RU2500449C1 - Evaporation of fluids and device to this end - Google Patents

Evaporation of fluids and device to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2500449C1
RU2500449C1 RU2012124885/05A RU2012124885A RU2500449C1 RU 2500449 C1 RU2500449 C1 RU 2500449C1 RU 2012124885/05 A RU2012124885/05 A RU 2012124885/05A RU 2012124885 A RU2012124885 A RU 2012124885A RU 2500449 C1 RU2500449 C1 RU 2500449C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
product
evaporation
circuit
heater
tank
Prior art date
Application number
RU2012124885/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Григорьевич Макаренко
Original Assignee
Владимир Григорьевич Макаренко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Григорьевич Макаренко filed Critical Владимир Григорьевич Макаренко
Priority to RU2012124885/05A priority Critical patent/RU2500449C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2500449C1 publication Critical patent/RU2500449C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to heat treatment and concentration of fluids with the help of various equipment. Evaporation of fluids comprises circulation of fluid in vessel and its heating. Fluid is circulated via evaporating circuit whereto fluid portion is forced and heated in evaporating circuit heater to ensure a required temperature increase so that heated product is injected back into vessel top part above product surface.
EFFECT: evaporation without foaming, higher quality of finished products, lower power consumption.
22 cl, 3 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к способам проведения тепловой обработки (выпаривания) и концентрирования текучих продуктов с использованием различного оборудования.The invention relates to methods for heat treatment (evaporation) and concentration of fluid products using various equipment.

По заявляемому способу тепловой обработке с выпариванием могут подвергаться любые текучие продукты и смеси.According to the claimed method, any flowing products and mixtures can be subjected to heat treatment with evaporation.

Выпаривание (концентрирование), как технологическая операция, представляет собой удаление из сложного продукта излишнего количества наиболее летучих компонентов, в частности воды или других растворителей, и применяется для придания продукту требуемого состава и желаемых физико-химических свойств, в том числе необходимых реологических свойств. Как правило, выпаривание сопровождается нагреванием концентрируемого продукта.Evaporation (concentration), as a technological operation, is the removal from the complex product of an excessive amount of the most volatile components, in particular water or other solvents, and is used to give the product the desired composition and the desired physicochemical properties, including the necessary rheological properties. As a rule, evaporation is accompanied by heating of the concentrated product.

Традиционные и широко применяемые способы выпаривания текучих продуктов сочетают их нагревание через поверхность теплообмена с испарением летучего компонента в окружающую газовую среду. Поверхностью теплообмена при осуществлении процесса может служить стенка емкости с продуктом или поверхность погруженного внутрь емкости нагревательного элемента произвольной конструкции.Traditional and widely used methods for evaporating fluid products combine their heating through a heat exchange surface with the evaporation of a volatile component into the surrounding gas environment. The heat exchange surface during the process may be the wall of the container with the product or the surface of a heating element of any design immersed inside the tank.

Простейший и широко применяемый способ выпаривания осуществляется за счет кипения продукта на нагретой поверхности (Патент RU 2067016, МПК B01D 1/22, опубл. 27.09.1996 г.). При этом пар самопроизвольно покидает выпарное устройство за счет своего избыточного давления. При всей своей простоте и компактности оборудования такой метод выпаривания имеет ряд недостатков.The simplest and most widely used method of evaporation is carried out by boiling the product on a heated surface (Patent RU 2067016, IPC B01D 1/22, publ. 09/27/1996). In this case, the vapor spontaneously leaves the evaporator due to its excess pressure. Despite its simplicity and compactness of the equipment, this evaporation method has several disadvantages.

Для обеспечения высокой скорости процесса при небольшой поверхности теплообмена необходимо поддерживать высокую температуру нагревателя или стенки сосуда. Но при высокой вязкости обрабатываемого продукта конвективный тепломассообмен сильно затруднен, и это приводит к значительному локальному перегреву продукта и образованию нагара, что отрицательно сказывается на качестве готового продукта. Кроме того, имеется значительное количество жидких продуктов, склонных к пенообразованию. Испарение летучего компонента внутрь такого продукта при его кипении неизбежно приводит к обильному образованию пены, которая тоже ухудшает тепломассообмен со всеми вытекающими последствиями, а также способна заполнить всю выпарную емкость вплоть до выливания из нее.To ensure a high process speed with a small heat transfer surface, it is necessary to maintain a high temperature of the heater or vessel wall. But with a high viscosity of the processed product, convective heat and mass transfer is very difficult, and this leads to a significant local overheating of the product and the formation of soot, which negatively affects the quality of the finished product. In addition, there is a significant amount of liquid products prone to foaming. Evaporation of the volatile component inside such a product when it boils inevitably leads to abundant formation of foam, which also impairs heat and mass transfer with all the ensuing consequences, and is also able to fill the entire evaporation tank until pouring out of it.

Технически более продвинутым вариантом выпаривания является осуществление кипения при пониженном давлении. Известен способ выпаривания (Патент RU 2432537, МПК F26B 9/06, F26B 5/04, опубл. 27.10.2011), который позволяет в значительной степени снять проблему нагара и перегрева продукта, но требует значительно более сложного и дорогостоящего оборудования. Выпаривание таким способом пенящихся продуктов также вызывает дополнительные технические трудности. Кроме того, значительное понижение температуры кипения требует значительного вакуума и применения хладоносителя для конденсации паров, а это, в свою очередь, сказывается на повышении себестоимости готового продукта.A technically more advanced evaporation option is boiling under reduced pressure. A known method of evaporation (Patent RU 2432537, IPC F26B 9/06, F26B 5/04, publ. 10/27/2011), which can largely remove the problem of soot and overheating of the product, but requires much more complex and expensive equipment. Evaporation of foaming products in this way also causes additional technical difficulties. In addition, a significant decrease in boiling point requires a significant vacuum and the use of a coolant for condensation of vapors, and this, in turn, affects the increase in the cost of the finished product.

Известен ряд методов, в которых испарение летучего компонента осуществляется без кипения, за счет контакта продукта с «сухой» газовой средой. Для эффективной работы этих методов требуется значительная свободная поверхность продукта и низкое относительное давление паров удаляемого компонента (для паров воды - относительная влажность) над ней. При таком способе выпаривания подогрев продукта обычно выполняется либо произвольным твердотельным нагревателем, либо за счет контакта продукта с подогреваемой газовой средой. А для обеспечения достаточной скорости протекания процесса выпаривания требуется выполнять его в специальных выпарных устройствах, принудительно создающих значительную площадь контакта продукта с газовой средой.A number of methods are known in which the evaporation of a volatile component is carried out without boiling, due to the contact of the product with a "dry" gas medium. The effective operation of these methods requires a significant free surface of the product and a low relative vapor pressure of the removed component (for water vapor, relative humidity) above it. With this method of evaporation, the heating of the product is usually carried out either by an arbitrary solid-state heater, or by contacting the product with a heated gas medium. And in order to ensure a sufficient rate of the evaporation process, it is necessary to perform it in special evaporation devices, forcibly creating a significant contact area of the product with the gas medium.

По способу создания свободной поверхности продукта выпарные устройства можно разделить на следующие классы:According to the method of creating a free surface of the product, evaporation devices can be divided into the following classes:

- капельные выпарные аппараты (или градирни);- drip evaporators (or cooling towers);

- пузырьковые или барботажные выпарные аппараты;- bubble or bubbling evaporators;

- пленочные выпарные аппараты, в которых свободная поверхность продукта образуется при его пленочном течении по элементам конструкции выпарного устройства (Патент RU 2223130, МПК B01D 1/22, опубл. 10.02.2011 г., Патент RU 2425708, МПК B01D 1/22, опубл. 10.08.2011, Патент US 6146493, МПК B01D 1/22, опубл. 14.11.2000 г.).- film evaporators, in which the free surface of the product is formed during its film flow along the structural elements of the evaporation device (Patent RU 2223130, IPC B01D 1/22, publ. 02/10/2011, Patent RU 2425708, IPC B01D 1/22, publ 08/10/2011, Patent US 6146493, IPC B01D 1/22, publ. 11/14/2000).

Пленочный аппарат по патенту RU 2223130, как и выпарные устройства всех перечисленных классов, позволяет осуществить выпаривание без процесса кипения, а значит при более низкой температуре. При этом для понижения температуры испарения необходимо принудительно удалять пары, обеспечивая циркуляцию газовой среды над поверхностью продукта.The film apparatus according to the patent RU 2223130, as well as evaporating devices of all the above classes, allows for evaporation without the boiling process, which means at a lower temperature. In this case, to lower the evaporation temperature, it is necessary to forcefully remove vapors, ensuring the circulation of the gaseous medium above the surface of the product.

При замкнутой циркуляции газовой среды через выпарное устройство газ необходимо осушать, а осушение, в свою очередь, требует дополнительного оборудования и применения хладоносителя для конденсации пара, что негативно сказывается на себестоимости продукта.With a closed circulation of the gas medium through the evaporation device, the gas must be drained, and drainage, in turn, requires additional equipment and the use of a coolant to condense the vapor, which negatively affects the cost of the product.

Если же допускается незамкнутая циркуляция газовой среды и выпарное устройство продувается атмосферным воздухом, то во избежание загрязнения продукта возникает необходимость тщательной очистки приточного воздуха, что также требует дополнительного оборудования и повышает себестоимость продукта. А если выпариваемый компонент - вода, переменная влажность приточного атмосферного воздуха будет неизбежно сказываться на режиме испарения и для его стабилизации опять-таки потребуется дополнительное оборудование кондиционирования воздуха.If open circulation of the gaseous medium is allowed and the evaporation device is purged with atmospheric air, then in order to avoid product contamination, it is necessary to thoroughly clean the supply air, which also requires additional equipment and increases the cost of the product. And if the evaporated component is water, the variable humidity of the supply air will inevitably affect the evaporation mode and, again, additional air conditioning equipment will be required to stabilize it.

Есть и «индивидуальные» недостатки, присущие перечисленным классам выпарных устройств. Применение капельных выпарных аппаратов при достаточно высокой вязкости и сложных реологических свойствах продукта затруднено. Барботажные выпарные аппараты не подходят для обильно пенящихся продуктов. Пленочные выпарные аппараты более громоздки и металлоемки.There are also “individual" disadvantages inherent in the listed classes of evaporation devices. The use of drip evaporators with a sufficiently high viscosity and complex rheological properties of the product is difficult. Bubble evaporators are not suitable for heavily foaming products. Film evaporators are more bulky and metal-intensive.

Наиболее близким техническим решением является способ тепловой обработки текучих продуктов и устройство для его осуществления (Патент RU 2267350, В01J 8/10, В01J 19/18, опубл. 10.01.2006 г.).The closest technical solution is a method of heat treatment of fluid products and a device for its implementation (Patent RU 2267350, B01J 8/10, B01J 19/18, publ. 10.01.2006).

В данном способе и устройстве обработку проводят с помощью тепла, возникающего при жидком трении, которое создают путем механической принудительной циркуляции продукта в устройстве для тепловой обработки, по крайней мере, с одним механическим нагревателем.In this method and device, the treatment is carried out using heat generated by liquid friction, which is created by mechanical forced circulation of the product in a heat treatment device with at least one mechanical heater.

