3.1 Сутність та особливості реалізації процесу випарювання

Випарювання – це процес теплової обробки однорідної або неоднорідної сис­теми при температурі кипіння з метою збільшення в ній концентрації неле­ткого компоненту. В переробних виробництвах випарюють, як правило, розчини нелетких речовин у леткому розчиннику (соки, сироп, тощо) або неоднорідні системи, зокре­ма, кров, клеєві, кісткові та желатинові бульйони, молоко, витяжки з органів тварин, барду тощо. В процесі випаро­вування летка скла­дова частина системи видаляється у вигляді пари, а вміст неле­тких компо­нентів залишається незмінним (на відміну від перегонки, коли в пару переходять одночасно різні компоненти розчину, причому в різних кіль­костях).

Для технічної організації процесу необхідно дотримуватися двох умов: під­ведення теплоносія для надання системі необхідної кількості теплоти та відве­дення з неї пари. Для нагрівання використовують вогневий, водяний, паро­вий, газо­вий та електричний методи. При цьому теплоносій та система розділені поверхнею тепло­передачі, що має форму або стінки (в сорочкових апаратах), або трубки (в апаратах із змійовиком), або пучка труб, розташованих вертикально або горизонтально (в труб­чатих апаратах).

Процес випарювання здійснюється в апаратах, що називаються випарни­ка­ми, які виконуються або в одному корпусі (див. рис. 3.1, а) або мають декілька корпусів (див. рис. 3.1, б). Потік теплоти при цьому спрямовується пос­лі­довно через кожний з корпусів апарату. З цієї причини температура та тиск в корпусах різняться. Рідина до апарату подається прямотечійним, протитечій­ним та паралельним способами.

Рис. 3.1. Вакуум-випарні установки: а) однокорпусна; б) багатокорпусна

За прямотечійною схемою доцільно випаровувати системи, які у концентро­ваному вигляді не є стійкими за своїми вітамінозними та біохімічними властивостями, біологічною активністю при високих температурах.

У разі протитечійного руху потоків теплоти та рідини простежується зворотна картина: в ході руху технологічного середовища від останнього корпусу до першого концентрація системи, а відповідно і її в’язкість збіль­шуються, але при одночасному підвищенні температури, тому ефективність теп­лопередачі не погір­шується.

Паралельна подача технологічних середовищ до багатокорпусного апарату (див. рис. 3.4) дає можливість здійснювати обробку різних систем в одній установці. При цьому кожний апарат являє собою самостійну однокорпусну установку для реалізації певного технологічного режиму, що дає змогу підбирати оптимальні технологічні умови однокорпусного випарювання для кожної конкретної сис­теми. Крім того, подібна схема дає можливість раціонально використовувати теплоту вторинної пари, передбачити один загальний для всіх корпусів конденсаційний пристрій. Проте схема випаровування з паралельною подачею різних систем в корпусах апарату викорис­товується при малих продуктивностях машини та невеликих кількостях рідин, що випаровуються.

Рис. 3.4. Схема випарної установки з паралельною подачею в корпус

У випарному апараті для теплообміну використовують насичену водяну пару, теплота пароутворення якої при конденсації через поверхню теплопередачі надається киплячій системі, що призводить до створення вто­рин­ної пари. Таким чином, випарний апарат, з однієї сторони, є конденсатором гріючої пари, а, з іншої, – генератором вторинної пари; тобто його можна розглядати як паровий котел, а утворену пару використовують як теплоносій.