UA53239A - Спосіб обробки водних розчинів багатоступеневим виморожуванням та багатоступеневий виморожуючий пристрій для його здійснення - Google Patents

Abstract

Винахід стосується виморожуючого способу опріснення солоних вод і очистки будь-яких забруднених водних розчинів для отримання очищеної талої питної води, а також концентрування водних розчинів, наприклад харчових рідин-фруктових соків, технологічних розчинів хімічної, харчової фармацевтичної промисловості з метою отримання концентратів будь-якого ступеня концентрації. Спосіб опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням включає багатоступеневе виморожування льоду з водного розчину, що опріснюється, за допомогою киплячого холодоагенту. Спосіб також включає роздільні рециркуляційні процеси генерування льоду і росту кристалів льоду в кожному ступені при послідовному зневодненні розчину зі збільшенням його концентрації, сепарацію та промивку льоду від концентрованого розсолу та плавлення льоду. Багатоступеневий виморожуючий опріснювач-концентратор містить ступені, кожен з яких складається з випарника-льодогенератора і відокремлено під ним місткості-кристалізатора, шнек, розташований між випарниками-льодогенераторами і місткостями-кристалізаторами льоду, рециркуляційні насоси, сепараційно-промивальну, прямокутну у плані, колону і холодильну установку, що складається з компресора, конденсатора, додаткового конденсатора, випарників, розташованих у міжтрубних просторах льодогенераторів, ресиверів і дроселюючих вентилів. Винахід забезпечує універсальність роботи на будь-якій вихідній водній сировині, з будь-якого ступеня зневоднення, з отриманням будь-яких концентратів, що істотно розширює галузь застосування.

Description

Опис винаходу о«Винахід відноситься до виморажуючого способу опріснення солених вод і очистки будь-яких 2 забруднених водних розчинів - для отримання очищеної талої полегшеної питної води, а також концентрирування водних розчинів, наприклад харчових рідин - фруктових соків, цукрових розчинів, розсолів, технологічних розчинів хімічної, харчової, фармацевтичної промисловості з метою отримання концентратів будь-якого ступеня концентрації вплоть до євтектичної, при якої можуть бути отримані і кристали другої твердої фази - солей, цукру та інш. Виморажуючий метод опріснення і концентрирування водних розчинів 10 складається із 3-х принципиво необхідних операцій: 1. виморажування льоду із соленого, харчового або любого іншого водного розчину; 2. сепарації кристалів льоду від концентрату і промивка цього льоду від покриваючих кристаліки льоду концентратної плівки; 3. плавлення льоду. т В результаті здійснення вказаних процесів одержується 2 продукта - чиста тала вода питного стандарту і концентрат, концентрація котрого залежить від степеня обезвожування вихідного водного розчину. В залежності від виду кінцевого продукту одна і та ж установка називається опріснювачем або концентратором.

Запропоновано багато способів, схем і конструкцій виморажуючих опреснювачів-концентраторов (ВОК).

Виморажування льоду із водного розчину (плавлення льду) здійснюють: 20 1. неконтактно, тобто теплоту льодоутворення (плавлення) відводять (підводять) через теплопередаючу поверхню; 2. контактно, тобто в виморажуючем розчині (на льоду) кипить (конденсується) рідкий хладоагент (пар хладоагенту).

Сепарацію і промивку льоду від концентрату здійснюють в сгидроциклонах, центріфугах, 25 сепараційно-промивочних колонах. «

Найбільш повно рівень техники концентрування харчових рідин (фруктових соків) описан у книзі - Л. Пап.

Концентрирование вьімораживанием, Москва, Изд-во "Легкая и пищевая промьішленность", 1982г. На с.50-52 цієї книги описан багатоступеневий спосіб, застосовуємий у Німеччині, для різних харчових рідин. Суспензія кристалів льоду і концентрату у кожній із 3-х ступенів утворюється у 2 зтапи. Зародиші кристалів льоду б 30 утворюються в попередньому кристалізаторі, що охолоджується до температури мінус 10"С, і обладнаний со скребковим ножом. Потім ця суспензія подається у другий кристалізатор, що охолоджується до температури -30 - -507С, де утворюються великі кристали льоду. Для сепарації суспензії і промивки льоду пристосовується сч центріфуга бесперервної дії. Для запобігання окислення соку пристосовується інертний газ. со

Після другого кристалізатору суспензія поділяється в центріфугі. Відділений концентрат подається в другий 35 ступінь (обладнання її аналогічно обладнанню 1-ого ступіня аналогічні і процеси, відміна - збільшується й концентрація концентрату), а потім в таку ж третю ступінь, після котроупконцентрат відводиться як продукт.

Лід після усіх 3-х ступеней змішується і плавиться у плавильнику.

Недоліки цього способу і схеми наступні; « дю 1.Низькі температури льодоутворення приводять к збільшеним витратам електроенергії; з 2.Необхідність мати ненадійний механізм соскребування льоду в кристалізаторах;. с З.Сепарація і промивка льоду від коцентрату виробляється у кожній ступені, що приводить у 2-оі і особливо :з» 3З-оі ступенях до недоотмивці льоду з огляду високих концентрацій вихідного концентрату перед операцієй промивки і зайвим утратам сухих речовин.

Відомий багатоступеневий виморажуючий спосіб концентрування водних розчинів і установка для нього сл 15 здійснення (див. О.5. Раїепі Мо4666484, Мау 19,1987, Мийізіаде їтееле сопсепігайпоу ргосезз апа аррагайиз). В цьому способі - прототипі вихідний водний розчин виморажується в 3-х ступенях, в котрих здійснюються процеси (95) генерування льоду (в кожухотрубчатих вертикальних іспарителях - льодогенераторах І-ЛГ) і росту кристалів т льоду (в місткостях-кристалізаторах Кр). В межтрубної просторині другого І-ЛГ 5» і третього І-ЛГ3 кипить хладоагент, відводя теплоту льодоутворення, а в трубках за допомогою рециркуляційних насосів циркулює (95) 50 водний розчин, в котром генеруються зародиші льоду, котрі потім, попадая у другий кристалізатор Кр» і третій с Крз, зростають до розмірів 100-200тКт. Між другими І-ЛГ» і Кро та третьїімі І-ЛГз3 і Круз розташован шнек, дно корпусу котрого перфорировано отворами. Льодорозсольна суспензія із | рубок І-ЛГ» і І-ЛГ3 тече на вітки шнеку і далі через його дону перфорацію попадає в Кро и Крз, при цьому крупні кристали льоду не проходять через перфорацію шнеку і переміщаються в перший кристалізатор (у цього Кр. нема сопутствуючого І-ЛГз), відкіля після кристалізації і отбору нових кристалів льоду другим шнеком виводяться з установки. Вихідний водний в» розчин (наприклад фруктовий сік) вводиться в перший кристалізатор Кр, змішуясь з льодом з третього І-ЛГ з і другого І-ЛГ». Кінцевий концентрат в якости продукту відбирається з третього Кр з. Від першого Крі по напряму ко другому І-ЛГо-Кро і третьому тандемів І-ЛГ3-Крз концентрація концентруємого розчину і пропорційно його во в'язкість збільшуються.

Недоліки цього способу і пристрою наступнінаступні: 1. Неможливо получити полегшену воду (тобто воду з зниженим утриманням важкої води Д»2О), яка має доказаний сприятливий вплив на живі біологичні об'єкти (і на людину). 2. Вивод льоду з першого кристалізатору Кр; за допомогою шнека - утрудливий, поскільки лід знаходиться у середовищі водної фази і ефекти його вспливання і ковзання у рідині перешкоджують (експериментально б5 встановлено!) його переміщенню. Турбулізація Кр. мішалками не усуває цієї труднощі тому, що в . льодяній масі при її накопиченні і при роботі мішалок утворюються канали, які заповнені розчином, в котрих і обертаються лопасті мішалок, а вкруг їх формується "стоячий" лід.