Недостатком данного способа и устройства, предложенного для его реализации, является то, что в них не предусмотрены технические средства для эффективного выпаривания продукта, что очень затрудняет тепловую обработку продукта при температуре, близкой к температуре кипения, и не позволяет нагревать и выпаривать обильно пенящиеся продукты.The disadvantage of this method and the device proposed for its implementation is that they do not provide technical means for the effective evaporation of the product, which greatly complicates the heat treatment of the product at a temperature close to the boiling point, and does not allow heating and evaporation of heavily foaming products.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка способа тепловой обработки с выпариванием высоковязких и пенящихся продуктов, позволяющего получать продукты высокого качества, и разработка компактного и высокопроизводительного устройства для реализации этого способа.The problem solved by the invention is the development of a heat treatment method with the evaporation of highly viscous and foaming products, allowing to obtain high quality products, and the development of a compact and high-performance device for implementing this method.

Поставленная задача решается с помощью способа выпаривания текучих продуктов, включающего циркуляцию продукта, находящегося в емкости, и его нагревание.The problem is solved using the method of evaporation of fluid products, including the circulation of the product in the tank, and its heating.

Циркуляцию продукта проводят через выпарной контур, который включает по крайней мере один насос для забора продукта из емкости и обеспечения его циркуляции в выпарном контуре, по крайней мере один нагреватель для обеспечения подогрева продукта в выпарном контуре и по крайней мере одно инжекторное устройство для обратного впрыска продукта в емкость и соединенные последовательно трубопроводами, из емкости в выпарной контур принудительно забирают часть продукта, нагревают его в нагревателе выпарного контура и впрыскивают нагретый продукт обратно в верхнюю часть емкости над поверхностью продукта.The product is circulated through an evaporation circuit, which includes at least one pump for taking the product from the tank and circulating it in the evaporation circuit, at least one heater to ensure heating of the product in the evaporation circuit, and at least one injection device for reverse injection of the product part of the product is forcibly taken to the tank and connected in series by pipelines from the tank to the evaporator circuit, it is heated in the evaporator heater and the heated product is injected CT back to the top of the container above the surface of the product.

Предпочтительно суммарно выделяемая нагревателями мощность в выпарном контуре на стадии выпаривания продукта удовлетворяет условию:Preferably, the total power released by the heaters in the evaporation circuit at the stage of evaporation of the product satisfies the condition:

Figure 00000001
Figure 00000001

где WΣ - суммарно выделяемая нагревателями мощность (Вт), W∗ - суммарная мощность тепловых потерь (Вт), Ť - скорость нагрева продукта (град/с), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), m - масса подвергаемого тепловой обработке продукта (кг), индексом i нумеруются выпариваемые компоненты продукта, qi - удельная теплота испарения i-того компонента (Дж/кг), Mi - требуемая скорость его испарения при температуре осуществления процесса (кг/с). На стадии выпаривания продукта скорость его нагрева Ť зависит от течения процесса выпаривания, то есть от последнего компонента неравенства.where W Σ is the total power released by the heaters (W), W ∗ is the total heat loss power (W), Ť is the product heating rate (deg / s), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), m - the mass of the product subjected to heat treatment (kg), the i component of the product being evaporated is numbered, q i is the specific heat of vaporization of the i-th component (J / kg), M i is the required rate of evaporation at the process temperature (kg / s). At the stage of product evaporation, its heating rate Ť depends on the course of the evaporation process, i.e., on the last component of the inequality.

Предпочтительно, для устранения перегрева продукта нагреватель удовлетворяет требованию:Preferably, to eliminate overheating of the product, the heater satisfies the requirement:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), τ=T-T0 - максимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), T0 - температура продукта в емкости, а T - температура на выходе из выпарного контура.where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), τ = TT 0 is the maximum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (deg), T 0 is the temperature of the product in the tank, and T is the temperature at the outlet of the evaporation circuit.

Предпочтительно нагреватель удовлетворяет требованию:Preferably, the heater satisfies the requirement:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), Δ=T-T0 - минимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), Т0 - температура продукта в емкости, Т - температура на выходе из выпарного контура.where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), Δ = TT 0 is the minimum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (deg), T 0 is the temperature of the product in the tank, T is the temperature at the outlet of the evaporation circuit.

Предпочтительно в емкости поддерживают вакуум при выпаривании продукта.Preferably, a vacuum is maintained in the container during evaporation of the product.

Предпочтительно емкость при выпаривании продукта вентилируют сухими газом или воздухом.Preferably, the container is vented with dry gas or air when evaporating the product.

Поставленная задача решается также с помощью устройства для выпаривания текущих продуктов, включающего емкость с входными и выходными отверстиями, нагреватель.The problem is also solved using a device for evaporation of current products, including a container with inlet and outlet openings, a heater.

Устройство включает по крайней мере один выпарной контур, который включает по крайней мере один насос для забора продукта из емкости и обеспечения его циркуляции в контуре, по крайней мере один нагреватель для обеспечения подогрева продукта в выпарном контуре и по крайней мере одно инжекторное устройство для обратного впрыска продукта в емкость и соединенные последовательно трубопроводами, инжекторное устройство установлено в верхней части емкости выше уровня наполнения ее продуктом.The device includes at least one evaporative circuit, which includes at least one pump for collecting the product from the tank and ensuring its circulation in the circuit, at least one heater for heating the product in the evaporative circuit and at least one injection device for reverse injection product into the tank and connected in series by pipelines, the injection device is installed in the upper part of the tank above the level of filling with its product.

Предпочтительно суммарно выделяемая нагревателями мощность в выпарном контуре на стадии выпаривания продукта удовлетворяет условию:Preferably, the total power released by the heaters in the evaporation circuit at the stage of evaporation of the product satisfies the condition:

Figure 00000001
Figure 00000001

где WΣ - суммарно выделяемая нагревателями мощность (Вт), W∗ - суммарная мощность тепловых потерь (Вт), Ť - скорость нагрева продукта (град/с), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), m - масса подвергаемого тепловой обработке продукта (кг), индексом i нумеруются выпариваемые компоненты продукта, qi - удельная теплота испарения i-того компонента (Дж/кг), Mi - требуемая скорость его испарения при температуре осуществления процесса (кг/с).where W Σ is the total power emitted by the heaters (W), W ∗ is the total heat loss power (W), Ť is the product heating rate (deg / s), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), m - the mass of the product subjected to heat treatment (kg), the index i numbers the evaporated components of the product, q i is the specific heat of evaporation of the i-th component (J / kg), M i is the required rate of evaporation at the temperature of the process (kg / s).

Предпочтительно, для устранения перегрева продукта нагреватель удовлетворяет требованию:Preferably, to eliminate overheating of the product, the heater satisfies the requirement:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), τ=T-Т0 - максимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), T0 - температура продукта в емкости, а T - температура на выходе из выпарного контура.where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), τ = T-T 0 is the maximum allowable overheating of the product relative to the temperature in the tank (deg), T 0 is the temperature of the product in the tank, and T is the temperature at the outlet of the evaporation circuit.

Предпочтительно нагреватель удовлетворяет требованию:Preferably, the heater satisfies the requirement:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), Δ=T-T0 - минимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), T0 - температура продукта в емкости, T - температура на выходе из выпарного контура.where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), Δ = TT 0 is the minimum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (deg), T 0 is the temperature of the product in the tank, T is the temperature at the outlet of the evaporation circuit.

Предпочтительно в качестве инжекторного устройства используют дождевальное устройство или клапан с дождевальной насадкой или без нее, форсунку регулируемого расхода или закрепленный на верхней стенке емкости регулируемый клапан или дроссель с образованием зазора между инжекторным устройством и поверхностью продукта в технологической емкости.Preferably, an irrigation device or a valve with or without an irrigation nozzle, an adjustable flow nozzle, or an adjustable valve or throttle attached to the top wall of the vessel are used as an injection device to form a gap between the injection device and the surface of the product in the process vessel.

Предпочтительно насос и нагреватель в выпарном контуре выполнены в виде единого устройства.Preferably, the pump and the heater in the evaporator circuit are made as a single device.

Предпочтительно инжекторное устройство одновременно является гидравлическим дросселем для создания в выпарном контуре избыточного давления и предотвращения закипания продукта в нем.Preferably, the injector device is also a hydraulic throttle to create excess pressure in the evaporator circuit and prevent product from boiling in it.

Предпочтительно инжекторное устройство снабжено клапаном для регулировки давления в выпарном контуре и приращения температуры продукта в нем.Preferably, the injector device is provided with a valve for adjusting the pressure in the evaporator circuit and increasing the temperature of the product therein.

Предпочтительно на входе в выпарной контур установлен фильтр-отделитель кусковых включений в выпариваемом продукте.Preferably, a filter separator for lump inclusions in the evaporated product is installed at the inlet to the evaporator circuit.

Предпочтительно в крышке технологический емкости установлен сапун.Preferably, a breather is installed in the lid of the process vessel.

Предпочтительно технологическая емкость снабжена перемешивающим устройством.Preferably, the process vessel is equipped with a stirrer.

Предпочтительно технологическая емкость в верхней ее части соединена с вакуумной линией отвода пара.Preferably, the process vessel in its upper part is connected to a vacuum steam exhaust line.

Предпочтительно вакуумная линия включает конденсатор пара.Preferably, the vacuum line includes a steam condenser.

Предпочтительно верхняя часть емкости над продуктом соединена с замкнутым или незамкнутым контуром вентиляции.Preferably, the upper part of the container above the product is connected to a closed or open ventilation circuit.

Предпочтительно контур вентиляции включает вентилятор и как минимум одно устройство кондиционирования газа или воздуха.Preferably, the ventilation circuit includes a fan and at least one gas or air conditioning device.

Предпочтительно устройство для кондиционирования включает очистной фильтр и/или осушитель.Preferably, the conditioning device includes a purification filter and / or a desiccant.

В предлагаемом способе выпаривания (концентрирования) текучих продуктов, использующем циркуляцию продукта через выпарной контур, помимо необходимых трубопроводов используются следующие элементы:In the proposed method for the evaporation (concentration) of fluid products using the circulation of the product through the evaporation circuit, in addition to the necessary pipelines, the following elements are used:

- как минимум один насос для забора продукта из емкости и обеспечения его циркуляции в контуре;- at least one pump for taking the product from the tank and ensuring its circulation in the circuit;

- как минимум одно инжекторное устройство для обратного впрыска продукта в емкость;- at least one injector device for reverse injection of the product into the container;

- как минимум один нагреватель для обеспечения дополнительного подогрева продукта в контуре и интенсификации процесса испарения.- at least one heater to provide additional heating of the product in the circuit and to intensify the evaporation process.

Для обеспечения возможности выпаривания продуктов с кусочными включениями па входе в выпарной контур может устанавливаться также фильтр-отделитель кусочных включений.To enable evaporation of products with piecewise inclusions at the inlet to the evaporator circuit, a filter separator for piecewise inclusions can also be installed.

Инжекторное устройство выпарного контура устанавливается в верхней части емкости выше уровня наполнения ее продуктом. Тип инжекторного устройства выбирается в зависимости от свойств продукта. Это может быть дождевальное устройство, форсунка или просто закрепленный на верхней стенке емкости регулируемый клапан. Минимальный необходимый зазор между инжекторным устройством и поверхностью продукта должен обеспечивать нормальное течение процесса выпаривания. Для каждого конкретного продукта он определяется опытным путем.The evaporator injector device is installed in the upper part of the tank above the level of filling with its product. The type of injection device is selected depending on the properties of the product. It can be a sprinkler device, a nozzle, or simply an adjustable valve fixed on the upper wall of the tank. The minimum required clearance between the injection device and the surface of the product should ensure the normal course of the evaporation process. For each specific product, it is determined empirically.

В качестве насосов и нагревателей могут использоваться любые устройства, известные из уровня техники.As pumps and heaters can be used any device known from the prior art.

