Выпаривание

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

ВЫПАРИВАНИЕ

Введение

Выпариванием называется процесс сгущения практически нелетучих твердых веществ за счет испарения летучего растворителя. При этом частичное удаление растворителя из всего объема раствора осуществляется при температуре кипения последнего, когда давление паров растворителя равно давлению в надрастворном пространстве.

Особенностью процесса выпаривания является постоянство температур кипения при данном давлении и составе раствора. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации. Тепло, необходимое для выпаривания, обычно подводится с насыщенным водяным паром, который называется греющим (первичным), через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. Вторичным называется пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора.

В пищеперерабатывающей промышленности, как правило, выпаривают водные растворы - свекловичные и томатные соки, сиропы, барду, пектиновый клей, молоко и т.д. Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.

Процессы выпаривания проводят в выпарных аппаратах под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях в зависимости от свойств раствора и возможности использования тепла вторичного пара.

При выпаривании под вакуумом, последний создается в аппарате путем конденсации вторичного пара в конденсаторе и отсасывании из него неконденсирующихся газов с помощью вакуум-насоса. Такой подход позволяет увеличить движущую силу теплопередачи (разность температур между греющим паром и раствором) и, как следствие, уменьшить площадь поверхности нагрева выпарного аппарата и тем самым его материалоемкость. Кроме того, выпаривание под вакуумом позволяет проводить процесс при более низких температурах, что особенно важно для пищевых растворов. Однако применение вакуума вызывает удорожание выпарной установки, в связи с дополнительными затратами на устройства для его создания (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), и увеличение эксплуатационных расходов.

При выпаривании под избыточным давлением вторичный пар может быть использован как теплоноситель в подогревателях, для отопления теплиц и других внутризаводских нужд. Однако такой метод выпаривания связан с повышением температуры кипения раствора. Поэтому его применение в пищевой промышленности ограничено свойствами растворов, которые должны быть термически стойкими.

При выпаривании под атмосферным давлением, образующийся вторичный пар не используется и обычно сбрасывается в атмосферу. Такой способ выпаривания наиболее прост, но наименее экономичен.

1. Изменение свойств раствора при выпаривании

выпарной аппарат установка однокорпусный

В процессе выпаривания увеличивается концентрация твердых веществ в растворе, что приводит к изменению его теплофизических свойств. Нa (рис. 1а) показано их изменение в процессе выпаривания при увеличении концентрации от начальной СВ_н до конечной СВ_к за время ф при постоянном давлении пара над кипящим раствором. По мере сгущения раствора его концентрация асимптотически приближается к теоретическому пределу СВ_теор=100%.

При достижении концентрации пересыщения СВ_п в кристаллизующихся растворах начинается выпадение избытка растворенного вещества в осадок и при дальнейшем выпаривании происходит рост массового содержания кристаллов в растворе К_р. Концентрация пересыщения СВ_п служит границей между областями ненасыщенных растворов I (для сгущения которых используются обычно выпарные аппараты) и пересыщенных кристаллизующихся растворов II (здесь применяются вакуумные аппараты).

Концентрация пересыщения СВ_п может изменяться в пределах заштрихованной площади в зависимости от конкретных условий (температуры, требуемой степени пересыщения и т.д.). В области пересыщения кривая концентрации расслаивается. Верхняя ее часть относится ко всей увариваемой массе, включая кристаллы, а нижняя показывает концентрацию твердого вещества в маточном растворе. Из (рис. 1б) следует, что температура кипения раствора t_р увеличивается вследствие повышения значения физико-химической депрессии Дф (разность между температурами кипения раствора и растворителя). При этом значение t_р больше температуры вторичного пара t_вт, находящегося над раствором, на величину Дф.

Общая кривая вязкости н раздваивается: верхняя характеризует эффективную вязкость всей суспензии, а нижняя - маточного раствора н_м. В целом по мере роста концентрации, плотности и вязкости раствора уменьшаются его температуропроводность и теплоемкость.

