Установка вакуумна двохкорпусна для випарювання томатної маси продуктивністя 8,3 т/год

При выпаривании вязких, густых растворов  работа аппаратов с поднимающейся  пленкой ухудшается из-за значительной неравномерности «всползающей» пленки. В этом случае более целесообразно использовать аппараты спадающей пленкой, которые отличаются от аппарата, приведенного на рис. 7, тем, что исходный раствор подается сверху и стекает в виде пленки под действием силы тяжести по трубам, а вторичный пар поступает в сепаратор, расположенный ниже нагревательной камеры. При стенании пленки сводится к минимуму опасность нарушения сплошности пленки и обнажения некоторой части поверхности нагрева. Для кристаллизующихся растворов такие аппараты также непригодны.

В прямоточных (пленочных) аппаратах трудно обеспечить равномерную толщину пленки выпариваемой жидкости (что необходимо для эффективной работы аппарата), кроме того, эти аппараты весьма чувствительны к неравномерной подаче раствора, а чистка длинных труб малого диаметра затруднительна. Поэтому пленочные аппараты вытесняются вертикальными выпарными аппаратами с циркуляцией раствора.

1. 9. Роторные прямоточные аппараты. Для выпаривания нестойких к повышенным температурам вязких и пастообразных растворов применяют роторные прямоточные аппараты (рис. 8). Внутри цилиндрического корпуса 1 аппарата, снабженного паровыми рубашками 2, вращается ротор 3, состоящий из вертикального вала (расположенного по оси аппарата) и шарнирно закрепленных на нем скребков 4.

Выпариваемый раствор поступает в аппарат сверху, захватывается вращающимися скребками, под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам аппарата и перемещается по их внутренней поверхности в виде турбулентно движущейся пленки. Постепенно происходит полное выпаривание пленки, и на стенках аппарата образуется тонкий слой порошка или пасты, который снимается вращающимися скребками (зазор между наружной кромкой скребков и стенкой аппарата составляет менее 1 мм).

 

Твердый или пастообразный  продукт удаляется через специальный секторный затвор из днища аппарата (на рис. 8) не показан).

В роторных прямоточных аппаратах  достигается интенсивный теплообмен при небольшом уносе жидкости вторичным паром. Вместе с тем роторные аппараты сложны в изготовлении и отличаются относительно высокой стоимостью эксплуатации вследствие наличия вращающихся частей (ротора). Имеется несколько разновидностей роторных прямоточных выпарных аппаратов, в том числе аппараты с горизонтальным корпусом. Эти аппараты описываются в специальной литературе.

1. 10. Аппараты с принудительной циркуляцией. Для того чтобы устранить отложение накипи в трубах, особенно при выпаривании кристаллизующихся растворов, необходимы скорости циркуляции не менее 2—2,5 м/с, т. е. больше тех скоростей, при которых работают аппараты с естественной циркуляцией. В принципе такие высокие скорости достижимы и в условиях естественной циркуляции, но при этом необходимы очень большие полезные разности температур (между греющим паром и кипящим раствором).

 

Рис. 8. Роторный прямоточный выпарной аппарат: 1 — корпус; 2 — паровая рубашка; 3 — ротор; 4 — скребки.		Рис. 9. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией: 1 — нагревательная камера; 2 —  сепаратор; 3 — циркуляционная труба; 4 — циркуляционный насос.

В аппаратах с принудительной циркуляцией скорость ее определяется производительностью циркуляционного насоса и не зависит от высоты уровня жидкости в трубах, а также от интенсивности парообразования. Поэтому в аппаратах с принудительной циркуляцией выпаривание эффективно протекает при малых полезных разностях температур, не превышающих 3—5 °С, и при значительных вязкостях растворов.

Одна из конструкций выпарного  аппарата с принудительной циркуляцией показана на рис. 9. Аппарат имеет выносную вертикальную нагревательную камеру 1, сепаратор 2 и необогреваемую циркуляционную трубу 3, в которую подается исходный раствор. Циркуляция раствора производится насосом 4.

При большой скорости движения выпариваемого  раствора кипение его происходит на коротком участке перед выходом из кипятильных труб. Таким образом, зона кипения оказывается перемещенной в самую верхнюю часть нагревательной камеры. Набольшей части длины труб жидкость лишь несколько перегревается. Это объясняется тем, что давление внизу трубы больше давления у ее верхнего края на величину гидростатического давления столба жидкости и гидравлического сопротивления трубы.

