Курс лекций для студентов дневной формы обучения Энгельс 2009 введение
Скачать 2.29 Mb.
|
Из (рис.6.1 б) следует, что температура кипения раствора tp увеличивается вследствие повышения значения физикоЃ|химической депрессии µ §ф (разность между температурами кипения раствора и растворителя). При этом значение tp больше температуры вторичного пара tвm, находящегося над раствором, на величину µ §ф. Общая кривая вязкости µ § раздваивается: верхняя характеризует эффективную вязкость всей суспензии, а нижняя Ѓ| маточного раствора VM. В целом по мере роста концентрации, плотности и вязкости раствора уменьшаются его температуропроводность и теплоемкость. Это приводит к увеличению величины критерия Прандтля Pr = v/a и, как следствие, ухудшению условий теплоотдачи от поверхности нагрева к кипящему раствору (уменьшается значение коэффициента теплоотдачи а2). В заключение отметим, что при выпаривании некристаллизующихся растворов (паточная барда) Ѓ| область II на рис.6.1.б, отсутствует, и кривые концентрации и вязкости не раздваиваются. 6.3. Методы выпаривания В пищевых отраслях широко используют однократное выпаривание, осуществляемое периодически или непрерывно в однокорпусных выпарных аппаратах, и многократное, проводимое непрерывно в многокорпусных выпарных установках, составленных из нескольких однокорпусных аппаратов. Однокорпусная выпарная установка (рис.6.2) предназначена для однократного непрерывного выпаривания и применяется в малотоннажных производствах. Образующийся при выпаривании вторичный пар в этих установках не используется, а конденсируется в конденсаторе. Основные аппараты установки Ѓ| выпарной аппарат, подогреватель, барометрический конденсатор и насосы. Выпарной аппарат (рис.6.3) состоит из греющей камеры 1, пространство которой ограничено стенками аппарата 2 межтрубными решетками 6 и 7. В пространство греющей камеры подается насыщенный водяной пар, а конденсат отводится из ее нижней части. Выпариваемый раствор, поднимаясь снизу вверх по кипятильным трубкам 5, нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Часть жидкости опускается по центральной трубе 4 в нижнюю часть греющей камеры и направляется в кипятильные трубки. Таким образом, происходит непрерывная циркуляция по замкнутому контуру вследствие разности плотностей раствора в центральной трубе и парожидкостной эмульсии в кипятильных трубках. Упаренный раствор удаляется через патрубок, расположенный в днище 8 аппарата. Свежий раствор подаётся над верхней или нижней трубной решеткой. Вторичный пар заполняет надрастворный объем, откуда отводится через ловушки сепаратора 3, задерживающие брызги и капельки жидкости, через верхний патрубок в конденсатор. В однокорпусной выпарной установке расход греющего пара составляет более 1 кг на 1 кг испаренной воды. Экономичность процесса может быть повышена только за счет рационального использования вторичного пара, как это происходит, например, в многокорпусных выпарных установках. Многокорпусная выпарная установка (рис.6.4) состоит из нескольких последовательно соединенных однокорпусных выпарных аппаратов. Ее принцип действия заключается в многократном использовании тепла греющего пара, поступающего в первый корпус, для обогрева последующих. При этом в качестве греющего пара последующего корпуса используется вторичный пар предыдущего. Исходный раствор, предварительно нагретый до температуры кипения, поступает в I корпус, обогреваемый первичным паром. Вторичный пар, образующийся в I корпусе, направляется в качестве греющего во второй. Здесь давление более низкое. Поэтому раствор, упаренный в I корпусе, перемещается во второй самотеком. Пониженное давление обуславливает и более низкую температуру кипения раствора во II корпусе. Поэтому раствор , пришедший из I корпуса, частично охлаждается до температуры кипения во втором. При этом выделяется тепло, приводящее к образованию дополнительного количества вторичного пара. Это явление называется самоиспарением раствора и происходит во всех корпусах, кроме первого. Аналогичная картина происходит в III корпусе. Вторичный пар из последнего корпуса поступает в барометрический конденсатор, где за счет его конденсации, создается требуемое разрежение. Несконденсировавшиеся газы и воздух отсасываются вакуумЃ|насосом. Преимущества данной схемы: Движение раствора самотеком из корпуса в корпус за счет разности давлений; Возможность выпаривания термически нестойких растворов, т.