Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ВА_5 5 окончательный вариант для печати.doc
Скачиваний:
18
Добавлен:
18.11.2018
Размер:
816.13 Кб
Скачать

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная

академия имени Н.В. Верещагина»

Кафедра технологического оборудования

Плёночный вакуум-выпарной аппарат

Учебно-методическое пособие

для студентов технологического факультета

по специальностям:

260601 – машины и аппараты пищевых производств

260303 – технология молока и молочных продуктов

по направлениям подготовки бакалавров:

151000 – технологические машины и оборудование

260200 – продукты питания животного происхождения

Вологда - Молочное

2011 год

УДК 637.1.026 Печатается по решению РИС ВГМХА

ББК 36.95

П 381 от___________________2011

Составитель: д.т.н., профессор А.И. Гнездилова, доц. Е.В.Данилова, доц. В.С.Кузнецова

Рецензент:

Е.А. Фиалкова – д.т.н., проф. ГОУ ВПО ВГМХА им. Н.В. Верещагина

Ответственный за выпуск Е.В.Данилова,

Плёночный вакуум-выпарной аппарат: Учебно-методическое пособие/ Сост. Гнездилова А.И., Данилова Е.В., Кузнецова В.С. – Вологда – Молочное: ИЦ ВГМХА, 2011. – 23 с.

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования к минимуму содержания и уровню подготовки специалистов и бакалавров.

Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов.

В учебно-методическом пособии приведено устройство, правила санитарной обработки и расчёт на примере четырёхкорпусного вакуум-выпарного аппарата TVR-4500 с падающей плёнкой.

УДК 637.1.026

ББК 36.95

П381

Содержание

Содержание 5

1 Устройство и принцип действия установки TVR-4500 6

2 Тепловой расчет аппарата 11

2.1 Расчет концентраций упариваемого раствора 11

2.2 Определение температур кипения растворов 12

2.3 Расчет коэффициентов теплопередачи 13

2.4 Уточнение температур кипения 14

2.5 Определение тепловых нагрузок 15

2.6 Определение поверхностей теплопередачи 18

3 Конструктивный расчет 19

3.1 Расчет трубных решеток и способов размещения и крепления в них теплообменных труб 19

3.2 Расчет цилиндрической обечайки 20

3.3 Расчет диаметров штуцеров, подбор фланцев 20

3.4 Опоры аппарата 21

Рекомендуемая литература 22

Приложение 1 23

24

Приложение 2 24

В последние годы в связи с возрастанием конкуренции на рынке пищевых продуктов происходит повышение требований к их качеству. Применение плёночных вакуум-выпарных аппаратов позволяет уменьшить время теплового воздействия на сгущаемый продукт и таким образом наиболее полно сохранить его исходное качество.

Данное учебно-методическое пособие в качестве примера рассматривает четырёхкорпусную вакуум-выпарную установку TVR-4500 с тепловой рекомпрессией пара, работающую по принципу падающей плёнки.

1 Устройство и принцип действия установки tvr-4500

Выпарная установка предназначена для концентрирования обезжиренного и цельного молока. Минимальное тепловое воздействие на продукт достигается за счёт уменьшения продолжительности нахождения его в аппарате.

Все части установки, контактирующие с молоком, изготовлены из нержавеющей стали AISI 304.

Исходное сырьё (очищенное цельное или обезжиренное молоко) из резервуара центробежным насосом подаётся в промежуточную ёмкость, снабжённую датчиками верхнего и нижнего уровня. В ней поддерживается постоянный уровень жидкости перед питающим насосом, и она используется, когда выпарная установка работает в режиме рециркуляции (начало работы вакуум – выпарной установки) или в режиме безразборной мойки (CIP).

При достижении верхнего допустимого уровня автоматически отключается клапан на линии подачи сырья из резервуара, при снижении уровня сырья в промежуточной ёмкости ниже допустимого включается насос для подачи в неё питьевой воды из отдельной ёмкости. Это позволяет избежать появления пригара в калоризаторах при отсутствии поступления сырья.

Из промежуточной ёмкости сырьё центробежным насосом подаётся последовательно в пять унифицированных вертикальных кожухотрубных многоходовых подогревателей (Приложение 1). Внутри каждого подогревателя расположены четыре трубы, последовательно соединённые отводами. В межтрубное пространство первого подогревателя поступает вторичный пар из пароотделителя (сепаратора) IV корпуса, имеющий наиболее низкую температуру. Часть пара при отдаче тепла конденсируется, конденсат отводится снизу из теплообменной рубашки подогревателя в межтрубное пространство конденсатора. Оставшийся пар по соединительной трубе из верхней части подогревателя переходит в межтрубное пространство вертикального кожухотрубного конденсатора для создания в вакуум-выпарной установке глубокого вакуума и снижения температуры кипения продукта. В трубки конденсатора подаётся вода; конденсат из межтрубного пространства откачивается водо-кольцевым насосом.

