Книжки по товарознавству

Вакуум-випарні апарати

Єресько. Технологічне обладнання молочних виробництв

Для згущення молока, перегону і сироватки використовують вакуум-випарні апарати. Продукт згущається внаслідок неперервного відведення пари від киплячого продукту. По фізичній суті це масообмінний процес, що відбувається при підведенні теплоти.
Всі випарні апарати, які використовують в молочній промисловості, працюють під вакуумом, що дозволяє знизити температуру кипіння і таким чином запобігти фізико-хімічним змінам, що можуть відбутися в молоці (карамелізація, пригар тощо), і втратам вітамінів.
Конструктивно вакуум-випарні апарати мають типові елементи: підігрівач-теплообмінник для попереднього підігріву продукту; калоризатор трубчастий або пластинчастий теплообмінник, в якому проходить кипіння продукту і випаровування води; сепаратор — для розділення пари і крапель продукту, інжектор, конденсатор, вакуумний насос — для відсмоктування вторинної пари та несконденсованих газів і створення вакууму, система насосів для відведення згущеного продукту і конденсату. Калоризатор і сепаратор складають так звану ступінь, або корпус установки.
Вакуум-випарні установки класифікують за способом дії — установки неперервної і періодичної дії, за кількістю корпусів розрізняють однокорпусні і багатокорпусні, за конструктивним виконанням нагрівальних поверхонь — установки з трубчастими і пластинчастими калоризаторами; в залежності від нагрівального агента — установки з паровим, аміачним і фреоновим обігрівом; від умов кипіння продукту — циркуляційні і плівкові.
Найчастіше в якості нагрівального агента використовується водяна пара. Пара, що поступає в установку при високому тиску безпосередньо з парогенератора або розподільного вузла заводу, називається гострою, пара, що відводиться від киплячого продукту — вторинною або соковою, пара, що поступає в калоризатор, називається нагрівальною.
Продуктивність вакуум-випарних установок, як правило, подають в кількості випареної вологи за одиницю часу, тому ряд інших показників приводиться також на 1 кг випареної вологи.
Параметрами, що характеризують роботу вакуум-випарної установки, і за якими можна оцінювати переваги конструкції і ефективність використання можуть бути:
♦ ан — коефіцієнт випаровування — відношення кількості теплоти, що віддає 1 кг нагрівальної пари, до кількості теплоти затраченої на утворення 1 кг вторинної пари


де rг — питома теплота пароутворення нагрівальної пари, кДж/кг;
rв — питома теплота пароутворення вторинної пари, кДж/кг.
♦ I — інтенсивність процесу випаровування — це кількість води, що випаровується з 1 м2 поверхні нагріву за 1 год.


де W — кількість випареної вологи, кг;
F — площа поверхні нагріву, м2.
ß— коефіцієнт самовипаровування — це кількість вторинної пари, утвореної з 1 кг продукту, в результаті різниці між температурою, з котрою продукт надходить в апарат, і температурою кипіння продукту


де с12 — відповідно питома теплоємність продукту на вході і виході з установки, кДжДкг.К);
t1,t2 — початкова і кінцева температура продукту, °С; h2 — ентальпія вторинної пари, кДж/кг; dг — витрати гострої пари на 1 кг випареної вологи


де Dг — витрата гострої пари кг/год.
с — питомі витрати води в конденсаторі на конденсацію вторинної пари,


де mв — маса води, що надходить в конденсатор за одиницю часу, кг/год.
q — теплове навантаження вакуум-апарата — це кількість теплоти, що підводиться на 1 м2 площі за одиницю часу.


