Введение

Выпаривание – процесс испарения растворителя из раствора, процесс этот может сопровождаться кристаллизацией.

Выпаривание используется для разделения раствора на части с большей и меньшей концентрацией. В идеальном случае при выпаривании раствор разделяется на чистый растворитель и раствор повышенной концентрации.

При выпаривании достигаются следующие основные цели: концентрирование растворов; выделение из раствора растворителя (дистилляция); кристаллизация растворенных веществ. Выпаривание осуществляется также для совместного достижения нескольких целей. В ряде случаев вспомогательной функцией выпарных установок является теплоснабжение промышленных потребителей паром. При этом повышается экономичность использования энергии.

Выпаривание молока. Цель выпаривания — концентрирование (сгущение) молока и молочных продуктов путем удаления части воды испарением. При этом по мере удаления воды из выпарного аппарата в виде пара концентрация нелетучих сухих веществ в продукте повыша­ется. Следует отметить, что при выпаривании между отдельными компонентами молока сохраняется то же соотношение, что и пе­ред его сгущением. Движущей силой выпаривания является раз­ность температур теплоносителя (греющего пара) и кипения кон­центрируемого продукта.

Для нагревания молока до температуры кипения используют водяной пар, который называют греющим или первичным в от­личие от вторичного пара, образующегося из выпариваемого продукта. Выпаривание происходит при кипении, т. е. в услови­ях, когда давление пара под продуктом равно давлению в рабо­чем объеме аппарата (корпуса) вакуум-выпарной установки.

Выпаривание проводят при избыточном давлении и под ваку­умом. При избыточном давлении вторичный пар имеет высокую температуру, поэтому его часто используют для нагревания в раз­личных теплообменных аппаратах, работающих под меньшим давлением. В этом случае эффективность выпарной установки возрастает. Однако повышение температуры и давления вторич­ного пара связано с соответствующим увеличением расхода гре­ющего пара и стоимости установки.

При выпаривании под вакуумом температура в точке кипения жидких пищевых продуктов снижается, что позволяет использо­вать для обогрева вакуум-выпарных установок пар низкого дав­ления. Этот способ широко применяют для выпаривания молока. Достоинствами выпаривания под вакуумом являются сокраще­ние потерь теплоты в окружающую среду и увеличение полезной разности температур греющего пара и кипящего продукта. Это позволяет уменьшить поверхность теплообмена и габаритные размеры аппарата.

По мере концентрирования изменяются физико-механичес — кие свойства продукта: температура кипения, теплопроводность, теплоемкость, вязкость и др. С ростом концентрации сухих ве­ществ уменьшаются теплопроводность, теплоемкость продукта и увеличивается вязкость. При этом улучшаются условия теплоот­дачи от поверхности нагрева аппарата к кипящему продукту, что необходимо учитывать при определении режимов обработки, а также при расчете, конструировании и эксплуатации выпарных установок.

Для более полного использования теплоты вторичного пара, образующегося в вакуум-аппарате, установки комплектуют теп­ловым насосом. В частности, применяют пароструйные инжек­торы, которые устанавливают на однокорпусные установки или на первый корпус многокорпусных установок. Основным пара­метром, характеризующим эффективность работы инжектора, является коэффициент инжекции. Он показывает, какое количе­ство вторичного пара может быть сжато в инжекторе до необхо­димых параметров 1 кг греющего пара.

Технология выпаривания при производстве молочных консер­вов заключается в подборе температур испарения воды из молока в корпусах вакуум-выпарной установки. В процессе выпарива­ния увеличивается содержание сухих веществ молока, а количе­ство воды в продукте уменьшается.

Отношение конечной концентрации какого-либо компонента молока к его начальной концентрации принято называть степе­нью сгущения. При выработке консервов сгущенных с сахаром и стерилизованных степень сгущения составляет 2,5—3, а сухих консервов — 4—5. Сгущение молока приводит к увеличению тит­руемой кислотности, так как повышается концентрация солей и других компонентов, обладающих кислыми свойствами. Частицы казеина при сгущении сближаются. Это создает условия для бо­лее легкой коагуляции казеина, и продукт становится менее тер­моустойчивым.

Технологические режимы выпаривания при производстве молочных консервов различны. При изготовлении консервов с сахаром пастеризованное молоко и сахарный сироп или их смесь перед направлением в вакуум-выпарную установку фильтруют. Температура кипения молока в вакуум-аппарате установки цир­куляционного типа в течение всего процесса сгущения должна быть не выше: для однокорпусной установки 55—58 °С (в середи­не варки) и 60—63 °С (в конце варки); для двухкорпусной 70— 80 °С (в первом корпусе) и 50—52 °С (во втором корпусе). При непрерывном способе изготовления консервов с сахаром и на­полнителями (кофе и др.) нормализованную и пастеризованную смесь сгущают в первом и третьем корпусах вакуум-выпарной ус­тановки при 78 и 48 °С, а затем во втором и четвертом корпусах при 60 и 50 ‘С.

