Интенсификация процессой управления термолабильных растворов в кожухотрубных выпарных аппаратах

Вакуум-выпарные установки концентрируют экстракционные растворы, содержащие глюкозу, мальтозу, фруктозу и другие высшие сахара при температурах выше 50°С. Согласно исследованиям проведенным за рубежом, в ИГХТУ и институте химии растворов им. Г.А. Крестова РАН при длительной обработке их водных растворов происходит клейстеризация растворов, резко повышается вязкость и налипаемость клейстеров на внутренние поверхности трубок выпарных аппаратов и теплообменников, используемых для подогрева экстракционных растворов. Так, например, вязкость крахмального пшеничного раствора на первой ступени выпарки увеличивается в 10 раз, на второй ступени выпарки вязкость увеличивается в 5 раз, и на 3 ступени ещё на 20%. Этот клейстеризованный продукт при концентрации 30% и выше, осаждается на поверхности трубок, постепенно забивая проходное сечение. Современные выпарные аппараты работают с ламинарным движением упаренного раствора.

Нами было проведено компьютерное моделирование процессов движения паровой и жидкой фаз в трубном и межтрубном пространствах выпарного аппарата. Для этого была про¬ведена формализация конструктивного устройства вакуум-выпарного аппарата: аппарат был разбит на трубное и межтрубное пространства, которые в свою очередь были поделены на ступени между перегородками, в каждой ступени были выделены элементы, обтекаемые газожидкостным потоком, и элементы, в которых протекает газожидкостной поток. Анализ расчетных данных показал, что процесс отложения клейстеризованного раствора происходит при малых значениях критерия Рейнольдса - Re (ламинарный режим), низких касательных напряжениях, малых масштабах пульсации потока; низких вязкостях раствора и низкой потенциальной мощности парового потока. При данных условиях выпарки повышенные отложения прогнозируются на 25% длинных трубок сверху и на 15^20% длинных трубок теплообменника выпарного аппарата снизу. Об этом свидетельствует низкая скорость движения упаренного раствора в пограничном слое.

Для нормальной работы всей выпарной установки, необходимо понизить вязкость экстракционного раствора до вязкости 2-ой ступени, а также добиться увеличения скорости движения концентрированного раствора в пограничном слое и снижения времени пребывания раствора в трубке. На основании исследований выполненных в Ивановском государственном химико-технологическом университете и в Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН предложено оборудование для снижения вязкости упариваемых растворов за счет воздействия на клейстеризованный раствор системы вращающийся ротор - статор. Данная система позволяет снизить значение вязкости не менее чем на порядок, что приводит к турбулизации потока экстракционного раствора и уменьшению налипания на внутренней поверхности трубок. Обработанный экстракционный раствор с пониженной вязкостью, должен обеспечить значение времени пребывания в трубке меньше времени релаксации. В данной работе в пятиходовом теплообменнике использовано низкопотенциальное тепло после сушки крахмала. Сушильный агент проходит через мокрый скруббер, увлажняется и поступает в пятиходовой теплообменник.

Цымбалов А.С., Елемесов А.Г.