Точный расчет выпарных установок довольно сложен, поэтому, приняв ряд допущений, рассмотрим на конкретном примере его упрощенный вариант. Для наглядного примера можно взглянуть на схему этой выпарной установки.
В расчете принимаем следующее:
Производительность установки по томатам 8300 кг/ч; содержание сухих веществ в томатной массе на входе в первый корпус 5%, на входе во второй корпус 10%, в готовом продукте 30%; разрежение в первом корпусе 48 кПа, во втором корпусе 93,3 кПа; давление греющего пара 0,147 МПа; температура томатной пульпы 73°С.
1. Количество влаги, выпаренной в первом корпусе (в кг/ч),
W1=G(1-n/m1) =8300(1-5/10) =4150 кг/ч,
где G - масса пульпы, поступающей на уваривание, кг/ч; n - начальное содержание сухих веществ, %; m1 - содержание сухих веществ в томатной массе на выходе из первого корпуса, %.
2. Количество продукта, поступающего на уваривание во второй корпус,
G1=G-W1=8300-4150=4150 кг/ч.
3. Количество влаги, выпаренной во втором корпусе,
W2=G1(1-m1/m2)=4150(1-10/30)=2766,67 кг/ч.,
где m2— конечное содержание сухих веществ в продукте, %.
4. Выход готового продукта
G2=G1-W2=4150-2766,67=1383,33 кг/ч.
5. Расход теплоты на нагрев продукта в первом корпусе
Q1=Gc(tк-tн)=8300•4,02(83-73) =334000 кДж/ч,
где с - удельная теплоемкость пульпы: с=4,02 кДж/(кг*К); tк - конечная температура нагрева продукта в первом корпусе. При остаточном давлении 0,0533 МПа она равна 82,37°С. Так как температурная депрессия составляет около 0,6°С, принимаем конечную температуру продукта равной 83°С
6. Расход теплоты на испарение влаги в первом корпусе
Q2=W1r1=4150•2305=9565750 кДж/ч,
где r1— удельная теплота парообразования. При остаточном давлении 0,0533 МПа она составляет 2305 кДж/кг.
7. Расход теплоты на компенсацию теплопотерь в первом корпусе принимаем равным 1 % суммы первых двух статей затрат теплоты, т. е.
Q3=0,01(334000+9565750)=98997,5 кДж/ч.
8. Общий расход теплоты в первом корпусе
Qобщ=Q1+Q2+Q3=334000+9565750+98997,5=9998747,5 кДж/ч.
9. Расход теплоты на нагрев продукта во втором корпусе
Q'1 = G1c1 (t'к-t'н)=4150-3,91•(44-83)=-632833,5 кДж/ч,
где с1 — удельная теплоемкость продукта при содержании сухих веществ 10%;
с1=3,91 кДж/(кг*К); t'к — конечная температура продукта, равная 44°С, так как при остаточном давлении 0,00815 МПа она составляет 41,2°С, а температурная депрессия равна 2,8°С.
10. Расход теплоты на испарение влаги во втором корпусе
Q'2=W2•r2
При r2=2405 кДж/кг Q2=2766,67•2405=6653841,3 кДж/ч.
11. Потери теплоты во втором корпусе
Q3=0,01-(Q1+Q2)=0,01•(-632833,5+6653841,3)=60210.08 кДж/ч.
12. Общий расход теплоты во втором корпусе
Qобщ=-632833,5+6653841,3+60210,08=6081217,8 кДж/ч.
13. Расход вторичного пара первого корпуса на компенсацию общих затрат теплоты во втором корпусе
D2=Qобщ/r'п=6081217,8/2305= 2638,27 кг,
что меньше количества влаги, выпаренной в первом корпусе. Следовательно, вторичного пара первого корпуса достаточно.
14. Расход свежего пара в первом корпусе
D1=Qобщ/rп=9998747,5/2226,96=4489,864 кг.
15. Удельный расход свежего пара
Dуд=D1/(W1+W2)=4489,864/(4150+2766,67)=0,649 кг/кг,
что вполне удовлетворительно для нашего расчета выпарной установки