Способ выпаривания это химия

; (11.15)

,

где: — плотность парожидкостной эмульсии в греющих трубах; кг/м3; ; — плотность раствора, кг/м3; — расстояние от уровня раствора в аппарате до трубной решетки, м; — длина греющих труб, м.

При периодическом выпаривании коэффициент теплопередачи К и потери общей разности температур являются величинами переменными, зависящими от концентрации.

При расчете поверхности нагрева периодически действующего выпарного аппарата по основному уравнению теплопередачи величины К и надлежит определять как средние, пользуясь приемами графического интегрирования:

; (11.16)

. (11.17)

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.

Удельный расход греющего насыщенного водяного пара составляет: для однокорпусной установки 1,1. 1,2 кг пара на 1 кг выпаренной воды; для двухкорпусной установки около 0,55, для трехкорпусной — около 0,4, для четырехкорпусной установки около 0,3 кг пара на 1 кг выпаренной воды.

Многократное выпаривание можно осуществить при использовании греющего пара высокого давления либо при применении вакуума в выпарной установке.

Давление в корпусах установки должно поддерживаться таким образом, чтобы температура поступающего в корпус пара была выше, чем температура кипения раствора в этом корпусе. Оптимальное давление греющего пара в последнем корпусе определяется технико-экономическим расчетом.

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. На рис. 11.3 показана схема прямоточной многокорпусной выпарной установки. Исходный раствор в количестве кг/ч с концентрацией мас. % из хранилища насосом подается в теплообменник, где подогревается до температуры кипения (на схеме не показаны), и поступает на выпаривание в первый корпус, в котором концентрируется до заданной концентрации хк1. При этом из первого аппарата удаляется кг/ч вторичного пара. Далее раствор поступает в последующие корпуса установки, где концентрируется во втором корпусе до концентрации хк2, в третьем — до хк3 и так до конечной заданной концентрации. Соответственно из корпусов удаляется вторичного пара , ,…, кг/ч, где п — число корпусов. Из последнего корпуса вторичный пар поступает в барометрический конденсатор.

Рис. 11.3. Схема прямоточной многокорпусной установки

Как видно из схемы, выпариваемый раствор и вторичный пар движутся в одном направлении.

Преимуществом прямоточной схемы является то, что раствор самотеком перетекает из корпуса с более высоким давлением в корпус с меньшим давлением.

Недостатком прямоточных установок является более низкий средний коэффициент теплопередачи, чем в противоточных установках.

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.

Схема противоточной выпарной установки показана на рис. 11.4. Греющий пар из котельной поступает, как и в предыдущем случае, только в первый корпус, а вторичные пары обогревают все последующие корпуса. Выпариваемый раствор вводится в последний корпус и перемещается противотоком вторичному пару к первому корпусу. Вследствие того что давление от четвертого корпуса к первому постепенно возрастает, для перекачки раствора устанавливают центробежные насосы.

Рис. 11.4. Схема противоточной многокорпусной установки

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 и конечной хк концентрациях находят по уравнению (11.5), конечную концентрацию на выходе из каждого корпуса — по уравнению

, (11.18)

где: — количество воды, выпаренное в данном и предыдущих корпусах; п –число корпусов.

Очевидно, что общее количество выпаренной воды

(11.19)

где: , , . — количество воды, выпариваемое в 1, 2 . — м корпусах.

Если в каждом корпусе выпаривается одинаковое количество воды, то

(11.20)

Конечная концентрация раствора на выходе из — го (последнего) корпуса

(11.21)

Для любого — го корпуса расход греющего пара определяется по уравнению, аналогичному (11.9):

(11.22)

С другой стороны, количество вторичного пара, поступающего на обогрев — го корпуса, равно количеству воды, выпаренной в ( — 1) — м корпусе:

(11.23)

Если установка работает с отбором экстрапара, то , где— количество экстрапара, отбираемого в (—1)-м корпусе.

Приведенные уравнения позволяют рассчитать МВУ методом итераций.

