Технические и технологические решения участка дезодорации соевого масла на установке фирмы "Альфа Лаваль"

Задача расчета заключается в определении потребного числа тарелок и расхода острого пара.

Учитывая, что наибольшую нагрузку дезодоратор имеет при совмещении дезодорации с дистилляцией свободных жирных кис лот, для дальнейших расчетов приняты приведенные ниже исходные данные.

Производительность , кг/чт = 8330

Температура масла в дезодораторе, °Сt = 230

Остаточное давление в дезодораторе, кПар = 1,066

Начальное содержание всех летучих веществ в дезодорируемом масле, включая одорирующие вещества а = 0,58 % = 0,0058 т

Начальное содержание нейтрального масла 99,42 % = 0,9942 т

Конечное содержание летучих веществ в дезодориро-

ванном масле b = 0,025 % = 0,00025 т

Конечное содержание нейтрального масла99,975 % = 0,99975 т.

Согласно приведенным выше материальным расчетам при де зодорации отгоняется паром 0,00555 т летучих компонен тов на 1 т обрабатываемых масел.

Таблица

Таблица 4.3 Баланс поступающих в дезодоратор и выходящих из него компонентов (в кг)

х= аМ_с/(bМ_ж._к. + аМ_с) = 0,0058 · 874/(0,9942 · 284 + 0,0058 · 874) == 0,017615 кмоль линоленовой кислоты/кмоль масла.

Конечная концентрация линоленовой кислоты на выходе масла из дезодоратора равна

х₁= 0,00025 · 874/(0,99975 · 278 + 0,00025 · 874) = 0,0007678 кмоль линоленовой кислоты/кмоль масла.

При этой конечной концентрации линоленовой кислоты мини мальный расход пара для отгонки летучих компонентов в процессе непрерывной дезодорации определяется из уравнения

(Д/Д_с)мин = [р-- 2 vрх₁ (р_а--р) + х1· (р_а --р)]/р_а = (4.36) = [1066-- 2 v066-0,0007689 (1466-- 1066) + 0,0007684 (1466 -- -- 1066)]/14б6 = 0,7 кмоль водяного пара/кмоль масла.

В вышеприведенных уравнениях М_с -- молекулярная масса соевого масла (М_с = 874); М_ж. _к--молекулярная масса линоленовой кислоты (М_ж. _к = 278); р--давление в дезодораторе (р = 1066 Па); Р_а--парциальное давление паров стеариновой кислоты при 230 °С (р_а = 1466 Па); Д_в -- вос ходящее количество водяного пара в дезодораторе, кмоль; Д_с -- количество стекающего масла (Д_с = 6250/874 =7,15 кмоль).

Процесс непрерывной дезодорации жиров практически не мо жет протекать с минимальным удельным расходом пара, так как пар полностью не насыщается парами отгоняемых веществ.

Необходимый избыток пара не поддается теоретическому рас чету и находится экспериментальным путем. По практическим данным, при непрерывной дезодорации расход пара выше теоретически рассчитанного в 5--6 раз. Принимается для расчета пятикратный избыток пара.

При определенном избытке острого пара можно найти требуемое число теоретических тарелок аналитическим методом последовательного решения следующих уравнений:

у = Д_с/Д_в(х-х₁) (4.37)

х'=р·у/[р_а - (р-р_а) у] (4.38)

где у -- состав паров, уходящих с тарелки, кмоль линоленовой кислоты/кмоль пара;

х' -- состав масла, стекающего с тарелки, кмоль линоленовой кислоты/кмоль масла.

В рассматриваемом случае расход пара при пятикратном избытке составит:

(Дв/Дс)_мин ·5= 0,7 ·5 = 3,5 кмоль пара/кмоль масла.

Число тарелок рассчитывается исходя из заданного содержания летучих веществ (по линоленовой кислоте) в масле.

Концентрация линоленовой кислоты в масле, стекающей со второй тарелки, равна 0,0005681. Это меньше принятой концентрации 0,0007678кмоль/кмоль. Следовательно, необходимо иметь две теоретические тарелки.

В действительности потребное число тарелок больше теоретически рассчитанного, так как в реальных условиях на тарелках дезодоратора равновесие между жидкой (маслом) и паровой фазами никогда не достигается.

Отношение теоретически рассчитанного числа тарелок к числу действительно необходимых называется коэффициентом полезного действия тарелки и определяется уравнением

г = п_т/п₀, (4.39)

где г -- коэффициент полезного действия тарелки при дезодорации жира с низкой концентрацией отгоняемых веществ (практически г= 0,25--0,45); п_т _ теоретическое число тарелок; п₀ -- практическое необходимое число тарелок.

Принимается г = 0,25, откуда число необходимых тарелок составит:

п₀ = п_т/г= 2/0,25 = 8 тарелок.

Расчет технологических показателей. Продолжительность дезодорации жиров в аппарате непрерывного действия принимается т = 2,3 ч = 8280 с.

