Что предусматривается в выпарных аппаратах для наблюдения за уровнем раствора ответ
Что предусматривается в выпарных аппаратах для наблюдения за уровнем раствора ответ
10.3. Выпарные установки
Технические требования
10.3.1. Для подогрева раствора, поступающего в выпарную установку, до температуры, близкой к температуре кипения, необходимо устанавливать перед установкой подогреватели, обогреваемые конденсатом или соковым паром из выпарной установки.
10.3.2. Коммуникации подогревателей оборудуются запорными устройствами для отключения и обводными линиями, а также линиями для возврата подогретого раствора в промежуточный бак (для циркуляции раствора через подогреватели) в периоды, когда первый корпус не может непрерывно принимать подогретый раствор.
10.3.3. Для контроля за качеством конденсата на конденсатопроводах установок должны быть смонтированы пробоотборники.
В зависимости от качества конденсата (по химическому составу и наличию примесей) он может собираться от всех выпарных аппаратов вместе или раздельно.
10.3.4. Для обеспечения наблюдений за уровнем раствора в выпарных аппаратах предусматриваются смотровые стекла.
10.3.5. Выпарные установки оснащаются следующими контрольно-измерительными и регулирующими приборами:
автоматическими регуляторами давления пара, поступающего в первый корпус;
регистрирующим манометром на линии подачи пара в цех;
манометрами, вакуумметрами на греющих камерах и в паровом пространстве первого и последующих корпусов;
автоматическими регуляторами уровня раствора;
показывающими и сигнализирующими вакуумметрами на трубопроводах, идущих от барометрических или поверхностных конденсаторов;
приборами для измерения температуры: на входе и выходе греющей среды, на входе и выходе раствора каждого выпарного аппарата; на входе и выходе греющей и нагреваемой сред подогревателей;
на входе и выходе охлаждающей воды конденсаторов; на входе пара в конденсатор; на выходе конденсата из поверхностного конденсатора;
расходомерами-счетчиками для учета охлаждающей воды, поступающей на выпарную установку;
расходомерами-счетчиками для учета теплоносителя, поступающего на выпарную установку;
расходомером-счетчиком для учета раствора, поступающего на выпарку;
концентратомерами после каждого выпарного аппарата.
10.3.6. Схема трубопроводов выпарной установки должна исключать возможность смешения потоков греющего первичного и вторичного пара, а также потоков их конденсата.
Эксплуатация
10.3.7. Для обеспечения нормального режима работы выпарной установки необходимо:
следить за подачей греющего пара в первый корпус и не допускать падения или повышения давления его в значительных пределах (допустимы колебания в пределах 0,01 МПа (0,1 кгс/см 2 );
поддерживать предусмотренное режимной картой распределение температур и давлений по корпусам выпарной установки;
следить за непрерывностью отвода конденсата из греющих камер выпарных аппаратов, а также систематически проверять качество конденсата;
обеспечивать систематическое питание выпарных аппаратов раствором, подогретым до температуры, близкой к температуре кипения;
следить за перепуском раствора из корпуса в корпус и систематически выводить из последнего корпуса готовый продукт, поддерживая установленный уровень раствора в аппаратах и не допуская оголения греющих камер;
обеспечивать минимальные потери раствора, концентратов и теплоносителей;
поддерживать разрежение в выпарных аппаратах, работающих под разрежением, на уровне, предусмотренном режимной картой, в случаях падения вакуума немедленно выявлять причины и устранять их;
строго соблюдать предусмотренный график и порядок промывки выпарных аппаратов, а при необходимости проводить внеочередные промывки выпарных аппаратов и их очистку;
обеспечивать непрерывную и исправную работу автоматических, контрольно-измерительных и регулирующих приборов, арматуры, а также вспомогательного оборудования выпарной установки.
Выпарный аппарат
Обычно требуемым конечным продуктом является жидкий концентрат, который может перекачиваться насосом. Конструкция наших аппаратов позволяет поддерживать и сохранять качество продукта.
Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб.
Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей
Эти установки оснащаются полуавтоматической или сложной системой управления процессом. Установки могу дополняться оборудованием, которое необходимо для нагрева, охлаждения, дегазации, дистилляции, ректификации и конденсации.
