Многокорпусная выпарная установка для пищевых продуктов и выпарной аппарат

 

Использование: выпаривание пищевых продуктов в молочной и пищевой промышленности. Сущность изобретения: многокорпусная выпарная установка преимущественно для пищевых продуктов включает выпарные аппараты пленочного типа, установленные последовательно по ходу движения пара. Первый по ходу движения пара выпарной аппарат выполнен со штуцерами отвода конденсата и неконденсирующихся газов. Каждый последующий выпарной аппарат оснащен штуцерами подвода и штуцерами отвода конденсата и неконденсирующихся газов из камеры под нижней трубной доской. В нижней трубной доске выполнено сквозное отверстие, причем штуцер отвода конденсата сообщен со штуцером для ввода конденсата в камеру нижней трубной доской последующего выпарного аппарата, а штуцер отвода неконденсирующихся газов со штуцером для ввода неконденсирующихся газов в камеру под нижней трубной доской последующего по ходу пара выпарного аппарата. Верхняя растворная камера выпарного аппарата разделена вертикальной перегородкой на две изолированные части. В одной части верхней растворной камеры выпарного аппарата размещены устройства для ввода упариваемого продукта и равномерного распределения его в виде пленки по теплообменным трубкам. В другой части верхней растворной камеры размещены устройства для отвода пара и продукта в сепаратор. Верхняя трубная доска выпарного аппарата разделена вертикальной перегородкой на две части с равным числом теплообменных трубок. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретения относятся к выпарной технике и могут быть использованы в химической, молочной, пищевой, целлюлозно- бумажной и других отраслях промышленности.

Изобретения наиболее эффективно могут быть использованы для сгущения молока и молочных продуктов в молочной промышленности.

Выпаривание является одним из наиболее распространенных методов первоначального обезвоживания или концентри- рования многих продуктов, производимых в химической, молочной и других отраслях промышленности.

В последнее время большое распространение как в зарубежной, так и в отечественной практике получили вакуум- выпарные установки, оснащенные выпарными аппаратами пленочного типа. Кроме этого, в состав установок входят конденсаторы, подогреватели, инжекторы, вакуум-насосы, трубопроводы пара, продукта, конденсата, неконденсирующихся газов, а также насосы для подачи продукта на установку, для откачки продукта из каждого выпарного аппарата и нагнетания в следующий по ходу продукта выпарной аппарат для откачки конденсата и подачи воды на уплотнения насосов.

В этих выпарных установках сгущение осуществляется за один проход продукта через греющие камеры выпарных аппаратов, что значительно сокращает продолжительность пребывания продукта в аппарате (по сравнению с циркуляционными аппаратами) и одновременно позволяет контролировать и регулировать продолжительность теплового воздействия на продукт. В связи с этим вакуум-выпарные установки данного типа являются наиболее эффективными для сгущения молока и молочных продуктов, термолабильных растворов и считаются наиболее перспективными.

Опыт эксплуатации этих вакуум-выпарных установок показал, что, обладая рядом несомненных достоинств, данные установки имеют также и некоторые недостатки, выраженные в следующем.

Конструктивные особенности установок данного типа предусматривают необходимость наличия насосов, перекачивающих сгущенный продукт из нижней части одного выпарного аппарата в верхнюю растворную камеру следующего по ходу продукта выпарного аппарата. Это приводит к повышенным капитальным и эксплуатационным затратам, усложнению установок и понижению их надежности, что доказывают ниже представленные пояснения.

Современные вакуум-выпарные установки с целью экономичности (уменьшения потребления пара) имеют число корпусов от 3-4 и более. В связи с этим наличие дополнительных насосов существенно повышает потребление электроэнергии. Так, например, одна из последних установок фирмы "Ханккия" (Финляндия), предназначенная для сгущения молочных продуктов, производительностью 16000 кг/ч испаренной влаги оснащена 7 такими насосами, потребляющими электроэнергию в количестве 3 кВт/ч, таким образом, суммарная потребляемая мощность этих насосов составляет 21 кВт.

В связи с тем, что перекачивающие насосы работают под вакуумом, это предъявляет особые требования к конструкции насосов и приводит к их сложности и повышению стоимости. Более того, для работоспособности этих насосов необходима подача жидкости на уплотнения вала, что приводит к необходимости наличия на установке дополнительных коммуникаций и насоса. Таким образом, все это усложняет конструкцию насосов, установку в целом и эксплуатацию установки, а также требует значительных капитальных затрат.

Более того, жидкость, подаваемая на уплотнение, может проникать в рабочую полость насоса и "разбавлять" продукт, что приводит к уменьшению производительности установки и порче продукта.

Опыт эксплуатации вакуум-выпарных установок данного типа показал, что частые остановки установок из-за выхода из строя уплотнений перекачивающих насосов являются причиной недостаточной надежности этих установок. Причиной недостаточной надежности является также следующее. Выпарные аппараты пленочного типа, установленные на замыкающих ступенях многокорпусных вакуум-выпарных установок, работают, как правило, при низких значениях плотности орошения теплообмен- ных трубок (плотность орошения это количество стекающей жидкости при полном смачивании орошаемой поверхности, которое приходится на единицу смоченного периметра в единицу времени). Это приводит к возможности оголения теплообменных трубок, пригоранию продукта на трубках и в результате к снижению интенсивности теплообмена, уменьшению времени непрерывной работы, увеличению времени мойки и повышенному расходу моющих средств.