Они выбираются так, чтобы обеспечить нормальное выполнение возложенных на них функций при имеющейся реологии продукта. Кроме того, вместо нагревателя либо обоих перечисленных устройств возможно использование устройства, выполняющего обе функции, а именно механического нагревателя по патенту RU 2267350, В01J 8/10, В01J 19/18, опубл. 10.01.2006 г., причем такой вариант реализации выпарного контура дает дополнительные преимущества.They are selected so as to ensure the normal execution of the functions assigned to them with the existing rheology of the product. In addition, instead of a heater or both of these devices, it is possible to use a device that performs both functions, namely, a mechanical heater according to patent RU 2267350, B01J 8/10, B01J 19/18, publ. January 10, 2006, and this embodiment of the evaporator circuit provides additional benefits.

Элементы выпарного контура, включая трубопроводы, могут быть расположены как снаружи, так и внутри емкости с продуктом. Выбор расположения выпарного контура осуществляется при конструировании конкретной выпарной установки.Evaporative circuit elements, including pipelines, can be located both outside and inside the product container. The choice of the location of the evaporation circuit is carried out in the design of a particular evaporator.

Для обеспечения однородности продукта емкость может быть снабжена перемешивающим устройством любого подходящего типа.To ensure product uniformity, the container may be equipped with a mixing device of any suitable type.

В зависимости от мощности и габаритов выпарной установки предлагаемого типа в ней может быть установлен один или несколько выпарных контуров циркуляции описанного типа. Под единичным выпарным контуром здесь подразумевается одновременно управляемый и согласованно функционирующий набор перечисленного выше необходимого оборудования вне зависимости от количества установленных в нем устройств каждого типа.Depending on the capacity and dimensions of the evaporator of the proposed type, one or more evaporative circulation circuits of the described type can be installed in it. By a single evaporative circuit here is meant a simultaneously controlled and consistently functioning set of the necessary equipment listed above, regardless of the number of devices of each type installed in it.

Процесс испарения идет непосредственно в емкости с поверхности или над поверхностью продукта. В связи с необходимостью удаления паров объем над поверхностью продукта сообщается с атмосферой, предпочтительно через клапан или сапун, либо вакуумируется, либо вентилируется осушенным газом или воздухом. Первые два перечисленных варианта подразумевают кипение продукта, а в схеме с вентиляцией емкости процесс кипения может и не использоваться.The evaporation process takes place directly in the tank from the surface or above the surface of the product. Due to the need to remove vapors, the volume above the surface of the product communicates with the atmosphere, preferably through a valve or breather, or is evacuated, or ventilated with dried gas or air. The first two listed options imply boiling of the product, and in the scheme with tank ventilation, the boiling process may not be used.

Выпаривание проводят с помощью тепла, генерируемого нагревателем в выпарном контуре. Для устранения перегрева продукта нагреватель удовлетворяет требованию:Evaporation is carried out using the heat generated by the heater in the evaporation circuit. To eliminate overheating of the product, the heater satisfies the requirement:

Q W C τ , ( 1 )

Figure 00000006
Q W C τ , ( one )
Figure 00000006

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), С - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), а τ=T-T0 - максимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), т.е. T0 - температура продукта в емкости, а T - на выходе из контура, т.е. в инжекторном устройстве.where Q is the instantaneous mass flow of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the specific heat of the product (J / (kg · deg)), and τ = TT 0 is the maximum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (deg), i.e. T 0 is the temperature of the product in the tank, and T is at the outlet of the circuit, i.e. in the injector device.

Предпочтительно использование механического нагревателя (Патент RU 2267350, В01J 8/10, В01J 19/18, опубл. 10.01.2006 г.), так как в нем отсутствует локальный перегрев продукта.It is preferable to use a mechanical heater (Patent RU 2267350, B01J 8/10, B01J 19/18, publ. 10.01.2006), since there is no local overheating of the product.

Поскольку нагрев проводится с целью выпаривания продукта, то суммарно выделяемая нагревателями мощность на стадии выпаривания удовлетворяет условию:Since heating is carried out for the purpose of evaporation of the product, the total power released by the heaters at the evaporation stage satisfies the condition:

Figure 00000007
Figure 00000007

где WΣ - суммарно выделяемая нагревателями мощность (Вт), W∗ - суммарная мощность тепловых потерь (Вт), Ť - скорость нагрева продукта (град/с), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), m - масса подвергаемого тепловой обработке продукта (кг), индексом i нумеруются выпариваемые компоненты продукта, qi - удельная теплота испарения i-того компонента (Дж/кг), Mi - требуемая скорость его испарения при температуре осуществления процесса (кг/с).where W Σ is the total power released by the heaters (W), W ∗ is the total heat loss power (W), Ť is the product heating rate (deg / s), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), m - the mass of the product subjected to heat treatment (kg), the i component of the product being evaporated is numbered, q i is the specific heat of vaporization of the i-th component (J / kg), M i is the required rate of evaporation at the process temperature (kg / s).

Принцип работы и преимущества предлагаемого способа выпаривания текучих продуктов могут быть продемонстрированы на примере нескольких реализаций способа и соответствующих им выпарных устройств.The principle of operation and the advantages of the proposed method of evaporation of fluid products can be demonstrated by the example of several implementations of the method and their corresponding evaporation devices.

Так, например, известны продукты (в частности, молочная и леденцовая карамель), содержание влаги в которых в конце выпаривания должно строго соответствовать определенному значению. Соответственно, выпаривание продукта должно завершаться по достижении этого значения. В условиях производства проводить экспресс-контроль концентрации влаги в горячем продукте аналитическим методом или с помощью весового контроля затруднительно. В то же время, имеется зависимость точки кипения продукта от его влажности, которая позволяет установить момент окончания выпаривания с помощью простого измерения температуры кипения при заданном давлении. Использующие этот факт технологии приготовления продуктов подразумевают выпаривание продукта с кипением. Чем меньше погрешность определения действительной температуры кипения продукта, тем стабильней будут его товарные характеристики, т.е. в конечном итоге выше качество.So, for example, products are known (in particular, milk and candy caramel), the moisture content of which at the end of evaporation must strictly correspond to a certain value. Accordingly, evaporation of the product should be completed when this value is reached. Under production conditions, it is difficult to carry out express control of the moisture concentration in a hot product using the analytical method or using weight control. At the same time, there is a dependence of the boiling point of the product on its humidity, which allows you to set the moment of the end of evaporation using a simple measurement of the boiling point at a given pressure. Using this fact, the technology of cooking products involves evaporating the product with boiling. The smaller the error in determining the actual boiling point of a product, the more stable will be its product characteristics, i.e. Ultimately higher quality.

Задача приготовления продуктов такого сорта со стабильно высоким качеством решается в наиболее простой в техническом отношении реализации предлагаемого способа. В этом варианте способа выпаривание продукта производится с кипением и самопроизвольным вытеснением пара в атмосферу. Для испарения влаги продукт принудительно забирается из емкости, подогревается в выпарном контуре и впрыскивается обратно в емкость через инжекторное устройство. За счет подогрева в контуре впрыскиваемый сверху продукт имеет более высокую температуру, чем тот, который находится в емкости.The task of preparing products of this variety with consistently high quality is solved in the most technically simple implementation of the proposed method. In this variant of the method, the evaporation of the product is carried out with boiling and spontaneous displacement of steam into the atmosphere. To evaporate moisture, the product is forcibly taken from the tank, heated in the evaporation circuit and injected back into the tank through the injection device. Due to heating in the circuit, the product injected from above has a higher temperature than the one in the tank.

Чтобы продукт кипел все-таки в емкости, а не в контуре, инжекторное устройство выполняется таким образом, чтобы служить одновременно гидравлическим дросселем, например, снабжается регулирующим клапаном, который позволяет создать в контуре избыточное давление, достаточное для предотвращения закипания продукта.In order for the product to boil in the container, and not in the circuit, the injector device is designed to simultaneously serve as a hydraulic throttle, for example, it is equipped with a control valve that allows creating an excess pressure in the circuit that is sufficient to prevent boiling of the product.

Если температура впрыскиваемого в емкость продукта превышает температуру кипения продукта при давлении в емкости, вышедший из инжекторного устройства, продукт вскипает. Процесс кипения прекращается достаточно быстро из-за снижения локальной температуры продукта в процессе испарения. Таким образом, кипеть может только продукт, находящийся в тонком поверхностном слое или в капельно-взвешенном состоянии. Пена при таком кипении практически не образуется, что позволяет проводить процесс без каких-либо затруднений даже для обильно пенящихся продуктов в отличие от других методов.If the temperature of the product injected into the tank exceeds the boiling point of the product at the pressure in the tank, leaving the injection device, the product boils. The boiling process stops quickly enough due to a decrease in the local temperature of the product during evaporation. Thus, only a product in a thin surface layer or in a droplet-suspended state can boil. Foam practically does not form with such boiling, which allows the process to be carried out without any difficulties even for heavily foaming products, unlike other methods.

По предлагаемому способу, с помощью регулирования расхода через выпарной контур при заданной мощности нагрева в нем, было получено приращение температуры продукта в выпарном контуре в доли градуса. Это означает, что действительная температура кипения продукта лежит внутри этого перепада температуры и определяется с весьма высокой точностью. А использование в контуре механического нагревателя по патенту RU 2267350 позволяет при этом гарантировать отсутствие областей сильного локального перегрева и высокую однородность продукта. Таким образом, становится возможным точно установить момент окончания процесса выпаривания и получить продукт гарантированной влажности без использования весового контроля или аналитических методов.According to the proposed method, by controlling the flow rate through the evaporator circuit at a given heating power in it, an increase in the temperature of the product in the evaporator circuit in a fraction of a degree was obtained. This means that the actual boiling point of the product lies within this temperature differential and is determined with very high accuracy. And the use in the circuit of a mechanical heater according to patent RU 2267350 allows us to guarantee the absence of areas of strong local overheating and high uniformity of the product. Thus, it becomes possible to precisely determine the moment of completion of the evaporation process and to obtain a guaranteed moisture product without using weight control or analytical methods.

Дополнительным условием надежного определения температуры кипения продукта при таком выпаривании является отсутствие вентиляции свободного пространства емкости. Доступ сухого воздуха в емкость должен быть затруднен, в то время как пар должен свободно покидать емкость. Герметизация емкости не требуется, достаточно просто держать ее закрытой и, если необходимо, установить на ней сапун.An additional condition for reliable determination of the boiling point of the product during this evaporation is the lack of ventilation of the free space of the container. The access of dry air to the container should be difficult, while the steam should freely leave the container. Sealing the container is not required, just keep it closed and, if necessary, install a breather on it.

Остаточное медленное кипение в поверхностном слое густого продукта может приводить к его микропористой структуре и к нежелательным отклонениям в его реологических и органолептических свойствах. Так молочная карамель в горячем состоянии приобретает вязкоупругие свойства, что нежелательно по технологии, а леденцовая карамель теряет прозрачность, приобретает молочный цвет и становится шершавой при рассасывании, т.е. теряет свои потребительские качества.Residual slow boiling in the surface layer of a thick product can lead to its microporous structure and to undesirable deviations in its rheological and organoleptic properties. So, hot caramel acquires viscoelastic properties, which is undesirable in technology, and candy caramel loses transparency, acquires a milky color and becomes rough when resorbed, i.e. losing its consumer qualities.