Содержание
Классификация
Необходимость в паровом пространстве (сепараторе) составляет основное конструктивное отличие выпарных аппаратов от теплообменников. В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают:
Выпарные аппараты со свободной циркуляцией
В этих аппаратах неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб. В растворе возникают неупорядоченные конвекционные токи (свободная циркуляция), обусловленные свободной конвекцией. К данной группе относятся аппараты, выполненные в виде чаш или котлов, поверхность теплообмена которых образована стенками аппарата. В настоящее время такие аппараты применяются редко, главным образом при выпаривании очень вязких жидкостей.Змеевиковые выпарные аппараты аналогичны змеевиковым погружным теплообменникам. Греющий пар проходит по змеевику, а выпариваемая жидкость находится снаружи. Змеевики полностью погружены в жидкость, над уровнем которой остается объем, необходимый для сепарации вторичного пара. Эти аппараты работают неинтенсивно и в настоящее время применяются лишь для выпаривания вязких растворов при небольших масштабах производства, когда не требуется большая поверхность теплообмена. Они могут быть использованы также при применении греющего пара высокого давления и при выпаривании агрессивных жидкостей. В последнем случае змеевики изготовляются из химически стойкого материала, а внутренняя поверхность аппарата снабжается защитным покрытием. Выпарные аппараты с горизонтальными трубами (пар пропускается по трубам, жидкость — снаружи труб) могут быть изготовлены с значительными поверхностями теплообмена — до 800 м2 и более. Для компенсации удлинения труб и разборки аппарата с целью очистки крепление труб в трубных решетках делают на сальниках или применяют U-образные трубы.Основным недостатком аппаратов этого типа является трудность очистки межтрубного пространства, вследствие чего они непригодны для выпаривания кристаллизующихся растворов. Кроме того, такие аппараты имеют невысокий коэффициент теплопередачи, громоздки и требуют значительного количества металла для изготовления. В настоящее время они применяются редко и вытесняются более совершенными конструкциями.
Выпарные аппараты с естественной циркуляцией
Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой опускной (циркуляционной) трубы и обогреваемых подъемных (кипятильных) труб. Если жидкость в подъемных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения части жидкости в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, вес столба жидкости в опускной трубе больше, чем в подъемных трубах, вследствие чего происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости по пути: подъемные трубы → паровое пространство → опускная труба-→ подъемные трубы и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняется поверхность труб от образования накипи.
Для естественной циркуляции требуются два условия:
При небольшом уровне жидкости в опускной трубе парожидкостная смесь не может подняться до верха кипятильных труб; при этом не происходит циркуляции, и работа аппарата сопровождается резким снижением производительности и быстрым покрыванием труб накипью. С повышением уровня жидкости возрастает скорость циркуляции и увеличивается коэффициент теплопередачи. Однако возрастание коэффициента теплопередачи происходит лишь при повышении уровня до некоторой определенной величины (оптимальный уровень), соответствующей покрытию кипятильных труб по всей их высоте парожидкостной смесью. При дальнейшем повышении уровня коэффициент теплопередачи несколько снижается, так как вследствие возрастания давления внизу кипятильных труб жидкость начинает кипеть не в нижней их части, а немного выше.
Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и тем больше скорость циркуляции. Для достижения достаточной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть в среднем не ниже 7-10° С. Оптимальный уровень жидкости повышается с понижением разности температур и увеличением вязкости раствора и находится опытным путем. Если при выпаривании из раствора не выпадают кристаллы, оптимальный уровень обычно составляет от 1/4 до 3/4 высоты кипятильных труб.
Если при выпаривании из растворов выпадают кристаллы (так называемые кристаллизующиеся растворы), уровень жидкости поддерживают выше кипятильных труб для того, чтобы, жидкость в них перегревалась и закипала лишь при выходе из труб в паровое пространство; при отсутствии кипения в кипятильных трубах отпадает главная причина выделения накипи.
Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией
Для повышения интенсивности циркуляции и коэффициента теплопередачи в последнее время стали применять аппараты с принудительной циркуляцией. Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом 2. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепаратора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхнего обреза кипятильных труб. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается не на подъем жидкости, а лишь на преодоление гидравлических сопротивлений. Давление внизу кипятильных труб больше, чем вверху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Ввиду этого на большей части высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а перегревается по сравнению с температурой кипения, соответствующей давлению в сепараторе. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды; поэтому отношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.
Принудительную циркуляцию применяют также в аппаратах с выносным кипятильником и в аппаратах других типов.
Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубах принимают равной 1,5-3,5 м/с. Скорость циркуляции определяется производительностью циркуляционного насоса и не зависит от уровня жидкости и парообразования в кипятильных трубах. Поэтому аппараты с принудительной циркуляцией пригодны при работе с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3-5° С) и при выпаривании растворов с большой вязкостью, естественная циркуляция которых затруднительна. Достоинствами аппаратов с принудительной циркуляцией являются высокие коэффициенты теплопередачи (в 3 – 4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а также отсутствие загрязнений поверхности теплообмена при выпаривании кристаллизующихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.
Недостаток этих аппаратов – необходимость расхода энергии на работу насоса.
Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогостоящего материала (в этом случае весьма существенно сокращение поверхности теплообмена вследствие повышения коэффициентов теплопередачи), при выпаривании кристаллизующихся растворов (сокращаются простои во время очистки аппарата) и при выпаривании вязких растворов (что при естественной циркуляции требует наличия большой разности температур).
Пленочные выпарные аппараты
В пленочных аппаратах раствор движется вдоль поверхности теплообмена в виде тонкой пленки.
Пленочные аппараты с вертикальными трубами состоят из пучка кипятильных труб, обогреваемых снаружи паром и присоединенных вверху к сепаратору. Жидкость подается снизу, причем уровень ее поддерживается на 1/4 – 1/5 высоты труб. Остальная часть высоты труб заполнена парожидкостной смесью, расслаивающейся на пленку жидкости (около стенок) и пар (в центре). Трением о струю пара жидкая пленка увлекается вверх; поэтому такие аппараты часто называют аппаратами с поднимающейся пленкой. Пленочные аппараты обладают высоким коэффициентом теплопередачи. Последний, однако, достигается лишь при определенном уровне жидкости, который устанавливается опытным путем: при повышении уровня коэффициент теплопередачи снижается; при понижении уровня уменьшается содержание жидкости в парожидкостной смеси, что приводит к недостаточному смачиванию верхних концов труб и снижению активной поверхности теплообмена. Ввиду однократного прохождения жидкости через аппарат со значительной скоростью, для получения достаточно концентрированного упаренного раствора требуются длинные трубы (обычно 6 – 9 м). Недостатками вертикальных пленочных аппаратов являются трудность очистки длинных труб и сложность регулирования процесса при колебаниях давления греющего пара и начальной концентрации раствора. Кроме того, для размещения пленочных аппаратов необходимо строить производственные здания большой высоты.
Эти аппараты применяются для выпаривания пенящихся, а также чувствительных к высокой температуре растворов; при выпаривании очень вязких и кристаллизующихся растворов они малопригодны.
Выпарные установки
3.5.1. Требования настоящей главы Правил распространяются на выпарные установки периодического и непрерывного действия, работающие под давлением или разрежением.
3.5.2. Для подогрева раствора, поступающего в первый корпус, до температуры, близкой к температуре кипения, необходимо устанавливать перед корпусом подогреватели, обогреваемые конденсатом или соковым паром.
3.5.3. Коммуникации подогревателей должны иметь запорные устройства для отключения и обводные линии, а также линии для возврата подогретого раствора в промежуточный бак (для циркуляции раствора через подогреватели) в периоды, когда первый корпус не может непрерывно принимать подогретый раствор.
3.5.4. Для контроля за качеством конденсата на конденсатопроводах установок должны быть смонтированы пробоотборники.
В зависимости от качества конденсата (по химическому составу и наличию примесей) он должен собираться от всех выпарных аппаратов вместе или раздельно.
3.5.5. Для обеспечения наблюдений за уровнем раствора в выпарных аппаратах должны предусматриваться смотровые стекла.
3.5.6. Выпарные установки должны быть оснащены следующими контрольно-измерительными и регулирующими приборами:
автоматическими регуляторами давления пара, поступающего в первый корпус;
регистрирующим манометром на линии подачи пара в цех;
манометрами на греющей камере и в паровом пространстве первого корпуса;
манометрами, вакуумметрами на греющих камерах и в паровом пространстве последующих корпусов;
автоматическими регуляторами уровня раствора;
указывающими и сигнализирующими вакуумметрами на трубопроводах, идущих от барометрических или поверхностных конденсаторов;
приборами для измерения температуры на всех выпарных аппаратах, подогревателях и барометрическом или поверхностном конденсаторе;
расходомерами для учета расхода воды, поступающей в цех;
расходомером для учета раствора, поступающего на выпарку;
концентратомерами после каждого выпарного аппарата.