Рис. 1. Изменение теплофизических свойств раствора при выпаривании: I - область ненасыщенного раствора; II - область пересыщения и кристаллизации

Это приводит к увеличению величины критерия Прандтля Pr = н/a и, как следствие, ухудшению условий теплоотдачи от поверхности нагрева к кипящему раствору (уменьшается значение коэффициента теплоотдачи б₂).

В заключение отметим, что при выпаривании некристаллизующихся растворов (паточная барда) - область II на рис. 1б, отсутствует, и кривые концентрации и вязкости не раздваиваются.

2. Методы выпаривания

В пищевых отраслях широко используют однократное выпаривание, осуществляемое периодически или непрерывно в однокорпусных выпарных аппаратах, и многократное, проводимое непрерывно в многокорпусных выпарных установках, составленных из нескольких однокорпусных аппаратов. Однокорпусная выпарная установка (рис. 2) предназначена для однократного непрерывного выпаривания и применяется в малотоннажных производствах. 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 (рис. 3) состоит из греющей камеры 1, пространство которой ограничено стенками аппарата 2 межтрубными решетками 6 и 7. В пространство греющей камеры подается насыщенный водяной пар, а конденсат отводится из ее нижней части. Выпариваемый раствор, поднимаясь снизу вверх по кипятильным трубкам 5, нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Часть жидкости опускается по центральной трубе 4 в нижнюю часть греющей камеры и направляется в кипятильные трубки. Таким образом, происходит непрерывная циркуляция по замкнутому контуру вследствие разности плотностей раствора в центральной трубе и парожидкостной эмульсии в кипятильных трубках.

Рис. 2. Однокорпусная выпарная установка непрерывного действия. 1, 8 - насос; 2 - расходомер; 3 - теплообменник; 4 - выпарной аппарат; 5 - барометрический конденсатор; 6 - ловушка; 7 - барометрическая труба.



Рис. 3. Схема устройства одиночного (однокорпусного) выпарного аппарата

Упаренный раствор удаляется через патрубок, расположенный в днище 8 аппарата. Свежий раствор подаётся над верхней или нижней трубной решеткой. Вторичный пар заполняет надрастворный объем, откуда отводится через ловушки сепаратора 3, задерживающие брызги и капельки жидкости, через верхний патрубок в конденсатор. В однокорпусной выпарной установке расход греющего пара составляет более 1 кг на 1 кг испаренной воды.

Экономичность процесса может быть повышена только за счет рационального использования вторичного пара, как это происходит, например, в многокорпусных выпарных установках.

Многокорпусная выпарная установка (рис. 4) состоит из нескольких последовательно соединенных однокорпусных выпарных аппаратов. Ее принцип действия заключается в многократном использовании тепла греющего пара, поступающего в первый корпус, для обогрева последующих.

При этом в качестве греющего пара последующего корпуса используется вторичный пар предыдущего. Исходный раствор, предварительно нагретый до температуры кипения, поступает в I корпус, обогреваемый первичным паром. Вторичный пар, образующийся в I корпусе, направляется в качестве греющего во второй. Здесь давление более низкое. Поэтому раствор, упаренный в I корпусе, перемещается во второй самотеком.

Рис. 4. Многокорпусная прямоточная вакуум-выпарная установка

Пониженное давление обуславливает и более низкую температуру кипения раствора во II корпусе. Поэтому раствор, пришедший из I корпуса, частично охлаждается до температуры кипения во втором. При этом выделяется тепло, приводящее к образованию дополнительного количества вторичного пара. Это явление называется самоиспарением раствора и происходит во всех корпусах, кроме первого. Аналогичная картина происходит в III корпусе. Вторичный пар из последнего корпуса поступает в барометрический конденсатор, где за счет его конденсации, создается требуемое разрежение. Несконденсировавшиеся газы и воздух отсасываются вакуум-насосом.

Преимущества данной схемы:

1. Движение раствора самотеком из корпуса в корпус за счет разности давлений;

2. Возможность выпаривания термически нестойких растворов, т.к. в последнем корпусе наиболее упаренный раствор находится в зоне наименьших температур.

