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RECOMMANDES,
Nous tenons à voua signaler que lea erreur suivantes figurent dans le texte déposé à l'appui de la demande susdites
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-page 22, ligne 17p il faut lire *124* au lieu de x114'.
-à la figure 1, la notation de référence 17 désignant le séparateur auquel est raccordé le conduit 18 doit être remplacée par la notation 17a
Veuilles avoir l'obligeance de nous renvoyer damant certifié conforme le duplicata de la présente que vous trouvère nous ce pli.
Nous vous saurions gré de vouloir bien verser la présente au dossier du brevet et d'en délivrer une copie aux personnes qui voua demanderaient une copie du brevet* Nous vous remettons ci-joint un timbre fiscal du
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Frs.15,- en paiement de la taxe due pour les régularisations de l'espèce.
Veuilles agréer, Messieurs, nos salutations distinguées
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" 2ROUBDU Sm APPAREIL I,Li,?.'0 mi J!ODUXI8 ALIMENTAIRES LIQUIDES "
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Des évaporateurs de diverses espèces ont été utilisés dans le passé pour évaporer du lait,des solutions de gélatine, d'autres produits alimentaires liquides et d'autres solutions de solides dans des liquides,
mais tous ces évaporateurs ont des inconvénients* Dans des évaporateurs à film grimpant les extré- mités inférieures des tubes de l'évaporateur de la calandre ou du sécheur sont remplies de liquide de sorte que la transmission de chaleur est peu efficace et .;: 'est seulement à la partie supérieure des tubes qu'un film liquide en mouvement est produit et que la transmission de chaleur est satisfaisante. Les tubes qui sont très coûteux doivent donc être plus longs que cela ne serait nécessaire si une transmission de chaleur efficace était obtenue substantiellement le long de toute leur longueur. La. hauteur hors tuut des évaporateurs à film grimpant est très considérable et partant des bâtiments élevés et spécialement construits sont nécesaire s pour les loger.
Un troisième incon- vénient plus important des évaporateurs à film grimpant réside en ce que par.-1 suite de la submersion de leur base les tubes contiennent un volume considérable de liquide*.Ceci signifie que pour un débit donné à traders l'évaporateur le liquida reste dans l'évaporateur pendant un temps plus long que ce ne serait le cas si 1'évapporateur contenait un volume moindre. Le lait en particulier s'altère s'il est chauffé pendant de longues périodes et les protéines se déposant sur les tubes ce qui réduit leur efficacité.
Les évaporateurs à film tombant suppriment certains de ces, inconvénients nais leur hauteur hors tout est même plus grande que celle d'évaporateurs à fil,% grimpant prévus pour une production comparable.
L'inventeur a maintenant trouvé qu'en employant une calandre
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ou une batterie de séchage comprenant des tubes ayant les proportions correctes et en commandant correctement l'alimenta. tion en liquide fourni aux tubes il est possible de produire un écoulement turbulent très satisfaisant dans les tubes de 1'éva porateur disposés substantiellement horizontalement. Le liquide bout et une pellicule de liquide chemine le long des parois du tube. Dans l'espace à l'intérieur de ce tube il existe une atmosphère constituée de vapeur et de gouttelettes suspendues et les conditions d'écoulement sont telles que le film continua à s'égoutter et le liquide est remplacé par du liquide provenant des gouttelettes.
Ces conditions produisent une transmission de chaleur particulièrement efficace entre le liquide et les tubes chauffés et celle-ci se produit de la même manière efficace le long de la longueur totale des tubes.
Pour réaliser ces conditions suivant la présente invention, le liquide est fourni en courantsou jets séparés des tubes chauffés de l'évaporateur qui sont disposés substantiellement horizontalement et dont chacun desquels possède un diamètre interne compris entre environ 1,9 cm et environ 3,5 om et une longueur comprise entre environ 244 cm et environ 88 cm, la vitesse d'alimentation étant réglée pour que les tubes ne .vient pas noyés ou submergés. De préférence pour produire les meilleurs résultats, les tubes ont un diamètre interne d'environ 2,95 cm et une longueur d'environ 305 cm. Les tubes peuvent cependant être à gradins et donc avoir un diamètre variable dans les limites données.
Les tubes sont de préférence exactement horizontaux étant donné que de cette façon l'on obtient l'agencement le plus compact et le plus simple. Les résultats requis sont cependant toujours obtenus si les tubes sont inclinés suivant un angle
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pouvant aller jusqu'environ 20 et l'expression "substantielle- ment horizontaux" est destinée à comprendre cstte disposition.
Dans des types communs d'évaporateurs à film,tels que des évaporateurs à film grimpant et .ceux à film à chute, les tubes de l'évaporateur sont chauffés extérieurement par de la vapeur à une température d'environ 14¯C à environ 33 C plus élevée que celle du liquide dans les tubes. La vapeur de chauffage est ordinairement fournie par une chaudière qui fonctionne à une pression relativement élevée et il est de pratique courante d'obtenir une économie additionnelle de vapeur en reccmpriamant une partie de la vapeur évaporée en utilisant le surplus d'énergie de La vapeur à haute pression dans un compresseur à jet.
Dans de telles installations d'évaporation, la chaudière qui fournit la puissance thermique sous forme de vapeur à énegie élevée pour actionner l'évaporateur et les installations du condensation et de réfrigération qui finalement absorbent lu chaleur dégradé après qu'elle a passé à travers l'évaporateur sont des pièces relativement importantes et coûteuses de l'appareil.
Un évaporateur à simple effet peut $tre construit pour fonctionner efficacement sans la fourniture de vapeur par des sources externes et sans la nécessité de prévoir une source externe de chaleur, pourvu que la vapeur évaporée hors du liquide puisse être comprimée par des moyens mécaniques jusque une pression et à une température suffisamment élevées pour servir comme vapeur do chauffage pour l'évaporateur dont elle provient.
Un compresseur mécanique convenant dans ce but prend beaucoup moins de plce que la chaudière et l'installation de réfrigéra- tion n'exigeraient pour un évaporateur ordinaire alimenté en vapeur vive et diverses propositions ont été faites pour faire
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fonctionner un évaporateur de cette manière.
Aucune cependant ne sembla avoir été un succès comercial, particulièrement à des pressions substantiellement en-dessous d'une atmosphère, L'inven-' tour a cependant trouvé qu'en utilisant la méthode d'¯vapration suivant la présente invention, beaucoup de difficultés dans l'emploi de la recompression mécanique peuvent être surmontées et, suivant une caractéristique ultérieure de la présente invention, la vapeur évaporée hors du liquide dans les tubes substantiellement horizontaux est comprimée dans un compresseur à haut rendement isentropique et est alors amenée & l'extérieur des tubes pour chauffer ceux-ci et provoquer une évaporât ion ultérieure.
Des compresseurs convenables sont, par exemple ceux du type à turbine à écoulement axial, les compresseurs Lysholm et les turbo-souffleurs Roots. Ces derniers ont un rondement volumétrique et isentropique combiné d'environ 40 pour cents mais celui-ci est néanmoins élevé si on le compare aveccelui de beaucoup d'autres types.
Thermodynamiqueemnt,il est suffisant d'accroître la pression et la température de la vapeur évaporée seulement d'une faible quantité pour permettre de l'employer comme un moyen pour chauffer l'évaporateur* Cependant la transmission de chaleur à travers les tubes est proportionnelle à la différence de température entre les deux cotés des surfaces du tube et partant la surface requise est d'autant plus grande que la différence de température est plus faible* Quand un compresseur mécanique est employé, les frais de fonctionnement augmentent,
quand les différences de pression et de température augmentent et il est donc nécessaire de découvrir les conditions optimum pour lesquelles la combinaison du prix des surfaces de transmission de chaleur et du prix de fonctionnement est un minimum .La méthode suivant la présente
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invention produit un coefficient élevé de transmission de chaleur
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figuur Ifs surfaces du tubtts prévues et ceci permet l'usage d'une difj'01'nt'o dû wmXr..ltuN économique comprise entre environ 'C ut environ 1U"C ui un la Compara avec une valeur de 14 e à 20*C dt-u .,zzviGtzû tY\lf'I 1'Ev.;ozataurü à film grimpant et tombant* Lu cumpr. lL;.ur rrc::e;zzic;
uc peut donc consommer au moins 50 pour eunto de puissance un nwlna que celle qui serait nécessaire pour actionner un toi cumprvssour avec l'ancien type d'évapy amateur Foi-" assurer que l'écoulement turbulent et le film soient amorces ausui prùs que possible de l'extrémité d'entrée des tubeo, il est préférable de préchauffer le liquide au-dessus de la tunpt ruturo l1fÓvapQ.t'<J.t..iU1 si le liquide est de lteau; ceci est au3ai dt'tiirabla nuis uucunonrant essentiel avec des liquides qui tundont à ffiUtl,:J:3ur twals que le lait et les solutions de t:.úlu1,ina. iivuc culs .liquidu8 les conditiuis correctes se produi- sent trej prts du dbut: des tubas mI# si le liquidateur est fourni à la tump6rature d1 évaporât ion. Trop de liquide augmente Indûment la chuta de pression la long du tube et trop peu de liquide prive la surface de chauffage, de liquide.