З. Змішення вихідного розчину з льодом в першій ступені кристалізації після другої і третьої ступеней Виморажування не дозволяє повністю використувати потенціал цього приймання (для зменьшення в'язкісті розсолу поверхневої плівки, що покриває кристали льоду, і полегшення їх наступної промивки від цього розсолу). Переважно це приймання використувати не під час першого льодоутворення, як у прототипі, а вже після його здійснення. Недолік цей, не очевидний на перший погляд, з огляду ефекта рециркуляції в 1-ій ступені дуже істотний, що показує наступний приклад. Хай вихідний апельсиновий сік має концентрацію 7/0 (висловленую опосередньо як приведено в опису прототипу через одиниці в'язкісті Вгіх і в першому приближенні прямо пропорційну ій) Зо-12од. (його видаток Со-2бгаллонів/хв - будемо вказувати для облегшення експертизи значення одиниць вимірювання ті ж самі, що приведені у патенті-прототипі /див. таблицу в столбцях 5 и 6/).

Після 1-ої ступені концентрація сконцентрованного сіку буде 5 --18од. і видаток його рециркуляції в 1-ої ступені дорівнює с4-74гал/хв, після 2-ої 5»-ЗОод, після 3-ої - 53-:450од. Зміщення вихідного соку з рециркулятом 7/5 1-0ї ступені дає концентрацію суміші

Зсуміші(З0Зоне151)(Оо051)-(26 12474 18)(26-74)-16,440дД.

Кристали льоду на вихіді із Круз і будуть забруднені плівкою з цього концентрату. Коли ж вихідний сік подавати на зміщення з льодом, попередньо вже віддренірованому на шнекі від концентрату, то його поверхня плівка буде мати концентрацію рівну практично 5о0-12од. Такий лід промити від концентратної плівки легше.

Крім того в прототипі невелика кількість вихідного розчину змішується з великою кількістю рециркуляційного концентрату, який має понижену температуру, що практично не підвищує температуру вихідного льоду, що в свою чергу підвищує в'язкість концентратної плівки. Відмова від приймання прототипу, як це і зроблено у нашій пропозиції, і в цьому пункті зрівняння сприятливо для кращої відмивки льоду від концентрату і зменьшенню утрат сухих речовин з льодом. 4. В концентруємому розчині по ходу його руху по ступеням виморажування збільшується концентрація, тобто знижується рівноважна температура заморожування. Кипіння ж хладоагенту в ступенях « іспарителей-льодогенераторів в прототипі підтримується холодильною машиною при постійній температурі, котра для забезпечення теплопередачі повинна бути нижче самій нижчей температури заморажування, тобто такой ж, як в І-ЛГз. Це приводить до великої різниці температур між температурами заморажування розчину і Ге! зо температурою кипіння хладоагенту в 2-х перших ступенях концентрування, що приводить до незворотним загубам роботи, а, головне, к утворенню умов наморажування льоду з циркулюючого розчину на внутрішній і, поверхні трубок іспарителя. Зауважемо, що умова незабиваємості трубок льодом складається не тільки в с забезпеченні високої швидкісті циркуляції розчину в трубках, не тільки гидрофобністю внутрішній поверхні трубок, не тільки малою кількістю льоду в потоці (до 5-70), але і малою різницею температур при відводі о 3зв5 теплоти льодоутворення, яка не перевищує згідно досвідним данним З,5"С. В прототипі ця умова не ю забезпечується. А щоб приблизитесь к виконанню цієї умови в прототипі - треба поставити другу холодильну машину. 5. В прототипі не забезпечується концентрування фруктових соків їі цукрового розчину до концентрацій « порядку 6095 і температур до мінус 21 "С, при котрих густий сироп має високу в'язкість (більше 80071073 Па"с) | малу швидкість росту кристалів, а тім більш не досягається концентрація евтектики (64,995 для цукрів), при - с котрій разом з льодом кристалізується і друга тверда фаза - кристали солей, цукрів і інш., причому ці дві ц тверді фази, що знаходяться у рівновазі з своїм насиченим розчином необхідно розділити з технично ,» приємлімою швидкістю. Відомо ряд устріїв для відділення і промивки кристалів льоду від розсолу (концентрату) - центріфуги, отжимні шнеки, гідроциклони, дренажні і витиснітельні промивочні колони. Найбільшу ефективність | промислове розповсюдження має витиснітельна сепараційно-промивочна колона СПК, що робе з протитиском с (примітка: принцип дії і гідромеханіка цієї СПК описані у довіднику "Различнье области применения холода", с Москва, Агропромиздат, 1985, глава 9 "Опреснение соленой водь!", см. с.247-248).

СПК буває в плані коловою і прямокутною. В середній частині колони на ії боковій поверхні ко розташовувається фільтруюча сітка, через котру фільтрується розеол, а лід при своєму руху вверх через цю сітку не пропускається. Льодорозсольна суспензія насосом подається в нижню частину колони, розеол о відводиться через фільтруючу сітку, а лід, сформувавшись в пористий поршень, рухається "насосною" силою (Че) вверх, промиваючись від поверхневої розсольної плівки, що покриває кристали льоду, противоточним рухом вниз промивочної води. В верхній частині колони відмитий лід розбивається обертаючимся ножом - скрепером або конвейерною лентою і скидується в суміжний з колоною карман, відкиля направляється гидротранспортом в плавильник льоду-конденсатор хладоагенту.

Недоліки такої СПК - наявність механічного пристрою в верхній частині колони, направляючого льодяну масу

Р» в плавильник льоду-конденсатор хладоагенту, і труднощі з організацією ефективного процесу транспортування і плавлення льоду - конденсації агенту в апараті.

Задачею винаходу є створення способу опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим бо виморожуванням та багатоступеневого виморожуваючого опріснювача-концентратора, які дозволили би опріснення з отриманням полегшеної води і з більш глибоким витяганням опрісненої води з вихідного соленого розчину до його розділення до сухої остачі (примітка: технологія опріснення морської води і одночасово Її концентрування до 17-2090 - і до сухої остачі - в теперішній час розроблена автором для витягання метану з морських величезних покладів газогідратів метану /100 триліонів му/, захоронених на дні шельфу Чорного моря; 65 цим концентратом морської води буде виплавлюватися метан з газогідратів, а подорожна чиста тала опріснена вода використовуваться як високоякісна питна вода для арідного Криму);

концентрування харчових рідин до більш високих концентрацій - біля 6096, перемагає заслон високої в'язкісті високонцентрованих, наприклад, сіків при низьких температурах до евтектичних концентрацій; зменшеня капитальних витрат на холодильну машину і упрощения її експлуатації.

Поставлена задача вирішується тим що при роботі у режимі опріснення в першому ступені спочатку переводять у лід не більш 3 -595 від вихідного розчину і цей лід скидають як збагачений важкою водою, а залишаючийся вихідний розчин рівно як і вихідний розчин у випадку роботи у режимі концентрування змішують з льодом після його вихіду з першого ступеня льодогенерування і перед його поданням на сепарацію та промивку.

