Оборудование для выпаривания

Процесс выпаривания применяется при упаривании клеевых и желатиновых бульонов, обработке растворов при производст­ве медицинских препаратов, предварительном выпаривании крови перед сушкой и пр.

Выпаривание происходит в результате разности влагосодержанний водяных паров у поверхности испарения и окружающей среды Интенсивность его зависит от величины этой разности, вида выпариваемого раствора и его концентрации. Наиболее интенсивное выпаривание раствора происходит при его кипении.

Для осуществления выпаривания при непрерывном кипении жидкости необходимо обеспечить подвод тепловой энергии для -превращения воды в пар в количестве, равном скрытой теплоте парообразования, и отводить образующиеся при кипении жид­кости, так называемые соковые пары, чтобы давление над кипя­щей средой оставалось постоянным.

Выпаривание может осуществляться при атмосферном дав­лении, под вакуумом и при давлении выше атмосферного. В первом случае выпаривание проводят в открытых котлах, в двух последних — в закрытых.

Преимущество вакуум-выпарных аппаратов состоит в том, что кипение в них и выпаривание продукта происходит при тем­пературе ниже 100° С, что устраняет возможность снижения ка­чества продукта под влиянием высокой температуры.

Белковые растворы животного происхождения (кровь, ме­ланж, клеевые и желатиновые бульоны) обладают большой чув­ствительностью к высоким температурам и продолжительности воздействия их на продукт.

Поэтому при конструировании и эксплуатации выпарных аппаратов желательно добиваться наиболее низкой температуры испарения, кратковременности воздействия тепла на продукт, наименьшего удельного расхода пара па единицу продукции.

Для обеспечения этих условий созданы выпарные аппараты различных конструкций (с паровой рубашкой, с нагревом при по­мощи змеевика, с прямоточными трубками и т. п.)

Экономия греющего пара достигается за счет применения многокорпусной выпарки, при которой тепло отходящих соковых паров из I корпуса используется для обогрева и выпаривания во II корпусе и т. д.

Производительность выпарных аппаратов и устройств характеризуется количеством выпариваемой воды из данного раствора, которое определяют по формуле

кг/ч (III-18)

где: G — количество раствора, поступающего на выпаривание,

кг/ч;

К_нач — начальная концентрация сухих веществ в растворе,

% к массе;

К_кон — конечная концентрация сухих веществ в растворе,

% к массе.

Если известно количество выпаренной воды, то конечную кон­центрацию раствора находят по формуле

%, (III-19)

где: W—количество выпаренной воды, кг/ч.

Пример.Определить производительность выпарного аппарата для бульона, если количество бульона, поступающего в аппарат, составляет 500 кг/ч, началь­ная концентрация сухих веществ 4%, а конечная — 10%.

Количество испаренной влаги по формуле (III—18) будет равно

кг/ч.

На рис. 156 представлены принципиальные схемы устройства наиболее часто применяемых на предприятиях мясной промыш­ленности выпарных аппаратов.

Аппарат с нагревательным элементом в виде змеевика. Аппа­рат (рис. 156, а) представляет собой емкость цилиндрической или прямоугольной формы, в которую заливают выпариваемый раствор. В раствор погружен змеевик, в который подают грею­щий пар. Пар в нем частично конденсируется, отдает тепло и на­гревает раствор до температуры кипения. Выпариваемую из ра­створа влагу (соковые пары) удаляют из аппарата через верхний патрубок.

Аппарат с трубчатым нагревательным элементом. Аппарат (рис 156 б) состоит из цилиндрической емкости, в которой ук­реплены две перегородки (трубные решетки) с развальцованны­ми в них трубками, обрытыми с обоих концов. Греющий пар поступает в межтрубное пространство и обогревает трубки, в ко­торых находится выпариваемый раствор. Эта конструкция обес­печивает хорошую теплопередачу. Изменяя размер трубок, мож­но осуществить выпаривание раствора в тонком слое. Соковые пары удаляются через верхний патрубок под вакуумом или под давлением.

Рис. 156. Схемы устройства выпарных аппаратов:

а — со змеевиком нагревательным элементом; б — с трубчатым нагревательным элементом; в — с паровой рубашкой.

Аппарат с паровой рубашкой. Аппарат (рис. 156, в) пред­ставляет собой емкость, в которой находится выпариваемый раствор. Греющий пар поступает в рубашку, через которую про­исходит теплопередача. Соковые пары удаляются сверху.

