Способы выпаривания.

В пищевых производствах применяют однократное выпарива­ние, которое проводят непрерывным способом или периодически, многократное выпаривание, проводимое непрерывно, и выпарива--ние с использованием теплового насоса.

Однократное выпаривание проводят в установке, показанной на рис. 15.1. Такие установки применяют в малотоннажных производ­ствах. Однократное выпаривание можно проводить непрерывно или периодически. Образующийся при выпаривании вторичный пар в этих установках не используется, а конденсируется в конденсаторе.

Основные аппараты установки — выпарной аппарат, подогрева­тель, барометрический конденсатор и насосы.

Выпарной аппарат состоит из верхней части — сепаратора и нижней — греющей камеры, которая представляет собой кожухо-трубный теплообменник. В трубном пространстве находится кипящий раствор, а в межтрубное подается греющий пар.
В сепараторе с отбойниками капельки отделяются от вторичного пара, которые затем конденсируются. Конденсат вместе с охлаждающей водой уда­ляется через барометрическую трубу в колодец. Концентрирован­ный раствор с заданной концентрацией х_к непрерывно откачивается из нижней части выпарного аппарата в хранилище готового продук­та.

Материальный баланс однократного выпаривания выражается двумя уравнениями:

по всему веществу(15.3)

по растворенному твердому веществу(15.4)

Многократное выпаривание проводят в ряде последовательно установленных выпарных аппаратов. Такие установки называют многокорпусными. С целью экономии греющего пара в выпарных установках многократного выпаривания в качестве греющего пара во всех корпусах, кроме первого, используется пар из предыдущего корпуса.

Удельный расход греющего насыщенного водяного пара состав­ляет: для однокорпусной установки 1,1... 1,2 кг пара на 1 кг выпарен­ной воды; для двухкорпусной установки около 0,55, для трехкорпус-ной — около 0,4, для четырехкорпусной установки около 0,3 кг пара на 1 кг выпаренной воды.

Многократное выпаривание можно осуществить при использова­нии греющего пара высокого давления либо при применении ваку­ума в выпарной установке.

Давление в корпусах установки должно поддерживаться таким образом, чтобы температура поступающего в корпус пара была выше, чем температура кипения раствора в этом корпусе. Опти­мальное давление греющего пара в последнем корпусе определяется технико-экономическим расчетом.

Выпаривание под избыточным давлением связано с повышением температуры кипения раствора. Поэтому требуется греющий пар более высокого давления. Этот способ выпаривания применяют при концентрировании термически стойких растворов.

При выпаривании под избыточным давлением требуется автома­тическое регулирование пара и плотности упаренного раствора, но установка в целом несколько упрощается, так как отпадает необхо­димость в постоянно действующем конденсаторе.

Многокорпусные выпарные установки делятся по взаимному направлению движения греющего пара и выпариваемого раствора на прямоточные, противоточные и комбинированные.

Выпаривание с применением теплового насоса основано на использовании вторичного пара в качестве греющего в том же выпарном аппарате. Для этого температура вторичного пара должна быть повышена до температуры греющего пара. Повыше­ние температуры вторичного пара достигается сжатием его в ком­прессоре или паровом инжекторе. В качестве компрессора обычно используется турбокомпрессор. Вторичный пар давле­нием р_т и энтальпией i, выходящий из выпарного аппарата, засасы­вается в турбокомпрессор, в котором сжимается до давления p_v Энтальпия при этом возрастает до i_сж. Таким образом, за счет сжа­тия пар приобретает теплоту Δi=i_сж – i. Сжатый пар поступает из турбокомпрессора в греющую камеру выпарного аппарата.

40.СЕПАРАТОРЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ И СХЕМЫ. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СЕПАРАТОРА. Сепараторы примен-ся для раздел-я тонкодисперсных суспензий и эмульсий: они обеспечивают эффективное отделение дрожжей от сброженной бражки, тонкое осветление виноматериалов, обезжиривание молока и др.Тарельчатый дрожжевой сепаратор с внутр-ми соплами (рис. 7.9) сост из барабана и пакета тарелок, заключенных в корпус, к-й смонтирован на общей раме с электродвигателем. Рис. 7.9. Дрожжевой сепаратор:а — общий вид; б — схема работы тарелок; / — корпус; 2 — внутреннее сопло; 3 — привод; 4 — рама; 5 — сменная втулка рабочего вала; 6 — регулируемая напорная труба; 7 — клапан системы безразборной мойки; Н — пакет тарелок