При цьому як хладоагент який відводить теплоту льодогенерування при своєму кипинні, використовують 7/0 неазеотропну сумішь хладоагентів, наприклад Ф22-Ф142в, яку вводять противотоком з ходом опріснюємого розчину у останню по ходу опріснюємого або концентруємого розчину ступінь льодогенерування і виводиму з першого по ходу опріснюємого або концентруємого розчину ступеня льодогенерування; при цьому концентрацію неазеотропної суміші хладоагентів встановлюють із розрахунку - добуток масової долі легкокиплячого компоненту (наприклад Ф22) на теплоту його пароутворення дорівнює теплоті процесу плавлення льоду.

У випадку утворення в останнжступені льодогенерування і росту кристалів льоду високов'язких концентратів, а рівно і одночасово з льодом і генерування і росту другої твердої фази - наприклад, кріїсдлів солей, цукру і інш., що кристалізуються у евтектичній точці, у останньому тупені концентрат опріснюємого (концентруємого) розчину для зменшення його в'язкості виморажують у суміші з проміжним малов'язким при температурах від -102С до -302С (в'язкість не більш 1 10Па с) транспортним носієм.

Як транспортний носій пристосовують незмішувані з водою рідини -наприклад, кремнійорганичну рідину (сілікон), недогріті або киплячі хладоагенти, наприклад, фреон 11, вуглекислоту та інш. або гази, наприклад азот, пари вуглекислоти, діоксіда сіри та інш., з котрими виморажуваний концентрат турбулентно реціркулірують у процесі генерування кристалів льоду (і кристалів другої твердої фази) і в процесі росту цих вищезгаданих кристалів.

Запропонований спосіб здійснюється в пристрої багатступеневого виморажуючого опріснювача-концентратора, в котрому іспарителі - льодогенератори нахилені до місткостеи-кристалізаторів під « кутом 15-302; шнек з того боку, котра видає лід на сепараційно-промивочну колону, з'єднаний з вхідом змішувального бака і піднятий; шнек(ї) нахилений(и) під кутом 10-20" до горизонталі; сепараційно-промивочна колона має у своїй верхній частині з одного боку зігнутий козирьок, що утворює з верхньою кромкою колони най /-/Ф) протилежному боці рівнопрохідний з перерізом колони прохід для перевалювання льоду і його зміни со направлення руху на 180 9 в суміжну камеру, в котру вбудований зрошувальний конденсатор хладоагенту-плавильник льоду; вхіди рідкого хладоагенту в іспарителі-льодогенератори і вихіди хладоагентуз СМ них проходять послідовно через ступені опріснення і концентрування розчинів противотоком з ходом со зневоднюваного розчину.

Зо При цьому перша за ходом вихідного розчину у режимі опріснення місткість-кристалізатор має у тильному іт) перерізі корпусу шнека знімне вікно для вивалення і сбросу важководного льоду; крім того ця місткість-кристалізатор при роботі у режимі концентрування має регулятор рівня рідкої фази, який підтримує рівень суспензії вище рівня нижньої отвірної шнека на 1/4 його діаметра; при цьому між виходом суспензії з « місткісті-кристалізатора цього ступеня і входом у трубний простір іспарителя-льодогенератора цього ж ступеня встановлений рециркуляційний пульсаційний компресор. З с Суть винаходу показана на фіг.1 и 2. "» Фіг.1 - схема і конструктивне рішення багатоступеневого виморажуючого опріснювача-концентратора ВОК. " Фіг.2 - конструктивне рішення першої для режима опріснення і третьої для режима концентрування харчових рідин - по ходу переробляємого розчину - ступені опріснення - концентрування.

На фіг.1 приведена схема ВОК, який складається з: 1 " системи ввода вихідного розчину - вивода продуктів опріснення-концентрування; с "- ступенів генерування льоду і росту кристалів льоду; н сепараційне - промивочної колони; їмо) « ХОЛОДИЛЬНОЇ Машини. с 50 Згідно фіг.1 система ввода вихідного розчину - вивода продуктів опріснення-концентрування складається з насосу подання вихідного розчину 4, фільтрів грубої очистки вихідного розчину 5 і тонкої очистки опрісненої

Ме; води 6, попереднього теплообмінника 7, джерела ультрафіолетового випромінювання 8 (бактерицидноїїлампи для обеззаражування опрісненої води). Ступенів генерування льоду і росту кристалів льоду - три (справа наліво на фіг.1 вони визначені - 1,2,3). Кожна ступень включає в себе кожухотрубчатий іспаритель хладоагенту - льдогенератор І-ЛГ і під ним місткість-кристалізатор Кр. Між І-ЛГ і Кр розташований шнек, який переміщає лід у» від усіх трьох ступеней. 1-а і 2-а ступені конструктивно однакові. З-я ступень має відміни. В режимі опріснення вихідний солений розчин "проходить" ступені в такій послідовності: 3, потім 1, потім 2.

В режимі концентрування вихідний харчовий розчин (наприклад виноградний сік) "проходить" ступені в такій послідовності: 1,2,3. бо В ступені 1 іспаритель-льдогенератор І-ЛГі складається з корпусу 9, 2-х трубних гратів 10 і трубок 11.

Місткість-кристалізатор Кр. цієї ступені включає місткість 12, мішалку 13, турбулізуючі перегородки 14 і рециркуляційний насос 15. Кр. може мати суміжні стінки з іншими аналогічними апаратами, а може мати і окремий корпус.

Шнек 27 складається з корпусу 28, нижня частина котрого перфорирована отворами з діаметром 0,2мм, і бо власне витків шнека 29. Ліва частина витків шнека 29 - з'ємна (це власне другий шнек 29а, припіднятий правим кінцем на кут 10-20"), має стиковочний вузел 30 (шлицеве з'єднання), дозволяючий міняти стики шнеків на протилежний з правою незмінною його частиною. В режимі опріснення ліва частина шнека 29а має ліву навивку витків, що переміщує лід вліво; в режимі концентрування ліва частина шнека 29а (перевернута на 180") має праву навивку витків, що переміщує лід вправо. Лівий торец шнека 29а має вікно 31, відкрите в режимі Опріснення для вивалювання тяжководного льоду, і закрите герметичною кришкою 32 в режимі концентрування харчових рідин. Шнеки мають також редуктор 33, забезпечующий іх обертання з швидкістю 10-20об/хв, і електродвигун 34. Правий відкритий торец шнека 27 - з сторони, котра видає лід на сепараційно-промивочну колону, - з'єднаний з вхідом змішувального баку 35 і припіднят під кутом 10-20" до горизонталі. Бак 35 має мішалку 36, турбулізуючі перегородки 37 і насос 38. 70 Сепараційно - промивочна колона СПК складається з прямокутного в плані (тобто при виді зверху) корпусу 39 і розташованої на боковій поверхні СПК фільтраційних грат 40, маючих розміри отворів "в світу" 100-200мкм (через ці отвори стікає розеол /концентрат/, але затримуються кристали льоду - навіть в тому випадку, коли кристали мають і менші розміри - працює добре відомий "ефект натовпу"). В верхній своїй частині СПК має з однієї сторони зігнутий козирьок 41, утворюючий з верхней кромкой колони на її протилежній стороні 42 75 рівнопрохідній з перерізом колони проход 43 для перевалювання льоду і його зміни направлення руху на 1802 в суміжну камеру 44, в котру вбудований зрошувальний конденсатор хладоагенту-плавильник льоду 45.

