58.2. Пластинчасті випарники випарних станцій цукрових заводів

магниевый скраб beletage

Головною метою більшості досліджень щодо енергозбереженняпри виробництві цукру було зниження споживання ретурної пари. Прицьому, якщо у 80-і роки була прийнята стандартна чотирьохкорпуснавипарна установка з концентратором і споживанням пари 45 кг/100 кгбуряка й питомою поверхнею нагрівання до 1,6 м2/т, то в цей час зарубежем функціонують шестикорпусні випарні станції зі споживан-ням пари до 25 кг/100 кг буряка. Таке зниження витрати ретурної паридосягається за рахунок двох основних факторів: зменшення відборуекстра-парів і збільшення поверхні нагрівання випарних апаратів, аждо питомої поверхні нагрівання 2,6 м2/т буряка, обробленої в день. Узв'язку із цим існує реальна потреба в підвищенні ефективності випа-рників з більшими поверхнями теплообміну. Одним із самих перспек-тивних шляхів вирішення цієї проблеми є застосування пластинчастихвипарників.

Пластинчасті випарники (рис. 58.8), що установлені в посуди-ні, мають ряд істотних переваг перед трубчастими випарниками Ро-берта й випарниками з падаючою плівкою, які є основними типамиапаратів для випарних станцій.

Основною проблемоютрубчастих апаратів є зниженнятеплопередачі зі зменшеннямтемпературного напору корпуса.Цей ефект є наслідком змен-шення турбулізації потоку зарахунок збільшення частки ла-мінарного пограничного шару.Для пластинчастих випарниківпри однаковому значенні кори-сної різниці температури, за ра-хунок малого зазору між плас-тинами й високої швидкості ру-ху середовища, що випарову-ють, турбулентність потоку впристінній області знижуєтьсянезначно. Це забезпечує більш високий коефіцієнт теплопередачі. Од-нак зі збільшенням швидкості руху робочих середовищ зростаютьвтрати напору в апараті, що, як видно, може служити обмежуючимфактором для збільшення площі й конструктивного виконання плас-тинчастих випарників. З цих же міркуваннях для зменшення гідроди-намічних втрат доцільніше застосовувати конструкції з вільним вихо-дом соку .

Пластинчасті випарники встановлюються разом із сепараторамивторинної пари (рис. 58.7), а також обладнуються системою циркуля-ції розчину, що випарює, для забезпечення аварійної циркуляції роз-чину у випадку припинення його подачі. Можливі режими роботипластинчастого випарника на підприємствах харчової промисловостіможуть бути такими: як прохідний апарат, термосифона, примусовациркуляція з кип'ятінням і короткочасною примусовою циркуляцією.Для випарних станцій велике поширення одержала установка пласти-нчастих випарних апаратів як підсилювача традиційного трубчастоговипарника, що доповнює його роботу (рис. 58.9).

У пластинчастих випарниках також реалізується принцип пада-ючої плівки. При цьому зменшення товщини плівки спричиняє нерів-номірність її розподілу по пластині. Це явище доки повністю не ви-вчене, і в цей час із метою стабілізації розподілу плівки використову-ють принцип збільшення потоку.

Конструкція пластинчастого випарника в посудині має ряд не-заперечних переваг перед закритою конструкцією пластинчастого ви-парника. Насамперед, висока швидкість потоку зменшує час перебу-вання соку в апараті й цим знижується ступінь хімічних змін у складісоку. Крім того, однократне проходження соку через апарат такожсприяє збереженню його хімічного складу.

У табл. 58.1 представлені граничні експлуатаційні параметрипластинчастих випарників фірми «Альфа Лаваль» з максимальноютемпературою - 160 °С і тиском 6 бар.

У науковій літературі [3] представлене ґрунтовне експеримента-льне дослідження функціонування пластинчастого випарника фірми«Альфа Лаваль» EC500 з поверхнею, що гріє, 500 м2, діаметром 3, 5 м,довжиною 3, 5 м з мінімальною подачею розведеного соку (концент-рація сухих речовин 16 %) - 50 м3/год і максимальною - 120 м3/ч. Ви-міри проводилися на дослідно-експериментальній і дослідно-промисловій установках.