Сырьё последовательно проходит через подогреватели II, III и IV, где нагревается вторичным паром соответственно из калоризаторов IV, III и II корпусов. Температура сырья при этом постепенно повышается. В подогревателе V нагрев сырья происходит за счёт подачи в верхнюю часть теплообменной рубашки подогревателя греющего пара из верхней части межтрубного пространства калоризатора I корпуса. Для получения более высокой температуры нагрева сырья в I корпусе вакуум-выпарной установки при одновременной экономии расхода пара применяется термокомпрессия вторичного пара. Часть вторичного пара из пароотделителя II корпуса смешивается в термокомпрессоре с острым паром и поступает в калоризатор I корпуса. Конденсат из подогревателей удаляется через калоризаторы и через общую линию для удаления конденсата с помощь центробежного насоса.

Для окончательного нагрева до 95° С сырьё центробежным насосом через пластинчатый рекуператор подаётся в вертикальный кожухотрубный пастеризатор. Устройство пастеризатора и подогревателей аналогично. В межтрубное пространство пастеризатора подаётся острый пар с температурой до 120° С. Пар барботирует через небольшой слой конденсата, для этого патрубок подвода пара расположен ниже патрубка отвода конденсата. Конденсат из пастеризатора и 1 калоризатора удаляется в бойлер (в котельную).

Нагретое до температуры пастеризации (95 ° С) сырьё через рекуператор поступает в верхнюю часть калоризатора I корпуса. В рекуператоре его температура снижается до 92…93° С. Подающая вертикальная труба размещена внутри калоризатора для предупреждения дальнейшего понижения температуры на входе сырья в аппарат.

В верхней части калоризатора находится распределяющая решётка, которая разбивает поток сырья на отдельные тонкие струйки. Они попадают на верхнюю трубную решётку, в которую ввальцованы вертикальные кипятильные трубы калоризатора, обогреваемые греющим (I корпус) или вторичным (II, III и IV корпуса) паром. Сырьё стекает вниз тонкой плёнкой по внутренней поверхности кипятильных трубок, кипит при пониженной температуре в условиях вакуума и попадает в пароотделитель (сепаратор). Сепаратор каждого корпуса расположен соосно с соответствующим калоризатором и находится под ним. Длина труб в установке составляет 10 м, а общая высота установки 14 м.

Вторичный пар поднимается в пароотделителе вверх и удаляется по трубе в межтрубное пространство калоризатора следующего корпуса, где температура кипения продукта более низкая. Отдавая тепло, пар конденсируется, а конденсат отводится через подпорную шайбу в общую линию для удаления конденсата, на которой установлен центробежный насос для удаления конденсата из всех корпусов и конденсатора.

Подсгущённое сырьё из нижней части пароотделителя центробежным насосом подаётся в верхнюю часть калоризатора следующего корпуса.

Устройство всех корпусов вакуум-выпарной установки аналогично, за исключением того, что в верхней части калоризаторов II, III и IV корпусов между верхней крышкой калоризатора и распределяющей решёткой установлены вертикальные сплошные перегородки, которые делят калоризаторы соответственно на две, четыре и две части (ступени). Пароотделители каждого корпуса также имеют соответствующие вертикальные перегородки, в которых сверху имеются окна для удаления вторичного пара из каждой секции калоризатора. Такое устройство позволяет получить более высокую концентрацию продукта на выходе из каждого корпуса за счёт того, что продукт в каждой секции находится изолированно, не смешивается, и концентрация его повышается при одинаковой температуре кипения в секциях одного корпуса.

Из нижней части каждой секции подсгущённый продукт центробежным насосом перекачивается в верхнюю часть следующей секции, а из последней секции каждого корпуса – в следующий корпус. Продукт движется из II корпуса сначала в IV, а затем в III корпус, поскольку в IV корпусе температура кипения самая низкая, а вязкость наиболее высокая. При одновременном повышении концентрации и вязкости продукта при его сгущении выводить готовый сгущённый продукт из IV корпуса более затруднительно, чем из III корпуса.

Для перекачивания продукта применяются центробежные насосы герметичного исполнения. Для их герметизации из магистрали через фильтр и промежуточный бачок центробежным насосом дополнительно подаётся вода. Кроме того, вода подаётся для герметизации вакуумного жидкостно-кольцевого насоса для удаления конденсата.

На выходе из последней (четвёртой) секции пароотделителя III корпуса установлен датчик концентрации продукта, который позволяет направлять продукт, не достигший заданной концентрации, через клапан в промежуточную ёмкость. Процесс заполнения вакуум-аппарата продуктом до подачи острого пара в трубчатый пастеризатор и на термокомпрессор занимает 10 – 15 минут, продолжительность интервала от начала подачи сырья в вакуум-аппарат до выхода первых порций готового продукта составляет приблизительно 25 минут. При достижении заданной концентрации клапан направляет сгущённый продукт в промежуточную ёмкость для производства сухого продукта.