bilans masowy i cieply wyparki

134

wskutek wrzenia roztworu poił różnymi ciśnieniami hydrostatycznymi, gdy słup roztworu jest wysoki, a ciśnienie panujące w wyparce niskie

134

A skład U

A skład B

Rys. 5.20 Odchylenia od prawa Raulta: a) dodatnie, b) ujemne

Zasadniczym składnikiem usuwanym w czasie zagęszczania roztworów w przemyśle spożywczym obok wody są substancje aromatyczne, lotne z parą wodną, również ulegające odparowaniu. Po procesie wyparnym prowadzi się często odzysk aromatów ze skroplin, co pozwala na zachowanie walorów produktu zatężanego, np. soków owocowych.

5.2.2. Bilans masowy i cieplny wyparki

Traktując roztwory występujące w przemyśle spożywczym jako dwuskładnikowe, woda + składniki nielotne |8], można zapisać równanie bilansu materiałowego:

(5.30)

W = M_{) M_k

gdzie:

W masa odparowanej wody [kg],

M_q początkowa masa roztworu [kg],

M_k masa koncentratu [kg].

Natomiast równanie bilansu dla składnika nielotnego, który stanowi sucha substancja ma postać:

(5.31)

gdzie:

S_Q początkowe stężenie składnika nielotnego,

S_k - stężenie składnika nielotnego w koncentracie. Podstawiając (5.31) do (5.30), otrzymujemy:

(5.32)

Na bilans cieplny składa się ciepło doprowadzone do wyparki wraz / roztworem i czynnikiem grzewczym oraz ciepło odprowadzone z wyparki wraz / koncentratem, oparami, skroplinarni i straty ciepła. Stąd równanie wyjściowe bilansu ma postać:

Q_l*Q₂ = Q> + Q4 + Qs*Q,

gdzie:

Q_v ciepło doprowadzone / roztworem i czynnikiem grzewczym (parą). Q^ odpowiednio ciepło doprowadzone z koncentratem, oparami, skroplinarni.

Q_% straty ciepła.

Podstawiając odpowiednie wielkości do wzoru (5.33). otrzymamy:

"Vo ⁺ Di_P = ^mkⁱk ⁺ Wi + Di, ⁺ <2»    (⁵-³⁴)

gdzie:

i_Q n k entalpia odpowiednio roztworu początkowego, pary, koncentratu, skrop fin,

m - strumień masy,

/) strumień pary grzejnej,

W- ilość odparowanej wody.

Zakładając, ze ciepło właściwe nic zmienia się ze zmianą temperatury w zakresie /₍₎, t_k, mamy:

^ło ^{= c}o^ro ‘k ⁼ Ck^lk

Podstawiając powyższe do równania (5.34), otrzymamy:

"Wo ⁺ Di_P = ^mk^ck^lk ⁺    ~ ^ck^lk) ⁺ Dis⁺    (^{5 35}>

Stąd obliczyć można zapotrzebowanie pary wodnej do zadanego procesu odparowania [8] łub dość odparowanej wody.

5.2.3. Sposoby prowadzenia procesu wyparnego

Proces zatężania roztworu można prowadzić sposobem ciągłym lub okresowym. Zatężanic sposobem okresowym stosowane jest przeważnie do odparowania niewielkich ilości cieczy. Do lego celu wykorzystywane są aparaty wyparne z płaszczem grzejnym, otwarte, typu panwi, lub zamknięte np. wyparka Kcstncra (rys. 5.21). W tego rodzaju wyparkach może dochodzić do lokalnego przegrzania roztworu zatężonego, co ma niekorzystny wpływ na jakość uzyskanego produktu. Z uwagi na rurową konstrukcję wymiennika ciepła, wyparki te stosuje się tylko do roztworów, które nic dają osadów.

Cyrkulacja roztworu w takich wyparkach jest słaba. Lepsza cyrkulacja (bardziej efektywny proces) ma miejsce w aparacie wyparnym Roberta, wyposażonym w pionowe rurki grzejne (rys. 5.22). Komora grzejna wyparki Roberta