По значению выполняемых функций, сложности и стоимости оборудования центральное место в тепловой схеме свеклосахарного завода занимает выпарная установка.
Назначение выпарной установки – сгущать очищенный сок II сатурации до концентрации густого сиропа. При этом содержание сухих веществ в продукте увеличивается с 14…16 до 65…70%.
Если бы выпаривание производили в одном аппарате, то на 1 кг выпаренной воды пришлось бы затратить около 1 кг греющего аппарата, т.е. не менее 90…100% пара по отношению к массе воды в соке. В действительности на выпаривание воды из сока расходуется только 40…50% пара по отношению к массе воды в соке. Такое большое сбережение пара – результат выпаривания сока в многокорпусных выпарных установках (рис. 11.1).
Рис. 11.1 Схема четырехкорпусной выпарной установки с концентратором, работающей под уменьшенным разрежением:
1 – сборник регурного пара; 2, 3, 4, 5 – выпарные аппараты; 6 – концентратор; 7 – сборник холодной воды; 8 – сосуд; 9 – конденсатор; 10, 16 - ловушки; 11 – барометрическая труба; 12 – воздушный насос; 13 – насос барометрической воды; 14 – сборник барометрической воды; 15 – насос густого сиропа; 17, 18, 19, 21, 22 – гидроколонки; 20 –насос; 23 – вторая группа подогревателей; 24 – первая группа подогревателей
Сок поступает в первый корпус выпарной установки 2 и последовательно переходит в последующие корпуса. Сгущенный сироп удаляется из концентратора 6.
Свежий пар поступает только в первый корпус выпарной установки. Второй корпус обогревается соковым паром первого корпуса, третий - соковым паром второго корпуса и т.д. Из последнего корпуса соковый пар поступает на конденсатор.
Для многократного использования теплоты на выпарной установке необходимо, чтобы температура кипения сока понижалась от первого корпуса к последнему, что обеспечивается соответствующим уменьшением давления в надсоковом пространстве аппаратов. Каждый корпус выпарной установки представляет собой самостоятельную ступень выпаривания.
На выбор числа корпусов выпарной установки существенное влияние оказывает температурный режим ее работы. Во избежание разложения сахара максимальная температура кипения сока в первом корпусе выпарной установки должна быть не выше 125…126°С. В последнем корпусе устанавливается наименьшая температура, которая должна быть не ниже 60°С, что обусловлено ограничением на разрежение в конденсаторе. Следовательно, общая разность температур составляет 65…66°С. Если эту разность температур распределить между большим числом ступеней выпарной установки, то полезная разность температур в каждом корпусе будет небольшой. Это приведет к увеличению площади поверхности нагрева каждого корпуса и снизит экономический эффект выпарной установки.
Рекомендуемый температурный режим четырехкорпусной выпарной установки представлен в табл. 11.1.
11.1. Температурный режим четырехкорпусной выпарной установки с концентратором, работающей с уменьшенным разрежением
| Параметр | Обозначение | Единица измерения | Корпус выпарной установки | Концентратор | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||
| Температура греющего пара | Т | °C | 132 | 124,5 | 115 | 101 | 84 |
| Давление греющего пара | pг | МПа | 0,292 | 0,233 | 0,172 | 0,107 | 0,057 |
| Полезная разность температур | Δt | °C | 6 | 7,5 | 10,5 | 12 | 13,6 |
| Температура кипения сока | t | °C | 126 | 117 | 104,5 | 89 | 68,4 |
| Температура депрессии | Δφ | °C | 0,5 | 1,0 | 2,5 | 4,0 | 8,4 |
| Температура сокового пара | O | °C | 125,5 | 116 | 102 | 85 | 65 |
| Давление сокового пара | pc | МПа | 0,241 | 0,178 | 0,111 | 0,059 | 0,0255 |
| Потере температуры в паропроводе | Δп | °C | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Температура конденсата | tk | °C | 130 | 122,5 | 113 | 99 | 82 |
Практика показала, что полезная разность температур в каждом корпусе должна быть не менее 6…8°С. Таким образом, для выпарной установки, работающей под разрежением, число корпусов должно быть не более пяти, а для установки, работающей под давлением – не более трех.
Четырехкорпусная выпарная установка с концентратором (см.рис.11.1), работающая при абсолютном давлении пара в последнем корпусе ниже атмосферного, равного 0,0775…0,0705 МПа, отличается повышенной устойчивостью в эксплуатации и высокой тепловой экономичностью. Эта выпарная установка нашла наибольшее распространение на сахарных заводах.