При производительности дезодоратора т = 8,33 т/ч рабочая вместимость аппарата по массе

G= 8,33-2,3=6,03 т;

по объему V= 6,03/0,787= 7,66 м³.

По литературным данным, перепад давления столба жира над барботером для острого пара в канале спирали дезодоратора не прерывного действия принимается не выше р = 1600--2670 Па. Для расчета принимается р = 2670 Па. Высота столба жира в канале определяется из уравнения

h_ж = p/(p₁· g) = 2670/(787 · 9,81) = 0,35 м, (4.40)

где р₁ -- плотность жира при температуре 230 ^СС (р₁ -- 787 кг/м³); g -- ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²).

Скорость жира в канале спирали, по практическим данным, не превышает 0,02--0,015 м/с; принимается w = 0,018 м/с.

Сечение канала при производительности т = 6,25 т/ч и ско рости w = 0,018 м/с составит:

f = 8,33/(0,787·3600·0,018) = 0,163 м².

Определение расхода острого пара. Часо вой расход острого пара для отгонки свободных жирных кислот, одорирующих веществ при пятикратном избытке определяется из уравнения

Д = m(Д_в/Д_с)_ми„М_в-5,0Ш_ж (4.41)

Д = 8330·0,70·18·5,0/874 = 660 кг/ч.

Максимальный расход острого пара Д принимается по данным завода--изготовителя оборудования 600 кг/ч.

Удельный расход острого пара на 1 т масла

Д_уд = Д/т = 600/8,33 = 72 кг. (4.42)

Удельный расход острого пара на 1 кг отгоняемых погонов

Д_уд = 600/39,7 =15,1 кг,

где 39,7 -- количество летучих погонов, отгоняемых в течение 1 ч при дезо дорации.

В реальных производственных условиях расход острого во дяного пара на дезодорацию колеблется в широком интервале в зависимости от вида перерабатываемого жира и условий ведения процесса.

Расход острого пара регулируется диаметрами ограничительных шайб на вводе пара в барботеры разных тарелок и давлением пара после шайбы. При этом в целях снижения уноса нейтральных жиров давление пара, подаваемого на две верхние тарелки, не должно превышать 0,1 МПа.

Скруббер

Этот аппарат предназначен для проведения процесса абсорбции погонов, поступающих из дезодоратора вместе с водяным паром. В качестве абсорбента принято нейтральное масло. Скруббер представляет собой стальной сварной вертикальный цилиндрический аппарат с выпуклой крышкой и днищем в форме обратного конуса. Скруббер имеет следующие размеры: диаметр--2 м; высота--2,83м.

Процесс абсорбции протекает на поверхности соприкосновения жидкой и газовой фаз. Поэтому в скруббере для поглощения газов жидкостью создана развитая поверхность контакта между парогазовой смесью и абсорбентом. Эта поверхность образована насадкой из стальных колец Рашига размерами 25х25х0,5

Парогазовая смесь из дезодоратора по трубе поступает в скруббер снизу и движется вверх противотоком по отношению к циркулирующей жидкости (абсорбенту).

В результате абсорбции парогазовая смесь, освобожденная от большей части компонентов, покидает скруббер и засасывается первым паровым эжектором. Сорбент, стекая сверху по насадке, собирается в конусном днище и покидает аппарат че рез патрубок .

Для равномерного распределения абсорбента по всему сечению аппарата в верхней его части имеется распылитель и распредели тельная сетка. Аппарат имеет люк с размещенным в нем смотровым стеклом.

Для протекания процесса абсорбции необходимо, чтобы парциальное давление паров, сорбируемых из парогазовой смеси компонентов, было выше, чем в жидком абсорбенте, вступающим с ними в контакт.

Особенность процесса абсорбции заключается в том, что из-за малой относительной летучести абсорбента перенос компонентов происходит преимущественно в одном направлении (из газовой фазы в жидкую).

Абсорбция парообразных компонентов из парогазового потока сопровождается выделением теплоты и соответственно повышением температуры абсорбента. Это отрицательно влияет на процесс абсорбции, так как с увеличением температуры растворимость лету чих компонентов в абсорбенте снижается. Поэтому циркулирующий абсорбент перед подачей в скруббер непрерывно охлаждают.

В процессе абсорбции температура масла, стекая по насадке, повышается на 3--10 °С, а поднимающаяся парогазовая смесь охлаждается в среднем до 70 °С. Температура охлажденных компонентов должна быть выше температуры застывания смеси жирных кис лот, в данном случае жирных кислот соевого масла.

Одновременно с охлаждением происходит также поглощение из парогазовой смеси захваченного ею нейтрального масла.

Тепловой баланс скруббера. Тепловой баланс скруббера составляется с целью определения количества теплоты, которое требуется отнять от парогазовой фазы, теплоты абсорбции жирных кислот, а также количества абсорбента (масла), являющегося также холодильным агентом.