Чтобы избежать подобных нежелательных отклонений режим работы выпарного контура подбирают так, чтобы он удовлетворял условию: To avoid such undesirable deviations, the operation mode of the evaporator circuit is selected so that it satisfies the condition:

Q W C Δ , ( 3 )

Figure 00000008
Q W C Δ , ( 3 )
Figure 00000008

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), а Δ=T-T0 - минимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), определяемый опытным путем. При соблюдении указанного условия покинувший инжекторное устройство продукт интенсивно вскипает и успевает освободиться от внутренних пузырьков пара еще в капельно-взвешенном состоянии, что и обеспечивает желаемые свойства продукта.where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the specific heat of the product (J / (kg · deg)), and Δ = TT 0 is the minimum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (degrees), determined empirically. Subject to the specified conditions, the product that has left the injector device boils up intensively and manages to free itself from the internal vapor bubbles in the droplet-suspended state, which ensures the desired product properties.

По предлагаемому способу можно осуществлять также вакуумное концентрирование продуктов. Как и в предыдущем примере, процесс осуществляется с кипением продукта, а вакуумирование лишь снижает температуру кипения. Все раскрытые в предыдущем примере условия и закономерности работы выпарного контура остаются в силе, но конструкция всего выпарного устройства усложняется. Емкость для продукта герметизируется, и в верхней части к ней подключается вакуумная линия отвода пара, в которой устанавливаются подходящий вакуум-насос и, при необходимости, конденсатор пара. При достаточной производительности вакуум-насоса (обычно при низком вакууме) конденсатор пара перед ним может не устанавливаться.According to the proposed method, it is also possible to carry out vacuum concentration of products. As in the previous example, the process is carried out with boiling of the product, and evacuation only reduces the boiling point. All conditions and patterns of operation of the evaporation circuit disclosed in the previous example remain valid, but the design of the entire evaporation device is complicated. The container for the product is sealed, and in the upper part a vacuum steam line is connected to it, in which a suitable vacuum pump and, if necessary, a steam condenser are installed. With sufficient performance of the vacuum pump (usually at low vacuum), a steam condenser may not be installed in front of it.

При концентрировании продукта по предлагаемому способу существует альтернативный вакуумированию метод снижения температуры осуществления процесса. В основу этого метода положена вентиляция емкости «сухим», т.е. обедненным парами испаряемого компонента, газом или воздухом. Если за счет вентиляции емкости давление паров испаряемого компонента над поверхностью продукта остается значительно ниже давления насыщенных паров, то это обеспечивает эффективное течение процесса испарения.When concentrating the product according to the proposed method, there is an alternative to vacuum method of reducing the temperature of the process. This method is based on dry ventilation of the tank, i.e. depleted in vapor of the vaporized component, gas or air. If due to the ventilation of the tank the vapor pressure of the vaporized component above the product surface remains significantly lower than the saturated vapor pressure, this ensures an efficient course of the evaporation process.

При осуществлении выпаривания по такому варианту реализации заявляемого способа давление пара удаляемого из продукта компонента всегда остается ниже давления в продукте и кипение не возникает.When carrying out evaporation according to such an embodiment of the proposed method, the vapor pressure of the component removed from the product always remains below the pressure in the product and boiling does not occur.

При выпаривании по такому варианту способа выпарное устройство оснащается контуром вентиляции емкости, который может быть открытым в атмосферу либо замкнутым. При использовании открытого контура вентиляции поступающий в него воздух во избежание загрязнения продукта необходимо очищать. При использовании замкнутого контура возможна вентиляция емкости любым инертным к продукту газом и газ необходимо осушать, т.е. удалять из него пары летучего компонента продукта. И в том и в другом случае требуется достаточно сложное дополнительное оборудования.When evaporating according to this variant of the method, the evaporation device is equipped with a tank ventilation circuit, which can be open to the atmosphere or closed. When using an open ventilation circuit, the air entering it must be cleaned to avoid product contamination. When using a closed loop, it is possible to ventilate the tank with any gas inert to the product and the gas must be drained, i.e. remove from it a pair of volatile product component. In both cases, a rather complicated additional equipment is required.

Отсутствие кипения приводит также во многих случаях к необходимости аналитического или весового контроля текущей концентрации летучего компонента в продукте; особенно если продукт многокомпонентный и аппаратурных способов измерения этой концентрации в нем нет. В этом отношении выпаривание с вентиляцией емкости также менее удобно, чем выпаривание с кипением.The lack of boiling also leads in many cases to the need for analytical or weight control of the current concentration of the volatile component in the product; especially if the product is multicomponent and there are no instrumental methods for measuring this concentration in it. In this regard, evaporation with venting is also less convenient than boiling.

Но в сравнении с ранее описанными реализациями способа выпаривание с вентиляцией емкости позволяет проводить процесс при более низкой температуре, что для некоторых продуктов может быть просто необходимым условием их получения. Это уже оправдывает значительное усложнение выпарной установки и делает такой вариант реализации способа выпаривания промышленно применимым.But in comparison with the previously described implementations of the method, evaporation with ventilation of the tank allows the process to be carried out at a lower temperature, which for some products may simply be a necessary condition for their preparation. This already justifies a significant complication of the evaporation plant and makes such an embodiment of the evaporation method industrially applicable.

При выборе одного из перечисленных вариантов осуществления изобретения для концентрирования конкретного продукта лучшим способом и выпарным устройством будут наиболее подходящие именно для этого продукта. Безотносительно технологии приготовления продукта они не могут быть названы. В тоже время, любое выпарное устройство по предлагаемому способу содержит обязательный элемент - выпарной контур, лучшую реализацию которого, по мнению автора, можно указать. Ниже в порядке увеличения сложности описаны три варианта осуществления изобретения и соответствующие им выпарные устройства, которые являются лучшими в своем классе процессов. Упрощенные принципиальные схемы построения выпарных устройств по каждому из вариантов приведены на фигурах.When choosing one of the listed embodiments of the invention to concentrate a particular product in the best way and the evaporation device will be the most suitable for this product. Regardless of the technology of preparation of the product, they cannot be named. At the same time, any evaporation device according to the proposed method contains an obligatory element - an evaporation circuit, the best implementation of which, according to the author, can be indicated. Below, in order of increasing complexity, three embodiments of the invention and their corresponding evaporation devices, which are best-in-class processes, are described. Simplified schematic diagrams of the construction of evaporation devices for each of the options are shown in the figures.

Варианты осуществления изобретения.Embodiments of the invention.

1. Схема выпарного устройства.1. The scheme of the evaporation device.

В простейшем варианте осуществления изобретения (См. фиг.1) выпаривание (концентрирование) жидкого продукта в емкости 1 по предлагаемому способу производится с циркуляцией продукта через выпарной контур 2, который, помимо необходимых трубопроводов, включает в себя:In the simplest embodiment of the invention (See FIG. 1), the evaporation (concentration) of the liquid product in the tank 1 according to the proposed method is carried out with the product circulating through the evaporation circuit 2, which, in addition to the necessary pipelines, includes:

- насос 3 для забора продукта из емкости и обеспечения его циркуляции в контуре;- pump 3 for taking the product from the tank and ensuring its circulation in the circuit;

- инжекторное устройство 4 для обратного впрыска продукта в емкость;- injector device 4 for reverse injection of the product into the container;

- нагреватель 5 для обеспечения дополнительного подогрева продукта в контуре и интенсификации процесса испарения.- heater 5 to provide additional heating of the product in the circuit and the intensification of the evaporation process.

В самой простой реализации выпарного контура используется механический нагреватель, объединенный с насосом в одном устройстве.In the simplest implementation of the evaporation circuit, a mechanical heater is used, combined with the pump in one device.

Для устранения перегрева продукта нагреватель удовлетворяет требованию:To eliminate overheating of the product, the heater satisfies the requirement:

Q W C τ , ( 1 )

Figure 00000009
Q W C τ , ( one )
Figure 00000009

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), а τ=Т-Т0 - максимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), т.е. Т0 - температура продукта в емкости, а T - на выходе из выпарного контура, т.е. в инжекторном устройстве.where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), and τ = T-T 0 is the maximum allowable overheating product relative to the temperature in the tank (deg), i.e. T 0 is the temperature of the product in the tank, and T is at the outlet of the evaporation circuit, i.e. in the injector device.

Для обеспечения лучших условий испарения продукта режим работы выпарного контура подбирают так, чтобы он удовлетворял также условию:To ensure better evaporation conditions of the product, the operation mode of the evaporation circuit is selected so that it also satisfies the condition:

Q W C Δ , ( 3 )

Figure 00000010
Q W C Δ , ( 3 )
Figure 00000010

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), Т0 - температура продукта в емкости, а T - на выходе из выпарного контура, Δ=T-Т0 - минимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), определяемый опытным путем.where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), T 0 is the temperature of the product in the tank, and T is at the outlet of the evaporation circuit, Δ = T-T 0 - the minimum allowable overheating of the product relative to the temperature in the tank (deg), determined empirically.

Инжекторное устройство 4 выпарного контура устанавливается в верхней части емкости 1 выше уровня наполнения ее продуктом. Тип инжекторного устройства выбирается в зависимости от реологических свойств продукта и может быть любым. Но для того чтобы исключить кипение внутри выпарного контура, а также иметь возможность регулировать в нем мгновенный расход продукта с целью обеспечения условий (1) и (3), инжекторное устройство наделяется функцией регулируемого гидравлического дросселя. Таким образом, в лучшей реализации инжекторное устройство представляет собой форсунку регулируемого расхода, либо просто регулируемый дроссель или клапан с дождевальной насадкой или без нее.The injector device 4 of the evaporator circuit is installed in the upper part of the tank 1 above the level of filling with its product. The type of injection device is selected depending on the rheological properties of the product and can be any. But in order to exclude boiling inside the evaporator circuit, as well as to be able to regulate the instantaneous flow rate of the product in it in order to ensure conditions (1) and (3), the injection device is endowed with the function of an adjustable hydraulic throttle. Thus, in the best implementation, the injection device is a variable flow nozzle, or simply an adjustable throttle or valve with or without a sprinkler nozzle.

Минимальный необходимый зазор между инжекторным устройством и поверхностью продукта должен обеспечивать нормальное течение процесса выпаривания. Для каждого конкретного продукта он определяется опытным путем.The minimum required clearance between the injection device and the surface of the product should ensure the normal course of the evaporation process. For each specific product, it is determined empirically.

Поскольку нагрев проводится с целью выпаривания продукта, то суммарно выделяемая нагревателями мощность на стадии выпаривания удовлетворяет условию:Since heating is carried out for the purpose of evaporation of the product, the total power released by the heaters at the evaporation stage satisfies the condition:

Figure 00000007
Figure 00000007

где WΣ - суммарно выделяемая нагревателями мощность (Вт), W∗ - суммарная мощность тепловых потерь (Вт), Ť - скорость нагрева продукта (град/с), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), m - масса подвергаемого тепловой обработке продукта (кг), индексом i нумеруются выпариваемые компоненты продукта, qi - удельная теплота испарения i-того компонента (Дж/кг), Mi - требуемая скорость его испарения при температуре осуществления процесса (кг/с).where W Σ is the total power emitted by the heaters (W), W ∗ is the total heat loss power (W), Ť is the product heating rate (deg / s), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), m - the mass of the product subjected to heat treatment (kg), the index i numbers the evaporated components of the product, q i is the specific heat of evaporation of the i-th component (J / kg), M i is the required rate of evaporation at the temperature of the process (kg / s).

При необходимости концентрирования текучих продуктов с кусковыми включениями на входе в выпарной контур устанавливается фильтр-отделитель кусковых включений 6.If necessary, the concentration of fluid products with lump inclusions at the entrance to the evaporator circuit is installed filter separator lump inclusions 6.