Le débit suivant lequel le liquide est fourni à chaque tube dépend, naturellement, parmi d'autres facteurs, de la fourniture de chaleur au tube, mais il est en général de 2 à 3 fois la vitesse
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d cva;5r uti.rz Uns chaque tube.
Un V...qNNttlur pour évaporer des produits alimentaires liquidée tels que le lait, par la méthode selon 'invention est aussi nouveau et il cunstitue un autre aspect de la présente
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invuittlun.Suivant une caractéristique,ltévapor&teur comprend une calandre ou un sécheur ayant un certain nombre de tubes d'évapora- teur substantiellement horizontaux, chacun desquels ayant un diamètre interne compris entre environ 1,9 cm et environ 3,5 cm
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et une longueur comprise entre environ 244 cm et environ 488,cm la batterie ayant aussi des moyens aux extrémités d'entrée des tubes pour fournir un jet ou des courants séparés du liquide dans le tube.
Dans le but de faire un usage efficace de la vapeur fournie à un évaporateur il est de pratique courante d'employer la vapeur évaporée hors du liquide traité pour évaporer une seconde quantité de liquide et parfois d'employer la vapeur provenant de la seconde quantité de liquide pour évaporer une troisième quantité. Un évaporateur fonctionnant de la sorte est connu sous le nom dtévaporateur à double ou triple effet suivant le nombre d'étapes* Naturellement la température et la.pression de la vapeur diminue de plus en plus dans chaque étage.
Alors, certains produits alimentaires tels que notamment le lait s'altèrent rapidement s'ils sont chauffés au-dessus d'une certaine température Dans le cas du lait ceci se pas à environ 71 C La température de la vapeur évaporée par l'effet final ne peut naturellement tomber en-dessous de celle de l'eau de refroidissement dans laquelle elle est finalement condensée et si une tour de réfrigération est utilisée pour refroidir l'eau la température de l'eau en été ne peut être inférieure à 38 C quand on veut avoir un débit de chaleur économique.. Par suite des pertes,ceci donne pour le lait un intervalle total de températures disponibles d'environ 30*C.
On a trouvé qu'un autre avantage très considérable de évaporateurs suivant la présente invention en plus de leur faible hauteur hors tout et de la transmission de chaleui effi cace, réside en ce que la chute de pression à travers les tubes est relativement faible et en conséquence la chute de température à travers la paroi du tube peut être maintenue aussi petite que
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possible et elle peut être seulement de l'ordre de 5 à 7*C. eci fait qu'il est parfaitement réalisable de faire des évapo- rateurs. à triple ou même à quadruple effet qui peuvent être utilisés pour évaporer du lait.
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(, ta faible chute de pression à travers les tubes de la calandre a'pour résultat de donner une diminution supplémentaire de la puissance consommée par le compresseur si celui-ci est prévu pour comprimer la vapeur pour chauffer la calandre.
S'il était possible d'exécuter la recompres3ion de la vapeur scus des conditions théoriquement parfaites mais prati- quement irréalisables la compression serait adiabatique ou
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isentropique. Dans un compresseur pratique, le rendement isezzw . tropique est inférieur à 100 % et l'accroissement de température
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ordinaire :st proportionnellement plus grande De cela il résulte que la vapeur ae-vient surchauffée; un exemple rendra cela plus clair. Du la vapeur d'eau saturée produite à partir d'eau à 60*0 a une pression absolue d'environ 0#20 K91em . Pour faire fonc- tionner un 6vIJort./eur de la manière décrite, L'état de cette vapeur doit Strie changé à partir de celle produite en de la vapeur saturée à une pression d'environ 0,343 Kg/cm 2 à une température d'environ 71" C.
Par compression directe de la vapeur à 6U'>C de la pression absolue d'environ 0,20 Kg/cm 2 à la pression absolue d'environ 0,343 Kg/cm, en utilisant un souffleur du type Roots avec un rendement isentropique de 41%, la température
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s'ulcve jusqu'à environ 167 C. Dans un compresseur à écoulement axial avec un rendement isentropique de 83% la température s'élèverait jusqu'à 113 C. Dans un compresseur théoriquement
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parfait la température s'élèverait adiabatiquement Jusqu'à une tempe rature de 10l{- C.
Donc beaucoup de puissance est perdue dans une surchauffe sans usage, même quand l'accroissement de pression de la vapeur saturée correspond à seulement environ
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1 10 C Cependant si un compresseur mécanique est utilité avec un évaporateur conventionnel à film grimpant ou tombant, un diffé- rence de pression beaucoup plus élevée doit être produite et la perte est augmentée en proportion.
Un autre désavantage de cette surchauffe provient des mauvaises vitesses de transmission de la chaleur obtenue avec des vapeurs surchauffées et ce qui est le plus désirable c'est d'empêcher la production de la surchauffe.
Pour arriver à cet effet; suivant une autre caractéristique de l'invention, un ajutage à jet d'eau est prévu dans l'entrée du compresseur et par cet ajutage un jet d'eau entre avec la vapeur dans le compresseur Par ce moyen, l'eau liquide dans le jet est convertie en vapeur par la surchauffe au moment où celle-ci est produite et la vapeur comprimée sort hors du compresseur à la température de saturation ou à une température voisine à la pression plus élevée et dans un état convenable peur l'emploi immédiat par condensation sur les tubes de la calandre à la vitesse élevée de transmission de la chaleur pouvant être obtenue avec des vapeurs saturées. L'usage d'un jet de liquida pour supprimer la production d'une surchauffe a pour effet de convertir l'énergie additionnelle inévitablement produite durant la compression,
en vapeur saturée qui est disponible pour pré- chauffer le liquide à évaporer, immédiatement avant son entrée dans la calandre de chauffage.
Dans la calandre, les tubes sont disposés parallèlement l'un à l'autre et ils sont entourés par une enveloppe qui forme l'enveloppe de vapeur comme cela est usuel et le moyen pour fournir le liquide aux tubes comprend de préférence une chambre d'entrée qui est séparée des tubes par une plaque, une ouverture étant prévue dans la plaque pour chaque tube* Le liquida est
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fourni bous pression à la chambre et chaque ouverture dirige donc un courant de liquide dans son propre tube individuel*
Chaque ouverture est de préférence un trou ayant son axe incline par rapport à celui du tube qui est aliumené pour que le liquide qui on sort frappe sur la paroi du tube.
Ceci disperse le liquide et permet de réaliser à l'entrée du tube les conditions requises dans celui-ci. Le trou incliné peut s'ouvrir dans un trou de plus rand diamètre près de son extrémité voisine du tube. Ce trou de plus grand diamètre a son axe parallèle à celui du tube car il a été trouvé que cette disposition produit un crachement éruptif du liquide à l'entrée du tube ce qui produit des résultats particulièrement bons.
Apres que le liquide a été évaporé dans les tubes de la calandre le liquide résiduel et la vapeur passent tous les deux culture d'habitude dans un séparateur. Ce séparateur comprend de préférence une enveloppe cylindrique ayant une partie en tronc de cône à une extrémité,un conduit d'entrée tangentile venant de la calandre à l'extrémité de l'enveloppe cylindrique éloignée de la partie tronconique, un carter à liquide et uen sortie à la base de l'enveloppe cylindrique et une sortie de vapeur au petit bout de la partie tronconique de l'enveloppe qui est éloigné de l'enveloppe cylindrique. Ce sépa- rateur travaille suivant le principe du cyclone.
Le mélange de liquide et d vapeur entrant,s'écoule dans l'enveloppe cylin- drique qu'il traverse suivant un chemin hélicoïdal. Pendant le passage suivant ce chemin, le liquide est lancé vers l'extérieur et tombe dans la base du récipient cylindrique d'où il s'écoule dans le carter et va vers la ::ortie. Comme la vapeur atteint la partie tronconique effilée du séparateur, le rayon de son chemin diminue et en conséquence, sa vitesse angulaire augmente.
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La force centrifuge exercée sur les gouttelettes liquides en suspension est accrue et toujours plus de liquide est lancé vers l'extérieur et s'écoule dans le carter.
Un exemple d'une méthode d'évaporation de produite alimen- taires liquides suivant l'invention et aussi un exemple dtun évaporateur pour appliquer cette méthode vont maintenant être décrits en se référant aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est une représentation schématique de 1'évapo rateur et elle représente aussi un schéma montrant l'écoulement du produit alimentaire liquide dans celui-ci.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la calandre de séchage faite suivant la ligne Il-Il de la figure 3
La figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 2.
