Випарювання. Конденсація

Випарюванням називають процес згущення розчинів шляхом видалення з них частини води випаровуванням. На харчових виробництвах випарюють водні розчини: бурякові соки, сиропи, барду, пектиновий клей, молоко тощо. За допомогою випарювання можна отримати більш концентровані і навіть пересичені розчини, в яких потім виконують кристалізацію, наприклад: розчини сахарози, фруктози, молочного цукру.

Випарювання розчинів відбувається при кипінні. Для нагрівання розчинів до температури кипіння на практиці, як правило, використовують водяну пару, яку називають гріючою або первинною, на відміну від вторинної (сокової), яка утворюється з розчинів, що випарюються (соків).

Випарювання відбувається в випарниках технологічного призначення, які називають випарними апаратами; при випарюванні під вакуумом ці апарати називають вакуум-апаратами. Випарювання під вакуумом застосовують в харчових технологіях для випарювання розчинів з продуктами, які розкладаються при підвищених температурах. При випарюванні під вакуумом зберігається якість продуктів, зменшуються втрати тепла і покращуються умови теплообміну.

Випарювання розчину може здійснюватися в одному випарному апараті (однокорпусні установки) або в ряді послідовно з’єднаних випарних апаратів (багатокорпусна установка). В однокорпусній установці тепло вторинної пари, яка виходить з апарату в технологічному процесі не використовується. В багатокорпусній випарній установці вторинна пара, яка виходить з будь-якого попереднього корпусу є гріючою для наступного, в якому розчин кипить при більш низькому тиску. Цей метод проведення процесу забезпечує значну економію тепла, тому в промисловості він має більше застосування.

За методом ведення процесу розрізняють періодичне і безперервне випарювання. При періодичному процесі в апарат завантажується вихідний розчин, який впарюється до необхідної концентрації. Потім відбувається розвантаження і завантаження нової партії розчину.

При безперервному процесі безперервно підводяться гріюча пара і розчин для випарювання, також безперервно відводиться згущений розчин, вторинна пара і конденсат гріючої пари.

Випарні установки

Однокорпусна випарна установка застосовується для згущення відносно невеликих об’ємів розчинів, коли економія тепла не має великого значення.

Схема безперервно діючої однокорпусної випарної установки, яка працює під вакуумом, зображена на рисунку 10.1.

Рисунок 10.1 – Схема однокорпусної випарної установки

Вихідний розчин із збірника 1 подається насосом 2 в підігрівач 3, де він нагрівається до кипіння. З підігрівача 3 розчин спрямовується в випарний апарат 4 для згущення. Гріюча пара подається в між трубний простір підігрівача і випарного апарата. Вторинна пара, яка утворюється в апараті, разом з повітрям і газами спрямовується через краплеуловлювач 5 в корпус 6 барометричного конденсатора. В ньому пара конденсується при змішуванні його з водою, а повітря і гази з верхньої частини конденсатора через уловлювач 7 відкачуються вакуум-насосом. Конденсат разом з водою у вигляді так званої барометричної води відводиться з корпусу 6 самопливом через барометричну трубу 8 в барометричний збірник 9. Розчин, який згущений до потрібної концентрації, відкачується насосом 10 в збірник готового продукту.

Якщо випарювання йде при звичайному або декілька підвищеному тиску, в схемі замість барометричного конденсатора встановлюється поверхневий.

Багатокорпусна випарна установка складається з декількох однокорпусних випарних апаратів. В багатокорпусній установці половина корпусів працюють під тиском, а інші – хвостові – в умовах розрідження. Завдяки багатократному використанню тепла значно знижуються питомі витрати гріючої пари. Число корпусів випарної установки розраховується, виходячи з властивостей вихідного розчину. Із збільшенням кількості корпусів зростають температурні втрати, погіршується якість продуктів, на які впливає тривале підігрівання, таких як молоко, фруктові та томатні соки тощо. Тому при згущенні молока і соків використовують вакуум-випарні установки, які мають не більше 2–3 корпусів. При згущенні цукрового соку застосовується установка з 4–5 корпусів, при цьому головні корпуси працюють під надлишковим тиском, а для запобігання пригорання і розкладання цукрів з утворенням забарвлених речовин, концентрований сироп в хвостових корпусах згущують під вакуумом.

Випарна установка з чотирьох корпусів, яка використовується в цукробуряковому виробництві для згущення соку від 14–15% до 65% сухих речовин зображена на рисунку 10.2.

Рисунок 10.2 – Випарна установка з чотирьох корпусів

В цій установці корпуси працюють при температурі, яка зменшується таким чином: від 126⁰С в першому корпусі до 90⁰С в останньому, який працює в умовах розрядження.

Вихідний розчин в підігрівачі 1 попередньо підігрівається вторинною парою з першого корпусу. Потім в підігрівачі 2 гріючою парою підігрівається до температури кипіння і спрямовується в сепараційний простір першого корпуса. Перший корпус обігрівається гріючою парою, яка проходить через інжектор 3. Вторинна пара з першого корпусу через уловлювач 4 йде на нагрівання розчину в другому корпусі. Згущений розчин проходить послідовно всі корпуси і відкачується насосом 5 із останнього корпуса. Конденсат чистої гріючої пари з підігрівача 2 і першого випарного апарата повертають в котельню для живлення котлів, а конденсат вторинної пари використовують для технологічних цілей.