Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВИПАРЮВАННЯ
Явище переходу речовини в пару називається пароутворенням. Пароутворення з відкритої поверхні рідини називається випаровуванням.
Розглянемо процес випаровування рідин. Як і дифузія, випаровування відбувається внаслідок безперервного хаотичного руху молекули рідини. Всяка молекула, яка зазнає в поверхневому шарі дії сил, що перешкоджає вириванню молекул з поверхні рідини. Щоб пройти крізь поверхневий шар, молекула повинна мати достатню величину кінетичної енергії, щоб виконати роботу виходу з поверхні рідини. Швидкості молекул рідини різні. Рідину залишають „найшвидші” молекули, внаслідок чого середня кінетична енергія молекул, які лишилися, зменшується, що призводить до зниження температури рідини. Щоб підтримувати сталою температуру рідини, їй треба надавати енергію з зовні, наприклад у вигляді теплоти. Після того, як молекула рідини перемістилася від межі поверхневого шару на відстань, більшу за радіус дії молекулярних сил рідини, вона стає молекулою пари.
Випарювання - це теплова обробка продуктів у вакуумі з метою концентрації сухих речовин, що знаходяться у рідині. Основне призначення випарювання - отримання концентратів продуктів при збереженні їх харчової цінності. Широко використовується для згущення цінних рідких продуктів: молока, бульйонів, соусів. Перед реалізацією необхідно їх тільки розвести водою.
Видалення вологи з продукту відбувається завдяки кипінню рідини при низькому тискові і відповідно при низьких температурах. У сучасних випарних установках температура кипіння становить 20-85 °С.
Випарювання проводять у випарювачах технологічного призначення, що називаються випальними апаратами; при випалювані під вакуумом ці апарати називають вакуум-апаратами.
Теплоносієм випарних апаратів є насичена водяна пара.
По методам ведення процесу розрізняють періодичне і безперервне випарювання. При періодичному випарювані розчин надходить в один апарат і згущається до заданої концентрації, або по мірі випарювання безперервно або періодично вводиться свіжий розчин до тих пір, поки маса, що вварюється заповни ь весь апарат. Згущений розчин випускають і апарат заповнюють порцією свіжого розчину.
Безперервний процес випарювання здійснюється в одиночних апаратах безперервної дії або в багатокорпусній випарній установці. Тут спостерігається процес, що встановився по часу; пар що гріється; рідкий розчин надходять безперервно; при цьому видаляється постійна кількість концентрованого розчину, безперервно відводиться гарячий конденсат пару, що гріється; вторинний пар з кожного корпусу.
Класифікація і характеристика випарних апаратів
В залежності від умов випарювання використовують одиночні випарні апарати або багатокорпусні випарні установки, що складаються з декількох одиночних випалювачів (корпусів).
Схема випарного апарата
П – подача пари, що гріє;
Р – подача розчину;
С.р. – вивід згущеного розчину;
К – відвід конденсату від пари, що гріє;
В.п. – відвід вторинного пару.
Багатокорпусна випарна установка складається з декількох одиночних випарних апаратів, з’єднаних послідовно; в якості пару, що гріє послідуючий корпус використовується вторинний пар попереднього.
В кожному апараті теплообмін забезпечується завдяки різниці між температурами пару, що гріє; киплячої рідини, яка створюється внаслідок меншого тиску в кожному послідуючому корпусі в порівнянні з попереднім. Самий низький тиск повинен бути в останньому корпусі, причому цей тиск може бути вище або нижче атмосферного.
В більшості на весь вторинний пар направляють на обігрів послідуючого випарного апарату; частково відбирають його на сторону для обігріву іншої апаратури. Таким чином, багатокорпусна установка, крім свого основного призначення – згущувати розчин, оснащує підприємство паром, що гріє і гарячою водою (конденсатом). Цим забезпечується економічність процесу.
Схеми багатокорпусних випарних установок
Р – подача розчину; П – подача пари, що гріє;
Е – екстрапари; D – пари, що гріють; С.р. – вивід згущеного розчину;
К – відвід конденсату від пари, що гріє; В.п. – відвід вторинного пару.
Будь-яка випарна установка повинна складатися з трьох основних елементів: власне вакуум-апарата, де продукт кипить при низькій температурі; конденсатора, де здійснюється конденсація парів, що утворилися при кипінні; вакуум-насоса, призначеного для відводу з конденсатора неконденсованих газів і повітря.
Апарати, призначені для вакуумного варіння, по своїй будові ідентичні з вакуум-випарними установками.
Робота вакуум-випарної установки полягає в наступному. Продукт надходить у вакуум-апарат. Тут він за рахунок сприйнятої від теплоносія теплоти, що надходить у калоризатор, закипає. У результаті цього утворюється пар, названий вторинним, чи соковим.
Вторинний пар переходить у конденсатор, де він конденсується. Неконденсовані гази, виділені з продукту, і повітря, що попадає в продукт через мікрощілини ущільнень апарата, виводяться вакуум насосом.
Принципова схема вакуум-випарної установки:
1 - вакуум-апарат; 2 - патрубок для входу продукту;
3 - трубопровід для відведення вторинних парів; 4 - конденсатор;
5 - трубопровід для відведення неконденсованих газів; 6- вакуум-насос;
7 - патрубок для відведення несконденсованих газів в атмосферу; 8 - патрубок для відведення охолоджуючого агента; 9 - патрубок для відведення конденсату; 10 - патрубок для входу охолоджуючого агента; 11 - патрубок для відведення згущеного продукту.
У процесі кипіння продукту і відводу вторинної пари, що утворилася, він поступово згущується, тобто концентрація в ньому сухих речовин підвищується.
