12.12. Як змінюється температура теплоносіїв у часі і по довжині теплообмінника при прямотоці?
12.13. Поясніть параметричну схему випарного апарата.
Основними елементами є камера, що гріє, простір з киплячою рідиною і простір вторинної пари, а допоміжними - патрубками для підведення та відводу робітничих середовищ конденсату, первинної пари і неконденсуючих газів, сепаратори й пастки для відділення піни і крапель рідини від вторинної пари та ін. Незалежно від конструкції та призначення, кожен випарний апарат характеризується наступними вхідними параметрами: витратою рідини, що випарюється, SН та її первісною концентрацією bн , теплоємністю сн і густиною ρн , витратою пари, що гріє, Dп і її температурою tп або 17 ентальпією іп , теплоємністю сп, густиною ρп. Ці параметри, що характеризують вхідні потоки, можуть бути керуючими. Процес випарювання визначається й конструктивними параметрами: масою металу корпуса GМ, площею поверхні нагрівання F, об'ємом апарата V, масою ізоляції G (рис. 12.3 ).
Вихідними параметрами є витрата концентрованого розчину SK і його концентрації bk , густина ρk та теплоємність сk, рівень киплячої рідини h, витрата конденсату DK і її температура tk , витрата вторинної пари W і витрата пари на відвід газів, що не конденсують, D'. Внутрішніми параметрами можуть бути маса пари в апараті або в камері, що гріє, Gп, маса конденсату Gк, температура киплячої рідини tж , внутрішня енергія рідини або окремих частин апарата и, їхньої температури t, тиск в апараті та ін.
12.14.Здійсніть аналіз математичних моделей процесу випарювання.
Моделювання процесу випарювання в харчових виробництвах має особливості, зв'язані із властивостями розчинів, що випарюються. Наприклад, при випарюванні дифузійного соку цукрового виробництва у вторинній парі є інертні гази, що складаються в основному з вуглекислого газу, аміаку та всіх компонентів повітря, що помітно впливають на технологічні режими процесу випарювання.
Для складання такого типу моделей випарний апарат розділяють на гріючу камеру, поверхню нагрівання і парорідинний простір. Потім розглядають динамічні властивості цих елементів. Оскільки перехідні процеси відбуваються в часі, тоді найбільш зручною формою запису є 20 диференціальні рівняння. Наближене значення рівняння матеріального балансу для гріючої камери, у диференціальній формі має вигляд
де GH, GK — маса пари й конденсату в гріючій камері; Dп, Dк, Dн — витрати гріючої пари, конденсату і пари, що витрачається на відвід газів, що не конденсуються. Внутрішня енергія и випарної установки приблизно визначається рівнянням
де Мп, Мс , Мі — маса пари, стінок і ізоляції; ип — внутрішня енергія пари; ск, сс , си, t, tc , tu, — відповідно, теплоємність і температури конденсату, стінок й ізоляції.
12.15. Наведіть систему диференціальних рівнянь, що описує перехідні процеси в одноступінчастому випарному апараті.
Система диференціальних рівнянь, що описує сталі і перехідні процеси в одноступінчастому випарному апараті:
Ця система рівнянь встановлює зв'язки між температурами пари tn , стінок tc , рідини, що кипить tж , її концентрацією b і рівнем h при різних збуреннях і спрощуючих впливах (подача пари в гріючу камеру, витрата пари на відвід газів, що не конденсуються, підведення і відвід рідини, що випаровується, початкова концентрація, утворення накипу та ін.).