Мотроненко В.В

Національний технічний університет України «КПІ»

Вибір конструкції випарного апарату для концентрування розчину лимонної кислоти

При виробництві лимонної кислоти глибиним методом одією з основних стадій виділення цільового продукту є концентрувння розчину. Даний процес проводять у два етапи між якими відбувається додаткове освітлення розчину за допомогою активованого вугілля. Складність процесу концентрування лимонної кислоти, а саме вибір конструкції випарного апарату, полягає в тому, що підчас випарювання може випадати в осад нерозинний гіпс, тому для його проведення є небажаним використання багатокорпусних випарних установок, що є суттєвим недоліком.

Порівняємо найбільш поширені конструкції випарних апаратів, щоб вибрати ту, яка максимально задовольнятиме вимоги процесу та буде економічно найбільш оправданою. Найчастіше за все для концентрування розчинів в біотехнологічній промисловості використовуються різноманітні плівкові випарні апарати (роторні, із спадаючою плівкою та з піднімаючою плівкою), випарні апарати з винесеною поверхнею нагріву та винесеною поверхнею кипіння. Розглянемо переваги та недоліки кожного з них з урахуванням особливостей процесу.

У наш час одними з найбільш ефективних випарних апаратів є апарати плівкового типу як із спадаючою, так і з піднімаючою плівкою. Основна різниця між даними апаратами полягає в тому, що в перших речовина, що концентрується рухається з гори в низ, а у другому – навпаки, знизу в гору. З конструктивної точки зору вони не відрізняються між собою. Їх основною перевагою можна вважати високий коефіцієнт теплопередачі, що пояснюється відсутність гідростатичної депресії. Також до переваг плівкових випарних апаратів відноситься простота автоматизації процесу та управління ним. Але в апаратах цього типу важко забезпечити рівномірну товщину плівки рідини, що випарюється. А в деяких випадких, вона може бути взагалі відсутньою, що підвищує можливість появу накипу на поверхні гріючих труб. Крім того, ці апарати дуже чутливі до нерівномірної подачі розчину, а чистка довгих труб малого діаметра досить ускладнена. Основним недоліком плівкових випарних апаратів, який унеможливлює їх використання при концентруванні лимонної кислоти, є непридатність для випарювання розчинів які здатні до кристалізації або утворення нерозчинного осаду.

У роторних плівкових випарних апаратах відбувається перемішування плівки, що стікає. Це суттєво підвищує інтенсивність теплообміну. Випарні апарати такого типу використовуються при концентруванні в’язких, термолабільних, та здатних до кристалізації розчинів. Також, до переваг цих апаратів можна віднести невеликий час перебування розчину в апараті та зниження піноутворення. Роторні плівкові апарати також мають високий коефіцієнт теплопередачі, але досить складні в виготовленні та економічно не вигідні при експлуатації. Також недоліками роторних випарних апаратів є складність конструкції та низька площа теплообміну (до 21 м²), ще робить неможливим їх використання для великотоннажних виробництв.

У випарних апаратах з виносною гріючою камерою можна забезпечити високу швидкість циркуляції, за рахунок того, що при проходженні по циркуляційній трубі розчин охолоджується. Вони здатні забезпечувати високий коефіцієнт теплопередачі. У таких випарних апаратах розчин в трубах не закипає, а лише нагрівається. Кипіння відбувається в сепараторі, де понижений гідростатичний тиск, що зменшує можливість утворення накипу на поверхні гріючих труб. А простота конструкції дозволяє швидко збирати й розбирати апарат та видаляти осад механічним способом. А можливість встановлювати гріючі труби довжиною до 7 м, дозволяє використовувати апарати цього типу для концентрування великих об’ємів рідини (площа поверхні теплообміну може досягати 800 м²). Основним недоліком випарних апаратів з виносною граючою камерою є великі габаритні розміри, та висока матеріалоємність конструкції, що збільшує собівартість конструкції, особливо при концентруванні лимонної кислоти, оскільки потрібно використовувати для виготовлення апарату леговану сталь.

Такими ж показниками ефективності володіють і апарати з співвісною гріючою камерою та виносною циркуляційною трубою, але в них можна зменшити рівень забруднення гріючої поверхні шляхом підвищення швидкості циркуляції та винесення зони кипіння за межі гріючої камери. У цих апаратах циркуляційна труба не нагрівається, тому розчин в ній не кипить і паро-рідинна суміш не утворюється. В наслідок цього підвищується швидкість циркуляції та зменшується можливість відкладання солей на стінках гріючих труб. Також, у порівнянні з апаратами з виносною гріючою камерою, вони мають менші габаритні розміри, що дозволяє зменшити розміри виробничого цеху та знизити собівартість апарату.

Таким чином, із сказаного вище, видно що найбільш оптимальною конструкцією випарного апарату для концентрування лимонної кислоти є апарат з співвісною гріючою камерою та виносною циркуляційною трубою. Обрана конструкція дозволяє отримати високоякісний кінцевий продукт за оптимальний проміжок часу. А простота конструкції дозволяє знизити затрати на ремонт та експлуатацію апарату, що, в свою чергу, знижує собівартість кінцевого продукту.

Література:

1. Соколов В. А., Яблокова М. А. Апаратура микробиологической промышленности / Л.: «Машиностроение. Ленинград», 1988 – 277с.

2. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / М.: «Гос. науч.-тех. издательство химической литературы», 1961 – 832с.

3. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии // Учебник для вузов в 2-ух частях. Часть I / М.: «Химия», 1995 – 400с.