Полезная разность температур при выпаривании это

В выпарном аппарате тепло от греющего пара передается к кипящему раствору только при условии, если температура греющего пара t г.п. выше температуры кипения раствора t к.р.

Δ t п = t г.п. — t к.р.

В выпарном аппарате полезная разность температур составляет 5-10 градусов.

Разность температур между греющим и вторичным паром, поступающим в конденсатор называется общей разностью

Δ t общ. = t г.п. — t вт. п.

Полезная разность температур всегда меньше Δ t общ. на величину потерь Σ Δ, которые имеются при выпаривании

Δ t п = Δ t общ. — Σ Δ или Δ t п = t г.п. — t вт. п. — Σ Δ

таким образом t к.р. = t вт. п. + Σ

Температурные потери при выпаривании растворов вызываются несколькими причинами:

1. Физико-химической депрессией Δ ф-х

Температура вторичного пара ниже температуры кипения раствора на величину Δ ф-х

Δ ф-х = t к.р. — t вт. п.

С увеличением концентрации Δ ф-х увеличивается.

Для однокорпусной установки Δ ф-х = 1,5 0С

Если 3-х корпусная установка:

II корп. Δ ф-х ≈ 3 0С

III корп. Δ ф-х ≈ 10 0С

2. Верхние и нижние слои раствора в выпарном аппарате испытывают неодинаковое давление. Следовательно температура кипения в нижних слоях выше, чем в верхних из-за добавочного давления столба раствора.

Разницу температур кипения жидкости в верхнем и среднем слоях называют гидростатической депрессией Δ г.с. , она представляет второй вид температурных потерь при выпаривании

Δ t п = t г.п. — t к.р. — Δ г.с.

Температура кипения раствора возрастает за счет гидростатической депрессии в однокорпусном выпарном аппарате ≈ 1,6 град.

Если 3 аппарата:

II корп. на 1,8 град

III корп. на 4,8 град

Гидростатическую депрессию стремятся свести к минимуму.

(Применяют пленочные аппараты – раствор кипит в тонкой пленке и нет столба жидкости).

3. Снижение температуры вторичного пара, вызываемое гидравлическим сопротивлением трубопроводов, называется гидравлической депрессией Δ г.

Если вторичный пар используется в качестве экстра-пара, т.е. он выполняет роль греющего пара в теплообменном аппарате, то понижение его температуры вследствие гидравлической депрессии приведет к уменьшению средней разности температур теплоносителей в теплообменнике и к снижению в нем эффективности теплопередачи.

Когда вторичный пар идет в качестве греющего на нагревание раствора в другом корпусе, то за счет гидравлической депрессии разность температур во втором корпусе уменьшается:

Δ t″ п = t″ г.п. — t″ к.р.

где t″ г.п. < t вт. п.

t″ г.п. = t′ вт. п. — Δ г.

где:	Δ t″ п	– полезная разность температур во II корпусе;
	t″ г.п.	– температура пара, обогревающего II корпус;
	t′ вт. п.	– температура вторичного пара, образующегося в I корпусе.

Σ Δ = Δ ф-х + Δ г.с. + Δ г.

Температурные потери Σ Δ повышают температуру кипения раствора t к.р. и уменьшают тем самым полезную разность температур Δ t п , что, в свою очередь, приводит к увеличению поверхности нагрева выпарного аппарата. Это экономически невыгодно. Температурные потери Σ Δ нужно уменьшить.

3.6.6. МНОГОКОРПУСНАЯ ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА

Многокорпусная выпарная установка состоит из нескольких однокорпусных выпарных аппаратов, соединенных последовательно как по сгущаемому продукту, так и по греющему пару. Для обогрев каждого последующего корпуса используется вторичный пар предыдущего. Теплообмен обеспечивается за счет разности температур греющего пара и кипящего продукта. Эта разность температур создается благодаря снижению давления в каждом последующем корпусе по сравнению с предыдущим, что также способствует самотечному переходу сгущенного продукта из одного корпуса в другой. При переходе из предыдущего корпуса в последующий, т.е. в пространстве с более низким давлением и температурой, раствор, имея более высокую температуру начинает самоиспаряться, и из него удаляется некоторая часть воды в виде пара. Таким образом, процесс самоиспарения уменьшает расход пара на выпаривание.