Теплота, отводимая циркулирующим маслом, в процессах:

а)охлаждения 600 кг/ч водяного пара от 230 до 70 °С

Q₁ = 600·1,97 (230 - 70) = 189120 кДж/ч;

б)охлаждения 25 кг/ч воздуха от 230 до 70 °С

Q₂ = 25·1,0(230 - 70) = 4000 кДж/ч; 90

в) охлаждения 39,7 кг/ч жирных кислот и нейтрального масла от 230 до 70 °С

Q₃ = 10,8·2,31 (230-70) = 3992 кДж/ч.

Теплота, выделяемая при абсорбции 10,8 кг/ч жировых погонов

Q₄ = 335 · 6,2 = 2077 кДж/ч.

Суммарное количество теплоты, отводимой маслом в скруббере,

?Q = Q₁ + Q₂+Q₃ + Q₄= 189120 + 4000+3992 +2077=199189 кДж/ч

Максимальный расход циркуляционного соевого масла при перепаде температуры его на входе и выходе Дt= 7 °С:

G=?Q/(c·Дt) (4.43)

G =199189/(1,95·7) =14593 кг/ч.

Расход циркуляционного масла по объему :

V=G/p (4.44)

V=14593/894= 16,3 м³/ч.

В вышеприведенных уравнениях:

1,97 -- удельная теплоемкость водя ного пара, кДж/(кг·К);

с -- удельная теплоемкость соевого масла в интервале температур 60--70 °С [с = 1,95 кДж/(кг ·К) ];

230 и 70 -- на чальная и конечная температуры парогазовой смеси, °С;

1,0 -- удельная теплоемкость сухого воздуха кДж/(кг·К);

2,31 -- удельная теплоемкость жирных кислот и нейтрального подсолнечного масла в температурном интервале 230--70 °С, кДж/(кг·К); 335 --удельная теплота поглощения паров жирных кислот из водяного пара жидким абсорбентом, кДж/кг;

р -- плотность абсорбента (масла) при средней температуре 67 °С (р = 894 кг/м³).

Нагрузка на насадку. При высоте слоя насадки в скруббере h_H = 1 м и удельной поверхности цилиндрических колец размерами 25 X 25 X 0,5 мм f = 90 м²/м³ общая поверхность насадки составляет:

?f=0,785·d² ·h_H ·f (4.45)

?f = 0,785·2²·1·90 = 283 м².

Удельная нагрузка на насадку

V=K/?f (4.46)

V=6,2/283 = 0,022 кг/м².

Деаэратор

Деаэратор представляет собой сосуд цилиндрической формы, корпус выполнен из нержавеющей стали. Диаметр аппарата 1100 мм, длина 2700 мм, обьем 2400 л.

В верхней части аппарата имеется оросительное устройство для ввода масла. В нижней части деаэратора находится змеевик, поверхность нагрева труб 2 м². Деаэратор снабжен люком-лазом со смотровым стеклом, трубками для ввода и вывода масла из аппарата, регулятором уровня масла и пневматическим клапаном, позволяющим осуществить возврат масла в емкость рафинированного масла при повышенном уровне масла в аппарате. Деаэратор подсоединен к вакуумной системе установке через патрубок.

Время пребывания в деаэраторе определяют:

V=(V_ф·ф)/ ц (4.47)

Где V--объем аппарата, м³

V_ф--объемная скорость подачи, м³/с

ц--коэффициент заполнения

ц =0,5

V_ф=П/с_масла=1,104/894=0,0012м³/с (4.48)

Ф=(2,4·0,5)/0,0012=923 с=15,4 мин.

Теплообменники.

Линии дезодорации жиров непрерывного действия с колонными аппаратами включают несколько теплообменников интенсивного действия. Благодаря особенностям конструкции обе теплообменивающие среды движутся в аппарате со значительной скоростью (до 2 м/с), что обеспечивает высокие коэффициенты теплопередачи и соответственно экономные габаритные размеры.

Регенеративный теплообменник

Предназначен для предварительного подогрева жира, направляемого в дезодорационный аппарат за счет теплоты готового продукта, выходящего из аппарата. В целях экономии энергетических ресурсов принимается, что в теплообменнике дезодорируемый жир нагревается до 200 °С.

Поверхность теплообменника

F = Q/(K·Дt_cp) = 616 250/(250 · 34) = 72,5 м; (4.49)

где К -- коэффициент теплопередачи от масла к маслу при их высокой скорости движения в каналах [принимается К = 250 Вт/(м²·К)];

Q=Q₂ - Q_4, Вт

Дt_cp -- сред няя разность температур между теплообменивающими средами

Концевой теплообменник-подогреватель

Предназначен для подогрева дезодорируемого жира до температуры 230 °С, при которой ведется процесс. В качестве теплоносителя используется циркулирующее специально подготовленное минеральное масло.

Аппарат представляет собой вертикальный спиральный теплообменник, в котором минеральное масло движется по внутреннему каналу, а нагреваемый жир -- по внешнему каналу. Минеральное масло в свою очередь нагревается в стационарном электрическом теплогенераторе.

