Малогабаритная вакуум-выпарная установка
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам
{в) RU (») 2Î02423 С1 (51) 5 А23С1 И (21) 5060568/13
{22) 3!.08.92 (46) 15.11.93 Бюл. Ne 41-42 (71) Филиал Малого научно-производственного предприятия "БазиС, г.Самара (72) Гончар ИД; Рыбаков НА; Ленивкин В.В.
{73) Филиал Товарищества с ограниченной ответственностью "Базис", г,Самара
{54) МАЛОГАБАРИТНАЯ ВАКУУМ-ВЫПАРНАЯ
УСТАНОВКА (57) Использование: сгущение жидких пищевых продуктов, например молока, соков в условиях малотоннажного производства Сущность изобретения: малогабаритная вакуум-выпарная установка содержит вакуум-испаритель 3 с капоризатором 1, пароотдепитель 6 с тангенциальным патрубком 9 подвода пара, циркупяционным патрубком 12. Пароотделитель выполнен в виде обечайки, установленной в верхней части вакуум-испарителя с образованием полости. Патрубок отвода пара 11 пароотделителя выполнен тангенциально поверхности обечайки. Внешняя поверхность верхней части вакуум-испарителя покрыта гидрофобным материалом 13, коэффициент теплопроводности которого меньше, чем у материала вакуум-испарителя, Между патрубком 11 и водяным эжектором 18 установлена водяная ловушка 32. Водяная ловушка выполнена в виде трубопровода Выходной патрубок 22 водяного эжектора выполнен с защитным стаканом 29, верхняя часть которого расположена выше уровня воды в баке-питателе 28. Водяная ловушка и защитный стакан выполнены с соотношением их объемов от 3: 1 до 10: 1. Выходной патрубок водяного эжектора и защитный стакан выполнены цилиндрическими. Внутренний диаметр защитного стакана в 1,5: 3 раза больше внешнего диаметра выходного патрубка водяного эжектора.
Торец выходного патрубка водяного эжектора расположен нг расстоянии 0,25: 3,5 его внешнего диаметра от дна защитного стакана. 3 зп. ф- пы. 2
2002423
Изобретение относится к выпарной технике, а именно к выпарным аппаратам, применяемым для Сгущения жидких пищевых продуктов, например, молока и молочных продуктов, а также соков или другой продук- 5 ции и может быть использовано в условиях малотоннажного производства (индивидуальное хозяйство, молочная ферма и т.п.).
Известно устройство для выпаривания жидких растворов в условиях вакуума, со- 10 держащее вертикальный цилиндрический вакуум-испаритель, корпус которого снабжен двойными стенками и полностью погру-. жен в катализатор с жидкостным теплоносителем, а также подключаемые к вакуум-испарителю пароотделитель и систему конденсации и откачивания пэров продуктов.
При работе этого устройства осуществляется равномерный обогрев всей поверх- 20 ности корпуса вакуум-испарителя и пары упариваемого продукта поступают в пароотделитель и систему конденсации и откачивания паров продукта почти без конденсации в рабочем объеме самого ваку- 25 ум-испзрителя.
Однако такая конструкция малопригодна для эксплуатации в условиях малотоннажного производства, поскольку для ее нормального функционирования требуется ® значительное количество жидкого теплоносителя, усложнен процесс загрузки — выгрузки упэриваемого продукта, пароотделитель и другие устройства, используемые вместе с вакуум-испарителем, З представляют собой достаточно громоздкие конструкции, что увеличивает общие гзбвриты устройства и усложняет процесс его технического обслуживания.
Наиболее близким к изобретению по 40 технической сущности является вакуум-вы- парная установка периодического действия для получения сгущенного молока. содержащая вертикальный частично обогревае. мый цилиндрический вакуум-испаритель, 45 калориэатор обогрева нижней части корпуса вакуум-испарителя, подключенные к вакуум-испарителю циклонный пароотделитель с тангенциальным патрубком подвода, патрубком отвода пара и цир- 50 кулярной трубой, системы конденсации и откзчивания паров упариваемого продукта.