La figure 4 est un détail de l'entrée de liquide dans les tubes de la calandre.
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale du séparateur.
La figure 6 est une vue en élévation en bout du séparateur suivant la flèche VI de la figure 5.
L'évaporateur qui va être décrit à titre d'exemple est du type à simple effet mais l'invention est aussi bien applicable 1 des évaporateurs à multiple effet.
L'évaporateur et son fonctionnement vont être décrits en se référant à l'évaporation- de lait mais il peut naturellement être utilisé pour évaporer d'autres produits alimentaires liquides telles que des solutions de gélatine ou une autre solution ciel- conque d'un solide dans un liquide.
Le lait est fourni à partir d'un réservoir d'alimentation (non montré) en passant par une valve d'arrêt 1 et de là par un conduit 2 il va vers un débitmètre comprenant une plaque 3
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pourvue d'un orifice de passage; des indicateurs de pression 4 et 5 donnent une indication de la chute de pression dans l'orifice.
A partir du débitmètre le lait passe par un conduit 6 vers l'entrée d'une pompe rotative d'alimentation 7 d'où il est mené par un conduit 8 vers un préchauffeur 9.
Du préchauffeur 9 le lait passe par le conduit 10 pourvu d'un indicateur de pression 11 et arrive à la valve de commande principale 12 qui commande le volume de lait s'écoulant dans l'évaporateur. A partir de la valve de commande 12, le lait coule par un conduit 13 dans les tubes d'un second préchauffeur 14.
Le lait quitte le préchauffeur 14 par le conduit 15 d'où il s'écoule dans la chambre d'entrée de la calandre 16. Le conduit 15 est pourvu d'un autre débitmètre 17 constitué par une plaque ayant un orifice et deux indicateurs de pression pour mesurer la chute de pression à travers l'orifice.
A partir de la chambre d'entrée de la calandre 16 le lait est injecté sous forme de courants dans les tubes de la calandre (qui sst décrite plus en détail ci-après) et il est évapora dans ces tubes. La vapeur et le lait liquide concentré passent tous les deux des tubes de la calandre 16 dans un séparateur 17a qui est aussi décrit plus en détails ci -après
A cet étage, les chemins de la vapeur et du lait liquide concentré divergent l'un de l'autre. La vapeur passe d'une extré- mité du se orateur 17a par un conduit 18 dans l'aspiration d'un compresseur qui est par exemple un souffleur Roots 20 entraîne par un moteur électrique 20a.
La vapeur comprimée qui est chauffée par compression est soufflée à travers un conduit 21 dans l'enveloppe d'un second préchauffeur 14 d'où elle passe par les conduits 22 et 23 dans l'enveloppe de chauffage de la calandre 16 La vapeur qui est naturellement de la vapeur à une pression
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inférieure à la pression atmosphérique est condensé dans la calandre 16 et le condensât liquide est évacué par un conduit 24 pourvu d'un verre indicateur 25 et d'une valve d'arrêt 26.
Du conduit 24 une certaine partie du condensât passe par le conduit 27 et de là par le premier préchauffeur 9 et par le conduit 28 il est mené à l'aspiration d'une pompe à condensat 29 et la partie restante du condensât passe directement & !' aspiration de la pompt 29 par un tuyau 30 Les proportions du condensât passant par le préchaufeu 9 et le conduit de by-apsse 30 pour produire le préchauffage requis à l'entrée du lait sont commandite par lesvalves de commande 31 et 32 se trouvant respectivement dans les conduits 28 et 30.
La pompe à condensat 29 fournit le condensât par un conduit 33 pourvu d'un indicateur de pression 34 à un certain nombre de pompes à jets à vide 35 disposées en parallèles* Les trompes & jets 35 mènent le condensat dans un réservoir 36 d'ù l'excès d'eau passe au trop-plein par un conduit de sortie 37 pourvu d'une valve 38 Les trompes à vide aspirent sur le séparateur !7a par un conduit 39 et sur trois points de la calandre 16 par les conduits 40, 41, 42 pour enlever l'air dissous dans le lait à cet endroits et pour maintenir le vide correct.
Pour maintenir une alimentation suffisante en eau aux trompes 35, il existe un conduit de recirculation 43 menant du réservoir 36 dans le conduit d'entrée 28 de la pompe à condensat 29.
Le conduit de recirculation 43 peut aussi être relié par des conduits 44 et 45 à des réservoirs à détergent respectivement 46 et 47. Les conduits 44 et 45 sont pourvus de valves et celles-ci sont seulement ouvertes quand l'évaporateur est fermé de sorte que tous les conduits et les pièces de l'appareil peuvent être lavée pour enlever le lait concentré adhérant à leur surface.
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Un autre conduit 48 mène du conduit de sortie 33 de la pompe à condensât 29 et fournit de l'eau & un jet d'eau 49 dans l'entrée ou aspiration de vapeur du compresseur 20. Ce jet de vapeur réduit la surchauffe qui est autrement produite dans la. vapeur comprimée à cause du rendement isentropique relativement bas du souffleur Route 20.
le motuur électrique 20a qui entraîne le souffleur Roofs 20 est pourvu d'un certain nombre de dispositif électriques de sécurité qui comprennent un interrupteur de coupure 50 qui fonctionna si 1'alujmentation d'eau au jet 49 fait défaut et aussi ds interrupteurs 51 et 52 qui fonctionnent si la pression ou la température dans le conduit de sortie 21 devient excessive.
Tous les interrupteurs 50 à 52 commandent un interrupteur de coupure 53 du moteur et celui-ci, à son tour est relié' au moteur par un interrupteur à surcharge 54. Le moteur est alimenté par un démarreur 55.
Le luit liquide concentré s'égoutte dune un carter (décrit plus loin) dans le séarateur 17a et de là il passe par un conduit 56 pourvu d'un verre d'observation 57 et d'une valve d'arrêt 58 vers une pompe à extraction 59 qui fournit le lait pur une vale de commanda oU à une sortie 61. La sortie 61 est pourvue d'un débitmètre 62. La pompe d'extraction 59 possède un autre conduit d'entrée 63 par lequel elle peut être reliée aux réservoirs de détergents 46 et 47 utilisés pour le nettoyage quand l'évaporateur est arrêté.
Un certain nombre d'autres conduite de by-pass et de liaisons transversales sond prévue pour faire circuler le lait et la vapeur suivant des circuits fermés quand l'évaporateur est initia le ruent mis en marche et avant que des conditions régulières ou constantes n'aient été établies. Le processus de démarrage
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est le suivant
Les valves 64 et 65 dans le conduit 63 sont ouvertes pour permettre à de l'eau de s'écouler hors du réservoir 36 dans la pompe 39 qui est alors mise en marche. La valve 61 est ±*rode et les valves 64 et 65 sont laissées ouvertes jusqu'à ce que le système de circulation principal soit rempli et qu'un niveau d'eau apparaisse dans le verre indicateur 57 indiquant que le système de circulation principal est rempli Jusque son niveau de travail.
Le système de circulation de l'alimentation est alors rempli d'eau en reliant la valve d'entrée 1 à une alimentation en eau, en ouvrant les valves 1 et 64 et en faisant démarrer la pompe 7. Pendant cette opération, la valve 12 est légèrement ouverte pour servir comme évacuation d'air pour laisser sortir de l'air hors du sytème Dès que tout l'air est expulsé du .. système, la valve 12 est fermée et une valve 64a dans le conduit de by-pass 65a est partiellement fermée jusqu'à ce que l'indica- teur de pression 11 montre une pression d'environ 1,75 à 2,1%/car.
La valve 1 est alors reliée à une alimentation en lait à évaporer qui est prêt pour le démarrage de l'évaporation propre.
Le système de circulation du condensât est alors mis e marche en ouvrant la valve 67 pour admettre de l'eau du réservoir ! 36 dans la pompe 29 qui est alors mise en marche alors que les valves 31 et 32 sont formées. De l'eau cet de cette façon pompée par le conduit 33 dans les trompes 35 qui démarrent pour faire sortir l'air des espaces intérieure de 1'évaorateur.
Dès qu'un vide d'environ 51 mm-58 mm de mercure a été obtenu, une valve 66 sur le séparateur 17a est ouverte junte assez pour admettre de l'air à la mené vitesse que celle à laquelle il est expulsé par les trompes 35 maintenant donc a peu près le vide
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par la valve de départ.
