Теоретичне обґрунтування. Випарювання – концентрування розчинів при кипінні за рахунок перетворення в пар частини розчинника

Випарювання – концентрування розчинів при кипінні за рахунок перетворення в пар частини розчинника. Вторинна пара, що утворюється при цьому може бути використана як гарячий теплоносій в інших апаратах.

Випарні апарати призначені для підвищення концентрації речовини, що знаходиться в розчині, або часткового виділення його у твердому виді із перетвореного розчина випарюванням розчинника.

Багатокорпусні випарні установки дозволяють більш економічно використовувати теплоту, завдяки багаторазовому використанню пари і знижувати кількість випаруваної води в останньому корпусі.

Молоко згущають у випарних установках, котрі являються споживачами відпрацьованої пари і одночасно генераторами пари для технологічних потреб. В них пара більш високого потенціалу перетворюється в пару з пониженим тиском і температурою, яка потім використовується для нагрівання різних проміжних продуктів.

Випарні установки класифікують: за тиском вторинної пари в останньому корпусі (ті, що працюють при надлишковому тискові та під розрідженням) і по числу корпусів (дво-, три-, чотири-, і п’ятикорпусні). При цьому випарні установки компонують із вертикальних випарних апаратів з природною циркуляцією продукту, що мають номінальну площу поверхні теплообміну: 500, 600, 800, 1000, 1180, 1500, 1800, 2120, 2360, 3000 і 4500 м².

Вакуум-апарати працюють при тиску нижчому за атмосферний і призначені для уварювання. Форма корпуса вакуум-апарата залежить від його конструкції і буває циліндричною (з розширеною верхньою частиною), сферичною або прямокутною з напівкруглою кришкою. Гріючі камери вакуум-апаратів можуть мати різну конструкцію. Найбільше розповсюдження отримали вакуум-апарати з підвісними гріючими камерами, верхні і нижні трубні решітки яких мають різну конфігурацію (конічні, сферичні, двоскатні, та ін.). Пар надходить у між трубний простір гріючих камер, а зварюваний продукт переміщується всередині труб.

Діаметр граючої камери у більшості конструкцій вакуум-апаратів менший за діаметр корпуса апарату, таким чином, між стінками граючої камери і корпусом вакуум-апарата утворюється кільцевий простір, по якому циркулює продукт.

Сепаруючі пристрої у вакуум-апаратах, так як і у випарних апаратах, призначені для відділення від вторинної пари крапель продукту. Так я к у вакуум-апаратах продукт має більшу густину, то використовуються сепаратори тільки інерційного типу, котрі встановлюються у верхній частині корпуса апарата.

Установка „Віганд” прямотечійна двокорпусна(рис. 12.1), 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 ежектори 6, 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 гратки.

 

Рис. 12.1.Вакуум-випарний пристрій «Віганд»

1 – калоризатор; 2 – сепаратор; 3 – інжектор; 4 – конденсатор; 5 – одноступеневий ежектор; 7, 8 – відцентрові насоси; 9, 10, 11 – регенеративні підігрівачі; 12 – високотемпературний підігрівач.

 

Сепаратор (паровідділювач) працює за принципом відцентрового розділення пари і рідини. Парорідинна суміш з великою швидкістю виходить із калоризатора через трубу, з’єднану з паровідділювачем по дотичній. Рідина відкидається до стінок, ударяється у відбійник і стікає в циркуляційну трубу, яка йде до калоризатора, а також в трубу для випуску згущеного молока із ступеня. Пара рухається до центру, змінюючи декілька разів напрямок, що сприяє відділенню крапель продукту. Вторинна пара із першого корпусу надходить як нагрівальна в другий корпус, частина в підігрівач 12, а решта через інжектор 3 надходить як нагрівальна в перший корпус. Трубчасті підігрівачі служать для підігріву молока до температури випарювання за рахунок теплоти вторинної пари. Поверхневий конденсатор має 216 трубок діаметром 18 мм з товщиною стінки 1 мм і довжиною 3560 мм.

Відведення повітря, що надходить у систему, здійснюється із конденсатора 4 за допомогою двоступеневого пароежекторного блоку і пускового пароструминного ежектора 5.

При оснащенні двокорпусного вакуум-випарного пристрою інжектором приблизно на 40% зменшуються витрати робочої пари, а також витрати охолоджувальної води.

Недоліком установки є швидке забруднення підігрівача останнього ступеня пригаром, відтак для безперебійної експлуатації доцільно встановити два підігрівачі.

Вакуум-випарні апарати циркуляційного типу мають низку суттєвих недоліків:

- великий градієнт температур;

- тривалий час перебування продукту при високих температурах через рециркуляцію продукту;

- вищі, порівняно з плівковими установками, витрати енергоресурсів.

 

Рис.12.2. Випарний апарат

1 – гріюча камера; 2 – сепаратор; 3 – бризкоуловлювач; 4 – циркуляційна труба; 5 – нижня камера.

 

ВВУ «Віганд» відноситься до випарних апаратів з винесеною гріючою камерою (рис. 12.2). Розглянемо схему апарату більш детально. Випарний апарат з винесеною гріючою камерою (рис. 12.2 б) складається з гріючої камери 1, виконаної з труб, сепаратора 2 з бризкоуловлювачем 3 та циркуляційної труби 4, з’єднаної з нижньою камерою 5. Гріюча пара надходить у міжтрубний простір трубної камери і обігріває трубки, заповнені рідиною. Паро рідинна суміш, що утворюється, розділяється в сепараторі на вторинну пару і рідину, що надходить у циркуляційну трубу 4. За рахунок збільшення висоти трубок створюється значна різниця тиску парорідинного стовпа в трубках 1 і стовпа рідини в циркуляційній трубі 4, що забезпечує інтенсивну природну циркуляцію. Для покращення відділення пари і рідини парорідинна суміш вводиться з граючої камери в сепаратор тангенціально. Перевага цих випарних апаратів полягає також у тому, що гріюча камера розміщена окремо; це дає змогу легко її оглядати і здійснювати очищення внутрішньої поверхні.