RU2002423C1 - Малогабаритна вакуум-выпарна установка - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к выпарной технике , а именно к выпарным аппаратам, примен емым дл  сгущени  жидких пищевых продуктов, например, молока и молочных продуктов, а также соков или другой продукции и может быть использовано а услови х малотоннажного производства (индивидуальное хоз йство, молочна  ферма и т.п.).

Известно устройство дл  выпаривани  жидких растворов в услови х вакуума, содержащее вертикальный цилиндрический вакуум-испаритель, корпус которого снабжен двойными стенками и полностью погружен а катализатор с жидкостным теплоносителем, а также подключаемые к вакуум-испарителю пароотделитель и систему конденсации и откачивани  паров продуктов .

При работе этого устройства осуществл етс  равномерный обогрев всей поверхности корпуса вакуум-испарител  и пары упариваемого продукта поступают в пароотделитель и систему конденсации и откачивани  паров продукта почти без конденсации в рабочем объеме самого вакуум-испарител .

Однако така  конструкци  малопригодна дл  эксплуатации в услови х малотоннажного производства, поскольку дл  ее нормального функционировани  требуетс  значительное количество жидкого теплоносител , усложнен процесс загрузки - выгрузки упариваемого продукта, пароотделитель и другие устройства, используемые вместе с вакуум-испарителем, представл ют собой достаточно громоздкие конструкции, что увеличивает общие габариты устройства и усложн ет процесс его технического обслуживани .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  вакуум-выпарна  установка периодического действи  дл  получени  сгущенного молока, содержаща  вертикальный частично обогреваемый цилиндрический вакуум-испаритель, калоризатор обогрева нижней части корпуса вакуум-испарител , подключенные к вакуум-испарителюциклонный пароотделитель с тангенциальным патрубком подвода, патрубком отвода пара и циркул рной трубой, системы конденсации и откачивани  паров упариваемого продукта.

В данной установке нагрев упариваемого продукта осуществл етс  в нижней обогреваемой части цилиндрического корпуса вакуум-испарител , Образующа с  при кипении упариваемого продукта (молока) па- рожидкостна  смесь отбираетс  из верхней необогреваемой части корпуса вакуум-испарител  и направл етс  с большой скоростью через тангенциальный патрубок подвода пара в циклонный пароотделите ь, где она приобретает вращательное движение, в результате чего происходит разделение капельной жидкости и вторичного пара. Капельна  жидкость (молоко и частично сконденсированный вторичный пар) рецир- кулирует в нижнюю часть корпуса вакуум- испарител  по циркул ционной трубе на

0 повторное упаривание, а вторичный пар через патрубок отвода пара отводитс  из циклонного пароотделител  в систему конденсации и откачивани  паров продукта, обеспечивающую требуемую степень раз5 режени  в корпусе вакуум-испарител .

Недостатком данной установки  вл етс  то, что вакуум-испаритель, циклонный па- - роотделитель и система конденсации и откачивани  паров продукта представл ют

0 собой отдельно сто щие конструкции, увеличивающие габариты установки и усложн ющие ее эксплуатацию в услови х малотоннажного производства. Кроме того, вакуум-испаритель м циклонный пароотде5 литель имеют значительные необогреваемые поверхности теплообмена с окружающей средой, что приводит к конденсации вторичного пара внутри рабочих обьемов ваккум-испарител  и пароотдели0 тел . Поскольку пароотделитель в рабочем режиме используетс  также и дл  рециркул ции уловленных капель молока в обогреваемую часть корпуса вакуум-испарител , то вместе с молоком на повторное испаре5 ние подаетс  и значительное количество скондесировэнных вод ных паров, что увеличивает общий расход тепловой энергии на упаривание молока.

Целью изобретени   вл етс  улучше0 ние эксплуатационных характеристик вакуум-выпарной установки за счет уменьшени  ее габаритных размеров и снижени  непроизводительных теплопотерь.