Общую разность температур вычисляют так же, как и в однокорпусных установках, по уравнению (11.11).

Общая потеря разности температур в МВУ складывается из суммы потерь (депрессий) в каждом корпусе.

Суммарная разность температур

(11.24)

где: — общая полезная разность температур, °С; , — температуры греющего и вторичного пара в конце отводящего пар паропровода или на входе в конденсатор, °С; , , — суммы депрессий (потерь полезной разности температур) во всех корпусах за счет температурной депрессии, гидростатического эффекта и гидродинамических потерь, °С.

Суммарная полезная разность температур наиболее часто распределяется по корпусам так, чтобы все корпуса имели равные площади поверхности нагрева, т. е. чтобы аппараты были взаимозаменяемыми:

(11.25)

Определив площади поверхности теплопередачи каждого корпуса по основному уравнению теплопередачи (3.1.1), получим

(11.26)

где: , ,…, — коэффициенты теплопередачи в 1, 2. -м корпусах.

Из соотношения (11.26) получим

; ;.

Суммируя левые и правые части последних равенств, находим

. (11.27)

Аналогично полезная разность температур для 2-го корпуса ;

для любого — го корпуса

. (11.28)

В данном случае суммарная полезная разность температур распределяется по корпусам пропорционально отношениям тепловых нагрузок к коэффициентам теплопередачи.

Другим способом распределения полезной разности температур по корпусам является такой, который обеспечивает минимальную площадь поверхности теплопередачи установки.

Площадь поверхности теплопередачи, например, двухкорпусной выпарной установки

(11.29)

где .

. (11.30)

Для определения минимальной площади поверхности теплопередачи выпарной установки продифференцируем (11.30) по и производную приравняем нулю.

Тогда соотношение полезных разностей температур в корпусах

(11.31)

и на основании свойств получим:

.

Из последнего выражения получим

(11.32)

Аналогично для второго корпуса

. (11.33)

Для многокорпусной выпарной установки распределение полезной разности температур по корпусам, обеспечивающее минимальную суммарную площадь поверхности нагрева всех корпусов, определяется уравнением

(11.34)

В данном случае суммарная полезная разность температур распределяется по корпусам пропорционально квадратным корням из отношений тепловых нагрузок к коэффициентам теплопередачи.

Определим рациональное количество корпусов в многокорпусных выпарных установках. Увеличение ограничено потерями полезной разности температур, которые возрастают с увеличением количества корпусов.

Многокорпусная установка может работать при условии

. (11.35)

Предельное количество корпусов в МВУ определяется положительным значением полезной разности температур, т. е. .

На практике количество корпусов находят путем технико-экономического расчета, т. е. в зависимости от суммарных затрат на проведение процесса выпаривания. Суммарные затраты включают капитальные и амортизационные расходы, затраты на ремонт, энергозатраты, затраты на эксплуатацию.

С увеличением количества корпусов растет металлоемкость установки, но понижается ее энергоемкость. Затраты на обслуживание с введением системы автоматического управления почти не зависят от количества корпусов. Капитальные и амортизационные затраты пропорциональны количеству корпусов.

Каждый корпус многокорпусной установки имеет нагрузку , а общая полезная разность температур составляет для одного корпуса. Следовательно, площадь поверхности теплопередачи каждого корпуса многокорпусной установки при той же производительности равна площади поверхности теплопередачи однокорпусной установки:

.

Тогда общая площадь поверхности теплопередачи МВУ в п раз больше площади поверхности теплопередачи однокорпусной установки: .

Минимум суммарных затрат на проведение процесса выпаривания определяется на основании результатов расчетов для различного количества корпусов МВУ.

На рис. 11.5 показано, как изменяются различные статьи расходов с изменением числа корпусов.