Вторичный пар последнего корпуса не пригоден для использования в теплообменниках (низкие параметры), поэтому его направляют в барометрический конденсатор. Здесь в результате непосредственного контакта воды с паром он конденсируется и создается вакуум, который обеспечивает необходимый режим работы примыкающих к конденсатору корпусов, работающих под вакуумом.

В многокорпусной установке головные аппараты работают под давлением, а хвостовые под разряжением, благодаря многократному использованию тепла снижается удельный расход пара.

Но с увеличением числа корпусов возрастают температурные потери, уменьшается полезная разность температур, а также создаются условия ухудшающие качество таких чувствительных к продолжительному тепловому воздействию продуктов как молоко, фруктовые и томатные соки.

Поэтому предельным должно быть такое количество корпусов, за время пребывания в которых при данном режиме сохраняются высокие качества пищевых продуктов и обеспечивается полезная разность температур между корпусами не менее 6-7 0С.

Оптимальное число корпусов в выпарной установке определяют на основании экономических расчетов и технологических требований. Для этого используют следующий график.

Кривая СД характеризует затраты на греющий пар, с увеличением числа корпусов эти затраты уменьшаются. АВ – затраты на установку, ее обслуживание и ремонт. С – общие расходы на выпаривание. Минимум этой кривой (точка 0) соответствует оптимальному числу корпусов.

Схема трехкорпусной вакуумной выпарной установки, работающей при прямоточном движении греющего пара и раствора, приведена на рисунке 3.13.

Рис. 3.13 – Схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки

В каждый из корпусов трехкорпусной выпарной установки рабочие тела подаются так же, как в однокорпусном аппарате. Сгущенный раствор из первого корпуса подается вместо свежего раствора во второй корпус, а из второго — в третий. После третьего корпуса он отводится как готовый продукт. Вторичный пар после первого корпуса (поток W 1) частично отбирается на общезаводские нужды (он называется экстрапаром Е1), а частично направляется во второй корпус в качестве греющего пара (поток D 2). Аналогично вторичный пар из второго корпуса (поток W 2) разделяется на экстрапар второго корпуса (поток E 2), а частично направляется в третий корпус в качестве греющего пара (поток D 3). После третьего корпуса вторичный пар (поток W 3) направляется полностью на заводские нужды или в конденсатор, конденсат из которого идет на слив. В установку может поступать также «ретурный» пар, т. е. отработавший пар или пар промежуточного отбора паровых турбин. Отходящие из установки потоки греющего пара или экстрапара (потоки Е1 и Е2) отводятся из нее.

В связи с тем что второй и все последующие корпуса многокорпусной выпарной установки обогреваются вторичным паром предыдущих корпусов, их теплоснабжение является бесплатным для цеха выпарных аппаратов. Цеху котельной или поставщикам ретурного пара оплачивается только теплоснабжение первого корпуса. Именно это и служит причиной широкого распространения многокорпусных выпарных аппаратов.

В каждом из корпусов многокорпусной установки подогрев раствора обеспечивается за счет разности температур греющего пара и кипящей жидкости. Эта разность температур создается в результате уменьшения давления над кипящей жидкостью в последующих корпусах по отношению к предыдущим.

Сгущаемый раствор перетекает из предыдущего корпуса в последующий благодаря разности давлений в них. При его переходе в последующий корпус происходит «самоиспарение» — частичное выкипание воды за счет избыточной теплоты, появляющейся в продукте при уменьшении давления. Более концентрированные растворы при этом находятся при более низких температурах, что предотвращает их термическое разложение.

Возможна обратная схема подачи раствора — вначале в последний корпус, а потом насосами — во второй и первый. В этой схеме подачи самоиспарение раствора в корпусах отсутствует. Ее преимущество — уменьшение вязкости загустевшего раствора при повышении его температуры. Это улучшает циркуляцию и теплообмен в аппарате.

Осуществляется также параллельное питание корпусов свежим раствором, что выгодно при испарении небольшого количества воды. По греющему пару и в этом случае сохраняется последовательное соединение.

Если допустимая температура греющего пара уже в головном корпусе не может быть высокой, располагаемого температурного перепада острого пара оказывается недостаточно для питания установки по приведенной схеме. При этом для его подачи применяют тепловые насосы в виде паровых эжекторов, в которых небольшой струей острого пара эжектируют (увлекают) вторичный пар и направляют его на обогрев того же или другого корпуса.

3.6.7. МАТЕРИАЛЬНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ БАЛАНСЫ ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК

МАТЕРИАЛЬНЫЕ БАЛАНСЫ

Общее количество воды, выпариваемой на установке, определяют из материального баланса сухих веществ аналогично балансу для однокорпусной выпарки:

откуда

где:	G	– количество раствора, поступающего на установку, кг/с;
	G-W	– количество сгущенного раствора, уходящего из последнего корпуса, кг/с;
	Bн, Bкп	– концентрация сухих веществ в исходном растворе, поступающем в первый корпус, и в продукте, выходящем из последнего корпуса.

Общее количество выпаренной воды равно сумме количеств воды, выпаренной в отдельных корпусах

W = W1 + W2 + W3 + …+ W n

где:

W1, W2, W3, W n

– количество воды, выпаренной в I, II, III и в последнем корпусе установки, кг/с.

Составляют материальные балансы сухих веществ для установок. Если для однокорпусной установки материальный баланс запишется в виде:

то для 2-х корпусной установки будет:

Тогда для выпарной установки, состоящей из n корпусов, справедлив баланс сухих веществ:

а конечные концентрации (в мас. %) раствора, уходящего из соответствующих корпусов, составит:

ТЕПЛОВЫЕ БАЛАНСЫ

Методы Тищенко, но более простой метод Классена в этом расчете принимают следующие допущения:

1) эффект самоиспарения компенсируется тепловыми потерями;

2) одним килограммом греющего пара выпаривается в любом корпусе 1 кг воды (αn =1), т.е. образуется 1 кг вторичного пара, что близко к действительности.

Для 2-х и 3-х корпусных установок этот метод дает удовлетворительные результаты.

Погрешность в определении W n и D n возрастает с увеличением числа корпусов. Наибольшая ошибка для последнего корпуса, имеющего наименьшее Wn. Это от того, что в последнем корпусе наибольший эффект самоиспарения и наименьшие тепловые потери, поэтому фактически выпарное количество воды больше расчетного.

Рис. 3.14 – К составлению теплового баланса

По корпусам заданы отборы экстра-пара Е1, Е2, Е3, Еn, и количество воды W, выпаренной во всей установке.

Обозначив количество воды, выпаренной в I корпусе W1 = х, находим количество воды, выпаренной в корпусах

в корпусе I	W1 = D1 = х;
в корпусе II	W2 = D2 = D1 – Е1 = х – Е1;
в корпусе III	W3 = D3 = D2 – Е2 = х – Е1 – Е2.

Для n корпуса

Сложив эти уравнения получим:

W = W1 + W2 + W3 + …+ W n = nx – (n-1) · E1 — (n-2) · E2 — … — E n -1

Из последнего уравнения расход греющего пара, поступающего в I корпус, или количество выпариваемой в нем воды х (в кг/с)

находим количество воды W n (кг/с), выпаренной в любой корпусе выпарки

Например, для V корпуса количество выпаренной воды

Решая уравнение относительно W, получают выражение, связывающее общее количество выпаренной воды с заданными параметрами и количеством воды, выпаренной в последнем корпусе

Анализируя полученные уравнения можно сделать следующие выводы:

1) Производительность выпарной установки зависит от величины пароотбора и возрастает при его увеличении. Влияние пароотбора на производительность увеличивается по мере удаления от головного корпуса.

2) При увеличении пароотбора возрастает расход греющего пара на I корпус; при неизменной производительности большее влияние на расход пара оказывает изменение пароотбора из головных корпусов.

3) При вычислении по уравнению количество воды, выпариваемой в последнем корпусе можно получить отрицательное значение: Это значит, что принятый пароотбор нужно изменить, уменьшить его из хвостовых корпусов и увеличить из головных.

4) Экономически выгоднее повышать из хвостовых корпусов, так как это в большей степени повышает производительность установки или уменьшает расход греющего пара. Однако вторичный пар из хвостовых корпусов имеет более низкую температуру. Поэтому для обогрева других теплообменников экстра-пар отбирает из головных корпусов, вторичный пар которых имеет более высокую температуру.