Недостаток прямоточной схемы заключается в более низком среднем коэффициенте теплопередачи, по сравнению с противоточными установками. Это объясняется тем, что от корпуса к корпусу увеличивается концентрация раствора и уменьшается его давление, что и снижает коэффициенты теплоотдачи.

В многокорпусную установку раствор может поступать противотоком. В этом случае схема движения пара осуществляется как при прямотоке, но исходный раствор поступает в последний корпус, а в концентрированном виде выходит из первого. Таким образом, выпариваемый раствор перемещается противотоком по отношению к вторичному пару. Его движение обеспечивается с помощью центробежных насосов, т.к. давление от последнего корпуса к первому постепенно возрастает. При противоточной схеме самоиспарение отсутствует. Обычно ее используют для выпаривания растворов до высоких конечных концентраций, когда в I корпусе возможно выпадение твердого вещества или вязкость раствора резко возрастает с увеличением его концентрации. Достоинством противоточных установок является более высокий средний по установке коэффициент теплопередачи, а ее серьезным недостатком - необходимость перекачивания выпариваемого раствора, что связано со значительными эксплуатационными расходами. В заключение отметим, что если расход греющего насыщенного водяного пара для однокорпусной установки составляет более 1 кг на 1 кг выпаренной воды, то для двухкорпусных установок он меньше в два, а для трехкорпусных в три раза.

3. Основные величины, характеризующие работу выпарного аппарата

Интенсивность выпаривания в первую очередь зависит от температурного перепада (температурного напора), который представляет собой разность между температурами греющего (первичного) пара и кипящего раствора.

Введем понятия полная и полезная разности температур. Полной разностью температур Дt_полн будем называть разность между температурами первичного t_п и вторичного t?_вт пара в конце паропровода, отводящего его из сепаратора:

Дt_полн = t_п - t?_вт.

Процесс теплопередачи при выпаривании происходит за счет полезной разности температур, которая меньше полной на величину температурных потерь Д:

Дt = Дt_полн -Д.

В свою очередь температурные потери складываются из трех составляющих:

Д = Дс + Дг + Дф,

где Дс = t_вт - t?_вт - гидравлическая депрессия, вызываемая гидравлическими сопротивлениями, которые должен преодолеть вторичный пар при своем движении через сепаратор и паропровод. Вызванное этим уменьшение давления вторичного пара приводит к некоторому снижению его температуры. Обычно гидравлическая депрессия вызывает необходимость повышения температуры кипения раствора на 0,5 - 1,5єС;

Дг - гидростатическая депрессия, представляет собой разность между температурами раствора посередине высоты греющих труб и на поверхности. Обычно она равна 1-3°С; Дф - физико-химическая депрессия, равная разности между температурами кипения раствора и чистого растворителя при одинаковом давлении.

Ввиду температурных потерь температура кипения раствора должна быть больше температуры вторичного пара, находящегося над ним:

t_р = t_вт + (Дг + Дф).

Тогда полезную разность температур можно выразить следующим образом:

Дt = (t_п - t?_вт) - Д = t_п - t_р.

На рис. 5 показана картина распределения полезной разности температур по мере того, как тепловой поток последовательно преодолевает термические сопротивления, встречающиеся на его пути,

Дt = Дt₁ +Дt_ст+ Дt_н + Дt₂,

где Дt₁ - перепад температур на участке конденсации первичного пара на наружной поверхности кипятильных труб;

Дt_ст - перепад температур при прохождении тепловым потоком толщи стенок кипятильных труб;

Дt_н - перепад температур в слое накипи, расположенной на внутренней поверхности кипятильных труб;

Дt₂ - перепад температур на участке теплоотдачи от слоя накипи к кипящему раствору.

Как следует из рис. 5, возрастание значений температурных потерь неизбежно приводит к повышению температуры кипения раствора и, как следствие, к уменьшению полезной разности температур Дt, обеспечивающей процесс выпаривания.