В данной установке нагрев упэриваемого продукта осуществляется в нижней обогреваемой части цилиндрического корпуса 55 вакуум-испарителя, Образующаяся при кипении упариваемого продукта (молока) парожидкостная смесь отбирается из верхней необогреваемой части корпуса вакуум-испарителя и направляется с большой скоростью через тангенциальный патрубок подвода пара в циклонный пароотделитель, где она приобретает вращательное движение, в результате чего происходит разделение кэпельной жидкости и вторичного пара, Капельнэя жидкость (молоко и частично сконденсированный вторичный пар) рециркулирует в нижнюю часть корпуса вакуумиспарителя по циркуляционной трубе на повторное упэривание, а вторичный пар через патрубок отвода парэ отводится из циклонного пароотделителя в систему конденсации и откачивания паров продукта, обеспечивающую требуемую степень разрежения в корпусе вакуум-испарителя, Недостатком данной установки является то, что вакуум-испэритель, циклонный пароотделитель и система конденсации и откэчивания пэров продукта представляют собой отдельно стоящие конструкции, увеличивающие габариты установки и усложняющие ее эксплуатацию в условиях малотоннажного производства. Кроме того, вакуум-испаритель и циклонный пзроотделитель имеет значительные необогреваемые поверхности теплообмена с окружающей средой, что приводит к конденсации вторичного пара внутри рабочих объемов ваккум-испарителя и пароотделителя. Поскольку пароотделитель в рабочем режиме используется также и для рециркуляции уловленных капель молока в обогреваемую часть корпуса вакуум-испэрителя, то вместе с молоком на повторное испарение подается и значительное количество скондесировэнных водяных паров, что увеличивает общий расход тепловой энергии на упзривание молока.
Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик вакуум-выпарной установки за счет уменьшения ее габаритных размеров и снижения непроизводительных теплопотерь.
Цель достигается тем, что установка для сгущения пищевых продуктов, содержащзя вакуум-испаритель с катализатором. пароотделитель с твнгенциальным патрубком подвода пара, патрубком отвода парэ и циркуляционной трубой, сообщенными с системой конденсации и откачивания паров.
Пароотделитель выполнен в виде обечайки, установленной в верхней части вакуум-испарителя с образованием полости, патрубок отвода пара выполнен тангенциально поверхности обечайки, внешняя поверхность верхней части вакуум-испарителя покрыта гидрофобным материалом, коэффициент теплопроводности которогО меньше, чем у материала корпуса вакуум-испэрителя.
2002423
Цель достигается также тем, что система конденсации и откачивания паров продукта выполнена в виде водяного эжектора с помпой, баком-питателем и водяной ловушкой, установленной между выходным патрубком пароотделителя и всасывающим патрубком водяного эжектора, при этом выходной патрубок водяного эжектора выполнен с защитным стаканом, верхняя часть которого расположена выше уровня воды в баке-питзтеле.
Цель достигается тем, что водяная ловушка и защитный стакан выполнены с соотношением их объемов от 3:1 до 10:1, причем водяная ловушка выполнена в виде трубопровода, сообщающего выходной патрубок пзроотделителя и всасывающий патрубок водяного эжектора.
Цель достигается также, что выходной патрубок водяного эжектора и защитный стакан выполнен цилиндрическим, причем внутренний диаметр защитного стакана в
1.5-3,0 раза больше внешнего диаметра выходного патрубка водяного эжектора. а сам водяной эжектор установлен таким образом. что торец его выходного патрубка расположен на расстоянии 0,25 — 3,5 его внешнего диаметра от дна защитного стакана. . На фиг.1 изображена принципиальная схема малогабаритной вакуум-выпарной установки с водяной ловушкой системы конденсации и откачивания паров продукта, . выполненной, например, в виде герметичной емкости с входным и выходным патрубками; на фиг.2 — принципиальная схема установки с водяной ловушкой, выполненной в виде трубопровода, соединяющего пзтрубок отвода пара пзроотделителя и всасывающий патрубок водяного эжектора.
