Вентиляцией воздухом при температуре окружающей среды можно удалить только летучие остатки жидкости с температурой выкипания не выше 300° С. Для очистки оборудования от остатков жидкостей с высокой температурой кипения применяют пропарку. В отличие от вентиляции воздухом пропарка является более сложным процессом. Аппараты нагреваются до температуры, при которой начинают размягчаться, плавиться и испаряться тяжелые остатки продукта.

Температура пропарки принимается обычно 80...90° С. Расход пара, необходимый для поддержания такой температуры в газовом пространстве аппарата, можно рассчитать исходя из уравнения теплового баланса, которое имеет вид:

Q 1 = Q2+Q 3 +Q4, (6.26)

где Q 1 , - теплосодержание пара; Q 2 - теплота, затрачиваемая на испарение жидкости при температуре Т; "Q 3 - теплопотери через стенки, кровлю и днище; Q 4 - тепло, идущее на предварительный нагрев остатков жидкости, газового пространства и корпуса аппарата до температуры пропарки.

Если не учитывать предварительный нагрев остатков жидкости, газового пространства и корпуса аппарата (Q 4 =0), а процесс пропарки считать стационарным, уравнение теплового баланса примет вид:

Q 1 = Q 2 +Qs. (6.27)

Раскрыв значения Q1...Q3, получим:

где α i и Fi - коэффициенты теплопередачи и соответствующие поверхности i -ых элементов конструкции аппаратов; Т - среднеобъемная температура; Т в - температура наружного воздуха; G o - количество испаряющегося продукта; r 0 - теплота испарения продукта; G B - общий расход водяного пара; r в - теплота парообразования.

Из уравнения (6.28), задавшись расходом и параметрами водяного пара, можно оценить температуру в паровоздушном пространстве аппарата при его пропарке:

. (6.29)

Чтобы решить обратную задачу (найти расход и параметры водяного пара), задаются температурой пропарки. Пропарка аппаратов большого объема без теплоизоляции (например, резервуаров емкостью более 10 000 м 3) крайне длительна и не позволяет достигнуть желаемого результата.

Следует учитывать, что пропаркой, так же как и вентиляцией, нельзя удалить твердые и вязкие горючие остатки. В этом случае следует зачищать аппараты, используя безопасные методы промывки аппаратов растворами технических моющих средств или размывать остатки продуктом, циркулирующим в системе.

При использовании водяного пара для очистки аппаратов от горючих продуктов должны быть приняты меры предосторожности во избежание чрезмерного повышения давления внутри аппарата (путем снятия грузовых тарелок с дыхательных клапанов и крышек со световых и монтажных люков) и накопления опасных зарядов статического электричества, которые могут возникать в быстрой струе водяного пара, особенно при ее ударах о преграду. Поэтому в начальный период пропарки (до флегматизации горючей среды в аппарате) пар нужно подавать медленно. Если в процессе пропарки возникло загорание, опасно применять воду внутри или снаружи аппарата, так как при этом произойдет конденсация пара; воздух из атмосферы проникнет в аппарат, возникнет угроза образования внутри аппарата горючей смеси и взрыва.

Алгоритм расчета дисперсионных характеристик плоского трехслойного оптического волновода

Амортизация как целевой механизм возмещения износа. Методы расчета амортизационных отчислений.

На предприятиях водяной пар расходуют на технологические и бытовые и силовые цели.

Для технологических целей глухой и острый пар используют как тепло­носитель. Острый пар используют, например, для разваривания сырья в варильниках или нагрева и перемешивания жидкостей барботированием, для создания избыточного давления в автоклавах, а также на изменение агрегатного состояния вещества (испарение или выпаривание жидкости, сушка материалов и т.д.). Глухой пар используют в поверхностных теплообменниках с паровым обогревом. Давление пара, используемого на мясообрабатывающих предприятиях, колеблется от 0,15 до 1,2 МПа (1,5÷12 кг/см 2).

Для каждой технологической операции с использованием водяного пара определяют его расход по данным теплового баланса каждого теплового процесса. При этом используют данные материальных балансов продуктовых расчетов. Для периодических процессов учитывают время термообработки по каждому циклу.