Для обеспечения стабильных условий испарения предотвращается свободный доступ атмосферного воздуха в емкость с продуктом. Для этого емкость закрывается, и в верхней ее части при необходимости устанавливается сапун 7.To ensure stable evaporation conditions, free access of atmospheric air to the product container is prevented. To do this, the container is closed, and in its upper part, if necessary, a breather 7 is installed.

Для обеспечения однородности продукта емкость снабжается перемешивающим устройством подходящего типа. Перемешивающее устройство может быть любым, как механическим, так и струйным.To ensure product uniformity, the tank is equipped with a suitable type of mixing device. The mixing device can be any, both mechanical and inkjet.

Описанный выше вариант осуществления способа выпаривания (концентрирования) текучих продуктов является лучшим для выпаривания продуктов, допускающих кипение при атмосферном давлении.The above-described embodiment of a method for evaporating (concentrating) fluid products is best for evaporating boiling products at atmospheric pressure.

2. Схема выпарного устройства с использованием вакуумирования.2. The scheme of the evaporation device using evacuation.

Если температура кипения при атмосферном давлении слишком высока и губительна для продукта, она может быть понижена за счет снижения общего гидравлического давления, т.е. с помощью вакуумирования. Для этого предложено выпарное устройство, показанное на Фиг.2.If the boiling point at atmospheric pressure is too high and fatal for the product, it can be lowered by lowering the total hydraulic pressure, i.e. using evacuation. For this, the evaporation device shown in FIG. 2 is proposed.

Герметизируют емкость 1 с продуктом и к верхней ее части присоединяют вакуумную линию 8 отвода пара, содержащую, как минимум, один вакуум-насос 9 требуемой производительности. При значительном вакууме для снижения требований к производительности вакуум-насоса перед ним в линию отвода пара устанавливается также конденсатор пара 10. При этом параметры вакуум-насоса и конденсатора выбираются согласованно для обеспечения требуемой производительности по пару.The container 1 with the product is sealed and a vacuum line 8 is removed to its upper part, containing at least one vacuum pump 9 of the required capacity. With a significant vacuum, to reduce the performance requirements of the vacuum pump, a steam condenser 10 is also installed in front of it in the steam exhaust line. At the same time, the parameters of the vacuum pump and condenser are selected in concert to ensure the required steam performance.

3. Схема выпарного устройства при использовании вентиляции емкости.3. The scheme of the evaporation device when using tank ventilation.

В ряде случаев продукт требуется концентрировать при весьма низкой температуре. Выпаривание с кипением при такой температуре может потребовать слишком значительного снижения гидравлического давления, вплоть до технической неосуществимости процесса с кипением за счет невозможности нормальной работы гидравлических устройств выпарного контура (насос, механический нагреватель) и неоправданно высоких требований к производительности вакуумного оборудования. Тем не менее, выпаривание при столь низкой температуре все еще возможно осуществить по предлагаемому способу, но без кипения продукта, с использованием принудительной вентиляции емкости с продуктом.In some cases, the product needs to be concentrated at a very low temperature. Evaporation with boiling at this temperature may require a too significant reduction in hydraulic pressure, up to the technical impracticability of the process with boiling due to the impossibility of normal operation of the hydraulic devices of the evaporator circuit (pump, mechanical heater) and unreasonably high demands on the performance of vacuum equipment. Nevertheless, evaporation at such a low temperature is still possible by the proposed method, but without boiling the product, using forced ventilation of the container with the product.

При выпаривании с вентиляцией емкости через нее над поверхностью продукта создается циркуляция газовой среды с пониженной концентрацией пара удаляемого из продукта компонента. При использовании такой схемы выпаривания требуется, как правило, кондиционирование поступающего в емкость газа. Кондиционирование включает в себя, как минимум, очистку газа, если контур вентиляции незамкнутый, и осушение газа (конденсацию паров удаляемого компонента), если контур вентиляции замкнутый. Принципиальная схема выпарного устройства показана на Фиг.3.When a container is evaporated with ventilation through it above the product surface, a gas medium is circulated with a reduced concentration of steam of the component removed from the product. When using such an evaporation scheme, as a rule, conditioning of the gas entering the tank is required. Air conditioning includes, at a minimum, gas purification if the ventilation circuit is open, and gas drainage (condensation of the vapor of the removed component) if the ventilation circuit is closed. Schematic diagram of the evaporation device shown in Fig.3.

К верхней части емкости 1 подключается контур вентиляции 11, содержащий вентилятор 12 и, как минимум, одно устройство кондиционирования 13. В зависимости от организации процесса и типа контура устройство кондиционирования может включать в себя очистной фильтр 14 или осушитель (конденсатор) 15, либо оба этих устройства.A ventilation circuit 11 comprising a fan 12 and at least one conditioning device 13 is connected to the upper part of the tank 1. Depending on the organization of the process and the type of circuit, the conditioning device may include a cleaning filter 14 or a dehumidifier (condenser) 15, or both of these devices.

Выпаривание с вентиляцией емкости не требует использования пониженного или повышенного гидравлического давления, а значит не вызывает каких-либо технических трудностей в изготовлении и использовании устройств как выпарного контура, так и контура вентиляции. При этом, несмотря на низкую температуру продукта, процесс испарения может идти достаточно эффективно за счет создания значительной поверхности испарения (в капельной взвеси, например) и поддержания в емкости низкой концентрации паров удаляемого компонента за счет осушения вентилируемого газа.Evaporation with ventilation of the tank does not require the use of reduced or increased hydraulic pressure, which means that it does not cause any technical difficulties in the manufacture and use of devices of both the evaporator circuit and the ventilation circuit. At the same time, despite the low temperature of the product, the evaporation process can be quite effective due to the creation of a significant evaporation surface (in a droplet suspension, for example) and maintaining a low concentration of vapor of the removed component in the tank by draining the vented gas.

Применение предлагаемого способа тепловой обработки с выпариванием продукта при соблюдении требований, предъявляемых к техническому исполнению и режиму работы выпарного устройства, позволяет производить высококачественные продукты с помощью компактных и высокопроизводительных технологических аппаратов.The application of the proposed method of heat treatment with evaporation of the product, subject to the requirements for the technical performance and operation mode of the evaporation device, allows the production of high-quality products using compact and high-performance technological devices.

Техническим результатом предлагаемого решения является выпаривание высоковязких текучих продуктов без пенообразования, получение конечных продуктов высокого качества и уменьшение энергозатрат.The technical result of the proposed solution is the evaporation of highly viscous fluid products without foaming, obtaining end-products of high quality and reducing energy consumption.

Для лучшего понимания изобретения ниже приведены примеры его использования для получения различных продуктов.For a better understanding of the invention, examples of its use for various products are given below.

Пример 1.Example 1

Предлагаемое изобретение было использовано при создании варочно-выпарных аппаратов для варки различных видов карамели «Сибирская Буренка» и леденцовой карамели «Дропси». По условиям производства варка порции карамели массой 50-70 кг должна была осуществляться за время не более 40 минут. Оценка по формуле (2), учитывающая исходную рецептуру и конечную влажность продукта, а также пробные варки карамели указали на минимальную мощность нагрева в 15 кВт. В качестве нагревателя и насоса в выпарном контуре использовался механический нагреватель по патенту RU 2267350, а именно погружной центробежный насос, который изготавливался в составе каждого варочно-выпарного аппарата. Установленная мощность двигателя механического нагревателя составляла 17 кВт для карамели «Сибирская Буренка» и 15 кВт для леденцов «Дропси» при возможности получения мощности выше номинальной за счет питания двигателя переменным током частотой выше 50 Гц.The present invention was used to create cooking-evaporation apparatus for cooking various types of caramel "Siberian Burenka" and candy caramel "Dropsi". According to the production conditions, the cooking of a portion of caramel weighing 50-70 kg should have been carried out in a period of not more than 40 minutes. Evaluation by formula (2), taking into account the initial recipe and the final moisture of the product, as well as trial cooking of caramel, indicated a minimum heating power of 15 kW. As a heater and a pump in the evaporation circuit, a mechanical heater according to the patent RU 2267350 was used, namely a submersible centrifugal pump, which was manufactured as part of each cooking-evaporation apparatus. The installed engine power of the mechanical heater was 17 kW for the Sibirskaya Burenka caramel and 15 kW for the Dropsi candies, with the possibility of obtaining power above the rated one due to the supply of the engine with alternating current with a frequency above 50 Hz.

Благодаря использованию центробежного насоса условия формулы (1) выполняется для карамели автоматически, а появление чрезмерного (более 1°C) нагрева в выпарном контуре свидетельствует о гидравлическом заторе в насосе либо другой части контура и необходимости принятия экстренных мер по восстановлению нормального режима работы аппарата.Thanks to the use of a centrifugal pump, the conditions of formula (1) are automatically satisfied for the caramel, and the appearance of excessive (more than 1 ° C) heating in the evaporator circuit indicates a hydraulic jam in the pump or another part of the circuit and the need for emergency measures to restore the normal operation of the device.

Аппараты для варки карамели из соображений простоты и невысокой стоимости были лишены средств механического перемешивания массы и оснащены только одним выпарным контуром, но для улучшения однородности массы в одном контуре были установлены по два инжекторных устройства, которые располагались на крышке емкости диаметрально друг другу. В качестве инжекторного устройства применялись клапаны регулируемого выходного сечения, что при использовании центробежного насоса позволяло регулировать расход в выпарном контуре и изменять в нужную сторону мощность и величину нагрева, т.е. приращение температуры продукта в контуре.For reasons of simplicity and low cost, the apparatus for cooking caramel was deprived of the means of mechanical mixing of the mass and equipped with only one evaporation circuit, but to improve the homogeneity of the mass, two injection devices were installed in one circuit, which were located diametrically on the container lid to each other. As an injection device, valves of adjustable output section were used, which, when using a centrifugal pump, made it possible to control the flow rate in the evaporator circuit and change the power and heating value in the desired direction, i.e. increment of product temperature in the circuit.

На описанных выше варочно-выпарных аппаратах для карамели сапун не устанавливался, а его роль выполняли технологические отверстия и зазоры между частями аппарата.On the above-described cooking and evaporation apparatus for caramel, a breather was not installed, and its role was played by technological holes and gaps between the parts of the apparatus.

Чтобы продукт кипел во взвешенном состоянии, а внутри продукта в емкости остаточного кипения не было, режим работы выпарного контура подбирают так, чтобы он удовлетворял условию:So that the product boils in a suspended state, and there is no residual boiling inside the product, the operation mode of the evaporator circuit is selected so that it satisfies the condition:

Figure 00000011
Figure 00000011

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), а Δ=T-T0 - минимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), определяемый опытным путем. При соблюдении указанного условия покинувший инжекторное устройство продукт интенсивно вскипает и успевает освободиться от внутренних пузырьков пара еще в капельно-взвешенном состоянии, что и обеспечивает желаемые свойства продукта.where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the specific heat of the product (J / (kg · deg)), and Δ = TT 0 is the minimum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (degrees), determined empirically. Subject to the specified conditions, the product that has left the injector device boils up intensively and manages to free itself from the internal vapor bubbles in the droplet-suspended state, which ensures the desired product properties.

