Оборудование для выпаривания
Это оборудование предназначено для концентрирования (выпаривания) молока и молочных продуктов путем испарения части воды. Выпаривание может осуществляться в одном вакуум- аппарате (однокорпусная установка) либо в нескольких последовательно соединенных аппаратах (многокорпусная установка) под избыточным давлением и вакуумом. В состав вакуум-выпар — ной установки входят вакуум-аппараты, конденсаторы, вакуум — насосы, пароструйные аппараты, а также соединительные трубопроводы, коммуникации, вспомогательные устройства (ловушки, брызгоуловители, пробоотборники и конденсатоотводчики), контрольно-измерительные и регулирующие приборы.
Ваку. м-аппарат состоит из калоризатора (греющей камеры) и сепаратора (пароотделителя). Греющая камера может находиться на одном уровне с сепаратором, быть выше или ниже его. Вакуум-аппараты по расположению греющей поверхности разделяют на вертикальные, горизонтальные и наклонные. По форме поверхности нагрева они бывают с трубчатой, змеевиковой или подвесной камерой из кольцевых элементов и в виде пластинчатого теплообменника. В зависимости от расположения поверхность нагрева может быть внутренней (встроенной) и выносной.
По кратности циркуляции вакуум-аппараты бывают прямоточные (продукт проходит через поверхность нагрева однократно) и с многократной циркуляцией (продукт циркулирует много раз). По режиму циркуляции их разделяют на аппараты с принудительной циркуляцией (от насоса); с организованной естественной циркуляцией, характеризующейся наличием циркуляционного контура; с неорганизованной естественной циркуляцией, т. е. продукт в аппарате перемешивается; пленочные. Вакуум-аппараты обогреваются преимущественно водяным паром.
В молочной отрасли применяют вакуум-аппараты, в которых греющая поверхность выполнена в виде трубчатых, пластинчатых и пленочных теплообменников. В пленочных аппаратах продукт стекает по греющей поверхности в виде тонкой пленки. Продолжительность сгущения молока в таких аппаратах 2— 3 мин. Качество продукта в результате повышается, уменьшается расход воды и греющего пара, исключается возможность ценообразования и потерь продукта.
Пленочные вакуум-аппараты бывают с восходящей пленкой, с падающей пленкой и роторные. Достоинство пленочных аппаратов — кратковременный контакт продукта с поверхностью нагрева, однократный расход его через нагревательную камеру, высокий коэффициент теплопередачи. К недостаткам следует отнести значительную высоту трубок (до 7—8 м), а у роторных — сложность конструкции и высокую стоимость.
Пленочный аппарат с восходящей пленкой (рис. 8.4, а) состоит из греющей камеры, сепаратора с отбойником и брызгоотде — лителем, нижней камеры. Конструкция греющей камеры представляет собой пучок труб (длиной 5—8 м), концы которых развальцованы в трубных решетках.
Раствор через штуцер 9, установленный в нижней камере, поступает в трубы греющей камеры, где на высоте примерно 1/4 — 1/5 общей длины трубы вскипает. Образовавшийся в этой зоне вторичный пар, поднимаясь вверх, постепенно занимает все центральное пространство и с большой скоростью увлекает за собой раствор в виде тонкой пленки по периметру трубы за счет поверхностного трения. При движении вверх по трубам влага выпаривается. Образовавшаяся парожидкостная смесь ударяется о поверхность горизонтально расположенного вогнутого диска, снабженного изогнутыми лопатками, получает вращательное движение и отбрасывается к периферии. Вторичный пар, пройдя брызгоотделитель, выводится из аппарата через штуцер 3. Упаренный продукт отводится из нижнего пространства сепаратора через штуцер 7. Таким образом, выпаривание протекает в тонком слое при однократном прохождении раствора через трубы греющей камеры обычно за 60—90 с.
Рис. 8.4. Пленочные вакуум-аппараты: |
Л л_____ |
4 |
А———— |
] |
\ |
/ |
Нагревательная камера аппарата с выносным кипятильником и стекающей пленкой (рис. 8.4, б) конструктивно аналогична, но а — с соосной нагревательной камерой: /—нижняя камера; 2, 3, 7, 9 — штуцера; 4 — брызго — уловитель; 5 —сепаратор; б— отбойник; 8— греющая камера; б— с выносным кипятильником и стекающей пленкой: I, 4—7, 9— штуцера; 2— сепаратор; 3 — брызгоуловитель; 8— камера; в —роторный: 1, 2, 8— штуцера; 3— подвижные лопасти; 4— вертикальный вал; 5—двигатель; б— клиноременная передача; 7— сепаратор; 9— корпус; 10— нагревательная рубашка
Расположена над сепаратором. Исходный продукт через штуцер 7 подается насосом сверху в трубы нагревательной камеры и стекает вниз, образуя на поверхности трубок тонкую пленку. Из нижнего сечения нагревательной камеры парожидкостная смесь поступает в сепаратор, расположенный внизу. В нем поток разделяется на вторичный пар, который через брызгоотделитель выводится через верхний штуцер 4, и упаренный продукт, уходящий из аппарата через нижний штуцер 1. Греющий пар поступает в межтрубное пространство через штуцер 6. Конденсат греющего пара вытекает через штуцер 9. Аппарат предназначен для непрерывной работы.