В каждом конкретном случае тепловая нагрузка аппарата (затраченное тепло) может быть определена из теплового баланса процесса. Например, тепло, затраченное на нагрев продукта от начальной (t н) до конечной (t к) тем­пературы для аппарата непрерывного действия, определяют по формуле 72:

Q = Gc (t к – t н)φ, (72)

где Q – тепло, затраченное на нагрев, Дж/с (Вт), т.е. тепловая нагрузка аппарата;

G

с – удельная теплоемкость продукта при его средней температуре, Дж/кг·К;

t к, t н – начальная и конечная температура, °С;

φ – коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую
среду (φ = 1,03÷1,05).

Теплоемкость продукта выбирают либо по известным справочникам, ли­бо рассчитывают по принципу аддитивности для многокомпонентных систем.

На изменение агрегатного состояния вещества (затвердение, плавление, испарение, конденсация) расходуется тепловая энергия, количество которой определяют по формуле 73:

где Q – количество тепла, Дж/с (Вт);

G – массовый расход продукта, кг/с;

r – теплота фазового перехода, Дж/кг.

Значение r определяют по справочным данным в зависимости от вида продукта и вида фазового перехода вещества. Например, теплота плавления льда принимается равной r 0 = 335,2·10 3 Дж/кг, жира

r ж = 134·10 3 Дж/кг. Теплота парообразования зависит от давления в рабочем объеме аппарата: r = f (P a). При атмосферном давлении r = 2259·10 3 Дж/кг.

Для аппаратов непрерывного действия рассчитывают расход тепла за единицу времени (Дж/с (Вт) – тепловой поток), а для аппаратов периодическо­го действия – за цикл работы (Дж). Чтобы определить расход тепла за смену (сутки), необходимо умножить тепловой поток на время работы аппарата в смену, сутки или на число циклов работы аппарата периодического действия и количество подобных аппаратов.

Расход насыщенного водяного пара как теплоносителя при условии его полной конденсации определяют по уравнению:

где D – количество греющего водяного пара, кг (или расход, кг/с);

Q общ – общий расход тепла или тепловая нагрузка теплового аппарата (кДж, кДж/с), определяют из уравнения теплового баланса аппарата;

– энтальпия сухого насыщен­ного пара и конденсата, Дж/кг;

r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Расход острого пара на перемешивание жидких продуктов (барботирование) принимают по норме 0,25 кг/мин на 1 м 2 поперечного сечения аппарата.

Расход пара на хозяйственные и бытовые нужды по этой статье пар расходуется для нагрева воды для душей, прачечной, мытья полов и оборудования, прошпарки оборудования.

Расход пара на прошпарку оборудования и инвентаря определяют по истечению его из трубы по уравнению расхода:

(75)

где D ш – расход пара на прошпарку, кг/смену;

d – внутренний диаметр шланга (0,02÷0,03 м);

ω – скорость истечения пара из трубы (25÷30 м/с);

ρ – плотность пара, кг/м 3 (по таблицам Вукаловича ρ = f (ρ ));

τ – время прошпарки, ч (0,3÷0,5 ч).

Если в уравнении принять τ = 1 ч, то расход пара определяется в кг/ч.

Расчет расхода пара по всем статьям сводят в таблицу 8.3.

Таблица 8.3 - Расход пара, кг

Статья расхода	В час	В смену	В сутки	В год
Итого

Удельный расход пара вычисляют по формуле 76.

Задача и исходные данные. Рассчитаем, сколько килограммов воды выпаривается в каждом из корпусов выпарки на 100 кг свеклы. Такой расчет имеет большое значение, так как он позволяет определить расход пара на выпарку и, кроме того, можно затем подсчитать количество тепла, передаваемое в каждом корпусе через поверхность нагрева, и определить величину необходимых поверхностей нагрева и размеры корпусов.
Рассчитаем пятикратную выпарку как наиболее простую, хотя далеко еще не наилучшую. Она применяется в том случае, когда на диффузии работают с большой откачкой сока (США), например 140% к массе свеклы, причем па 100 кг свеклы приходится выпаривать W=120 кг воды. Примем для этого случая следующую систему использования паров выпарки (табл. 23).

