Вакуум-выпарной аппарат

Вакуум-выпарной аппарат

Разрабатываем и производим вакуум-выпарные аппараты, рабочим объемом от 50 до 10 000 литров из нержавеющих сталей AISI 304; AISI 316; AISI 321.

Вакуум-выпарные установки предназначены для варки, уваривания, выпаривания и концентрирования продукта. Установка подходит для выпаривания и концентрирования жидкости и рециркуляции органического растворителя в фармацевтической, пищевой и химической промышленности, а также для низкотемпературной концентрации молока, сока, глюкозы, крахмала и т.д.

При концентрировании продуктов путем выпаривания повышается пищевая ценность продуктов, создаются условия для длительного хранения, облегчается их перевозка.

Выпаривание, концентрирование — это удаление определенного количества влаги из продукта. Процесс выпаривания влаги происходит принудительно при температурном воздействии за счет перемешивания и разрежения внутри аппарата, посредством создания вакуума вакуумным насосом.

Вакуум-выпарные аппараты входят в состав линий по производству джемов, конфитюров, варенья, детского питания, для концентрации соков, овощные и фруктовые пюре, приготовление томатной пасты, применяется в производстве сухого, сгущенного молока, молочных смесей, а также для уваривания масс в различных отраслях промышленности.

В зависимости от технологии, температуру кипения в вакуум аппарате можно понижать от 93 до 60 o С., что способствует большему сохранению питательных веществ, красящих пигментов сырья по сравнению с выпариванием при атмосферном давлении. При уваривании в разряженном пространстве процесс выпаривания одного и того же количества влаги протекает быстрее, чем при атмосферном давлении.

Устройство

Аппарат представляет собой герметичную трехслойную цилиндрическую емкость из пищевой высококачественной нержавеющей стали, которая оснащена перемешивающим устройством с приводом и тепловой рубашкой с теплоносителем. При помощи вакуум-насоса достигается разряжение в аппарате.

Тепловая рубашка может быть выполнена как с электроподогревом теплоносителя (вода, глицерин), так и для обогрева паром. Для удобства контроля за процессом емкость оборудована двумя смотровыми окнами, один из них с подсветкой. Для удобства обслуживания и загрузки сырья, возможно монтирование герметичного люка.

Технические характеристики вакуум-выпарного аппарата:

Оборудование Вакуум-выпарной аппарат можно купить как в стандартном варианте, так и согласно индивидуальным требованиям Заказчика.

Организация изготовитель, оставляет за собой право, вносить технические изменения в оборудование и изменять габаритные размеры оборудования.

Вакуумно — выпарная установка.

Вакуумно — выпарная установка представляет собой герметичную цилиндрическую емкость из нержавеющей пищевой стали, оснащенную перемешивающим устройством с приводом, тепловой рубашкой с теплоносителем. Разряжение в вакуум выпарной установке создается при помощи вакуум-насоса. На пульте управления находятся пускатели перемешивающего устройства, вакуум-насоса, терморегулятор с индикацией значения температуры продукта, пускатели ТЭНов (при электроподогреве). Разряжение в вакуум выпарной установке контролируется при помощи вакуометра. Предусмотрена возможность регулирования давления в аппарате.

Принцип действия вакуумно-выпарных установок базируется на физических закономерностях, связанных с различием температур кипения разных растворов. Вода, достигнув температуры кипения, испаряется, освобождаясь таким образом, от растворенных и нерастворенных примесей. Пар поднимается вверх, а растворенные химические вещества, достигая предела растворимости, выпадают в осадок и могут быть концентрированы и затем удалены. Образовавшийся пар охлаждается, конденсируется и превращается снова в воду. Эта вода является высокоочищенной и может быть вновь использована.

Тепловая рубашка может быть выполнена как с электроподогревом теплоносителя (вода, глицерин), так и для обогрева паром. Для удобства контроля за процессом вакуумно — выпарная установка может быть укомплектована смотровым люком в цилиндрическом корпусе выше тепловой рубашки. Для загрузки сырья и для удобства обслуживания возможно вмонтирование герметичного люка, либо на боковой поверхности выше тепловой рубашки, либо на крышке, крепящейся на барашках.