к. в последнем корпусе наиболее упаренный раствор находится в зоне наименьших температур. Недостаток прямоточной схемы заключается в более низком среднем коэффициенте теплопередачи, по сравнению с противоточными установками Это объясняется тем, что от корпуса к корпусу увеличивается концентрация раствора и уменьшается его давление, что и снижает коэффициенты теплоотдачи. В многокорпусную установку раствор может поступать противотоком. В этом случае схема движения пара осуществляется как при прямотоке, но исходный раствор поступает в последний корпус, а в концентрированном виде выходит из первого. Таким образом, выпариваемый раствор перемещается противотоком по отношению к вторичному пару. Его движение обеспечивается с помощью центробежных насосов, т.к. давление от последнего корпуса к первому постепенно возрастает. При противоточной схеме самоиспарение отсутствует. Обычно ее используют для выпаривания растворов до высоких конечных концентраций, когда в I корпусе возможно выпадение твердого вещества или вязкость раствора резко возрастает с увеличением его концентрации. Достоинством противоточных установок является более высокий средний по установке коэффициент теплопередачи, а ее серьезным недостатком Ѓ| необходимость перекачивания выпариваемого раствора, что связано со значительными эксплуатационными расходами. В заключение отметим, что если расход греющего насыщенного водяного пара для однокорпусной установки составляет более 1 кг на 1 кг выпаренной воды, то для двухкорпусных установок он меньше в два, а для трехкорпусных в три раза. 6.4. Основные величины, характеризующие работу выпарного аппарата Интенсивность выпаривания в первую очередь зависит от температурного перепада (температурного напора), который представляет собой разность между температурами греющего (первичного) пара и кипящего раствора. Введем понятия полная и полезная разности температур. Полной разностью температур µ §tполн будем называть разность между температурами первичного tn и вторичного t'вт пара в конце паропровода, отводящего его из сепаратора: µ § Процесс теплопередачи при выпаривании происходит за счет полезной разности температур, которая меньше полной на величину температурных потерь µ §: µ § В свою очередь температурные потери складываются из трех составляющих: µ § где µ §с = tem Ѓ| t'em Ѓ| гидравлическая депрессия, вызываемая гидравлическими сопротивлениями, которые должен преодолеть вторичный пар при своем движении через сепаратор и паропровод. Вызванное этим уменьшение давления вторичного пара приводит к некоторому снижению его температуры. Обычно гидравлическая депрессия вызывает необходимость повышения температуры кипения раствора на 0,5 Ѓ| 1,5 0С; µ §г Ѓ| гидростатическая депрессия, представляет собой разность между температурами раствора посередине высоты греющих труб и на поверхности. Обычно она равна 1Ѓ|3°С; µ §ф Ѓ| физикоЃ|химическая депрессия, равная разности между температурами кипения раствора и чистого растворителя при одинаковом давлении. Ввиду температурных потерь температура кипения раствора должна быть больше температуры вторичного пара, находящегося над ним: µ §. Тогда полезную разность температур можно выразить следующим образом: µ § На рис.6.5 показана картина распределения полезной разности температур по мере того, как тепловой поток последовательно преодолевает термические сопротивления, встречающиеся на его пути, µ § где µ § Ѓ| перепад температур на участке конденсации первичного пара на наружной поверхности кипятильных труб; µ §, Ѓ| перепад температур при прохождении тепловым потоком толщи стенок кипятильных труб; µ §tH Ѓ| перепад температур в слое накипи, расположенной на внутренней поверхности кипятильных труб; µ §t2 Ѓ| перепад температур на участке теплоотдачи от слоя накипи к кипящему раствору. Как следует из рис.6.5, возрастание значений температурных потерь неизбежно приводит к повышению температуры кипения раствора и, как следствие, к уменьшению полезной разности температур µ §t, обеспечивающей процесс выпаривания. 6.5. Элементы расчета однокорпусной выпарной установки Материальный баланс. На выпаривание поступает GH кг/сек исходного раствора концентрацией хн и отводится GK кг/сек упаренного раствора концентрацией хк. Если в аппарате выпаривается W кг/сек воды, то материальный баланс можно записать в виде двух уравнений: по всему веществу: µ §, (6Ѓ|1) по растворенному сухому веществу: µ § (6Ѓ|2) Из пяти переменных, входящих в эти уравнения, три должны быть заданы. Обычно известны: расход исходного раствора GH, его концентрация хн и требуемая концентрация упаренного раствора хк: Тогда с помощью выражений (6Ѓ|1) и (6Ѓ|2) определим производительность аппарата: по упаренному раствору µ § по выпариваемой воде µ § Тепловой баланс. Введем следующие обозначения: Д