Итак, Е1 = 7,0; Е2 = 9,5 и Е3 = 21,0. Значительная часть расхода пара по заводу (17,0 кг) не зависит от выпарки: для уваривания сиропа в вакуум-аппаратах применяется отработавший (ретурный) пар.
Расчет. Обозначим количество воды, выпариваемой в V корпусе выпарки на 100 кг свеклы, через х кг. В качестве основы всех расчетов примем, что 1 кг греющего пара выпаривает 1 кг воды; это для практических целей достаточно близко к действительности.
Очевидно, чтобы выпарить в V корпусе х кг воды, нужно направить туда из IV корпуса х кг пара, т. е. в IV корпусе выпаривается также W4 = х кг воды. Чтобы в IV корпусе выпарить х кг воды, нужно из III корпуса направить туда х кг сокового греющего пара. Однако в III корпусе выпарки (см. рис. 135) выпариваются не только эти х кг воды, которые в виде пара направляются в IV корпус; соковый пар III корпуса идет еще, как экстрапар, в количестве Е3 - 21,0 кг для обогрева некоторых станций, сахарного завода. Следовательно, в III корпусе выпаривается

W3 = (х + 21) кг.

Поэтому из II корпуса нужно (х + 21) кг сокового пара направить для обогрева III корпуса; кроме того, из II корпуса берется Е2 = 9,5 кг экстрапара. Следовательно, всего во II корпусе будет выпариваться

W2 = (х + 21 + 9,5) кг.

Так же точно найдем, что в I корпусе должно выпариваться

W1 = (x + 21 + 9,5 + 7,0) кг.

Очевидно, сумма воды, выпаренной во всех корпусах выпарки, равна

W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = W

или

x + 21 + 9,5 + 7 + x + 21 + 9,5 + x + 21 + x + x = 120,

отсюда x = 6,2 кг.
Зная х, найдем

W5 = 6,2; W4 = 6,2; W3 = 6,2 + 21 - 27,2;
W2 = 6,2 + 21 + 9,5 = 36,7;
W1 = 6,2 + 21 + 9,5 + 7 = 43,7 кг.

Расчет выпарки удобно располагать так:

Раcход пара на выпарку. В предыдущем примерном расчете найдено, что в I корпусе выпаривается 43,7 кг воды. Следовательно, для обогрева этого корпуса затрачивается на 100 кг свеклы также D = 43,7 кг пара (ретурного и редуцированного).
Следует заметить, что этот, все же довольно значительный расход пара требуется в основном совсем не для выпаривания воды, а для обеспечения паром почти всех станций сахарного завода: выпарка является «тепловым сердцем» сахарного завода, посылающим пар по всему заводу. Как уже указывалось, если из какого-нибудь корпуса выпарки взят 1 кг сокового пара, то ему соответствует затрата также 1 кг свежего пара (ретурного или редуцированного), но при этом, как бы бесплатно, в нескольких корпусах выпарки выпаривается несколько килограммов воды.
Итак, если мы берем из разных корпусов выпарки (Е1 + Е2 + Е3) кг экстрапаров, то это соответствует затрате такого же количества свежего пара. Кроме того, в V корпусе выпаривается W5 кг воды, которая в виде пара уходит на конденсатор. Этот пар аналогичен экстрапарам, только он является бесполезно расходуемым экстрапаром, так как лишь нагревает холодную воду конденсатора до 40-45° С, чего совсем не требуется для производства. Уходящим па конденсатор W5 кг пара, очевидно, также соответствует затрата W5 кг свежего пара.
Следовательно, суммарный расход пара на выпарку должен быть равен

D = E1 + E2 + E3 + W5,

т. е. сумме экстрапаров плюс количество воды, выпаренной в V корпусе выпарки (или количество пара, ушедшее на конденсатор).
В самом деле, для предыдущего числового примера найдем

D = 7 + 9,5 + 21 + 6,2 = 43,7 кг,

т. е. как раз та же величина, какую мы вычислили иным путем но здесь гораздо яснее расшифровано, от каких причин зависит расход пара на выпарку, для каких целей требуется этот расход. Очевидно, расход пара для обогрева станций, т. е.

Е = Е1 + Е2 + Е3 = 7 + 9,5 + 21 = 37,5 кг,

все равно неизбежен в виде ли сокового или в виде свежего пара.
Следовательно, дополнительным расходом пара для самой выпарки является лишь W5 = 6,2 кг. Это вредный расход пара и теплоты - этот пар без пользы уходит на конденсатор.