Температура кипіння у вакуум-випарних установках визначається тиском, при якому здійснюється цей процес. Чим нижче тиск, тим нижче температура кипіння рідкого продукту.
КОНДЕНСАЦІЯ ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСУ
Конденсація - це процес зрідження пари.
Він широко застосовується в техніці харчової промисловості з різною метою:
- для створення розрідження в випарних апаратах;
- використання теплоти конденсації пари для нагріву апаратури (в теплообмінниках з паровим обігрівом);
- для розділення систем, що складаються з компонентів з різними температурами зрідження;
- в холодильних, сушарних, паротурбінних установках.
Розрізняють поверхневі конденсатори та конденсатори змішування.
Перехід газів у рідкий стан називається зрідженням газів.
Газ можна перетворити в рідкий стан, якщо його температура нижча від критичної. Гази, які мають досить високу (вище 220°К) критичну температуру, зазвичай зріджують, стискаючи газ, а потім охолоджуючи його до температури, яка нижче від температури кипіння.
Внаслідок хаотичного руху над поверхнею рідини молекула пари, потрапляючи в сферу дії молекулярних сил, знову повертається в рідину. Цей процес називають конденсацією. У процесі конденсації пари деякої маси виділяється стільки енергії, скільки витрачається під час випаровування рідини такої самої маси. Рідина випаровується при будь-якій температурі і тим швидше, чим вища температура, більша площа вільної поверхні рідини, яка випаровується, і чим швидше виділяється утворена над рідиною пара.
Якщо рідина міститься у відкритій посудині, то молекул випаровується більше, ніж конденсується, і маса рідини зменшується.
Поверхневі конденсатори використовуються у випадку, якщо конденсат необхідно зберегти в чистому вигляді (наприклад, конденсат холодагента або зріджуємі спиртові пари); ці конденсатори представляють собою поверхневі (зазвичай трубчасті) теплообмінники з деякими специфічними деталями, устрій яких обумовлено в основному способом охолодження парів. Холодоносієм зазвичай являється воді або повітря; водяне охолодження буває проточним або випарювальним.
Поверхневі конденсатори розрізняють різних конструкцій. Горизонтальний кожухотрубний конденсатор паротурбінної установки.
Цей конденсатор розташовано під турбіною і приєднаний безпосередньо до її вихлопного патрубку. Конденсація відбувається на зовнішній поверхні горизонтальних труб.
Для охолоджуючої води в трубному просторі зазвичай мається два ходи; конфігурація трубних пучків забезпечує рівномірний розподіл пари в перетині конденсатора, а також охолодження відсмоктуємого повітря перед виходом його з конденсатора. Конструкція цього конденсатора забезпечує глибоке розрідження і чистоту конденсату, що отримують.
В ньому зріджуються пари аміаку. Елементні конденсатори аналогічні двотрубним типу "труба в трубі"; відрізняються вони тільки тим, що всередині труби більшого діаметру розміщена не одна, а декілька труб меншого діаметру, наприклад 5-7 труб.
Холодоагент подається зверху в міжтрубний простір, проходить послідовно через всі
елементи і стікає в ресивер. Через трубний простір протікає охолоджуюча вода. Конденсатори цього типу тяжкі та громіздкі, але забезпечують надійну роботу при порівняно високих тисках.
Конденсатори змішування застосовуються для створення розрідження в установках, що працюють під вакуумом (в вакуум-апаратах, випарних установках, вакуум-сушарках, вакуум-фільтрах і т. д.). крім того, в деяких випадках конденсатори постачають виробництво гарячою водою (на цукрових заводах).
В заводських умовах важливо отримати найбільший вакуум.
Збільшення розрідження досягається в основному зниженням
температури охолоджуючої води і видаленням газів з конденсатора.
Загальний тиск в конденсаторі дорівнює сумі парціальних тисків водяної пари і повітря. Безперервне відсмоктування повітря знижує його парціальний тиск і підтримує вакуум; накопичування ж газів зменшує розрідження. Повітря зазвичай відкачують насосами з того місця конденсатора, де температура мінімальна, так як при цьому масова продуктивність насоса буде максимальною. В конденсаторі змішування забезпечують розвинуту поверхню контакту і достатній час доторкування пари з водою. Конденсат видаляється рідинними або мокроповітряними насосами, а з конденсаторів високого рівня (барометричних) - самопливом через зливну трубу.
Такий конденсатор отримав широке використання на цукрових заводах.
Холодна вода подається на верхню полку і каскадами стікає вниз з полки на полку. Пар підводиться під нижню полку і рухається вверх, конденсуючись на водяних завісах між полками. Відстань між полками знизу вверх зменшується відповідно зменшенню кількості пару. Повітря відсмоктується зверху через ловушку для виділення водяних бриз.
Зливна (барометрична) труба, в якій вода знаходиться на рівні, що відповідає розрідженню в конденсаторі, являється гідравлічним затвором, вона забезпечує безпосереднє змивання охолоджуючої води в суміші з конденсатором без застосування насоса.
Барометрична труба опущена в сосуд, звідки вода видаляється самопливом або відкачується насосом, в залежності від висоти установки. Зливна труба з бризоловушки також опущена в ящик або з'єднана з основною барометричною трубою.
При достатній кількості води конденсація завершується повністю в одному конденсаторі. Для отримання більш гарячої води використовують двоступінчасту конденсацією. В перший конденсатор (предконденсатор, "форконденсатор") вода подається в недостатній кількості, внаслідок чого пар конденсується лише частково, але зате в першому відсіці збірника отримують гарячу (барометричну) воду. Пар, що залишився, проходить в основний конденсатор для повної конденсації. Температура гарячої води регулюється подачею охолоджуючої води.
Контрольні запитання:
5. Характеристика конденсаторів змішування та поверхневих.