ВАКУУМ-ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ.

Циркуляционная однокорпусная вакуум-выпарная установка пери­одического действия с трубчатым калоризатором и конденсатором поверхностного типа является наиболее простой в конструктив­ном плане. Основными ее элементами являются калоризатор, пароотделитель, два подогревателя, конденсатор, эжекторы Калоризатор представляет собой теплообменный аппарат ци­линдрической формы с двумя трубными решетками, в которые ввальцованы кипятильные трубки и две циркуляционные трубы.

Рис.2.34.Однокорпусная вакуум-выпарная установка:

1, 2, 4 — вентили на паропроводах; 3, 5—манометры; 6 — вакуумметр; 7—поверхностный конденсатор; 8 — смотровое окно; 9 — осветитель; 10 — трубопровод; 11 — термометр; 12 — воздушный кран; 13 — термокомпрессор; 14— верхняя перегородка с окном; 75—патрубок подачи сырья; 16, 22, 30— краны; 17— пробоотборник; 18— сферическое днище калоризато­ра; 19— насос для откачивания сгущенного продукта; 20— приводной механизм насосов; 21 — насос для откачивания конденсата; 23— нижняя перегородка; 24— трубопровод для конденса­та; 25— подпорная шайба; 26 — трехходовой вентиль; 27— люк; 28 — зонт-отражатель; 29— соединительный трубопровод; 31 — циркуляционная труба; 32— вентиль на водяной трубе; 33— вентиль; 34, 36 — двухступенчатый эжектор; 35— пусковой эжектор

Межтрубное пространство калоризатора служит паровой рубаш­кой, в которую через вентиль и термокомпрессор подается грею­щий пар. Получаемый в процессе работы калоризатора конденсат по трубопроводу непрерывно отводится в подогреватели, а затем в конденсатор. Подпорная шайба в трубопроводе ограничивает по­тери греющего пара при отводе конденсата.

Калоризатор имеет корпус, верхнюю и нижнюю крышки. Для обеспечения герметичности при сборке между крышками и кор­пусом укладывают резиновые прокладки. В верхней и нижней крышках калоризатора имеется две перегородки с окнами. Окно в нижней перегородке можно закрывать заслонкой. Перегородка в верхней крышке съемная. Эти перегородки служат для настройки установки на необходимый режим работы. Если поставлена верх­няя перегородка, а заслонка нижней закрыта, то установка работа­ет по принципу непрерывного сгущения. Для того чтобы установка работала по принципу периодического сгущения, необходимо удалить верхнюю перегородку, а заслонку нижней открыть.

В процессе работы калоризатора молоко перемещается в кипя­тильных трубках снизу вверх, а в циркуляционных трубах — сверху вниз. Объясняется это разностью между удельными масса­ми сгущаемого продукта. В первом случае удельная масса продук­та меньше, так как он насыщен пузырьками пара. В калоризаторе также расположены патрубки подачи сырья на сгущение, краны для взятия пробы и выпуска сгущенного продукта.

Пароотделитель служит для отделения вторичного пара от час­тичек продукта. Он представляет собой цилиндр с установленным на стоке зонтом-отражателем. Трубопровод соединяет верхнюю часть калоризатора с пароотделителем, он расположен к пароотделителю под углом. Поступающие в него жидкий продукт и пар приобретают вращательное движение. Продукт под действием центробежной силы отбрасывается к стенке пароотделителя и сте­кает вниз в кольцевое пространство дна, откуда откачивается на­сосом через кран или по циркуляционной трубе вновь подается в калоризатор на сгущение.

В некоторых установках на соединительной трубе предусмот­рен шибер для регулирования скорости движения вторичного пара, что позволяет улучшить качество разделения пара и продук­та. В пароотделителе расположены люк, смотровое окно, освети­тель, термометр и воздушный кран. Вверху пароотделителя имеет­ся паросборник, от которого отходят два трубопровода: один — к термокомпрессору, другой — к подогревателю (либо прямо к кон­денсатору).

Подогреватели по конструкции аналогичны трубчатым пасте­ризаторам. Сгущаемый продукт движется по трубам, а в межтруб­ное пространство подаются вторичный пар или его смесь с острым паром. Если один подогреватель не обеспечивает нагрева продукта до необходимой температуры, то устанавливается несколько пос­ледовательно соединенных аппаратов.

