
- •Глава 20 оборудование для ведения процесса кристаллизации пищевых сред
- •20.1. Научное обеспечение процесса кристаллизации пищевых сред
- •20.2. Классификация оборудования
- •20.3. Вакуум-аппараты
- •Техническая характеристика аппарата типа пва-400
- •20.4. Помадосбивальные машины
- •20.5. Кристаллизаторы-охладители
- •20.6. Маслоизготовители и маслообразователи
- •Техническая характеристика маслоизготовителя а1-оло-1
- •Техническая характеристика маслообразователя т1-ом-2т
- •20.7. Кристаллизаторы и декристаллизаторы жировой продукции
- •20.8. Техника будущего: Новые технические решения технологических задач
- •Контрольные вопросы
- •Упражнения
- •Трудолюбивый медведь (басня)
20.3. Вакуум-аппараты
Уваривание утфеля I кристаллизации осуществляется в периодически действующих вертикальных вакуум-аппаратах (кристаллизаторах) вместимостью 40, 60, 80 т. Полный цикл уваривания утфеля в вакуум-аппаратах состоит из четырех этапов: сгущение сиропа до заводки кристаллов, заводка кристаллов сахара, наращивание кристаллов сахара, сгущение и выгрузка утфеля.
Утфели увариваются при температурах 70…80 °С при остаточном давлении в надутфельном пространстве аппаратов около 0,015 МПа. Перепады температуры в вакуум-аппаратах составляют 30…50 °С при обогреве паровых камер вторичным паром выпарных установок и около 80 °С при обогреве свежим паром.
Вакуум-аппарат ПВА-400 (рис. 20.2, а) имеет цельносварной корпус 4, внутри которого подвешены греющая камера 3 на опоре 9 и кронштейне 10 и ловушка-сепаратор 7. В нижней части аппарата для спуска утфеля установлен клапан 1 с гидравлическим приводом 11, размещенных на днище 2. Под крышкой 6 установлена труба кольцевая 5 для пропарки аппарата. Пар в греющую камеру 3 поступает через штуцера 8 с мембранами 13, которые прикреплены коническими патрубками 14 к корпусу 12 греющей камеры.
Греющая камера (рис. 20.2, б) состоит из двух конических трубных решеток 3 и 8, в которые завальцованы трубы 5 и приварена циркуляционная труба 4. Штуцера с мембранным устройством присоединены к фланцам 2, а аммиачные газы отводятся при помощи оттяжек. Конденсат удаляется по трубе 1. Паровая камера в аппарате подвешивается при помощи кронштейнов 6. Между корпусом 7 греющей камеры и корпусом аппарата имеется кольцевое пространство для циркуляции утфеля.
Рис. 20.2. Вакуум-аппарат ПВА-400:
а – общий вид; б – греющая камера; в – спускное устройство
Рис. 20.2. (Продолжение)
Спускное устройство для утфеля представлено на рис. 20.2, в. Состоит оно из корпуса 6 с днищем 5, запорного клапана 13, штуцера 14, штока 9 с поршнем 2, гидроцилиндра 1 и привода для клинового стопора 16. Клапан установлен на штоке 3 при помощи шарообразной пяты 12 и втулки 11. Такое соединение способствует самоустановлению клапана и обеспечению плотности между проточенной частью буртика клапана и уплотнением 10. Для того чтобы шток 9 и поршень 2 гидропривода 11 не поворачивались вокруг вертикальной оси при подъеме и опускании клапана, направляющая втулка 7 имеет паз, а к штоку прикреплена длинная шпонка 8, которая перемещается в пазу направляющей втулки. В период уваривания утфеля в вакуум-аппарате рабочий цилиндр гидропривода не должен находиться под давлением, и клапан необходимо жестко стопорить. Для этого на штоке клапана установлена гайка 15 со скосом, под которую заходит клиновой стопор, который при помощи шарнира соединен со штоком 3, приводимым в движение поршнем, установленным в гидроцилиндре 4.
Техническая характеристика аппарата типа пва-400
Полезный объем аппарата, м3 28
Масса утфеля, сваренного за одну варку, т 40
Диаметр аппарата (внутренний), мм 3800
Высота аппарата, мм 7565
Диаметр греющей камеры, мм 3434
Площадь поверхности нагрева греющей камеры, м2 200
Рабочее давление, МПа:
в вакуум-аппарате 0,093
в греющей камере 0,3
Давление в гидроцилиндрах спускного устройства, МПа 1,0
Масса, кг 19 697
Вакуум-аппараты типов ВАЦ, ЯВА и ВАР различаются лишь конструкцией греющей камеры. Греющая камера аппарата ВАЦ-600-700 изображена на рис. 20.3, а и состоит из двух частей – наружной 4 и внутренней 5. Продукт подводится в греющую камеру по трубе 3. Для подвода пара во внутреннюю камеру по штуцеру 10 в корпусе ее имеются отверстия 12 – окна. Верхняя трубная решетка паровой камеры имеет коническую двускатную форму: трубная решетка 1 наружной части камеры имеет уклон к корпусу аппарата, а решетка 2 внутренней части – к циркуляционной трубе. Такое устройство верхней трубной решетки, особенно при больших диаметрах аппаратов, значительно улучшает циркуляцию утфеля при уваривании. Нижние трубные решетки 9 и 10 обеих частей камер имеют уклон в одну сторону. Конденсат из обеих паровых камер собирается в кармане 8 и отводится по трубе 7.
