Види, пристрій і принцип дії випарних апаратів

Випарні апарати класифікуються за наступними ознаками:

1) по розташуванню поверхні нагріву – на вертикальні, горизонтальні і похилі;

2) за формою поверхні нагріву – на апарати з трубчаткою, змійовиком, підвісною камерою з кільцевих елементів і з поверхнею нагріву, виконаною з пластинчатого теплообмінника;

3) по розташуванню поверхні нагріву – на апарати з внутрішньою і виносною поверхнями нагріву;

4) по кратності циркуляції – на апарати прямоточні, в яких розчин проходить через поверхню нагріву одноразово, і апарати з багатократною циркуляцією, в яких розчин циркулює кілька разів;

5) по режиму циркуляції – на апарати з примусовою циркуляцією(від насоса), апарати з організованою природною циркуляцією, що характеризується наявністю певного циркуляційного контура, і апарати з неорганізованою природною циркуляцією, коли, наприклад, розчин в апараті перемішується.

Враховуючи велике значення характеру циркуляції, зазвичай його і приймають як визначальну ознаку при розгляді облаштувань випарних апаратів.

До апаратів з організованою природною циркуляцією відносять вертикальний випарний апарат з внутрішньою циркуляційною трубою (мал. 4.11, а) і апарат з похилою поверхнею нагріву (мал. 4.11, б).

Випарний апарат з центральною циркуляційною трубою (мал. 4.11, а) складається з корпусу 1, поверхні нагріву 2, центральної циркуляційної труби 3, простору сепарації 4, каплевідділювача 5 і оглядових стекол 6. Поверхня нагріву такого апарату виконана з кип'ятильних труб 7 діаметром 33...57 мм і заввишки 3...6 м, жорстко закріплених в двох трубних гратах. Кип'ятильні труби зовні обігріваються парою.

Організована циркуляція розчину забезпечується різницею щільності розчину в циркуляційній трубі і парорідинній суміші в кип'ятильних трубах. Краплинна рідина виділяється у виносній пастці завдяки зміні швидкості і напряму руху вторинної пари. Рідина, що виділилася при цьому, знову повертається в апарат.

Іноді циркуляційну трубу в таких апаратах розташовують ексцентрично.

Випарний апарат з поверхнею нагріву, встановленою під кутом 30...45° (мал. 4.11, б), відрізняється меншою гідростатичною депресією і більш високим коефіцієнтом тепловіддачі α ₁ завдяки безвідривному стіканню плівки конденсату по нижній частині кип'ятильних труб і оголенню їх поверхні для конденсації пари. Ці апарати відрізняються простотою конструкції, проте розташування поверхні нагріву усередині апарату утрудняє ремонт і чищення її.

Оскільки швидкість циркуляції залежить від різниці щільності розчину і парорідинної суміші, обігрів циркуляційної труби в цих апаратах небажаний, оскільки він погіршує циркуляцію.

Технологічним недоліком таких апаратів є тривале перебування розчину в них, що негативно позначається на якості отримуваних харчових продуктів, особливо на їх колірності. Цього недоліку позбавлений випарний апарат з виносними циркуляційними трубами (мал. 4.12). Оскільки в цьому апараті опускна ділянка циркуляційного контура знаходиться за межами гріючої камери, то в апараті можна компактніше розмістити поверхню нагріву і при цьому діаметрі корпусу збільшити її.

Таким чином, апарати з виносними циркуляційними трубами, будучи компактнішими в порівнянні з апаратами з внутрішніми циркуляційними трубами, забезпечують більш високу швидкість циркуляції, що призводить до інтенсифікації процесу теплообміну і зменшення загоряння поверхні нагріву.

 

 

Завдання

Варіант завдання 1.

Зробіть аналіз вивченого матеріалу та оформить результат самостійної роботи у виді графо-конспекту згідно слідуючих пунктів:

1. Здійсніть визначення середньої різниці температур пари, що складається з двох і більше компонентів.

2. Визначення коефіцієнтів тепловіддачі і теплопередачі.

3. Розглянути тепловіддачу при вимушеному русі середовищ (без зміни їх агрегатного стану).

4. Розглянути тепловіддачу від пари, що конденсується, до стінки та що впливає на неї.

5. Розглянути визначення температури стінки.

6. Розглянути можливі режими в кип'ятильній трубі.