Цель достигаетс  тем, что установка дл 

5 сгущени  пищевых продуктов, содержаща  вакуум-испаритель с катализатором, пароотделитель с тангенциальным патрубком подвода пара, патрубком отвода пара и циркул ционной трубой, сообщенными с систе0 мой конденсации и откачивани  паров.

Пароотделитель выполнен в виде обечайки , установленной в верхней части вакуум-испарител  с образованием полости, патрубок отвода пара выполнен тангенци5 ально поверхности обечайки, внешн   поверхность верхней части вакуум-испарител  покрыта гидрофобным материалом, коэффициент теплопроводности которого меньше , чем у материала корпуса вакуум-испарител .

Цель достигаетс  также тем, что система конденсации и откачивани  паров продукта выполнена в виде вод ного эжектора с помпой, баком-питателем и вод ной ловушкой , установленной между выходным патрубком пароотделител  и всасывающим патрубком вод ного эжектора, при этом выходной патрубок вод ного эжектора выполнен с защитным стаканом, верхн   часть которого расположена выше уровн  воды в баке-питателе.

Цель достигаетс  тем, что вод на  ловушка и защитный стакан выполнены с соотношением их объемов от 3:1 до 10:1. причем вод на  ловушка выполнена в виде трубопровода, сообщающего выходной патрубок пароотделител  и всасывающий патрубок вод ного эжектора.

Цель достигаетс  также, что выходной патрубок вод ного эжектора и защитный стакан выполнен цилиндрическим, причем внутренний диаметр защитного стакана в 1.5-3,0 раза больше внешнего диаметра выходного патрубка вод ного эжектора, а сам вод ной эжектор установлен таким образом , что торец его выходного патрубка рас- по .ожен на рассто нии 0,25-3,5 его внешнего диаметра от дна защитного стакана .

На фиг.1 изображена принципиальна  схема малогабаритной вакуум-выпарной установки с вод ной ловушкой системы конденсации и откачивани  паров продукта, выполненной, например, в виде герметичной емкости с входным и выходным патрубками; на фиг.2 - принципиальна  схема установки с вод ной ловушкой, выполненной в виде трубопровода, соедин ющего патрубок отвода пара пэроотделител  и всасывающий патрубок вод ного эжектора.

Вакуум-выпарна  установка содержит калоризатор 1. например, с жидкостным теплоносителем 2, в котором располагаетс  нижн   часть корпуса 3 оертикального вакуум-испарител . В днище корпуса 3 вакуум- испарител  имеетс  трубопровод 4 загрузки-выгрузки упариваемого продукта 5 (например, молока). В верхней необогреваемой части корпуса 3 вакуум-испарител  расположен пэроотделитель 6, образованный обечайкой 7 и верхней частью корпуса 3 вакуум-испарител . В полости 8 пароотделител  6 осуществл етс  сепараци  паро- жидкостной смеси. Пэроотделитель б имеет тангенциальный патрубок 9 подвода пара, выполненный, например, с трубкой 10 нижней раздачи пара, тангенциальный патрубок 11 отвода пара, циркул ционную трубу 12. а внешн   поверхность верхней необогреваемой части корпуса 3 вакуум-испарител  покрыта слоем гидрофобного теплоизолирующего материала 13. Тангенциальный патрубок 11 отвода пара пароотделител  6 через трубопровод 14 св зана с системой 15 5 конденсации и откачивани  паров продукта. Вод на  ловушка 16 системы 15 конденсации и откачивани  паров продукта св зана трубопроводом 17с вод ным эжектором 18, имеющим всасывающий патрубок 19, эжек- 0 тирующее сопло 20, камеру смешени  21 и выходной патрубок 22, причем всасывающий патрубок 19 вод ного эжектора 18 подключен к трубопроводу 17, а эжектирующее сопло 20 через трубопровод 23 подключено

5 к подающему патрубку 24 вод ной помпы 25. Всасывающий патрубок 26 вод ной помпы 25 погружен ниже уровн  27 воды в баке-питателе 28, а выходной патрубок 22 вод ного эжектора 18 снабжен защитным

0 стаканом 29, установленным с зазором относительно выходного патрубка 22, причем верхн   часть стенок 30 защитного стакана 29 расположена выше уровн  27 воды в баке-питателе 28, чтобы при работе вод ного

5 эжектора 18 вокруг его выходного патрубка 22 образовывалась защитна  вод на  завеса 31. На фиг.2 изображен трубопровод 32. Установка работает следующим образом .