Соотношение (3) показывает взаимосвязь между параметрами процесса и позволяет оценить и правильно выбрать технические характеристики используемых в выпарном аппарате устройств для получения требуемого нагрева продукта в контуре. Если же речь идет об управлении собственно процессом выпаривания, то для получения нужного приращения температуры в контуре уже нет необходимости заниматься вычислениями, тем более что теплоемкость продукта может быть неизвестна. Достаточно иметь возможность регулировать входящий в соотношение (3) мгновенный расход продукта и непосредственно измерять приращение температуры продукта в контуре.Relation (3) shows the relationship between the process parameters and allows you to evaluate and correctly select the technical characteristics of the devices used in the evaporator to obtain the required heating of the product in the circuit. If we are talking about controlling the actual process of evaporation, then to obtain the desired temperature increment in the circuit, it is no longer necessary to do calculations, especially since the heat capacity of the product may not be known. It is enough to be able to regulate the instantaneous flow rate of the product included in relation (3) and directly measure the temperature increment of the product in the circuit.

Процесс варки карамели в варочно-выпарном аппарате по заявляемому способу разделяется (в порядке очередности выполнения) на три стадии: стадию нагрева и смешения, на которой вносятся исходные компоненты и подвергаются нагреву, плавлению и смешению, стадию выпаривания (кипения) и стадию внесения вкусовых добавок и красителей, на которой вносятся чувствительные к температуре компоненты и выполняется перемешивание без нагрева и кипения.The process of cooking caramel in the cooking-evaporation apparatus according to the claimed method is divided (in the order of execution) into three stages: the stage of heating and mixing, where the initial components are introduced and subjected to heating, melting and mixing, the stage of evaporation (boiling) and the stage of making flavorings and dyes, on which temperature-sensitive components are introduced and mixed without heating and boiling.

Собственно выпаривание (кипение) начинается при температуре около 112°С. Температура начала кипения может варьироваться в зависимости от рецептуры продукта и отклонений во влажности закладываемых компонентов. Процесс выпаривания выполняется до достижения продуктом температуры 117-118°С для карамели «Сибирская Буренка» и 135-137°С для леденцовой карамели «Дропси». В первом случае различие температур окончания выпаривания обусловлено рецептурным отличием разных видов конфет, а во втором - отклонениями в качестве исходного сырья, в частности патоки, и возможностью «досушить» массу при последующей вакуумной выгрузке из аппарата.Actually evaporation (boiling) begins at a temperature of about 112 ° C. The boiling point may vary depending on the formulation of the product and deviations in the moisture content of the components to be laid. The evaporation process is performed until the product reaches a temperature of 117-118 ° C for Sibirskaya Burenka caramel and 135-137 ° C for Dropsi candy caramel. In the first case, the difference in the temperature at the end of evaporation is due to the recipe difference of different types of sweets, and in the second, due to deviations in the quality of the feedstock, in particular molasses, and the ability to “dry” the mass during subsequent vacuum unloading from the apparatus.

По опыту варки карамели величина Δ, входящая в соотношение (3), составляет от 0,2 до 0,5°С в зависимости от вида продукции и качества применяемого сырья. Соответственно, на стадии кипения продукта величина приращения температуры в контуре поддерживается оператором не ниже указанных значений за счет регулирования расхода, тогда как в остальное время она может быть около 0,1°C.According to the experience of cooking caramel, the Δ value included in relation (3) is from 0.2 to 0.5 ° C, depending on the type of product and the quality of the raw materials used. Accordingly, at the boiling stage of the product, the temperature increment in the circuit is maintained by the operator not lower than the indicated values due to the flow control, while the rest of the time it can be about 0.1 ° C.

На стадии нагрева и смешения регулирование расхода в выпарном контуре выполняется уже с целью поддержания оптимальной мощности механического нагревателя - насоса, так как на этой стадии плотность и вязкость подвергаемой обработке массы сильно меняются. Мощность нагревателя на первой и второй стадиях варки поддерживается на уровне 80-100% от максимальной, чтобы обеспечивать одновременно достаточную производительность и отсутствие перегрузки электродвигателя.At the stage of heating and mixing, the flow rate control in the evaporator circuit is already carried out in order to maintain the optimum power of the mechanical heater - pump, since at this stage the density and viscosity of the mass being processed vary greatly. The power of the heater in the first and second stages of cooking is maintained at a level of 80-100% of the maximum, in order to simultaneously provide sufficient performance and the absence of motor overload.

Третья стадия выполняется на пониженной за счет снижения оборотов мощности в течение нескольких минут при визуальном контроле однородности продукта, затем продукт сливается.The third stage is performed at a reduced power due to a decrease in power revolutions for several minutes with visual inspection of the product uniformity, then the product is drained.

Пример 2. Осушение глицерина.Example 2. Drainage of glycerol.

Примером такой реализации способа может быть концентрация (осушение) глицерина. Этот продукт гигиенически безопасен и широко применяется в химической и легкой промышленности, а также в технике и производстве косметики. В концентрированном состоянии глицерин имеет температуру кипения 290°С, что позволяет применять его в качестве безвредного и химически пассивного теплоносителя для применения в широком диапазоне температур. В то же время глицерин очень гигроскопичен и в промышленных объемах производится с примесью воды.An example of such an implementation of the method may be the concentration (drainage) of glycerol. This product is hygienically safe and is widely used in the chemical and light industry, as well as in the technique and manufacture of cosmetics. In a concentrated state, glycerin has a boiling point of 290 ° C, which allows it to be used as a harmless and chemically passive coolant for use in a wide temperature range. At the same time, glycerin is very hygroscopic and is produced in water with an admixture of water.

Используемый в качестве теплоносителя глицерин по условиям применения не должен кипеть внутри теплообменного контура вплоть до максимально достижимой в нем температуры. Это с учетом имеющегося в контуре давления, накладывает ограничение на давление насыщенного пара загрязняющего растворителя, т.е. воды, и в конечном итоге на концентрацию загрязняющего растворителя. Чем выше температура использования теплоносителя, тем чище он должен быть.Glycerin used as a heat transfer medium should not boil inside the heat exchange circuit up to the maximum temperature reached in it. This, taking into account the pressure available in the circuit, imposes a restriction on the saturated vapor pressure of the polluting solvent, i.e. water, and ultimately the concentration of a polluting solvent. The higher the temperature of use of the coolant, the cleaner it should be.

Для получения из «влажного» глицерина теплоносителя с широким температурным диапазоном требуется выпаривать его при атмосферном давлении до температур более 200°С, которые губительно действуют на широко используемые гидравлические уплотнения и требуют применения специальных средств (специальных насосов).To obtain a coolant with a wide temperature range from “wet” glycerin, it is necessary to evaporate it at atmospheric pressure to temperatures above 200 ° C, which have a detrimental effect on widely used hydraulic seals and require the use of special means (special pumps).

Чтобы избежать применения дорогостоящих специальных средств осушение глицерина выполняется путем выпаривания с кипением в вакуумированной емкости. В отличие от предыдущего примера емкость герметизируется и оснащается вакуумной линией отвода пара со встроенным в нее конденсатором пара и серийным вакуум-насосом. Конденсатор пара охлаждается внешним хладоносителем с температурой предпочтительно около 0°С. Требуемая конечная концентрация воды в глицерине пересчитывается в температуру кипения смеси при давлении в емкости, которое задается применяемым вакуум-насосом.To avoid the use of expensive special tools, glycerol is drained by boiling in a vacuum tank. Unlike the previous example, the tank is sealed and equipped with a vacuum steam vent line with a built-in steam condenser and a serial vacuum pump. The steam condenser is cooled by an external refrigerant with a temperature of preferably about 0 ° C. The required final concentration of water in glycerin is recalculated to the boiling temperature of the mixture at a pressure in the tank, which is set by the used vacuum pump.

Мощность вакуум-насоса и нагревателя выбираются, исходя из требуемой производительности по готовому продукту с учетом соотношения (2), исходной влажности глицерина и возможных ее отклонений.The power of the vacuum pump and heater are selected based on the required performance for the finished product, taking into account the ratio (2), the initial moisture content of glycerin and its possible deviations.

В контексте выполняемой задачи глицерин не является термочувствительным, поэтому приращение температуры в выпарном контуре ограничивается сверху по сути дела техническими возможностями оборудования. На практике для успешного выпаривания жидкостей технической чистоты с объемным кипением достаточно приращения в 1°C и ниже. В данном случае разработчик выпарного аппарата может задать этот параметр величиной, например, в 1°С или более, чтобы укомплектовать аппарат устройствами, согласованными между собой по техническим характеристикам.In the context of the task being performed, glycerin is not thermally sensitive, therefore, the temperature increment in the evaporation circuit is limited from above by the technical capabilities of the equipment. In practice, an increment of 1 ° C or lower is sufficient for the successful evaporation of technical grade liquids with volume boiling. In this case, the developer of the evaporator can set this parameter to a value of, for example, 1 ° C or more, in order to equip the device with devices that are coordinated among themselves according to technical characteristics.

В данном примере, как и в предыдущем, используется объемное кипение продукта, поэтому инжекторное устройство должно удовлетворять тем же принципам и в конкретном случае выполняется в виде регулируемой или нерегулируемой форсунки.In this example, as in the previous one, volume boiling of the product is used, therefore, the injection device must satisfy the same principles and, in the specific case, is in the form of an adjustable or unregulated nozzle.

Из-за наличия значительного вакуума в емкости для подачи продукта в выпарной контур используется пластинчатый насос со значительным входным сечением и невысокой скоростью вращения ротора. Производительность насоса согласовывается с мощностью нагревателя при помощи соотношения (3), в котором Δ определяется опытным путем, либо принимается равной, например, 1°C или выше, как указывалось ранее. Из-за того, что применяется насос объемного принципа действия, регулирование инжекторного устройства уже не может влиять на расход в выпарном контуре и величину приращения температуры продукта, но может влиять на давление внутри выпарного контура и дисперсность капель продукта, возвращаемого в емкость.Due to the presence of a significant vacuum in the tank for feeding the product into the evaporator circuit, a vane pump with a significant inlet section and a low rotor speed is used. The performance of the pump is consistent with the power of the heater using the relation (3), in which Δ is determined empirically, or is taken equal to, for example, 1 ° C or higher, as previously indicated. Due to the fact that a volume principle pump is used, regulation of the injection device can no longer affect the flow rate in the evaporator circuit and the increment of the product temperature, but can affect the pressure inside the evaporator circuit and the dispersion of product droplets returned to the tank.

Процесс выпаривания выглядит следующим образом.The evaporation process is as follows.

Порция исходной глицериновой смеси помещается в емкость выпарного аппарата. Включается циркуляция через выпарной контур. Включается вакуум-насос, и давление внутри емкости понижается до рабочего. При опасности объемного вскипания смеси в баке не следует снижать давление очень быстро. После достижения в баке рабочего давления включается нагрев в контуре и выполняется выпаривание с кипением до достижения расчетной температуры (см. выше), после чего процесс останавливается и выгружается уже готовый к использованию глицериновый теплоноситель. Для стабильно высокого качества теплоносителя необходимо стабилизировать давление в емкости на конечной стадии процесса в каждом единичном цикле выпаривания. Если же это труднодостижимо, то процесс выпаривания выполняется до температуры кипения выше расчетной.A portion of the initial glycerin mixture is placed in the capacity of the evaporator. Turns on through the evaporator circuit. The vacuum pump is turned on, and the pressure inside the tank is reduced to the working one. If there is a danger of volume boiling of the mixture in the tank, do not reduce the pressure very quickly. After reaching the working pressure in the tank, heating in the circuit is switched on and evaporation with boiling is performed until the calculated temperature is reached (see above), after which the process stops and the glycerin coolant that is ready for use is discharged. For a consistently high quality coolant, it is necessary to stabilize the pressure in the tank at the final stage of the process in each unit evaporation cycle. If this is difficult to achieve, then the evaporation process is carried out to a boiling point above the calculated one.