Таким образом, уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат, повышение надежностии выпарных установок является актуальной задачей.

В современной выпарной технике для молочной и пищевой промышленности эти недостатки не устраняются. Для доказательства этого рассматривают известные технические решения, применяемые для переработки термолабильных продуктов, и молочных в частности.

Известна вакуум-выпарная установка [1] в состав которой входят установленные последовательно по ходу пара выпарные аппараты пленочного типа (с падающей пленкой). Выпарные аппараты оснащены греющими камерами, сепараторами, верхними и нижними растворными камерами, а также устройствами ввода упариваемого продукта, патрубками отвода продукта из сепаратора и нижней растворной камеры, патрубками ввода греющего пара и отвода вторичного пара. Установка оснащена также подогревателями, конденсатором, трубопроводами для продукта, пара, вторичного пара, конденсата, воды и неконденсирующихся газов, насосами для подачи исходного продукта, насосами для удаления сгущенного продукта из установки, конденсатными насосами, насосом для подачи жидкости на уплотнения насосов, работающих под вакуумом, и перекачивающими насосами.

Установка, несмотря на ряд существенных достоинств, имеет и следующие недостатки.

Установка оснащена насосами для перекачивания продукта между корпусами. Это приводит к повышению потребления электроэнергии (т.е. повышение эксплуатационных затрат).

В связи с тем, что перекачивающие насосы работают под вакуумом, к конструкции насосов предъявляются особые требования и возникает необходимость в оснащении установки дополнительными коммуникациями и насосом для подачи жидкости на уплотнения насосов. Все это усложняет конструкцию насосов и установку в целом и приводит к повышенным эксплуатационным и капитальным затратам.

Жидкость, подаваемая на уплотнения, может проникать в рабочую полость насоса, что может привести к уменьшению производительности установки и ухудшению качества готового продукта.

При эксплуатации установок данного типа имеют место частые простои оборудования из-за выхода из строя уплотнений перекачивающих насосов, что является причиной недостаточной надежности этих установок.

Не исключены эти недостатки и в выпарных установках ведущих зарубежных фирм.

Так, например, известна вакуум-выпарная установка [2] в состав которой входят установленные последовательно по ходу пара выпарные аппараты пленочного типа с падающей пленкой. Выпарные аппараты оснащены греющими камерами, сепараторами, верхними и нижними растворными камерами, а также устройствами ввода упариваемого продукта, патрубками отвода продукта из сепаратора и нижней растворной камеры, патрубками ввода греющего пара и отвода вторичного пара. Установка, кроме этого, оснащена подогревателями, конденсатором, трубопроводами для продукта, пара, вторичного пара, конденсата, воды и неконденсирующихся газов, а также большим количеством насосов, в том числе и перекачивающих.

Отличие данной установки от ранее представленной в том, что выпарные аппараты оснащены вертикальными перегородками, установленными в верхней и нижней растворных камерах, что позволяет разделить их на две части и сделать их двухходовыми по ходу продукта, а также в том, что установка оснащена дополнительными перекачивающими насосами и соответствующими трубопроводами. Эти изменения позволяют за счет двойного прохода продуктом этих выпарных аппаратов повысить в них плотность орошения продуктом теплообменной поверхности и тем самым ликвидировать некоторые недостатки.

Однако и для этой установки характерны следующие недостатки.

Как уже отмечалось ранее, конструктивные особенности установок данного типа предусматривают необходимость наличия насосов, перекачивающих сгущенный продукт из нижней части одного выпарного аппарата в верхнюю растворную камеру следующего по ходу пара выпарного аппарата. В последнее время наметилась тенденция увеличение числа корпусов с целью уменьшения расхода пара. В связи с этим количество этих перекачивающих насосов увеличивается, и это влечет за собой следующие негативные явления.

Увеличение количества перекачивающих насосов еще более повышает потребление данными установками электроэнергии. Например, в семикорпусной вакуум-выпарной установке фирмы "Anhydro" производительностью 16000 кг/ч испаренной влаги только перекачивающие насосы потребляют около 30 кВт/ч.

Условия эксплуатации перекачивающих насосов (работа под вакуумом) приводят к усложнению конструкции насосов и установки в целом, т.е. повышаются капитальные затраты.

Увеличение количества перекачивающих насосов еще более увеличивает возможность проникновения жидкости, подаваемой на уплотнения, в рабочую полость насосов, что приводит к уменьшению концентрации готового продукта и ухудшению его качества.

При эксплуатации установок данного типа повышается возможность простоев оборудования из-за выхода из строя уплотнений перекачивающих насосов, что является причиной недостаточной надежности этих установок.

Таким образом, имеет место противоречие. С одной стороны, в выпарных установках данного типа необходимы перекачивающие насосы, и в современных установках количество их увеличивается за счет увеличения числа корпусов, а с другой стороны, наличие этих насосов влечет за собой ряд существенных недостатков.