Конденсатор поверхностного типа выполнен в виде цилиндри­ческого корпуса с верхней и нижней съемными крышками. В кор­пусе находятся трубки, концы которых развальцованы в верхней и нижней трубных решетках, а также патрубки для подачи вторич­ного пара из подогревателя или пароотделителя, отвода конденса­та, подвода конденсата из калоризатора и нагревателей, отвода воздуха к вакуум-насосу, для подвода и отвода охлажденной воды. Для создания вакуума в системе из котельной через вентиль в пус­ковой эжектор подается пар, который работает только вначале для ускорения создания вакуума. В дальнейшем при сгущении работа­ют два других эжектора, установленные последовательно.

Вакуум-выпарная установка работает следующим образом. До начала сгущения сырья в установку засасывается вода. Циркули­руя в системе, она ополаскивает установку и позволяет проверить ее герметичность. Подачей пара на эжекторы в системе создают вакуум. При разрежении около 80 кПа начинает засасываться сы­рье. На конденсатор подают холодную воду, и по мере заполнения трубок калоризатора на 2/3 их высоты в паровую рубашку подает­ся пар.

В установившемся режиме молоко последовательно поступает в первый и второй подогреватели. В первом продукт нагревается вторичным паром до 60...66 ⁰С, во втором — острым паром до 70...75 ⁰С. При такой температуре молоко подается в калориза­тор, где подогревается до 80...85°С и испаряется. По мере обра­зования конденсата его непрерывно откачивают насосом. Если установка работает по принципу непрерывного сгущения, то го­товый продукт откачивается по мере достижения заданной кон­центрации.

Недостатком циркуляционных вакуум-выпарных установок является то, что они имеют большой рабочий объем продукта и характеризуются многократной циркуляцией последнего при вы­паривании. Продолжительность пребывания сгущаемого продук­та в этих установках довольно велика —до 30...40 мин, а в от­дельных случаях и больше. В аппаратах циркуляционного типа продолжительность теплового воздействия на продукт не регули­руется.

Аппараты циркуляционного типа в настоящее время получили распространение лишь в комплектах оборудования для малых предприятий, например в установке для получения сгущенного молока ВВУ-150. Для создания вакуума в этой установке приме­нен водокольцевой вакуум-насос. Длительность одного цикла вы­паривания 3 ч при производительности установки по перерабаты­ваемому молоку и сгущенному молоку с сахаром соответственно 160 и 50 кг/ч.

Особенностью пленочных вакуум-выпарных установок является то, что технологический процесс выпаривания продукта происхо­дит при его однократном прохождении через калоризатор. Дости­гается это тем, что калоризатор выполнен в виде длиннотрубного тонкослойного аппарата, а продукт поступает на сгущение с помо­щью форсунки или специальных перфорированных дисков. Сы­рье соприкасается с нагретой поверхностью калоризатора в тече­ние З...4мин и движется по нему с большой скоростью. В конеч­ном итоге это обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи в установках пленочного типа и обеспечивает интенсивный про­цесс сгущения даже при незначительном перепаде между темпера­турами кипения и греющего пара в смежных корпусах установки. В свою очередь, это позволяет применять в вакуум-выпарных ус­тановках несколько последовательно соединенных между собой калоризаторов.

Сырье насосом через счетчик подается в двухсекционный по­догреватель. В первой секции оно подогревается вторичным па­ром, поступающим из пароотделителя, а во второй — паром, по­ступающим из другого пароотделителя. Температура вторичного пара соответственно 45 и 62°С. Из подогревателя сырье темпера­турой около 54°С проходит через сепаратор-очиститель и на­правляется в двухсекционный подогреватель. В первой секции продукт нагревается вторичным паром температурой 75°С, по­ступающим из пароотделителя, а во второй секции его оконча­тельный нагрев осуществляется до температуры 80 °С с помощью смеси пара, поступающего из паровой рубашки калоризатора, и острого пара.

Сырье температурой 80°С поступает сверху через форсунку в калоризатор первого корпуса установки. Равномерно распределя­ясь по трубкам калоризатора и частично испаряясь при температу­ре 75⁰С, сырье стекает в пароотделитель. В паровую рубашку ка­лоризатора первого корпуса термокомпрессорами подается грею­щий пар температурой 95°С. Из пароотделителя насосом сырье подается в калоризатор второго корпуса, где кипит при 62°С. В паровой рубашке этого калоризатора теплоносителем является вторичный пар температурой 75⁰С, поступающий из пароотдели­теля.

