веществ, С₀=1,42 кДж/(кг·К);

С_в – удельная теплоёмкость воды, С_в = 4,19 кДж/(кг·К);