Более того, при работе вакуум-выпарных установок данного типа конденсат и неконденсирующиеся газы собираются в нижней части греющих камер (над нижней трубной доской) и через соответствующие патрубки удаляются из выпарного аппарата и направляются в греющую камеру следующего по ходу пара выпарного аппарата. Таким образом, нижние концы теплообменных трубок омываются паром с повышенным содержанием неконденсирующихся газов и затоплены до определенного уровня конденсатом. Это обусловливает низкую интенсивность теплообмена в нижней части греющих камер.

Следует отметить, что немаловажная роль в работе многокорпусных выпарных установок отводится конструкциям выпарных аппаратов, входящих в эти установки. Вышеуказанные недостатки вакуум-выпарных установок могут быть устранены путем совершенствования конструкций самих выпарных аппаратов.

В последнее время в молочной промышленности для сгущения молока и молочных продуктов и концентрирования термолабильных растворов в других отраслях промышленности наибольшее распростране- ние получили выпарные аппараты пленочного типа.

Выпарные аппараты пленочного типа имеют высокую производительность при относительно небольших объемах самого аппарата и занимаемой им производственной площади, а также обеспечивают значительное снижение потерь полезной разности температур от гидростатической депрессии. Гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно невелико. Время пребывания продукта в пленочных аппаратах ограничивается несколькими минутами, что особенно важно при обработке термолабильных продуктов, в том числе молочных.

Различают выпарные аппараты с поднимающейся и опускающейся пленкой. В промышленной практике наибольшее распространение получили выпарные аппараты с опускающейся пленкой, которые состоят из греющей камеры, выполненной в виде вертикального кожухотрубчатого теплообменника с паровым обогревом, сепаратора, верхней и нижней растворных камер.

Опыт эксплуатации выпарных аппаратов пленочного типа показал, что, обладая рядом несомненных достоинств, о которых было сказано выше, данные выпарные аппараты имеют также и следующие недостатки.

Выпарные аппараты пленочного типа, установленные на замыкающих ступенях в многокорпусных вакуум-выпарных установках, работают при низких значениях плотности орошения теплообменной поверхности. Это приводит к оголению теплообменных трубок, пригоранию продукта на трубках и в результате к снижению интенсивности теплообмена, уменьшению времени непрерывной работы, увеличению времени мойки и повышенному расходу моющих средств.

Выпаривание при небольших значениях разности температур между греющим паром и кипящим раствором, что обусловлено режимами работы выпарных аппаратов для молока и молочных продуктов, приводит к относительно низкой интенсивности теплообмена в них.

Выпарные аппараты данного типа не позволяют сгущать молочные продукты до высоких концентраций (более 50-55%).

Таким образом, совершенствование выпарных аппаратов с целью повышения эффективности является актуальным.

В современной выпарной технике для молочной и пищевой промышленности эти недостатки не устраняются. Для доказательства этого рассматривают известные современные технические решения.

Известен выпарной аппарат (Липатов Н.Н. Харитонов В.Д. Сухое молоко. М. Легкая и пищевая промышленность, 1981, с. 64-65) пленочного типа с падающей пленкой. Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора, нижней и верхней растворных камер. Греющая камера включает кожух, теплообменные трубки, трубные доски, а также патрубки ввода греющего пара и вывода конденсата и неконденсирующихся газов. Верхняя растворная камера снабжена устройствами для ввода упариваемого продукта и равномерного распределения его по теплообменным трубкам. Нижняя растворная камера и сепаратор имеют патрубки для вывода упаренного продукта. Сепаратор кроме этого снабжен патрубком для вывода вторичного пара.

Выпарной аппарат, несмотря на ряд достоинств, имеет и следующие недостатки.

Выпарные аппараты данного типа, установленные на замыкающих ступенях многокорпусных вакуум-выпарных установок, работают при низких значениях плотности орошения теплообменной поверхности. Это приводит к возможности оголения теплообменных трубок, пригорания продукта на трубках и в результате к снижению интенсивности теплообмена, уменьшению времени непрерывной работы, увеличению времени мойки и повышенному расходу моющих средств.

В связи с тем, что в данных выпарных аппаратах, предназначенных для сгущения молока и молочных продуктов, процесс выпаривания осуществляется при небольших значениях разности температур между греющим паром и кипящим раствором, в аппаратах данного типа имеет место относительно низкая интенсивность теплообмена.

Опыт эксплуатации аппаратов данного типа и проведенные исследования показали, что на аппаратах не удавалось получать сгущенные молочные продукты с повышенным содержанием массовой доли сухих веществ более 50-55% Некоторые недостатки устраняются в известном выпарном аппарате [2] пленочного типа с падающей пленкой. Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора, нижней и верхней растворных камер. Греющая камера включает кожух, теплообменные трубки, трубные доски, а также патрубки ввода греющего пара и вывода конденсата и неконденсирующихся газов. Верхняя растворная камера снабжена устройствами для ввода упариваемого продукта, равномерного распределения его по теплообменным трубкам и вертикальной перегородкой, примыкающей к трубной доске греющей камеры. Нижняя растворная камера имеет патрубок для вывода упариваемого продукта и вертикальную перегородку. Сепаратор также снабжен патрубком для вывода упаренного продукта и патрубком вывода вторичного пара.