Q — кількість теплоти, що підводиться з нагрівальною парою за одиницю часу, Дж/год.
З точки зору енергозбереження пристрою основним показником є витрати гострої пари на 1 кг випареної вологи.
В практиці конструювання вакуум-випарних пристроїв намітились наступні шляхи його покращання:
— збільшення корпусів вакуум-випарної установки, що дозволяє використовувати вторинну пару як нагрівальну в наступних корпусах;
— використання термокомпресії і механічної компресії вторинної пари для підвищення її енергетичного потенціалу і можливість її повторного використання;
— використання вторинної пари і конденсату для нагріву продукту, який надходить в установку.
Вибір того чи іншого шляху пов'язаний з технічними і технологічними умовами виробництва, але в цілому розвиток вакуум-випарних установок йде напрямком збільшення корпусів з одночасною компресією вторинної пари, а також іншими можливими способами використання її потенціалу.
При однаковій продуктивності в двокорпусних установках собівартість випаровування вологи порівняно з однокорпусними знижується більше, ніж в два рази, а в трикорпусних порівняно з двокорпусними — в 1,36 рази.
Отже, 1 кг пари, що подається на перший ступінь пристрою, випаровує 1 кг води на першій стадії, далі цей 1 кг направляється як нагрівальна пара на другий ступінь, випаровуючи ще 1 кг води. Таким чином, 1 кг гострої пари випаровує 2 кг води зі згущеного продукту. Питома витрата пари дорівнює 0,5 кг/кг.
Загальна тенденція до збільшення корпусів обмежується доцільним температурним перепадом. При випаровуванні молока найвища технологічно допустима температура кипіння 70 °С на першому ступені, а найнижча температура, яку можна досягнути — 40 °С. Тобто перепад температур становить ЗО °С. При розподіленні його по корпусах він буде незначний, що веде до збільшення площі поверхні нагріву, а відповідно до подорожчання пристрою.
Використання механічної і термокомпресії вторинної пари дозволяє підняти її енергетичний потенціал (тиск, температуру) на більш високий рівень і використати її як нагрівальну. З цією метою використовують теплові насоси (інжектори), компресори, вентилятори високого тиску.
При використанні інжекторів співвідношення кількості вторинної і гострої пари визначається фізичними законами, виходячи з термодинамічних параметрів (тиску і температури) гострої, вторинної і нагрівальної пари.
Наприклад, при тиску гострої пари 1 МПа, температурі вторинної пари 70 °С і температурі нагрівальної пари (на виході з термокомпресора) 80 °С, співвідношення гостра пара — вторинна пара дорівнює 2, тобто 1 кг нагрівальної пари при тиску 1 МПа засмоктує 2 кг вторинної пари температурою 70 °С і вивантажує 3 кг гріючої пари при температурі 80 °С.
При встановленні термокомпресора після першого корпусу трикорпусної установки витрати гострої пари на 1 кг випареної вологи становлять 0,2 кг.
Зменшити витрати теплоти на процес випаровування можна також, використовуючи теплоту конденсату, що відводиться з калоризаторів вакуум-випарної установки, для підігріву продукту, що надходить на випаровування, а також між корпусами до температури, більшої, ніж температура випаровування і одержати деяку кількість випареної вологи за рахунок самовипаровування.
Циркуляційні вакуум-випарні пристрої
В циркуляційних вакуум-випарних установках рух продукту здійснюється в напрямку природного зменшення густини. В трубчастий колоризатор продукт надходить знизу і на виході з трубної ґратки внаслідок нагрівання утворюється паро-рідинна суміш, густина якої значно менша густини продукту, що надходить, внаслідок чого продукт отримує рух знизу догори. Утворена пара і краплі продукту надходять в сепаратор, що знаходиться вище колоризатора. В сепараторі відбувається розділення пари і крапель продукту.
Однокорпусна вакуум-випарна установка циркуляційного типу. Однокорпусна вакуум-випарна установка з барометричним конденсатором служить для згущення сироватки на невеликих сироробних заводах (рис. 171).
Освітлена сироватка при температурі 55 °С надходить в трубчастий калоризатор 9. В міжтрубний простір з інжектора 11 надходить нагрівальна пара температурою 75 °С. Вторинна пара разом із частинами продукту потрапляє в сепаратор 6, в якому згущений продукт відділяється від вторинних парів. Крапельки продукту стікають вниз сепаратора і оборотною трубою повертаються в калоризатор. Вторинна пара із сепаратора прямує частково в барометричний конденсатор 3, а частково в інжектор. В барометричному конденсаторі пара конденсується.
Повітря і несконденсовані гази надходять в уловлювач 2, де від них відділяються частинки води. Повітря і гази неперервно відсмоктує сухоповітряний насос 1.
Конденсат з міжтрубного простору калоризатора відводиться через конденсатовідвідник 13.
Установка працює наступним чином. Після герметизації за допомогою інжектора і сухоповітряного насоса в установці створюється вакуум. Потому в пристрій подають продукт, а в міжтрубний простір калоризатора нагрівальну пару.


Рис. 171. Схема вакуум-випарного пристрою з барометричним конденсатором: 1 — насос; 2 — уловлювач; 3 — барометричний конденсатор; 4 — бак; 5 — естакада; 6 — сепаратор; 7 — пульт керування; 8 — пробовідбірник; 9 — трубчастий калоризатор; 10 — повітряний кран; 11 — інжектор; 12 — запобіжний клапан; 13 — відвідник конденсату.
Внаслідок кипіння продукту виділяється вторинна пара, що конденсується в конденсаторі. При конденсації пари її питомий об'єм зменшується в 500 і більше разів, і таким чином в установці підтримується вакуум.
Установка «Віганд» (рис. 172) прямотечійна двокорпусна, циркуляційного типу використовується для згущення незбираного молока, перегону і сироватки. До складу установки входять два калоризатори 1, два сепаратори 2, інжектор 3, пароежекторний блок, який має одноступеневий 5 і двоступеневі 6 ежектори, відцентрові насоси 7, 8, регенеративні підігрівачі 9, 10, 11 і високотемпературний підігрівач 12. Нагрівальні камери (калоризатори) випарних апаратів діаметром 1200 мм і загальною висотою 2520 мм мають 419 нагрівальних трубок діаметром 38 мм і товщиною стінки 1,5 мм, увальцьованих в трубні ґратки. Сепаратор (паровідділювач) працює за принципом відцентрового розділення пари і рідини. Парорідинна суміш з великою швидкістю виходить із калоризатора через трубу, з'єднану з паровід-ділювачем по дотичній.

Ви бачите тільки 34% питання.

Текст смс:
kkdtk2
на номер
4345

Щоб отримати доступ до матеріалів сайту надішліть смс з текстом kkdtk2 на номер 4345. Після цього введіть номер мобільного, з якого ви надіслали смс. Вартість смс — 3 грн.