Роторные аппараты (рис. 8.4, в) изготовляют двух типов: РП — имеющий ротор с подвижными лопатками, РИ — имеющий ротор с жестким креплением лопаток. Аппарат состоит из вертикального цилиндрического корпуса, снабженного секционной нагревательной рубашкой для теплоносителя (вода, пар), и соосно расположенного сепаратора. Внутри корпуса размещен ротор в виде вертикального вала с насаженными на него лопастями. Ротор приводится во вращение электродвигателем через клиноременную передачу и имеет окружную скорость на конце лопасти 3 м/с.
Исходный продукт подается дозировочным насосом в верхнюю часть аппарата через штуцер 8, откуда в виде тонкой пленки стекает по внутренней стенке цилиндрического корпуса. При стекании продукт захватывается лопатками ротора и приводится в движение. Образуется пленка, отбрасываемая центробежной силой к внутренней поверхности аппарата. Шарнирные лопасти при вращении ротора прижимаются к поверхности нагрева и тем самым регулируют толщину стекающей пленки. Длительность контакта продукта с поверхностью нагрева обычно 5—25 с. Упаренный продукт снимается лопастями и сбрасывается на дно аппарата. Продукт удаляется через штуцер 1 и секторный затвор.
Аппарат предназначен для непрерывной работы. Номинальная поверхность нагрева 0,05—20 м2.
Оптимальное число вакуум-аппаратов (корпусов) в вакуум — выпарной установке определяют, исходя из технико-экономического обоснования и технологических требований. В молочной отрасли применяют вакуум-выпарные установки, имеющие не более 2—3 корпусов. В качестве примера рассмотрим устройство двух — и трехкорпусной установок.
Установка непрерывного действия пленочного типа с нисходящей пленкой А2-ОВВ-4 состоит из двух вакуум-аппаратов с комплектом подогревателей, пастеризатора, выдерживателя, конденсатора и вспомогательного оборудования, соединенных между собой продуктовыми, конденсатными, паровыми трубопроводами и трубопроводами мойки (рис. 8.5). В целях экономии греющего пара вакуум-аппараты включены последовательно. Кроме того, на первом корпусе установки и пастеризаторе используется инжектируемый вторичный пар первого корпуса, проходящий через паровую камеру второго корпуса. Оборудование и аппараты компонуют в установке по ходу технологического процесса.
Так, для приема и подачи продукта, а также моющих растворов в технологическую коммуникацию и автоматической подачи воды (конденсата) при отсутствии продукта предназначена емкость исходного продукта. Она представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с днищем, имеющим уклон в сторону слива, и оборудована датчиками уровня и сливным клапаном с поплавковым приводом. Для подогрева исходного продукта до
Температуры выпаривания служат подогреватели — вертикальные восьмиходовые кожухотрубные теплообменники.
Вакуум-аппараты — это теплообменники, состоящие из верхней продуктовой камеры с распределительным устройством для организации пленки жидкости, паровой камеры с вертикальными кипятильными трубами и нижней продуктовой камеры, соединенной с выносным центробежным сепаратором. В конструкции сепаратора заложен принцип выпаривания жидкости, гравитационно стекающей в виде пленки по внутренней поверхности вертикальных кипятильных трубок. Пастеризатор представляет собой восьмиходовой кожухотрубный теплообменник с поверхностью нагрева 3 м2. Выдерживатель состоит из корпуса в виде трубы диаметром 180 мм и двух крышек. Конденсатор — вертикально-трубчатый шестиходовой поверхностный теплообменник с поверхностью теплообмена 24 м2. Установка инжекторов состоит из инжектора первого корпуса, инжектора пастеризатора, паро — и трубопроводов. На вакуум-выпарной установке в качестве пароструйного инжектора первого корпуса применен односопловый инжектор с цилиндрической камерой смешивания.
Для удаления неконденсирующихся газов из конденсатора и создания разрежения в установке в пусковой период служит пароструйный двухступенчатый вакуум-насос с поверхностным че — тырехходовым конденсатором (поверхность охлаждения 0,9 м2).