Данный выпарной аппарат отличается от ранее рассмотренного тем, что он оснащен вертикальными перегородками, установленными в верхней и нижней растворных камерах. Перегородки делят аппарат на две части по ходу продукта и позволяют использовать его в качестве двухходового. В этом случае выпарной аппарат должен иметь перекачивающий насос. Эти конструктивные особенности аппарата позволяют за счет двойного прохода продукта по теплообменным трубкам повысить плотность орошения продуктом теплообменной поверхности и ликвидировать некоторые недостатки, характерные для выпарных аппаратов, рассмотренных выше.

Однако и данный выпарной аппарат имеет следующие недостатки.

Наличие дополнительного насоса приводит к увеличению потребления электроэнергии и недостаточной надежности.

В выпарных аппаратах, предназначенных для сгущения молока и молочных продуктов, процесс выпаривания осуществляется при небольших значениях разности температур между греющим паром и кипящим раствором. Это способствует относительно низкой интенсивности теплообмена.

Опыт эксплуатации аппаратов данного типа и проведенные исследования показали, что на аппаратах не удавалось получить сгущенные молочные продукты с повышенным содержанием массовой доли сухих веществ, т.е. более 50-55% Из всего сказанного выше можно сделать следующие выводы.

Существующая потребность в повышении надежности установки, экономичности и повышении эффективности выпаривания путем интенсификации теплообмена в выпарных аппаратах, входящих в состав установки, в известных решениях (аналогах и прототипе) не нашла отражения, т.е. можно с полной уверенностью утверждать, что ни один из известных объектов, аналогичных предлагаемому, не обеспечивает достижения желаемого и ожидаемого технического результата.

Этот технический результат достигается при осуществлении предлагаемых изобретений.

Одним из изобретений является многокорпусная выпарная установка преимущественно для пищевых продуктов, включающая установленные последовательно по ходу пара выпарные аппрараты пленочного типа, каждый из которых оснащен устройством для ввода упариваемого продукта, штуцерами отвода и ввода конденсата и неконденсирующихся газов, сепаратором, имеющим устройство для отвода пара в межтрубное пространство греющей камеры следующего по ходу пара отвода из сепаратора отделенного упариваемого продукта.

Перечисленные признаки предлагаемой установки совпадают с признаками установки, принятой за прототип.

Установка отличается тем, что каждый выпарной аппарат оснащен штуцерами отвода конденсата и неконденсирующихся газов из камеры под нижней трубной доской, в которой выполнено сквозное отверстие, причем штуцер отвода конденсата сообщен со штуцером для отвода конденсата в камеру под нижней трубной доской последующего по ходу пара выпарного аппарата, а штуцер отвода неконденсирующихся газов со штуцером для ввода неконденсирующихся газов в камеру под нижней трубной доской последующего по ходу пара выпарного аппарата.

Другим изобретением является выпарной аппарат, содержащий греющую камеру с размещенными в ней вертикально теплообменными трубками, закрепленными в трубных досках, сепаратор, верхнюю растворную камеру, в которой установлена вертикальная перегородка, устройство для ввода упариваемого продукта и штуцер для ввода пара, устройство для равномерного распределения в виде пленки упариваемого продукта по теплообменным трубкам, устройство для ввода пара и продукта в сепаратор, патрубок для отвода из сепаратора отделенного упариваемого продукта, штуцера для отвода и ввода конденсата и неконденсирующихся газов.

Указанные признаки совпадают с признаками аппарата-прототипа.

Предлагаемый аппарат отличается от прототипа тем, что верхняя растворная камера разделена вертикальной перегородкой на две изолированные части, причем устройства для ввода упариваемого продукта и равномерного распределения его в виде пленки по теплообменным трубкам размещены в одной части верхней растворной камеры, а устройство для отвода пара и продукта в сепаратор, установленный вверху, размещено в другой части верхней растворной камеры, при этом верхняя трубная доска разделена вертикальной перегородкой на две части с равным числом теплообменных трубок, зеркально расположенных относительно вертикальной перегородки, а нижние концы зеркально расположенных трубок соединены между собой дугообразными каналами.

Наличие отличительных признаков в предлагаемых изобретениях свидетельствует о соответствии их критерию "Новизна".

В настоящей заявке выполняется требование единства изобретений, т.к. заявка относится к объектам, один из которых выпарной аппарат предназначен для использования в другом объекте заявки многокорпусной выпарной установке.

Кроме того, в предлагаемой группе изобретения связаны между собой настолько, что образуют единый изобретательский замысел, заключающийся в том, чтобы добиться повышения надежности установки, ее экономичности путем снижения капитальных и эксплуатационных затрат за счет повышения эффективности выпарных аппаратов путем интенсификации теплообмена в них.

Усовершенствование установки и выпарного аппарата в соответствии с предлагаемыми совокупностями признаков обусловливает выполнение изобретательского замысла. Предлагаемые изобретения соответствуют критерию "Изобретательский уровень".