Производительность теплообменника, кг/чm= 8330

Начальная температура жира на входе в концевой теплообменник

t_н=200,°С

Конечная температура жира, °С t_K = 230°С

Удельная теплоемкость соевого масла в температурном интервале 200--230 °С, кДж/(кг·К) с = 2,6

Тепловая нагрузка на концевой теплообменник Q = m·c·(t_K--t_H)

Q = 8330· 2,6 (230-200) = 649740 кДж/ч=180484Вт

Требуемая площадь поверхности теплообменника

F = Q/(K·Дt_cp) = 180484/(250 · 35) = 21 м²,

где К -- коэффициент теплопередачи [К = 250 Вт/(м²·К)];

Дt_cp -- средняя разность температур [при Дt_м = 260--230 = 30 °С и Дt_б = 240--200 =40 °С средняя арифметическая разность Дt_cp = (30 + 40) : 2 = 35 °С].

К установке принимается концевой теплообменник-подогреватель с площадью поверхности теплообмена 16 м².

Тепловая нагрузка на концевой подогреватель резко возрастает при выключенном регенеративном теплообменнике, например в пусковой период.

В этот период расход теплоты составляет:

Q^'=m·c· (t_к-t_н) · 1,05 = 8330·2,49·(230 - 150) ·1,05 = 1742303кДж/ч = 483972 кВт.

Требуемая площадь поверхности теплообменника в этом случае

будет:

F' = Q/(K·Дt_cp) = 483972/(250 ·55) = 35,2 м².

В приведенных выше уравнениях с' -- средняя теплоемкость масла в

температурном интервале 150--230 °С [с' = 2,49 кДж/(кг·К)];

Дt_cp -- средняя логарифмическая разность температур (при Дt_б = 240--150 = 90 °С и Дt_м = 260--230 = 30 ^?C;

При установке концевого теплообменника-подогревателя площадью поверхности 16 м² для вывода дезодорационной линии на режим потребуется время

ф = F'/F = 35,2/21=1,6 ч. (4.50)

Теплообменник-холодильник для дезодорированного масла.

Этот аппарат предназначен для охлаждения водой жира, выходящего из регенеративного теплообменника. Охлаждаемый жир движется по внутреннему каналу, охлаждающая вода--по наружному каналу. Исходные данные для расчета площади поверхности теплообменника приведены ниже.

Производительность, кг/ч m = 8330

Температура жира, °С

на входе в теплообменник-холодильник t_H = 77

на выходе из теплообменника-холодильника t_K = 40

Температура воды, °С

на входе в теплообменник-холодильник t_B. _H = 27

на выходе из теплообменника-холодильника t_B. _к = 37

Удельная теплоемкость жира в интервале температур 77--40 °С, с= 1,95 кДж/(кг·К)

Тепловая нагрузка на теплообменник-холодильник

Q = m·c· (t_н-t_к) = 8330·1,95· (77--40) = 601009,5кДж/ч= 166947 Вт.

Площадь поверхности теплообмена аппарата

F = Q/ К ·Дt_cp = 166947/(30024) = 5,6 м²,

где Дt_cp -- средняя разность температур между теплообменивающимися средами

Коэффициент теплопередачи от охлаждающей воды к жиру в теплообменниках-холодильниках этого типа принимается К = 300 Вт/(м²·К).

Принимается к установке пластинчатый теплообменник-холодильник площадью поверхности 18 м².

Расход воды в теплообменнике-холодильнике

W = Q/[(t_B.к- t_B.н) ·4,19-1000] (4.51)

W=601009,5/[(37- 27)·4,19·1000] = 14,3 м³.

Теплообменник-холодильник для абсорбента

Предназначен для охлаждения масла, циркулирующего в качестве абсорбента в скруббере, установленном над дезодоратором.

Тепловая нагрузка согласно расчетам

?Q=199189/ч = 55330 Вт.

В качестве охлаждающего агента используется оборотная вода с начальной температурой t _вн = 27 °С и конечной температурой t _вк = 35 °С.

Требуемая площадь поверхности теплообмена холодильника

F =? Q/(K ·Дt_cp) = 55330/(300 ·32) = 5,8 м²,

где К -- коэффициент теплопередачи от воды к маслу в условиях больших скоростей воды и масла [принимается К = 300 Вт/(м²-К)];

Дt_cp --средняя разность температур между теплообменивающимися средами

Принимается пластинчатый холодильник интенсивного действия с площадью поверхности теплообмена F -- 6 м².

Расход воды в холодильнике

W'=199189/[(35-27)·4,19·1000]=4,7 м3/ч

Теплогенераторы

Нагревание жира до температуры дезодорации в концевом теплообменнике и поддержание температуры в греющих поясах дезодоратора осуществляется органическим теплоносителем (минеральным маслом специальной марки), которое в свою очередь, нагревается в теплогенераторе.