Температура кипения молока в пароотделителях вакуум-вы­парной установки в первом корпусе не должна превышать 78— 80 °С, во втором — 65—67, в третьем — 48—56 °С. Сгущение молока рекомендуется проводить до достижения плотности 1061 — 1063 кг/м3 (при 20 °С) при производстве сгущенного стерилизо­ванного молока и 1066—1068 кг/м3 для концентрированного молока и молока с наполнителями.

При производстве сухих молочных консервов пастеризован­ное молоко перед сгущением фильтруют. Температура кипения молока составляет: для циркуляционной двухкорпусной установ­ки в первом корпусе 68—70 °С, во втором — 50—52 "С; для пленочной трехкорпусной вакуум-выпарной установки в первом корпусе 72—74 °С, во втором — 60—72, в третьем — 46—48 °С; для четырехкорпусной: в первом корпусе 74—80 "С, во втором — 68— 73, в третьем — 56—62 и в четвертом — 42—46 °С. Рекомендуемая степень сгущения молока в циркуляционной вакуум-выпарной установке составляет 43—48%, а в пленочной - 52—54 %, продолжительность сгущения - соответственно 50 и 3-4 мин. Если сушка обезжиренного молока или пахты будет осуществляться на вальцовых сушилках, то сгущение проводят до концентрации сухих веществ 30—32 %.

При производстве сухих молочных консервов повышенной растворимости процесс выпаривания ведут непрерывно до кон­центрации сухих веществ 45—55 %. Температура кипения нормализованного и пастеризованного молока в четырехкорпусной вакуум-выпарной установке по корпусам для быстрорастворимого молока составляет: в первом — 73 ± 2 °С, во втором — 67 ± 2, в третьем — 55 ± 2, в четвертом — 42 ± 2 °С, в пятикорпусной ваку­ум-выпарной установке для сухого молока «Смоленское»: в первом — 69 + 2 °С, во втором — 65 ± 2, в третьем — 52 ± 2, в четвертом и пятом — 42 ± 2 °С.

Наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором кипящем в данном корпусе, т.е. создать необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус, следовательно, в многокорпусных установках достигается значительная экономия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.[1]

1.Обоснование выбора установки

В данной работе рассматривается многокорпусная вакуум-выпарная установка с естественной циркуляцией раствора в корпусах и вынесенной греющей камерой , работающая при прямоточном движении греющего пара и раствора.

Достоинства проведения выпаривания -это возможность проводить процесс при более низких температурах; увеличение полезной разности температур и, следовательно, уменьшение поверхности нагрева аппарата, а также возможность использовать в качестве греющего агента вторичный пар самой установки. Использование многокорпусной установки дает экономию греющего пара и тепла.

При размещении греющей камеры вне корпуса аппарата(смотреть рисунок 1) имеется возможность повысить интенсивность выпаривания за счет увеличения длины кипятильных труб. Аппараты с вынесенной греющей камерой имеют кипятильные трубы, длины которых часто достигают 6-7 метров. Они работают при более интенсивной циркуляции, что обусловлено тем, что циркуляционная труба не обогревается, а подъемный и опускной участки циркуляционного корпуса значительную высоту. Выносная греющая камера легко отделяется от корпуса аппарата, что облегчает и ускоряет чистку и ремонт.[7]

Рисунок-1.выпарной аппарат с вынесенной греющей трубой

2.Описание принципиальной схемы трехкорпусной выпарной установки

Принципиальная схема трехкорпусной прямоточной выпарной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной мерой) и кипением раствора в трубах, показана на рисунке 1.

Рисунок-1. Схема трехкорпусной прямоточной выпарной установки

1. емкость исходного раствора;

2. ,10 - насосы;

3. - теплообменник;

4 – 6 – выпарные аппараты;

7 – барометрический конденсатор;

8 – вакуум-насос;

9 – гидрозатвор;

11 – емкость упаренного раствора;

12 – конденсатоотводчик;

Исходный раствор из емкости 1 насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения, а затем – в первый корпус 4 выпарной установки. Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же перетекает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично корпус 6 обогревается вторичным паром второго корпуса и в нем производится концентрирование раствора, поступающего из корпуса.[6]

2.2 Описание технологической схемы

Исходный разбавленный раствор из емкости центробежным насосом подается в теплообменник (где подогревается до температуры близкой к температуре кипения), а затем в первый корпус выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус выпарной установки . Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса . Аналогично третий корпус обогревается вторичным паром второго корпуса и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса .

Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум – насосом ). Смесь охлаждающейся воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором. Образующийся в третьем корпусе выпарной установки концентрированный раствор центробежным насосом подается в промежуточную емкость упаренного раствора . Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов и теплообменника выводится с помощью конденсатоотводчиков.[2]