Une valve by-pass 6$ qui est prévue dans le conduit 68a reliant le séparateur 17a à l'enveloppe de la batterie 16 est alors complètement ouverte et le compresseur 20 est mis en march En même temps, une valve 62 est ouverte pour admettre de l'eau du réservoir 36 à l'ajutage à jet 49. L'ouver- rare de la valve 66 est alors réglée pour charger complètement le* moteur du compresseur de sorte que le système complet commence à s'échauffer. Comme la température s'élève la valve 66 est progressivement fermée et le mélange d'air et de vapeur d'eau mis en circulation par le compresseur devient progressivement plus pauvre en air et plus riche en vapeur d'eau.
La valve 68 est aussi progressivement fermée pour maintenir la charge sur le compresseur comme cela est indiqué par un ampèremètre dans le ,circuit du moteur d'entraînement. Ce procédé continue jusque ce que le vide indiqué par l'indicateur de pression sur 1'enve loppe de la calandre 16 approche de 71cm de mercure et la température dans le séparateur 17a monte jusque 60 C ou une autre température de travail quelconque désirée. A certain point, dans ce procédé, le liquide circulant à travers les tubes de la calandre commence à bouillir et un mélange de vapeur et d'eau commence à jaillir des tubes de la calandre dans le séparateur.
A ce moment la valve de commande 12 est ouverte et réglée de sorte que le niveau de liquide dans le verre indicateur 57 reste constant. De plus, du condensat apparaît dans le verre indicateur 25 et la valve 31 est ouverte pour permettre de retirer du condensât hors du système de aorte que le niveau visible dans le verre indicateur 25 est maintenu constant.
La valve 32 est montée en by-pass par rapport au préchauf feur 9 et elle est employée pour maintenir la température de 1'évaporateur à la valeur désirée. Si la valve 32 est fermée le
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système s'échauffe et quand elle est complètement ouverte il se refroidit* Une commande par thermostat peut être montée sur la valve, si nécessaire.
Lentement les conditions de circulation normales. ave les écoulements à travers Les conduite déjà décrits sont attein- t L'équilibre du liquide et la force du concentrât évapore sont maintenus en réglant la valve de commande 12 qui commande , l'entrée du lait brut et aussi la valve de commande 60 qui , commande la portie du lait condensé.
Les niveaux d'actionment de la sortie du condensat et de la sortit de lait condensé sont observés dans les verres indicateurs 25 et 57 Si le moteur d'entraînement 20a possède une puissance d'environ 10 CV et si la calandre possède un' débit d'environ 50.000 Cal par heure' les écoulements constants suivant sont obtenus quand 1'évappora- teur est en fonptionnement normal et si une recirculation se produit à partir de la pompe 59 par le conduit 70 pour s'ajouter au débit du préchauffeur 9 dans le conduit 10 Entrée de lait à la valve 1 : 136 Kg/hrà 4c; Contenu thermique ; 604 Cal/hr; Sortie du préchauffeur 9 : 136 Kg/hr à 37 C; Contenu thermique : 6065 Cal/hr;
Entrée dans le préchauffeur! ,202 Kg/hr à 49 C; Contenu thermique : 13230 Cal/hr Préchauffeur 14, débit 4625 Cal/br;8290 Kg/hr de vapeur condensée,; Sortie de lait du préchauffeur 14, 262 Kg/hr à 65 C;
Contenu thermique 17840 Cal/hr; Calandre 16, débit : 49588 Cal/hr, 88,8 Kg vapeur condensée} Sortie calandre, vapeur 90,4 Kg/hr & 60 C et pression absolue 0,201 Kg/cm2; chaleur sensible 5436 Cal1hrchaier latente 51105 Cal/hr;total 56543 Cal/hr;
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Lait liquide condensé 181 Kg/hrà 60 C Coptenu thermique 10886 Cal/hr; Conduit de recirculation 70, 136 Kg/hr à 60 C; Contenu thermique 8184 Cal/hr ; Produit final à travers la valve 60, 115 Kg/hrà 60 C;; Contenu thermique : 2721 Cal/hr;
Puissance à fournir au compresseur par moteur électrique de 10CV 4536 Cal/hr + jet d'eau dans entrée 6,5 Kg/hr à 7 C Débit de vapeur total résultant,de 97 Kg/hr à 71 C chaleur sensible 6918 Cal/hr, chaleur latente 54209 Cal/hr,chaleur totale 60127 Cal/hr au pré chauffeur 14; Condensat de la calandre 16, 97 Kg/hr à 71 C; Contenu thermique 6918 Cal/hr au premier préchauffeur 9; Débit de condensât du préchauffeur 9,97 Kg/hr à 25 C; Contenu thermique 24634 Cal/hr..
Au lieu de conduire la vapeur du séparateur 17a parole conduit 18 jusqu*au compresseur 20, elle peut passer par un conduit 18'soit directement vers un condensateur si 1;évapora teur doit travailler à simple effet, ou vers l'enveloppe de vapeur de la calandre d'un second effet si l'évaporateur est du type à multiple effet. Quand ceci est réalisé, la calandre est chauffée par une alimentation en vapeur vive par un conduit 21 au lieu d'une alimentation en vapeur à partir du compresseur 20 par le conduit 21. La vapeur vive dans le conduit 21t'peut être mélangée avec une certaine quantité de la vapeur expulsée passant par le conduit le* ou avec de la vapeur provenant du dernier effet d'un évaporateur à multiple effet.
Cette méthode de chauffer un évaporateur est cependant de pratique courante et ne doit pas être décrite plus en détail.
Beaucoup de pièces de, l'évaporateur décrit en se référant à la figure 1 sont des pièces standardisées et notamment les
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pompes, les préchauffeurs et les valves mais la calandre 16 et le séparateur 17a sont tous le* deux des constructions nouvelles et sont représentés dans les figures 2 1 6 des dessins*
Si l'on se réfère aux figures 2 et 3 la calandre 16 comprend vne enveloppe tubulaire 80 formant une enveloppa de vapeur dans laquelle sont supportés cinq tubes 81 à 85.
Les tubes 81 à 85, ayant chacun une longueur de 304 cm et un diamètre externe d'environ 31 mm et une épaisseur de calibre 18 d'environ 1,23mm donnant un diamètre interne d'environ 29 mm sont supportés à leurs extrémités dans des plaques 86 et 87 et approximatiqem en leur milieu par une troisième plaque 88. La plaque 88 possède quatre lobes qui entourent les tubes 81 à 84 et entre ces lobes se trouvent des espaces ouverts pour permettre 1 la vapeur de s'écouler à travers l'enveloppe tubulaire 80 avec un étranglement ! aussi faible que possible. La plaque 38 est maintenu* en position le long de la longueur de l'enveloppe tubulaire 80 au moyen des barres de liaison 89 et 90 par lesquelles elle est fixée à la plaque d'extrémité 86.
La plaque 86 est fixée directement sur le bout de l'enveloppe tubulaire 80 qu'elle ferme, et elle forme aussi une bride par laquelle la calandre est fixée au séparateur 17a
La plaque 87 ferme l'autre bout de l'enveloppe tubulaire 80 et une plaque à trou 93 est fixée à la première par des vie 91 et 92. Cette plaque est montrée en détail dans la figure 4 des cessine et pour chacun des tubes 81 à 85 de l'évaporateur elle possède dans une face un trou borgne 94, et dans l'autre face un trou borgen 95 et un trou incliné 96 s'étendant entre les deux troua borgnes.
La plaque 93 est enfermée dans un capuchon terminal 97 qui a le même diamètre que l'enveloppe tubulaire 80 et forma une chambre d'entrée pour le lait brut. Le capuchon terminal 97 possède un
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collier 98 qui y est soudé et ce collier est agrafé à la plaque terminale 87 par un certain nombre d'agrafes dont l'une est montrée en 99. Le joint entre le collier 98 et la plaque terminale 97 est rendu étanche par un anneau de caoutchouc 100.
Du lait est fourni à la calandre par un conduit 15 comme déjà décrit et ce conduit est connecté à une entrée 101 soudée, axialement au capuchon terminal 97 La chambre dans le capuchon terminal 97 est remplie de lait qui est ensuite lancé par les trous inclinés 96 et quand il passe dans les trous borgnes 95 un effet de jet est produit qui écrase le lait sur tout, l'intérieur des tubes 81 à 85.
Les diamètres des trous 96 sont tels qu'à travers chacun d'eux passent approximativement lKg35 de lait liquide par minute avec une pression différentielle à travers la plaque d'environ 0,35 kg/cm2 L'inclinaison des trous 96 par rapport aux axes des tubes 81 à 85 combinée avec leur saillie dans des trous borgnes plus grands sur le côté aval de la plaque 93 obligent le lait sortant à se diriger sur l'inté- rieur des tubes 81 à 85 comme le lait bout. Un éclaboussage éruptif est produit à l'entrée des tubes 81 à 85.