Вакуум-выпарная установка содержит калориэатор 1, например, с жидкостным теплоносителем 2, в котором располагается нижняя часть корпуса 3 вертикального вакуум-испзрителя. В днище корпуса 3 вакуумиспзрителя имеется трубопровод 4 ззгрузки-выгрузки упаривземого продукта
5 (например. молока). В верхней необогреваемой части корпуса 3 вакуум-испарителя расположен пзроотделитель 6, образованный обечзйкой 7 и верхней частью корпуса
3 вакуум-испарителя. В полости 8 пароотделителя 6 осуществляется сепарация парожидкостной смеси. Пзроотделитель 6 имеет тангенциальный патрубок 9 подвода парэ. выполненный, например, с трубкой t0 нижней раздачи пара, тангенцизльный патрубок 11 отвода пара, циркуляционную трубу
12, а внешняя поверхность верхней необогреваемой части корпуса 3 вакуум-испарите5
50 ля покрыта слоем гидрофобного теплоизолирующего мзтериала 13. Тзнгенцизльный патрубок 11 отвода пара пароотделителя 6 через трубопровод 14 связана с системой 15 конденсации и откзчивания паров продукта.
Водяная ловушка 16 системы 15 конденсации и откачивания паров продукта связана трубоп роводом 17 с водяным эжектором 18, имеющим всасывающий патрубок 19, эжектирующее сопло 20, камеру смешения 21 и выходной патрубок 22, причем всасывающий патрубок 19 водяного эжектора 18 подключен к трубопроводу 17, а эжектирующее сопла 20 через трубопровод 23 подключено к подающему патрубку 24 водяной помпы
25. Всасывающий патрубок 26 водяной помпы 25 погружен ниже уровня 27 воды в баке-питателе 28, а выходной патрубок 22 водяного эжектора 18 снабжен защитным стаканом 29, установленным с зазором относительно выходного патрубка 22, причем верхняя часть стенок 30 защитного стакана
29 расположена выше уровня 27 воды в баке-питателе 28, чтобы при работе водяного эжектора 18 вокруг его выходного пзтрубка
22 образовывалась защитная водяная завеса 31, На фиг.2 изображен трубопровод 32.
Установка работает следующим образом.
В корпус катализатора 1 заливают жидкостный теплоноситель 2; например, воду, затем в нижнюю часть корпуса 3 вакуум-испарителя через трубопровод 4 загрузки-выгрузки продукта заливают требуемое количество упариваемого продукта 5, например молока, с необходимыми технологическими добавками. После заливки молока
5 в корпус 3 вакуум-испарителя трубопровод 4 загрузки-выгрузки перекрывают и включают регулируемый нагрев катализатора 1. осуществляемый, например, с помощью управляемых электронагревателей (не показаны). При включенном нагреве катализатора 1 рабочий объем корпуса 3 вакуум-испарителя откачивают с помощью системы 15 конденсации и откачивания паров продукта до требуемого разрежения. По мере нагрева теплоносителя 2 в калоризаторе 1 нагревается и молоко 5, а при достижении температуры кипения, соответствующей давлению. поддерживаемому в рабочем объеме корпуса 3 вакуум-испзрителя. молоко 5 закипает и парожидкостная смесь, состоящая из водяного пара и капель молока. начинает поступать в верхнюю необогреваемую часть корпуса 3 вакуум-испарителя, откуда через входной тангенциальный патрубок 9 подвода лара с трубкой 10 нижней раздачи пара поступает в нижнюю часть полости 8 паро2002423
30
50 отделителя 6, на внутренней поверхности обечайки 7 которого из парожидкостной смеси происходит выделение капельной жидкости под действием центробежных сил, возникающих при вихревом течении потока парожидкастной смеси. Свободный от капель жидкости вторичный пар покидает полость 8 через выходной тангенциальный патрубок 11 отвода пара, выполненный в верхней части полости 8, а отсепарированная от пара жидкость возвращается в нижнюю часть корпуса 3 вакуум-испарителя по циркуляционной трубе 12 на повторное выпаривание. Поскольку внешняя поверхность верхней необогреваемой части корпуса 3 вакуум-испарителя, образующая вместе с обечайкой 7 полость 8 пароотделителя 6, покрыта слоем гидрофобного теплоизолирующего материала 13, конденсации пара на этой поверхности не происходит, благодаря чему уменьшается также и кон. денсация паров продукта в верхней необогреваемой части рабочего объема корпуса 3 вакуум-испарителя. Входной тангенциальный патрубок 9 подвода пара и выходной тангенциальный патрубок 11 отвода пара выполнены тангенциально относительно обечайки 7 для снижения вероятности попадания капельной жидкости на слой гидрофобного материала 13, что может ухудшить его теплоизолирующие характеристики. После пароотделителя 6 пары продукта через выходной тангенциальный патрубок 11 отвода пара поступают по трубопроводу 14 в водяную ловушку 16 системы 15 конденсации и откачивания паров продукта, а после водяной ловушки 16 пары продукта по трубопроводу 17 поступают во всасывающий патрубок 19 водяного эжектора 18 системы