Рис. 5. К определению полезной разности температур

4. Элементы расчета однокорпусной выпарной установки

Материальный баланс. На выпаривание поступает G_н кг/сек исходного раствора концентрацией X_н и отводится G_к кг/сек упаренного раствора концентрацией X_к. Если в аппарате выпаривается W кг/сек воды, то материальный баланс можно записать в виде двух уравнений:

по всему веществу:

G_н = G_к + W, (5-1)

по растворенному сухому веществу:

G_н · X_н = G_к · X_к. (5-2)

Из пяти переменных, входящих в эти уравнения, три должны быть заданы. Обычно известны: расход исходного раствора G_н, его концентрация X_н и требуемая концентрация упаренного раствора X_к:

Тогда с помощью выражений (5-1) и (5-2) определим производительность аппарата:

по упаренному раствору

G_к = G_н · X_н / X_к

по выпариваемой воде

W = G_y - G_r = G_{y ·} (1 - X_y | X_r).

Тепловой баланс. Введем следующие обозначения: Д - расход греющего пара; I, I_вт - энтальпии греющего и вторичного пара; i_H, i_K - энтальпии исходного и упаренного раствора; I_п.к. = с?·И - энтальпия парового конденсата, где с? - удельная теплоемкость, а И - температура конденсата, єC.

Определим приход и расход тепла (рис. 6).



Рис. 6. К составлению материального и теплового балансов

Приход тепла

1. С исходным раствором -

G_н · i_н = G_н · c_н · t_н

2. С греющим паром - Д·Й.

Расход тепла:

С упаренным раствором -

G_k · i_k = G_k · c_k · t_k

С вторичным паром - W·I_вт;

С паровым конденсатом - Д·cґ·И;

Потери тепла в окружающую среду - Q_п.

Тогда тепловой баланс однокорпусной выпарной установки выразится следующим уравнением

G_н · i_н + Д · Й = G_k · i_k + W·I_вт + Д·cґ·И + Q_п.

Здесь энтальпия исходного раствора

i_н = c_н · t_н (c_н - удельная теплоемкость, а t_н - температура), а упаренного - i_k = c_k · t_k, (t_k - температура кипения раствора).

Заменив в последнем выражении G_н на сумму G_k + W, получим:

G_k · c_н · t_н + W · c_н · t_н + Д · Й = G_k · c_k · t_k + W·I_вт + Д·cґ·И + Q_п.. (5-3)

Находим расход греющего пара:

Отсюда можно сделать вывод, что расход пара зависит от величины трех слагаемых правой части:

1. Расхода пара на изменение энтальпии выпариваемого раствора;

2. Расхода пара на непосредственное выпаривание растворителя (например, воды);

3. Расхода пара на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

Если принять, что исходный раствор поступает в аппарат предварительно нагретым до температуры кипения, т.е. t_н = t_k, а потери тепла в окружающую среду составляют как обычно 2-5%, то значениями первого и третьего слагаемых в первом приближении можно пренебречь.

Тогда:

. (5-4)

Поверхность нагрева непрерывно действующего выпарного аппарата определяется из основного уравнения теплопередачи:

,

где - тепловая нагрузка аппарата;

-коэффициент теплопередачи; Дt - полезная разность температур; б₁ - коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке; б₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору.

Следует помнить, что значение коэффициента теплопередачи снижается по мере повышения концентрации и вязкости раствора, а также с понижением температуры его кипения [1].

5. Конструкции выпарных аппаратов

Выпарные аппараты можно классифицировать следующим образом.

1. По принципу действия - на аппараты периодического и непрерывного действия. Периодические аппараты имеют ряд преимуществ перед непрерывными; при одной и той же начальной и конечной концентрациях раствора в них достигаются более высокие коэффициенты теплопередачи; облегчается перекачка концентрированного вязкого раствора, так как ее можно осуществить после концентрирования при атмосферном или повышенном давлении (в вакуум-выпарных аппаратах непрерывного действия откачка вязкого раствора затруднена, особенно из последней ступени). Однако эти установки могут использоваться лишь при небольших производительностях.