В саморазгружающийся сепаратор (рис. 7.10), к-й предназначен для разделения суспензий, содержащих более 1% тв частиц, суспензия подается в барабан сверху ч/з центральную впускную трубку и распред-ся по периферии с пом распределит-го конуса. Тв частицы как более тяжелая фаза направляются к стенке барабана. Жидкость выходит из барабана в его верхней части после прохождения ч/з дисковую насадку и встроенный насос с напорным диском. Осадок выгруж-ся из барабана сепаратора через опред-е интервалы времени без остановки сепаратора. Выгрузка осадка дости­гается за счет того, что внутр дно барабана может свободно перемещаться по вертикали. Во время сепарирования дно под действием гидравлического давления уплотняющей жидкости прижимается к верхней части барабана, обеспечивая надежную герметизацию. Через определенные интервалы времени автоматически по заданной программе резко снижают давление уплотняющей жид-ти, что вызывает перемещение дна барабана вниз. При этом открывается кольцевая щель, через которую под действием центробежной силы выгружаются твердые частицы. Повыш-е и пониж-е гидравлического давл-я осущес-ся посредством «импульсов» рабоч жид-ти, подаваемой снаружи в систему, приводящую в действие барабан. Эти импульсы и последующие выгрузки тв частиц (известны под названием «выстрелов») регулируются устр-вом для выгрузки, приводимым в действие датчиком времени или самозащелкивающимся устр-вом, срабатывающим, как только тв частицы достигают определенного уровня в простр-ве, где они удерживаются. Выгрузка тв частиц может быть частичной, полной или комбинированной. Сопловые сепараторы с непрерывным удалением осадка применяют для раздел-я суспензий, содержащих от 6 до 30 % твердых частиц. Центробеж-я сила, развиваемая в таких сепараторах, в 6000-9000 раз > силы тяжести. Производ-ть достигает 150 м³/ч. Сепараторы высокопроизводительны, компактны, герметичны, изготовл-ся из антикоррозийных материалов, просты в обслуживании (сборка, разборка и периодич-я промывка сепараторов производятся с помощью спец устр-в и моющих машин), не требуют значительных затрат ручного труда, могут работать по заданной программе. Недостаток аппаратов—высокая стоимость.Разновид-ю соплового сепаратора является бактофуга 7.11), к-я предст собой герметичный высокоскоростной сопловой сепаратор, выполненный в виде осветлителя и снабженный рубашкой, для охлаждения, а также циклоном для деаэрации концентрата. Преимущества бактофуги — высокий фактор разделения (это позволяет разделять суспензии, содержащие очень мелкие частицы).

41.Однократное выпаривание проводят в установке, показанной на рис. 15.1. Такие установки применяют в малотоннажных производ­ствах. Однократное выпаривание можно проводить непрерывно или периодически. Образующийся при выпаривании вторичный пар в этих установках не используется, а конденсируется в конденсаторе.

Основные аппараты установки — выпарной аппарат, подогрева­тель, барометрический конденсатор и насосы.

Выпарной аппарат состоит из верхней части — сепаратора и нижней — греющей камеры, которая представляет собой кожухо-трубный теплообменник. В трубном пространстве находится кипящий раствор, а в межтрубное подается греющий пар. В сепараторе с отбойниками капельки отделяются от вторичного пара, которые затем конденсируются. Конденсат вместе с охлаждающей водой уда­ляется через барометрическую трубу в колодец. Концентрирован­ный раствор с заданной концентрацией х_к непрерывно откачивается из нижней части выпарного аппарата в хранилище готового продук­та.

Материальный баланс однократного выпаривания (рис. 15.2) выражается двумя уравнениями:

по всему веществу G_H=G_K+W (15.3) и по растворенному твердому веществу

где — массовые расходы соответственно поступающего раствора и упаренного
раствора, кг/ч; W — количество выпариваемой воды, кг/ч; х_и и х_к — соответственно начальная и конечная концентрации раствора, мас. %.

Из сопоставления уравнений (15.3) и (15.4) найдем количество выпаренной воды при изменении концентрации рас­твора от х_н до х_к или конечную концент­рацию раствора, если количество выпа­ренной воды задано технологическим регламентом:

Тепловой баланс однократного выпа­ривания согласно схеме тепловых пото­ков, показанных на рис. 15.2, выразится уравнением

Рис. 15.2. К составлению материального и тепло­вого балансов однократного выпаривания

42.РЕКУПЕРАТОРЫ ТЕПЛА: «ТРУБА В ТРУБЕ», ЗМЕЕВИКОВЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, ОРОСИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК.

Рекуперативные теплообменники в зависимости от конструкции разделяют на кожухотрубчатые, типа «труба в трубе», змеевиковые, пластинчатые, спиральные, оросительные и аппараты с рубашками. Рассмотрим змеевиковый, оросительный, и «труба в трубе» теплообменники.

Теплообменники типа «труба в трубе» состоят из ряда наружных труб большего диаметра и расположен­ных внутри их труб меньшего диаметра (рис.) Внутренние и внешние трубы элементов соединены друг с другом последова­тельно с помощью колен и патрубков. Один из теплоносителей — I — движется по внутренней трубе, а другой — II— по кольцевому каналу, образованному внутренней и внешней трубами. Теплообмен осуществляется через стенку внутренней трубы.

В этих теплообменниках достигаются высокие скорости тепло­носителей как в трубах, так и в межтрубном пространстве. При необходимости создания больших площадей поверхностей теплопередачи теплообменник составляют из нескольких секций, получая батарею.

