54.Уравнения теплового и материального балансов 2-х корпусной вакуум-выпарной установки. Явление самоиспарения.

Ввиду более низкого давления во втором корпусе р-р, упаренный в первом корпусе, перемещается самотеком во второй корпус и здесь охлаждается до тем-ры кипения в этом корпусе. За счет выделяющегося при этом тепла образуется дополнительно некоторое кол-во вторичного пара Такое явление, происходящее во всех корпусах установки, кроме первого, носит название самоиспарения раствора.

Уравнение теплового баланса:

Рисунок 1 – Схема потоков тепла в ВВУ

Уравнение теплового баланса для первого корпуса:

Для второго корпуса:

Суммируя эти два уравнения получаем уравнение теплового баланса двухкорпусной вакуум-выпарной установки:

Где D – расход греющего пара, кг/с;

G – расход продукта, кг/с;

W – количество выпаренной воды, кг/с;

Е – количество отбираемого экстра-пара, кг/с;

с – теплоёмкость дрожжевой суспензии, кДж/(кг*с);

λ - теплосодержание первичного пара, кДж/кг;

i – теплосодержание вторичного пара, кДж/кг;

τ - теплосодержание конденсата, кДж/кг.

55.Общая и полезная разность температур многокорпусной вакуум – выпарной установки. Расчёт концентрации раствора в корпусах установки.

В выпарных установках различают общую и полезную разность температур . Общей разностью температур t_обш. многокорпусной выпарной установки представляет собой разность между температурой Т₁ первичного пара, греющего первый корпус , и температурой насыщения пара в конденсаторе Т_конд. :

t_обш. = Т₁- Т_конд.

Полезная разность температур t ,обеспечивающая теплопередачу, меньше полной разности на величину температурных потерь :

t= t_обш. -

Температурные потери 𝞓 являются суммой трёх слагаемых :

= _с+ _г+𝞓_ф

𝞓_с- температурная потеря (снижение температуры ) в паропроводе;𝞓_г- разность между температурами кипения раствора в верхнем слое и в некотором среднем по высоте h_cр слое раствора ,вызванная гидродинамическим давлением жидкости;𝞓_ф – физико-химическая депрессия;

Полезная разность температур, необходимая для передачи заданного теплового потока Q (в Вт) через поверхность нагрева F(в м² ):

𝞓t = Q/(kF) ≈ rW/(kF)= ruR

r- удельная теплота испарения, Дж/кг; W- масса воды, выпариваемой в единицу времени, кг/с; R- тепловое сопротивление поверхности нагрева выпарного аппарата, м^{2 .} К/Вт; k- общий коэффициент теплопередачи ,Вт / (м^{2 .} К);u=W/F – масса воды, выпариваемой с 1м² поверхности нагрева за единицу времени—массовое напряжение поверхности нагрева, кг/(м^{2 .} с).

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. Производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением: w1:w2:wn

W1-производительность по испаряемой воде в первом корпусе, кг/с; w2-производительность по испаряемой воде во втором корпусе кг/с; wn- производительность по испаряемой воде в n корпусе, кг/с;

Количество воды, выпариваемое установкой

W= G_н ^.(1- )

где  - количество исходного раствора, кг/ч ; - начальная и конечная концентрации раствора, масс. %.

W1 , кг/с;W2 , кг/с ;Wn , кг/с

Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:

X1= ;X2= Xn=

56 Конденсация паров в пищевой промышленности. Назначение, способы осуществления. Расчёт тепловой нагрузки конденсатора. Конденсация – это переход вещества из газообразного состояния в жидкое или кристаллическое. Конденсация пара (газа) м. б. осуществлена либо путём охлаждения пара, либо посредством охлаждения и сжатия одновременно. Принимают конденсацию для создания разряжения в выпарных аппаратах, для использования теплоты конденсации в теплообменниках с паровым обогревом, для разделения систем, состоящих из компонентов с различными температурами сжижения, для создания вакуума путём конденсации паров, для утилизации теплоты испарения и др. Конденсацию паров часто используют в основных химико-технологических процессах, например при выпаривании, вакуум-сушке и др. Пары, подлежащие конденсации обычно отводят из аппарата, где они образуются, в отдельный закрытый аппарат, служащий для конденсации паров-кондесатов, охлаждаемый водой или воздухом. Конденсация осуществляется в поверхностных или контактных (смесительных) конденсаторах. Поверхностные конд-ты применяют для получения чистых конденсатов без примеси охлаждающего агента (конденсат хладагента, спиртовые пары и др.). Обычно такими конденсаторами являются трубные аппараты: кожухотрубные элементы. В контактных конденсаторах пары конденсируются при смешивании с холодной водой. В конденсаторах смешивания пар непосредственно соприкасается с охлаждаемой водой и получаемый конденсат смешивается с последней. Конденсацию в таких аппаратах обычно проводят в тех случаях, когда конденсируемые пары не представляют ценности. В зависимости от способа отвода воды, конденсата и неконденсирующихся газов конденсаторы смешения делятся на мокрые и сухие. В мокрых конденсаторах вода, конденсат и газы откачиваются одним и тем же мокровоздушным вакуум-насосом. В сухих, или барометрических, конденсаторах вода и конденсат удаляются совместно самотёком, а газы откачиваются отдельно посредства сухого вакуум-насоса. В поверхностных конд-х тепло отнимается от конденсирующегося пара через стенку. Получаемый конденсат и охлаждающий агент отводят из конденсатора раздельно, и конденсат, если он представляет ценность, м. б. использован. Их применяют в тех случаях, когда сжижение и охлаждение конечного продукта, получаемого, например, в виде перегретого пара, яв-ся завершающей операцией производственного пр-са.

Расчёт тепловой нагрузки конденсатора

Тепловые нагрузки находят раздельно для каждой зоны:

Q_{конд. =} Dr= Wc (t₂-t_a ) (1)

Q_хол= Dc₁(T_к –T₂)= Wc(t_а-t₁) (2)

где D-количество конденсирующего пара, кг/с;c₁-удельная теплоёмкость конденсата, Дж/(кг·К);W-количество охлаждающей воды, кг/с;c-удельная теплоёмкость охлаждающей воды, Дж/(кг·К);Тк-тем-ра конденсации, ; Т2-тем-ра переохлаждения конденсата, ; t₁ и t₂-начальная и конечная тем-ры охлаждающей воды, ; t_а-тем-ра воды на условной границе зон конденсации и охлаждения, .

Из уравнений 1 и 2 получим(t₂-t_а)-(t_а-t₁)=Q_конд./Q_охл.

Из этого уравнения определяется tа. Это даёт возможность найти температурные перепады, коэффициенты теплопередачи и поверхности нагрева по зонам: F_конд.= ; F_охл=

Для всего конденсатора F=Fконд+Fохл

Конденсация начинается в сечении M—M(рис.),когда температура стенки tст достигнет температуры конденсации Тк.

Значение Тм и tм определяются из уравнений

t_ст1=T_К=T_М(k/ )(T_м-t_м),

Dc_п(T₁-T_м)=W_c(t₂-t_м)

Cп-средняя удельная теплоёмкость перегретого пара , Дж/(кг^.К)

Тепловая нагрузка первой зоны Q_пер=Dc_п(T₁-T_м)

T1-температура перегретого пара

Поверхность нагрева первой зоны (в м²)

F_пер=

Во второй зоне пар конденсируется при одновременном охлаждении от Тм до Тк, поэтому тепловая нагрузка зоны конденсации будет Q_конд+Q´_пер=D_r+Dc_п(T_м-Т_к)

Qпер-теплота охлаждения пара, Вт

Площадь поверхности нагрева зоны конденсации (в м² )

F_конд=(Q_конд+Q´_пер)/k_конд𝞓t_конд