Процесс происходит при температурном воздействии на продукт, перемешивании и разрежении. При концентрировании продуктов путем выпаривания повышается пищевая ценность продуктов, создаются условия для длительного хранения, облегчается их перевозка. Вакуум-выпарная установка предназначена для варки или выпаривания масс при давлении ниже атмосферного.

Особенностью вакуумных выпарных установок является то, что oни функционируют с использованием вакуума (в отличии от традиционных систем, работающих с применением высоких температур). Это позволяет достигать процесса кипения уже при 20-35 градусах (a не при 100 градусах, как это происходит в условиях нормального атмосферного давления). Как следствие этого, происходит резкое снижение энергозатрат (более 75 %): чтобы выпарить 1 литр воды при нормальном атмосферном давлении требуется — 600Вт, чтобы выпарить 1 литр воды с помощью вакуум-выпарной установки с тепловым насосом требуется 160Вт, и 90Вт в случае установки с высокой степенью энергосбережения.

Преимущества вакуумно-выпарной установки:

— сохранение большего количества питательных веществ и красящих пигментов

— намного быстрее происходит процесс выпаривания

— экономичный расход пара

Вакуумно — выпарная установка по желанию заказчика может быть изготовлен с конической, сферической или плоской верхней частью (крышкой), крепящейся на барашках. Возможно изготовление аппарата со сварной верхней крышкой, т. е. рабочая емкость аппарата представляет собой ельный цилиндрический сосуд, заключенный в тепловую рубашку.

Технические характеристики вакуумно-выпарной установки.

Рабочая вместимость, л 50-20 000
Установленная мощность, кВт 3,0-45
Скорость вращения мешалки, об/мин 0-18000
Основной материал сталь 12Х18Н10Тили AISI 316
Рабочее давление пара в рубашке, МПа 0,2-0,4
Рабочее разрежение пара в корпусе
аппарата, МПа до 0,03

Вакуум-выпарная установка 300л

Наименование единицы

КОЛ-ВО

1

Вакуум-выпарная установка
Характеристики Объем, л:
300л рабочий,
Рабочее давление пара в рубашке, МПа… 0,4
Рабочее разрежение в корпусе
аппарата, МПа………………… до 0,03

Конструкция: Емкость вакуумная трехслойная, с термоизоляцией, с рубашкой под воду (г-образная паровая рубашка до 4 кгс/см2 и возможность ТЭНового обогрева- в виде термостанции- делаем потом при необходимости при заказе электрообогрева- а лучше сделать эту термостанции 2-3 шт, чтобы были на складе и при необходимости котла с электрообгревом их добавлять к имеющимся в наличии котлам). Варка от 2,5 до 3 часов.
В крышке люк, два смотровых окна, 2 моющие головки, воронка для внесения ингредиентов, Днище коническое.

Материал, контактирующий с продуктом пищевая нержавеющая сталь 08Х18Н10 (AISI304) или 12Х18Н10Т (AISI321) Перемешивающее устройство рамного типа, с фторопластовыми скребками, мотор-редуктор 1,5-2,2 кВт, с донным опорным узлом, обороты регулируемые 0 — 28 об/мин.
Управление и контроль: Пульт управления, 2-х канальный измеритель-регулятор, пускатель перемешивающего устройства, с реверсом, частотный преобразователь для регулирования оборотов мешалки, электромагнитный клапан на впуск пара, предохранительный и аварийный клапаны, электроконтактный мановакууметр, Датчики ТСП в продукт. Догревающий теплообменник на рециркуляции продукта с паровой рубашкой (если продается не как ВВА или ВВУ, а как вакуумный реактор или котел то снимаем и сдаем на склад). Тарелка-рассекатель для увеличения площади поверхности испарения, на вакуумной магистрали сборник уловитель паров в виде емкости 25л с рубашкой охлаждения и лабиринтным движением воздуха (тоже самое- предусмотреть съемную)

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЦИИ

Обратный холодильник-дефлегматор для улавливания и накопления летучих продуктов

Технология выработки сгущенного молока по ГОСТу

Сгущенное молоко вырабатывается из цельного путем частичного выпаривания воды и добавлением тростникового либо свекловичного сахара. Увеличение концентрации сухих веществ и добавление сахарозы повышает осмотическое давление. Консервация продукции основывается на принципе осмоанабиоза. Также для этой цели используют тепловую обработку и герметичную упаковку.