Ѓ| расход греющего пара; I, 1вт Ѓ| энтальпии греющего и вторичного пара; iH iK Ѓ| энтальпии исходного и упаренного раствора; 1пк=µ § Ѓ| энтальпия парового конденсата, где с' Ѓ| удельная теплоемкость, а µ §µ §Ѓ| температура конденсата, OC. Определим приход и расход тепла (рис.6.6). Приход тепла 1. С исходным раствором ЁC µ § 2. С греющим паром Ѓ| ДЕЙ. Расх тепла: С упаренным раствором Ѓ| µ § С вторичным паром ЁC W·Iвm; С паровым конденсатом ЁC Д·cґ·И; Потери тепла в окружающую среду ЁC Qп. Тогда тепловой баланс однокорпусной выпарной установки выразится следующим уравнением µ § Здесь энтальпия исходного раствора µ §(сн ЁC удельная теплоемкость, а tн Ѓ| температура), а упаренного µ § , (tK ЁC температура кипени раствора). Заменив в последнем выражении GH на сумму GK+W, получим: µ § Из уравнения (2Ѓ|28) находим расход греющего пара: µ § Отсюда можно сделать вывод, что расход пара зависит от величины трех слагаемых правой части: Расхода пара на изменение энтальпии выпариваемого раствора; Расхода пара на непосредственное выпаривание растворителя (например, воды); Расхода пара на компенсацию потерь тепла в окружающую среду. Если принять, что исходный раствор поступает в аппарат предварительно нагретым до температуры кипения, т.е. tH = tK, а потери тепла в окружающую среду составляют как обычно 2Ѓ|5%, то значениями первого и третьего слагаемых в первом приближении можно пренебречь. Тогда: µ § Поверхность нагрева непрерывно действующего выпарного аппарата определяется из основного уравнения теплопередачи: µ § гдеµ § Ѓ| тепловая нагрузка аппарата; µ § Ѓ| коэффициент теплопередачи; µ §Ѓ| полезная разность температур; µ §Ѓ| коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке; µ §Ѓ| коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору. Следует помнить, что значение коэффициента теплопередачи снижается по мере повышения концентрации и вязкости раствора, а также с понижением температуры его кипения. 6.6. Конструкции выпарных аппаратов В пищевой промышленности широко применяют трубчатые выпарные аппараты с естественной и принудительной циркуляцией с площадью поверхности нагрева от 10 до 1800 м2 и различным расположением греющей камеры. В ряде случаев для интенсификации процесса выпаривания используют различные конструкции пленочных выпарных аппаратов. Самостоятельно изучить конструкции следующего оборудования: Выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора. Пленочные выпарные аппараты. РоторноЃ|пленочные выпарные аппараты. Контрольные вопросы 1. Назначение и сущность процесса выпаривания. Его практическое использование в пищевой промышленности. Как изменяются свойства раствора при выпаривании? Какие методы выпаривания Вы знаете? Их преимущества и недостатки. Что такое полезная разность температур и как она распределяется в процессе выпаривания? Из чего складываются температурные потери при выпаривании? Способы экономии греющего пара при выпаривании? В чем заключается расчет выпарных установок и порядок его проведения? Конструкции выпарных установок. Их преимущества и недостатки. 7. МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Массообменными называются процессы, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Этот переход осуществляется конвективной и молекулярной диффузией, поэтому массообменные процессы называют также диффузионными. Массообменные процессы классифицируют по агрегатному состоянию и характеру взаимодействия фаз. При абсорбции происходит селективное поглощение газов или паров жидкими поглотителями Ѓ| абсорбентами, т. е. имеет место переход вещества из газовой или паровой фазы в жидкую. При перегонке и ректификации жидкая смесь разделяется на составляющие компоненты. Происходит переход веществ из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую. При экстракции происходит извлечение одного или нескольких веществ из растворов или твердых веществ с помощью растворителей. При экстракции в системе жидкость Ѓ| жидкость имеет место переход вещества из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу. При адсорбции происходит избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкостях веществ твердым поглотителем Ѓ|адсорбентом, способным поглощать один или несколько компонентов из их смеси. Процесс используется во многих производствах, где из смеси газов, паров или растворенных веществ необходимо извлечь тот или иной компонент. При адсорбции вещества переходят из газовой или жидкой фазы в твердую. Сушка Ѓ| это удаление влаги из твердых или жидких влажных материалов путем ее испарения . В этом процессе имеет место переход влаги из твердого влажного материала в паровую или газовую фазу. При кристаллизации из жидкой фазы выделяется вещество в виде кристаллов. При этом происходит переход вещества из жидкой фазы в твердую, в результате возникновения и роста кристаллов в растворе. Массообменные процессы обратимы, т. е. распределяемое между фазами вещество может переходить из одной фазы в другую в зависимости от условий равновесия фаз. Это равновесие, например концентрация растворенного вещества в двух взаимодействующих фазах, зависит от температуры и давления. Связь между параметрами в условиях равновесия может быть представлена уравнениями, таблицами или графиками. 