15 конденсации и откачивания паров продукта. Рабочий режим водяного эжектора 18 обеспечивают с помощью водяной помпы
25, которая забирает воду из бака-питателя
28 через всасывающий патрубок 26, погруженный ниже уровня 27 воды в баке-питателе 28. и подает воду под давлением через подающий патрубок 24 в эжектирующее сопло 20 водяного эжектора 18. Отсасываемые через всасывающий патрубок 19 водяного эжектора 18 пары продукта смешиваются с потоком воды и конденсируются уже в камере смешения 21 водяного эжектора 18 так, что к торцу выходного патрубка 22 водяного эжектора 18 поступает смесь нагревшейся от конденсации паров продукта воды и неконденсируемых газов, выделяющихся при кипении продукта. Вытекающая из выходного патрубка22 водяного эжектора 18 газожидкостная смесь поступает в защитный стакан 29 и после удара о дно стакана переливается через его стенки 30, а отделенная от газа вода попадает обратно в бак-питатель 28. Расход воды через водяной эжектор 18 и избыточное давление, развиваемое водяной помпой 25, достаточны для того, чтобы водяная струя, перетекающая через стенки защитного стакана 29, образовывала защитную водяную завесу 31, препятствующую подсосу воздуха иэ окружающего пространства, что обеспечивает устойчивую работу системы 15 конденсации и откачивания паров продукта.
Для исключения порчи упариваемого продукта 5 в рабочем объеме корпуса 3 вакуум-испарителя при возникновении аварийной ситуации в процессе эксплуатации установки (например, при внеэапйом отключении электроэнергии) стенки 30 защитного стакана 29 обязательно располагают выше уровня 27 воды в бакепитателе 28. В этом режиме защитный стакан 29 препятствует засасывание воды из бака-питателя 28 в рабочий обьем корпуса 3 вакуум-испарителя. Попадание воды в рабочий объем корпуса 3 вакуум-испарителя предотвращается с высокой степенью надежности тогда, когда объем водяной ловушки 16 в 2-10 раз превосходит объем защитного стакана 29.
Для предотвращение излишнего разбрызгивания водяной струи. перетекающей через стенки 30 защитного стакана 29, необходимо, чтобы выполнялись определенные соотношения между геометрическими размерами защитного стакана 29 и выходного патрубка 22 водяного эжектора 18. В случае выполнения защитного стакана 29 и выходного патрубка 22 водяного зжектора 18 цилиндрическими, удовлетворительное качество водяной завесы 31, обеспечивающее устойчивую работы системы 15 конденсации и откачивания паров продукта без разбрызгивания водяных капель за пределы бака-питателя 28, получалось в тех случаях, когда внутренний диаметр защитного стакана 29 в 1.5-3 раза больше внешнего диаметра выходного патрубка 22 водяного эжектора 18, а срез сопла выходного патрубка 22 водяного эжектора 18 расположен на расстоянии 0,25-35 его внешнего диаметра от.дна защитного стакана 29.
Поскольку, как показали испытания опытных образцов установки, объем защитного стакана 29 незначителен, то водяная ловушка системы 15 конденсации и откачивания паров продукта выполнена в виде трубопровода 32, соединенного с пароотделителем 6 и с всасывающим патрубком 19 водяного эжектора 18.
2002423 снизить расход металла на изготовление установки, т.е. снизить ее вес и себестоимость.
Во-вторых, уменьшение поверхности
5 паразитного теплообмена с окружающей средой практически в 2 раза по сравнению с прототипом в сочетании с надлежащей организацией вихревого течения парожидкостной смеси (входной и выходной патруб10 ки пароотделителя установлены тангенциально относительно его внешнего, а не внутреннего корпуса) относительно по-. крытой слоем гидрофобного теплоизолирующего материала части корпуса
15 вакуум-испарителя, позволяет значительно снизить возврат конденсата в рабочий объем вакуум-испарителя и соответственно снизить расход тепловой энергии на испарение влаги из упариваемого продукта, что
20 улучшает эксплуатационные характеристики установки.