Подготовленное сырье через расходомер поступает в емкость исходного продукта, где с помощью поплавкового устройства поддерживается постоянный уровень. Насосом 1Н продукт подается в подогреватель / и проходит последовательно все подогреватели и пастеризатор V. Для улучшения эффекта пастеризации предусмотрен выдерживатель Вд, из которого продукт поступает в верхнюю часть греющей камеры, где формируется пленка, стекающая вниз по кипятильным трубкам. Отделение жидкости от пара происходит в центробежном сепараторе 1с. Жидкость собирается с днища сепаратора и нижней части греющей камеры и насосом 2Н передается в греющую камеру 2, где упариваемый продукт проделывает аналогичный путь.
Подогрев молока в греющей камере второго корпуса осуществляется вторичным паром, отобранным из сепаратора. Пар, от-
Рис. 8.5. Технологическая схема установки А2-ОВВ-4:
Пс — свежий пар; Пв — вторичный пар; Яг—греющий пар; М — молоко; В — питьевая вода; Вт — техническая вода; К— конденсат; Г— неконденсирующиеся газы; Мр — моюшие растворы; Вп — паровой вентиль; Вв — водяной вентиль; Кр — регулирующий кран; Кп — пробковый кран; Ко — обратный клапан; Ка — автоматический клапан; Ш — дроссельная шайба; Ф — моющая форсунка; 3 — греющие камеры; 1с—Зс— сепараторы; I—IV— подогреватели; V— пастеризатор; 4, 5 — конденсаторы; 6, 7— инжекторы; БИЛ — бак исходного продукта; Вд — выдерживатель; CK— сборник конденсата; Бп — промежуточный бак; КСП— коллектор свежего пара; 1Н—5Н— центробежные насосы
работавший в паровой камере второго корпуса, отбирается с помощью инжектора 6, смешивается с острым паром и подается в паровую камеру первого корпуса. Пар первой камеры второго корпуса в установке А2-ОВВ-4 поступает в конденсатор для обогрева кипятильных трубок третьего корпуса, а в установке А2- ОВВ-2 поступает в конденсатор, и за счет конденсации создается разрежение, необходимое для проведения выдерживания при более низкой температуре.
Непрерывный 5610x4860x6500 6820x4860x6460 9480 11900 |
Неконденсирующиеся газы, проходящие в установку с упариваемым молоком, а также проникающие в вакуумированный объем через неплотности в соединениях, удаляются с помощью двухступенчатого пароструйного компрессора. Технические характеристики вакуум-выпарных установок приведены в табл. 8.1.
Показатель |
А2-ОВВ-2 |
А2-ОВВ-4 |
Производительность, кг/ч: |
||
По испаренной влаге |
2045 |
4025 |
По исходному продукту при работе: |
2650 |
5300 |
На цельном молоке |
||
На обезжиренном молоке |
2480 |
5150 |
На молочной сыворотке |
2280 |
4900 |
Давление рабочего пара, МПа (кг/см2) |
0,8(8) |
0,8(8) |
Температура воды, "С: |
28 |
28 |
На входе в конденсатор |
||
На выходе из конденсатора |
38 |
38 |
Температура, ‘С: |
85-88 |
85-88 |
Пастеризации |
||
Кипения при выпаривании цельного и |
||
Обезжиренного молока в корпусах: |
||
Первом |
63-68 |
70-74 |
Втором |
46-50 |
60-64 |
Третьем |
— |
45-48 |
Кипения при выпаривании сыворотки в |
||
Корпусах: |
65-70 |
|
Первом |
71-78 |
|
Втором |
44-50 |
61-68 |
Третьем |
— |
48-53 |
Площадь поверхности теплообмена, м2: |
55 |
140 |
Вакуум-выпарных установок |
||
Конденсаторов |
24 |
32 |
Расход: |
||
Пара, кг/ч воды, м3/ч |
620 |
1140 |
28,8 |
36 |
Потребление электроэнергии (без учета пода |
11,6 |
12 |
Чи воды на градирню), кВт • ч |
||
Массовая доля сухих веществ в готовом |
||
(сгущенном) продукте, %, при работе: |
43-52 |
43-52 |
На цельном молоке |
8.1. Технические характеристики вакуум-выпарных установок |
На обезжиренном молоке на молочной сыворотке Режим работы Габаритные размеры, мм Масса, кг |
40-46 38-40 |
40-46 38-40 |
Описанные вакуум-выпарные установки применяют на крупных молочных заводах. Для сгущения молока в условиях предприятий малой мощности используются вакуум-выпарные установки производительностью до 50—100 кг испаренной влаги в час.