Рис. 20.3. Греющие камеры вакуум-аппаратов: а – типа ВАЦ; б – типа ЯВА; в – типа ВАР
Таблица 20.1. Техническая характеристика вакуум-аппаратов
Показатель |
ВАЦ-350 |
ВАЦ-500 |
ВАЦ-600-700 |
ЯВА |
ВАР-75 |
ВАР-50 |
Масса утфеля, сваренного за одну варку, т |
35 |
50 |
60 - 70 |
40 |
7,5 |
15 |
Площадь поверхности нагрева греющей камеры, м2 |
190 |
255 |
395 |
224 |
40 |
70 |
Диаметр греющих трубок, мм |
102/98 |
102/98 |
102/98 |
102/98 |
102/98 |
102/98 |
Рабочее давление в греющей камере, Мпа |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
Диметр корпуса аппарата, мм |
– |
4296 |
4930 |
2700 |
2000 |
2400 |
Общая высота, мм |
– |
9874 |
10775 |
7175 |
7100 |
7500 |
Масса аппарата, кг |
19039 |
28650 |
38820 |
– |
6450 |
8475 |
Штуцера 11 для подвода пара в греющую камеру имеют мембраны, воспринимающие температурные расширения.
Устройство для спуска утфеля 6 из аппарата по конструкции аналогично устройству, применяемому в аппаратах типа ПВА.
На рис. 20.3, б представлена греющая камера вакуум-аппаратов типа ЯВА. Греющая камера этого аппарата не имеет трубных решеток. Она выполнена из нагревательных трубок и состоит из трех частей – средней 6 и двух надставок 5, приваренных к средней части. Надставки отштампованы в виде шестигранников. Трубы устанавливаются ступенчато, и грани шестигранников свариваются между собой, образуя верхнюю и нижнюю трубные решетки с определенным углом наклона к горизонтальной плоскости. Греющая камера состоит из устройства для спуска утфеля 1, трубы для отвода конденсата 2, кармана 3 и штуцера для подвода пара 4.
Греющая камера вакуум-аппарата ВАР (рис. 20.3, в) состоит из трубных решеток 1 и 4, прикрепленных на кронштейне 2 к корпусу 3, кармана 5, уплотнения 6, трубы 7, устройства для спуска утфеля 8 и штуцера для подвода пара 9.
Техническая характеристика вакуум-аппаратов приведена в табл. 20.1.
Инженерные расчеты. Материальный баланс вакуум-аппарата (кристаллизатора) составляется в виде
,
где Gн, Gкр, Gм, U – соответственно количество начального раствора, кристаллов, маточного раствора и выпаренного растворителя, кг.
Материальный баланс по сухому растворенному веществу определяется как
,
где хн и хм – концентрация исходного и маточного раствора, массовые доли; а = М/Мкр – отношение молекулярных масс растворенного вещества и кристаллогидрата (при кристаллизации без присоединения молекул воды М = Мкр и а = 1).
Количество удаляемого растворителя U при а = 1 определяют по уравнению, аналогичному уравнению для выпаривания
.
Решая совместно эти уравнения, получим количество образовавшихся кристаллов Gкр (кг) в виде
.
Составим уравнение теплового баланса процесса кристаллизации, объединяющего этап выпаривания части растворителя при повышении концентрации до состояния насыщения и образования центров кристаллизации, а также этап охлаждения и роста кристаллов
,
где сн, см, скр и са – соответственно удельная теплоемкость начального раствора, маточного раствора, кристаллов и охлаждающего агента, Дж/(кгК); tн, tм, tкр, tан и tак – соответственно температура начального раствора, маточного раствора, кристаллов, начальная и конечная охлаждающего агента, С; qкр – удельная теплота кристаллизации, Дж/кг; h – энтальпия паров растворителя, Дж/кг; Qос – потери теплоты в окружающую среду, Дж.
Объем кристаллизатора V (м3) рассчитываем по уравнению
,
где b – коэффициент полезного использования объема кристаллизатора (для большинства аппаратов b = 0,8…0,9); – плотность начального раствора, кг/м3.
-
Я чту Аристотеля наравне со своим отцом,
так как если отцу я обязан жизнью,
то Аристотелю обязан всем, что дает ей цену.
Александр Македонский (356–323 до н.э.),
полководец, царь Македонии