Холодильна машина (ХМ) складається з одноступеневого компресора 46, конденсатору хладоагента - плавильнику льоду 45, повітряного додаткового конденсатору 47, теплообмінника 48, ресиверів рідкого хладоагенту 49 і 50 і дроселюючих вентилів 51 і 52. ХМ скомутована так, що при відкритих усіх вентилях, 2о визначених літерою О, установка працює в режимі опріснення, а при відкритих усіх вентилях, визначених літерою К, працює в режимі концентрування. Електромагнітни вентилі О і К переключаються усі одночасно (команда "усі вдруг").

Згідно фіг.2 ступень З має іспаритель-льодогенератор І-ЛГ3 З, місткість-кристалізатор Кру 54, насоси 20 і 21, мішалку 55, регулятор рівня рідкої фази 57, пульсаційний компресор 58. Іспаритель - льодогенератор І-ЛГ з ор; нахилений к місткості-кристалізатору Крз під кутом 15-30" (ця ж особливість конструкції є і в ступенях 1 і 2; це передбачено для того, щоб в випадку помилки персоналу - збільшенню різниці температур при теплопередачі « в І-ЛГ більш 3,5"7С і можливому при такої помилки відкладенню льоду на внутрішній поверхні трубок іспарителя - можно було б, зупинив роботу ступені (на 3-5хв) і нагрів міжтрубну просторинь горячим хладоагентом після нагнетания компресору, дати можливість трубному льоду швидко /1-2хв/ зсунутись на витки шнека). (о)

В схемі ступені З передбачено також сепаратор транспортного носія 70 з лініямі вороття носія 71 і вивода со продуктового концентрату 72. Конструкція сепаратору 70 і принцип його дії можуть бути різними і на схемі не деталізовані. Він може бути: с - просто відстойник - коли щільністі рідкого носія і продуктового концентрату відмінні на великість не со менш 10Окг/м2;

Зо н- він може бути у вигляді іспарителя з теплообмінником, коли носій - це легкокипляча рідина, наприклад о

Ф-11, СО» або 50»; "- він може бути і у вигляді дегазаційної колони, в котрій з концентрату мембраний компресор відбирає розчиненний носій -газ; « "- в випадку, якщо в ступені З процеси кристалізації проводяться в евтектичній точці, коли разом з кристалами льоду утворюються більш тяжкі кристали цукрів, то сепаратор 70 може бути виконаний у вигляді З с шнека, котрий ці кристали цукрів буде віджимати від насиченого розчину, висушивати досуха і видавати у "» вигляді сухого розчиненого порошку (автор по такому устрію має ас. СССР Мо1576125, патенти України Мо13808 " и Мо23240). Теплофизичні властивості деяких опріснюємих і концентруємих розчинів і транспортних носіїв, використовуємих в теперішньому винаході в ступені З с ці 9 кПа 95 кг/м З Пас ю бу 20 вто вало

Ф 0000000 таз 5000000 лввоз зв тю зм вооз

С ваит;о0лобвя 00000300 бл ововтоя » Ин сх НН ЕЕ Кт яенах000ловмя 00000300 зво и бводоя, во вилов, 05000000 бовортвтоя ватні о здюєеввох 00015000 160 од, п-ва т олвоз бо В режимі опріснення ВОК працює наступним чином. Вихідний солений розчин насосом 4 подається в фільтр грубої очистки 5, в котром розчин очищується від грубих взвесей розміром до 5мкм. Потім розчин охолоджується в попередньому теплообміннику 7 до 3-57С і направляється по трубопроводу 69 в місткість -кристалізатор 54 (Кра). Із Круз розчин вибирається насосом 21 і по лініям 22 і 25 подається в трубну просторинь іспарителя-льдогенератору ступені З (І-ЛГ 3). Під час руху по трубкам вниз розчин охолоджується за рахунок холоду (теплоти пароутворення) киплячего в межтрубної просторині хладоагенту, частково виморажується і разом з кристалами льоду стікає з нижчей частини І-ЛГ3 на витки шнеку 29а і потім через його донну перфорацію корпусу 28 в Круз. Роботой холодильної машини (тобто виратой хладоагенту, що подається в І-ЛГз) холодопродукційність І-ЛГ3 створюють таку, щоб при роботі в режимі опріснення в першой ступені 7/0 Виморажувалось по масі не більш 3-595 від вихідного розчину.

Цей лід збагачений тяжкою водою Д 20. Збагачення засновано на ефекті збільшеної температури льодоутворення тяжкої води (ї3,8"С) - термодинамичному факторі. Цей фактор (необхідний, але не достатній) повинен бути зміцнений кінетичним фактором - перемішуванням розчину в процесі його льодоутворення, щоб перешкодити при утворенні льоду ДьО зменшенню концентрації тяжководних молекул у поверхні 7/5 льодоутворення з огляду зменшеної їх рухливисті (в 10 разів) у порівнянні з молекулами легководними, тобто нг.

При попаданні в полость шнеку лід затримується перфорацією корпусу шнека і його витками 29а пересувається ліворуч по напряму до вікна 31 (кришка 32 в цьому режимі отодвинута від вікна 31), перевалюється через вікно 31 в воронку і разом з транспортною водою (перелив її через вікно З1) по лінії 23 го за допомогою насосу 20 скидається в канализацію. Скидання "першого льоду" (його утворення в обсязі потоку і не затримання на стінках трубок дуже залежить від інтенсивності турбулізації потоку у стінок трубок І-ЛГ з) забезпечує полегшення опрісненої талої води (тобто зменшення утримання дейтерія в опрісненої води на 102590 в порівнянні з тієї кількості, яка звичайно знаходиться в природній воді, в котрій його утримання складає 0,035--0,0490 мольних).

Діапазон 35905 скидуваємого льоду обгрунтовується так: при перевищуванні 595 занадто збільшується загуба « роботи на виморажування "не продукта"; при зменшенні нижче 395 важко регулювання цього малого потоку і, крім того, є можливисть не досягнути мети цієї операції - полегшення ще невимороженого розчину, що залишається.

Невиморожений в ступені З вихідний розчин (у вигляді рециркулята після насосу 21) по лінії 26 направляють в змішувальний бак 35, в якому він змішується з льодом, пересуваємим праворуч в цей бак шнеком 27 (більш (є) певно - його витками 29). Турбулизація в баку 35 льодорозсольної суспензії забезпечує її вибір разом з льодом со насосом 38 і подання її по лінії 74 в нижню частину сепараційно-промивочної колони СПК. В цьому апараті суспензія рухається верх. Розеол фільтрується через фільтраційні грати 40 і по лінії 75 повертається на с зрошування верхньої частини льоду, пересуваємим шнеком 27 праворуч між ступеню 1 і баком 35. Цей розеол, со що має меньшу концентрацію у порівнянні з розсольною плівкою на льоду, попередньо промиває цей лід перед його вступом в бак 35 і потім стікає по нахилу ліворуч (10-207 нахилу достатньо для стоку рідини ліворуч, Іс) нахил з кутом більш 207 робити нерационально з огляду збільшення вертикального габариту 1-оїі ступені) вниз через перфорацію дна корпусу шнека в місткість-кристалізатор 1-ої ступені Кр.

Колоборот розсолу - бак З5, лінія 74, нижня частина СПК, грати 40, лінія 75, права частина шнеку між І-ЛГ. і « баком 35 - попередньо сприятствує далі ефектівній роботі СПК, а саме: «- підвищує температуру льоду, що запобігає його змерзанню внизу СПК; т с н« зменьшує концентрацію розсольної плівки, що покриває кристали льоду; ч» - зменьшує в'язкість розсолу, що покращує фильтрацію розсолу внизу СПК -спочатку через масу льоду, а " потім і через ячейки фільтраційних грат.

З дна Кр; насос 15 відбирає розеол і направляє його більшу частину по лінії 17 в трубну просторинь І-ЛГ 4.