Органический теплоноситель, применяемый в этих теплогенераторах, представляет собой смесь изомеризованных ароматических углеводородов со следующей физико-химической характеристикой: температура, °С: кипения-- 396, вспышки --215, максимальная при применении 320. Вязкость, 10^-6 м²/с сСт: при 20 °С -- 80; при 50 °С -- 20,5; при 100 °С -- 5,3.

Применяется два типа теплогенераторов: с электрическим и нефтяным или газовым обогревом.

Полировочный фильтр

Этот аппарат предназначен для кон трольно-полировочного фильтрования дезодорированного жира По конструкции это друкфильтр, в котором поверхность создается набором фильтрующих дисков. Фильтрование производится через фильтровальную бумагу массой 180 г/м².

Фильтр имеет цилиндрический со сферическим дном корпус и сферическую съемную крышку. В цилиндрический корпус вставляются фильтрующие элементы. Сетчатая поверхность дисков с обеих сторон покрывается фильтровальной бумагой, которая специальными зажимами фиксируется на поверхности дисков. Фильтрующие элементы центрируются при помощи втулки и закрепляются в корпусе распорками. Фильтруемый жир запол няет корпус аппарата, проходит сквозь фильтровальную бумагу и сетку дисков, поступает в сборный коллектор и выходит из фильтра через патрубок.

Фильтр работает циклически. Когда сопротивление фильтра возрастает и давление в нем повышается до 0,3 МПа, фильтр останавливают на чистку и смену фильтровальной бумаги.

Средняя производительность полировочного фильтра этого типа 1000 кг/(м²-ч).

Техническая характеристика полировочного фильтра

Диаметр, мм520

Высота, мм1185

Поверхность фильтрования, м²6,7

Объем, л165

Пароэжекторный вакуум-насос

Пароэжекторный вакуум-насос представляет собой агрегат из нескольких последовательно соединенных паровых эжекторов и барометрических конденсаторов.

Число эжекторов, или, как их принято называть в технике, число ступеней вакуум-насоса, определяется величиной остаточного давления в аппарате и оптимальным расходом рабочего пара, подаваемого в эжекторы, а также начальной температурой охлаждающей воды, поступающей в барометрические конденсаторы. Число ступеней колеблется обычно от 1 до 5.

Пароэжекторные вакуум-насосы в зависимости от производственных требований могут создавать вакуум до 0,13 кПа (1 мм рт.ст.). Основным рабочим органом этого агрегата является паровой эжектор, который представляет собой пароструйный насос.

Эжектор состоит из парового сопла, через которое поступает рабочий пар, приемной камеры, соединенной с аппаратом, в котором создается разрежение, смесительной камеры, диффузора и горловины.

Рабочий пар, поступая в эжектор с давлением р₀, в сопле рас ширяется, и давление его падает до давления в приемной камере р. При этом энергия давления пара превращается в энергию движения, а его скорость становится сверхзвуковой. В камере струя рабочего пара за счет турбулентного перемешивания захватывает отводимую из аппарата, в котором создается разрежение, парогазовую смесь и смешивается с ней. В диффузоре скорость смешанного потока рабочего пара и отсасываемой парогазовой смеси снижается, а давление повышается до конечного значения р_к, с которым эта смесь выбрасывается в конденсатор или атмосферу.

Целью расчета пароэжекторных вакуум-насосов является: 1) выбор числа ступеней; 2) выбор степеней сжатия каждой ступени; 3) определение расхода рабочего пара эжекторами; 4) определение расхода охлаждающей воды в конденсаторах.

При прочих равных условиях должен быть обеспечен выбор наиболее экономичного по эффективности и энергетическим затратам варианта.

Детальные расчеты пароэжекторных вакуум-насосов вносят большие усложнения и не всегда обеспечивают хорошее совпадение с практикой. Поэтому обычно применяется упрощенный метод рас чета, предложенный Вигандом. Для расчета удельного расхода рабочего пара (коэффициента эжекции) Виганд рекомендует диаграмму, построенную на основании опытных данных. По этой диаграмме удельный расход рабочего пара определяется в зависимости от степени расширения рабочего пара в сопле:

е = р₀/р_к, (4.52)

и степени сжатия откачиваемой паровоздушной смеси:

к_общ= р_к/р_н, (4.53)

где р₀ -- давление рабочего пара, Па;

р_н -- давление всасывания у прием ной камеры эжектора, Па;

р_к -- давление нагнетания эжектора, Па.

Расход охлаждающей воды W (в м³/ч) на конденсацию и охлаждение парогазовой смеси в конденсаторах определяется по уравнению

W= [i(D + G-G_n)]/[(t_в.к- t_в.н.)4,19-1000] (4.54)

где і -- средняя теплоотдача 1 кг пара в процессе конденсации, кДж/кг;

Д -- расход рабочего пара, кг/ч;

G -- количество парогазовой смеси, отсасываемой эжектором из аппарата или из конденсатора, кг/ч;

G_n -- количество парогазовой смеси, отводимой из конденсатора, кг/ч;

t_B, _н и t_{B к} -- начальная н конечная температуры охлаждающей воды, °С.