Из описанных аппаратов наиболее экономичным является выпарной аппарат с трубчатым подогревателем. Комплект ваку­ум-насоса, конденсатора и контрольно-регулирующего прибора образует вакуум-выпарную установку.

Однокорпусная вакуум-выпарная установка для крови. Эта установка (рис. 157) конструкции ВНИИМПа предназначена для предварительного выпаривания влаги из крови перед поступле­нием ее в распылительную сушилку.

Особенность этой установки состоит в том, что зона кипения крови находится вне зоны обогрева, благодаря чему исключается возможность перегрева крови. Влага испаряется в процессе бы­строй циркуляции крови (скорость циркуляции составляет 1 —1,5 м/сек).

Источником тепла является вода, нагреваемая паром до 70⁰С и отдающая свое тепло крови, которая подогревается, продвигается вверх по трубкам и закипает. Чтобы кипение крови происходило при низких температурах (40° С), в системе создается глубокий вакуум (остаточное давление 60 мм рт. ст.).

Кровь, подлежащая выпариванию, поступает в приемник 4, в котором имеется регулятор уровня 5. Приемник 4 соединен обводной трубой 22 с основным корпусом 1 для выравнивания давления. Теплообмен происходит в трубчатом теплообменнике 7, куда в межтрубное пространство по трубе 25

Рис. 157. Однокорпусная вакуум-выпарная установка для крови

1 — корпус аппарата; 2 — каплеуловитель; 3 — конденсатор; 4 — приемник аппа­рата; 5 — регулятор уровня; 6 — кипятильные трубки; 7 — трубчатый теплообмен­ник; 3, 10 — сборники; 9 — пароводяной бойлер, 11 — трубопровод; 12 — водяной бак; 13 — центробежный насос; 14 — шестеренчатый насос; 15 — электродвигатель; 16, 17, 19, 24, 25, 26, 27, 29 — трубопроводы, 18 — барометрическая труба, 20 — всасывающий трубопровод; 21 — нагнетательный трубопровод; 22 — обводная труба; 23 — ресивер, 28 — штуцер для конденсата; 30 — вакуум насос.

подается горячая вода из пароводяного бойлера 9 при помощи центробежного насоса 13 по нагнетательному трубопроводу 21. Конденсат из бой­лера отводится через штуцер 28. Отработанная вода по трубе 24 поступает в водяной бак 12 и по всасывающему трубопроводу 20 вновь поступает к насосу 13.

Пары крови, полученные в результате кипения в трубках 6 на­правляются в корпус 1, а жидкая кровь стекает по трубопроводу 11 в сборник 8, откуда по трубопроводу 27 забирается шестерен­чатым насосом 14 и поступает в приемник для крови. Пары, по­лучаемые в корпусе 1, поступают в каплеуловитель 2, в котором жидкая часть отделяется и возвращается по сливной трубе 19 опять в выпарной аппарат, а пары поступают в конденсатор 3, где конденсируются холодной водой. Из конденсатора 3 газы и насыщающие их пары, частично и конденсат, направляются по трубопроводу 16 в ресивер 23, откуда по трубопроводу 17 к порш­невому мокровоздушному вакуум-насосу 30 с приводом от электродвигателя 15 и выбрасывается в атмосферу. Вода из конденсатора по барометрической трубе 18 поступает в сбор­ник 10.

Зарубежными фирмами выпускается большое количество раз­личных вакуум-выпарных аппаратов [«Геринг» (ФРГ), «Ниро-Атомайзер» (Дания), «Виганд» (ФРГ), «Дрейер Голланд Мертеп» (ГДР) и др.].

Производительность этих аппаратов различна — от 30 до 270 кг выпариваемой влаги в час, расход пара от 50 до 240 кг/ч, рабочее давление пара 4 атм, расход электроэнергии 4 кВт/ч.

При расчетах выпарных аппаратов определяют расход тепла, количество испаряемой влаги и продолжительность выпаривания, испарительною способность аппарата и количество воды, выпа­риваемой за 1 ч на 1 м² поверхности нагрева аппарата.

Расходы тепла определяют по формулам, приведенным выше.

