Лекция 12. Оборудование для выпаривания.

План лекции.

1)Физические основы выпаривания.

2) Многогокорпусная выпарная установка

1) Выпаривание - процесс удаления воды из растворов при кипении с целью их концентрирования. Из раствора удаляется часть растворителя (воды) в виде вторичного пара, а растворённые вещества остаются в неизменном количестве.

Выпаривание относится к классу тепловых процессов

Выпаривание исключительно широко используется в пищевой промышленности. Выпаривание может выступать в качестве целевого конечного процесса, либо в качестве промежуточного процесса с дальнейшим процессом сушки полученного концентрированного продукта. В первом случае, к примеру, получают молоко, сливки, сиропы, костные, желатиновые бульоны. Во втором случае производят сахар, соль, глюкозу, соки, медпрепараты и другие продукты

Выпаривание производят в однокорпусных и многокорпусных выпарных установках. Основой таких установок являются выпарные аппараты различных конструкций. Многокорпусные выпарные установки (МВУ) применяются главным образом в силу значительных технико-экономических преимуществ по сравнению с однокорпусными (ОВУ).

Выпаривание происходит при кипении раствора. Кипение – процесс парообразования во всём объёме раствора. Физическое условие кипения - равенство давления паров растворителя (р₁) и давления газовой среды над раствором (р₂).

р_{1 =} р₂; (1)

Движущая сила процесса выпаривания:

Dt = t_гр.п. – t_кип; (2)

.

Dt – средняя разность температур между греющим паром и кипящим раствором, ⁰С;

t_гр.п. – температура греющего пара, определяемая в зависимости от давления водяного насыщенного пара по таблицам, ⁰С;

t_кип - температура кипения жидкого продукта (раствора) при заданном давлении в надрастворном пространстве, ⁰С.

Температура кипения жидкого продукта в общем случае зависит от его физической природы, концентрации в нём сухих веществ и от внешнего давления. Для раствора неизменного состава и заданной концентрации сухих веществ температура кипения определяется только внешним давлением р₂. Причём, с понижением внешнего давления р₂ понижается температура кипения t_кип. Эта закономерность используется при выпаривании жидких термолабильных продуктов, таких как молоко, сливки, соки и других.

2) МВУ состоит из двух или более выпарных аппаратов (корпусов), соединённых между собой чаще всего последовательно. Кроме того, в установку входят теплообменник предварительного подогрева начального раствора барометрический конденсатор для конденсации вторичного пара последнего корпуса, насос, трубопроводы, запорная арматура, контрольно-измерительные приборы, датчики.

Рассмотрим принцип работы трёхкорпусной выпарной установки (МВУ-3) с последовательным соединением корпусов с выпариванием под вакуумом. Установки подобного типа используют для термолабильных жидких продуктов (условно – растворов), к которым относят молоко, сливки, соки и некоторые другие жидкости.

Начальный раствор (S_н) насосом подаётся в теплообменник, где подогревается до определённой температуры и затем поступает в первый аппарат (корпус), где частично выпаривается. Из первого корпуса раствор(S₁) самотёком (вследствие разности давлений между корпусами) поступает во второй корпус, где вновь выпаривается. Одновременно вторичный пар (W₁) первого корпуса (выпаренная вода) поступает в качестве греющего пара (D₁) во второй корпус. Из второго корпуса раствор (S₂) вновь самотёком поступает в третий корпус, в котором окончательно выпаривается до заданной концентрации. В качестве греющего пара в третьем корпусе используется вторичный пар второго корпуса (W₂). Таким образом, только первый корпус использует греющий пар, подаваемый извне (ТЭЦ, котельная), а все последующие корпуса запитываются вторичными парами работающих корпусов. В этом – причина низкого удельного расхода греющего пара и, следовательно, высокой технико-экономической эффективности работы и высокой производительности МВУ по сравнению с ОВУ. Производительность МВУ по выпаренной воде в среднем составляет W = 1500 – 4000 кг/ч.