Минимальные суммарные затраты, соответствующие минимуму кривой 1 на рис. 11.5, определяют рациональное количество корпусов МВУ. Обычно промышленные установки многократного выпаривания включают 3, 4 или более корпуса. При проектировании МВУ определяют производительность и площадь поверхности нагрева отдельных аппаратов, режимные параметры, коэффициенты теплопередачи, тепловые схемы количество выпарных аппаратов, а также выполняют технико-экономические расчеты.

Основная задача поверочных расчетов заключается в проверке возможности использования имеющихся аппаратов в заданных условиях, определении фактической производительности и режимов работы установки. При поверочных расчетах обычно решают задачи, возникающие в ходе эксплуатации выпарных установок.

При проектных расчетах площади поверхности нагрева выпарных аппаратов являются определяемыми величинами, а при поверочных — заданными.

Общий метод расчета производительности отдельных аппаратов МВУ на основе совместного решения уравнений материального и теплового балансов разработан .

Рис. 11.5. К определению оптимального количества корпусов выпаривания n:

1 — суммарные затраты; 2 — энергозатраты (по производству пара); 3 — капитальные и амортизационные расходы; 4 — затраты на эксплуатацию

Этот метод основан на допущении, что . Необходимость предварительного задания температурного режима, распределения полезной разности температур по корпусам является недостатком этого метода и вызвана тем, что система уравнений материального и теплового балансов не является полной и для ее замыкания необходимо использовать уравнение теплопередачи для всех аппаратов. Расчет проводят методом итераций (последовательных приближений). Метод итераций заключается в том, что неизвестными величинами предварительно задаются, а затем уточняют их по ходу расчета.

Расчет МВУ заключается в определении тепловых нагрузок у поверхностей теплопередачи корпусов установки и суммарной площади поверхности теплопередачи. Расчет начинают с вычисления количества воды, выпариваемой всей установкой, затем в первом приближении принимают, что в каждом корпусе выпаривается одинаковое количество воды, т. е. . Зная количество воды, выпариваемой в каждом корпусе, определяют концентрации растворов в этих корпусах по уравнению (11.6) и потери общей разности температур вследствие гидростатического эффекта и температурной депрессии.

Определив потери общей разности температур, рассчитывают полезную разность температур и распределяют ее по корпусам согласно уравнениям (11.24), (11.28), (11.35). Затем определяют параметры температуры растворов и паров и соответственно их тепловые параметры.

Далее по уравнению (11.21) находят расход греющего пара для корпуса, в котором раствор имеет наибольшую концентрацию.

На основании равенства (11.22) вычисляют количество выпаренной воды в (п—1)-м корпусе. Продолжая последовательные расчеты, определяют количество выпаренной воды и расход пара в каждом корпусе. Находят коэффициент теплопередачи по (9.47) на основании коэффициентов теплоотдачи, термического сопротивления стенки и загрязнений аппарата и определяют площадь поверхности теплопередачи каждого корпуса. Если площади поверхностей теплопередачи корпусов сильно различаются, проводят второй уточненный расчет, принимая за исходные данные результаты первого приближения — количество выпаренной воды.

Режим работы МВУ определяется системой взаимосвязанных параметров, рассчитываемых на основе замкнутых систем уравнений. При уточненных расчетах необходимо решать более сложные уравнения и использовать численные методы. Большинство уравнений, описывающих МВУ, нелинейно, и решение их в аналитической форме невозможно. Поэтому возникает необходимость применения методов математического моделирования с использованием ЭВМ.

Уточненный расчет МВУ основан на решении системы уравнений статики. Эта система решается итерационными методами. При разработке алгоритмов возможно два варианта: совместное решение замкнутой системы уравнений, описывающих МВУ, и решение системы уравнений для одного аппарата с последующим использованием этого алгоритма для определения параметров работы других аппаратов.

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. 11.6). Вторичный пар давлением рвт и энтальпией , выходящий из выпарного аппарата, засасывается в турбокомпрессор, в котором сжимается до давления . Энтальпия при этом возрастает до . Таким образом, за счет сжатия пар приобретает теплоту . Сжатый пар поступает из турбокомпрессора в греющую камеру выпарного аппарата.