5) При выпаривании без пароотбора выпаренная вода равномерно распределяется по корпусам установки, т.е. . При отсутствии пароотбора расход греющего пара на выпарку меньше, чем при пароотборе. Однако, при пароотборе экономичность всей установки повышается.

Источник

Полезная разность температур

Общая полезная разность температур равна:

Полезные разности температур по корпусам (в 0 С) равны:

где tп — полезная разность температур, 0 С; tГ — температура греющего пара корпусе, 0 С; tк — температура кипения раствора в корпусе, 0 С;

Тогда общая полезная разность температур:

Проверим общую полезную разность температур:

где tбк — температура греющего пара в первом корпусе, 0 С; tбк — температура греющего пара в барометрическом конденсаторе, 0 С; — температурная депрессия, 0 С; — гидростатическая депрессия, 0 С;

— гидродинамическая депрессия, 0 С.

Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

где 1,03 — коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду; сн, с1, с2 — теплоемкости растворов исходного, в первом и во втором корпусах, кДж/(кг·К) [5]; Q1конц, Q2конц, Q3конц — теплоты концентрирования по корпусам, кВт; tн — температура кипения исходного раствора при давлении в 1-ом корпусе, 0 С; IГ1, IГ2, IГ3 — соответственно, удельная энтальпия греющего пара в первом, втором и третьем корпусах, кДж/кг; Iвп1, Iвп2, Iвп3 — соответственно, удельная энтальпия вторичного пара в первом, втором и третьем корпусах, кДж/кг; w1, w2, w3 — соответственно, массовый расход выпариваемой воды в первом, втором и третьем корпусах, кг/с; tк1, tк1, tк1 — соответственно, температура кипения раствора в первом, втором и третьем корпусах, 0 С; Gн — начальный расход, кг/ч;

где ? / н — температурная депрессия для исходного раствора, 0 С; tвп -температура вторичного пара в первом корпусе, 0 С; tн — температура кипения исходного раствора, 0 С.

tн = 128,98+1,0 = 129,98 0 С.

Рассчитаем теплоту концентрирования для 3-го корпуса, т.к. анализ показывает, что она наибольшая:

где Q3конц — теплота концентрирования в третьем корпусе, кВт; Gсух — производительность аппарата по сухому К2CO3, кг/с; ?q — разность интегральных теплот растворения при концентрациях х2 и х3, кДж/кг [5].

Сравним Q3конц с ориентировочной тепловой нагрузкой для 3-го корпуса Q3ор:

Поскольку Q3конц составляет менее 3% от Q3ор, то в уравнениях тепловых балансов пренебрегаем величиной Qконц.

Получим систему уравнений:

Решение системы уравнений дает следующие результаты:

Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышает 3%, поэтому в дальнейших расчетах не производим пересчет концентраций и температур кипения растворов по корпусам.

Таблица 3. Параметры растворов и паров по корпусам

ВЫПАРИВАНИЕ ВЫТЯЖЕК. ПОБОЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, НАБЛЮДАЕМЫЕ ПРИ ВЫПАРКЕ.

Выпариванием называется процесс концентрирования жидких растворов нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя при кипении жидкости.

Процесс выпаривания в галеново- фармацевтическом производстве широко

применятся при получении жидких и густых экстрактов и является промежуточной операцией при производстве сухих экстрактов.

В процессе выпаривания парообразование происходит в объеме выпариваемой жидкости за счет подвода тепловой энергии.

Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называется греющим, или первичным.

Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.

Процесс выпаривания в производстве фитопрепаратов- важная ТС.

От условий ее проведения в значительной степени зависит качество и выход готовой продукции.

Выпаривание проводят с целью удаления экстрагента и получения концентрированных вытяжек (при производстве густых и сухих экстрактов).

При выпаривании расходуется большое количество тепла и эта стадия весьма энергоемкая.

Теплоносителем обычно служит водяной пар. Для выпаривания вытяжек с термолабильными веществами используют нагретую воду.

Для создания выпарных установок применяют углеродистые и легированные стали, включающие никель и другие металлы.

Для концентрирования извлечений в производстве фитопрепаратов используют вакуум-выпарные установки.

Преимущества вакуум-выпарных установок.