L'enveloppe tubulaire 80 est pourvue de deupentrées de vapeur 102 et 103 qui sont reliées respectivement aux conduits 23 et 22. A la base de l'enveloppe 80, près de la plaque terminale 87 se trouve un conduit 104 de sortie du condensât qui est fixé à la partie supérieure du verre indicateur 25 et$ sur la longueur sont disposés trois embouts 105,106 et 107 écartés l'un de l'autre pour y relier les conduits d'extraction d'air 40 à 42. Un quatrième embout 108 est prévu pour 1'indi- cateur de pression.
Dans l'exemple montré, les entrées de vapeur 102 et 103 sont situées près de l'extrémité de droite c'est-à-dire que
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l'extrémité de l'entrée de lait de l'enveloppe de la calandre et les ouvertures de sortie de l'air 105 à 107 sont disposée* suivant la longueur écartées l'une de l'autre. Dans une variante, la connexion de la vapeur de chauffage peut être prêt de 1'extré mité d'entrée du lait dans l'enveloppe de la calandre et les sorties d'air peuvent être toutes situées près de l'autre extré- mité de l'enveloppe.
Ainsi que montré dans les figurée .? et 6 le séparateur 17a comprend une enveloppe cylindrique 109 ayant une partie tronconique 110 à son extrémité de droite. A la. bas* de la partie cylindrique 10 se trouve un carter à liquide 111 et mane à partir de celui-ci se trouve un conduit 112 ayant un collier pour le fixer au verre indicateur 57. L'extrémité de gauche du séparateur 109 est fermée par un couvercle 113 qui est porté par, des charnières 114 et 115 (voir figure 6) et est maintenu fermé par une poignée de blocage 116 quand l'évaporateur est en usage.
L'enveloppe 109 possède un collier 117 et le couvercle 113 possède un collier similaire 118, les deux colliers étant rendue étanches l'un contre l'autre quand le couvercle est fermé par un anneau d'étanchéité en caoutchouc 119. Le couvercle 113 est pourvu d'une fenêtre circulaire 120 qui est maintenue en position par un anneau vissé 121.
La plaque 86 à l'extrémité de gauche de l'enveloppe 80 de la calandre 16 est fixée à un collier 122 sur le conduit d'entrée conique 123, Le conduit d'entrée se prolonge dans l'enveloppe 109 dans une direction tangentielle ainsi que montré dans la figure 6,
La sortie de vapeur du séparateur se trouve à la petite extrémité de la partie tronconique 110 et s'effectue par le conduit 124 qui a un prolongement 125 qui a'étend vers le haut
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et vers l'intérieur suivant le plan du papier ainsi que montré dans la figure 5. Ce prolongement verts le haut et vers 1'inté rieur du conduit 124 òrne une volute qui détruit l'énergie de rotation de la vapeur passant par le conduit 124.
En usage, la vapeur s'écoule vers le séparateur par le conduit 123 et sa vitesse augmente connue la surface de la section tranversale du conduit 123 diminue. La vapeur passe donc suivant un mouvement circulaire autour de la partie externe de l'enveloppe 109 et sa vitesse 'mgulaire est accrue étant donné qu'elle se déplace suivant un mouvement hélicoïdal de diamètre décroissant vers le bout de la partie tronconique 110 Ce mouvement de rotation de la vapeur lance de force vers l'extérieur,
les gouttelette a qui se trouvent dans celle-ci quand elles s'égouttent vers l'exté- rieur dans le carter 101 et elles sont évacuées par le conduit 112 Une petite quantité de liquide sous forme de gouttelettes peut rester prise dans la vapeur quand elle s'écoule par le conduit 114 et être alors séparée quand la vitesse de rotation de la vapeur est supprimée. La vitesse du courant dans le conduit 124 est suffisamment grande pour que le liquide 'ne soit pas susceptible de revenir en arrière dans le séparateur en agissant contre refoulement de vapeur. Dans ce but, une demi- gouttière inversée 126 est prévue à la base du conduit 124 et celle-ci s'étend ainsi que montré dans la figure 5 sur l'extré- mité de gauche du conduit 124 et le long du coté inférieur de celui-ci.
Cette gouttière permet au liquide de s'écouler en arrière et de suinter hors de son extrémité de base où il n'y a pas de courant de vapeur pour l'en empocher. Cette gouttière 126 est maintenue en position par sa forme qui lui permet d'être pincée sur l'extrémité du conduit 124 et elle est facilement amovible pour le nettoyage.
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Le diamètre interne de la partie cylindrique 109 de 1'enve loppe possède un diamètre tel que si toute la vapeur la traversant se déplaçait dans un sens parallèle à son axe, la vitesse de la. vapeur ne dépasserait pas environ 219 m à une pression absolue de 0,35 K/cm et ne dépassant pas 548 mm à une pression absolue de 0,105 kg/cm2 pour de la vapeur d'eau saturée et au pro-rata pour d'autres pressions et densités d'autres vapeurs.
La partie 109 doit être au moins aussi longue que le diamètre de ltenve- loppe 80 de la calandre s'y déchargeant et dans cet exemple, elle est trois fois et demie plus longue que ce diamètre étant donné qu'une écume importante de lait se produit facilement* L'angle entre la surface conique 110 et l'axe horizontal est de 15 degrés c'est-à-dire que l'angle de conicité est de 30 de grés Le diamètre du conduit 124 est approximativement un tiers de celui de la partie 109 de l'enveloppe et sa forme en volute réduit la chute de pression à la sortie du séparateur.
La fenêtre 120 dans le couvercle 113 permet le contrôle visuel de l'écoulement dans le séparateur pendant que 1'évapo- rateur est en fonctionnement.
Durant son passage dans les tubes 81 à 85 de la calandre 16 le lait produit approximativement de 0,339 Kg à 0,566 Kg de vapeur par minute, dans chaque tube.
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"2ROUBDU Sm APPARATUS I, Li,?. '0 mi J! ODUXI8 LIQUID FOODSTUFFS"
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Evaporators of various species have been used in the past to evaporate milk, gelatin solutions, other liquid food products and other solutions of solids in liquids,
but all of these evaporators have drawbacks * In climbing film evaporators the lower ends of the shell or dryer evaporator tubes are filled with liquid so that the heat transmission is inefficient and.;: ' It is only at the top of the tubes that a moving liquid film is produced and that the heat transmission is satisfactory. Tubes which are very expensive must therefore be longer than would be necessary if efficient heat transmission were obtained substantially along their entire length. The overhead height of the climbing film evaporators is very considerable and hence tall and specially constructed buildings are required to accommodate them.
A third more important drawback of climbing film evaporators resides in that, following the submersion of their base, the tubes contain a considerable volume of liquid *. This means that for a given flow rate at the evaporator the liquida remains in the evaporator for a longer time than would be the case if the evaporator contained a smaller volume. Milk in particular deteriorates if it is heated for long periods of time and the protein settles on the tubes, which reduces their effectiveness.
Falling film evaporators eliminate some of these drawbacks but their overall height is even greater than that of wire climbing evaporators intended for comparable production.
The inventor has now found that by employing a calender
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or a drying battery comprising tubes having the correct proportions and correctly controlling the feed. With the liquid supplied to the tubes, it is possible to produce a very satisfactory turbulent flow in the evaporator tubes arranged substantially horizontally. The liquid boils and a film of liquid travels along the walls of the tube. In the space inside this tube there is an atmosphere consisting of vapor and suspended droplets and the flow conditions are such that the film continues to drip and the liquid is replaced by liquid from the droplets.
These conditions produce particularly efficient heat transfer between the liquid and the heated tubes and this occurs in the same efficient manner along the entire length of the tubes.
To achieve these conditions according to the present invention, the liquid is supplied in separate streams or streams from the heated tubes of the evaporator which are arranged substantially horizontally and each of which has an internal diameter of between about 1.9 cm and about 3.5 µm. and a length of between about 244 cm and about 88 cm, the feed rate being adjusted so that the tubes do not become flooded or submerged. Preferably to produce the best results, the tubes have an internal diameter of about 2.95 cm and a length of about 305 cm. The tubes can however be stepped and therefore have a variable diameter within the given limits.
The tubes are preferably exactly horizontal since in this way the most compact and simple arrangement is obtained. However, the required results are still obtained if the tubes are tilted at an angle.
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up to about 20 and the term "substantially horizontal" is intended to include that provision.
In common types of film evaporators, such as climbing film evaporators and falling film evaporators, the tubes of the evaporator are heated externally by steam at a temperature of about 14 ° C to about 33 ° C. C higher than that of the liquid in the tubes. The heating steam is ordinarily supplied by a boiler which operates at a relatively high pressure and it is common practice to obtain additional steam savings by reclaiming some of the evaporated steam by using the excess energy from the steam to the steam. high pressure in a jet compressor.