Вследствие высокого уровня раствора в кипятильных трубах значительная часть всего циркуляционного контура заполнена жидкостью, а паросодержание смеси жидкости и вторичного пара, выбрасываемой из труб, невелико. В связи с этим циркуляционный насос должен перекачивать большие объемы жидкости (иметь большую производительность) при умеренном расходе энергии, затрачиваемой в основном на преодоление гидравлического сопротивления труб.  Скорость ее ограничена возрастанием гидравлического сопротивления и соответственно расходом энергии на циркуляцию. Поэтому желательно выбирать оптимальную скорость циркуляции, которую устанавливают на основе технико-экономических расчетов.

1. 11. Выпарные аппараты с тепловым насосом. По технологическим причинам использование многокорпусных выпарных аппаратов иногда может оказаться неприемлемым. Так, например, приходится отказываться от многократного выпаривания тех чувствительных к высоким температурам растворов, для которых температуры кипения в первых корпусах многокорпусных установок слишком высоки и могут вызвать порчу продукта. В подобных и некоторых других случаях возможно и экономически целесообразно использовать для выпаривания однокорпусные выпарные аппараты с тепловым насосом.

 

С помощью теплового  насоса, представляющего собой трансформатор  тепла, повышают экономичность работы однокорпусного аппарата, сжимая вторичный пар на выходе из аппарата до давления свежего (первичного) пара и направляя его в качестве греющего в нагревательную камеру того же аппарата. Сжатие вторичного пара производят главным образом в турбокомпрессорах с приводом от электродвигателя или турбины или же в струйных компрессорах (инжекторах). Вследствие компактности, простоты устройства и надежности эксплуатации в качестве тепловых насосов наиболее широко применяют струйные компрессоры, несмотря на их невысокий к.п.д.

На рис. 10 приведена схема однокорпусной  выпарной установки, состоящей из выпарного  аппарата 1 и струйного компрессора 2. Первичный пар поступает по оси компрессора и инжектирует вторичный пар более низкого давления. Смесь первичного и вторичного пара по выходе из компрессора (при давлении р₂ < р₁) делится на две части: большая часть смеси направляется в нагревательную камеру выпарного аппарата, а остальная, избыточная часть D_ИЗБ отводится на сторону, к другим потребителям тепла.

Экономичность применения теплового  насоса определяется отношением стоимости  энергии, затрачиваемой на сжатие вторичного пара в компрессоре, к стоимости расходуемого в выпарной установке первичного пара. В отдельных случаях это отношение может быть настолько малым, что выпарные аппараты с тепловым насосом могут успешно конкурировать с многокорпусными выпарными установками.

Рис. 10. Схема однокорпусной выпарной установки с тепловым насосом:

1 — выпарной аппарат; 2 — струйный  компрессор (инжектор).

         1. 12. Области применения и выбор выпарных аппаратов. Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объеме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надежность в эксплуатации, легкость очистки поверхности теплообмена, удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей. Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами выпариваемого раствора (вязкость, температурная депрессия, кристаллизуемость, термическая стойкость, химическая агрессивность и др.).

Как указывалось, высокие коэффициенты теплопередачи и большие производительности достигаются путем увеличения скорости циркуляции раствора. Однако одновременно возрастает расход энергии на выпаривание и уменьшается полезная разность температур, так как при постоянной температуре греющего пара с возрастанием гидравлического сопротивления увеличивается температура кипения раствора. Противоречивое влияние этих факторов должно учитываться при технико-экономическом сравнении аппаратов и выборе оптимальной конструкции.

Ниже приводятся области преимущественного  применения выпарных аппаратов различных  типов.

1. 13. Для выпаривания растворов небольшой вязкости, не превышающей

~8 · 10^–3 н · с/м² (8 спз), без образования кристаллов чаще всего используются вертикальные выпарные аппараты с многократной естественной циркуляцией. Из них наиболее эффективны аппараты с выносной нагревательной камерой и с выносными необогреваемыми циркуляционным трубами.

Выпаривание некристаллизующихся  растворов большой вязкости, достигающей ~0,1 н·с/м² (100 спз), производят в аппаратах с принудительной циркуляцией, реже — в прямоточных аппаратах с падающей пленкой или в роторных прямоточных аппаратах. В роторных прямоточных аппаратах, как отмечалось, обеспечиваются благоприятные условия для выпаривания растворов, чувствительных к повышенным температурам.

Аппараты с принудительной циркуляцией  широко применяются также для  выпаривания кристаллизующихся  или вязких растворов. Подобные растворы могут эффективно выпариваться и в аппаратах с вынесенной зоной кипения, работающих при естественной циркуляции. Эти аппараты при выпаривании кристаллизующихся растворов могут конкурировать с выпарными аппаратами с принудительной циркуляцией. [3]

 

 

2. Описание технологической схемы производства

 

 

Выпарная установка  «Единство» (Большая модель СФРЮ) (рис. 11) применяется для уваривания томатной массы с 5 до 30% сухих веществ. Производительность установки 8300 кг/ч.