Ассортимент вырабатываемой продукции:

1. Цельное молоко сгущенное с сахаром:
   • 26.5-25.8% воды;
   • 8.5-8.8% жира;
   • 29-29.5% сухих веществ;
   • 43.5-44.8% сахарозы;
   • 11.6-11.8% лактозы;
   • 8.8-8.9% белка.

Состав по ГОСТу

Технология

• Вначале осуществляется приемка молока и оценка его качества, впоследствии — охлаждение, резервирование и очистка.
• Нормализация по сухим веществам и жиру. В нормализованной смеси жирность рассчитывается по следующей формуле: Ж_см=Ж_пр*СОМО_см/СОМО_пр (где Ж_см и Ж_пр — процентная жирность смеси и продукта; СОМО_см и СОМО_пр — процентное содержание обезжиренного сухого молочного остатка в смеси и продукте).
• В целях повышения процента жирности цельного молока проводится его нормализация путем добавления молочного жира либо сливок. В целях уменьшения количества жира в цельном молоке в него добавляется обезжиренное молоко. При необходимости вносятся соли стабилизаторы
• Пастеризация. Процесс высокотемпературной пастеризации, происходящий при температуре 90-95°C, приводит к уничтожению патогенных микроорганизмов и позволяет стабилизировать физико-химические свойства, предотвращая сгущение молока при длительном хранении.
• Охлаждение до температуры 70-75°C.
• Промежуточное хранение до начала сгущения.
• Внесение сахара. Сахар вносится в молоко в твердом виде или в форме 60-70%-го сиропа. Технология приготовления сахарного сиропа: в нагретую до 60°C воду добавляют просеянный сахар, растворяют его, затем приготовленный сироп подогревают до 95-99°C, не применяя выдержку. До внесения в молоко сахарный сироп фильтруют. Добавляют его в молоко до процесса сгущения, смешивая или в потоке.
• Сгущение. Полученную в итоге смесь молока и сахарного сиропа отправляют в вакуум-выпарную установку на сгущение, где при бурном кипении происходит испарение влаги. Степень готовности продукции определяется по содержанию сухих веществ, по плотности или рефрактометром
• Охлаждение. Горячую продукцию перемещают в кристаллизаторы, в которых в вакуумной среде, под постоянным механическим воздействием, происходит ее охлаждение до 20° ( 20-25 мин). Это позволяет не допустить образования крупных кристаллов и предотвратить появление песчанистости.
• Внесение затравки. В роли затравки применяют размолотую до пылеобразного состояния лактозу, приводящую к созданию множества центров кристаллизации. Это препятствует образованию более крупных по размеру кристаллов.
• Фасовка, хранение. Обычно сгущенное молоко с сахаром расфасовывают в жестяные банки. Допустимый срок хранения в такой таре 1 год. В последние годы гораздо чаще в этих целях используют полистироловые или полипропиленовые стаканчики и другую мелкую тару, разрешенную к применению. Срок хранения в такой упаковке составляет 3 месяца.

Для уваривания и выпаривания жидкости при давлении ниже атмосферного применяются вакуумные выпарные установки. В таком оборудовании кипение продуктов происходит при температуре значительно меньше 100°, что снижает потери питательных веществ исходного сырья. Процесс выпаривания в вакуумной установке происходит значительно быстрее, чем того же объема влаги при атмосферном давлении.

Вакуум-выпарные аппараты применяются в пищевой промышленности для производства джемов, сгущенного молока, соусов, конфитюров, овощных, фруктовых пюре, варенья, детского питания, а также в химической и косметической промышленности.

Оборудование для производства сгущенных молочных продуктов

Учащийся должен знать устройство и принцип действия вакуум-выпарных установок циркуляционного и пленоч­ного типа.

