Глава 5 выпарная аппаратура

Концентрирование биомассы во флотаторах и центробежных тарельчатых сепараторах позволяет доводить содержание кле­точной массы в суспензии не более чем до 600 кг/м³ (прибли­зительно 15 % абсолютно сухих веществ). Для получения товар­ного продукта, например, 10%-ной влажности из такой суспензии необходимо удалить около 5 т влаги на 1 т биомассы. С целью уменьшения затрат на сушку концентратов их, как правило, подвергают сгущению в выпарных аппаратах. Упаривание кормо­вых концентратов проводят до содержания сухих веществ 23—25%.

Способ упаривания растворов в различных отраслях промыш­ленности известен очень давно. Однако процесс упаривания биологических суспензий, являющихся необычными растворами, изучен мало. Среда, содержащая живые или плазмолизованные клетки, накладывает на процесс упаривания и выпарные аппа­раты микробиологических производств ряд специфических осо­бенностей.

Температура при упаривании не должна превышать значений, вызывающих тепловую денатурацию белков или инактивацию ферментов. Так, при концентрировании кормовых дрожжей тем­пература не должна превышать 80—85°С , при концентриро­вании большинства ферментов 20—30 °С . Для поддер­жания таких температур кипения в выпарных аппаратах должен быть создан соответствующий вакуум. Многие продукты микро­биологического синтеза в процессе длительной тепловой обра­ботки теряют свои ценные качества. В этом случае к выпарным аппаратам предъявляется особое требование — обеспечение минимального времени пребывания термолабильного раствора в зоне кипения.

В ряде производств клеточную суспензию перед подачей на упаривание необходимо плазмолизовать. Живые дрожжи, напри­мер, плохо усваиваются в организме животных и могут вызы­вать заболевание — кандидомикоз. Поэтому дрожжевую суспен­зию подвергают плазмолизу (термолизу) в непрерывно дейст­вующем аппарате — теплообменнике, где она нагревается до 75—85 °С и выдерживается при этой температуре 45—60 мин. За это время погибают дрожжевые клетки и вся сопутствующая микрофлора. В процессе плазмолиза дрожжей происходит частичный гидролиз белков клеточных оболочек и переход в раствор содержимого погибших клеток. В результате дрожже­вая суспензия сжижается и становится однородным раствором с определенным содержанием сухих веществ,

Дрожжевую суспензию перед подачей на упаривание необ­ходимо плазмолизовать для снижения пенообразования в сепарационных камерах выпарных аппаратов. Кроме того, подача плазмолизованных дрожжей в выпарные аппараты исключает образование сгустков, отрицательно влияющих на процесс упари­вания.

5.1. Аппараты с естественной и принудительной циркуляцией жидкости

Основную группу выпарного оборудования представляют аппараты с полным заполнением жидкостью нагревательных и кипятильных камер. По характеру движения жидкости они под­разделяются на два вида: с естественной и принудительной циркуляцией. Тип аппарата, помимо этого, определяется компо­новкой зон кипения, циркуляции жидкости и сепарации (выде­ления капельной влаги из вторичного пара). В микробиологических производствах применяются преиму­щественно аппараты двух типов с вынесенной зоной кипения: с естественной и принудительной циркуляцией.

Аппараты с естественной циркуляцией (рис. 5.1). Аппарат состоит из греющей камеры 4, выполненной в виде кожухо-трубчатого. теплообменника, сепаратора 2 и циркуляционной трубы 3. В сепарационной камере размещен циклон-каплеуловитель 1. Упариваемый раствор подается в верхнюю часть цирку­ляционной трубы и предварительно нагревается, смешиваясь с основным потоком циркулирующей жидкости. По мере движе­ния жидкости по трубам камеры 4 она нагревается до темпе­ратуры насыщения и вскипает. Примерно на высоте 1/3 трубы образуется парожидкостная смесь, поднимающаяся вверх со ско­ростью, достигающей 1,5 м/с.

Направленная расположенным в верхней части камеры 4 отбойным листом в сепаратор 2, эта смесь разделяется на два потока: вторичный пар и упаренный раствор, стекающий в цирку­ляционную трубу. Плотность этого раствора как гомогенной жидкости, значительно выше плотности парожидкостной смеси в кипятильных трубах камеры 4. Вследствие этого возникает интенсивная естественная циркуляция жидкости подобно тому, как это происходит в ферментаторах эрлифтного типа.

Рис. 5.2. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией

Рис. 5.1. Выпарной аппарат с естественной циркуляцией жидкости

Размещение нагревательной камеры вне корпуса сепаратора позволяет повысить интенсивность выпаривания не только за счет хорошей циркуляции жидкости, но и за счет увеличения длины кипятильных труб до 7 м.

Аппараты с естественной циркуляцией применяются для упаривания невязких растворов.

Аппараты с принудительной циркуляцией.

При упаривании концентрированных продуктов, необходимы скорости циркуляции не менее 2—2,5 м/с, т. е. больше тех скоростей, при которых работают аппараты с естественной циркуляцией. Такие высокие скорости достижимы и в условиях естественной циркуляции, но при этом необходимы очень большие полезные разности темпера­тур (между греющим паром и кипящим раствором).

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

Конструкция выпарного аппарата с принудительной цирку­ляцией показана на рис. 5.2. Аппарат имеет выносную греющую камеру 4, сепаратор 1 и необогреваемую циркуляционную трубу 2, в которую подается исходный раствор. Циркуляция продукта осуществляется насосом 3.