На рис. 11.5 представлена схема прямоточного выпарного аппарата фирмы «Баккау-Вольф» (ФРГ), греющая камера которого состоит из двух циркуляционных контуров.

 

Рис. 11.5. Прямоточный выпарной аппарата фирмы «Буккау-Вольф»:

1 – штуцер для отвода вторичного пара; 2 – испаритель; 3 – каскад; 4 – сепаратор; 5 – труба для отвода конденсата; 6 – надсоковое пространство; 7 – корпус; 8, 16 – крышки; 9 – штуцер для отвода сока; 10, 11 – кипятильные трубы; 12 – труба для подвода сока; 13 – трубная решетка; 14, 15, 20 – камеры; 17 – насос; 18 – циркуляционная труба; 19 – трубопровод

 

Сок по трубе 12 поступает в кольцевую камеру 15 и затем по трубам 11 первого контура греющей камеры, пройдя камеру 20 и циркуляционную трубу 18, попадает в камеру 14, откуда направляется в кипятильные трубы 10 второго контура греющей камеры.

Из кипятильных труб второго контура сок через штуцер 9 уходит из аппарата. Для повышения содержания сухих веществ (СВ) в уходящем из аппарата соке часть его из штуцера 9 направляется по свободной коммуникации обратно в аппарат.

В паровую камеру пар подводится по трубопроводу 19, а конденсат насосом 17 может подаваться в испаритель 2 каскадного типа. Пар из испарителя направляется в греющую камеру следующей ступени выпарной установки, а конденсат по трубе 5 отводится в сборник конденсата.

В надсоковом пространстве 6 аппарата установлен сепаратор 4, заполненный кольцами Рашига. Вторичный пар уходит из аппарата через штуцер 1.

Преимущество аппаратов данного типа заключается в том, что коэффициент теплопередачи у них несколько выше, чем у аппаратов с многократной циркуляцией, а применение каскадных испарителей позволяет более эффективно использовать теплоту конденсатов и улучшить тепловую схему завода. Вместе с тем конструкция таких аппаратов намного сложнее по сравнению с аппаратами с многократной циркуляцией.

 

Пленочные прямоточные аппараты.

Интенсификация процессов выпаривания связана с сокращением времени тепловой обработки выпариваемого раствора при сохранении его качества и при неизменных температурных режимах. Наиболее перспективны в этом отношении тонкопленочные выпарные аппараты, позволяющие значительно сократить продолжительность выпаривания.

 

Рис. 11.6. Выпарной аппарат ВАПП-1250:

а – схема аппарата: 1, 9 – верхний и нижний сепараторы вторичного пара; 2 – сепарирующее устройство; 3 – надставка; 4 – греющая камера; 5 – кипятильные трубки опускной пленочной части; 6 – кипятильные трубки подъемно-прямоточной части; 7 – приемная камера; 8 – штуцер отвода сгущенного сока; 10 – труба подвода сока; 11 – труба отвода конденсата; 12 – система труб для удаления вторичного пара; 13 – распределительное устройство; б – схема оросительных устройств выпарных аппаратов: А – орошение происходит по принципу кольцевого водослива; Б – кольцевой водослив обеспечивается распределительными дисками; В - кольцевой водослив обеспечивается распределительными дисками и цилиндрическими вставками;  Г – орошение происходит при  наличии столба жидкости на распределительном диске; 1 – кольцевой водослив; 2 – распределительные диски; 3 – цилиндрические вставки; 4 – трубные решетки.

 

Прямоточный пленочный выпарной аппарат ВАПП-1250 (рис. 11.6.а) состоит из греющей камеры 4 с кипятильными трубками 6, подъемно-прямоточной части с кипятильными трубками 5 опускной пленочной части, верхнего 1 и нижнего 9 сепараторов вторичного папа, приемной камеры 7, надставки 3, сепарирующего устройства 2, труб 12 для удаления вторичного пара, 10 для отвода сока на выпаривание, 11 для отвода конденсата и штуцера 8 для отвода сгущенного сока.

Аппарат работает следующим образом. Сок, подогреваемый по температуры кипения, поступает в приемную камеру 7 и из нее – в трубки 6, где закипает и вместе с паром подается вверх. Пройдя сепарирующее устройство 2, сок отделяется от пара и поступает через распределительное устройство 13 в трубки 5 пленочной части аппарата, по которым в виде тонкой пленки стекает вниз.

Образовавшийся пар вместе со сгущенным соком поступает в нижний сепаратор 9. Вторичный пар через систему труб 12 и оба сепаратора отводится в следующий корпус. Испытания аппарата данной конструкции показали, что он отвечает технологическим и теплотехническим требованиям, предъявляемым к выпарным аппаратам. Время пребывания в нем сока значительно меньше, чем в многоциркуляционных выпарных аппаратах. Аппарат может эффективно работать при малой полезной разности температур.

Эксплуатация пленочных выпарных аппаратов показала, что их устойчивая работа зависит от равномерности орошения теплообменной поверхности кипятильных труб.

На рис. 11.6.б представлена схема оросительных устройств различной конструкции. Анализ работы оросительных устройств А и В, работающих по принципу кольцевого водослива, показал, что они не обеспечивают равномерного орошения теплообменной поверхности аппаратов. В отдельных случаях неравномерность орошения достигает 20…40%.

Производительность выпарных аппаратов с применением таких оросительных устройств (м³/с):

G_в = ƒμ * √(2g (H - h))     (1.11)

где  μ – коэффициент расхода; ƒ – площадь кольцевой струи, м²; H – уровень жидкости на трубной решетке, м; h – подпор вторичного пара, м.

 

В пленочных выпарных аппаратов плотность орошения обычно не превышает 0,2·10^-3 м³/(м·с). При таком орошении высота раствора над кромкой выпарной трубы равна 2,3 мм. При снижении уровня всего на 0,5 мм расход составит 0,14·10^-3 м³/(м·с), т.е. уменьшается в 1,43 раза.

Более надежным является орошение с помощью распределительных дисков Б и Г (см. рис. 11.6. б). Жидкость, поступающая в трубы выпарного аппарата, распределяется путем перелива ее через отверстия распределительного диска.

Производительность пленочных выпарных аппаратов с распределительными дисками и верхним удалением вторичного пара (м³/с):

G_п = μf * √(2gH)     (1.12)

где  μ– коэффициент расхода;  f – площадь струи, м²; H – высота жидкости над трубной решеткой, м.

 

Коэффициент расхода  в формулах (11.1) и (11.2) зависит от температуры и плотности раствора, конфигурации насадок. При применении кольцевых и винтовых касадок для сахарных растворов коэффициент расхода зависит от критерия Рейнольдса (Re_ж) и определяется из табл. 11.2.

 

11.2. Зависимость коэффициента расхода от критерия Рейнольдса (Re_ж)

Reж	Коэффициент расхода μ
	при кольцевой насадке	при винтовой насадке
5…60	0,242 Reж	0,234 Reж
60…800	0,368 Reж	0,290 Reж

 

 Техническая характеристика пленочного выпарного аппарата ВАПП-1250

Площадь поверхности нагрева, м2	1250
Полная длина труб поверхности нагрева, мм	7000
Диаметр выпарной трубы, мм	30/33
Рабочее давление, МПа:
в паровой камере	0,3
в паровом пространстве	0,3
Габаритные размеры, мм:
высота	14120
диаметр корпуса	3110