0 В корпус катализатора 1 заливают жидкостный теплоноситель 2, например, воду, затем в нижнюю часть корпуса 3 вакуум-испарител  через трубопровод 4 загрузки-выгрузки продукта заливают требуемое

5 количество упариваемого продукта 5, например молока, с необходимыми технологическими добавками. После заливки молока 5 в корпус 3 вакуум-испарител  трубопровод 4 загрузки-выгрузки перекрывают и

0 включают регулируемый нагрев катализатора 1. осуществл емый, например, с помощью управл емых электронагревателей (не показаны). При включенном нагреве катализатора 1 рабочий обьем корпуса 3 ваку5 ум-испарител  откачивают с помощью системы 15 конденсации и откачивани  паров продукта до требуемого разрежени . По мере нагрева теплоносител  2 в калоризаторе 1 нагреваетс  и молоко 5, а при дости0 жении температуры кипени , соответствующей давлению, поддерживаемому в рабочем обьеме корпуса 3 вакуум-ис- парител , молоко 5 закипает и парожидкостна  смесь, состо ща  из вод 5 ного пара и капель молока, начинает поступать в верхнюю необогреваемую часть корпуса 3 вакуум-испарител , откуда через входной тангенциальный патрубок 9 подвода пара с трубкой 10 нижней раздачи пара поступает в нижнюю часть полости 8 пароотделител  6, на внутренней поверхности обечайки 7 которого из парожидкостной смеси происходит выделение капельной жидкости под действием центробежных сил, возникающих при вихревом течении потока парожидкостной смеси. Свободный от капель жидкости вторичный пар покидает полость 8 через выходной тангенциальный патрубок 11 отвода пара, выполненный в верхней части полости 8, а отсепарировэн- на  от пара жидкость возвращаетс  в нижнюю часть корпуса 3 вакуум-испарител  по циркул ционной трубе 12 на повторное выпаривание . Поскольку внешн   поверхность верхней необогреваемой части корпуса 3 вакуум-испарител , образующа  вместе с обечайкой 7 полость 8 пароотдели- тел  6, покрыта слешем гидрофобного теплоизолирующего материала 13, конденсации пара на этой поверхности не происходит. благодар  чему уменьшаетс  также и кон денсаци  паров продукта в верхней необогреваемой части рабочего обьема корпуса 3 вакуум-испарител . Входной тангенциальный патрубок 9 подвода пара и выходной тангенциальный патрубок 11 отвода пара выполнены тангенциально относительно обечайки 7 дл  снижени  веро тности попадани  капельной жидкости на слой гидрофобного материала 13, что может ухудшить его теплоизолирующие характеристики. После пароотделител  6 пары продукта через выходной тангенциальный патрубок 11 отвода пара поступают по трубопроводу 14 в вод ную ловушку 16 системы 15 конденса- ции и откачивани  паров продукта, а после вод ной ловушки 16 пары продукта по трубопроводу 17 поступают во всасывающий патрубок 19 вод ного эжектора 18 системы 15 конденсации и откачивани  паров про- дукта. Рабочий режим вод ного эжектора 18 обеспечивают с помощью вод ной помпы 25, котора  забирает воду из бака-питател  28 через всасывающий патрубок 26, погруженный ниже уровн  27 воды в баке-питате- ле 28, и подает воду под давлением через подающий патрубок 24 в эжектирующее сопло 20 вод ного эжектора 18. Отсасываемые через всасывающий патрубок 19 вод ного эжектора 18 пары продукта сме- шиваютс  с потоком воды и конденсируютс  уже в камере смешени  21 вод ного эжектора 18 так, что к торцу выходного патрубка 22 вод ного эжектора 18 поступает смесь нагревшейс  от конденсации паров продукта воды и неконденсируемых газов, выдел ющихс  при кипении продукта. Вытекающа  из выходного патрубка22 вод ного эжектора 18 газожидкостна  смесь поступает в защитный стакан 29 и после