3.5.7. Для обеспечения нормального режима работы выпарной установки необходимо:
следить за подачей греющего пара в первый корпус и не допускать
падения или повышения давления его в значительных пределах (допустимы
колебания в пределах 0,01 МПа (0,1 кгс/см );
поддерживать предусмотренное режимной картой распределение температур и давлений по корпусам выпарной установки;
следить за непрерывностью отвода конденсата из греющих камер выпарных аппаратов, а также систематически проверять качество конденсата;
обеспечивать систематическое питание выпарных аппаратов раствором, подогретым до температуры, близкой к температуре кипения;
следить за перепуском раствора из корпуса в корпус и систематически выводить из последнего корпуса готовый продукт, поддерживая установленный уровень раствора в аппаратах и не допуская оголения греющих камер;
обеспечивать минимальные потери раствора, концентратов и теплоносителей;
поддерживать разрежение в выпарных аппаратах, работающих под разрежением, на уровне, предусмотренном режимной картой, в случаях падения вакуума немедленно выявлять причины и устранять их;
строго соблюдать предусмотренный график и порядок промывки выпарных аппаратов, а при необходимости производить внеочередные промывки выпарных аппаратов и их очистку;
обеспечивать непрерывную и исправную работу автоматических, теплоизмерительных и регулирующих приборов, арматуры, а также вспомогательного оборудования выпарной установки.
3.5.8. Схема трубопроводов выпарной установки должна исключать возможность смешения потоков греющего первичного и вторичного пара, а также потоков их конденсата.
УСТРОЙСТВО ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ
Классификация выпарных аппаратов, применяемых в пищевой промышленности, приведена на рисунке 26.4.
Далее рассмотрены некоторые наиболее распространенные, главным образом типовые, конструкции выпарных аппаратов.
Схема выпарного аппарата с внутренним размещением паровой камеры и с центральной циркуляционной трубой приведена на рисунке 26.5.
В межтрубное пространство аппарата, ограниченное цилиндрическими стенками и трубными решетками, подается греющий пар. Из межтрубного пространства снизу удаляется конденсат греющего пара, а сверху — неконденсирующиеся газы и воздух, поступившие с греющим паром. Раствор кипит внутри трубок — в трубном пространстве. Он выбрасывается вследствие тепловой конвекции в пространство над решеткой (надрешеточное), где разделяется с испарившейся из него водой и опускается по циркуляционной трубе в центральной части аппарата ко входу в кипятильные трубы. Свежий раствор подается над решеткой кипятильника; сгущенная масса удаляется снизу, вторичный пар — сверху.
Чтобы предотвратить вынос капель сгущаемого раствора вторичным паром, на выходе из выпарного аппарата устраивают сепаратор, а расстояние от поверхности жидкости до сепаратора устанавливают не менее 800 мм. Сепаратор представляет собой плохо обтекаемое тело, например конус, обращенный вершиной вверх. Менее плотный поток пара обтекает такое тело сравнительно легко, а содержащиеся в нем тяжелые капли жидкости, продолжая двигаться равномерно и прямолинейно, сталкиваются с твердыми поверхностями сепаратора и стекают вниз. На этом принципе устроены многочисленные конструкции сепараторов.
На рисунках 26.6 и 26.7, б показаны промышленные конструкции выпарных аппаратов с внутренним размещением паровой камеры и с центральной циркуляционной трубой.
Выпарной аппарат (рис. 26.6) имеет цилиндрический корпус 14, состоящий из отдельных цаг. В нижней части корпуса расположена греющая камера 13, а верхняя часть является надсосковым пространством, в котором установлен сепаратор 15. Внизу корпус аппарата закрывается сферическим днищем 10, над которым расположена подтрубная соковая камера 11. В центре греющей камеры установлена циркуляционная труба 12. Выпариваемый раствор поступает в трубки греющей камеры через патрубок 13, вследствие тепловой конвекции поднимается по трубкам вверх и опускается вниз по циркуляционной трубе 12. Часть этого сока вместе со свежим соком вновь поступает в кипятильные трубки, а часть отводится из аппарата по нижнему патрубку, расположенному в центре сферического днища. Пар поступает в греющую камеру по патрубкам 3. Конденсат отводится трубопроводом 17. Капли сока в сепараторе 15, отделенные от пара, уходящего из аппарата, отводятся по трубе в нижнюю часть циркуляционной трубы
Аппарат снабжен смотровыми стеклами 18, вакуумметрами 16 и регулятором уровня сока 5. На каркасе аппарат установлен с помощью опор 12.