In such evaporation plants, the boiler which supplies the thermal power in the form of high-energy steam to operate the evaporator and the condensing and refrigeration plants which ultimately absorb the degraded heat after it has passed through the evaporator. The evaporator are relatively large and expensive parts of the apparatus.
A single-acting evaporator can be constructed to operate efficiently without the supply of steam from external sources and without the need to provide an external source of heat, provided that the vapor evaporated from the liquid can be compressed by mechanical means to an extent. pressure and temperature high enough to serve as heating vapor for the evaporator from which it originates.
A mechanical compressor suitable for this purpose takes much less space than the boiler and the refrigeration plant would require for an ordinary evaporator supplied with live steam, and various proposals have been made to do so.
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operate an evaporator in this manner.
None, however, appeared to have been commercially successful, particularly at pressures substantially below one atmosphere. The invention, however, has found that using the evapration method according to the present invention much difficulty. in the use of mechanical recompression can be overcome and, according to a further feature of the present invention, the vapor evaporated from the liquid in the substantially horizontal tubes is compressed in a high isentropic efficiency compressor and is then brought to the exterior. tubes to heat them and cause subsequent evaporation.
Suitable compressors are, for example, those of the axial flow turbine type, Lysholm compressors and Roots turboblowers. The latter have a combined volumetric and isentropic rounding of about 40 percent, but this is nonetheless high when compared with that of many other types.
Thermodynamically, it is sufficient to increase the pressure and temperature of the evaporated vapor only by a small amount to allow it to be used as a means of heating the evaporator * However the heat transfer through the tubes is proportional to the greater the lower the temperature difference between the two sides of the tube surfaces and hence the required surface area * When a mechanical compressor is used, the operating costs increase,
when the pressure and temperature differences increase and it is therefore necessary to find the optimum conditions for which the combination of the price of heat transmitting surfaces and the cost of operation is a minimum. The method according to this
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invention produces a high coefficient of heat transfer
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figuur Ifs surfaces of the tubtts planned and this allows the use of an economical difj'01'nt'o due wmXr..ltuN between about 'C ut about 1U "C ui a la Compara with a value of 14 e to 20 * C dt-u., ZzviGtzû tY \ lf'I 1'Ev.; Ozataurü with climbing and falling film * Lu cumpr. LL; .ur rrc :: e; zzic;
uc can therefore consume at least 50 per eunto of power an nwlna than that which would be necessary to activate a toi cumprvssour with the old type of amateur evapy Faith- "ensure that the turbulent flow and the film are initiated as far as possible from the inlet end of the tubes, it is preferable to preheat the liquid above the tunpt ruturo l1fÓvapQ.t '<Jt.iU1 if the liquid is water; this is also harmful to any essential component with liquids that flow at ffiUtl,: J: 3ur twals that milk and solutions of t: .úlu1, ina. iivuc ass .liquidu8 the correct conditiuis occur very ready from the start: tubas mI # if liquidator is provided to evaporation tump6rature Too much liquid unduly increases the pressure drop along the tube and too little liquid robs the heating surface of liquid.
The rate at which liquid is supplied to each tube depends, of course, among other factors, on the supply of heat to the tube, but it is generally 2 to 3 times the speed
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d cva; 5r uti.rz Uns each tube.
A V ... qNNttlur for evaporating liquid food products such as milk, by the method according to the invention is also new and it constitutes another aspect of the present invention.
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According to one feature, the evaporator comprises a shell or dryer having a number of substantially horizontal evaporator tubes, each of which has an internal diameter of between about 1.9 cm and about 3.5 cm.
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and a length of between about 244cm and about 488cm, the battery also having means at the inlet ends of the tubes for providing a separate stream or streams of liquid in the tube.
In order to make efficient use of the vapor supplied to an evaporator it is common practice to employ the vapor evaporated from the treated liquid to evaporate a second quantity of liquid and sometimes to employ the vapor from the second quantity of liquid. liquid to evaporate a third quantity. An evaporator operating in this way is known as a double or triple effect evaporator depending on the number of stages. Naturally, the temperature and pressure of the vapor decreases more and more in each stage.
So, certain food products such as milk in particular deteriorate quickly if they are heated above a certain temperature In the case of milk this is not at around 71 C The temperature of the vapor evaporated by the final effect cannot naturally fall below that of the cooling water in which it is finally condensed and if a refrigeration tower is used to cool the water the water temperature in summer cannot be lower than 38 C when one wants to have an economical heat output. As a result of the losses, this gives for the milk a total available temperature range of about 30 ° C.
It has been found that another very considerable advantage of evaporators according to the present invention, in addition to their low overall height and efficient heat transmission, is that the pressure drop across the tubes is relatively low and therefore the temperature drop through the tube wall can be kept as small as
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possible and it may only be of the order of 5 to 7 ° C. This makes it perfectly feasible to make evaporators. triple or even quadruple acting which can be used to evaporate milk.
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(, the low pressure drop across the shell tubes results in a further decrease in the power consumed by the compressor if the latter is intended to compress the vapor to heat the shell.
If it were possible to carry out the recompression of the vapor under theoretically perfect but practically impracticable conditions the compression would be adiabatic or
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isentropic. In a practical compressor, the efficiency isezzw. tropic is less than 100% and the temperature increase
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ordinary: st proportionately larger From this it follows that the steam has been superheated; an example will make this clearer. Saturated water vapor produced from water at 60 * 0 has an absolute pressure of about 0 # 20 K91em. To operate a 6vIJort./eur in the manner described, the state of this vapor must be changed from that produced to saturated vapor at a pressure of about 0.343 Kg / cm 2 at a temperature of. about 71 "C.
By direct compression of the vapor at 6U '> C from the absolute pressure of about 0.20 Kg / cm 2 to the absolute pressure of about 0.343 Kg / cm, using a Roots type blower with an isentropic efficiency of 41 %, temperature
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ulcures to about 167 C. In an axial flow compressor with an isentropic efficiency of 83% the temperature would rise to 113 C. In a theoretically compressor
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perfect the temperature would rise adiabatically up to a temperature of 10l {- C.
So a lot of power is wasted in idle superheating, even when the pressure build-up of the saturated steam is only about
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However, if a mechanical compressor is used with a conventional falling or falling film evaporator, a much higher pressure difference must be produced and the loss is increased in proportion.
Another disadvantage of this overheating arises from the poor heat transfer rates obtained with superheated vapors and what is most desirable is to prevent the generation of the overheating.
To achieve this effect; according to another characteristic of the invention, a water jet nozzle is provided in the inlet of the compressor and through this nozzle a water jet enters with the vapor in the compressor By this means, the liquid water in the jet is converted to steam by the superheating at the time it is produced and the compressed steam leaves the compressor at the saturation temperature or at a temperature close to the higher pressure and in a state suitable for immediate use by condensation on the shell tubes at the high heat transfer rate obtainable with saturated vapors. The use of a liquid jet to suppress the production of overheating has the effect of converting the additional energy inevitably produced during compression,
in saturated vapor which is available to preheat the liquid to be evaporated, immediately before it enters the heating shell.
In the shell, the tubes are arranged parallel to each other and they are surrounded by an envelope which forms the vapor envelope as is usual and the means for supplying the liquid to the tubes preferably comprises a vapor chamber. inlet which is separated from the tubes by a plate, an opening being provided in the plate for each tube * The liquida is
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pressure is supplied to the chamber and each opening therefore directs a stream of liquid into its own individual tube *
Each opening is preferably a hole having its axis inclines relative to that of the tube which is aluminum-filled so that the liquid which is released hits the wall of the tube.
This disperses the liquid and makes it possible to achieve the conditions required therein at the inlet of the tube. The slanted hole can open into a larger diameter hole near its end adjacent to the tube. This larger diameter hole has its axis parallel to that of the tube because it has been found that this arrangement produces an eruptive spitting out of the liquid at the entrance of the tube, which produces particularly good results.
After the liquid has evaporated in the calandria tubes the residual liquid and the vapor are both usually cultured in a separator. This separator preferably comprises a cylindrical casing having a frustoconical part at one end, a tangent inlet duct coming from the calender at the end of the cylindrical casing remote from the frustoconical part, a liquid casing and a outlet at the base of the cylindrical casing and a vapor outlet at the small end of the frustoconical part of the casing which is remote from the cylindrical casing. This separator works according to the cyclone principle.
The mixture of liquid and vapor entering flows into the cylindrical envelope which it passes through in a helical path. During the passage following this path, the liquid is launched outwards and falls into the base of the cylindrical container from where it flows into the housing and goes towards the nettle. As the steam reaches the tapered frustoconical part of the separator, the radius of its path decreases and as a result, its angular speed increases.
