Расчет толщин теплоизоляции выпарных аппаратов и

Теплопотерь в окружающую среду

1. Рассчитаем толщину теплоизоляции выпарного аппарата:

– коэффициент теплоотдачи от поверхности корпуса в окружающую среду (воздух) [3, с. 177]:

– исходя из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции и от поверхности изоляции в окружающую среду (воздух), получим для толщины слоя изоляции:

где λ_из= 0,097 Вт/(м∙К) – коэффициент теплопроводности совелита (85 % магнезии+ 15 % асбеста), выбранного для тепловой изоляции [табл. П2.11]; T_w = 35 °C – принятая температура внешнего слоя теплоизоляции аппарата; Т_в = 20 °C – принятая температура воздуха в цехе, где эксплуатируется выпарная установка.

2. Оценим тепловые потери в окружающую среду:

где F ≈ π DH + 0,25π (D² + D₁²) = 3,14∙0,08∙2,1 + 0,25∙3,14∙(0,08² + 0,10²) = 0,11 м² – приблизительная площадь внешней поверхности выбранного (табл. П2.2) выпарного аппарата.

3. Из вышеприведенных оценок следует, что доля теплопотерь от тепловой нагрузки выпарных аппаратов составляет:

что существенно меньше принятых при расчете тепловых нагрузок аппаратов значений теплопотерь в 3 %.

Расчеты на прочность

1. Учитывая коррозионное воздействие концентрируемой среды (молочной сыворотки) на стенку аппарата и ее пищевое назначение, примем для изготовления элементов аппарата, контактирующих с водяным паром и продуктом, нержавеющую сталь марки 1Х18Н10Т.

2. Оценим толщину стенки обечайки из расчета на прочность:

s = 0,55 p_вн D/[σ] = 0,55∙ 0,099∙600/150 = 0,21 мм;

где р_вн = 101250 – р_вп = 101250 – 1563 = 99687 Па = 0,099 МПа – разность внешнего и внутреннего давлений; D = 600 мм – максимальный диаметр выбранного при технологическом расчете типоразмера выпарного аппарата согласно (табл. П2.2); [σ] = 150 МПа – допускаемое напряжение при температуре 100 °С для стали 1Х18Н10Т [3, табл. 13.1].

3. Проверим прочность обечайки кожухотрубной части первого корпуса установки, нагруженной внутренним давлением греющего пара:

s ≥ р_гп D_к /(2φ [σ] – р_гп) = 0,25∙400/(2∙0,9∙150 – 0,25) = 0,37 мм,

где φ = 0,9 – коэффициент ослабления прочности корпуса из-за наличия сварных швов; D_к = 400 мм – диаметр кожухотрубной части выбранного выпарного аппарата; р_гп = 0,25 МПа – давление греющего пара по заданию.

4. Примем из конструктивных соображений толщину стенки обоих аппаратов равной s = 5 мм и определим допускаемую величину внешнего давления:

- допускаемое из условия прочности аппарата внешнее давление:

[р]_пр = 2[σ] s / (D+s) = 2∙150∙5/(600 + 5) = ,47 МПа;

- допускаемое из условия устойчивости аппарата внешнее давление:

где В₁ – коэффициент, меньшее значение которого принимается из формул: В₁ = 1 и B₁ = 8,15[D/(100s)]^0,5 D / l = 8,15∙[600/(100∙3)]^0,5∙600/ 5000 = 1,07; n_у = 2,4 – коэффициент запаса устойчивости; Е = 2,1∙10⁵ МПа – модуль упругости нержавеющей стали; l = 5000 мм – приблизительная длина паровой части выбранного выпарного аппарата;

- вычисляем допускаемое внешнее давление, используя значения вычисленных допускаемых давлений:

Таким образом, назначенное значение толщины стенки выпарных аппаратов s = 3 мм удовлетворяет критериям прочности и допускаемого внешнего давления.