TEHNOLOŠKE OPERACIJE

Predavanje 11

UPARAVANJE

Cilj uparavanja je povećanje masenog udela suve materije u tečnojsmeši.

Uparavanje (ugušćivanje) je tehnološka operacija kojom se grejanjemtečne faze (smeše) pri temperaturi ključanja deo rastvarača prevodi uparnu fazu.

Aparati u kojima se tečna smeša uparava zovu se uparivači (isparivači).

Tečna faza se uparava pri atmosferskom pritisku ili pri pritisku većem ilimanjem od atmosferskog.

Para koja nastaje uparavanjem tečne smeše (faze) naziva se supara.

Supara koja se odvodi (npr. za grejanje nekog drugog postrojenja)naziva se oduzeta para ili ekstra para.

Uparavanje može biti:

- jednostepeno (jednostruko)

- višestepeno (višestruko)

Primarna para

D, i’’p

Početni rastvor

G0, c0, T0

Finalni rastvor

Gf, cf, Tf

Kondenzat D, Tk

W

gde je:

ip - entalpija grejne pare (J/kg)

ck - specifična toplota kondenzata (J/kg·K)

tk - temperatura kondenzata (°C)

mp - maseni protok grejne pare (kg/s)

)( )( WmtciQ pkkp

Količina toplote koja prolazi kroz grejnu površinu isparivača:

Pri uparavanju smeše na podpritisku, smanjuje se temperaturaključanja smeše

Za prostiranje toplote u isparivaču potrebno je da postoji temperaturnigradijent, tj. razlika u temperaturi grejne pare i temperature ključanjasmeše

- Šećerane

- Mlekare

- Fabrike voćnih sokova

Višestepeno uparavanje

Pri višestepenom uparavanju suparom iz I isparivača, koji se grejesvežom parom, uparava se smeša u II isparivaču u kome usledsniženog pritiska smeša ključa na nižoj temperaturi nego u I.

Supara iz II isparivača može služiti za uparavanje smeše u IIIisparivaču i td.

Pritisak supare u prethodnom isparivaču treba biti veći od pritiskasupare u narednom isparivaču.

Uz zagrejanu površinu se formira tanak granični sloj tečnosti čijase temperatura naglo smanjuje sa povećanjem udaljenosti od tepovršine

Debljina toplotnog graničnog sloja zavisi od:

- toplotnog toka

- pritiska

- obliku zagrejane površine

- fizičkih karakteristika tečnosti

Nastali mehurić raste zbog isparavanja pregrejane tečnosti u njega

Kad mehurić dovoljno naraste, odvaja se od zagrejane površine ipodiže kroz tečnost

Na istom mestu se stvaraju novi mehurići, čija frekvencija stvaranjazavisi od toplotnog opterećenja zagrejane površine

Veličina mehurića u trenutku odvajanja od zagrejane površine zavisiod površinskog napona tečnosti

Tečnost isparava kad je pritisak pare u tečnosti veći od parcijalnogpritiska te pare u okolnom prostoru, a manji od ukupnog pritiskaokolnog prostora

Tečnost isparava ključanjem kada se pritisak pare u tečnosti izjednačisa pritiskom pare nad slobodnom površinom tečnosti

Para se najčešće pojavljuje u obliku mehurića

Kad mehurići pare dostignu određenu veličinu, odvajaju se od vrućepovršine i podižu

Pri lokalnom ključanju mehurići isčeznu pre nego što stignu doslobodne površine tečnosti. Razlog tome je što tečnosti nijedovedeno dovoljno toplote da u celoj svojoj zapremini postignetemperaturu ključanja

Kada se tečnost zagreje po čitavoj zapremini do temperatureključanja, mehurići dolaze do slobodne površine tečnosti. Tada seuspostavlja ključanje sa čistim isparavanjem

Rast mehurića u tečnosti koja se nalazi uz zagrejanu površinu otežanje zbog površinskog napona tečnosti

Režim I: Prelaz toplote od površine grejača na tečnost ostvaruje seslobodnom konvekcijom

Režim II: Mehurići nastaju na slobodnoj površini grejača i dižu sepojedinačno prema slobodnoj površini tečnosti

Na početku, čitava zapremina tečnosti nema temperaturu ključanja

Pojedini mehurići koji se odvajaju od slobodne površine grejača, naputu prema slobodnoj površini tečnosti nestaju

Režim III: Ključanje postaje burno, nastaju kolone mehurića koje sekreću prema slobodnoj površini tečnosti. Dolazi do intenzivnogmešanja i prelaz toplote se ostvaruje prisilnom konvekcijom

Para u mehurićima ima nižu toplotnu provodljivost od okolne tečnosti

Režim IV: Sloj mehurića se na mahove gubi i ponovno obnavlja, paga odlikuje visoka nestabilnost

U najvišoj tački B na krivi ključanja, gustina toplotnog toka dostižemaksimum

Ova tačka se naziva i kriznom tačkom ključanja, tačkompregrevanja ili odstupanja od mehurastog ključanja

Režim V: Sloj mehurića na površini grejača postaje stabilan

Režim VI: Zračenje

- Šećerane - dobijanje kristala šećera

- Mlekare - ugušćeno mleko

- Fabrike voćnih sokova - ugušćeni sok

Tipovi isparivača

Prema načinu strujanja smeše isparivači mogu biti:

- Sa slobodnim optokom

- Sa prisilnim optokom

- Tankoslojni

Prema dužini cevi grejalice isparivači mogu biti:

- Kratkocevni

- Dugocevni

- Uparavanje smrzavanjem vode

Npr. na temperaturi smrzavanja od –11°C, nakon ugušćenjamatičnog jabučnog soka sa početnim sadržajem suve materije od9,1% do krajnjeg sadržaja suve materije od 50%, iz proizvoda se uobliku ledenih kristala uklanja oko 90% vode.

- Dijaliza

Polupropusna (semipermeabilna) membrana

Ugušćivanje tečnih smeša drugim postupcima

VAŽNO !!!

Cilj uparavanja je povećanje masenog udela suve materije u tečnojsmeši.

Uparavanje (ugušćivanje) je tehnološka operacija kojom se grejanjemtečne faze (smeše) pri temperaturi ključanja deo rastvarača prevodi uparnu fazu.

Para koja nastaje uparavanjem tečne smeše (faze) naziva se supara.

Supara koja se odvodi (npr. za grejanje nekog drugog postrojenja)naziva se oduzeta para ili ekstra para.

Uparavanje može biti:

- jednostepeno (jednostruko)

- višestepeno (višestruko)

- Uparavanje smrzavanjem vode

Npr. na temperaturi smrzavanja od –11°C, nakon ugušćenjamatičnog jabučnog soka sa početnim sadržajem suve materije od9,1% do krajnjeg sadržaja suve materije od 50%, iz proizvoda se uobliku ledenih kristala uklanja oko 90% vode.

- Dijaliza

Polupropusna (semipermeabilna) membrana

Ugušćivanje tečnih smeša drugim postupcima