удара о дно стакана переливаетс  через его стенки 30, а отделенна  от газа вода попадает обратно в бак-питатель 28. Расход воды через вод ной эжектор 18 и избыточное давление, развиваемое вод ной помпой 25, достаточны дл  того, чтобы вод на  стру , перетекающа  через стенки защитного стакана 29, образовывала защитную вод ную завесу 31, преп тствующую подсосу воздуха из окружающего пространства, что обеспечивает устойчивую работу системы 15 конденсации и о гкачивани  паров продукта.

Дл  исключени  порчи упариваемого продукта 5 в рабочем обьеме корпуса 3 вакуум-испарител  при возникновении аварийной ситуации в процессе эксплуатации установки (например, при внезапном отключении электроэнергии) стенки 30 защитного стакана 29 об зательно располагают выше уровн  27 воды в баке- питателе 28. В этом режиме защитный стакан 29 преп тствует засасыванию воды из бака-питател  28 в рабочий объем корпуса 3 вакуум-испарител . Попадание воды в рабочий объем корпуса 3 вакуум-испарител  предотвращаетс  с высокой степенью надежности тогда, когда объем вод ной ловушки 16 в 2-10 раз превосходит объем защитного стакана 29.

Дл  предотвращение излишнего разбрызгивани  вод ной струи, перетекающей через стенки 30 защитного стакана 29. необходимо , чтобы выполн лись определенные соотношени  между геометрическими размерами защитного стакана 29 и выходного патрубка 22 вод ного эжектора 18. В случав выполнени  защитного стакана 29 и выходного патрубка 22 вод ного эжектора 18 цилиндрическими , удовлетворительное качество вод ной завесы 31, обеспечивающее устойчивую работы системы 15 конденсации и откачивани  паров продукта без разбрызгивани  вод ных капель за пределы бака-питател  28, получалось в тех случа х, когда внутренний диаметр защитного стакана 29 в 1,5-3 раза больше внешнего диаметра выходного патрубка 22 вод ного эжектора 18, а срез сопла выходного патрубка 22 вод ного эжектора 18 расположен на рассто нии 0,25-35 его внешнего диаметра от дна защитного стакана 29.

Поскольку, как показали испытани  опытных образцов установки, объем защитного стакана 29 незначителен, то вод на  ловушка системы 15 конденсации и откачивани  паров продукта выполнена в виде тру- бопровода 32, соединенного с пароотделителем бис всасывающим патрубком 19 вод ного эжектора 18.

После окончани  процесса упаривани  молока 5 в рабочий объем корпуса 3 вакуум- испарител  напускают воздух (система напуска воздуха на фигурах не показана), затем отключают рабочий объем корпуса 3 вакуум-испарител  от системы 15 конденсации и откачивани  паров продукта (запорные вентили на фигурах не показаны), включают калоризатор 1 и систему 15 конденсации и откачивани  паров продукта (ор- ганы управлени  не показаны), после чего выгружают сгущенный продукт, например сгущенное молоко 5, через трубопровод 4 загрузки-выгрузки продукта. После выгрузки готового продукта все основные детали установки промываютс  и сушатс  в соответствии с санитарными требовани ми и нормами.

Технико-экономическа  эффективность за вл емого изобретени  заключаетс  в следующем.