При циркуляції розсолу по трубкам небхідно витримувати умови його незамерзання і затикання трубок льдом, о що забезпечується високою швидкістю потоку, малою різницьою температур між температурою замерзання о розчину при данної концентрації і температурою кипіння хладоагенту в межтрубної просторині. В трубках І-ЛГ 4 генеруються зародиші льоду, їх розміри по причині вьюокої швидкісті потоку (м/с) - невелики (1 -1Омкм). Такі ко мікророзміри льоду забезпечують їх проход через льодяну масу, транспортуємую шнеком зліва направо, а також со 20 через перфорацію дна шнеку в місткість-кристалізатор Крз. Обсяг Кр розраховується на час пребування розсолу в ньому порядка 5 -8мін, що забезпечує вирост кристалів льоду при турбулизації суспензії мішалкою 13 до с розмірів 150-25О0мкм. При рециркуляції разсолу по кільцу (насос 15, лінія 17, трубки І-ЛГ їі, шнек з льодом) льодяна маса в полості шнека как класификатор пропускає дрібні кристали-зародиші і затримує відносно великі кристали льоду, формуючи з них сніжну масу, підвержену транспортировці. 29 В І-ЛГ. концентрація розсолу по солям збільшується до оптимальної; звичайно в цієй ступені виморажується в. біля 8095 льоду. Меньшу частину рециркуляту насос 15 направляє по трубі 18 во 2-у ступень виморажування - спочатку на поверхню льоду, пересуваємого шнеком між І-ЛГ» і І-ЛГ- з метою його часткової промивки, а потім і в Кр».

Процеси в ступені 2 аналогичні процесам в ступені 1 (при цьому труба 21 перекрита запорним вентилем - не 60 показаний). Концентрація розсолу збільшується до кінцевої, при котрій він виводится із Кро за допомогою насосу 19 по трубопроводу 71 і через теплообмінник 7.

Після відділення льоду від розсолу в середній частини СПК лід рухається вверх, промиваясь від поверхневої розсольної плівки противоточним опусканням промивочної води з лінії 76, котра пронизує пористий льодяний поршень і потім в районі фільтраційної грати підмішується к фільтруємому розсолу. В верхній частині СПК бо промита від розсолу льодяна маса за допомогою направляючого козирька 41 повертає свій рух на 180" і опускається в суміжну камеру 44. Переріз 43, рівнопрохідний з перерізом СПК, не пресує сніжну масу і не зменшує її пористость і проникливість, що не погіршує процес промивки. В суміжній камері 44 льодяна маса розжижається прісною водою, подаваемою по лінії 77, і контактується з поверхнею вбудованого зрошувального

Конденсатору хладоагенту-плавильнику льоду 45. В цьому апараті конденсується хладоагент, розплавлюючи лід теплом своєї конденсації. Тала вода з дна камери 44 відбирається насосом 78, частина її (більша) рециркулює по лінії 77 знову в камеру 44 - для збільшення коефіцієнту тепловіддачі з боку льодоводяної суспензії, частина по лінії 7б поступає в СПК як промивочна вода, а частина, що залишилась, по лінії 80 через теплообмінник 7, фільтр тонкої очистки 6 і обеззаражуваючий устрій 8 виводиться з ВОК як продуктова чиста /о тала полегшена обеззаражувана питна вода високої якості.

Холодильна машина в режимі опріснення працює наступним чином. Компресор 46 стискає неазеотропну сумішь хладоагентів (нагадуємо: сумішь називається неазеотропною, коли її рівноважні склади рідкої і газової фаз розрізняються; в диаграмі температура - склад при постійному тиску така сумішь зображується "рибкою", в котрій верхня крива, яка показує склад газової фази, не перетиняється з нижчею кривою, що показує склад /5 рідкої рівноважної фази; характерна особливість такої суміші - при постійних тисках вона кипіть і конденсується при перемінних температурах (при кипінні спочатку переважно википає при найнизчей температурі легкокиплячий (нижчекиплячий) компонент, тобто той компонент /в нашому випадку - Ф22/, котрий має при однаковому тиску з другим компонентом більш низьку температуру насичення, після чого начинає википати другий компонент - тяжкокиплячий /вищекиплячий, в нашому випадку - Ф142в/, причому температура

Кипіння такої суміши поступово підвищується; при конденсації такої суміші спочатку конденсується практично повністю тяжкокиплячий компонент, а другий компонент буде конденсуватися при тому ж спільном тиску суміші, але при зниженрі температурі і під своїм парциальним тиском). Після компресору 46 стиснута сумішь поступає в додатковий конденсатор 47, в котрому за рахунок теплообміну з повітрям конденсується тяжкокиплячий компонент - Ф142в. Парорідинна сумішь по трубі 81, через теплообмінник 48 і по трубі 82 поступає в ресивер ов 0, в котрому рідка і газова фази розділюються. Рідка фаза - переважно тяжкокиплячий компонент (Ф142в)- дроселюється в дросельному вентилі 51 і тече на змішення з легесокиплячим компонентом (Ф22). Газова фаза з « ресивера 50 - в основному легкокиплячий компонент (Ф22) -поступає по лінії 83 в зрошувальний конденсатор 45, вбудований в камеру 44 СПК. Тут легксокиплячий компонент конденсується при теплопередачі з льодом і вже як рідина стікає в ресивер 49, відкіля він по лінії 89 і після дроселювання в дросельному вентилі 52 тече на Ге! зо Змішення з тяжкокиплячим компонентом (Ф142в). Сумішь хладоагентів в режимі опріснення проходить через іспарителі-льодогенератори противотоком опріснюємому розсолу. Це означає, що коли опріснюємий розчин і, переходить з однієї ступені льодогенерування в другу ступень в послідовності ступеней -»53-51-52-», то с неазеотропна сумішь в цьому режимі проходить назустріч (противотоком), тобто в послідовності ступеней «Й 3. 14-24. Електромагнітни клапани, визначені на фіг.1ї7 літерою ОО - усі відкриті, а клапани, о визначені літерою К - усі закриті. юю