Преимущества теплообменников типа «труба в трубе»: высокий коэффициент теплопередачи вследствие большой скорости обоих теплоносителей, простота изготовления.

Недостатки этих теплообменников заключаются в громоздко­сти, высокой металлоемкости, трудности очистки межтрубного про­странства.

Теплообменники типа «труба в трубе» применяют при небольших расходах теплоносителей для теплообмена между двумя жидко­стями и между жидкостью и конденсирующимся паром.

Погружные змеевиковые теплообмен­ники представляют собой трубу, согнутую в виде змеевика и погруженную в аппарат с жидкой средой (рис). Теплоноси­тель движется внутри змеевика. Змеевиковые теплообменники изготовляют с плоским змеевиком или со змеевиком, согнутым по винтовой линии. Преимущество змеевиковых теплообменников — простота изготовления. В то же время такие теплообменники громоздки и трудно поддаются очистке. Погружные теплообменники применяют для охлаждения и нагрева конденсата, а также для конденсации паров.

Оросительные теплообменники используют для охлаждения жидкостей, газов и конденсации паров. Состоят они (рис. 14.17) из нескольких расположенных одна над другой труб, соединенных коленами. По трубам протекает охлаждаемый тепло­носитель. Охлаждающая вода поступает в распределительный желоб с зубчатыми краями, из которого равномерно перетекает в верхнюю трубу теплообменника и на расположенные ниже трубы. Часть охлаждающей воды испаряется с поверхности труб. Под нижней трубой находится желоб для сбора воды. Коэффициент теплопередачи в таких теплообменниках невелик. Оросительные теплообменники просты по устройству, но металлоемки. Обычно их устанавливают на открытом воздухе.

43.МНОГОКРАТНОЕ ВЫПАРИВАНИЕ проводят в ряде последовательно установленных выпарных аппаратов. Такие установки называют многокорпусными. С целью экономии греющего пара в выпарных установках многократного выпаривания в качестве греющего пара во всех корпусах, кроме первого, используется пар из предыдущего корпуса.

Многократное выпаривание можно осуществить при использова­нии греющего пара высокого давления либо при применении ваку­ума в выпарной установке.

Многокорпусные выпарные установки делятся по взаимному направлению движения греющего пара и выпариваемого раствора на прямоточные, противоточные и комбинированные.

На рис. 15.3 показана схема прямоточной много­корпусной выпарной установки. Исходный раствор в количестве G_H кг/ч с концентрацией х_н мае. % из хранилища насосом подается в теплообменник, где подогревается до температуры кипе­ния (на схеме не показаны), и поступает на выпаривание в первый корпус, в котором концентрируется до заданной концентрации х_к1. При этом из первого аппарата удаляется W_l кг/ч вторичного пара. Далее раствор поступает в последующие корпуса установки, где концентрируется во втором корпусе до концентрации х_к2, в треть­ем — до х_к3 и так до конечной заданной концентрации. Соответ­ственно из корпусов удаляется вторичного пара W₂, W₃,..., W_n кг/ч, где п — число корпусов. Из последнего корпуса вторичный пар поступает в барометрический конденсатор.

Как видно из схемы, выпариваемый раствор и вторичный пар движутся в одном направлении. Преимуществом прямоточной схемы является то, что раствор самотеком перетекает из корпуса с более высоким давлением в кор­пус с меньшим давлением.

Недостатком прямоточных установок является более низкий средний коэффициент теплопередачи, чем в противоточных уста­новках.

В первом корпусе слабый раствор получает теплоту от греющего пара наиболее высоких рабочих параметров, а в последнем корпусе концентрированный раствор выпаривается вторичным паром наи­более низкого давления. С увеличением концентрации раствора и падением давления от корпуса к корпусу уменьшаются коэффици­енты теплопередачи, в результате чего снижается общий коэффи­циент теплопередачи.

Схема противоточной выпарной установки показана на рис. 15.4. Греющий пар из котельной поступает, как и в предыдущем случае, только в первый корпус, а вторичные пары обогревают все последующие корпуса. Выпариваемый раствор вво­дится в последний корпус и перемещается противотоком вторич­ному пару к первому корпусу. Вследствие того что давление от четвертого корпуса к первому постепенно возрастает, для пере­качки раствора устанавливают центробежные насосы.

Противоточные установки используют в основном для выпари­вания растворов, вязкость которых резко возрастает с увеличением концентрации, а также если возможно выпадение твердого веще­ства из раствора в последнем корпусе.

Ряд выпарных установок работает с отбором части вторичного пара для обогрева других технологических аппаратов, отопления цехов, теплиц, бань и т. д. Эта часть вторичного пара называется экстрапаром.

Количество выпаренной воды в многокорпусной выпарной уста­новке (МВУ) при заданных начальной х_и и конечной х_к концентра­циях находят по уравнению (15.5), конечную концентрацию на выходе из каждого корпуса — по уравнению

где — количество воды, выпаренное в данном и предыдущих корпусах; п — число корпусов.

Очевидно, что общее количество выпаренной воды.

Дата добавления: 2015-11-16