Во-первых, расположение пароотдели- тел  в верхней необогрееаемой части корпуса вакуум-испарител  с использованием стенки корпуса вакуум-испарител  в качест- ве элемента конструкции пароотделител  позвол ет повысить степень компактности установки. Поскольку эффективна  работа пароотделител  обеспечиваетс  при величине зазора между поверхност ми, образу- ющими рабочую полость пароотделител , равной 50-80 мм при диаметре корпуса вакуум-испарител  500 мм. а така  же величина зазора характерна и дл  жидкостного калоризатора установки, то в проекции ва-. куум-испарител  с расположенным в верхней необогреваемой его части пароотделителем занимает площадь не более , чем жидкостный калоризатор. Высота же такой конструкции не превосходит высо- ты исходного вакуум-испарител . Кроме того , такое техническое решение позвол ет

снизить расход металла на изготовление установки , т.е. снизить ее вес и себестоимость .

Во-вторых, уменьшение поверхности паразитного теплообмена с окружающей средой практически в 2 раза по сравнению с прототипом в сочетании с надлежащей организацией вихревого течени  парожид- костной смеси (входной и выходной патрубки пароотделител  установлены тангенциально относительно его внешнего, а не внутреннего корпуса) относительно по крытой слоем гидрофобного теплоизолирующего материала части корпуса вакуум-испарител , позвол ет значительно снизить возврат конденсата в рабочий объем вакуум-испарител  и соответственно снизить расход тепловой энергии на испарение влаги из упариваемого продукта, что улучшает эксплуатационные характеристики установки.

В-третьих, применение защитного стакана на выходном патрубке эжектора позвол ет выполнить вод ную ловушку системы конденсации и откачивани  паров продукта в виде трубопровода, что также уменьшает габаритные размеры установки, упрощает ее изготовление и обслуживание. Кроме того , применение защитного стакана снижает веро тность порчи упариваемого продукта при аварийных ситуаци х, что также улучшает эксплуатационные характеристики установки .

(56) За вка Великобритании № 2165160, кл. В 01 D 1/00. 1986.

Вакуум-выпарна  установка периодического действи  дл  получени  сгущенного молока. Страхов В.В. Вакуум-выпарные установки молочной промышленности и их эксплуатаци , П.П.. М.. 1970, с.10.

Claims (4)

1. МАЛОГАБАРИТНАЯ ВАКУУМ-ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА, содержаща  вакуум-испаритель с калоризатором, пароотде- литель с тангенциальным патрубком подвода пара, патрубком отвода пара, циркул ционной трубой, сообщенные с системой конденсации и откачивани  паров, отличающа с  тем. что пароотделитель выполнен в виде обечайки, установленной в верхней части вакуум-испарител  с образованием полости, патрубок отвода пара выполнен тангенциально поверхности обечайки, а внешн   поверхность верхкей

части вакуум-испарител  покрыта гидрофобным материалом, коэффициент теплопроводности которого меньше, чем у материале вакуум-испарител .

2. Установка по п.1, отличающа с  тем, что система конденсации и откачивани 

паров продукта выполнена в виде вод ного эжектора с помпой, баком-питателем и вод ной ловушкой, установленной между

патрубком отвода пара пароотделител  и всасывающим патрубком вод ного эжектора , при этом выходной патрубок вод ного эжектора выполнен с защитным стаканом, верхн   часть которого расположена выше уровн  воды в баке-питателе.

3.Установка по пп.1 и 2, отличающа с  тем, что вод на  ловушка и защитный стакан выполнены с соотношением их объемов от 3 : 1 до 10 : 1, причем вод на  ловушка выполнена в виде трубопровода, сообщающего патрубок отвода пара паро- отделител  и всасывающий патрубок вод ного эжектора.

4.Установка по пп, 1 - 3, отличающа с  тем, что выходной патрубок вод ного

эжектора и защитный стакан выполнены цилиндрическими, причем внутренний диаметр защитного стакана в 1,5-3 раза больше внешнего диаметра выходного патрубка вод ного эжектора, а сам вод ной эжектор установлен так, что торец его выходного патрубка расположен на рассто нии 0,25 - 3,5 его внешнего диаметра от дна защитного стакана.