При многоступенчатом сжатии наивыгоднейшим является равномерное распределение степеней сжатия между ступенями

к_ст=^zvк_общ (4.55)

где к_ст -- степень сжатия одной ступени;

z-- число ступеней вакуум-насоса;

к_общ -- общая степень сжатия вакуум-насоса.

Однако в реальных условиях при распределении степеней сжатия между ступенями приходится учитывать условия работы конденсаторов, в частности температуру воды, поступающей и уходя щей из первого конденсатора. Поэтому на практике часто приходится отступать от равномерного распределения степеней сжатия.

Расчет многоступенчатого пароэжекторного вакуум-насоса сводится к расчету каждой ступени на заданную производительность, выбранную степень сжатия, а также к определению расхода воды в каждом из промежуточных конденсаторов. При этом учитывается, что каждая последующая ступень откачивает из конденсатора не только газы, подаваемые предыдущей ступенью, но и газы, выделяющиеся из охлаждающей воды, поступающей в конденсаторы смешения.

Паросодержание газовой смеси П (в кг пара на 1 кг смеси) на выходе из конденсаторов определяется по уравнению П= 0,622р_п/(р_к -- р_п) (4.56)

[1 + (0,622р_п)]/(р_к - р_п)

где р_п -- парциальное давление паров воды при температуре парогазовой смеси на выходе из конденсатора, Па;

р_к -- давление в конденсаторе, Па;

0,622 -- коэффициент пропорциональности (отношение мольных масс паров воды и воздуха, определяется как 18 : 28,9 = 0,622),

Количество парогазовой смеси G (в кг/ч), откачиваемой эжекто ром из конденсатора,

G = d/(1-- П), (4.57)

где d -- масса откачиваемого сухого воздуха.

Для многоступенчатых пароэжекторных вакуум-насосов кроме массы воздуха, удаляемого из установки, и массы воздуха, вносимого в конденсаторы смешения охлаждающей водой, учитывается воздух, засасываемый в систему через неплотности в соединениях.

На основании опытных данных, В. Рамм установил, что количество воздуха, засасываемого через неплотности, составляет 0,1--0,2 кг/ч на 1 пог. м прокладок разъемных соединений вакуум ной системы.

Количество газов, выделяющихся из охлаждающей воды, принимается 0,035--0,04 кг/м³ воды.

Исходные данные для расчета приведены ниже.

Давление всасывания первого парового эжектора, Па р_н= 1066 мм рт. ст.

Давление на выбросе у последней ступени, Па (мм рт. ст.) р_к = 106 600

Масса отсасываемой из дезодорационной установки парогазовой смеси при наивысшей нагрузке, кг/ч G₁ = 500

В том числе водяного пара, кг/ч Д = 475

газообразных продуктов d₁ = 25

Давление рабочего пара на входе в эжекторы, кПа р₀ = 784,5

Начальная температура охлаждающей воды (после гра-

дирни), °С t_в.н. = 27

Конечная температура охлаждающей воды(с последующей проверкой) из конденса тора, °С

первой ступени t'_в.к.=33

второй t''_в.к.=43

третьей t'''_в.к.=59

Определение числа ступеней и степени сжатия. Общая степень сжатия в многоступенчатом пароэжекторном вакуум-насосе при заданных исходных данных составляет:

К_общ= р_к/ р_н=106600/1066=100 (4.58)

Если принять, что сжатие во всех ступенях эжекторного насоса будет одинаковым, тогда

К_ст= ^zvК_общ= ^zv100 =3,16 (4.59)

где z -- число ступеней (z= 4).

Однако от такого равномерного распределения степеней сжатия часто приходится отказываться, так как давление перед первым конденсатом должно быть согласовано с температурой охлаждаю щей воды.

Методом предварительного подбора для практических расчетов принимаются следующие степени сжатия:

Эжектор

первый k₁=

второй k₂=2,5

третий k₃=3,0

четвертый k₄=2,67

Проверяя правильность принятого распределения ступеней сжатия, находят:

К_общ= k₁ · k₂ · k₃ · k₄= 5,0·2,5·3,0·2,67 = 100 (4.60)

На основании принятых степеней сжатия определяют давление всасывания и нагнетания для каждого эжектора.

Таблица 4.4 - Расчетное давление всасывания и нагнетания четырехступенчатого пароэжекторного вакуум-насоса

Таблица 4.5 - Диаметры рабочих органов эжекторов

Определение расхода рабочего пара в эжекторе первой ступени. Степень расширения рабочего пара в эжекторе первой ступени определяют по уравнению

е₁= р₀/ р_н=784500/1066=736 (4.61)

Степень сжатия парогазовой смеси k₁=5

Расчетное значение степени сжатия при диаметре диффузора больше 100 мм увеличивают на 5 %, откуда k₁= 5·1,05 = 5,25.

