▲Выпаривание
Выпаривание – тепловой процесс, это концентрирование (сгущение) растворов, суспензий и эмульсий (чаще твердых веществ в воде) при кипении. В процессе выпаривания парообразование (кипение) происходит в объеме выпариваемой жидкости за счет подвода тепловой энергии.
В пищевой, химической и других отраслях промышленности выпариванию подвергают главным образом водные растворы.
Выпаривание применяют для концентрирования водных растворов щелочей (едкий натр, едкий калий), солей (NaCl, Na2S04, NH4NO3 и др.) и некоторых высококипящих жидкостей, для получения растворителя в чистом виде (например, для опреснения морской воды, используя аппараты-опреснители), перенасыщенных растворов, в которых проводят кристаллизацию (растворы сахарозы, фруктозы, молочного сахара). Данный процесс используется в сахарном, консервном, кондитерском, молочном и других производствах. Выпаривают также водные растворы разных веществ (получают концентрированные соки), эмульсии (молоко), суспензии (барду) и пр.
Механизм выпаривания
При выпаривании вода из раствора удаляется в виде пара, а растворенное вещество или дисперсная фаза эмульсий и суспензий остается в неизменном количестве.
Тепло для выпаривания подводится различными теплоносителями. Основной теплоноситель – глухой водяной пар, называемый греющим или первичным или острым. Пар, образующийся при выпаривании кипящих растворов, называется вторичным или экстра-паром.
Способы выпаривания.
Выпаривание проводят под давлением
- атмосферным,
- повышенным,
- под вакуумом.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар, как правило, не используется и выбрасывается в атмосферу.
При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован как нагревающий элемент в подогревателях, для отопления, технологических нужд.
«+, –» Выпаривание под давлением связано с повышением температуры кипения раствора. Поэтому применение данного способа ограничено свойством раствора и температурой нагревающего агента. Например, при таких условиях ухудшается качество многих пищевых продуктов (молока, сахарных и томатных соков и др.). Кроме того, повышается стоимость установки.
При выпаривании под вакуумом можно проводить процесс при более низких температурах, что важно для растворов, склонных к разложению. При использовании греющего пара тех же параметров, что и при выпаривании под атмосферным давлением, увеличивается движущая сила процесса (полезная разность температур). Это позволяет уменьшить поверхность нагрева в аппарате или сокращает время проведения процесса.
«+, –» Выпаривание под вакуумом требует установки дополнительного оборудования (конденсатора, вакуум-насоса и др.) и большего расхода тепла на испарение. Однако этот способ широко используется для концентрирования высококипящих и легкоразлагающихся растворов.
Выпарные установки.
Классифицируют по рабочему давлению (см. выше), количеству корпусов (аппаратов).
Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда под вакуумом производят в одиночных выпарных однокорпусных аппаратах.
Большим распространением пользуются многокорпусные выпарные установки, которые включают несколько соединенных друг с другом аппаратов (корпусов), работающих под давлением, понижающимся по направлению от первого корпуса к последнему. В таких установках можно применять вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе, для обогрева последующего корпуса. При этом свежим паром обогревается только первый корпус. Это позволяет сэкономить значительное количество потребляемого свежего пара.
По методу ведения процесса различают периодическое и непрерывное выпаривание.
При периодическом выпаривании исходный раствор выгружают, а аппарат загружают новой порцией исходного раствора. Используют лишь в производствах малого масштаба или для упаривания растворов до высоких конечных концентраций.
При непрерывном выпаривании непрерывно подводят греющий пар и начальный раствор, а непрерывно отводят сгущенный раствор, вторичный пар и конденсат греющего пара. Применяют при выпаривании крупнотоннажных продуктов.