Совершенствование пленочных испарителей для обработки продуктов на основе гидролизата растительного сырья

• Автор: Тароватый, Денис Викторович
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Сравнительный анализ пленочных испарителей, используемых в технологических линиях по переработке растительного сырья
1.1 Анализ пленочных испарителей
1.1.1 Вакуум-охладительные установки
1.1.2 Пленочные испарители
1.2 Обзор известных данных теплообмена в пленке жидкости
1.2.1 Устойчивость пленочного течения
1.2.2 Теплоотдача в пленке, стекающей по шероховатой
поверхности при нагревании
1.2.3 Теплообмен при кипении в пленке
1.2.4 Теплообмен при конденсации
2. Методическая часть
2.1 Экспериментальные установки
2.2 Методика обработки данных
3. Исследование теплообмена в пленочном испарителе
3.1 Теплообмен при конденсации водяного пара в пленочном испарителе
3.1.1 Теплоотдача при конденсации паровоздушной смеси
3.1.2 Интенсификация процесса конденсации паровоздушной
смеси
3.2 Теплоотдача при нагревании пленки жидкости в испарителе
3.3 Тепломассообмен при испарении влаги с поверхности пленки
3.4 Теплообмен при кипении в стекающей пленке жидкости в испарителе
3.4.1 Теплообмен при кипении в пленке, стекающей по
гидравлически гладкой поверхности труб
3.4.2 Теплообмен при кипении в пленке, стекающей по поверхности труб с искусственной винтовой шероховатостью
3.4.3 Теплообмен при мгновенном испарении
Основные выводы и результаты по главе
4. Практическая реализация результатов исследований
4.1 Исследование вакуум-охладительной установки
4.2 Технико-экономические показатели пленочных испарителей
Основные выводы и результаты по главе
Основные выводы и результаты
Библиографический список

Введение
Как показывает анализ аппаратурного оснащения технологических линий по переработке растительного сырья, доля теплообменного оборудования составляет более 0,5, в которых осуществляются процессы конденсации, кипения, нагревания, охлаждения и испарения.
Для охлаждения рабочих жидкостей (гидролизат древесины, оборотная вода, продукты промышленной переработки - барда, питательные среды, нейтрализаты и т. д.) применяются вакуум охладительные установки, реже кожухотрубчатые и пластинчатые теплообменники, которые имеют внушительные габариты и металлоемки. Например, вакуум установки для охлаждения нейтролизата древесины производительностью 100 м3/ч имеют высоту 17 метров, диаметр - 2,6 м, массу 46 тонн, в заполненном состоянии -137 тонн, поверхность конденсаторов 800 м2, что требует больших капитальных затрат, массивных металлоконструкций и опор. Большие габариты современных вакуум-охладительных установок обусловлены, с одной стороны, слабой интенсификацией мшновенного испарения в камерах, что требует выполнения большой поверхности испарения (объем камер и их количества), с другой стороны, низкой теплопередачей при конденсации паровоздушной смеси в теплообменниках установки, в которых, даже при использовании чистых поверхностей, коэффициент теплопередачи не превышает 300 Вт/(м2-К).
Для концентрирования суспензий, локальной очистки стоков, получения дистиллированной воды при приготовлении промышленных сред и водоподготовке используются металлоемкие и габаритные выпарные установки. В этой связи, для выпаривания щелоков в целлюлозно-бумажном производстве или при концентрировании биомассы, полученной на гидролизате растительного сырья, используются выпарные станции с пленочными аппаратами. Количество аппаратов достигает семи, их высота при производительности - 100 м3/ч и общей массе - 65 тонн составляет - 19,4 м,

В плане интенсификации процесса конденсации указывается [16, 36, 48, 60], что любое перемешивание ведет к интенсификации процесса конденсации парогазовой смеси.
Для интенсификации теплообмена при конденсации пара используются различные профилированные поверхности труб [16, 48, 49, 60 - 67], что позволяет снизить термическое сопротивление пленки конденсата, за счет уменьшения ее толщины и перемешивания. Ряд авторов [16, 48, 49, 60] утверждают, что теплоотдача на профилированной поверхности выше, чем на гладкой поверхности в 2 - 2,5 раза.
Однако, для снижения диффузионного сопротивления при конденсации паровоздушной смеси, использование профилированных поверхностей недостаточно эффективно, что требует поиска нового метода и
интенсификации теплообмена. В данной работе отвод несконденсировавшегося газа обеспечивается путем создания циркуляционных вихрей над поверхностью пленки конденсата, образующихся при набегании потока пара на обтекаемые тела, выполненные в виде проволочной спирали, установленной с зазором к поверхности теплообмена.
Влияние длины теплообменного участка на величину коэффициента теплоотдачи при конденсации водяного пара с воздухом изучено авторами Meheshwari, N.K. и др. [68] из Центра атомных исследований (Bhabha Atomic Research Centre, Mumbai, India (рисунок 1.17).
Опыты проводились на вертикальной трубе круглого сечения из нержавеющей стали, с внутренним диаметром 42,76 мм, толщиной стенки
2,7 мм, длиной теплообменной поверхности 1,6 м. Труба была погружена в резервуар с охлаждающей водой. Теплообмен происходил за счет естественной конвекции. Парогазовая смесь поступала в полость теплообменной трубы.
Согласно представленным данным длина начального участка составила
1,5 метров.