2. По первичному теплоносителю - на аппараты с паровым, газовым (продукты сгорания, горячий воздух и др.), жидкостным (вода, масло и. др.) теплоносителем, а также с электрическим обогревом. В промышленной практике чаще всего применяют обогрев паром, обеспечивающий высокий коэффициент теплоотдачи наряду с удобством регулирования установки. В ряде случаев целесообразно использование тепла отходящих газов различных технологических агрегатов.

3. По совмещению стадий нагрева и парообразования - на аппараты, в которых эти стадии совмещены, аппараты с вынесенной зоной парообразования и с вынесенной поверхностью нагрева. Последние два типа аппаратов применяют для предотвращения интенсивных отложений на поверхности нагрева.

4. По подвижности поверхности нагрева - на аппараты с неподвижной и подвижной поверхностью нагрева. Применение последней вызвано стремлением интенсифицировать процесс теплообмена. Подвижность поверхности нагрева обеспечивается ее вращением или вибрацией. В таких аппаратах скорость движения жидкости относительно поверхности нагрева высока, вследствие чего существенно повышается интенсивность теплообмена; отложения уменьшаются либо предотвращаются полностью. При этом существенно повышается степень концентрирования растворов.

5. По способу организации движения раствора - на аппараты с естественной и принудительной циркуляцией, однократной и многократной. Естественная циркуляция может осуществляться в объеме аппарата либо обеспечиваться специальными, циркуляционными трубами. Принудительная циркуляция организуется с помощью насосов, мешалок или подачи пара (газа). Циркуляция (перемещение) раствора может создаваться также путем вращения либо обеспечиваться специальными циркуляционными трубами. Принудительная циркуляция организуется с помощью насосов, мешалок или подачи пара (газа). Циркуляция (перемещение) раствора может создаваться также путем вращения либо вибрацией поверхности нагрева.

6. По расположению зоны испарения - на аппараты, в которых испарение раствора производится либо внутри труб, либо в объеме аппарата. При этом жидкость может находиться снаружи поверхности нагрева или же внутри ее.

7. По степени заполнения сечения труб - на аппараты с заполненным и незаполненным сечением. К последним относятся аппараты со вставками и пленочные. Пленочные выпарные аппараты получают в настоящее время все более широкое распространение благодаря тому, что обладают высокой интенсивностью теплообмена при малых температурных напорах. По способу движения пленки такие аппараты подразделяются на аппараты с ниспадающей и восходящей пленкой, а также пленкой, движущейся под действием центробежных сил.

8. По направлению движения пара и жидкости - на аппараты, в которых жидкость движется снизу вверх или же сверху. Аппараты с ниспадающей пленкой также подразделяются по направлению движения вторичного пара - вверх или вниз. Последний способ благоприятно сказывается на режиме теплообмена, так как движение пара и пленки в одном направлении способствует увеличению скорости пленки и ее турбулизации.

9. По ориентации поверхности нагрева - на аппараты, в которых поверхности нагрева располагаются вертикально, горизонтально или наклонно[2].

В пищевой промышленности широко применяют выпарные аппараты с трубчатыми греющими камерами. В таких аппаратах раствор находится в трубном, а греющий пар - в межтрубном пространстве. Основные достоинства: интенсивная теплопередача, многократное использование теплоты вторичного пара, высокая степень чистоты целевого продукта, возможность создания аппаратов большой единичной мощности, легкость удаления инкрустирующих отложений с поверхности кипятильных труб. Различают выпарные аппараты с многократной циркуляцией раствора (естественной и принудительной) и однократной - так называемые однопроходные, или пленочные.

