Обоснование подачи сока на III корпус МВУ

Такую схему выпарной установки применяют, когда основной потребитель пара МВУ – вакуум-аппараты I продукта обогреваются третьим корпусом. В такой тепловой схеме третий корпус становится максимально нагруженным по отбору экстрапаров и требуется максимально увеличить напряжение поверхности нагрева данного корпуса и обеспечить максимальную испарительную способность третьей ступени.

Для определения преимуществ МВУ с подачей сока на III корпус целесообразно определить скорость выпаривания сока на III ступени для двух разных схем: при подаче сока на III корпус и для прямоточной схемы. Выполним такое сравнение с использованием методики М. А. Кичигина – М. Ю. Тобелевича [1], которая является основной для проектирования МВУ.

Скорость выпаривания воды W на третьей ступени определяется уравнением:

,

где α₁ – коэффициент теплоотдачи от греющего пара к поверхности нагрева, зависит от температуры конденсата и определяется по номограмме (рисунок 2);

δ   – толщина стенки кипятильной трубы, δ =   м;

λ  – коэффициент теплопроводности стали, λ = 30 – 50 Вт/м·К ;

α₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящему раствору, зависит от СВ, температуры кипения и определяется по номограмме (рисунок 3);

К_нн – коэффициент накипеобразования, меньше единицы, зависит от оптимального нормативного напряжения поверхности нагрева корпуса, при подаче сока на I корпус оптимальное нормативное напряжение поверхности нагрева III корпуса составляет 15 кг/м²·ч и коэффициент К_нн = 0,65, при подаче жидкого сока на
III корпус оптимальное напряжение поверхности нагрева составляет 20 кг/ м²·ч и коэффициент К_нн = 0,88;

S – площадь поверхности нагрева корпуса, м²;

t_гп – температура греющего пара, поступающего в III корпус при оптимальном проектном нормативе 119 ^оС;

t_кип – температура кипения, при нормативном проектном варианте 112 ^оС при прямоточном движении сока, при подаче сока в III корпус среднее СВ кипящего сока на входе в аппарат составит 15,5 – 16 %, а на выходе – 22 - 23 %, среднее расчетное значение СВ 19 – 20 %.

Для обоснования целесообразности использования схемы с подачей сока на III корпус необходимо рассчитать изменение скорости выпаривания сока при изменении схемы его движения, т. е. .

Параметры для решения уравнения определены с помощью номограмм
(рисунок 2, 3):

- коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке не зависит от схемы движения сока, а зависит от температуры конденсата и длины кипятильной трубы, при длине кипятильной трубы 4 м и температуре конденсата 117 ^оС
α₁ = 10044 Вт/ м²·ч;

- α₂  рассчитывается по уравнению:

,

где u – напряжение поверхности нагрева,

A₂ – расчетный коэффициент, зависящий СВ выпариваемого раствора и определяется по номограмме Кичигина – Тобелевича, при прямоточной схеме СВ сока при выходе с пятого корпуса составляет 50 - 55 ^оС, а соответствующее им значение А₂ по номограмме равно 350, напряжение поверхности нагрева для III корпуса u = 10 – 15 кг/ м²·ч, при подаче сока на III корпус среднее значение СВ составит
22 – 23 ^оС, температура кипения – 112 ^оС, А₂ по номограмме равно 500; тогда для прямоточной схемы α₂ = 1777 Вт/ м²·ч, при прямоточно-противоточной схеме
α₂ = 3017 Вт/ м²·ч;

- для прямоточной схемы t_кип определяется по таблице проектных показателей 5-корпусной МВУ t_кип = 112 ^оС, для прямоточно-противоточной схемы:

t_кип = t_воды + Δf,

где Δf – физико-химическая депрессия при СВ = 20 ^оС и средней температуре кипения 100 ^оС Δf = 0,2, при давлении вторичного пара 1,5 атм в III корпусе температура кипения воды составит 111 ^оС.

t_кип = t_воды + Δf = 111,25 + 0,2 = 111,45 ^оС.

Рисунок 2 - Зависимость расчетного коэффициента для водяного пара от температуры конденсата

Рисунок 3 - Номограмма для определения величины коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости

Тогда отношение скорости выпаривания воды при прямоточной схеме к скорости выпаривания воды:

.

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы:

1. Скорость выпаривания сока при его подаче на III корпус в 2,15 раза выше, чем при прямоточной схеме.

2. При подаче сока на III корпус скорость накипеобразования на 30 – 35 % ниже, чем при прямоточной схеме, что гарантирует более длительный стабильный период работы вакуум-аппаратов тепловой схемы без выварки выпарки.