Исходя из полученных значений е = 736 и k₁=5,25, находят по диаграмме удельный расход рабочего пара; он составляет b₁= 2,60 кг/кг отсасываемой парогазовой смеси.

Часовой расход рабочего пара эжектором первой ступени

Д₁ =b₁·G₁= 2,6 ·500 = 1300 кг/ч. (4.62)

Определение охлаждающей воды в конденсаторе расхода первой ступени. Начальная температура охлаждающей воды t_вн = 27 °С. При остаточном давлении в конденсаторе первой ступени p_k1 = 5,33 кПа температура насыщения водяного пара равна t_нас = 34,05 °С. Конечная температура воды, отходящей из конденсатора, должна быть ниже температуры насыщения не менее чем на 1 °С. Таким образом, температура отходящей воды будет:

t_в.к = t_нас -1=34,05 -1=33,05~33 °С

Расход воды на конденсацию и охлаждение рабочего и эжектируемого пара равен:

W₁= [2600 (Д + Д₁-G¹_п)]/[( t_в.к - t_в.н.) · 4,19 ·1000] =

= [2600(1300 + 475--81,2)]/[(33--27) · 4,19·1000] = 175,2 м³/ч,

где 2600 -- теплоотдача 1 кг пара, кДж/кг;

G_n -- масса несконденсировавшегося водяного пара;

G_п = 81,2 кг/ч, эта величина найдена следующим образом.

Масса сухих газов, отсасываемых эжектором второй ступени из конденсатора первой ступени, составляет:

d _а1 = d₁ + d₂ + d₃ = 25 + 2,8 + 7,0 = 34,8 кг/ч, (4.63)

где d₁ -- масса, газов поступающих в конденсатор с парогазовой смесью d₁= 25 кг/ч);

d₂ -- масса воздуха, натекающего в конденсатор за счет не плотностей (принимается d₂ = 2,8 кг/ч); d₃ -- масса воздуха, вносимого охлаждающей водой (d₃ = 0,04 W₁ = 0,04· 175,2 = 7 кг/ч).

Снижением температуры несконденсировавшихся газов ввиду сравнительно небольшого значения этой величины можно пре небречь.

Температуру парогазовой смеси, уходящей из конденсатора первой ступени, находят из уравнения

t₁= t_в.н+4 +0,1 (t_в.к - t_в.н) = 27 + 4 +0,1 (33-27) = 31,6 ^СС (4.64)

Масса водяного пара в 1 кг отходящей из конденсатора парогазовой смеси составляет:

где р_п1 -- парциальное давление паров воды при температуре 31,6 °С (р_п1 = 4210 Па);

р_к1 -- давление нагнетания в эжекторе первой ступени (р_к1 = = 5330 Па).

Масса парогазовой смеси, отсасываемой из конденсатора пер вой ступени,

G'=d_a1/(1-П₁) = 34,8/(1-0,7)= 116 кг/ч (4.65)

в том числе водяной пар

G'_п = G' - d_a1 =116--34,8 = 81,2 кг/ч (4.66)

Определение расхода рабочего пара эжектором второй ступени.

Эжектор второй сту пени отсасывает из первого конденсатора парогазовую смесь мас сой G' = 116 кг/ч. При степени расширения рабочего пара в сопле

е₂ = р₀/р_н2 = 784 500/5330 = 147 (4.67)

и степени сжатия парогазовой смеси в эжекторе второй ступени к₂ = 2,5 удельный расход рабочего пара по диаграмме составляет b₂ = 1,7 кг/кг, а общий расход рабочего пара

Д₂ = b₂· G'= 1,7· 116 = 197 кг/ч (4.68)

Масса парогазовой смеси на выходе из эжектора второй ступени

?G₂ = G'+ Д₂ =116+197 = 313 кг/ч (4.69)

в том числе масса водяных паров в ней

G_n = ? G₂ - d_a1 = 313--34,8 = 278,2 кг/ч (4.70)

Определение расхода воды в конденсаторе второй ступени.

В этот конденсатор поступает парогазовая смесь массой ?G₂ = 313 кг/ч, в том числе воздуха d_a1 = 34,8 кг/ч, водяного пара 278,2 кг/ч. Подсосы воздуха через неплотности в эжекторе второй ступени и конденсаторе d₄ = 0,8 кг/ч.

Масса воздуха, вносимого водой,

d₅= 0,04W₂ = 0,04-9,9 = ~ 0,4 кг/ч (4.71)

где W₂ -- масса охлаждающей воды, подаваемой во второй конденсатор сме-шения [W₂ = 9,9 м³/ч ].

Общая масса сухого воздуха, отсасываемого эжектором третьей ступени,

d_a2 = d_a1 +d₄ +d₅ = 34,8 + 0,8 + 0,4 = 36 кг/ч. (4.72)

Температура парогазовой смеси, отсасываемой из конденсатора второй ступени,

t₂= 27 + 4 + 0,1(43--27) = 32,6 °С.