· при выпаривании в вакууме возможно проведение процесса при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов термолабильных веществ, какими являются природные соединения лекарственных растений;

· при разрежении увеличивается полезная разность температур (движущая сила процесса выпаривания) между греющим агентом и раствором, что позволяет интенсифицировать процесс, уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях);

· достигается наибольший коэффициент теплопередачи, гак как кипение в условиях вакуума протекает интенсивнее, легче удаляются газы, мешающие теплопередаче.

· Интенсивность процесса выпаривания определяется числовыми значениями коэффициента теплопередачи и полезной разности температур. Чем они больше, тем интенсивнее протекает выпарка.

Этот вывод вытекает из основного уравнения теплопередачи:

Q-количество теплоты, Дж;

△tср – полезная разность температур между теплоносителями и вытяжкой; определяющая среднюю движущую силу процесса теплопередачи (температурный напор);

К — коэффициент теплопередачи, определяющий среднюю скорость передачи тепла вдаль всей поверхности теплообмена (F, м 2 ) и вычислительный по формуле

Побочные явления при выпаривании:

1. Инкрустация – образование накипи на стенках выпарителя, при этом понижается скорость процесса кипения.

2. Температурная депрессия – изменение T кипения, связанное с изменением соотношения экстрагента и продукта. Чем меньше становится кол-во экстрагента при выпаривании, тем сильнее нужно нагревать вытяжку. Для ликвидации этого явления используется вакуум.

3. Пенообразование – происходит потеря продукта

4. Брызгоунос – происходить потеря продукта

5. Гидростатический эффект – преодоление гидростатического давления для нагревания.

Борьба с побочными явлениями:

· Использование тонкопленочных выпарительных установок

· Выпаривание тонким слоем под вакуумом при перемешивании

СУШКА ЭКСТРАКТОВ

Контактная сушка – в технологической схеме есть стадия сгущения экстракта

Конвективная сушка – без стадии сгущения

вакуум-вальцовые сушилки.

— корпуса с рубашкой для обогрева стенок сушилки;

— внутри корпуса смонтировано два полых

— валка, вращающихся навстречу друг другу;

Внутрь валков через полый вал подают пар, а с другой стороны отводят конденсат.

В процессе вращения валков густой экстракт наносят на их поверхность тонким слоем, в результате обогрева валка из него за половину оборота испаряется влага.

Сухой экстракт удаляют с поверхности валка с помощью скребка.

Испарительная способность в вакуум – вальцовых сушилках достигает 70 кг испаряемой жидкости в час с 1 м 2 поверхности нагрева валков.

— процесс сушки протекает быстро при низкой температуре;

— сухой экстракт выводится из сферы нагрева благодаря скребкам;

Температурные потери при выпаривании;

В процессе выпаривания растворов возникают температурные потери, общая величина которых складывается из физико-химической (концентрационной) температурной депрессии

гидростатической депрессии и гидравлической депрессии

Физико-химическая температурная депрессия равна разности между температурой кипения раствора и температурой кипения чистого растворителя (температурой вторичного пара) при данном давлении. Раствор кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Для раствора поваренной соли NaCI по мере повышения концентрации температура кипения повышается до тех пор, пока раствор не достигнет предельной концентрации 26 %. При такой концентрации и атмосферном давлении раствор закипит при температуре 107,5 о С, а выделяющиеся пары растворителя будут иметь температуру 100 о С, т.е. температуру кипения чистой воды.

Таким образом, при кипении раствора в выпарном аппарате температура выделяющегося пара всегда меньше температуры кипения раствора. Эту разность температур и называют физико-химической температурной депрессией или просто температурной депрессией и обозначают

(1.6)

где

температура кипения раствора; tв.п– температура выделяющихся паров растворителя (воды).

Температурная депрессия увеличивается с повышением концентрации раствора и различна для разных растворов. В справочниках обычно приводятся значения температурной депрессии для кипящих растворов при нормальном атмосферном давлении. Для расчета температурной депрессии растворов при давлениях, отличных от нормального, при наличии данных из таблиц для нормальной депрессии пользуются формулой И.А. Тищенко

(1.7)

где

— температурная депрессия при данном давлении; — температурная депрессия при нормальном давлении; Т – абсолютная температура кипения воды при данном давлении; r – теплота парообразования воды при данном давлении.

Формула (1.7) дает удовлетворительные результаты только для водных растворов, обладающих малой температурной депрессией.