Рис. 11.6 Выпарной аппарат (1) с турбокомпрессором (2)

Тепловой баланс процесса

, (11.36)

откуда расход греющего пара

(11.37)

где: — удельная энтальпия вторичного пара после сжатия в турбокомпрессоре, кДж/кг.

Из сравнения уравнений (11.9) и (11.37) видно, что при выпаривании с использованием теплового насоса расход греющего пара снижается за счет повышения энтальпии вторичного пара на величину :

(11.38)

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

, (11.39)

где: — адиабатический КПД турбокомпрессора; — механический КПД электродвигателя и привода.

Установка удорожается также на стоимость турбокомпрессора. В установках с паровым инжектором (рис. 11.7) 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 и энтальпией .

Рис. 11.7. Выпарной аппарат (1) с инжекторным тепловым насосом (2)

Каждая массовая единица греющего пара засасывает массовых единиц вторичного пара. В результате получают греющий пар в количестве с давлением меньшим, чем давление греющего пара, но большим, чем вторичного пара. Часть пара, равная , сбрасывается с установки на побочные нужды.

Тепловой баланс процесса описывается равенствами

(11.40)

(11.41)

Сопоставление равенств (11.40) и (11.41) с уравнением теплового баланса выпаривания (11.9) показывает, что в этом процессе расход греющего пара уменьшается в раз по сравнению с процессом простого выпаривания.

Обычно коэффициент инжекции m составляет 0,5. 1,0.

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.

11.4 УСТРОЙСТВО ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ

Наибольшее распространение в пищевых производствах получили трубные выпарные аппараты с естественной и принудительной циркуляцией при площади поверхности нагрева 10. 1800. В зависимости от расположения греющей камеры аппараты бывают с соосной или с вынесенной греющими камерами.

Кроме перечисленных аппаратов применяют различные конструкции пленочных выпарных аппаратов.

При выборе конструкции выпарного аппарата учитывают теплофизические свойства раствора, склонность к кристаллизации, чувствительность к высоким температурам, полезную разность температур в каждом корпусе, площадь поверхности теплообменного аппарата, технологические особенности.

Выпарные аппараты изготовляют из углеродистой, коррозиестойкой и двухслойной стали.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией просты по конструкции и применяются для выпаривания растворов невысокой вязкости, не склонных к кристаллизации. Эти аппараты бывают с соосной и вынесенной греющими камерами (рис. 11.8, а, б).

Рис.11.8 Выпарные аппараты с естественной циркуляцией раствора:

а – с соосной греющей камерой; б – с вынесенной греющей камерой; 1 — греющая камера; 2 — сепаратор; 3 — циркуляционная труба; , , — диаметры соответственно сепаратора, камеры и циркуляционной трубы; — длина камеры

Выпарной аппарат состоит из сепаратора, греющей камеры и циркуляционной трубы. Сепаратор представляет собой цилиндрическую емкость с эллиптической крышкой, присоединенную с помощью болтов к греющей камере. В сепараторе для отделения капелек жидкости от вторичного пара устанавливают отбойники различной конструкции. Греющая камера выполнена в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, в межтрубное пространство которого поступает греющий пар, а в греющих трубках кипит раствор. Нижние части сепаратора и греющей камеры соединены циркуляционной трубой.

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой циркуляционной трубы и кипятильных труб. Если жидкость в трубах нагрета до кипения, то в результате выпаривания части жидкости в этих трубах образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, масса столба жидкости в циркуляционной трубе больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего происходит циркуляция кипящей жидкости по пути кипятильные трубы — паровое пространство — циркуляционная труба — трубы и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и снижается образование накипи на поверхности труб.

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) достаточная высота уровня жидкости в циркуляционной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси и создать необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела возможно малую плотность.

Представленные на рис. 11.8 аппараты выгодно отличаются от устаревших конструкций аппаратов с центральной циркуляционной трубой. Наличие обогреваемой центральной циркуляционной трубы приводило к снижению интенсивности циркуляции.

Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и больше скорость циркуляции. Для создания интенсивной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть не ниже 10 .

Выпарные аппараты, показанные на рис. 11.8, имеют площадь поверхности теплопередачи от 01.01.01 , длину кипятильных труб от 3 до 9 м в зависимости от их диаметра. Диаметр кипятильных труб составляет 25, 38 и 57 мм. Избыточное давление в греющей камере 0,3.. .1,6 МПа, а в сепараторе вакуум примерно 93,0 кПа. Соотношение площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры составляет не менее 0,3.

На рис. 11.9 показано размещение кипятильных труб в трубной решетке.

Рис. 11.9. Размещение кипятильных труб в распределительной решетке греющей камеры

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией характеризуются простотой конструкции и легкодоступны для ремонта и очистки.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффициент теплопередачи.

На рис. 11.10 показаны такие аппараты с соосной и вынесенной греющими камерами.

Рис. 11.10. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора:

а – с соосной греющей камерой; б – с вынесенной греющей камерой; 1 — греющая камера; 2 — сепаратор; 3 – циркуляционная труба; 4 – насос. Остальные обозначения см. на рис. 11.8

Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепаратора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхнего обреза кипятильных труб. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается лишь на преодоление гидравлических сопротивлений.

Давление в низу кипятильных труб больше, чем в верху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Из-за этого на большей части высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а подогревается. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды, поэтому отношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.

Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубах принимают равной 1,5. 3,5 м/с. Она определяется производительностью циркуляционного насоса, поэтому аппараты с принудительной циркуляцией пригодны при работе с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3. 5 °С) и при выпаривании растворов большой вязкости.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией имеют площадь поверхности теплопередачи от 01.01.01 м2, длину кипятильных труб от 4 до 9 м в зависимости от их диаметров, которые составляют 25, 38, 57 мм. Избыточное давление в греющей камере составляет от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе — 93 кПа. Соотношение площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры не менее 0,9.

Преимущества аппаратов с принудительной циркуляцией: высокие коэффициенты теплопередачи (в раза больше, чем при естественной циркуляции), а следовательно, и значительно меньшие площади поверхности теплопередачи, а также отсутствие загрязнений поверхности теплопередачи при выпаривании кристаллизующихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.

Недостаток этих аппаратов — затраты энергии на работу насоса.

Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогого металла для выпаривания кристаллизующихся и вязких растворов.

Пленочные выпарные аппараты применяют при концентрировании растворов, чувствительных к высоким температурам. При необходимом времени пребывания в зоне высоких температур раствор не успевает перегреться и его качество не снижается. Выпаривание в пленочных аппаратах происходит за один проход раствора через трубы.

Пленочные аппараты бывают с восходящей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой и падающей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой.

Рис 11.11 Пленочные выпарные аппараты:

а – с восходящей пленкой и соосной греющей камерой; б – с падающей пленкой и вынесенной греющей камерой; 1 – сепаратор; 2 — греющая камера

Пленочные аппараты, как и описанные выше, состоят из греющей камеры и сепаратора (рис. 11.11). В греющей камере расположены трубы длиной от 5 до 9 м, которые обогреваются греющим паром.

На рис. 11.11, а показан пленочный выпарной аппарат с восходящей пленкой и соосной греющей камерой. Исходный раствор подается в трубы снизу, причем уровень жидкости в трубах поддерживается на уровне 20. 25% высоты труб. В остальной части труб находится парожидкостная смесь. Раствор в виде пленки находится на поверхности труб, а пар движется по оси трубы с большой скоростью, увлекая за собой пленку жидкости. При движении пара и пленки жидкости за счет трения происходят турбулизация пленки и интенсивное обновление поверхности. За счет этих факторов достигаются высокие коэффициенты теплопередачи и большая поверхность испарения.

