Оросительные теплообменники

Они используются в основном для охлаждения жидких потоков. Оросительный теплообменник представляет собой размещенные друг над другом трубы 1, соединенные между собой калачами 2 (рисунок 1.26).

Рисунок 1.26 – Оросительный теплообменник:

1 – трубы; 2 – соединительные колена (калачи); 3 – желоб для распределения охлаждающей воды; 4 – корыто для сбора воды.

Снаружи трубы орошаются водой, которую подают в желоб 3 для равномерного распределения охлаждающей воды по всей длине верхней трубы змеевика. Отработанная вода стекает в корыто 4. По трубам протекает охлаждаемый теплоноситель.

Достоинства:

– простота конструкции и невысокая стоимость;

– легкость очистки труб.

Недостатки:

– громоздкость;

– неравномерность смачивания наружной поверхности труб;

– низкие значения коэффициента теплопередачи.

2. ВЫПАРИВАНИЕ

Выпариванием называется процесс концентрирования растворов нелетучих веществ, путем частичного удаления растворителя в парообразном состоянии при кипении. На пищевых производствах выпаривают обычно водные растворы – свекловичные соки, сиропы, барду, молоко и пр. (выпаривание сахарных растворов, получение томатной пасты).

В зависимости от давления процесс выпаривания проводят под вакуумом, при атмосферном и повышенном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.

При выпаривании под вакуумом понижается температура кипения раствора.

Это позволяет:

Во-первых, выпаривать растворы термолабильных веществ, склонных к разложению при повышенных температурах;

Во-вторых, повысить полезную разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях);

И наконец, использовать греющий агент с более низкой температурой и экономить пар.

К недостатку выпаривания под вакуумом относится удорожание установки (требуется дополнительное оборудование – конденсатор, вакуум-насос и др.).

По способу организации процесс выпаривания проводят периодически и непрерывно. При малых производительностях и необходимости упаривания раствора до высоких концентраций применяют периодическое выпаривание. При больших производительностях выпаривание проводят в непрерывном режиме.

(различное сырье: экстракты из коры дуба, тысячелистника и т.д.)

В качестве теплоносителя в выпарных аппаратах чаще всего используют насыщенный водяной пар, который называют греющим или первичным. Пар, образующийся при выпаривании, называют вторичным. Вторичный пар, отбираемый на сторону для других нужд, называют экстра-паром.

В зависимости от числа корпусов выпаривание проводят в выпарных установках, которые подразделяют на однокорпусные, содержащие один корпус, и многокорпусные, содержащие два или более последовательно соединенных корпусов. В многокорпусных выпарных установках вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего в последующем корпусе, что приводит к существенной экономии греющего пара.

Выпаривание является тепловым процессом.

Движущей силой процесса выпаривания является разность между температурой греющего агента и температурой кипения раствора в среднем слое. Эту разность также называют полезной разностью температур.

В качестве примера рассмотрим принципиальную схему однокорпусной непрерывной выпарной установки под вакуумом (см. рисунок 2.1).

(Продиктовать расшифровку обозначений).

Выпарной аппарат состоит из двух основных частей:

- греющей камеры 1 (кипятильника);

- сепаратора 2.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема выпарной установки с центральной циркуляционной трубой, работающей под вакуумом:

1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – брызгоуловитель (отбойник); 4 – трубные решетки; 5 – ЦЦТ; 6 – греющие (кипятильные трубы); 7 – штуцер подачи греющего пара; 8 – штуцер вывода парового конденсата; 9 – штуцер подачи исходного раствора; 10 – штуцер вывода упаренного раствора; 11 – штуцер отвода вторичного пара; 12 – барометрический конденсатор; 13 – вакуум-насос.

Греющая камера 1 состоит из пучка вертикальных кипятильных труб 6, в которых и происходит кипение раствора. Концы кипятильных труб закреплены в двух трубных решетках 4, приваренных к корпусу аппарата. По оси греющей камеры расположена циркуляционная труба 5 значительно большего диаметра, чем кипятильные трубы 6 для циркуляции раствора и повышения коэффициента теплопередачи от греющего пара к раствору.

Сепаратор 2 предназначен для отделения брызг и капель раствора, уносимых потоком вторичного пара. Для более полного улавливания в сепараторе устанавливают различные по конструкции брызгоуловители 3.

Выпариваемый раствор расходом , кг/с, и концентрацией по нелетучему компоненту , % мас., поступает в аппарат через штуцер 9, расположенный над верхней трубной решеткой, опускается вниз по центральной циркуляционной трубе (ЦЦТ) 5, затем поднимается вверх по кипятильным трубам, в которых раствор закипает. Направленная естественная циркуляция раствора происходит вследствие разности плотностей жидкости в ЦЦТ и парожидкостной смеси в кипятильных трубах. Парожидкостная смесь имеет меньшую плотность, чем жидкость в ЦЦТ. Это обусловлено различием теплового потока, приходящегося на единицу объема раствора: в кипятильных трубах он выше, чем в ЦЦТ. Парожидкостная смесь попадает затем в сепаратор, в котором вторичный пар расходом , кг/с, отделяется от раствора, проходит сепаратор 2 и брызгоуловитель 3, освобождается от капель раствора и через штуцер 11 отводится из аппарата в барометрический конденсатор 12, где конденсируется за счет охлаждения проточной водой. Несконденсированные газы (воздух) отсасываются вакуум-насосом 13. Упаренный раствор расходом , кг/с, и концентрацией по нелетучему компоненту , % мас., удаляется через штуцер 10.

Первичный (греющий) пар расходом , кг/с, через штуцер 7 поступает в межтрубное пространство греющей камеры 1, где он конденсируется, отдавая теплоту конденсации через стенки кипятильных труб 6 к кипящему раствору. Конденсат греющего пара расходом , кг/с, отводится через штуцер 8 из нижней части греющей камеры 1.