В-третьих, применение защитного стакана на выходном патрубке зжектора позво25 ляет выполнить водяную ловушку системы конденсации и откачивания паров продукта в виде трубопровода, что также уменьшает габаритные размеры установки, упрощает ее изготовление и обслуживание. Кроме то30 го, применение защитного стакана снижает вероятность порчи упариваемого продукта при аварийных ситуациях, что также улучшает эксплуатационные характеристики установки.
35 (56) Заявка Великобритании ¹ 2165160, кл. В 01 0 1/00, 1986.
Вакуум-выпарная установка периодического действия для получения сгущенного
40 молока. Страхов В.В. Вакуум-выпарные установки молочной промышленности и их эксплуатация, П.П. ° M., 1970, с.10.
Формула изобретения
1. МАЛОГАБАРИТНАЙ ВАКУУМ-ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА, содержащая вакуум-испаритель с кэлоризатором, пароотде- 50 литель с тангенциальным патрубком подвода пара, патрубком отвода пара, циркуляционной трубой, сообщенные с системой конденсации и откачивания паров. отличающаяся тем, что пароотделитель вы- 55 полнен в виде обечайки, установленной в верхней части вакуум-испарителя с образованием полости, патрубок отвода пара выполнен тэнгенциально поверхности обечайки, а внешняя поверхность верхней
После окончания процесса упаривания молока 5 в рабочий объем корпуса 3 вакуумиспарителя напускают воздух (система напуска воздуха на фигурах не показана), затем отключают рабочий обьем корпуса 3 вакуум-испарителя от системы 15 конденсации и откачивания паров продукта (запорные вентили на фигурах не показаны), включают калоризатор 1 и систему 15 конденсации и откачивэния паров продукта(органы управления не показаны), после чего выгружают сгущенный продукт, например сгущенное молоко 5, через трубопровод 4 загрузки-выгрузки продукта. После выгрузки готового продукта все основные детали установки промываются и сушатся в соответствии с санитаоными требованиями и нормами.
Технико-экономическая эффективность заявляемого изобретения заключается в следующем.
Во-первых, расположение пароотделителя в верхней необогреваемой части корпуса вакуум-испарителя с использованием стенки корпуса вакуум-испарителя в качестве элемента конструкции пароотделителя позволяет повысить степень компактности установки. Поскольку эффективная работа пароотделителя обеспечивается при величине зазора между поверхностями, образующими рабочую полость пароотделителя, равной 50-80 мм при диаметре корпуса вакуум-испарителя 500 мм. а такая же величина зазора характерна и для жидкостного калоризатора установки, то в проекции ва-. куум-испарителя с расположенным в верхней необогреваемой его части пвроотделителем занимает площадь не более, чем жидкостный калоризатор. Высота же такой конструкции не превосходит высоты исходного вакуум-испарителя. Кроме того. такое техническое решение позволяет части вакуум-испарителя покрыта гидрофобным материалом, коэффициент теплопроводности которого меньше, чем у материала вакуум-испарителя.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система конденсации и откачивания паров продукта выполнена в виде водяного эжектора с помпой, баком-питателем и водяной ловушкой, установленной между патрубком отвода пара пароотделителя и всасывающим патрубком водяного зжектора. при этом выходной патрубок водяного эжектора выполнен с защитным стаканом, верхняя часть которого расположена выше уровня воды в баке-питателе.
2002423 12
3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что водяная ловушка и защитный стакан выполнены с соотношением их обьемов от 3: 1 до 10: 1, причем водяная ловушка выполнена в виде трубопровода, сообщающего патрубок отвода пара паро- отделителя и всасывающий патрубок водяного зжектора, 4. Установка по пп, 1 - 3, отличающаяся тем, что выходной патрубок водяного
Составитель А. Гнедовский
Редактор В. Трубченко Техред М.Моргентал Корректор: А. Обручар
Тираж Подписное
НПО "Поиск" Роспатента
113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5
Заказ 3197
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101
Г
1
l !
1 !
1
t зжектора и защитный стакан выполнены цилиндрическими, причем внутренний диаметр защитного стакана в 1,5 -3 раза больше внешнего диаметра выходного
5 патрубка водяного зжектора, а сам водяной эжектор установлен так, что торец его выходного патрубка расположен на расстоянии 0,25 - 3,5 его внешнего диаметра от дна защитного стакана.