Пример 3. Выпаривание экстрактов, содержащих биологически активные компоненты.Example 3. Evaporation of extracts containing biologically active components.

Активные вещества биологического происхождения зачастую не отличаются высокой термостойкостью и начинают разрушаться и терять свойства уже при температурах более 30-40°С. А если экстракт водный, то он подвержен еще и губительному воздействию микрофлоры, которая достаточно активно развивается при температурах 10-40°С. Использование вакуумного метода выпаривания при таких температурах требует сравнительно высокого вакуума и применения достаточно мощного вакуумного насоса, поскольку по мере снижения давления массовая производительность вакуум-насоса падает. В указанных условиях более энергоэффективным и технически простым может оказаться как раз выпаривание с вентиляцией емкости.Active substances of biological origin often do not differ in high heat resistance and begin to collapse and lose properties even at temperatures above 30-40 ° C. And if the extract is aqueous, then it is also subject to the destructive effects of microflora, which develops quite actively at temperatures of 10-40 ° C. The use of the vacuum evaporation method at such temperatures requires a relatively high vacuum and the use of a sufficiently powerful vacuum pump, since as the pressure decreases, the mass capacity of the vacuum pump decreases. Under these conditions, more energy-efficient and technically simple may be just evaporation with ventilation tanks.

Выпаривание указанных экстрактов по заявляемому способу производится в аппарате с замкнутым контуром вентиляции емкости, так как необходимо обеспечивать должную чистоту продукта. Поскольку кислород воздуха негативно сказывается на качестве продукта, для вентиляции емкости используется инертный к продукту газ, например азот или углекислый газ (диоксид углерода). Углекислый газ при этом применяется еще и как консервант (Е290).Evaporation of these extracts by the present method is carried out in an apparatus with a closed tank ventilation circuit, since it is necessary to ensure the proper purity of the product. Since air oxygen adversely affects the quality of the product, a gas inert to the product, such as nitrogen or carbon dioxide (carbon dioxide), is used to ventilate the tank. Carbon dioxide is also used as a preservative (E290).

Поскольку подобные продукты слишком чувствительны к повышенной температуре, интенсификация процесса выпаривания за счет ускоренного нагрева и применения кипения практически невозможна, и процесс выпаривания порции продукта может быть весьма длительным. Стерилизовать такие продукты чрезвычайно сложно, и чтобы избежать пагубного влияния микрофлоры на водные экстракты в процессе выпаривания предпочтительно использовать для вентиляции емкости углекислый газ и по возможности низкую температуру осуществления процесса, так как при пониженной температуре ниже скорость развития микроорганизмов и выше концентрация растворенного в воде консерванта - диоксида углерода.Since such products are too sensitive to elevated temperatures, the intensification of the evaporation process due to accelerated heating and the use of boiling is practically impossible, and the process of evaporating a portion of the product can be very long. It is extremely difficult to sterilize such products, and in order to avoid the detrimental effect of microflora on aqueous extracts during the evaporation process, it is preferable to use carbon dioxide and the lowest possible temperature for the process to ventilate the tank, since at a lower temperature the development rate of microorganisms is lower and the concentration of preservative dissolved in water is higher - carbon dioxide.

С учетом вышесказанного, выпаривание водных экстрактов по заявленному способу выполняется в среде углекислого газа при атмосферном давлении и температуре внутри емкости 10-20°С. В контуре вентиляции емкости (замкнутом) применяется конденсатор пара, охлаждаемый хладоносителем с температурой предпочтительно 0°С, и любой герметично встраиваемый вентилятор, соответствующий заданной производительности по пару (с учетом его концентрации в газе). Во избежание потерь продукта в конденсаторе в контур вентиляции на выходе из емкости может быть установлен также каплеуловитель любой подходящей конструкции.In view of the foregoing, the evaporation of aqueous extracts according to the claimed method is carried out in a carbon dioxide atmosphere at atmospheric pressure and a temperature inside the tank of 10-20 ° C. In the tank ventilation circuit (closed), a steam condenser is used, cooled by a coolant with a temperature of preferably 0 ° C, and any hermetically built-in fan corresponding to a given steam output (taking into account its concentration in the gas). To avoid product losses in the condenser, a droplet eliminator of any suitable design can also be installed in the ventilation circuit at the outlet of the tank.

Поскольку продукт не допускает значительного нагрева, температура на выходе выпарного контура ограничивается величиной 30°С, и для исключения возможности локального перегрева в качестве нагревателя используется пластинчатый теплообменник с температурой теплоносителя 30°С, либо электронагреватель, управляемый терморегулятором по температуре греющей поверхности. Поскольку выпаривание осуществляется без кипения продукта, избыточное давление в выпарном контуре по условиям нагрева и испарения не требуется. Следовательно, в качестве насоса может применяться любой циркуляционный насос, удовлетворяющий по производительности, и перепад давления на инжекторном устройстве, в отличие от предыдущих примеров, уже не обязателен. С другой стороны, при таком испарении предпочтительно иметь развитую свободную поверхность, и подавать продукт в емкость в капельном виде. Инжекторное устройство выпарного контура в этом случае предпочтительно выполнять в виде дождевального устройства или форсунки. В случае применения форсунки минимально необходимый перепад давления на ней требуется для нормального функционирования устройства.Since the product does not allow significant heating, the temperature at the outlet of the evaporation circuit is limited to 30 ° C, and to exclude the possibility of local overheating, a plate heat exchanger with a coolant temperature of 30 ° C or an electric heater controlled by a thermostat according to the heating surface temperature is used as a heater. Since evaporation is carried out without boiling the product, an overpressure in the evaporator circuit under the conditions of heating and evaporation is not required. Therefore, any circulation pump that is satisfactory in performance can be used as a pump, and the pressure drop across the injector device, unlike the previous examples, is no longer necessary. On the other hand, with such evaporation, it is preferable to have a developed free surface, and to feed the product in a droplet form. The injector device of the evaporator circuit in this case is preferably performed in the form of a sprinkler device or nozzle. In the case of using the nozzle, the minimum necessary pressure drop on it is required for the normal operation of the device.

Средняя по времени мощность нагревателя выбирается исходя из требуемой производительности по исходному или готовому продукту с учетом соотношения (2) и степени выпаривания, определяемой как отношение масс исходного и готового концентрированного экстракта.The time-average power of the heater is selected on the basis of the required performance for the initial or finished product, taking into account ratio (2) and the degree of evaporation, defined as the mass ratio of the initial and finished concentrated extract.

Перегрев продукта исключается в силу применения нагревателей указанных выше типов, поэтому соотношение (1) не используется, а производительность насоса выбирается так, чтобы обеспечивать требуемую среднюю мощность нагревателя. При низком расходе нагреватель с фиксированной температурой не обеспечит требуемой мощности, поэтому параметры нагревателя и насоса выбираются согласованно и совместно.Overheating of the product is excluded due to the use of heaters of the above types, therefore, relation (1) is not used, and the pump capacity is selected so as to provide the required average power of the heater. At a low flow rate, a fixed-temperature heater will not provide the required power, therefore, the parameters of the heater and pump are selected consistently and jointly.

Применение соотношения (3) в данной реализации способа тоже не является обязательным, поскольку кипение продукта и пенообразование в данном случае отсутствуют.The use of ratio (3) in this implementation of the method is also not necessary, since product boiling and foaming in this case are absent.

Если выпариваемый продукт допускает наличие внутри себя значительных механических напряжений, то, как и в предыдущих примерах, насос и нагреватель выпарного контура могут выполняться в виде механического нагревателя по патенту RU 2267350. Задача предотвращения перегрева продукта в этом случае легко решается указанным в описании патента способом.If the evaporated product allows for significant mechanical stresses, then, as in the previous examples, the pump and the evaporator circuit heater can be implemented as a mechanical heater according to RU 2267350. The task of preventing overheating of the product in this case is easily solved by the method described in the patent description.

Выпаривание водных или спиртовых экстрактов с биологически активными компонентами с использованием вентиляции емкости в описываемом примере выполняется следующим образом.Evaporation of aqueous or alcoholic extracts with biologically active components using tank ventilation in the described example is performed as follows.

Порция исходного сырья помещается в емкость, после чего контур вентиляции и пространство над продуктом в емкости заполняются инертным газом (азотом или диоксидом углерода). Затем включаются все входящие в состав выпарного аппарата устройства, и процесс выполняется до достижения необходимой степени выпаривания, т.е. фактически до достижения требуемой массы оставшегося в емкости продукта, либо полученного в процессе конденсата. Во время осуществления выпаривания давление инертного газа поддерживается равным атмосферному либо чуть выше во избежание попадания воздуха в аппарат из-за возможного нарушения целостности уплотнений. По достижении требуемой степени выпаривания устройства выпарного аппарата выключаются и готовый продукт сливается.A portion of the feedstock is placed in a container, after which the ventilation circuit and the space above the product in the container are filled with an inert gas (nitrogen or carbon dioxide). Then, all the devices included in the evaporation apparatus are turned on, and the process is performed until the required degree of evaporation is achieved, i.e. in fact, until the desired mass of the product remaining in the tank or obtained in the process of condensation is reached. During the evaporation, the inert gas pressure is maintained at atmospheric pressure or slightly higher to prevent air from entering the apparatus due to possible violation of the integrity of the seals. Upon reaching the required degree of evaporation, the evaporator devices are turned off and the finished product is drained.

Claims (22)

1. Способ выпаривания текучих продуктов, включающий циркуляцию продукта, находящегося в емкости, и его нагревание, отличающийся тем, что циркуляцию продукта проводят через выпарной контур, который включает по крайней мере один насос для забора продукта из емкости и обеспечения его циркуляции в выпарном контуре, по крайней мере один нагреватель для обеспечения подогрева продукта в выпарном контуре и по крайней мере одно инжекторное устройство для обратного впрыска продукта в емкость и соединенные последовательно трубопроводами, из емкости в выпарной контур принудительно забирают часть продукта, нагревают его в нагревателе выпарного контура и впрыскивают нагретый продукт обратно в верхнюю часть емкости над поверхностью продукта.1. The method of evaporation of fluid products, including the circulation of the product in the tank, and its heating, characterized in that the circulation of the product is carried out through the evaporation circuit, which includes at least one pump for withdrawing the product from the tank and ensuring its circulation in the evaporation circuit, at least one heater to ensure heating of the product in the evaporator circuit and at least one injector device for reverse injection of the product into the tank and connected in series by pipelines from the tank A part of the product is forcibly taken to the evaporator circuit, it is heated in the evaporator heater and the heated product is injected back into the upper part of the container above the product surface. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарно выделяемая нагревателями мощность в выпарном контуре на стадии выпаривания продукта удовлетворяет условию:
Figure 00000001

где WΣ - суммарно выделяемая нагревателями мощность (Вт), W∗ - суммарная мощность тепловых потерь (Вт), Ť - скорость нагрева продукта (град/с), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), m - масса подвергаемого тепловой обработке продукта (кг), индексом i нумеруются выпариваемые компоненты продукта, qi - удельная теплота испарения i-того компонента (Дж/кг), Mi - требуемая скорость его испарения при температуре осуществления процесса (кг/с).
2. The method according to claim 1, characterized in that the total power generated by the heaters in the evaporation circuit at the stage of evaporation of the product satisfies the condition:
Figure 00000001

where W Σ is the total power emitted by the heaters (W), W ∗ is the total heat loss power (W), Ť is the product heating rate (deg / s), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), m - the mass of the product subjected to heat treatment (kg), the index i numbers the evaporated components of the product, q i is the specific heat of evaporation of the i-th component (J / kg), M i is the required rate of evaporation at the temperature of the process (kg / s).
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для устранения перегрева продукта нагреватель удовлетворяет требованию:
Figure 00000012