Из приведенного выше в описании анализа уровня техники следует, что не выявлены источники информации, содержащие сведения об аналогах и решениях, имеющих признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками предлагаемых изобретений.

Так, отличительные признаки установки "каждый выпарной аппарат оснащен штуцерами отвода конденсата и неконденсирующихся газов из камеры под нижней трубной доской, в которой выполнено сквозное отверстие, причем штуцер отвода конденсата сообщен со штуцером для ввода конденсата в камеру под нижней трубной доской последующего по ходу пара выпарного аппарата, а штуцер отвода неконденсирующихся газов со штуцером для ввода неконденсирующихся газов в камеру под нижней трубной диской последующего по ходу пара выпарного аппарата" не выявлены в источниках информации о многокорпусных установках для пищевых или подобных им продуктов. Кроме того, между совокупностью существеннных признаков, а особенно между отличительными признаками предлагаемой многокорпусной выпарной установки и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.

Благодаря предлагаемому усовершенствованию установки предотвращается затопление конденсатом нижних концов теплообменных трубок и омывание их паром с большим количеством неконденсирующихся газов, что происходило в установке-прототипе. В предлагаемой установке конденсат и неконденсирующиеся газы на проток переходят из одного выпарного аппарата в другой, не смешиваясь с паром, идущим на обогрев теплообменных трубок, не скапливаясь в нижней части каждого аппарата установки. Все это улучшает условия теплообмена в них, не требуется дополнительного подогрева пара, оптимальным образом расходуется тепло на обогрев трубок. Снижаются капитальные и эксплуатационные затраты. Установка работает надежно, т.е. осуществляется постоянное омывание трубок паром, нет оголенных участков трубок из-за попадания на них неконденсирующихся газов, а значит, и нет прогорания теплообменных трубок.

Отличительные признаки выпарного аппарата "верхняя растворная камера разделена вертикальной перегородкой на две изолированные части, причем устройства для ввода упариваемого продукта и равномерного распределения его в виде пленки по теплообменным трубкам размещены в одной верхней растворной камере, а устройство для отвода пара и продукта в сепаратор, установленный вверху, размещено в другой части верхней растворной камеры, при этом верхняя трубная доска разделена вертикальной перегородкой на две части с равным числом теплообменных трубок, зеркально расположенных относительно вертикальной перегородки, а нижние концы зеркально расположенных трубок соединены между собой дугообразными каналами" не выявлены в источниках информации об известных выпарных аппаратах.

Кроме того, между совокупностью существенных признаков предлагаемого изобретения, а особенно его отличительными признаками, и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь. Благодаря указанным отличительным признакам выпарного аппарата стала возможной интенсификация теплообмена на стенках трубок, а следовательно, повышение эффективности работы аппарата. Сокращаются капитальные и эксплуатационные затраты, а за счет постоянного орошения упариваемым продуктом стенок трубок не происходит прогорания трубок, значит, аппарат работает надежно.

Следует также отметить, что новое поколение многокорпусных выпарных аппаратов для пищевых продуктов и входящих в них выпарных аппаратов [2] известно с 1986 г. однако после этих разработок, как показали проведенные патентные исследования, новых конструкций не появилось, хотя потребность в установках и аппаратах, работающих эффективно и экономически выгодно, большая и до сих пор не удовлетворена. Настоящей группой изобретений эта давняя потребность удовлетворена, получен положительный результат через довольно продолжительный отрезок времени.

На этих обоснованиях можно утверждать предлагаемыми объектами изобретательский уровень.

Предлагаемые изобретения отвечают критерию "Промышленная применимость", т. к. ничто в конструкторских решениях установки и выпарного аппарата не противоречит технической воспроизводимости и применению в промышленном производстве.

На фиг. 1 изображена схема многокорпусной выпарной установки; на фиг. 2 общий вид выпарного аппарата; на фиг. 3 общий вид варианта конструктивного выполнения выпарного аппарата; на фиг. 4 узел I на фиг. 2.

Многокорпусная выпарная установка состоит из установленных последовательно по ходу пара выпарных аппаратов 1, 2 и 3 пленочного типа, подогревателей 4, 5 и 6, пастеризатора 7, конденсатора 8, инжектора 9, насоса 10 для подачи исходного продукта, бака 11 исходного продукта, бака 12 конечного продукта, гидрозатворных устройств 13 и вакуум-насоса 14. Выпарные аппараты 1, 2 и 3 состоят из геющей камеры 15, сепаратора 16, верхней растворной камеры 17 и камеры 18.

Греющая камера 15 включает верхнюю трубную доску 19, нижнюю трубную доску 20, под которой расположена камера 18, кожух 21, а также размещенные вертикально теплообменные трубки 22, закрепленные в трубных досках 19 и 20. Кроме этого, выпарные аппараты оснащены штуцером 23 для подвода греющего пара, штуцерами 24 и 25 для подвода и отвода конденсата соответственно и штуцерами 26 и 27 для отвода и подвода неконденсирующихся газов. Верхняя растворная камера 17 снабжена вертикальной перегородкой 28, разделяющей ее на две изолированные части (полости) 29 и 30. Часть 29 имеет устройство 31 для ввода упариваемого продукта и устройство 32 для равномерного распределения в виде пленки упариваемого продукта по теплообменным трубкам 22. Часть 30 растворной камеры 17 снабжена устройством (патрубком) 33, для отвода пара и продукта в сепаратор, соединяющим эту часть растворной камеры с сепаратором 16, установленным вверху. Устройство 32 состоит из верхнего распределительного устройства 35 и нижнего распределительного устройства 34. Сепаратор 16 снабжен патрубком 36 для отвода отделенного упариваемого продукта и устройством 37 для отвода вторичного пара в межтрубное пространство греющей камеры 15 следующего по ходу пара выпарного аппарата.