Значения нормальной температурной депрессии для некоторых растворов в зависимости от их концентрации приведены на рис. 1.4.

При нахождении температурной депрессии по формуле (1.6) необходимо определять температуру кипения раствора при различных давлениях. Для этого можно использовать эмпирический закон Бабо, по которому отношение давления насыщения пара рр при той же температуре есть величина постоянная, для данной концентрации не зависящая от температуры кипения, т.е. [1]

. (1.8)

Рис. 1.4. Изменение температурной депрессии в зависимости от концентрации раствора при кипении:

Таким образом, если температура кипения раствора данной концентрации при атмосферном давлении известна, то вычислить температуру кипения его при любом другом давлении просто. Следует иметь в виду, что закон Бабо дает достаточно точные результаты только для разбавленных (слабо концентрированных) растворов.

На рис. 1.5. представлена схема и температурный график выпарной установки с учетом всех видов депрессий.

На оси абсцисс графика представлены температуры, а на оси ординат показаны положения температурных точек в установке. В соответствии с изложенным выше точка 4 соответствует средней температуре кипения раствора, а разность между точками 4 и 7 характеризует все виды депрессий. Следовательно, разность между температурами греющего пара (точка 2) и кипения раствора (точка 4) является полезной разностью температур.

Рис. 1.5. Схема аппарата и температурный график выпарной установки:

1-2-конденсация греющего пара (без учета охлаждения конденсата); 3-5- изменение температуры кипения под действием гидростатического столба жидкости; 4 – температура кипения раствора; 5-6 концентрационная температурная депрессия; 6-7-гидродинамическая температурная депрессия

При выпаривании циркулирующих растворов температурную депрессию следует вычислять по конечной концентрации раствора, а при отсутствии циркуляции, т.е. при однократном прохождении раствора, по средней его концентрации в корпусе.

Повышение температуры кипения растворов вследствие гидростатического давления. В выпарном аппарате давление на жидкость в верхних и нижних слоях неодинаково, следовательно, температура кипения раствора по всей высоте аппарата также различна. Пузырьки пара, находящиеся в нижних слоях жидкости, и, следовательно, должны иметь большее давление, чем на поверхности. Этим объясняется более высокая температура кипения жидкости в нижних слоях.

Гидростатическое давление в среднем слое будет равно, Па,

(1.9)

где

плотность раствора в п-ном корпусе, кг/м 3 ; высота столба жидкости в аппарате, м; g — ускорение силы тяжести, м/с 2 .

Если прибавить это давление к давлению в паровом пространстве аппарата, то получим общее давление на средней глубине жидкости

, и по таблицам насыщенного водяного пара находиться температура кипения воды, соответствующая этому давлению. Вычитая из найденной температуры температуру кипения воды при данном давлении в паровом пространстве, получим температурную потерю вследствие гидростатического давления. В дальнейшем эту потерю по отдельным корпусам будем обозначать через

Практически гидростатическое давление оказывает меньшее влияние на температурные потери, чем это следует из формулы (1.9), так как при кипении образуется смесь пара с жидкостью, и поэтому значительно уменьшается плотность столба жидкости в трубах.

Гидростатический эффект стремятся свести к минимуму, конструируя выпарные аппараты таким образом, чтобы процесс выпаривания протекал в весьма тонком слое. Можно считать, что в аппаратах пленочного типа влияние гидростатического давления практически полностью устранено [2].

Охлаждение вторичного пара в паропроводах между корпусами. Вторичный пар, следуя из парового пространства предыдущего корпуса в нагревательную камеру следующего корпуса, должен преодолеть некоторое сопротивление; это вызывает уменьшение его давления, приводящее к понижению температуры пара. При этом чем больше скорость пара в паропроводе и длиннее паропровод, тем большим будет снижение температуры. На основании опытных данных падение температуры в паропроводах между всеми корпусами без большой ошибки принимают обычно одинаковым и равным 0,5-1,5 о С для каждого аппарата [2].