Таблиця 58.1. Граничні параметри пластинчастих випарників               «Альфа Лаваль»        

Модель

Максимальна

2

площа, м

Максимальнапродуктивність, т/годину

EC350

350

20

EC500

1000

40

EC600

1000

60

EC700

2000

110

Результати вимірів і спостережень показали, що існує лінійназалежність між збільшенням кількості води, що випаровує, і збіль-шенням корисної різниці температур в апараті. При цьому показано,що процес випару може початися тільки по досягненні певного зна-чення температурного напору.

Коефіцієнт теплопередачі також збільшується зі збільшеннямкорисної різниці температур, однак менш інтенсивно, ніж кількістьвипареної води, і приблизно при значенні різниці температур 5 К, ста-білізується (рис.58.10). У результаті обробки експериментальних да-них отримане значення коефіцієнта теплопередачі рівне 4250Вт/(м К) для різниці температур 3,4 К и випарі води 12,1 т/ч. Такезначення коефіцієнта теплопередачі для традиційних випарних апара-тів одержати неможливо.

На рис.58.11 представлена залежність зміни коефіцієнта теплопе-редачі від вмісту сухої маси в соку на виході випарного апарата для різ-них типів випарників [3]. Ця величина розраховувалася традиційним спо-собом, застосовуваним у цукровій промисловості. Аналіз показує, щозначення коефіцієнта теплопередачі різко знижується зі збільшеннямконцентрації сухої складової в соку. З рисунка також видно значну пере-вагу пластинчастого випарника в порівнянні з апаратами інших типів зазначенням величини коефіцієнта теплопередачі.

К, КВт/(м2-К)

54

З210

0 20 40 60 80 100Концетрація соку, %

Рис. 58.11. Порівняння значення коефіцієнта теплопередачі (К) залежно відконцентрації сухих речовин у соку: 1 - пластинчастий випарник «Альфа Ла-валь»; 2 - апарат з падаючою плівкою; 3 - традиційний апарат Роберта [3].

На практиці одним з найбільш важливих параметрів роботи ви-парної станції є відсутність хімічних змін складу соку при його розпа-рюванні. Головним чином контролюється утворення інвертного цукруй забарвлення соку. Для традиційних випарних установок характерноінтенсивне утворення інвертного цукру в перших корпусах і зміна за-барвлення в останніх корпусах. Прояв цих факторів залежить від три-валості випарювання соку. Порівняння тривалості перебування соку впластинчастому апараті й апараті Роберта показали відповідно 20 і180 с. При цьому утворення інвертного цукру збільшується для обохтипів випарників зі збільшенням середнього значення тривалості об-робки соку. Однак для пластинчастого випарного апарата збільшеннязмісту інвертного цукру набагато менше. Цей же висновок стосуєтьсяй забарвлення соку, що був завжди набагато слабкішим, ніж для тра-диційних випарних апаратів (рис. 58.12).

ч

762

На підставі наявних у літературі даних можна зробити такі ви-сновки:

пластинчасті випарники, установлені в посудині, при всіхпорівнюваних робочих умовах завжди показували більш ви-сокі значення теплопередачі;

збільшення інвертного цукру й забарвлення соку завжди помі-тно нижче;

досвід експлуатації пластинчастих випарників показав відсут-ність проблем, пов'язаних із забрудненням поверхні пластин;

досить легко встановити пластинчастий випарник як додат-ковий корпус до вже існуючого корпуса.

Використання пластинчастих випарників, установлених у посу-дині як випарників, має ряд переваг у порівнянні із закритими. Ці пе-реваги можна коротко сформулювати в такий спосіб:

теплообмінники даного типу мають зварені лазером паровікамери без ущільнення;

відкриті виходи соку й пари забезпечують зниження втратгідродинамічного опору;

менша висота конструкції;

спрощення конструкції ущільнень на вихідному колекторі.

^ 2,0

У перспективі вважається, що оптимальна конструкція для сокуз підвищеним вмістом сухих речовин повинна мати більш широкийзазор між пластинами. Однак, як видно, це призведе до деякої втратипереваги в значенні коефіцієнта теплопередачі.