Випарний апарат із центральною трубою

Устаткування для випарювання, згущення й кристалізації харчових продуктів.

 

Процес випарювання є одним з найпоширеніших способів виробництва харчових продуктів.

Суть процесу складається у фазовому переході розчинника під час кипіння з рідкого в газоподібний стан. Кипіння відбувається в обсязі розчину; особливістю процесу є сталість температури кипіння при даному тиску й составі розчину.

У процесі випарювання концентрація розчину підвищується, відбувається згущення (уварювання) рідкого харчового продукту.

У багатьох випадках випарювання супроводжується кристалізацією розчинених речовин при досягненні розчином пересиченого стану.

У харчовій промисловості звичайно випарюють водяні розчини: бурячний сік, бардові, молоко, сиропи, розчин солі й ін.

Найпоширенішим теплоносієм при випарюванні є насичена водяна пара, що називають що гріє або первинним. Пара, що утвориться при кипінні розчину, називають вторинним.

Для реалізації процесу випарювання застосовують випарні апарати.

Випарні апарати призначені для підвищення концентрації речовин, що перебуває в розчині, або часткового виділення його у твердому виді з пересиченого розчину випарюванням розчинника.

Найпростішим, але одночасно й найменш економічним є випарювання під атмосферним тиском, тому що в цьому випадку, як правило, не використається теплота вторинної пари. Прикладом може служити апарат відкритого типу ДО-1А (див. мал. 7.16).

Найпоширенішим є випарювання під тиском вище атмосферного, коли вторинну пару використають для підігріву інших випарних апаратів або інших технологічних потреб.

Випарний апарат із центральною трубою.

Схема найпоширенішого в цукровій промисловості випарного апарата з вертикальними кип'ятильними трубами й внутрішньою центральною циркуляційною трубою наведена на мал. 7.30.

Розчин подається в трубки, усередині яких кипить, викидається над верхніми трубними ґратами й, відокремившись від вторинної пари, опускається по циркуляційній трубі до входу в кип'ятильні трубки.

Згущений розчин приділяється знизу апарата. Для нагрівання розчину в меж трубний простір подається первинна пара, що гріє, що, віддаючи теплоту, конденсується й конденсат приділяється знизу.

Вторинна пара приділяється через пастки, що затримують бризи розчину. Вторинна пара переходить у конденсатор, прохолоджується водою й конденсується.

 

 

	Рис. 7.30 Схема випарного апарата.

Несконденсовані гази, виділювані із продукту, і повітря, що попадає в продукт через мікрощілини ущільнень апарата, приділяються вакуум-насосом.

При випарюванні під вакуумом, застосовують випарні апарати, які називають вакуум-апаратами. Вони призначені для уварювання розчинів лабільних (нестійких) речовин. Випарювання під вакуумом дозволяє проводити процес при більше низьких температурах і застосовується для концентрування розчинів речовин, схильних до розкладання при високих температурах.

Застосування вакууму має й інша перевага - можливість використання низькопотенційних носіїв, великий температурний напір.

Однак при випарюванні під вакуумом збільшуються витрати на установку й експлуатацію додаткового встаткування (вакуум-насоси, конденсатори).

У процесі кипіння продукту й відводу вторинних пар, що утворилися, він поступово згущається, тобто концентрація в ньому сухих речовин підвищується.

Температура кипіння залежить від тиску, при якому здійснюється процес випарювання. Чим нижче тиск, тим нижче температура кипіння рідкого продукту. У сучасних вакуум-випарних установках температура кипіння коливається від 20 до 85 ̊C.

Вакуум в установці створюється при перетворенні пари у воду за рахунок різкого зменшення його обсягу.

Щоб одержати 1 кг води при атмосферної тиску необхідно сконденсувати 1,7 м³ пар. При тиску рівному половині атмосферного потрібно сконденсувати 3,3 м³ пар. Це значить, що обсяг займаний пором, при його конденсації зменшується відповідно в 1700 і в 3300 разів.

Класифікація вакуум-випарних установок здійснюється по наступних ознаках:

- по ритму роботи підрозділяють на установки періодичної й безперервної дії;

- за принципом використання вторинних пар їх підрозділяють на установки з використанням вторинних і установки без використання вторинних пар. Їх також підрозділяють на одно- і багатокорпусні установки;

- по типі поверхонь нагрівання вакуум-випарні установки підрозділяють на установки із трубчастими, пластинчастими, змієвиковими кип'ятильниками, а також двухстінні, виконані у вигляді парової сорочки;

- по виду теплоносія, застосовуваного для згущення продукту, їх ділять на установки з нагріванням водяною парою, рідкими теплоносіями й з електрообігріванням;

- по тиску вторинної пари в останньому корпусі підрозділяють на працюючі під надлишковим тиском і під розрідженим;

- по русі теплоносія: апарати з подачею пари, що гріє, у трубки й подачею пари в міжтрубний простір;

- по русі киплячої рідини на апарати: із природною й примусовою циркуляцією.

