Устройство и принцип работы вакуум-аппаратов

В однокорпусном вакуум-аппарате с термокомпрессией вторичного пара фирмы «Виганд» (рис. 118) после создания вакуума исходное молоко направляют на подогреватели, где оно нагревается: в первом – вторичным паром 40 °С, а во втором – отработавшим паром, поступающим из двухступенчатого эжектора, до температуры кипения. При интенсивном кипении происходит циркуляция молока внутри греющей камеры по трубам и в контуре греющая камера – циркуляционные трубы – сепаратор. Образующийся вторичный пар после отделения от него капелек молока удаляют из сепаратора. Часть этого пара используют для нагрева молока в первом подогревателе. Остальной пар проходит инжектор и используется для обогрева калоризатора.

Молоко, достигшее заданной концентрации, непрерывно откачивают насосом. Одновременно также непрерывно подается исходное молоко.

Рис. 118. Вакуум-аппарат с термокомпрессией вторичного пара «Виганд»:

1 – трехходовый кран; 2 – электродвигатель; 3 – вентиль для пуска пара к пусковому эжектору; 4 – вентиль для пуска пара к эжектору; 5, 11–манометры; 6 – вентиль для воздуха; 7 – вакуумметр;

8 – регулировочный кран для молока; 9 – вентиль для воды; 10 – вентиль для пуска пара к пароструйному компрессору; 12 – прибор для взятия пробы; 13, 14,15 – краны для сгущенного молока; 16 – термометр; 17, 18 – вакуум-насосы; 19 – верхняя перегородка; 20 – нижняя перегородка; 21 – возвратная трубка; 22, 23 – эжекторы; 24 – конденсатор; 25, 26 – подогреватели; 27– привод насоса; 28 – калоризатор; 29 – пароотделитель; 30 – термокомпрессор (инжектор)

Из имеющихся трех пусковых пароструйных эжекторов два работают последовательно и непрерывно, а третий включают лишь в начале работы для быстрейшего достижения требуемого вакуума в аппарате.

Основной недостаток данной установки состоит в периодичности процесса, большой длительности цикла сгущения (1…1,5 ч) при повышенных температурах, снижающих качество продукции, и повышенном расходе греющего пара. Характеристика аппарата приведена в таблице 32.

Таблица 32

Технические характеристики однокорпусного вакуум-аппарата

«Виганд» с термокомпрессией вторичного пара

Показатели	Вакуум-аппарат «Виганд»
Производительность по испаренной влаге, кг/ч	1260-1300
Общий расход на 1 кг испаренной влаги:
пара, кг	0,75
электроэнергии, кВт	0,002
холодной воды на конденсацию вторичного пара, кг	10,5
Напряжение поверхности нагрева по испаренной влаге, кг/м2	22

При использовании ряда ступеней выпаривания в вакуум-аппаратах сокращается длительность пребывания сгущаемого продукта в аппарате и улучшаются тепловые показатели процесса по сравнению с однокорпусными установками; кроме того, благодаря применению многокорпусных вакуум-аппаратов достигается экономия по расходу пара и воды.

В молочном производстве широко применяется циркуляционный двухкорпусный вакуум-аппарат «Виганд».

Установка может работать непрерывно и периодически. При непрерывном принципе работы выпариваемое молоко подается непрерывно. Если достигнута желаемая конечная концентрация, сгущенное молоко непрерывно откачивается. Молоко проходит через предварительные подогреватели, обогреваемые вторичным паром отдельных ступеней или смешанным паром от компрессора вторичного пара и отработанным паром воздушного насоса. С помощью регулировочного крана 9 устанавливается подача молока, и молоко поступает к первому нагревателю.

Рис. 119. Схема двухкорпусного вакуум-аппарата «Виганд» производительностью 8000 кг испаренной влаги в час с пастеризацией молока до 90 ^°С:

1, 2, 3 – паровые вентили; 4, 5 – манометры; 6 – вакуумметр;

7 – вентиль пускового эжектора; 8 – трехходовой кран; 9 – регулировочный кран; 10 – молочные краны; 11 – вентиль холодной воды; 12 – дросселирующий клапан; 13 – вентили; 14 – подогреватель;

15, 16 – термометры; 17, 19 – дроссельные шайбы (Øа = 31 мм, Øв = 45 мм, Øс = 8мм, Ød = 14,7 мм, Øе = 20,5 мм).