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), а τ=T-T0 - максимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), T0 - температура продукта в емкости, T - температура продукта на выходе из выпарного контура.
3. The method according to claim 1, characterized in that to eliminate overheating of the product, the heater satisfies the requirement:
Figure 00000012

where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), and τ = TT 0 is the maximum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (deg), T 0 - temperature of the product in the tank, T - temperature of the product at the outlet of the evaporation circuit.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагреватель удовлетворяет требованию:
Figure 00000013

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), Δ=T-T0 - минимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), T0 - температура продукта в емкости, T - температура на выходе из выпарного контура.
4. The method according to claim 1, characterized in that the heater meets the requirement:
Figure 00000013

where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), Δ = TT 0 is the minimum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (deg), T 0 is the temperature of the product in the tank, T is the temperature at the outlet of the evaporation circuit.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в емкости поддерживают вакуум при выпаривании продукта.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a vacuum is maintained in the vessel during evaporation of the product. 6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что емкость при выпаривании продукта вентилируют сухими газом или воздухом.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the container is vented with dry gas or air when evaporating the product. 7. Устройство для выпаривания текущих продуктов, включающее емкость с входными и выходными отверстиями, нагреватель, отличающееся тем, что устройство включает по крайней мере один выпарной контур, который включает по крайней мере один насос для забора продукта из емкости и обеспечения его циркуляции в контуре, по крайней мере один нагреватель для обеспечения подогрева продукта в выпарном контуре и по крайней мере одно инжекторное устройство для обратного впрыска продукта в емкость и соединенные последовательно трубопроводами, инжекторное устройство установлено в верхней части емкости выше уровня наполнения ее продуктом.7. A device for evaporating the current products, including a container with inlet and outlet openings, a heater, characterized in that the device includes at least one evaporative circuit, which includes at least one pump for collecting the product from the container and ensuring its circulation in the circuit, at least one heater to provide heating of the product in the evaporator circuit and at least one injector device for reverse injection of the product into the container and connected in series by pipelines, an injector th device is installed in the upper part of the tank above the level of its filling product. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что суммарно выделяемая нагревателями мощность в выпарном контуре на стадии выпаривания продукта удовлетворяет условию:
Figure 00000001

где WΣ - суммарно выделяемая нагревателями мощность (Вт), W∗ - суммарная мощность тепловых потерь (Вт), Ť - скорость нагрева продукта (град/с), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), m - масса подвергаемого тепловой обработке продукта (кг), индексом i нумеруются выпариваемые компоненты продукта, qi - удельная теплота испарения i-того компонента (Дж/кг), Mi - требуемая скорость его испарения при температуре осуществления процесса (кг/с).
8. The device according to claim 7, characterized in that the total power generated by the heaters in the evaporator circuit at the stage of product evaporation satisfies the condition:
Figure 00000001

where W Σ is the total power released by the heaters (W), W ∗ is the total heat loss power (W), Ť is the product heating rate (deg / s), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), m - the mass of the product subjected to heat treatment (kg), the i component of the product being evaporated is numbered, q i is the specific heat of vaporization of the i-th component (J / kg), M i is the required rate of evaporation at the process temperature (kg / s).
9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что для устранения перегрева продукта нагреватель удовлетворяет требованию:
Figure 00000014

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), τ=T-T0 - максимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), T0 - температура продукта в емкости, T - температура на выходе из выпарного контура.
9. The device according to claim 7, characterized in that to eliminate overheating of the product, the heater satisfies the requirement:
Figure 00000014

where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), τ = TT 0 is the maximum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (deg), T 0 is the temperature of the product in the tank, T is the temperature at the outlet of the evaporation circuit.
10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что нагреватель удовлетворяет требованию:
Figure 00000015

где Q - мгновенный массовый расход продукта через нагреватель (кг/с), W - мощность, выделяемая нагревателем (Вт), C - теплоемкость продукта (Дж/(кг·град)), Δ=T-T0 - минимальный допустимый перегрев продукта относительно температуры в емкости (град), T0 - температура продукта в емкости, T - температура на выходе из выпарного контура.
10. The device according to claim 7, characterized in that the heater meets the requirement of:
Figure 00000015

where Q is the instantaneous mass flow rate of the product through the heater (kg / s), W is the power released by the heater (W), C is the heat capacity of the product (J / (kg · deg)), Δ = TT 0 is the minimum allowable overheating of the product relative to temperature in the tank (deg), T 0 is the temperature of the product in the tank, T is the temperature at the outlet of the evaporation circuit.
11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве инжекторного устройства используют дождевальное устройство или клапан с дождевальной насадкой или без нее, форсунку регулируемого расхода или закрепленный на верхней стенке емкости регулируемый клапан или дроссель с образованием зазора между инжекторным устройством и поверхностью продукта в технологической емкости.11. The device according to claim 7, characterized in that the sprinkler device or a valve with or without sprinkler nozzle, an adjustable flow nozzle or an adjustable valve or throttle attached to the top wall of the tank are used as an injection device, with a gap between the injection device and the product surface in technological capacity. 12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что насос и нагреватель в выпарном контуре выполнены в виде единого устройства.12. The device according to claim 7, characterized in that the pump and the heater in the evaporator circuit are made in the form of a single device. 13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что инжекторное устройство одновременно является гидравлическим дросселем для создания в выпарном контуре избыточного давления и предотвращения закипания продукта внутри выпарного контура.13. The device according to claim 7, characterized in that the injection device is simultaneously a hydraulic throttle to create excess pressure in the evaporator circuit and prevent product boiling inside the evaporator circuit. 14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что инжекторное устройство снабжено клапаном для регулирования мгновенного расхода и приращения температуры продукта в выпарном контуре.14. The device according to claim 11, characterized in that the injection device is equipped with a valve for controlling the instantaneous flow rate and increment of the product temperature in the evaporation circuit. 15. Устройство по п.7, отличающееся тем, что на входе в выпарной контур установлен фильтр-отделитель кусковых включений в выпариваемом продукте.15. The device according to claim 7, characterized in that at the entrance to the evaporator circuit a filter separator of lump inclusions in the evaporated product is installed. 16. Устройство по п.7, отличающееся тем, что технологическая емкость снабжена перемешивающим устройством.16. The device according to claim 7, characterized in that the process vessel is equipped with a mixing device. 17. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в верхней части технологической емкости установлен сапун.17. The device according to claim 7, characterized in that a breather is installed in the upper part of the process vessel. 18. Устройство по любому из пп.7-16, отличающееся тем, что технологическая емкость герметизирована и в верхней части соединена с вакуумной линией отвода пара.18. The device according to any one of claims 7 to 16, characterized in that the process vessel is sealed and connected in the upper part to the vacuum line for steam removal. 19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что вакуумная линия включает конденсатор пара.19. The device according to p, characterized in that the vacuum line includes a steam condenser. 20. Устройство по любому из пп.7-16, отличающееся тем, что верхняя часть емкости над продуктом соединена с замкнутым или незамкнутым контуром вентиляции.20. A device according to any one of claims 7-16, characterized in that the upper part of the container above the product is connected to a closed or open ventilation circuit. 21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что контур вентиляции включает вентилятор и как минимум одно устройство кондиционирования газа или воздуха.21. The device according to claim 20, characterized in that the ventilation circuit includes a fan and at least one gas or air conditioning device. 22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что устройство для кондиционирования включает очистной фильтр и/или осушитель. 22. The device according to item 21, wherein the conditioning device includes a cleaning filter and / or dehumidifier.
RU2012124885/05A 2012-06-14 2012-06-14 Evaporation of fluids and device to this end RU2500449C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124885/05A RU2500449C1 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Evaporation of fluids and device to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124885/05A RU2500449C1 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Evaporation of fluids and device to this end

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2500449C1 true RU2500449C1 (en) 2013-12-10

Family

ID=49710901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012124885/05A RU2500449C1 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Evaporation of fluids and device to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2500449C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3745020A (en) * 1971-05-05 1973-07-10 Us Agriculture Process for preparing citrus puree
RU2067016C1 (en) * 1993-07-09 1996-09-27 Белугин Владимир Александрович Method of concentration of liquid products
RU2132143C1 (en) * 1998-07-03 1999-06-27 Открытое акционерное общество Московская кондитерская фабрика "Красный Октябрь" Method of producing confectionery mass from oranges
RU2267350C1 (en) * 2004-05-17 2006-01-10 Закрытое акционерное общество "Холдинговая катализаторная компания" Method of heat treatment of fluid products and a device for its realization
RU2432537C1 (en) * 2010-03-29 2011-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) Device for removal of moisture in vacuum
RU2460309C2 (en) * 2007-08-29 2012-09-10 Акер Биомарине Аса New method for krill flour manufacture

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3745020A (en) * 1971-05-05 1973-07-10 Us Agriculture Process for preparing citrus puree
RU2067016C1 (en) * 1993-07-09 1996-09-27 Белугин Владимир Александрович Method of concentration of liquid products
RU2132143C1 (en) * 1998-07-03 1999-06-27 Открытое акционерное общество Московская кондитерская фабрика "Красный Октябрь" Method of producing confectionery mass from oranges
RU2267350C1 (en) * 2004-05-17 2006-01-10 Закрытое акционерное общество "Холдинговая катализаторная компания" Method of heat treatment of fluid products and a device for its realization
RU2460309C2 (en) * 2007-08-29 2012-09-10 Акер Биомарине Аса New method for krill flour manufacture
RU2432537C1 (en) * 2010-03-29 2011-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) Device for removal of moisture in vacuum

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gostoli Thermal effects in osmotic distillation
US20070274858A1 (en) Method and system for conducting vapor phase decontamination of sealable entities and their contents
Hihara et al. Effect of surfactant on falling film absorption
CN102711939B (en) The mixing carried out by the main vaporization in different mixing and kneading machines and degassing is without thermal release
CN104174257B (en) Carbon dioxide separation and acquisition equipment and method of operating thereof
FI93772B (en) Procedure for removing liquid from moist material
KR20170125798A (en) Evaporation device
CN109282410B (en) Humidifier and method for conditioning air
EP1997545A2 (en) Controlling condensation in combination with evaporation
RU2500449C1 (en) Evaporation of fluids and device to this end
US20130243922A1 (en) Removal of alcohol from potable liquid using vacuum extraction
WO2019068315A1 (en) Gas humidity regulating method and regulator
WO2015065228A1 (en) Method for concentrating fluid products and concentrating device for the implementation thereof
FI101423B (en) Method and apparatus for drying objects containing water
US20110220856A1 (en) Alkaline silicate dehydration
CN206935231U (en) A kind of glue reactor with cooling system
CN206502794U (en) Suitable for the Maillard reaction device of tobacco concentrate
CN206793069U (en) A kind of de- low molecule kettle
Oueslati et al. Performance study of humidification–dehumidification system operating on the principle of an airlift pump with tunable height
JP4138473B2 (en) Method and apparatus for evaporating and concentrating foaming liquid
EP0096309B1 (en) Process for evaporative stripping
CN113385246B (en) Azeotropic constant-temperature heating device
JPS6068010A (en) Degassing device for oil
WO2018102835A1 (en) Apparatus and method for evaporation to concentrate sensitive substances in solutions
JP6930106B2 (en) Multi-tube separation membrane module and liquid treatment method