Основные способы увеличения интенсивности теплообмена

1. Уменьшение толщины теплового пограничного слоя в результате турбулизации за счет повышения скорости движения потоков или другого вида воздействия; это достигается, например, разбивкой пучка трубок на ходы и установкой межтрубных перегородок.

2. Улучшение условий отвода неконденсирующихся газов или конденсата при паровом обогреве.

3. Создание благоприятных условий для обтекания потоком поверхности нагрева, при которых она вся активно участвует в теплообмене.

4. Обеспечение оптимальных значений температур, термических сопротивлений и т.д.

Интенсификация теплообмена является одним из основных направлений развития и совершенствования тепловой аппаратуры пищевых производств. При этом широко используются положительные эффекты в интенсификации теплообмена, обнаруженные и исследованные в других областях технологии и энергетики. Например, за последние годы выполнен ряд работ по промышленному испытанию активных ("режимных") методов интенсификации теплообмена в аппаратах пищевых производств, обусловливающих изменение гидродинамической обстановки, режимных характеристик течения (скорости, плотности, вязкости и т.д.) и вызывающих дополнительную турбулизацию потока. Кроме того, активные методы способствуют снижению накипеобразования и не требуют дополнительного расхода энергии.

В качестве активных методов используются:

а) вынужденные пульсации скорости и давления;

б) пленочное течение жидкости;

в) вдувание воздуха в поток нагреваемого продукта;

г) рациональное сочетание совместного действия нескольких факторов,, интенсифицирующих процесс.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях происходит конденсация паров и газов? Какие виды конденсации Вы знаете?

2. Что такое поверхностная конденсация и в каких аппаратах она осуществляется?

3. В чем отличие между мокрыми и сухими конденсаторами?

4. Какие типы теплообменников наиболее широко применяются в пищевой промышленности?

5. Принцип работы одноходового кожухотрубного теплообменника.

6. С какой целью используются многоходовые кожухотрубные теплообменники?

7. В каких случаях используют теплообменники типа "труба в трубе"?

8. Устройство и принцип работы спиральных и пластинчатых теплообменников. Их достоинства и недостатки.

9. В каких случаях используют теплообменники с ребристыми поверхностями?

10. В чем заключаются основные способы увеличения интенсивности теплообмена?

ВЫПАРИВАНИЕ

Общие сведения

Выпариванием называется процесс сгущения практически нелетучих твердых веществ за счет испарения летучего растворителя. При этом частичное удаление растворителя извсего объема раствора осуществляется при температуре кипения последнего, когда давление паров растворителя равно давлению в надрастворном пространстве.

Особенностью процесса выпаривания является постоянство температур кипения при данном давлении и составе раствора. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации.

Тепло, необходимое для выпаривания, обычно подводится с насыщенным водяным паром, который называется греющим (первичным), через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. Вторичным называется пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора.

В пищеперерабатывающей промышленности, как правило, выпаривают водные растворы - свекловичные и томатные соки, сиропы, барду, пектиновый клей, молоко и т.д.

Процессы выпаривания проводят в выпарных аппаратах под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях в зависимости от свойств раствора и возможности использования тепла вторичного пара.

При выпаривании под вакуумом, последний создается в аппарате путем конденсации вторичного пара в конденсаторе и отсасывании из него неконденсирующихся газов с помощью вакуум-насоса. Такой подход позволяет увеличить движущую силу теплопередачи (разность температур между греющим паром и раствором) и, как следствие, уменьшить площадь поверхности нагрева выпарного аппарата и тем самым его материалоемкость. Кроме того, выпаривание под вакуумом позволяет проводить процесс при более низких температурах, что особенно важно для пищевых растворов. Однако применение вакуума вызывает удорожание выпарной установки, в связи с дополнительными затратами на устройства для его создания (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), и увеличение эксплуатационных расходов.

При выпаривании под избыточным давлениемвторичный пар может быть использован как теплоноситель в подогревателях, для отопления теплиц и других внутризаводских нужд. Однако такой метод выпаривания связан с повышением температуры кипения раствора. Поэтому его применение в пищевой промышленности ограничено свойствами растворов, которые должны быть термически стойкими.

При выпаривании под атмосферным давлением, образующийся вторичный пар не используется и обычно сбрасывается в атмосферу. Такой способ выпаривания наиболее прост, но наименее экономичен.