Площади поверхностей нагрева аппаратов составляют 1000, 1180, 1500, 1800, 2120 и 2260 м2.
Аппарат, изображенный на рисунке 26.7, а, отличается конструкцией некоторых узлов.
Трубные решетки 6 и 9 паровой камеры плоские двухскатные с наклоном 1:20 к наружной стенке корпуса 5 аппарата. Наклон нижней трубной решетки обеспечивает полный отвод конденсата из греющей камеры, а наклон верхней решетки — быстрый сток циркулирующего сока в циркуляционные трубы.
Циркуляционные трубы 7 установлены вне корпуса аппарата, что позволяет в аппарате того же диаметра разместить большую поверхность нагрева. Аппараты с площадью поверхности нагрева 1500 и 1800 м 2 имеют по две циркуляционные трубы, а аппараты с площадью поверхности нагрева 2120 и 2360 м 2 — по четыре.
Нижнее днище аппарата изготовляют съемным и вогнутым внутрь. Это позволяет уменьшить объем сока в аппарате и, следовательно, среднее время его пребывания в аппарате. Для удобства ремонта трубопроводы к нему не присоединяют.
Сок поступает в нижнюю часть аппарата, а упаренный сок выводится из него через штуцеры 10, расположенные в нижней части циркуляционных труб.
Пар в греющую камеру подводится через несколько патрубков, распределенных по высоте камеры с двух сторон.
Тепловой расчет многокорпусной выпарной установки. Схема для составления материального баланса многокорпусной установки изображена на рисунке 26.9. На схему установки нанесены обозначения материальных потоков и построен график их изменения при переходе от корпуса к корпусу.
Уравнение материального баланса для всего вещества:
где SH, SK — массовые расходы раствора на входе в первый корпус и на выходе из последнего корпуса, кг/с; W— общий массовый расход испаренной воды, кг/с.
Уравнение материального баланса сухих веществ: где Вн, Вк —
где, концентрации сухих веществ в начале и конце процесса, %.
Масса воды, подлежащей испарению,
 |
Массовый расход выпариваемой воды и балансы по ней в kodпусах:
Из уравнения (26.24) видно, что при отборе 1 кг экстрапара из первого корпуса расход греющего пара из котельной увеличивается на 2/3 кг, а при отборе 1 кг экстрапара из второго корпуса D увеличивается только на 1/3 кг. Таким образом, экономически выгодно отбирать экстрапар из корпусов с меньшим давлением.
Для четырехкорпусной выпарной установки уравнение приобретает следующий вид:
Здесь отбор экстрапара еще более выгодный по сравнению с трехкорпусной выпарной установкой. Отбор 1 кг экстрапара из первого, второго или третьего корпусов привел бы к увеличению потребления выпарной установкой пара из котельной соответственно на 3/4, 1 /2 или 1 /4 кг.
Конечная концентрация раствора по корпусам:
Массовый расход воды, выпаренной в данном корпусе и до него:
Расход пара, греющего 1-й корпус, равен сумме пароотборов:
Производительность установки в целом:
Количество раствора, удаляемого из каждого корпуса:
Все эти соотношения графически изображены на рис. 26.9.
Тепловые балансы многокорпусной выпарной установки составлены применительно к схеме трехкорпусной установки, изображенной на рис. 26.3.
Для многокорпусных установок приведенные зависимости принципиально не изменяются.
Уравнения теплового баланса составим в соответствии с рисунком 26.10.
По методу математической индукции запишем это уравнение для ι–го корпуса:
Найдем из этого уравнения зависимость для W:
С использованием обозначений получим:
Первый член в правой части этого уравнения — количество воды, испарившейся за счет теплоты греющего пара, второй — в результате самоиспарения. Так же, как и в уравнении (26.20), тепловые потери могут учитываться коэффициентом 5, = 0,97. 0,98, на который следует домножить последнее выражение. Получается скорректированная величина
Как было сказано ранее, при отборе экстрапара из корпусов установки в целом по заводу расход острого пара уменьшается.