Уметь обслуживать установки и определять расход пара.

Практическое занятие 28

Проведение расчета количества выпаренной влаги при сгущении, расхода греющего пара, удельного расхода пара, расхода воды на конденсаторе.

Цель. Научиться определять количество выпаренной вла­ги, расход пара и воды для конденсации вторичного пара.

Практические занятия 29, 30

Разбор производственных ситуаций, возникающих при обслуживании оборудования для производства сгущенных молочных продуктов и влияющих на ход технологического процесса и выход готовой продукции.

Цель. Изучить устройство, принцип работы и обслужива­ние вакуум-аппаратов, а также неисправности и их устране­ние при обслуживании.

Литература: Л-1, с. 247. 285.

Изучая оборудование для производства сгущенного моло­ка, необходимо учесть, что по конструкции наиболее слож­ными аппаратами являются вакуум-выпарные установки. В связи с этим нужно особое внимание обратить на изучение их конструкции и принципа действия. В молочной промыш­ленности широкое применение нашли вакуум-выпарные уста­новки с термокомпрессией вторичного пара периодического и непрерывного действия. Наиболее важными сборочными еди­ницами вакуум-выпарных установок являются:

парообразователь (калоризатор) — для кипения продук­та и выпаривания влаги;

пароотделитель (сепаратор) — для отделения вторичного (сокового) пара от продукта;

конденсатор — для конденсации вторичного пара и созда­ния разряжения в системе;

конденсатоотводчик — для отвода конденсата; вакуум-насос — для откачивания продукта, воздуха и конденсата из вакуум-аппаратов;

пароустройный вакуум-насос (эжектор) — для удаления воздуха и несконденсировавшихся газов из системы;

термокомпрессор (инжектор) — для повышения темпера­туры и давления вторичного пара и использования его как греющего.

Учащийся должен хорошо разобраться в назначении, устройстве и принципе действия перечисленных сборочных единиц’иакуум-выпарных установок.

В последние годы наиболее широкое распространение для предварительного сгущения перед сушкой получили ваку­ум-выпарные установки пленочного типа, поэтому учащийся должен хорошо усвоить их работу и обслуживание.

Эти установки имеют следующие достоинства: сокра­щается продолжительность пребывания продукта в установке до 3—4 мин; лучше контролируется термическая обработка продукта; повышается коэффициент теплопередачи; исклю­чается ценообразование; конденсат вторичного пара остается чистым и может быть использован для питания паровых кот­лов; повышается качество готового продукта.

Необходимо изучить методику основных расчетов вакуум- выпарных установок, закрепляя ее решением задач.

Количество испаренной влаги W (кг/ч) определяют по формуле

W=M(1- ) .

где М — масса продукта, поступающего на вакуум-аппа­рат, кг/ч;

с₁— содержание сухих веществ в исходном продукте, %;

с₂ — содержание сухих веществ в сгущенном продукте,%.

Расход греющего пара D_гр (кг/ч) определяется по формуле

где r — теплота парообразования при кипении в вакуум-аппарате;

М — масса продукта, поступающего в аппарат, кг/ч;

с – теплоемкоемкость продукта, Дж/(кг*К);

t — температура поступающего продукта, °С;

t_к — температура кипения продукта в аппарате, °С;

i_rp — энтальпия греющего пара, Дж/кг;

с_к — теплоемкость конденсата, Дж/(кг*К);

t _конд — температура конденсата, °С;

η — коэффициент, учитывающий потери тепла (η=0,97- 0,98).

Расход острого пара D и его удельный расход d_уд опре­деляют по формуле

где U — коэффициент инжекции, который определяется по графику (Л-12, с. 85) в зависимости от давления пара.

Расход воды G_B (кг/с) на поверхностный конденсатор определяют по формуле

где D_вт — количество вторичного пара, поступающего на конденсатор, кг/с;

i_вт — энтальпия вторичного пара, Дж/кг;

с_к — теплоемкость конденсата, Дж/(кг*К) ;

t_1, t₂ — начальная и конечная температура воды, посту­пающей на конденсатор, °С;

t_к — температура конденсата, °С;

с_в — удельная теплоемкость воды, Дж/(кг *К).