8. Визначити коефіцієнти тепловіддачі при кипінні рідини.

9. Визначити коефіцієнти тепловіддачі і теплопередачі за емпіричними формулами.

10. Дізнайтесь які шляхи інтенсифікації теплообміну.

11. Доповнить процес нагрівання про застосування теплоносіїв та їх порівняння, а також про витрати пари.

12. Доповнить процес охолодження про витрати води.

13. Визначите термін пастеризації в залежності від температури.

14. Розгляньте схему та принцип дії пароконтактного стерилізатора рідини.

15. Зробіть аналіз різноманітних способів пастеризації та стерилізації.

16. Доповнить материал про висоту підйому рідини в капілярі.

17. Накреслити схеми теплообмінних апаратів, описати будову та принцип їх дії.

18. Розгляньте методику розрахунку кожухотрубного та змієвикового теплообмінників.

19. Розгляньте методику гідравлічного розрахунку теплообмінних апаратів.

20. Накреслити схеми конденсатоотводчиків, описати будову та принцип їх дії.

21. Дізнайтесь про основні елементи сучасного пічного агрегату.

22. Доповніть розрахунок барометричного конденсатора.

23. Розглянути розрахунок інжектора.

24. Повніше розглянути метод розрахунку теплового балансу багатокорпусної випарної установки, запропонований І.А. Тіщенко й уточнений Г.Н. Костенко та П.Д. Лебедєвим.

25. Розглянути метод розрахунку теплового балансу багатокорпусної випарної установки, запропонований Классеном, та його аналіз.

26. Визначити температурні депрессії та корисну різницю температур при випарюванні.

27. Доповнить визначення розподілу корисної різниці температур між корпусами випарної установки.

28. Розгляньте схеми та принцип дії не описаних в методичних вказівках випарних апаратів.

 

Варіант завдання 2.

Оформити результат самостійної роботи у виді ребусів, кросвордів, тестових питань або рефератів згідно тем й вказівок викладача.

 

 

Контрольні питання

 

1. Для чого застосовують діаграму t – x – y?

2. Як визначають коефіцієнти тепловіддачі і теплопередачі?

3. Що впливає на різномаїття формул для визначення тепловіддачі при вимушеному русі середовищ (без зміни їх агрегатного стану)?

4. Для чого визначають температуру плівки?

5. Як визначають температуру стінки?

6. Поява якої зони недоступна в кип'ятильній трубі при роботі випарних апаратів?

7. Які недоліки мають емпіричні формули для визначення коефіцієнтів тепловіддачі і теплопередачі?

8. Які шляхи інтенсифікації теплообміну?

9. Чим відрізняється нагрів острою та глухою парою?

10. Чому насичена водяна пара застосовується більш ніж інші теплоносії?

11. Яке призначення пастеризації та стерилізації?

12. Що означає термін «теплова труба»?

13. Які теплообмінники ви знаєте?

14. Які розразунки теплообмінників є та в яких випадках вони застосовуються?

15. Для чого призначені конденсатоотводчики?

16. Як класифікуються хлібопекарські та кондитерські печі?

17. З яких складових складається тепловий баланс пекарної камери?

18. Що визначають з теплового балансу барометричного конденсатора?

19. Що означає термін «тепловий насос»?

20. Для чого застосовують паровий інжектор?

21. Чим відрізняється матеріальні баланси одно- від багатокорпусної випарної установки?

22. У чому заключається розрахунок теплового балансу багатокорпусної випарної установки по методу І.А. Тіщенко?

23. Які уточнення в методі І.А. Тіщенко зробили Г.Н. Костенко та П.Д. Лебедів?

24. Які висновки можна зробити на підставі розрахунку теплового балансу багатокорпусної випарної установки по методу Классена?

25. Як визначають корисну різницю температур?

26. Як відбувається розподіл корисної різниці температур між корпусами?

27. Як характерізують парорідинну суміш?

28. Що таке швидкість циркуляції?

29. Які явища супроводжують випарювання розчинів?

30. За якими ознаками класифікують випарні апарати?

 

 

Рекомендована література

 

[1] с. 107…118; 121…125; 131…137; 142…144; 148…166; 173…175.

[3] с. 66…81.

[4] с. 228…250.

 

Методичні вказівки

до самостійної роботи №5

Масообмінні процеси