Спочатку рідка сумішь хладоагентів поступає в І-ЛГо по лінії 84 і частково википає (1-а порція - в основному википає легкокиплячий компонент) при найнизчій температурі, після чого вона у вигляді парорідиної суміші поступає в І-ЛГ- по лінії 85 і далі википає (2-а порція), потім вона у вигляді парорідиної суміші з « великим утриманням пару легкокиплячого компонента поступає по лінії 65 в І-ЛГ з, в котрому википає повністю тяжкокиплячий компонент і далі сумішь паров по лінії 66 відводиться з І-ЛГ з, проходить, нагріваясь, через - с теплообмінник 48 і лінію 88 до всасу компресору 46. а В режимі концентрування ВОК працює в основному аналогичним чином, але має і відзнаки, яки обумовлені "» особо високою в'язкістю фруктово-овочевої і іншої цукроутримуючої сировини на заключному етапі концентрування. Вихідний фруктовий сік (наприклад- яблучній сік) насосом 4 подається в фільтр 5, в котрому сік відфільтровується від часточек взвішених речовин. Потім сік охолоджується в попередньому теплообміннику 1 7 до 3-57С і направляється по трубопроводу 70 в змішувальний бак 35, в котрому він змішується з льодом, сю пересуваемим шнеком 27 праворуч з усіх ступеней льдогенерування в цей бак. Турбулизація в баке 35 льодорозсольної суспензії забезпечує її вибір разом з льодом насосом 38 і подання ії по лінії 74 в нижню іме) частину сепараційно-промивочної колони СПК. Робота СПК в режимі концентрування ничим не відрізняється від сю 50 роботи цього ж апарату в режимі опріснення, вже описаного раніше. З СПК сік фільтрується через фільтраційну грату 40 і по лінії 75 повертається на зрошування верхньої частини льоду, пересуваемим шнеком 27 праворуч іЧе) між ступеню 1 і баком З5. Цей сік, що маєть меншу концентрацію у порівнянні з концентратною плівкою на льоду, попередньо промиває цей лід перед його поступом в бак 35 і потім стікає по нахилу ліворуч і вниз через перфорацію дна корпусу шнека 27 в місткість-кристалізатор 1-ої ступені Кр/, змішуваясь в ньому з концентратом 1-оі ступені і підвищуя скачком свою концентрацію до приблизно 2595 по закону кристалізатора змішення. з» З днища Кр; концентрат 1-ої ступені відбирається насосом 15 і по лінії 17 подається в трубну просторинь 1-ої ступені іспарителя-льдогенератору І-ЛГ 5. При руху по трубкам вниз цей концентрат охолоджується за рахунок теплоти пароутворення киплячего в межтрубної просторині хладоагенту, частково виморажується і разом з кристалами льоду стікає із нижчей частини І-ЛГ- на шнек 27 і потім через його донну перфорацію 60 корпусу 28 в Крі. В місткість-кристалізатор 2-оі ступені Кро концентрат 1-оі ступені поступає по лінії 18, стікає на льодяну масу, пересуваемую витками шнеку 29 в интервал! між Кр» і Кру, промивая лід від плівки концентрату 2-оі ступені. В апаратах 2-оі ступені льодогенерування І-ЛГ 2-Кро процеси протекають аналогично процесам 1-ої ступені І-ЛГ--Кр., але при більш високої концентрації (35-г4095). Приблизно 88-9295 води з вихідного сіку витягується в ступенях 1 і 2. 65 В ступень З концентрат 2-оі ступені поступає по лінії 21, стікає на льодяну масу, пересуваемую витками шнеку 29а праворуч в интервалі між Крз і Кр», промивая лід от плівки концентрату 3-і ступені. В апаратах 3-ої ступені льодогенерування І-ЛГ 3-Крз процеси протекають аналогично процесам 2-ої ступені І-ЛГо-Кро, але при більш високої концентрації (55--7095). Концентрування провадиться хочь до параметрів евтектичної точки, котра, наприклад для розчину цукроза-декстроза -вода має концентрацію 64,9956 при температурі -177"С, а для виноградного сіку в залежності від сорту винограду - концентрацію біля 6795 при температурі біля -2170. В цієй останньої ступені витягується біля 1095 води. Концентрат сіку при такої високої концентрації і низької температурі має високу в'язкість - більш 800 10Па с, котра утруднює транспорт концентрату і всі інши процеси з ним -масопередачу, теплопередачу, турбулизацію, дифузію, зрівнення градиентів концентрацій і температур, розділення 2-х твердих фаз - кристалів льоду і цукрів, сепарацію і промивку кристалів льоду від концентрату. 70 Для уникання цієї труднощі, тобто для зменшення в'язкісті турбулізуєого і транспортуєого концентрату в тандемі І-ЛГ3--Крза в випадку утворення в останній ступені льодогенерування і росту кристалів льоду з високов'язких концентратів, а рівно і одночасно з льодом і генерування і росту другої твердої фази - наприклад, кристалів солей, цукрів і інш., яки кристалізуються в евтектичній точці, в останній ступені концентрат опрісняємого (концентруємого) розчину для зменшення його в'язкісті виморажують у суміші з 75 проміжним малов'язким при температурах від -102С до -302С (в'язкість не більш 1 10Па с) транспортним носієм.

У якості транспортного носія пристосовують незмішувані з водою рідини -наприклад, кремнійорганичну рідину (сілікон), недогріті або киплячі хладоагенти, наприклад, фреон 11, вуглекислоту та інш. або гази, наприклад азот, пари вуглекислоти, діоксіда сіри та інш., з котрими виморажуваємий концентрат турбулентно реціркулірує у процесі генерування кристалів льоду (і кристалів іншої твердої фази) і в процесі росту цих вишезгаданих кристалів. Кремнійорганичну рідину (сілікон) використують у випадку концентрування техничних розчинів (наприклад ракетного топлива - гидразина). Хладоагенти (Ф11, 134а, 142в і інш.) пристосуваєми у випадку виробництва питної води. Вуглекислоту і діоксід сіри дозволено Мінздравом використовувати у виробництві концентратів з фруктових сіків їі винопродуктів. Діоксід сіри пристосовується в технолога виноробства для запобігання процесу окислення виноградного сусла. В випадку пристосування вуглекислоти З-я ступень генерування і росту кристалів може бути і відділена від перших 2-х ступеней і не мати з ними спільного шнеку « (що може бути доцільним в окремих пристосуваннях) з огляду високого тиску вуглекислоти і малих розмірів апаратів 3-й ступені. Теперішнє заявочне рішення відноситься і к цьому частковому випадку.

Обсягова доля "у транспортного носія, який циркулює разом з концентруємим розчином (концентратом сіку) в тандемі І-ЛГз-Крзу, залежить від в'язкісті дисперсної фази пд - конкретного розчину (концентрату сіка) - і б» в'язкісті суцільної фази по 7 транспортного носія - і придатна в інтервалі 50-0,6-0,8 з таким розрахунком, щоб со в'язкість суміші розчин ж- носій не пребільшувала верхнього значення її транспортабельності, рівної приблизно ЛПсуміші7 10 103Па с. Наприклад в'язкість суміші цукровий розчин (Т- -207С, концентрація - 6095, с в'язкість цієї дисперсної фази пдо800 1033Па с) ж рідкий фреон 11 (Т- -202С, в'язкість цієї суцільной і) фази по79,685 10Па с) при а-0,4 згідно формулі Бачинского рівна юю суміші" Те/Йто0)ЛИ НИ Болідид по) (0,685 10-5Д1-0,43)(1--47,5 0,4 800 10800 103--0,685 107))-1,82 103Па с.

В режимі концентрування кришка 32 прижата герметично к вікну 31, що дозволяє (див. фіг.1 і 2) за « допомогою регулятору рівня рідкої фази 57 підтримувати рівень суспензії вище рівня нижчеї образуючої витків

Шнеку 29а на 1/4 його діаметру. Це приймання запобігає замазання отворов днища корпусу шнека льодом і но) с забезпечує "злив" в потоці разом з насиченим концентратом і дрібних але тяжелих, кристалів цукрів в Круз. Коли "» рівень буде менш 1/4 діаметра шнеку, то більша права сторона днища шнеку буде осушеною і замазаною " льодом; коли цей рівень буде більше 1/4 діаметра шнеку, то зменшується ефект промивки пересуваемої праворуч льодяної маси від плівки концентрату за рахунок зрошення цього льоду рідиною з лінії 21.