1.3. Типовые конструкции выпарных аппаратов [1-5]

В литературе описано большое количество конструкций аппаратов, применяемых как ранее, так и сейчас в химической, сахарной и других отраслях промышленности. Строгой и общепринятой классификации выпарных аппаратов нет, однако их можно классифицировать по ряду признаков:

— по расположению поверхности нагрева – на горизонтальные, вертикальные и, реже, наклонные;

— по роду теплоносителя – с паровым обогревом, газовым обогревом, обогревом высокотемпературными теплоносителями (масло, даутерм, вода под высоким давлением), с электрообогревом. Чаще всего применяют паровой обогрев, поэтому в дальнейшем внимание будет уделено аппаратам с паровым обогревом;

— по способу подвода теплоносителя – с подачей теплоносителя внутрь трубок (кипение в большом объеме) или в межтрубное пространство (кипение внутри кипятильных труб);

— по режиму циркуляции – с естественной и искусственной (принудительной) циркуляцией;

— по кратности циркуляции – с однократной и многократной циркуляцией;

— по типу поверхности нагрева – с паровой рубашкой, змеевиковые и, наиболее распространенный, с трубчатой поверхностью различной конфигурации.

К конструкции выпарных аппаратов предъявляются следующие требования:

— простота, компактность, надежность, технологичность изготовления, монтажа и ремонта;

— стандартизация узлов и деталей;

— соблюдение требуемого режима (температура, давление, время пребывания раствора в аппарате), получение полупродукта или продукта необходимого качества и требуемой концентрации, устойчивость в работе, по возможности более длительная работа аппарата между чистками при минимальных отложениях осадков на теплообменной поверхности, удобство обслуживания, регулирования и контроля за работой;

— высокая интенсивность теплопередачи (высокое значение К), малый вес и невысокая стоимость одного квадратного метра поверхности нагрева.

Более существенным признаком классификации выпарных аппаратов является характер движения растворов в аппарате и кратность его циркуляции. Можно выделить: аппараты с естественной циркуляцией раствора; с принудительной циркуляцией и пленочные. Особое положение занимают контактные выпарные аппараты с погружными горелками.

1.3.1. Циркуляция растворов в выпарных аппаратах [4, 5]

Циркуляция растворов в выпарных аппаратах улучшает теплообмен и уменьшает отложения солей на стенках труб. Образующиеся в растворе кристаллы выделяются из пульпы в специальных солеотделителях, фильтрах и центрифугах. Для устранения инкрустации поверхности нагрева скорость раствора на входе в греющие трубы должна быть не менее 2,5 м/с.

В аппаратах может быть применена однократная и многократная циркуляция раствора, причем многократная циркуляция может быть естественной и принудительной.

Кратностью циркуляции К называют отношение количества раствора G, кг/ч, проциркулировавшего через сечение растворного пространства выпарного аппарата, к количеству выпаренной влаги W, кг/ч:

Естественная циркуляция (рис. 1.6) возникает из-за разности плотностей кипящего раствора в опускных каналах

и кипящего раствора в подъемных трубах . Движущий напор рдв в циркуляционном контуре длиной L можно выразить следующей формулой:

рдв=L(

). (1.11)

При установившемся режиме циркуляции этот напор уравновешен суммой гидравлических сопротивлений в опускном и подъемном каналах контура:

рдв =

(1.12)

Чем меньше

, т.е. чем больше доля пара в парожидкостной смеси, тем больше движущий напор и тем выше скорость циркуляции. С увеличением скорости раствора растетет гидравлическое сопротивление тракта. Скорость циркуляции раствора может быть найдена при совместном решении уравнений (1.11) и (1.12), если движущий напор и сопротивления в контуре будут выражены в виде функции скорости циркуляции. Расчет производится с учетом следующих допущений:

1. Скорость пара относительно раствора равна нулю.

2. Коэффициент теплопередачи и температурный напор между греющим паром и раствором по высоте труб приняты постоянными.

3. Введено понятие приведенной скорости

— скорости одной из фаз, отнесенной к полному сечению канала. Так, приведенная скорость пара, образующегося на выходе из кипятильной трубы, выражается равенством

где W=

— паропроизводительность кипятильной трубы, кг/с; — плотность пара, кг/м 3 ; r – теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг; dвн и L1 – внутренний диаметр и длина кипятильной трубы, м; К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 · К); — температурный напор между греющим паром и кипящим раствором, К.

Источники:

https://m.studwood.ru/1930297/tovarovedenie/poleznaya_raznost_temperatur
https://megaobuchalka.ru/14/11653.html
https://studopedia.su/9_57666_temperaturnie-poteri-pri-viparivanii.html

Источник