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The centrifugal force exerted on the suspended liquid droplets is increased and more and more liquid is thrown outwards and flows into the crankcase.
An example of a method of evaporating liquid food products according to the invention and also an example of an evaporator for applying this method will now be described with reference to the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is a schematic representation of the evaporator and is also a diagram showing the flow of liquid food product therein.
Figure 2 is a longitudinal sectional view of the drying calender taken along the line II-II of Figure 3
Figure 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of Figure 2.
Figure 4 is a detail of the liquid inlet in the tubes of the calender.
Figure 5 is a longitudinal sectional view of the separator.
Figure 6 is an end elevational view of the separator according to arrow VI of Figure 5.
The evaporator which will be described by way of example is of the single-acting type, but the invention is equally applicable to multiple-effect evaporators.
The evaporator and its operation will be described with reference to the evaporation of milk, but it can of course be used to evaporate other liquid food products such as gelatin solutions or another cloud solution of a solid. in a liquid.
The milk is supplied from a feed tank (not shown) passing through a stop valve 1 and from there through a pipe 2 it goes to a flowmeter comprising a plate 3
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provided with a passage opening; pressure indicators 4 and 5 give an indication of the pressure drop across the orifice.
From the flowmeter, the milk passes through a pipe 6 to the inlet of a rotary feed pump 7 from where it is led by a pipe 8 to a preheater 9.
From the preheater 9 the milk passes through the pipe 10 provided with a pressure indicator 11 and arrives at the main control valve 12 which controls the volume of milk flowing in the evaporator. From the control valve 12, the milk flows through a conduit 13 into the tubes of a second preheater 14.
The milk leaves the preheater 14 through the conduit 15 from which it flows into the inlet chamber of the calender 16. The conduit 15 is provided with another flowmeter 17 consisting of a plate having an orifice and two indicators of pressure to measure the pressure drop across the orifice.
From the calender inlet chamber 16 the milk is injected as streams into the calender tubes (which will be described in more detail below) and is evaporated in these tubes. The vapor and the concentrated liquid milk both pass from the tubes of the calender 16 into a separator 17a which is also described in more detail below.
On this floor, the paths of the steam and the condensed liquid milk diverge from one another. The vapor passes from one end of the speaker 17a through a duct 18 into the suction of a compressor which is for example a Roots blower 20 driven by an electric motor 20a.
The compressed vapor which is heated by compression is blown through a duct 21 into the casing of a second preheater 14 from where it passes through the conduits 22 and 23 into the heating jacket of the calandria 16 The vapor which is naturally steam at a pressure
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below atmospheric pressure is condensed in the shell 16 and the liquid condensate is discharged through a duct 24 provided with an indicator glass 25 and a shut-off valve 26.
From line 24 some of the condensate passes through line 27 and from there through the first preheater 9 and through line 28 it is led to the suction of a condensate pump 29 and the remaining part of the condensate passes directly &! ' suction of the pump 29 through a pipe 30 The proportions of the condensate passing through the preheater 9 and the by-apsse duct 30 to produce the required preheating at the inlet of the milk are controlled by the control valves 31 and 32 located respectively in conduits 28 and 30.
The condensate pump 29 supplies the condensate through a conduit 33 provided with a pressure indicator 34 to a number of vacuum jet pumps 35 arranged in parallel * The pumps & jets 35 lead the condensate into a reservoir 36 from where the excess water passes to the overflow via an outlet duct 37 provided with a valve 38 The vacuum pumps suck on the separator! 7a via a duct 39 and at three points of the calender 16 via the ducts 40, 41, 42 to remove the air dissolved in the milk in these places and to maintain the correct vacuum.
To maintain a sufficient supply of water to the tubes 35, there is a recirculation duct 43 leading from the reservoir 36 into the inlet duct 28 of the condensate pump 29.
The recirculation duct 43 can also be connected by ducts 44 and 45 to detergent tanks 46 and 47 respectively. The ducts 44 and 45 are provided with valves and these are only open when the evaporator is closed so that all ducts and machine parts can be washed to remove condensed milk adhering to their surface.
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Another conduit 48 leads from the outlet conduit 33 of the condensate pump 29 and supplies water & a water jet 49 into the steam inlet or suction of the compressor 20. This steam jet reduces the superheating which is caused. otherwise produced in the. compressed steam due to the relatively low isentropic efficiency of the Route 20 blower.
the electric motor 20a which drives the Roofs blower 20 is provided with a number of electrical safety devices which include a cut-off switch 50 which operated if the water supply to the jet 49 fails and also switches 51 and 52 which operate if the pressure or temperature in the outlet duct 21 becomes excessive.
All switches 50 to 52 control a motor cut-off switch 53 and this in turn is connected to the motor by an overload switch 54. The motor is powered by a starter 55.
The concentrated liquid glow drains from a housing (described later) into the separator 17a and from there it passes through a conduit 56 provided with an observation glass 57 and a shut-off valve 58 to a pressure pump. extraction 59 which supplies the pure milk to a control valve or to an outlet 61. The outlet 61 is provided with a flowmeter 62. The extraction pump 59 has another inlet duct 63 through which it can be connected to the reservoirs detergents 46 and 47 used for cleaning when the evaporator is off.
A number of other bypass lines and cross connections are designed to circulate milk and steam in closed circuits when the evaporator is initiated, the flow is started and before regular or constant conditions do not occur. have been established. The start-up process
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is the next
Valves 64 and 65 in conduit 63 are open to allow water to flow out of reservoir 36 into pump 39 which is then turned on. Valve 61 is ± * rode and valves 64 and 65 are left open until the main circulation system is full and a water level appears in the indicator glass 57 indicating that the main circulation system is on. fulfilled Up to its working level.
The feed circulation system is then filled with water by connecting inlet valve 1 to a water supply, opening valves 1 and 64 and starting pump 7. During this operation, valve 12 is slightly open to serve as an air evacuation to let air out of the system As soon as all the air is expelled from the system, the valve 12 is closed and a valve 64a in the bypass duct 65a is partially closed until the pressure indicator 11 shows a pressure of approximately 1.75 to 2.1% / char.
Valve 1 is then connected to a supply of milk to be evaporated which is ready for the start of clean evaporation.
The condensate circulation system is then started by opening valve 67 to admit water from the tank! 36 in the pump 29 which is then turned on as the valves 31 and 32 are formed. Water is thus pumped through line 33 into the tubes 35 which start to force air out of the interior spaces of the evaporator.
As soon as a vacuum of about 51 mm-58 mm of mercury has been obtained, a valve 66 on the separator 17a is opened enough to admit air at the same rate as that at which it is expelled through the tubes. 35 now so pretty much the void
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through the starting valve.
A $ 6 bypass valve which is provided in the conduit 68a connecting the separator 17a to the casing of the battery 16 is then fully open and the compressor 20 is started. At the same time, a valve 62 is opened to admit water from reservoir 36 to jet nozzle 49. The valve opening 66 is then set to fully charge the compressor motor so that the entire system begins to heat up. As the temperature rises the valve 66 is gradually closed and the mixture of air and water vapor circulated by the compressor becomes progressively leaner in air and richer in water vapor.
Valve 68 is also gradually closed to maintain the load on the compressor as indicated by an ammeter in the drive motor circuit. This process continues until the vacuum indicated by the pressure gauge on the shell of the calender 16 approaches 71cm of mercury and the temperature in the separator 17a rises to 60 ° C or any other desired working temperature. At a certain point in this process, the liquid flowing through the calandria tubes begins to boil and a mixture of steam and water begins to flow from the calandria tubes into the separator.
At this time the control valve 12 is opened and adjusted so that the liquid level in the indicator glass 57 remains constant. Additionally, condensate appears in indicator glass 25 and valve 31 is opened to allow condensate to be withdrawn from the aorta system as the level visible in indicator glass 25 is kept constant.
The valve 32 is mounted in bypass with respect to the preheater 9 and it is used to maintain the temperature of the evaporator at the desired value. If valve 32 is closed on
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system heats up and when fully open it cools down * A thermostat control can be fitted to the valve, if required.
Slowly normal traffic conditions. with the flows through the pipes already described are reached The balance of the liquid and the force of the concentrate evaporates are maintained by adjusting the control valve 12 which controls the inlet of the raw milk and also the control valve 60 which , order the portie of condensed milk.