В полости 29 верхней растворной камеры 17 установлена форсунка 38. Распределительные устройства 34 и 35 выполнены в виде горизонтальных плоских тарелок и имеют отверстия 39 и 40 соответственно. Верхняя трубная доска 19 разделена вертикальной перегородкой 28 на две части с равным числом теплообменных трубок 22, зеркально расположенных относительно перегородки 28, а нижние концы зеркально расположенных трубок 22 соединены между собой дугообразными каналами 41, а в нижней трубной доске 20 выполнено сквозное отверстие 42.

В многокорпусной выпарной установке штуцера 25 для отвода конденсата из нижних камер 18 выпарных аппаратов соединены со штуцерами 24 для подвода конденсата в камеры 18 последующих выпарных аппаратов, а штуцера 26 для отвода неконденсирующихся газов из нижних камер 18 соединены со штуцерами 27 для подвода неконденсирующихся газов в нижнюю камеру 18 последующего выпарного аппарата.

Установка работает следующим образом.

Исходный продукт, например обезжиренное молоко, имеющее температуру около 4^оС, из бака 11 насосом 10 последовательно подается в подогреватели 4, 5 и 6. Из подогревателя продукт с температурой около 80^оС направляется в пастеризатор 7, где происходит пастеризация при температуре 90^оС. В дальнейшем продукт направляется на сгущение в выпарные аппараты 1, 2 и 3. Из пастеризатора 7 продукт непрерывно подается через устройство 31 на форсунку 38, расположенную в верхней части 29 растворной камеры 17 выпарного аппарата 1. С помощью форсунки 38 продукт равномерно распределяется по сечению части 29 и попадает на верхнее распределительное устройство 35, в котором имеются равномерно расположенные по всей поверхности отверстия 40. Продукт через отверстия 40 стекает на нижнее распределительное устройство 34 и равномерно распределяется по его поверхности. Продукт через отверстия 39, расположенные соосно одной половине теплообменных трубок 22 греющей камеры 15, сливается в эти трубки 22, в которых он равномерно распределяется по периметру и в виде пленки стекает вниз.

Одновременно с этим через штуцер 23 в греющую камеру 15 подается греющий пар. Пар, двигаясь сверху вниз и отдавая тепло поверхности теплообменных тробок 22, конденсируется. Клнденсат по наружной поверхности трубок 22 стекает вниз. Конденсат собирается на нижней трубной доске 20 и через отверстие 42 стекает в камеру 18. Неконденсирующиеся газы удаляются из греющей камеры 15 в нижнюю камеру 18 через отверстие 42. В дальнейшем конденсат удаляется из камеры 18 через штуцер 25, а неконденсирующиеся газы через штуцер 26.

Обезжиренное молоко, стекая вниз в виде пленки по внутренней поверхности трубок 22, за счет тепла, отдаваемого паром, кипит и концентрируется. Вторичный пар, образующийся при кипении молока, вместе с молоком перемещается вниз. Сгущенное молоко вместе с вторичным паром выходит из теплообменных трубок 22, проходит дугообразные каналы 41, изменяет направление движения и поступает в другую часть теплообменных трубок 22. При входе в трубки 22 частично сгущенное молоко за счет вторичного пара, двигающегося вверх с высокой скоростью, равномерно распределяется по периметру теплообменных трубок 22 и в виде пленки поднимается. За счет благоприятных гидродинамических условий (высокая скорость вторичного пара и пленки молока) происходит интенсивное кипение молока, дальнейшее образование вторичного пара, который в свою очередь еще более способствует увеличению скорости двухфазного потока и интенсификации теплообмена. При выходе из теплообменных трубок 22 двухфазный поток (смесь вторичного пара и сгущенного молока) попадает в часть 30 верхней растворной камеры 17, а затем через патрубок 33 в сепаратор 16. В сепараторе 16 за счет центробежных сил происходит разделение вторичного пара и сгущенного молока. Сгущенное молоко удаляется из сепаратора 16 через патрубок 36, а вторичный пар через устройство 37.

После выпарного аппарата 1 частично сгущенный продукт проходит гидрозатворное устройство 13 и направляется на дальнейшее сгущение в выпарной аппарат 2, в котором процесс сгущения осуществляется аналогичным образом. Частично сгущенный продукт после выпарного аппарата 2 проходит следующее гидрозатворное устройство 13 и направляется на окончательное сгущение в выпарной аппарат 3. Из сепаратора 16 выпарного аппарата 3 конечный продукт через патрубок 36 направляется в бак 12 конечного продукта. Из бака 12 сгущенный продукт направляется на фасовку или на дальнейшую переработку, например, в сушильное отделение.