Вакуум-аппараты 1 и 2 из нержавеющей стали имеют трубчатые выносные нагревательные камеры 3 и 4. Нагревательная камера аппарата 1 образована из 177 трубок диаметром 30/32 мм и длиной 3000 мм и имеет поверхность нагрева 53,5 м². Нагревательная камера аппарата 2 состоит из 167 трубок диаметром 38/41 мм и длиной 3000 мм и имеет поверхность нагрева 65,3 м².

Пар из котельной  после редуцирования подается по трубе 10 в камеру аппарата 1 давлением 0,15—0,2 МПа в количестве примерно 4600 кг/ч. Вторичные пары, образовавшиеся в аппарате 1, давлением 36—63 кПа и температурой 70—90° С направляются по трубопроводу 11 в межтрубное пространство нагревательной камеры корпуса 2 и там конденсируются. В нагревательной камере корпуса 2 поддерживается вакуум (остаточное давление 8000 Па) и температура кипения продукта 40—45° С. Вторичные пары, образовавшиеся в корпусе 2 при кипении продукта, направляются по трубопроводу 12 в полубарометрический конденсатор 5.

Томатная пульпа через регулирующий вентиль 9 поступает в корпус 1 и там уваривается с 6 до 10—14% сухих веществ; затем через регулирующий вентиль 14 она переходит в корпус 2, где концентрируется до 28— 30% сухих веществ при непрерывной работе циркуляционного насоса 6, проталкивающего пульпу через трубки испарителя с большой скоростью. Из корпуса 2 30%-ная паста непрерывно выгружается по трубе 13 насосом 7 в сборник наполнителя 8.

Испарительная способность поверхности нагрева корпуса 1 - 42 кг, корпуса 2 - 38 кг выпаренной влаги с 1 м² за 1 ч. Коэффициент теплопередачи в корпусе 1 1550 Вт/(м²-К), в корпусе 2 350 Вт/(м²-К).

 

 

 

    Установка «Единство» работает непрерывно при автоматическом регулировании режима работы (рис. 12). Все регулирующие, контролирующие и сигнализирующие приборы установлены на щите пульта управления. Температура подаваемого пара регулируется автоматически при помощи термодатчика 1, терморегулятора 2 и электромоторного клапана 3.

Уровень продукта автоматически регулируется в корпусах I и II при помощи датчиков уровня 4 и 5, электронных регуляторов 6 и 7, воздействующих на электромоторные клапаны 8 и 9, установленные на трубопроводах для подачи продукта в аппараты. Автоматически регулируется также выгрузка 30%-ной томатной пасты из корпуса в сборник наполнителя; для этой цели служит электронный автоматический рефрактометр 10, воздействующий через регулятор подачи пасты 11 на электромоторный клапан 12, установленный на трубе для выпуска продукта.

В баке 13 перед выпарной установкой уровень пульпы автоматически регулируется при помощи датчиков 14 максимального и минимального уровня, включающих и выключающих электродвигатель насоса 15, подающего пульпу в сборник. При этом одновременно передается световая и звуковая сигнализация на пульт управления 16. Температура кипения продукта в / и П корпусах и греющего пара непрерывно и автоматически контролируется Термодатчики 17, 18 и 19 установлены в циркуляционной трубе / и // корпусов и в паросборнике; шкала показаний температуры 20 находится на щите пульта управления.

Концентрация  продуктов в / и // корпусах измеряется электронными автоматическими рефрактометрами 21 и 10 и фиксируется на шкале 22 и на шкале регулятора подачи пасты 11, расположенных на пульте управления. Световая сигнализация о максимальном уровне пульпы в сборнике 23, идущая от датчика уровня 24, а также о максимальном и минимальном уровне пасты в сборнике 25 от датчика уровня 26 также находится на пульте управления. Кроме того, на аппаратах установлены обычные контрольные приборы — вакуумметры, термометры, манометры и др. арматура. [5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  Строение и принцип действия основного аппарата

 

   Аппарат состоит из теплообменного устройства — нагревательной (греющей) камеры 1 и сепаратора 2. Камера и сепаратор могут быть объединены в одном аппарате (см. Рис. 13) или камера может быть вынесена и соединена с сепаратором трубами (см. Рис. 14). Камера обогревается обычно водяным насыщенным паром, поступающим в ее межтрубное пространство. Конденсат отводят снизу камеры.