Найбільш простим по конструкції є випарні апарати двухстінні (з паровою сорочкою).

Їх використають у малопотужних виробництвах переважно як апарати періодичної дії.

У кондитерської промисловості для уварювання начинок, а також цукеркових, мармеладних і інших кондитерських мас застосовують вакуум-апарати періодичної дії.

Сферичний вакуум-апарат 31-А періодичної дії ємкістю 150 л (мал. 7.31), являє собою неперекидний двухтіли й варочний котел, усередині якого змонтована двухлопатева горизонтальна мішалка. Мідна чаша 1 поміщена в сталеву парову сорочку 2, на якій із правої сторони перебуває пароподводячий патрубок з вентилем 16, нанометром 13 і запобіжним клапаном 14. З іншої сторони парової сорочки є повітряний кран 3 для продувки парового простору й вентиль 19 для приєднання конденсатоотводчика.

Чаша казана закрита мідним ковпаком 6, на якому змонтовані термометр 7, вакуумметр 11 і повітряний кран 20 з вирвою. Ковпак закінчується патрубком 10, усередині ковпака є відбійник для запобігання віднесення маси у вакуум-лінію.

Рис. 7.31. Вакуум-апарат 31-а періодичної дії: 1 - мідна чаша; 2 - сталева парова сорочка; 3 - повітряний продувний кран; 4- зубчасті колеса; 5- штуцер для завантаження; 6 - мідний ковпак; 7 - термометр; 8 - накидна гайка; 9 - трубопровід; 10 - патрубок; 11 - вакуумметр; 12 - кран для узяття проб; 13 - нанометр; 14- запобіжний клапан; 15 - електродвигун; 16 - вентиль пароподячого патрубка; 17 - мішалка18 - затвор; 19 - вентиль конденсатоотводчика; 20 - повітряний кран з воронкою; 21 - оглядове вікно; 22- черв'ячний редуктор.

 

До патрубка 10 накидною гайкою 8 кріпиться трубопровід 9, що з'єднує вакуум-апарат з конденсатором змішання мокровоздушного поршневого вакуум-насоса для створення й підтримки розрідження у вакуум-апарату.

Завантаження вакуум-апарата рецептурною сумішшю, що уварює, виробляється через штуцер 5 шляхом засмоктування суміші за допомогою вакуум-насоса й гнучкого шланга, один кінець якого приєднують до штуцера 5, а з іншої опускають у ємність із сумішшю. Розвантаження виробляється через нижній спускний штуцер із затвором 18, для узяття проб передбачені кран 12. Для спостереження за процесом завантаження й уварювання передбачені 2 оглядові вікна 21.

Мішалка 17 приводиться в обертання від електродвигуна 15 через черв'ячний редуктор 22 і пари зубчастих коліс 4.

Уніфікований змієвиковий вакуум-апарат 33-А (мал. 7.32), застосовується в кондитерської промисловості для безперервного уварювання карамельної маси. Він має нагрівальну частину I і вакуум-випарну камеру II. змієвикова поверхня теплообміну частини нагрівання апарата змонтована усередині корпуса 1 із привареним дном 8 і кришкою 2 і виконана у вигляді двох змійовиків 3, розташованих один усередині другого й з'єднаних послідовно за допомогою труби 9. Зовнішня поверхня змійовика обмивається парою нагрівання. Карамельна маса рухається усередині змійовика знизу нагору й нагрівається до кипіння. Далі кипляча маса через сопло 20 подається у випарну вакуум-камеру й збирається в конічному збірнику 17. Вторинна пара через патрубок 19 приділяється через сепаратор-пастку (на малюнку не показано) до конденсатора. Якщо уварювання карамельної маси відбувається безупинно, то вивантаження апарата здійснюється періодично. Для цього нижній збірник 12 з'єднують із вакуумною лінією, вирівнюють тиск у нижньому й верхньому збірниках. Після цього клапан 13 відкривають, і карамельна маса перетікає в нижній збірник. Після повного спорожнювання верхнього збірника клапан 13 закривають, з'єднують нижній збірник з атмосферою й відкривають розвантажувальний клапан 10. Дно конічних збірників підігрівається змійовиком 16 і сорочкою 11.

Рис.7.32 Змієвиковий випарний вакуум-апарат 33-А:

Трубчасті випарні апарати з кожухотрубною камерою нагрівання працюють у харчових виробництвах як апарати періодичної й безперервної дії. Вони можуть бути циркуляційними, однопрохідними й прямоточнопленочыми.

Унифіковані циркуляційні апарати типу ПВВ, які використають у цукровому виробництві, мають площа поверхні нагрівання 1000, 1100, 1500, 1800, 2120 і 2360 м². Апарат ПВВ-2360 (мал.) має сталевий циліндровий корпус 27 до якого кріпиться сферична кришка 32 і дно 22.