Расход воды G _в (кг/с) на конденсатор смешения опреде­ляют по формуле

Gв =D_вт(i_вт — )/( -t₁),

где — конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

Температура вторичного пара в конденсаторе на 1,5—2° ниже, чем температура пара в пароотделителе.

Если температура пара в конденсаторе t_K , то температура воды, уходящей из конденсатора, принимается: для противоточных конденсаторов смешения

прямоточных конденсаторов смешения

Вопросы для самоконтроля: 1. Каковы основные элемен­ты вакуум-выпарных установок и в чем их назначение? 2. Как работает пароструйный компрессор? 3. В чем состоит отли­чие эжектора от инжектора? 4. Где применяются пленочные вакуум-выпарные установки? 5- Для чего в вакуум-аппара­тах применяются дроссельные шайбы? 6. Как определить расход греющего пара?

Вакуум-выпарные установки

Выпарные установки отличаются конструкцией ва­куум-выпарных аппаратов (шаровые, трубчатые) и типами конденсаторов (смешения, поверхностные). Типовая вакуум-выпарная установка периодического действия представлена на рис. Установка состоит из шарового вакуум-выпарного аппарата (1) с паро­вой рубашкой. Выпариваемый раствор воспринимает тепло греющего пара, кипит, вторичный пар и инерт­ные газы (обычно воздух) освобождаются от брызг жидкости в верхней части аппарата отбойниками и по хоботу поступают в поверхностный противоточный конденсатор (2) (трубчатый или змеевиковый).

Вторичный пар (ценный экстрагент, например этанол) конденсируется и охлаждается, а неконденсирующиеся газы отсасываются насосом (5). Конденсат собира­ется в сборник (3), обычно их два для периодической разгрузки. Между сборниками и вакуумным насосом устанавливается ресивер (4) — промежуточная ем­кость для предохранения вакуумного насоса от по­падания в него жидкости из сборника, а также для смягчения толчков и изменения вакуума при каждом ходе поршня насоса. В шаровых вакуум-выпарных аппаратах свободная циркуляция упариваемой жид­кости небольшая, возможен перегрев. Аппараты гро­моздки и малопроизводительны.

Установки для выпаривания водных вытяжек обыч­но имеют конденсаторы смешения (прямоточные и противоточные) и поэтому не нуждаются в сборнике конденсата. На рис. приведена схема установки с противоточным конденсатором смешения.

Из аппарата (1) вторичный пар по трубопроводу поступает в ниж­нюю, часть конденсатора (2). Сверху в конденсатор вводится холодная вода, которая падает вниз струями, перемешивается с паром и конденсирует его. К верхней части конденсатора присоединяют воздушный насос (3). Смесь охлаждающей воды и конденсата удаляют снизу при помощи водяного насоса (4). Отвод воды и конденсата часто производят при помощи барометрической трубы.

Вакуум-выпарная установка с пря­моточным конденсатором смешения состоит из вакуум-аппарата (1), соединенного с конденсато­ром смешения (2).

Пары и охлаждающая вода вво­дятся прямотоком в верхнюю часть конденсатора. Воз­дух из воды и другие газы вместе с конденсатом и во­дой отсасываются мокровоздушным насосом (3).

ТРУБЧАТЫЕ ВАКУУМ-ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ

Отличаются большим конструктивным разнообра­зием, но преимущественное распространение имеют ап­параты, греющая камера или кипятильник которых сделаны в виде трубчатого теплообменника. В этих аппаратах выпариваемая жидкость находится с одной стороны стенок труб, а теплоноситель (водяной пар) — с другой. Образующаяся при выпаривании жидкостей парожидкостная эмульсия разделяется при непрерывном выводе вторичного пара из аппарата. Отделение капельножидкой фазы от пара осуществля­ется в паровом пространстве (сепараторе).

Трубчатые вакуум-вы­парные аппараты могут быть с 1)естественной или 2)принудительной циркуля­цией раствора, а также 3)пленочные.

В фармацевтическом производстве находит при­менение вакуум-выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой и естественной циркуляцией раствора при выпарива­нии. В нижней части аппарата размеще­на греющая камера, пред­ставленная вертикальными кипятильными трубками (2) с диаметром 50—75 мм. В центре камеры расположена циркуляционная труба (3) большого диаметра (500 мм). Греющий пар поступает в пространство между трубками и нагревает упариваемую жидкость, находящуюся внутри них, ко­торая подается по штуцеру (4). В результате кипения жидкости в кипятильных трубках образуется парожидкостная эмульсия, плотность которой меньше плотности нагреваемой жидкости. В циркуляционной трубе тоже проходит выпаривание жидкости, но плотность паро-жидкостной эмульсии больше плотности эмульсии в кипятильных трубках, вследствие чего в аппарате происходит упорядоченное движение кипящей жидкости (в циркуляционной трубе — сверху вниз, в узких труб­ках— снизу вверх), т. е. естественная циркуляция. Отделение капель жидкости от вторичного пара происходит в сепараторе (1) при движении его через систему отбойников (5), вторичный пар при этом по­падает в конденсатор. Упаренный раствор сливается в сборник через штуцер (6).

Широко используется выпарной аппарат с выносным вертикальным кипятильником, в которых удается осуществлять более интенсивную естественную цир­куляцию выпариваемого раствора, чем в аппаратах с центральной циркуляционной трубой.

Выпаривание жидкости происходит в кожухотрубчатом теплообменнике (1), представляющем собой пу­чок тонких труб длиной до 7 м. Образующаяся в них парожидкостная эмульсия выбрасывается в сепаратор (2), вторичный пар отделяется от капель жидкости и поступает в конденсатор, а жидкость возвращается по циркуляционной трубе (3) в кипятильник. Аппара­ты с выносным кипятильником отличаются высокой производительностью, удобны в эксплуатации и ре­монте.

Значительно интенсифицировать процесс выпари­вания удается в вакуум-выпарных аппаратах с при­нудительной циркуляцией упариваемой жидкости, ко­торую подают циркуляционным насосом. Из кипя­тильных труб упариваемый раствор выбрасывается в сепаратор, отделяет часть вторичного пара, а частич­но упаренный раствор возвращается по циркуляцион­ной трубе во всасывающую линию циркуляционного насоса и смешивается с новой порцией жидкости для упаривания. Скорость прохождения жидкости в трубах равна 1,5—3,5 м/с, что способствует увеличе­нию коэффициента теплоотдачи в 3—4 раза по срав­нению с естественной циркуляцией, однако аппараты более сложны в обслуживании.

Перспективными выпарными аппаратами для кон­центрирования термолабильных растворов являются пленочные.

Пленочный выпарной аппарат с естественной цир­куляцией выпариваемой жидкости отличается более высокими значениями коэффициентов теплоотдачи. Греющая камера аппарата состоит из пучка длинных (6—9 м) и тонких кипятильных труб (1), обогреваемых снаружи паром. Выпариваемая жидкость подается в трубки снизу через штуцер (5) и заполняет их на 1/5 длины. При кипении выпари­ваемой жидкости все сечение трубки заполняется па­ром, который движется снизу вверх с большой скоростью. Жидкость у стенки трубки находится в виде тонкой пленки, которая увлекается паром и растяги­вается вверх. Выпаривание происходит в пленке при однократном прохождении упариваемого раствора по кипятильным трубкам. Смесь вторичного пара и ка­пель сгущенного раствора попадает в сепаратор (2) с отбойниками в виде спиралевидных лопаток (3). Под действием центробежной силы капельки упарен­ной жидкости отделяются от вторичного пара и со­бираются в нижней части сепарационной камеры (4). Аппарат целесообразно использовать для упаривания пенящихся вытяжек, богатых сапонинами, и вытяжек, содержащих термолабильные вещества. Однако регу­лировка процесса выпаривания в пленочных аппара­тах затруднительна, зависит от колебаний давления греющего пара и начальной концентрации выпариваемого раствора.