Движение раствора в выпарных аппаратах с естественной циркуляцией (рис. 7, а, б, в) осуществляется благодаря разности плотностей парожидкостной смеси в зоне кипения и раствора вне ее (рис. 7, б) или вследствие увлечения жидкости всплывающими пузырьками пара (аппараты с кипением раствора в трубах камеры). Эти аппараты применяют для маловязких (з = до 6-8 мПа*с) растворов. Основные характеристики: скорость циркуляции раствора обычно не более 1,0-1,5 м/с, ?t_пол = 15-25°С, поверхность нагрева до 630 м², коэффициент теплопередачи 1,2-1,8 кВт/(м*К), продолжительность работы между промывкой или механической очисткой 3-4 суток. Достоинство - отсутствие расхода электроэнергии; недостаток - зависимость интенсивности выпаривание от тепловой нагрузки, которая снижается при загрязнении поверхности нагрева.

В аппаратах с вынесенной зоной кипения (рис. 7, а, б) над греющей камерой установлена дополнительная подъемная труба (труба вскипания), которая обеспечивает высокую скорость естественной циркуляции. Кипение происходит в трубе (поскольку труба заполнена раствором, давление в греющих трубах выше, чем насыщенного вторичного пара при температуре раствора, на величину массы гидростатического столба парожидкостной смеси). Эти аппараты предназначены для растворов плохо растворимых веществ, которые при концентрировании выпадают в осадок и образуют на поверхности нагрева значительный слой накипи (NaCl, Na₂CO₃, CaCO₃ и др.), а также при опреснении морской воды.

Для насыщенных растворов хорошо растворимых солей, не выпадающих при концентрировании в осадок и не образующих накипи (например, NaNO₂, NaNO₃, NH₄NO₃, КСl), применяют выпарные аппараты, в кипятильных трубах которых раствор не только нагревается, но и кипит (рис. 7, в).

Разновидность рассмотренных аппаратов - выпарные аппараты с двухходовой греющей камерой (рис. 7, г, д). Они не имеют циркуляционной трубы (ее роль выполняет часть трубного пучка камеры), менее металлоемки, занимают меньшую площадь (поверхность нагрева до 1600 м²). Эти аппараты используют для растворов веществ, растворимость которых возрастает с повышением температуры.

Для повышения интенсивности движения раствора и коэффициента теплопередачи применяют выпарные аппараты с принудительной циркуляцией, создаваемой специальным осевым насосом (рис. 7, е). Такие аппараты служат для выпаривания сравнительно вязких (з = до 1 Па*с) продуктов. Основные характеристики: скорость циркуляции раствора 2,0-2,5 м/с, ?t_пол = 7-15°С, поверхность нагрева до 1800 м², коэффициент теплопередачи до 3 кВт/(м^2*К), продолжительность работы между промывкой или механической очисткой до 30 суток. Важное достоинство - независимость интенсивности выпаривания раствора от тепловой нагрузки. Недостатки: необходимость использования насосов, затраты электроэнергии на циркуляцию раствора.

Пленочные выпарные аппараты применяют для сильно пенящихся и термочувствительных продуктов, например в производстве дрожжей, ферментов, антибиотиков, фруктовых соков, растворимого кофе. Концентрирование происходит в результате однократного движения тонкого слоя (пленки) раствора вместе с вторичным паром вдоль труб длиной 6-8 м (поверхность нагрева до 2200 м²). Различают: аппараты с прямоточным восходящим движением раствора за счет силы трения на границе между жидкостью и паром, который движется снизу вверх с достаточно большой скоростью (рис. 7, ж); с нисходящим движением жидкости, свободно стекающей по поверхности нагрева (рис. 7, з); роторные, в которых раствор перемещается («размазывается») скребками ротора по поверхности теплообмена (рис. 7, и). В роторных аппаратах концентрируют очень вязкие (з = до 20 Па*с) термочувствительные вещества, например карбамид, желатину, капролактам, глицерин; в результате получают пасто- или порошкообразные продукты. Достоинства пленочных аппаратов: отсутствие гидростатической депрессии, малое гидравлическое сопротивление, высокий коэффициент теплопередачи [до 2500 кВт/(м*К)], большая производительность при относительно небольших объемах аппаратов и занимаемых ими площадях, малая продолжительность контакта раствора с поверхностью теплообмена. Недостатки: чувствительность к неравномерности подачи исходного раствора, трудоемкость очистки поверхности нагрева.