Основные положения
1. Выпаривание — это сгущение растворов за счет испарения из них воды. В процессе выпаривания повышается концентрация сухих веществ в сгущаемом продукте.
2. При достижении концентрации насыщения в растворе появляются кристаллы сухих веществ. Сгущаемый продукт в этой области концентраций называется утфелем. Выпаривание можно организовать в периодическом или непрерывном процессах.
3. Источником энергии при выпаривании воды из сгущаемого продукта обычно служит первичный или греющий пар. Испаряющаяся вода образует вторичный пар. Вторичный пар можно использовать для подогрева сгущаемого продукта в других корпусах выпарной установки, что уменьшает стоимость сгущения в них. Это является причиной создания многокорпусных выпарных установок, соединенных последовательно. Часть вторичного пара может отбираться для заводских нужд. Отбираемый пар называют экстрапаром.
4. Для предотвращения механического выноса из выпарной установки капель сгущаемого продукта на выходе из них устанавливают сепараторы Кроме того, предусматривается наличие незаполненного пространства над зеркалом выпариваемого раствора высотой не менее 800 мм.
5. В расчетах выпарных аппаратов используют уравнения материального и теплового баланса. Из них определяют площади поверхности нагрева выпарного аппарата, по которым с использованием каталогов аппаратов подбирают и сам аппарат.
6. В многокорпусных выпарных установках целесообразно отбирать экстрапар, при этом экономически более выгодно его отбирать не из первого, а из последующих корпусов.
7. Для повышения эффективности работы выпарного аппарата и уменьшения удельного расхода пара целесообразно подогревать раствор перед выпарным аппаратом до температуры кипения и лучше изолировать корпус аппарата, чтобы снизить тепловые потери.
8. В каждом выпарном аппарате есть оптимальный пьезометрический уровень раствора в кипятильных трубках, когда они хорошо орошаются раствором, а участок подогрева раствора сведен до минимальных размеров.
9. В выпарных аппаратах различают полную и полезную разности температур. Полной разностью температур называют разность между температурами греющего (первичного) пара и вторичного пара в конце паропровода, отводящего этот пар из аппарата. Полезную разность температур в выпарном аппарате находят как разность между полной разностью температур и суммой температурных депрессий: физико-химической, гидростатической и гидродинамической.
10. Выпаривание под вакуумом имеет преимущество перед выпариванием под атмосферным давлением, так как при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим паром и раствором. Кроме того, при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий пар с более низкими температурой
Контрольные вопросы и задания
1. Как организуют периодический процесс выпаривания, непрерывный процесс выпаривания? 2. Что такое физико-химическая депрессия? 3. Можно ли получить полностью кондиционный сгущенный продукт в однокорпусном выпарном аппарате? 4. С какой целью изготовляют более сложные по конструкции многокорпусные выпарные установки? 5. В чем заключается проектный расчет выпарной установки? Перечислите способы повышения эффективности работы выпарного аппарата
Тесты для проверки знаний
1. Для чего у центральной греющей трубки кожухотрубного выпарного аппарата увеличивают диаметр?
Ответы. 1.1. Для более полного заполнения поперечного сечения аппарата греющими трубками.
1.2. Для организации циркуляции выпариваемого раствора.
1.3. Для уменьшения гидравлического сопротивления в процессе циркуляции греющего продукта.
2. Почему выпарные аппараты работают, как правило, под вакуумом?
Ответы. 2.1. Потому что выходящий из выпарного аппарата вторичный пар конденсируют, а при этом образуется вакуум.
2.2. Вакуум специально создается для уменьшения температуры кипения сгущаемого продукта.
2.3. Потому что под вакуумом уменьшается образование отложений на внутренней поверхности греющих трубок.
3. Какие устройства из названных ниже устанавливают в полости испарения выпарного аппарата?
Ответы. 3.1. Сепараторы капель.
3.2. Успокоители пульсаций течения газа.
3.3. Побудители циркуляции движения паров.
4. Что такое температурная депрессия?
Ответы. 4.1. Увеличение температуры кипения.
4.2. Замедление реагирования процесса испарения на изменение температуры.
4.3. Замедление выпаривания при повышении температуры выше некоторого предела.
5. Для чего изготовляют многокорпусные выпарные установки, если качественный продукт можно получить и в однокорпусной?
Ответы. 5.1. Для экономии энергии.