За допомогою пульсаційного компресору 58 забепечується циркуляція газа-носія, турбулизуючого рідку густу і-й фазу як в трубках іспарителя-льодогенератору І-ЛГ з, так і в кристалізаторі Крз. г) З нижчей частини Кру концентрат виводиться по лині| 24 за допомогою насосу 20, відділяється від транспортного носія в сепараторі 70 і виводиться из ВОК(а) по лінії 72 в якості продукту. Рециркуляційний о концентрат повертається в Кр»з по лінії 71. г) 20 В режимі концентрування сіків рідка сумішь хладоагентів поступаєть спочатку в І-ЛГ3 по лінії 87 і частково викіпає (1-а порція - в основному викіпає легкокиплячий компонент) при наінизчей температурі, після чого вона с у вигляді паро рідкої суміші поступаєть в І-ЛГ» по лінії 67 і далі викіпає (2-а порція), потім вона у вигляді парорідкої суміші з великим утриманням пару легкокиплячого компоненту поступає по лінії 85 в І-ЛГ4, в котрому викіпає повністю тяжкокиплячий компонент і далі сумішь парів по лінії 86 відводиться з І-ЛГ 4, проходить, 22 нагріваючись, через теплообмінник 48 і лінію 88 на всас компресору 46. Неазеотропна сумішь в цьому режимі в проходить в послідовності ступеней «1-24 3.., а концентруємая харчова рідина (фруктові сіки, кроме виноградного /по цьому сіку - див.нижче/) переходить з одної ступені льодогенеруваня в другу ступень в послідовательності ступеней -»1-52- 53. ».

При роботі на яблучному сіку, наприклад, режим роботи холодильної машини наступний: 60 " в іспарителях при своєму ході від І-ЛГ3 до І-ЛГ- неазеотропна сумішь хладоагентів викіпає при перемінної температурі от мінус 217С до мінус 9"С, при цьому тиск кипіння суміші постійний і рівняється 469,З3кПа (парциальний тиск кипіння Ф22 рівняється 382 кПа, парциальний тиск кипіння Ф142в рівняється 87,3кКПа); н- в конденсаторі хладоагенту - плавильнику льоду 45 неазеотропна сумішь хладоагентів, що збагачена Ф22, конденсується практично при постійної температурі ї87С і постійному тиску 1,24МПа (парциальний тиск бо конденсації Ф22 рівняється 641,1кПа);

- в додатковому конденсаторі (повітряному) 47 з неазеотропної суміші хладоагентів при постійному тиску 1,24МПа конденсується практично тільки Ф142в (при своєму парциальному тиску 601,2кПа).

Концентрацію неазеотропної суміші хладоагентів встановлюють з розрахунку-добуток масової долі легкокиплячого компоненту (в нашому прикладі Ф22) на теплоту його пароутворення дорівнює теплоті процесу плавлення льоду. Таки соовідносини компонентів в суміші обумовлювани кількістью маємого льоду. Якщо Ф22 буде більше, ніж в вказаному соовідносині, то достатний легесокиплячий компонент не буде сконденсований в плавильнику-конденсаторі 45 і для його конденсації в додатковому конденсаторі 47 треба бути підвищити тиск (це перевитрати роботи). Якщо Ф22 буде менш, ніж в вказаному соовідносині, то для расплавления всього льоду 7/0 В плавильнику-конденсаторі 45 треба бути в нього направляти підвищену кількість тяжкокиплячого компоненту (Ф142в), котрий буде конденсуватися все рівно при тому ж тиску і той ж самій температурі, при котрих він конденсується в повітряному додатковому конденсаторі 47, тобто в плавильнику-конденсаторі 45 буде висока різниця температур при теплопередачі, що збільшує необратимисть (це перевитрати роботи). Крім того при високий температурі в плавильнику-конденсаторі 45 робота СПК 36 стає неустойчивою, промивочна вода, що /5 стікає вниз в СПК, стає занадто підогрітою, що приводить к расплавлению частки льоду ще в процесі його промивки від концентрату.

Для різних режимів ВОК концентрація суміші різна. Наприклад при концентруванні яблучного сіку з початковою концентрацією сухих речовин 13905 до кінцевої концентрації 4095 оптимальні соовідносини Ф22:Ф1428 будуть 61,5:38,5. При концентруванні цього ж сіку з початковою концентрацією сухих речовин 13905 до кінцевої

Концентрації барвника - ароматизатору 6095 оптимальні соовідносини Ф22:Ф142в будуть 66,7:34,3.

При концентруванні виноградного сіку ВОК працює в послідовності ступеней такою ж, як і для режима опріснення, тобто розчин переходить з одної ступені льодогенерування в другу ступень в послідовності ступеней -3-51-52-». Це пояснюється тім, що спочатку з виноградного сіку треба усунуть солі винокаменої кислоти, яки кристалізуються при охолодженні сіку до температур 27 --270. В цьому випадку ці солі осаждаються в Крз і виводяться з ВОК(а) через сепаратор транспортного носія 70.

В теперішньому способі перевод в лід 3-595 від вихідного розчину і скидання цього тяжководного льоду « дозволяє получити полегшену питну воду, яка має сприятливий біологичний і медицинский ефект.

Змішення вихідного розчину з льодом після виходу льоду з першої ступені льодогенерування і перед його поданням на сепарацію и промивку дозволяє підвищити температуру суспензії, зменшити концентрацію розсолу Ф) (концентрату на поверхні кристалів льоду), зменшити в підсумку в'язкість розсолу (концентрату) і поліпшити ефективність операції сепарації і промивки льоду від розсолу (концентрату). о

Використування в якості хладоагенту неазеотропної суміші хладоагентів, наприклад Ф22-Ф142в, яку вводять см противотоком з ходом опріснюємого розчину у останню по ходу опріснюємого або концентруємого розчину ступень льодогенерування і виводімую з першої по ходу опріснюємого або концентруємого розчину ступені о льодогенерування (що конструктивно досягається тим, що вхіди рідкого хладоагенту в юю іспарителі-льодогенератори і виходи хладоагенту з них проходять послідовательно через ступені опріснення і концентрування розчинів противотоком з ходом обезвожуваємого розчину), дозволяє з огляду підтримування перемінної температури кипіння хладоагентів в усіх І-ЛГ, що збігається по темпу своього зрісту з зрістом « температури заморажування концентруємого розчину (лічба в сторону його вхіда в ВОК), підтримувати малу різницю температур при теплопередачі порядка 3,5"С, що задовольняє умові незамерзування внутрішній - с поверхні трубок іспарителя льодом. Встановлення правила розрахунку концентрації неазеотропної суміші ц хладоагентів дозволяє зменшити витрати роботи на опріснення (концентрування). Вьіморажування в останній "» ступені концентрата опріснюємого (концентруємого) розчину в суміші з проміжним малов'язким при температурах від -107С до -30"С транспортним носіїм. зменшує сумарну в'язкість суспензії, що забезпечує проведення процесу кристаллизації льоду до звтектичних концентрацій (з випаданням другої твердої фази - 1 кристалів солей або інших речовин, наприклад цукрів). Тобто це приймання дозволяє зняти обмеження о досягнення крайніх степеней концентрування вихідної наприклад, харчової рідини (сіків, молока, винопродуктів, уксусу, пива і інш.) ко Нахил іспарителей - льодогенераторів к місткістям-кристалізаторам під кутом 15-30" спрощує експлуатацію сю 50 при помилках персоналу.

Нахил шнеку (ів) під кутом 10-20" до горизонталі зменшує засолоненість льоду по мірі його переміщення

Ме) шнеком зліва праворуч (по схемі), що потім полегчить промивку льоду в сепараційно-промивочній колоні.

Наявність зігнутого козирька в СПК і рівнопроходного перерізу колони для перевалювання льоду і зменення його направлення руху на 1807 в суміжну камеру, в котру вбудован зрошувальний конденсатор хладоагенту-(пллавильник льоду, забезпечивая рух льоду без його підпресовування, дозволяєть спростити р» конструкцію СПК (нема механічного оустрія) а головне - примусово подати лід в конденсатор хладоагенту-(плавильник льоду під тиском насосу 38, що утворює ефект прижиму льоду к поверхні конденсатору-плавильнику, що збільщує коефіцієнт тепловіддачі со сторони льоду, що плавиться, к стінке трубок конденсатору -плавильнику. А саме цей зовнішній коефіцієнт тепловіддачі - головний термичний опір, що 60 зменщує загальний коефіцієнт теплопередачі в цьому апараті.