Важное значение для эффективной работы выпарного аппарата имеет происходящее в его паровом пространстве, или сепараторе, отделение вторичного пара от капель концентрируемого раствора. Последние загрязняют пар, затрудняя использование его конденсата для питания паровых котлов ТЭЦ, а также служат причиной инкрустации (иногда значительной) поверхности нагрева и источником безвозвратных потерь концентрируемого раствора. Степень сепарации вторичного пара зависит от свойств раствора и интенсивности образования пены (обильное пенообразование повышает унос раствора паром). Низкое поверхностное натяжение и высокая вязкость раствора способствуют появлению пены. Присутствие в растворе взвешенных частиц сообщает пене устойчивость. Для уменьшения пенообразования к раствору иногда добавляют вещества, которые повышают поверхностное натяжение (например, растительные масла, высшие спирты, керосин) или удаляют взвешенные вещества перед выпаривание путем фильтрования раствора.

Унос может происходить также в результате попадания капель выпариваемого раствора в паровое пространство и их механического захвата вторичным паром. Для предотвращения этого скорость пара в сепараторе должна быть сравнительно невелика (2-4 м/с), а высота парового пространства - достаточно большой (1,6-3,0 м), чтобы увлеченные паром капли жидкости успевали оседать под действием силы тяжести. Для улучшения сепарации пара применяют специальные ловушки, или брызгоуловители. Они действуют аналогично инерционным пылеуловителям или циклонам для очистки газов: брызги отделяются от пара вследствие резкого изменения скорости и направления его движения либо под действием центробежной силы.

Одно из условий нормальной работы выпарных аппаратов - непрерывный отвод конденсата первичного пара. Накопление конденсата в греющей камере приводит к потере части активной повети нагрева и, следовательно, к снижению производительности аппарата. Для удаления конденсата без пропуска несконденсировавшегося (пролетного) пара применяют конденсатоотводчики. Наиболее распространены поплавковые устройства, действие которых основано на различии плотностей пара и конденсата. При поступлении пара конденсат вытесняется из поплавка, открытого сверху или снизу; последний всплывает и при помощи штока закрывает пропускное отверстие.

Интенсивность работы выпарных аппаратов, особенно при переработке растворов веществ, которые образуют отложения на поверхности нагрева, в значительной степени зависит от своевременного удаления накипи. Последняя сильно уменьшает коэффициент теплопередачи и, следовательно, производительность аппаратов, нарушает циркуляцию раствора, может быть причиной коррозии в сварных швах. Снижение коэффициента теплопередачи компенсируют увеличением ?t_пол. Это достигается повышением давления греющего пара при постоянном давлении в аппарате или уменьшением, давления в аппарате при постоянных температуре и давлении первичного пара. Для сохранения неизменной производительности выпарные аппараты (при условии постоянства состава выпариваемого раствора и давления) температура греющего пара должна возрастать пропорционально продолжительности работы аппаратов. Последняя определяется количеством отложений на поверхности нагрева. Накипь удаляют путем периодической промывки или механической очистки выпарных аппаратов.



Рис. 7. Поверхностные выпарные аппараты: а, б, в-с естественной циркуляцией; г, д - с двухходовой греющей камерой; е - с принудительной циркуляцией; ж, з, и - пленочные;

1 - греющая камера; 2 - сепаратор; 3 - брызгоуловитель; 4 - труба вскипания; 5 - циркуляционная труба; 6 - ротор; 7 - осевой насос.

Список литературы

1. Иванец, В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств: уч. пособие / В.Н. Иванец, И.А. Бакин, С.А. Ратников. - Кемерово: Кемеровский техн. ин-т пищ. произ-в, 2004. - 180 с.

2. Таубман, Е.И. Выпаривание / Е.И. Таубман, Л.П. Перцев, Е.М. Ковалев. - М.: Химия, 1982. - 328 с.

Размещено на Allbest.ru