Острый пар, подаваемый на установку из ТЭЦ, пройдя водоотделитель, попадает в сопло инжектора 9 и пастеризатор 7. В инжекторе 9 острый пар смешивается с вторичным паром, засасываемым из сепаратора 16 выпарного аппарата 1. В результате этого образуется греющий пар, который попадает в межтрубное пространство выпарного аппарата 1. Вторичный пар из сепаратора 16 выпарного аппарата 1 разделяется на следующие части: одна часть пара направляется на инжектор 9, другая на выпарной аппарат 2, где он является греющим паром, а также на подогреватель 6.

Вторичный пар из сепаратора 16 выпарного аппарата 2 поступает в греющую камеру 15 выпарного аппарата 3 и подогреватель 5. Вторичный пар из сепаратора 16 выпарного аппарата 3 поступает в подогреватель 4 и конденсатор 8.

В подогревателях 4, 5 и 6 и пастеризаторе 7, выполненных в виде кожухотрубчатых теплообменников, пар, двигаясь сверху вниз и конденсируясь на наружной поверхности теплообменных трубок, отдает тепло. Конденсат по наружной поверхности теплообменных трубок стекает вниз, собирается в нижней части межтрубного пространства и направляется в предыдущий по ходу продукта подогреватель. Конденсат из подогревателей 5, 6 и пастеризатора 7 собирается в нижней части межтрубного пространства подогревателя 4 и направляется в нижнюю часть греющей камеры 15 выпарного аппарата 3. Неконденсирующиеся газы из межтрубного пространства подогревателей 5, 6 и пастеризатора 7 направляются в предыдущие по ходу продукта подогреватели. Из первого по ходу продукта подогревателя 4 неконденсирующиеся газы удаляются и направляются в конденсатор 8.

Конденсат, образующийся в выпарных аппаратах 1 и 2, направляется в следующие по ходу продукта выпарные аппараты, т.е. соответственно в выпарной аппарат 3. Из выпарного аппарата 3 весь конденсат удаляется через штуцер 25.

Неконденсирующиеся газы из выпарных аппаратов 1, 2 и 3 собираются в камере 18 выпарного аппарата 3, а затем через штуцер 26 направляются в конденсатор 8.

Для конденсации пара в конденсатор 8 подается охлаждающая вода оборотного водоснабжения. В конденсаторе 8 пар конденсируется, образовавшийся конденсат удаляется, а неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом 14 и выбрасываются в атмосферу.

Предлагаемая многокорпусная выпарная установка в сравнении с прототипом обладает следующими технико-экономическими преимуществами.

Существенное уменьшение количества насосов, используемых в предлагаемой установке, позволяет значительно сократить потребление установкой электроэнергии. Расчеты показывают, что использование предлагаемой пятикорпусной выпарной установки производительностью 16000 кг/ч испаренной влаги применительно к условиям сгущения молока позволяет уменьшить потребление электроэнергии на 42% Уменьшение количества насосов значительно упрощает установку и уменьшает возможность проникновения уплотняющей жидкости в выпарные аппараты, что устраняет причины уменьшения концентрации сгущаемого продукта и ухудшения его качества.

При эксплуатации предлагаемой выпарной установки ликвидируется возможность простоев оборудования из-за выхода из строя уплотнений перекачивающих насосов, что позволяет существенно повысить надежность данных установок.

В предлагаемой выпарной установке конденсат и неконденсирующиеся газы удаляются из греющих камер выпарных аппаратов через отверстие в трубной доске и направляются в камеру под этой доской, из которой они через соответствующие патрубки направляются в аналогичные камеры, размещенные под нижними трубными досками, следующих по ходу пара выпарных аппаратов. В связи с этим нижние концы теплообменных трубок не затоплены конденсатом и в нижней части греющей камеры не скапливаются неконденсирующиеся газы. Это позволяет повысить интенсивность теплообмена в нижней части греющей камеры.

Таким образом, реализация в промышленности предлагаемой многокорпусной выпарной установки позволяет снизить энергозатраты, упростить установку, т. е. уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты и повысить ее надежность.

Предложенный выпарной аппарат в сравнении с прототипом обладает следующими технико-экономическими преимуществами.

В предлагаемом выпарном аппарате обеспечивается более интенсивный теплообмен от стенки к сгущаемому продукту. Это достигается за счет более высоких скоростей вторичного пара и пленки сгущаемого продукта в теплообменных трубках выпарного аппарата. Проведенные исследования по изучению процесса теплообмена в выпарном аппарате предлагаемой конструкции показали, что интенсивность теплопередачи увеличивается на 10-50% по сравнению с традиционными выпарными аппаратами. Это позволяет при создании новых установок уменьшить площадь теплопередающей поверхности выпарных аппаратов, а значит, и их стоимость или увеличить производительность установок при модернизации выпарных аппаратов.

Конструктивные особенности данного выпарного аппарата позволяют увеличить интенсивность орошения теплообменных трубок почти в 2 раза без оснащения дополнительными насосом и трубопроводами. Это, во-первых, ликвидирует условия для оголения поверхности теплообменных трубок и пригорания продукта на них, что способствует увеличению времени непрерывной работы, уменьшению времени мойки и уменьшению расхода моющих средств. Во-вторых, сокращает капитальные и эксплуатационные затраты, а также повышает надежность работы.