Температура насыщения паров воды при остаточном давлении в барометрическом конденсаторе второй ступени 13 300 Па равна 51,57 ^СС. Температура отходящей из конденсатора воды принимается t_вк = 43 °С.

При выборе этой температуры принимается во внимание необходимость предупредить выпадение из воды солей жесткости, которая обычно наблюдается при температуре выше 60 °С.

Определение расхода рабочего пара в эжекторе третьей ступени.

Эжектор отсасывает из конденсатора второй ступени G" = 49 кг/ч парогазовой смеси.

Степень расширения рабочего пара в сопле

е₃ = 784 500/13 300 = 59.

Степень сжатия в этом эжекторе k₃ = 3

Удельный расход рабочего пара при указанных значениях е₃ и k₃ по диаграмме составляет b₃ = 2,6 кг/кг. Расход рабочего пара на эжектор третьей ступени

Д₃ = b₃· G" = 2,6· 49 = 128 кг/ч (4.73)

Определение расхода охлаждающей воды в конденсаторе третьей ступени.

В конденсатор третьей ступени поступает парогазовая смесь массой

? G₃ = G" + Д₃ = 49 + 128 = 177 кг/ч (4.74)

в том числе воздух массой d_a2 = 36 кг/кг и водяной пар массой

G_п⁴=177 - 36=141 кг/ч.

Подсосы воздуха через неплотности в эжектор третьей ступени и барометрический конденсатор принимаются d_в = 0,4 кг/ч. Воз дух, выделяемый водой, d₇ = 0,1 кг/ч.

Общая масса сухого воздуха, отсасываемого из третьего конденсатора эжектором четвертой ступени,

d_a3 = d_а2 + d_в + d₇ = 36,0 + 0,4 + 0,1 =36,5 кг/ч.

Температура парогазовой смеси, отсасываемой из конденсатора третьей ступени,

t₃=t_вн + 0,1(t_вк - t_вн)= 27 + 0,4 + 0,1(59-27) = 30,6 ?С.

Парциальное давление паров воды при t₃ =30,6 ^СС равно

Р_п3=4391Па. Масса парогазовой смеси, отсасываемой из конденсатора третьей ступени эжектором четвертой ступени,

G'" =d_a3 /(1 -- П₃) = 36,5/(1--0,07) = 39,2 кг/ч,

в том числе масса водяного пара G_п⁵ = 39,2--36,5 =2,7кг/ч.

Определение расхода рабочего пара эжектором четвертой ступени. Эжектор отсасывает из конденсатора третьей ступени парогазовую смесь массой

G" = 39,2 кг/ч.

Степень расширения рабочего пара в сопле

e₄ =p₀/p_н= 784 500/40 000 = 20.

При е₄ = 20 и k₄ = 2,67 по диаграмме удельный расход рабочего пара b₄ = 2,7 кг/кг.

Расход рабочего пара Д₄ = 2,7·39,2 = 111 кг/ч. ч

Суммарный расход рабочего пара давлением р₀ = 784,5 кПа в четырехступенчатом пароэжекторном вакуум-насосе

?Д = Д_{1 +} Д₂ + Д₃ + Д₄= 1300+ 197+ 128+ 111 = 1736 кг/ч.

Суммарный расход воды с начальной температурой t_вн = 27 °С

?W = W₁ + W₂ + W₃ = 175,2 + 9,9 + 2,6 =187,7 м³/ч.

Содержание эфирорастворимых веществ в охлаждающей воде на выходе из конденсаторов

g_э=g_жк·1000/W = 2,8·1000/187,7 =15 г/м³=15 мг/л.

Расчет расхода рабочего пара и охлаждающей воды в четырехступенчатом п а р о эжекторном вакуум-насосе при дезодорации соевого масла в колонном дезодораторе тарельчатого типа при веден в табл. .

Энергетические затраты

Определение электрических нагрузок линии непрерывного действия для дезодорации жиров производительностью М = 200 т/сут имеет следующее электрическое оборудование:

Таблица 4.6 - Оборудование линии непрерывного действия для дезодорации жиров

Удельный расход электроэнергии на 1 т дезодорируемого масла по уравнению

N=p_д6000·k_c/(M·ф)= 282·6000·0,8/(150·318) = 28,4 кВт·ч/т

В том числе

электродвигатели N_дв = 27·6000·0,8/(150·318) = 2,7 кВт·ч/т;

электрический теплогенератор N_т = 25·56000·0,8/(150·318) = 25,7 кВт·ч/т.

Расчеты расхода водяного пара и воды на технологические нужды участка дезодорации жиров производительностью 200 т/сут сведены в табл. 4.7 и 4.8.

Табл. 4.7 Расход пара (в кг) на линии непрерывной дезодорации жиров производительностью 200 т/сут

Таблица 4.8 -- Расход воды (в м³) на линии непрерывной дезодорации соевого масла производительностью 200 т/сут