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 кипя-

щий 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.

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.

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 (рис. 15.6). 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 г_сж. Таким образом, за счет сжа­тия пар приобретает теплоту Аг=1_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 применя­ются для разделения тон­кодисперсных суспензий и эмульсий: они обеспечи­вают эффективное отделе­ние дрожжей от сброжен­ной бражки, тонкое освет­ление виноматериалов, обезжиривание молока.

Тарельчатый дрож­жевой сепаратор с внутренними соплами (рис. 7.9) состоит из барабана и пакета тарелок, заключен­ных в корпус, который 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), который предназначен для разделения суспензий, содержащих более 1% твердых частиц, суспензия подается в барабан сверху через центральную впускную трубку и распределяется по перифе­рии с помощью распределительного конуса. Твердые частицы как более тяжелая фаза направляются к стенке барабана. Жидкость выходит из барабана в его верхней части после прохождения через дисковую насадку и встроенный насос с напорным диском. Осадок

выгружается из барабана сепаратора через определенные интер­валы времени без остановки сепаратора. Выгрузка осадка дости­гается за счет того, что внутреннее 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 жидко­сти, что вызывает перемещение дна барабана вниз. При этом от­крывается кольцевая щель, через которую под действием центро­бежной силы выгружаются твердые частицы.

Повышение и понижение гидравлического давления осуществля­ются посредством «импульсов» рабочей жидкости, подаваемой сна­ружи в систему, приводящую в действие барабан. Эти импульсы и последующие выгрузки твердых частиц (известны под названием «выстрелов») регулируются устройством для выгрузки, приводи­мым в действие датчиком времени или самозащелкивающимся устройством, срабатывающим, как только твердые частицы дости­гают определенного уровня в пространстве, где они удерживаются.

Сопловые сепараторы с непрерывным уда­лением осадка применяют для разделения суспензий, содер­жащих от 6 до 30 % твердых частиц. Центробежная сила, развивае­мая в таких сепараторах, в 6000...9000 раз больше силы тяжести. Производительность достигает 150 м³/ч.

Сепараторы высокопроизводительны, компактны, герметичны, изготовляются из антикоррозийных материалов, просты в обслужи­вании (сборка, разборка и периодическая промывка сепараторов производятся с помощью специальных устройств и моющих машин), не требуют значительных затрат ручного труда, могут работать по заданной программе. Недостаток аппаратов — высокая стоимость.

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

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 комбинирова

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.

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.

45.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 (рис. 15.6). Вторичный пар давле­нием р_вт 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.

откуда расход греющего пара

Тепловой баланс процесса

Из сравнения уравнений (15.9) и (15.37) видно, что при выпарива­нии с использованием теплового насоса расход греющего пара сни­жается за счет повышения энтальпии вторичного пара на величину

i_{с ж} :

Однако, наряду с экономией греющего пара необходимы затраты электроэнергии на приведение в действие турбокомпрессора. Мощность

Установка удорожается также на стоимость турбокомпрессора.

В установках с паровым инжектором (рис. 15.7) греющий пар из котельной поступает в паровой инжектор. Паровой инжектор пред­ставляет собой несложное устройство типа сопла Вентури, при изго­товлении которого не требуется значительных затрат металла. В результате создания вакуума в инжектор засасывается из выпарного аппарата вторичный пар давлением р_вт и энтальпией i. Каждая мас­совая единица греющего пара засасывает m массовых единиц вто­ричного пара. В результате получают греющий пар в количестве D(l+m) с давлением меньшим, чем давление греющего пара, но большим, чем вторичного пара. Часть пара, равная W—mD, сбра­сывается с установки на побочные нужды.

Тепловой баланс процесса описывается равенствами

Выпарные установки с инжектором применяют для выпаривания растворов с низкой температурной депрессией и высоким давлением вторичного пара. С уменьшением давления вторичного пара увели­чивается адиабатический перепад теплоты при сжатии и соответ­ственно уменьшается коэффициент инжекции. При этом расход гре­ющего пара увеличивается и использование выпарных установок с паровым инжектором становится нерациональным.