7.1. Механизм массопередачи Массопередача Ѓ| процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия. Перенос в пределах одной фазы называют массоотдачей. В массобмене участвуют, как минимум, три вещества: распределяющее вещество (или вещества), составляющее первую фазу G; распределяющее вещество (или вещества), составляющее вторую фазу L; распределяемое вещество (или вещества), которое переходит из одной фазы в другую M (рис. 7.1). Поверхность раздела фаз Пусть распределяемое вещество находится первоначально только в фазе G и имеет концентрацию y. В фазе L в начальный момент распределяемое вещество отсутствует, т.е. концентрация его в этой фазе x = 0 . Если фазы G и L привести в соприкосновение друг с другом, начинается переход распределяемого вещества из фазы G в фазу L , и с появлением вещества M в фазе L начинается обратный переход его из фазы L в фазу G . Со временем скорости перехода вещества станут одинаковыми, и наступит состояние равновесия. При этом устанавливается определенная зависимость между концентрациями распределяемого вещества в обеих |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс для специальности 080504 − Государственное... Общепрофессиональный курс «Информатизация муниципальных органов» предназначен для студентов четвертого курса дневной, вечерней и... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по курсу «Технология автоматизированного машиностроения» для... |
| Учебно методический комплекс Для студентов специальности 1 24 01... Для студентов специальности 1 – 24 01 02 Правоведение юридического факультета дневной формы обучения | | Рабочая программа Наименование дисциплины Учебная практика (ознакомительная) По профилям подготовки Информационно-аналитическая деятельность (для студентов дневной формы обучения) и Технология автоматизированных... |
 | Выполнили: Воспитатель мдоу №45, г. Энгельс, Егорова Е. А. Воспитатель... История развития географической науки и роль выдающих ученых в формировании системы географических знаний | | Чрезвычайные ситуации на химически опасных объектах с выбросом аварийно... Чрезвычайные ситуации на химически опасных объектах с выбросом аварийно химически опасных веществ (ахов) в окружающую природную среду:... |
| Московский государственный университет технологий и управления Учебно-практическое пособие предназначено для студентов 3 курса сокращенной и 5 курса полной форм обучения, а также 3 и 4 курсов... | | Программа курса для специальности 020400 Психология Курс “Зоо- и сравнительная психология” является общепрофессиональной дисциплиной и предназначен для студентов 1 курса Института психологии... |
| Тематический план для студентов дневной формы обучения 4 тематический... Предприятия питания в индустрии туризма и гостеприимства: учебно-методический комплекс для студентов специальности 080507 «Менеджмент... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Конспект лекций по курсу «Делопроизводство» составлен на основе базовой программы «Делопроизводство и документационное обеспечение... |
| Учебное пособие к курсу лекций «Введение в современную литературу» Предлагаемое издание является учебным пособием к вузовскому курсу «Введение в современную литературу», который читается для студентов... | | Методическое пособие для студентов Составил: Андраковский Максим... ... |
| Экзаменационные вопросы по математике для студентов 2 курса гф дистанционно-заочной... Курс высшей математики. Введение в математический анализ. Дифференциальное исчисление. Лекции и практикум: Учебное пособие / Под... | | Тематика рефератов по отечественной истории для студентов 1 курса... |
| Планы семинарских занятий для студентов дневной формы обучения Планы... «Административное право» и предназначен для студентов мгюа и пмюи всех форм обучения | | Чрезвычайные ситуации мирного и военного времени. Характеристика... Чрезвычайные ситуации мирного и военного времени. Характеристика зон чрезвычайных ситуаций: метод, разработка для студентов всех... |