5.2. Для увеличения производительности.
5.3. Чтобы иметь возможность отбирать продукт разной степени сгущения.
6. Чем ограничивается продолжительность непрерывной работы выпарного аппарата?
Ответы. 6.1. Отложением накипи на внутренней поверхности нагревательных трубок.
6.2. Сквозными прогарами нагревательных трубок.
6.3. Накоплением грязевых отложений в кожухотрубной полости.
7.Если выяснилось, что производительность выпарной установки снизилась из-за чрезмерной густоты продукта в последнем корпусе, какие мероприятия можно предложить для увеличения производительности?
Ответы. 7.1. Увеличить вакуум.
7.2. Повысить температуру греющего пара.
7.3. Изменить схему включения корпусов установки на обратную, т. е. исходный раствор подавать в последний корпус, а сгущенный продукт отбирать из первого.
ПАСТЕРИЗАЦИЯ И СТЕРИЛИЗАЦИЯ
Для обеспечения длительного хранения продуктов в герметичной потребительской таре необходимо осуществить пастеризацию или стерилизацию, в результате чего прекращается жизнедеятельность микроорганизмов.
Тепловая обработка продукции при температуре до 100°С называется пастеризацией и осуществляется при атмосферном давлении. Тепловая обработка при температуре свыше 100°С называется стерилизацией. Для того чтобы не было разгерметизации банок под действием развивающегося внутреннего давления, этот процесс проводится при избыточном давлении, которое создается водой, паром или паровоздушной смесью.
Температуру и продолжительность тепловой обработки устанавливают в зависимости от вида микроорганизмов и их спор, кислотности продукта, химического состава консервов, условий проникновения тепла и размера банки.
Режим стерилизации в аппаратах периодического действия условно выражается
Давление внутри банки р2 (кПа) определяется в виде
Стерилизаторы периодического действия обычно называют автоклавами. Они бывают вертикальными и горизонтальными. Широкое применение на консервных заводах в нашей стране получили вертикальные автоклавы с неподвижной корзиной. Для интенсификации процесса прогрева и обеспечения равномерного проникновения теплоты к центру банки на отдельных заводах применяют горизонтальные автоклавы с вращающимися корзинами.
|
Автоклавы Б6-КАВ-2 и Б6-КАВ-4 (табл. 14.11) предназначены для стерилизации герметически укупоренных банок с продуктом при температуре свыше 100 0 С.
Автоклав Б6-КАВ-2 (рис. 14.38) состоит из корпуса 3, крышки 4, корзин 10, штуцера 9 для подключения регулятора, арматуры для соединения с магистралями пара, воды, воздуха и для спуска конденсата.
Сварной корпус автоклава состоит из цилиндрических обечаек толщиной 6 мм и днища толщиной 8 мм. На корпусе установлены манометр 8, термометр 7 и датчики регулятора. В низу корпуса расположены паровой барботер 11 и сливной патрубок со стаканом.
Крышка имеет уравновешивающее устройство 1, облегчающее открывание и закрывание ее.
Наполненные банками корзины устанавливаются в автоклаве одна на другую, после чего крышка закрывается. Сосуд заполняется водой, а через барботер подается пар. Воздушным компрессором создается и поддерживается в системе постоянное давление. По истечении времени, необходимого для стерилизации, пар и горячая вода постепенно вытесняются из аппарата поступающей холодной водой. После охлаждения корзины с банками выгружаются из аппарата.
Инжекционный стерилизатор применяют для асептического консервирования, при котором продукт подвергается кратковременной стерилизации при высоких (до 140 °С) температурах. Затем он быстро охлаждается и фасуется в асептических условиях.
Стерилизацию проводят в пластинчатых или трубчатых теплообменниках, а также в пароконтактных стерилизаторах. В этих аппаратах продукт смешивается с инжектируемым паром высокого давления и затем его охлаждают в вакуум-камере. Преимуществами таких стерилизаторов являются отсутствие пригорания продукта, значительное сокращение продолжительности нагрева по сравнению с пластинчатыми теплообменниками. Охлаждение продукта в вакуум-камере происходит почти мгновенно.
|
Принципиальная схема инжекционного стерилизатора показана на рис. 14.39. Продукт насосом 1 нагнетается в инжекционную головку 2, в которой он смешивается с острым паром, проходящим через отверстие 3. Благодаря интенсивному перемешиванию мешалкой, установленной на валу 4, продукт равномерно нагревается до температуры, соответствующей давлению пара. При этой температуре продукт находится в трубке 5 необходимое для стерилизации время.