Предлагаемая конструкция выпарного аппарата позволяет иметь более благоприятные условия для удаления сгущенного продукта из сепаратора, так как последний располагается в верхней части выпарного аппарата.

Экономический эффект от реализации предлагаемых изобретений возможен за счет упрощения установки и повышения ее надежности, а также сокращения капитальных и эксплуатационных затрат. Повышение надежности приводит к сокращению времени простоев и мойки, что позволяет увеличить суточную производительность установки. Сокращение капитальных затрат возможно за счет уменьшения необходимых площадей теплопередающих поверхностей выпарных аппаратов, отсутствия перекачивающих насосов и трубопроводов к ним, а также уменьшения габаритов производственных помещений. Сокращение эксплуатационных затрат возможно за счет сокращения потребления электроэнергии, уменьшения времени мойки и расхода моющих средств.

В качестве примера ниже приведен расчет ожидаемого экономического эффекта, обусловленного сокращением капитальных затрат за счет уменьшения необходимых площадей теплопередающих поверхностей выпарных аппаратов.

Проведенные исследования и расчеты предлагаемых изобретений показали, что в предлагаемом выпарном аппарате за счет увеличения скорости вторичного пара и пленки жидкости в теплообменных трубках интенсивность теплообмена увеличивается примерно на 10-50% Следовательно, площадь поверхности теплопередачи греющих камер выпарных аппаратов, входящих в состав вакуум-выпарных установок, необходимая для обеспечения одинаковой производительности, при использовании предлагаемого выпарного аппарата будет меньше, чем у известных выпарных аппаратов.

Предлагаемый выпарной аппарат позволяет сгущать молочные продукты до более высоких концентраций. Так, например, проведенные экспериментальные исследования показали, что на предлагаемом выпарном аппарате можно получить сгущенную молочную сыворотку с содержанием массовой доли сухих веществ до 70% а на традиционном выпарном аппарате пленочного типа до содержания сухих веществ до 55% Конструктивные особенности выпарного аппарата позволяют уменьшить (почти в два раза) высоту аппарата. В связи с этим при реализации аппаратов данного типа возможно размещение их в невысоких производственных помещениях, что особенно актуально в настоящее время при замене устаревших циркуляционных выпарных установок. Кроме этого, это позволяет сократить капитальные затраты на строительство помещений.

Таким образом, реализация предлагаемого выпарного аппарата позволяет повысить надежность, сократить капитальные и эксплуатационные затраты, а также повысить эффективность выпаривания путем интенсификации теплообмена.

Формула изобретения

1. Многокорпусная выпарная установка для пищевых продуктов, включающая выпарные аппараты пленочного типа, установленные последовательно по ходу движения пара, каждый из которых оснащен греющей камерой с теплообменными трубками с верхней и нижней трубными досками, а также устройством для ввода упариваемого продукта, штуцерами отвода и ввода конденсата и неконденсирующихся газов, сепаратором, имеющим устройство для отвода пара в межтрубное пространство греющей камеры выпарного аппарата следующего по ходу движения пара и патрубок отвода из сепаратора отделенного упариваемого продукта, отличающаяся тем, что первый по ходу движения пара выпарной аппарат выполнен со штуцерами отвода конденсата и неконденсирующихся газов из камеры под нижней трубной доской, а каждый последующий выпарной аппарат оснащен штуцерами подвода и отвода конденсата и неконденсирующихся газов из камеры под нижней трубной доской, в которой выполнено сквозное отверстие, причем штуцер отвода конденсата сообщен со штуцером для ввода конденсата в камеру под нижней трубной доской последующего выпарного аппарата, а штуцер отвода неконденсирующихся газов со штуцером для ввода неконденсирующихся газов в камеру под нижней трубной доской последующего по ходу пара выпарного аппарата.

2. Выпарной аппарат, содержащий греющую камеру с размещенными в ней вертикально теплообменными трубками, закрепленными в трубных досках, сепаратор, верхнюю растворную камеру, в которой установлена вертикальная перегородка, устройство для ввода упариваемого продукта и штуцер для ввода пара, устройство для равномерного распределения в виде пленки упариваемого продукта по теплообменным трубкам, устройство для ввода пара и продукта в сепаратор, патрубок для отвода из сепаратора отделенного упариваемого продукта, штуцера для отвода и ввода конденсата и неконденсирующихся газов, отличающийся тем, что верхняя растворная камера разделена вертикальной перегородкой на две изолированные части, причем устройства для ввода упариваемого продукта и равномерного распределения его в виде пленки по теплообменным трубкам размещены в одной части верхней растворной камеры, а устройство для отвода пара и продукта в сепаратор размещено в другой части верхней растворной камеры, при этом верхняя трубная доска разделена вертикальной перегородкой на две части с равным числом теплообменных трубок, зеркально расположенных относительно вертикальной перегородки, а нижние концы зеркально расположенных трубок соединены между собой дугообразными каналами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4