The action levels of the condensate outlet and the condensed milk outlet are observed in the indicator glasses 25 and 57 If the drive motor 20a has a power of about 10 HP and if the calender has a flow rate of 'About 50,000 Cal per hour' The following constant flows are obtained when the evaporator is in normal operation and if recirculation occurs from pump 59 through line 70 to add to the flow rate of preheater 9 into tank. pipe 10 Milk inlet at valve 1: 136 Kg / hr at 4c; Thermal content; 604 Cal / hr; Output of preheater 9: 136 Kg / hr at 37 C; Thermal content: 6065 Cal / hr;
Entering the preheater! , 202 Kg / hr at 49 C; Thermal content: 13230 Cal / hr Preheater 14, flow 4625 Cal / br; 8290 Kg / hr of condensed steam; Milk outlet from preheater 14, 262 Kg / hr at 65 C;
Thermal content 17,840 Cal / hr; Calender 16, flow rate: 49588 Cal / hr, 88.8 Kg condensed steam} Calender outlet, steam 90.4 Kg / hr & 60 C and absolute pressure 0.201 Kg / cm2; sensible heat 5436 Cal1hrchaier latent 51105 Cal / hr; total 56543 Cal / hr;
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Condensed liquid milk 181 Kg / hr at 60 C Thermal menu 10886 Cal / hr; Recirculation pipe 70, 136 Kg / hr at 60 C; Thermal content 8184 Cal / hr; Final product through the valve 60, 115 Kg / hr at 60 C ;; Thermal content: 2721 Cal / hr;
Power to be supplied to the compressor by an electric motor of 10CV 4536 Cal / hr + water jet in inlet 6.5 Kg / hr at 7 C Total resulting steam flow, 97 Kg / hr at 71 C sensible heat 6918 Cal / hr , latent heat 54209 Cal / hr, total heat 60127 Cal / hr to pre-heater 14; Calender condensate 16, 97 Kg / hr at 71 C; Thermal content 6918 Cal / hr at first preheater 9; Preheater condensate flow rate 9.97 Kg / hr at 25 C; Thermal content 24634 Cal / hr ..
Instead of conducting the vapor from the separator 17a floor duct 18 to the compressor 20, it can pass through a duct 18 either directly to a condenser if 1; the evaporator is to work single-acting, or to the vapor envelope of the shell of a second effect if the evaporator is of the multiple effect type. When this is done, the shell is heated by a supply of live steam through line 21 instead of a supply of steam from compressor 20 through line 21. Live steam in line 21t can be mixed with a vapor. certain quantity of the expelled vapor passing through the duct on * or with vapor coming from the last effect of a multiple effect evaporator.
This method of heating an evaporator is however common practice and need not be described in more detail.
Many parts of the evaporator described with reference to Figure 1 are standardized parts and in particular the
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pumps, preheaters and valves but shell 16 and separator 17a are both * new constructions and are shown in figures 2 1 6 of the drawings *
Referring to Figures 2 and 3 the calender 16 comprises vne tubular casing 80 forming a steam envelope in which are supported five tubes 81 to 85.
Tubes 81 to 85, each having a length of 304 cm and an outer diameter of about 31 mm and an 18 gauge thickness of about 1.23 mm giving an inner diameter of about 29 mm are supported at their ends in plates 86 and 87 and approximately in their middle by a third plate 88. Plate 88 has four lobes which surround tubes 81 to 84 and between these lobes are open spaces to allow steam to flow through the tube. tubular casing 80 with a constriction! as low as possible. Plate 38 is held * in position along the length of tubular casing 80 by means of link bars 89 and 90 by which it is secured to end plate 86.
The plate 86 is fixed directly on the end of the tubular casing 80 which it closes, and it also forms a flange by which the calender is fixed to the separator 17a
The plate 87 closes the other end of the tubular casing 80 and a hole plate 93 is attached to the first by life 91 and 92. This plate is shown in detail in figure 4 of the cessine and for each of the tubes 81 at 85 from the evaporator it has a blind hole 94 in one face, and in the other face a blind hole 95 and an inclined hole 96 extending between the two blind holes.
The plate 93 is enclosed in an end cap 97 which has the same diameter as the tubular casing 80 and formed an inlet chamber for the raw milk. The end cap 97 has a
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collar 98 which is welded thereto and this collar is stapled to the end plate 87 by a number of clips, one of which is shown at 99. The seal between the collar 98 and the end plate 97 is sealed by a ring of rubber 100.
Milk is supplied to the calender through a duct 15 as already described and this duct is connected to an inlet 101 welded axially to the end cap 97 The chamber in the end cap 97 is filled with milk which is then launched through the inclined holes 96 and when it passes through the blind holes 95 a jet effect is produced which crushes the milk on everything, the inside of the tubes 81 to 85.
The diameters of the holes 96 are such that through each of them pass approximately lKg35 of liquid milk per minute with a differential pressure across the plate of about 0.35 kg / cm2 The inclination of the holes 96 with respect to the axes tubes 81-85 combined with their protrusion into larger blind holes on the downstream side of plate 93 force the outgoing milk to flow into the interior of tubes 81-85 as the milk boils. An eruptive splash is produced at the inlet of tubes 81 to 85.
The tubular casing 80 is provided with steam outlets 102 and 103 which are respectively connected to the conduits 23 and 22. At the base of the casing 80, near the end plate 87 is a condensate outlet conduit 104 which is fixed to the upper part of the indicator glass 25 and $ along the length are arranged three end pieces 105, 106 and 107 spaced apart from one another to connect there the air extraction ducts 40 to 42. A fourth end piece 108 is provided for the pressure indicator.
In the example shown, the steam inlets 102 and 103 are located near the right end, i.e.
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the end of the milk inlet of the calender casing and the air outlet openings 105-107 are disposed lengthwise apart from each other. Alternatively, the heating steam connection may be near the end of the milk inlet into the calender shell and the air outlets may all be located near the other end of the calender. the envelope.
As well as shown in the figures. and 6 the separator 17a comprises a cylindrical casing 109 having a frustoconical part 110 at its right end. To the. The bottom * of the cylindrical part 10 is a liquid sump 111 and mane from this is a conduit 112 having a collar for securing it to the indicator glass 57. The left end of the separator 109 is closed by a cover 113 which is carried by hinges 114 and 115 (see Figure 6) and is held closed by a locking handle 116 when the evaporator is in use.
The casing 109 has a collar 117 and the cover 113 has a similar collar 118, the two collars being sealed against each other when the cover is closed by a rubber sealing ring 119. The cover 113 is sealed against each other. provided with a circular window 120 which is held in position by a screw ring 121.
Plate 86 at the left end of shell 80 of calender 16 is attached to a collar 122 on tapered inlet duct 123.The inlet duct extends into shell 109 in a tangential direction as well. as shown in figure 6,
The vapor outlet of the separator is at the small end of the frustoconical part 110 and takes place through the duct 124 which has an extension 125 which extends upwards.
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and inwardly along the plane of the paper as shown in Figure 5. This continuation upward and inwardly of duct 124 forms a volute which destroys the rotational energy of the vapor passing through duct 124. .
In use, the steam flows to the separator through the conduit 123 and its speed increases as the area of the cross section of the conduit 123 decreases. The vapor therefore passes in a circular motion around the external part of the casing 109 and its velocity 'mgulaire is increased since it moves in a helical movement of decreasing diameter towards the end of the frustoconical part 110 This movement of rotation of the steam forcefully launches outward,
the α-droplets which are in it when they drip out into the housing 101 and are discharged through the duct 112 A small amount of liquid in the form of droplets can remain trapped in the vapor when it is flows through line 114 and then be separated when the rotational speed of the steam is removed. The speed of the current in the conduit 124 is sufficiently great so that the liquid 'is not liable to flow back into the separator by acting against the vapor discharge. For this purpose, an inverted half-gutter 126 is provided at the base of duct 124 and this extends as shown in Figure 5 over the left end of duct 124 and along the lower side of the duct. this one.
This gutter allows the liquid to flow back and seep out of its base end where there is no vapor stream to pocket it. This gutter 126 is held in position by its shape which allows it to be pinched on the end of the duct 124 and it is easily removable for cleaning.
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The internal diameter of the cylindrical portion 109 of the casing has a diameter such that if all the vapor passing through it moved in a direction parallel to its axis, the speed of the. vapor would not exceed approximately 219 m at an absolute pressure of 0.35 K / cm and not exceed 548 mm at an absolute pressure of 0.105 kg / cm2 for saturated water vapor and pro-rated for others pressures and densities of other vapors.
The portion 109 must be at least as long as the diameter of the shell 80 of the calender discharging therein and in this example, it is three and a half times as long as this diameter since a large amount of milk froth builds up. easily produced * The angle between the conical surface 110 and the horizontal axis is 15 degrees i.e. the taper angle is 30 degrees The diameter of the duct 124 is approximately one-third that of the part 109 of the casing and its volute shape reduces the pressure drop at the outlet of the separator.
Window 120 in cover 113 allows visual monitoring of flow through the separator while the evaporator is in operation.
During its passage through the tubes 81 to 85 of the calender 16, the milk produces approximately 0.339 kg to 0.566 kg of steam per minute, in each tube.
CLAIMS.
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