Часть вторичного пара из паровой рубашки калоризатора заби­рается термокомпрессорами и направляется в подогреватель. На­сосом сырье откачивается из пароотделителя и направляется в по­догреватель, где в качестве теплоносителя используется пар тем­пературой 70...75°С, поступающий из пароотделителя. Из подо­гревателя продукт направляется в калоризатор третьего корпуса и распределяется по трубам так же, как и в других калоризаторах. В калоризаторе третьего корпуса сырье кипит при температуре 45°С. Сгущенный продукт стекает в пароотделитель, откуда не­прерывно откачивается насосом. На нагнетательной стороне насо­са установлены пробоотборник, обратный клапан и вентиль, по­зволяющий подать продукт в подогреватель и калоризатор на до-сгущение. Сгущенный продукт направляется на сушку или охлаж­дение.

По мере образования конденсата в калоризаторах и подогрева­телях его отвод осуществляется через подпорные шайбы. Подпор­ная шайба представляет собой диск толщиной 5...6 мм, закреплен­ный между двумя фланцами болтами. В центре она имеет отвер­стие, через которое может пройти определенное количество кон­денсата.

Часть вторичного пара из пароотделителя третьего корпуса по­ступает на конденсатор смешения цилиндрической формы с не­сколькими патрубками. Сверху в конденсатор подается вода, сни­зу — вторичный пар. Смесь воды и конденсата откачивается насо­сом.

Первоначально вакуум в системе создается пусковым эжекто­ром. Паровоздушная смесь из него выбрасывается в атмосферу. В установившемся режиме работы установки необходимое разреже­ние обеспечивается конденсатором, системой эжекторов, а также промежуточным конденсатором. Для нормальной работы установ­ки на конденсатор необходимо подавать воду температурой не выше 25...28°С и поддерживать давление рабочего пара около 0,8 МПа.

Промышленность выпускает вакуум-выпарные установки А2-ОВВ-2 и А2-ОВВ-4 производительностью по испаренной влаге соответственно 2095 и 4025 кг/ч. Они предназначены для сгущения цельного и обезжиренного молока, а также молочной сыворотки. Производительность по исходному продукту первой установки для цельного молока, обезжиренного молока и молоч­ной сыворотки соответственно 2650, 2480 и 2280 кг/ч. В отличие от первой установки, являющейся двухкорпусной с тремя подо­гревателями, установка А2-ОВВ-4 имеет три калоризатора и че­тыре подогревателя. Производительность ее по разным видам сырья соответственно 5300, 5150 и 4900 кг/ч. Удельный расход пара на 1 кг испаренной жидкости в этих установках 0,25...0,3 кг.

Продолжительность непрерывной работы (между мойками) не менее 12 ч.

Следует отметить, что некоторые вакуум-выпарные установки дополнительно оснащаются пастеризатором, выдерживателем и вакуумным насосом.

Вакуум-выпарная установка с пластинчатым калоризатором имеет такой же принцип работы, как и однокорпусная циркуля­ционная вакуум-выпарная установка. Основное отличие заключа­ется в двухсекционном пластинчатом калоризаторе, барометри­ческом конденсаторе смешения и вакуум-насосе. Такие установки компактны, невысоки, неметаллоемки. Длительность работы их без мойки около 20 ч. Недостатком по сравнению с установками пленочного типа является довольно большой удельный расход пара (0,5 кг на 1 кг испаренной влаги).

В вакуум-выпарных установках с аммиачным или фреоновым цик­лом молоко сгущается при большем разрежении и небольшой тем­пературе (25...30 °С), что позволяет получать продукт высокого ка­чества. Они экономически эффективны, так как при работе не требуют водяного пара и холодной воды для конденсатора.

Сжатые в компрессоре пары аммиака при температуре 100...140°С, пройдя теплообменник, где они охлаждаются холод­ной водой до температуры 40...42°С, поступают в межтрубное пространство калоризатора первой ступени. Затем аммиак уже в жидком виде поступает в ресивер и далее в конденсатор.

Вторичный пар, поступающий в поверхностный конденсатор, конденсируется на его трубках и отдает теплоту жидкому аммиаку, находящемуся в трубках. Аммиак в трубках закипает, и пары его откачиваются компрессором. Таким образом, в этих установках аммиак совершает круговой процесс. Для реализации его установ­ка снабжена ресивером, воздухоотделителем, маслоотделителем, насосами и регулирующими вентилями.

Полученный вторичный пар из пароотделителя первой ступени используется как греющий в сдвоенном калоризаторе второй сту­пени. Вторичный пар из калоризатора второй ступени направля­ется в поверхностный конденсатор. Таким образом, устройство и принцип работы многих узлов установки с аммиачным циклом и пленочных установок имеют много общего.