Рис.7.33.Унифікований циркуляційний апарат ПВВ-2360

Парова камера розташована в нижній частині циліндричного корпуса, обмежена плоскими горизонтальними трубними ґратами 29 і 38, привареними до корпуса, має вальцовані труби 37 діаметром 33 × 1,5 мм. У центрі парової камери розміщена циркуляційна труба 26. Патрубки 5 і 15 призначені для підведення пари нагрівання, 2, 17 і 21 для відведення конденсату в загальний колектор 3 з вихідним патрубком 1, покажчиком 16 рівня конденсату, два патрубки 24 - для відведення важких несконденсованих газів і два патрубки 28 відведення легких несконденсованих газів.

Над паровою камерою розміщена камера, що сепарує. Для забезпечення роботи апарата під тиском або при розрідженні камера, що сепарує, має кільця твердості 31. У верхній частині камери, що сепарує, закріплений сепаратор 35 для поліпшення відділення краплі соку й піни від вторинної пари, сік приділяється із сепаратора по трубі 36 у циркуляційну трубу. Для візуального спостереження рівня соку в апарату встановлені оглядові віконця 10 і похилий патрубок 30 із вмонтованою лампою для висвітлення камери, що сепарує. Контроль рівня соку здійснюється пристроєм 7. Апарат має сигнальні запобіжні клапани 4 на паровий і 9 на сепарируючих камерах, а також термометри 6 і 11 і манометри 8 для контролю за температурою й тиском у цих камерах.

Три патрубки 20 призначені для подачі соку в апарат. На шляху входу коштують відбійні щитки 39 для запобігання змішування соків, які надходять і виходять із апарата. Із цією метою патрубок 41 відведення соку з апарата, входить верхнім краєм у циркуляційну трубу. Патрубки 33 призначені для виходу вторинної пари, 34 - для виходу повітря, 23 і 42 - для зливання соку при спорожнюванні апарата, 18 - для подачі реагентів при хімічному очищенні кип'ятильних трубок і води при гідравлічному випробуванні апарата. Апарат має лаз 19, опорні лабети 25. Для гасіння піни передбачена маслянка 14 із трубками 13 і 12, які відповідно з'єднані з паровою й соковою камерами. У чотирьох отворах фланцевого з'єднання дна установлені стрижні 40 з різьбленням для зручного й безпечного зняття днища.

Сік подається в апарат по патрубках 2 у підтрубний простір. Завдяки різниці щільності паросокової суміші в кип'ятильних трубках і соку в циркуляційній трубі, він циркулює. Вторинна пара з апарата виходить через патрубок 33, пройшовши сепаратор 35.

Істотним недоліком циркуляційних випарних апаратів є досить тривалий час перебування розчину (20-30 хвилин) у трубах камери нагрівання, що викликає зниження якості концентрованого розчину, особливо при високої термочутливості. Зменшення часу перебування розчину в трубах поверхні нагрівання випарного апарата досягається при плівковому режимі плину й при однопрохідних режимах випарювання.

Для одержання готового продукту високої якості, що зберегли натуральні кольори, смак, аромат і вітаміни, уварювання харчових продуктів проводять у вакуум-випарних установках.

Найбільш простий є однокорпусна вакуум-випарна установка (мал. 7.34), що незалежно від конструкції складається з камери 2, сокопроводу 3, конденсатора 4, вакуум-насоса 5 і каплеуловлювачі 6.

Однокорпусна вакуум-випарна установка працює в такий спосіб.

Корпус апарата заповнюється уварюємо масою, рівень якої вище рівня парової камери на 150-200 мм. Маса, що уварюється, всмоктується під дією розрідження усередині апарата, що встановився при роботі вакуум-насоса, з резервуара, установленого на деякій висоті.

Маса, що уварюється, у нагрівальній камері нагрівається до температури кипіння й починається випарювання. Вторинні пари, що виділилися, вадводяться по паропроводу в конденсатор, у якому вони конденсуються, віддаючи тепло охолодній воді.

 

Рис.7.34.Схема однокорпусної випарної установки.

 

Повітря з конденсатора віддаляється вакуум-насосом.

По закінченню уварювання концентрована маса продукту вивантажується з апарата через розвантажувальний штуцер, розташований по осі днища апарата.

Рис. 7.35. Вакуум-апарат із двустінною нагрівальною камерою

Вакуум-випарні апарати із двустенною нагрівальною камерою застосовують для уварювання томатних продуктів, а також для варіння повидла й джему.

 

Вакуум-апарат має сферичну поверхню нагрівання обсягом 0,75-0,8 м³ лопатевою мішалкою, що приводить у рух через черв'ячний редуктор від електродвигуна.

У парову сорочку подається пара тиском 0,3-0,4 МПа.

Для економії витрати пари, води й електроенергії застосовують багатокорпусні випарні установки, у яких легше здійснити безперервний процес випарювання. Такі установки звичайно складаються з окремих корпусів - вакуум-апаратів.

Кількість корпусів у випарній установці залежить від економічно вигідного перепаду температур при теплообміні й властивостей продукту, що випарює.