Проект двохкорпусної випарної установки для концентрування яблучного соку

Розрахунково-пояснювальна записка

До курсового проекту на тему

«Проект двохкорпусної випарної установки для концентрування яблучного соку»

Основне завдання випарювання

Основним завданням випарювання є часткове видалення з розчину розчинника і утворення концентрованого розчину, який піддають дальшому згущуванню, щоб мати напівпродукт або готовий продукт. Так, наприклад, при виробленні каустичної соди розчин КаОН упарюють на випарній станції до концентрації 50–60%, а потім у плавильних котлах з вогневим нагріванням остаточно упарюють його до сухого стану. У цукровому виробництві соки згущують у випарній установці до концентрації 65%, а потім уварюють густий сироп у вакуум-апаратах до утворення 92–93% сухих речовин. Такий напівсухий або сухий продукт більш транспортабельний, його краще зберігати, ніж рідкий розчин. Часто під час упарювання обмежуються утворенням лише концентрованого розчину.

Процес випарювання треба проводити так, щоб при заданій продуктивності випарної установки мати згущений розчин потрібної концентрації і відповідної якості, без втрат сухої речовини під час випарювання, при якомога меншій витраті палива.

Випарюють розчин в одному апараті або у випарній установці, що складається з кількох послідовно сполучених між собою апаратів безперервної дії, так званих корпусів. Застосування такої випарної установки багаторазової дії дає змогу значно знизити витрати палива на випарювання.

Як було вже сказано, процес упарювання часто проводять у два етапи. Це зумовлено потребою очистити і профільтрувати згущений розчин до остаточного упарювання, або потребою вести остаточне упарювання на «голому» вогні чи за допомогою високотемпературного теплоносія, оскільки для цього потрібна висока температура. Часткове випарювання (перший етап) найчастіше можна здійснити за допомогою водяної пари низького тиску у випарній установці багаторазової дії.

Вимоги до продуктів, що надходять до випарної установки і виходять з неї

Розчини, які надходять у випарну установку, не повинні мати механічних домішок. Для цього їх попередньо очищають, щоб на теплообмінній поверхні випарних апаратів не було відкладень. Іноді застосовують проміжну фільтрацію між тими або іншими корпусами для видалення утворюваного осаду.

Температура розчину, який надходить у випарну установку, повинна дорівнювати температурі кипіння або бути близькою до неї в першому по порядку корпусі для того, щоб випарний апарат працював тільки як випарник, а не частково і як підігрівач, бо в цьому разі коефіцієнт теплопередачі апарата дещо знижується.

У випадку, коли розчин має нижчу температуру, ніж температура його кипіння в першому корпусі, доцільно встановити окремі підігрівачі для попереднього підігрівання розчину.

Чим вища концентрація початкового розчину і чим менша його кількість, тим вищою буде продуктивність випарної установки і тим меншою витрата тепла на упарювання розчину до потрібної концентрації.

Для зниження витрати палива на остаточне упарювання розчину (після випарної станції), яке звичайно здійснюють в апараті одноразової дії, цей розчин треба випарити у випарній установці багаторазової дії до найбільш можливої високої концентрації, наскільки це допускають особливості технологічної схеми і гідромеханічні умови транспортування згущеного розчину.

Фізичні основи процесу випарювання

Фізична суть процесу випарювання полягає в перетворенні частини рідини (розчинника) в пару при згущенні розчинів або в перетворенні всієї рідини в пару, якщо випарюють однокомпонентну рідину (наприклад, воду). Слід відрізняти випарювання від випаровування. Випаровування відбувається з поверхні і при будь-якій температурі, тоді як випарювання – з усієї маси рідини при температурі, що відповідає точці кипіння при певному тиску.

З точки зору молекулярно-кінетичної теорії при випарюванні і випаровуванні відбувається видалення частини молекул речовини, що перебувають у тепловому русі, з простору, який займає рідина. Молекули, які видаляються з рідини,

заповнюють паровий простір і утворюють насичену пару цієї рідини. Частина цих молекул знову повертається в рідину, а частина випаровується, поповнюючи убуток у паровому просторі, тобто встановлюється рухома рівновага, внаслідок чого число молекул над рідиною, а отже і тиск насиченої пари набуває певної величини при заданій температурі.

Коли температура кипіння змінюється, рівновага порушується, а це спричинює відповідні зміни густини і тиску пари. Під час кипіння рідини пара виділяється не лише з поверхні, а й з парових бульбашок, що утворюються в самій рідині, і цей процес стає основним, бо утворені бульбашки є центрами пароутворення. Парова бульбашка в міру випаровування в неї рідини збільшується в розмірі, зростає і її піднімальна сила: тому, переборюючи опір рідин, вона спливає на поверхню, де й лопається, а замість неї утворюється нова бульбашка. Таке переміщення бульбашок з нижніх шарів рідини до її поверхні зумовлює безперервне перенесення утворюваної всередині рідини пари в паровий простір.

Парові бульбашки зароджуються на стінках шорсткої теплообмінної поверхні; їх утворенню сприяють також гази, які є в рідині; при нагріванні гази починають виділятися, утворюючи велику кількість бульбашок, в які й випаровується рідина.

Умовою утворення парових бульбашок є рівність тиску пари всередині бульба