Тепло расходуется на:

подогрев выпарного аппарата и всех металлических ча­стей от начальной температуры до температуры кипения раст­вора — Q₁

подогрев раствора or начальной температуры до температуры кипения — Q₂;

выпаривание воды из раствора — Q₃;

нагревание раствора, добавляемого в аппарат в процессе вы­паривания до температуры кипения, — Q₄;

теплопотери в окружающую среду через стенки аппарата и другие поверхности теплопередачи — Q₅.

Общий расход тепла равен кдж.

Если известна поверхность нагревательного элемента (змеевика, трубок, рубашки) выпарного аппарата, то продолжительность процесса выпаривания определяют по формуле

ч, (III-20)

где: k — всеобщий коэффициент теплопередачи нагревательного элемента выпарного аппарата, кдж/(м² × ч × град),

Dt— разность температур греющего и выпариваемого раство­ра,⁰ С.

Испарительную способность выпарного аппарата находят по формуле

кг/(м²×ч) (III-21)

где: W — общее количество воды, выпаренное за время процесса

в аппарате, кг;

F — поверхность нагрева элемента, м²;

t — продолжительность процесса выпаривания, мин.

В однокорпусных выпарных установках тепло отходящих со­ковых (вторичных) паров не используется, в связи с чем на вы­паривание 1 кг влаги расходуется в среднем 1,2 кг. Кроме того, в этих аппаратах велик расход воды на конденсацию отходящих паров. Поэтому применение многокорпусных выпарных аппара­тов более рационально.

Трехкорпусная вакуум-выпарная установка. Эта установка (рис. 158) состоит из трех выпарных аппаратов и предназначена для выпаривания клеевых и костных бульонов. Работает она следующим образом. Раствор, подлежащий выпариванию, по трубопроводу 1 диаметром 40 мм поступает в регулятор поплав­кового типа, а оттуда в выпарной аппарат первой ступени, пред­ставляющий собой вертикальный цилиндр с трубками 3 внутри. Раствор поступает в трубки снизу и поднимается, а греющий пар по трубопроводу 4 поступает в межтрубное пространство, обогревает трубки, конденсируется, отдает тепло и в виде конденсата удаляется снизу через патрубок 5.

Образующиеся при кипении раствора паровые пузырьки с ка­пельками жидкости по трубопроводу б поступают в сепаратор 7, где жидкость отделяется от соковых паров и по трубопроводу 8 вновь поступает в выпарной аппарат 3 Температура кипения раствора в первой ступени составляет 100° С, а в сепараторе сни­жается до 90° С. Излишняя часть жидкости поступает из сепара­тора 7 в выпарной аппарат второй ступени 11.

Соковые пары из сепаратора 7 по трубе 10 направляются в межтрубное пространство аппарата 11, где используются как греющее средство.

Кипение раствора в аппарате второй ступени 11 происходит при 90⁰С. Образующиеся при этом соковые пары поступают по трубопроводу в сепаратор второй ступени 13, где жидкость отделяется от паров, собирается на дне и по трубе 14 направляется в выпарной аппарат 11, а излишек жидкости – по трубе 15 в выпарной аппарат третьей ступени.

Соковые пары из сепаратора 13 по трубе 16 поступают в каче­стве греющего пара в межтрубное пространство выпарного аппарата 17, в котором жидкость кипит при 75°. Часть соковых паров по трубопроводу 18 поступает в термокомпрессор 19 (тепловой насос пароструйного типа), в котором температура паров повы­шается до температуры греющего пара, направляемого в аппа­рат I ступени 3, что позволяет экономить до 30—35% греющего пара. Остальную часть соковых паров направляют в сепаратор III ступени 20, где окончательно упаренная до нужной степени концентрации жидкость по трубопроводам 25 и 29 откачивается вакуум-насосом 27, приводимым в движение от электродвигате­ля 28 мощностью 3 л. с.

-

Рис. 158. Трехкорпусная вакуум-выпарная установка:

1, 4, 6, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 21, 24, 25, 26, 29, 35, 37 — трубопроводы, 2 — поплавковый регулятор; 3 — выпарной аппарат I ступени; 5 — патрубок; 7 — сепаратор; 11 — выпарной аппарат II ступени; 13 — сепаратор II ступени; 17 — выпарной аппарат III сту­пени; 18 — труба; 19 — термокомпрессор; 20 — сепаратор III ступени; 22 — трубчатый конденсатор; 23 — патрубок для охлаждающей воды; 27 — вакуум-насос; 28 — электро-двигатель; 30 — патрубок для отвода конденсата; 31, 32, 33 — клапаны; 34, 38 — струй­ные насосы; 36 — насос.