От первого ко второму корпусу испарителя молоко переливается, т. е. все молоко, находящееся в избытке в первом отделителе, переходит ко второму нагревателю. В переливном трубопроводе от первого отделителя ко второму нагревателю из-за разности давления между ними встроен дросселирующий клапан 12 с отверстием, имеющим такой размер, что кроме переливающегося молока через него проходит малое количество пара. Поэтому дросселирующий клапан в нормальном случае закрыт. От второго пароотделителя молоко поступает к отсасывающему насосу, который его откачивает из вакуума. При периодическом принципе действия испаряемое молоко поступает непрерывно, но сгущенное молоко откачивается только тогда, когда достигнута требуемая конечная концентрация продукта.

В многокорпусных ВВУ расход греющего пара меньше, чем в однокорпусных. Количество корпусов ограничивается температурным режимом выпаривания. В каждом корпусе разность между температурами греющего пара и кипения раствора должна быть не менее 5…7 ⁰С. На основе теоретических анализов и опыта установлено, что себестоимость выпаривания 1 кг воды в зависимости от числа корпусов изменяется следующим образом. Если принять себестоимость выпаривания 1 кг воды в однокорпусной установке за 100 %, то она будет составлять 49, 36, 34, 32 % соответственно в двух-, трех- четырех и шестикорпусных установках. С увеличением корпусов ВВУ уменьшается расход воды на конденсацию вторичных паров.

Трехмодульный роторно-пленочный испаритель (рис. 120) предназначен для производства сгущенного молока методом интенсивного выпаривания исходного сырья как под вакуумом, так и при атмосферном давлении.

Роторно-пленочный испаритель входит в состав линий по производству сгущенного молока с сахаром и различными наполнителями, сливок с сахаром.

Выпаривание молока производится в выпарных трубах, внутри которых встроены вращающиеся турбулизирующие механизмы роторного типа.

Рис. 120. Трехмодульный роторно-пленочный испаритель (РПИ)

Молоко подается через патрубок в верхней части каждой из труб. Оно растекается равномерно по сечению трубы и стекает по внутренней поверхности вниз в виде пленки под действием силы тяжести; по поверхности пленки «глиссируют» рабочие органы роторного механизма. Труба снаружи подогревается паром до температуры испарения вещества. Вращающиеся лопасти ротора создают в пленке вихревые структуры, ускоряющие в ней тепло-массообменные процессы, обеспечивают эффективное разделение жидкой и паровой фаз при испарении. При этом максимально подавляется образование отложений на внутренней поверхности выпарной трубы.

В результате большая часть воды из стекающего вниз по испарительной трубе вещества превращается в пар (вторичный пар). «Вторичный» пар проходит через сепаратор, при этом на пластинах сепаратора остаются наиболее крупные капли влаги, увлеченные с паром, которые содержат концентрат выпариваемого вещества; они стекают с пластин в поддон сепаратора. Образующийся в результате выпаривания вещества концентрат поступает из испарительных труб в поддон сепаратора РПИ. Далее он перемещается шнековым транспортером, встроенным в сепаратор испарителя или откачивается насосом в накопитель. Вторичный пар поступает в конденсатор, где конденсируется. Конденсат вторичного пара подается в накопительную емкость (рис. 121).

Рис. 121. Схема модуля роторно-пленочного испарителя

РПИ – выпарная установка, в которой отсутствует накипеобразование при испарении. Образующийся в небольшом количестве шлам (накипь) рыхлый, при работе роторного турбулизирующего механизма он легко соскальзывает с поверхностей теплопередач. За счет быстрой тепловой обработки сохранится натуральный цвет продукта. Технические характеристики модуля РПИ представлены в таблице 33.

Таблица 33

Техническая характеристика одного модуля РПИ

Ориентировочные размеры модуля, мм	диаметр трубы – 30…100, высота трубы – 500…4000
Греющая среда	насыщенный пар с давлением 0,5…1,0 МПа (или электрический обогрев)
Производительность модуля по выпариваемой среде, кг/ч	160…200
Давление вторичного пара, МПа	0,02
Давление греющего пара, МПа	0,5…1,0
Расход греющего пара, кг/кг выпаренного продукта	1,1
Число оборотов ротора, мин-1	80…200
Потребляемая электрическая мощность, кВт	0,35…0,75