Рис. 14.39. Принципиальная схема
После вторичного перемешивания мешалкой 6 продукт поступает в вакуум-камеру 9 через обратный клапан 7. За счет резкого сброса давления происходит самоиспарение воды из продукта и охлаждение его до 35. 37 °С. Образовавшиеся в вакуум-камере 9 вторичные пары по трубе 8 направляются в конденсатор, соединенный с вакуум-насосом.
Продукт по барометрической трубке 10 перемещается к продуктовому насосу 11 и нагнетается им в наполнитель или асептическую емкость.
Температура стерилизации регулируется давлением и количеством острого пара, подаваемого в инжекционную головку.
Пастеризаторы. Для пастеризации отдельных видов консервов используют ленточные или конвейерные аппараты, у которых транспортирующий механизм перемещает продукцию в банках или бутылках через тоннель, разделенный на три зоны: подогрева, пастеризации и охлаждения.
Пастеризация жидких продуктов (соков, пюре и т. п.) может осуществляться в специальных проточных пластинчатых или трубчатых установках, в которых продукт последовательно прокачивается через три секции: подогрева, пастеризации или стерилизации и охлаждения.
Установка непрерывного действия А2-КПО предназначена для пастеризации и охлаждения с тепловым эксгаустированием томатного сока в трехлитровых банках в непрерывном потоке.
Установка (рис. 14.40) состоит из наполнителя 1 для трехлитровых банок, эксгаустера 2 (АГ-КПО/3), закаточной машины 3, подающего конвейера 4 (А2-КПО/2), пастеризатора-охладителя 5 (А2-КПО/1), выгрузочного конвейера 6.
Эксгаустер 2 предназначен для теплового эксгаустирования (прогрев паровоздушной смеси в незаполненном пространстве банки) сока с целью снижения давления в банке и ликвидации брака от срывания крышек. Он представляет собой камеру нагрева с пластинчатым конвейером, с каждой стороны которого находится по шесть ламп инфракрасного излучения типа КГ 220-1000-6У4. Подающий конвейер передает банки с соком от закаточной машины на транспортерную сетку пастеризатора-охладителя. Над конвейером имеется толкатель, который перемещает ряд из 10 банок на транспортную ленту.
В камере пастеризации банки обдуваются снизу горячим воздухом.
Камера комбинированного охлаждения состоит из двух участков: охлаждение банок воздухом и охлаждение банок водой (душирование) при температуре 20……25 °С. Охлажденные банки переходят на выгрузочный транспортер, которым направляются на дальнейшую обработку.
Деаэратор-пастеризатор ДПУ предназначен для деаэрации фруктовых и ягодных соков путем глубокого вакуумирования в тонкой пленке с последующей пастеризацией и охлаждением.
КОНДЕНСАЦИЯ
Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое или кристаллическое. Применяют конденсацию для создания разрежения в выпарных аппаратах, для использования теплоты конденсации в теплообменниках с паровым обогревом, для разделения систем, состоящих из компонентов с различными температурами сжижения, для создания вакуума путем конденсации паров, для утилизации теплоты испарения и др. Конденсация осуществляется в поверхностных или контактных (смесительных) конденсаторах.
Поверхностные конденсаторы применяют для получения чистых конденсатов без примеси охлаждающего агента (конденсат хладагента, спиртовые пары и др.). Обычно такими конденсаторами являются трубные аппараты: кожухотрубные, элементные, оросительные.
Элементные конденсаторы представляют собой одноходовые кожухотрубные аппараты (элементы), соединенные последовательно в батареи. Их обычно применяют для конденсации аммиака в холодильных установках при высоких давлениях. В таких аппаратах конденсирующийся компонент проходит через кожухи, соединенные между собой последовательно. По трубам, расположенным внутри кожухов (по 5. 7 труб в каждом), проходит охлаждающая вода.
В оросительных конденсаторах сжижаемый компонент проходит по батарее труб, расположенных одна над другой, орошаемых водой и (или) обдуваемых воздухом. Их устраивают либо на открытом воздухе, либо закрывают кожухом со сборником охлаждающей воды и системой ее оборота в процессе.
В контактных конденсаторах пары конденсируются при смешивании с холодной водой