Наявність в першій по ходу вихідного розчину в режимі опріснення місткісті-кристалізаторі з'ємного вікна, розташованого у тильному перерізі корпусу шнека, забезпечує вивалення і скидання тяжководного льоду з ВОК і в підсумку продуцирования полегшеної води.

Наявність в цієї ж місткісті-кристалізаторі при роботі в режимі концентрування регулятору рівня рідкої 65 фази, що підтримує рівень суспензії вишче рівня нижчей образуючої шнеку на 1/4 його діаметру, забезпечує розділення кристалів двух видів - тяжелих кристалів солі (цукрів), що осідають при затопленні нижчей кромки шнека 29а і потім опускаються в місткісті-кристалізаторі Кр з, і крупних кристалів (около 200мкм) льоду, які пересуваються шнеком 29а праворуч; Наявність між вихідом суспензії з місткісті-кристалізатору Кр з і вхідом в трубну просторинь іспарителя-льодогенератора І-ЛГ 3 рециркуляційного пульсаційного компресору сприяє турбулизації газом (транспортним носієм) суспензії при її руху по тракту цього тандему, прочищає перфорацію дна корпусу шнека 29а, що в сумі сприятствує здійсненню процесі в цьому тандемі.

Сума заявлених приймань во взаємозв'язку забезпечує универсальність роботи ВОК - на будь-якої вихідної водної сировині (солевої, харчової), з будь-якою ступіню обезвожування, з отриманням будь-яких концентратів, що істотно розширює краї його пристосування (особливо це доцільно в нових вьіморажуваючих технологіях виробництва цукру і водки 7/0 замість пристосовуваємого зараз енергомарнотратного випарювання/, розчинених фруктово-овочових порошків, концентратів і порошків з термолабильної сировини /яка не "терпить" процесів нагріву/ фармацептичної і парфумної промисловисті).

Claims (5)

Формула винаходу

1. Спосіб опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням, що включає багатоступеневе за допомогою киплячого холодоагенту виморожування льоду з водного розчину, що опріснюється (концентрується), з роздільними рециркуляційними процесами генерування льоду і росту кристалів льоду в кожному ступені і при послідовному зневодненні розчину з збільшенням його концентрації, сепарацію та промивку льоду від сконцентрованого розсолу (концентрату) і плавлення льоду за рахунок конденсації холодоагенту з отриманням опрісненої талої води і розсолу (концентрату) потрібної концентрації, який відрізняється тим, що при роботі у режимі опріснення в першому ступені спочатку переводять у лід не більш 3-595 від вихідного розчину і цей лід скидають, як збагачений важкою водою, а вихідний розчин, що ов Залишився, однаково як і вихідний розчин у випадку роботи у режимі концентрування змішують з льодом після його виходу з першого ступеня льодогенерування і перед його поданням на сепарацію та промивку; як « холодоагент, який відводить теплоту льодогенерування при своєму кипінні, використовують неазеотропну суміш холодоагентів, наприклад Ф22-Ф142в, яку вводять протитоком з ходом опріснюваного розчину у останній за ходом опріснюваного або концентрованого розчину ступінь льодогенерування і виводять з першого за ходом Фо зо опріснюваного або концентрованого розчину ступеня льодогенерування; у випадку утворення в останньому ступені льодогенерування і росту кристалів льоду високов'язких концентратів, а однаково і одночасно з льодом, о і генерування і росту другої твердої фази, наприклад кристалів солей, цукру і інш., що кристалізуються у с евтектичній точці, в останньому ступені концентрат опріснюваного (концентрованого) розчину для зменшення його в'язкості виморожують у суміші з проміжним малов'язким при температурах від -107С до -30"С (в'язкість не о З5 більш 1-10ЗПагс) транспортним носієм. ю

2. Спосіб опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням по п. 1, який відрізняється тим, що концентрацію неазеотропної суміші холодоагентів встановлюють із розрахунку - добуток масової частки легсокиплячого компонента (наприклад Ф22) на теплоту його пароутворення дорівнює теплоті процесу плавлення льоду. «

З. Спосіб опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням по п. 1, шщ с який відрізняється тим, що як транспортний носій використовують незмішувані з водою рідини, наприклад кремнієорганічну рідину (силікон), недогріті або киплячі холодоагенти, наприклад фреон 11, вуглекислоту та ;з» інш. або гази, наприклад азот, пари вуглекислоти, діоксиду сірки та інш., з якими виморожуваний концентрат турбулентно рециркулює у процесі генерування кристалів льоду (і кристалів другої твердої фази) і в процесі росту цих вищезгаданих кристалів. «сл

4. Багатоступеневий виморожуючий опріснювач-концентратор, що містить ступені, які складаються з випарника-льодогенератора для генерування льоду і роздільно під ним місткості-кристалізатора для росту о кристалів льоду (а в останньому ступені і можливим одночасно з льодом генерування і росту кристалів другої ко фази), шнек(и), розташований(і) між випарниками-льодогенераторами і місткостями-кристалізаторами льоду і 5р призначений(ї) для транспортування і виводу льоду від ступенів генерування і росту льоду, рециркуляційні о насоси, сепараційно-промивальну прямокутну у плані колону для відділення і промивання льоду від розсолу або Ге) концентрату і холодильну установку, що складається з компресора, конденсатора, додаткового конденсатора, випарників, розташованих у міжтрубних просторах льодогенераторів, ресиверів і дроселюючих вентилів, який відрізняється тим, що випарники-льодогенератори нахилені до місткостей-кристалізаторів під кутом 15-30"; шнек з того боку, з якого видається лід на сепараційно-промивальну колону, з'єднаний з входом змішувального бака і піднятий; шнек(и) нахилений(і) під кутом 10-20" до горизонталі; сепараційно-промивальна Р колона містить у своїй верхній частині з одного боку зігнутий козирок, що утворює з верхньою кромкою колони на її протилежному боці рівнопрохідний з перерізом колони прохід для перевалювання льоду і його зміни направлення руху на 1807 в суміжну камеру, в котру вбудований зрошувальний конденсатор бо Холодоагенту-пллавильник льоду; входи рідкого холодоагенту в випарники-льодогенератори і виходи холодоагенту з них проходять послідовно Через ступені опріснення і концентрування розчинів протитоком з ходом зневоднюваного розчину.

5. Багатоступеневий виморожуючий опріснювач-концентратор по п. 4, який відрізняється тим, що перша за ходом вихідного розчину у режимі опріснення місткість-кристалізатор містить у тильному перерізі корпусу шнека б5 Знімне вікно для вивалювання і скидання важководного льоду; крім цього, ця місткість-кристалізатор при роботі у режимі концентрування містить регулятор рівня рідкої фази, який підтримує рівень суспензії вище рівня нижньої твірної шнека на 1/4 його діаметра; при цьому між виходом суспензії з місткості-кристалізатора цього ступеня і входом у трубний простір випарника-льодогенератора цього ж ступеня встановлений рециркуляційний пульсаційний компресор.

5 . Кк К-4 . . . нов Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2003, М 1, 15.01.2003. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. « (о) (зе) с (зе) ІС в) -

с . и? 1 (95) іме) о) 70 3е) 60 б5