На рис. 11.11, б показан аппарат с падающей пленкой и вынесенной греющей камерой. В таких аппаратах исходный раствор поступает сверху в греющую камеру, а концентрированный раствор выводится из нижней части сепаратора.

Пленочные выпарные аппараты изготовляют с площадью поверхности теплопередачи от 01.01.01 с диаметром труб 36 и 57 мм. Избыточное давление в греющей камере от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе 93 кПа.

Недостаток пленочных аппаратов — неустойчивость работы при колебаниях давления греющего пара. При нарушении режима работы аппарат можно перевести на работу с циркуляцией раствора, как в аппаратах с принудительной циркуляцией.

Роторно-пленочные выпарные аппараты применяют при концентрировании пищевых растворов, а также суспензий.

Роторно-пленочный аппарат представляет собой цилиндрический или конический корпус с обогреваемой рубашкой (рис. 11.12). Внутри корпуса вращается ротор, распределяющий раствор по цилиндрической поверхности корпуса в виде пленки, а в некоторых случаях — в виде струй и капель. Роторно-пленочные аппараты выполнены, как правило, из нержавеющей стали Х18Н10Т и углеродистой стали. Высота аппаратов достигает 12,5 м при диаметре 1,0 м, площадь поверхности теплообмена от 0,8 до 16 .

Рис.11.12 Роторно-пленочный выпарной аппарат:

1 — привод; 2 — уплотнение; 3 — ротор; 4 — флажок; 5 — корпус; 6 — рубашка

Для расчета коэффициентов теплоотдачи предложено уравнение

,

где: — частота вращения ротора; — динамическая вязкость; — теплопроводность среды.

Коэффициент теплоотдачи может быть определен и по другой зависимости:

,

где: ; — число лопастей ротора.

Роторно-пленочные аппараты бывают с жестким или размазывающим ротором. Жесткий ротор изготовляют пустотелым с лопастями. Зазор между лопастью и стенкой аппарата составляет от 0,4 до 1,5 мм. Исходный продукт подается в верхнюю часть аппарата и лопастями распределяется по цилиндрической стенке в виде пленки. Окружная скорость лопастей достигает 12 м/с. При работе под вакуумом (при давлении до 100 Па) вал ротора уплотняется специальным торцевым уплотнением. Нижний подшипник смазывается перерабатываемым материалом. Принципиальное отличие испарителя с размазывающим ротором заключается в применении ротора с шарнирно закрепленными на валу флажками. При вращении ротора флажки прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности корпуса и размазывают по ней продукт в виде пленки. Такие аппараты применяют также для проведения совмещенного процесса концентрирования и сушки. Диаметр аппаратов достигает 1 м, площадь — от 0,8 до 12 , окружная скорость вращения ротора с флажками — 5 м/с.

Конструкция аппаратов позволяет благодаря осевому перемещению ротора регулировать толщину пленки и тем самым скорость процесса.

Роторно-пленочные аппараты имеют более высокие коэффициенты теплопередачи, чем аппараты с падающей пленкой, они достигают значений, равных 2300. 2700 Вт(), в то время как в аппаратах с падающей пленкой — 1500Вт/().

1. В чем заключается процесс выпаривания? Какие растворы концентрируют выпариванием? 2. От чего зависит температурная депрессия и как она рассчитывается? 3. Какими методами в промышленности осуществляется процесс выпаривания? 4. От чего зависит количество выпаренной воды? 5. Как определяется расход греющего пара при выпаривании? На что в основном расходуется греющий пар? 6. Чем отличается полезная разность темпера тур от общей разности? 7. Из чего складывается сумма потерь общей разности температур (депрессий)? 8. Перечислите способы экономии греющего пара при выпаривании. 9. За счет чего происходит экономия греющего пара в многокор­пусных выпарных установках? 10. В чем заключается расчет выпарных установок? 11. Какие конструкции выпарных установок применяют в промышленности? 12. Дайте технико-экономическую оценку работы выпарных установок с естественной и принудительной циркуляцией раствора.

Источник