Соковые пары по трубе 21 направляются в поверхностный конденсатор трубчатого типа 22, где конденсируются при температуре 55°С водой, циркулирующей между трубками. Образующийся конденсат стекает и отсасывается насосом 36 по трубопроводу 26, а нагретую воду по трубе 24 направляют на различные производственные цели.

Производительность установки составляет примерно 1900 кг испаренной влаги в час, расход пара при давлении 4 атм 750 кг/ч, расход охлаждающей воды 9 м³/ч, температура греющего пара в аппаратах: I ступени 100° С, II ступени 90° С и III ступени 75° С, соответственно температура выпаривания составляет 90, 70 и 55° С. Температура поступающего раствора 50° С. Для контроля процесса выпаривания служат манометры, термометры, регуля­торы температуры, смотровые стекла.

Многокорпусные выпарные установки рассчитывают следую­щим образом.

Для любого корпуса уравнение материального баланса будет иметь вид:

, (III-22)

где: n — число корпусов (ступеней) установки;

W₁, W₂, W₃ …, Wn — масса воды, выпаренной в соответствую­щих корпусах.

Отсюда концентрация сухих веществ в растворе любого кор­пуса

%. (III-23)

Для определения расходов тепла составляем уравнение теп­лового баланса, в котором в левой части содержится приход теп­ла с греющим паром и выпариваемым раствором, а в правой — расход тепла, уходящего с соковым паром, раствором и конден­сатом греющего пара.

Это уравнение для I ступени на 1 кг раствора будет иметь следующий вид:

кДж/кг, (III-24)

где: d₁ — удельный расход греющего пара, кг на 1 кг раствора поступающего в аппарат;

i^’₁ — теплосодержание греющего пара в I корпусе, кДж/кг;

с₀ — теплоемкость поступающего раствора, кДж/(кг× град);

t₀ — температура кипения поступающего раствора, °С;

w₁ — количество воды, выпаренной из 1 кг раствора в I кор­пусе, кг/кг;

с₁ — теплоемкость раствора в I корпусе, кДж/(кг×град);

t₁ — температура кипения раствора в I корпусе;

t₁ — теплосодержание конденсата греющего пара в I корпу­се, кДж/кг.

Из уравнения (III-24) можно наши количество воды,выпаренное в корпусе:

кг/кг (III-25)

Выражение называют коэффициентом испарения и обозначают буквой a. Этот коэффициент показывает сколько кг воды выпаривают из 1 кг пара.

Выражение называют коэффициентом самоиспарения, показывающим количество воды в кг, испарившейся в ре­зультате охлаждения 1 кг перегретого раствора. Этот коэффици­ент обозначают b.

Тогда окончательно

кг/кг. (III-26)

Подобным образом составляют уравнение теплового баланса для любого корпуса выпарной установки.

Расход греющего пара на 1 кг раствора в I корпусе состав­ляет

кг/кг. (III-27)

Общее количество воды, выпаренной в установке, равно сум­ме выпаренной воды по корпусам, или

кг. (III-28)

Учитывая потери тепла, практически для расчетов многокор­пусной установки можно считать:

для двухкорпусной установки

кг и кг

для трехкорпусной установки

кг, кг и

Удельный расход пара для многокорпусной установки равен

, (III-29)

где: D — общий расход острого пара в установке, кг/ч;

W — общее количество выпаренной воды, кг/ч.

С учетом потерь греющего пара можно приближенно cчитать

кг, (III-30)

где: n — число корпусов в установке

Практически средний расход острого пара следующий.

Число корпусов нельзя увеличивать беспредельно, так как экономия постепенно убывает и становится настолько мала, что не оправдывает расходов на установку следующего корпуса.

Поверхность нагрева любого корпуса вакуум-выпарной уста­новки находят по формуле

м², (III-31)

где: D — расход греющего пара (острого или сокового), кг/ч;

i — теплосодержание острого или сокового пара, кДж/кг;

t — теплосодержание конденсата, кДж/кг;

k — общий коэффициент теплопередачи, кдж/(м² × ч × град);

Dt — разность температур между греющим агентом и кипя­щим раствором;

Т — продолжительность процесса выпаривания, ч.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: