ОДНОКОРПУСНАЯ ВАКУУМ-ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК A23C1/12 B01D1/06 

Изобретение относится к области переработки продуктов питания, в частности, молока, и может быть использовано при создании оборудования для производства сгущенных молочных продуктов, в том числе сгущенного молока.

Известна однокорпусная вакуум-выпарная установка периодического действия, содержащая калоризатор, в верхней части которого установлена переливная труба, внутри трубчатый теплообменник, испаритель, к нижней части которого тангенциально подведена переливная труба, поверхностный конденсатор, верхняя часть которого соединена с верхней частью испарителя, нижняя с водокольцевым насосом, а внутри установлен трубчатый теплообменник (Сурков В.Д. Липатов Л.Н. "Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности", П.П. М. 1970 г. стр. 304).

В данной установке сгущаемое молоко подается в трубчатый калоризатор, в межтрубное пространство которого поступает греющий пар через инжекторы. Молоко интенсивно закипает. Вторичные пары вместе с частицами продукта попадают тангенциально по переливной трубе в пароотделитель испаритель. Сгущаемый продукт благодаря тангенциальной подаче отделяется от вторичных паров, опускается вниз испарителя и по циркуляционной трубе возвращается в калоризатор.

Одна часть вторичных паров из испарителя направляется в инжектор, где происходит термокомпрессия. Вторая часть паров конденсируется в поверхностном конденсаторе, создавая в установке разрежение. Образующийся конденсат откачивается из нижней части конденсатора центробежным насосом.

Греющий пар, поступающий в межтрубное пространство калоризатора, отдавая тепло кипящему молоку, конденсируется. Конденсат отводится из парового (межтрубного) пространства через подпорную шайбу в нижнюю часть конденсатора.

Первоначальный вакуум в установке после герметизации всей системы создается включением в работу пускового эжектора.

Основными недостатками данной установки являются сложность технологического процесса получения сгущенного продукта, ухудшение условий циркуляции сгущаемого продукта при повышении его вязкости, значительные энергетические потери.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и оптимизация конструкции установки.

Указанная цель достигается тем, что, в предложенной однокорпусной вакуум-выпарной установке периодического действия, содержащей калоризатор с трубчатым теплообменником с трубами для перепуска вязкого продукта, испаритель, сообщенный с калоризатором переливной трубой, тангенциально подведенной к его нижней части, поверхностный конденсатор с трубчатым теплообменником, сообщенный своей верхней частью с верхней частью испарителя, а нижней с водокольцевым насосом, отношение суммарной площади проходного сечения труб для перепуска вязкого продукта к площади к площади проходного сечения переливной трубы составляет величину, равную 2,0.2,2.

Нижний предел указанного соотношения выбирается из условия обеспечения требуемой скорости перетекания продукта и необходимого коэффициента теплопередачи, для предотвращения пригара и обеспечения требуемого цикла работы установки, а верхний исходя из условий интенсификации процесса в вакуум-выпарной установке.

С целью устранения потерь тепла за счет исключения интенсивного теплообмена с окружающей средой на наружной поверхности калоризатора установлено теплозащитное покрытие.

С целью устранения локального подвода пара в теплообменниккалоризатора и выравнивания таким образом поля температур в трубчатом теплообменнике, в средней части калоризатора установлен коллектор подвода пара.

С целью улучшения условий работы трубчатого теплообменника конденсатора его охлаждающий тракт разделен на несколько изолированных друг от друга секторов, последовательно соединенных между собой.

С целью устранения закрутки и образования воронки из-за тангенциального входа молока в испаритель и для обеспечения турбулизации потока, в нижней части испарителя, возле места его соединения с переливной трубой, калоризатора установлено ребро, высота которого составляет 0,73.1,46 диаметра трубы переливной трубы. Нижний предел указанного соотношения выбирается из условия обеспечения необходимой турбулизации потока продукта на входе в переливную трубу с целью устранения образовывающейся воронки в нижней части испарителя. Верхний из условия обеспечения достаточного вращения сгущаемого продукта в верхней части воронки.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области показало, что данная совокупность признаков в преложенном сочетании применена впервые и ранее не использовалась.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "Новизна".

Проведенный сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области показал, что данное техническое решение не следует явным образом из достигнутого уровня техники, не является очевидным для среднего специалиста в данной области промышленности и превосходит достигнутый уровень техники за счет улучшенияэнергетических и эксплуатационных характеристик установки без существенного изменения конструкции.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема вакуум-выпарной установки, на фиг.2 вид сверху трубчатого теплообменного калоризатора, на фиг.3 вид сверху трубчатого теплообменника конденсатора, на фиг.4 вид сверху испарителя.

Основными составными частями установки являются:
1 калоризатор;
2 трубчатый теплообменник;
3 коллектор подвода пара;
4 трубки теплообменника;
5 трубы для перепуска вязкого продукта;
6 теплозащитное покрытие;
7 подпорная шайба;
8 переливная труба;
9 испаритель;
10 ребро;
11 циркуляционная труба;
12 отражатель;
13 конденсатор;
14 пластины;
15 трубчатый теплообменник;
16 водокольцевой насос;
17 термометр;
18 термометр;
19 вакуумметр.

Внутри калоризатора 1 установлен трубчатый теплообменник 2. В средней части калоризатора 1 расположен коллектор подвода пара 3, полость которого соединена с полостью калоризатора 1. Между трубками 4 теплообменника 2 установлены трубы для перепуска вязкого продукта 5. Снаружи калоризатор закрыт теплозащитным покрытием 6. Для регулирования расхода конденсата установлена подпорная шайба 7.

Верхняя часть калоризатора 1 соединена при помощи переливной трубы 8 с испарителем 9. В нижней части испарителя 9, напротив переливной трубы 7, установлено ребро 10 для устранения вихреобразования. Нижняя часть испарителя 9 при помощи циркуляционной трубы 11 соединена с нижней частью калоризатора 1. Для предотвращения уноса частиц продукта вместе со вторичным паром внутри испарителя 9 установлен отражатель 12. Верхняя часть испарителя 9 соединена с верхней частью конденсатора 13.

Внутри конденсатора 13 установлены пластины 14, разделяющие тракт трубчатого теплообменника 15 конденсатора 13 на изолированные друг от друга секторы, соединенные между собой последовательно. Нижняя часть корпуса конденсатора соединена с водокольцевым насосом 16.

Для контроля за работой установки в специальных гнездах установлены: термометр 17 на калоризаторе, термометр 18 на испарителе, вакуумметр 19 на конденсаторе.

Предложенная установка работает следующим образом:
Включается водокольцевой насос 16 и создается первоначальный вакуум в трубах калоризатора 1, в испарителе 9, и в межтрубном пространстве конденсатора 13.

Пастеризованное молоко поступает в трубчатый теплообменник 2 калоризатора в объеме 120 140 л. Затем в межтрубное пространство калоризатора 1 по коллектору подвода пара 3 поступает греющий пар, который, отдавая тепло молоку, конденсируется на наружных поверхностях труб.

Молоко нагревается в трубах теплообменника 2 калоризатора 1 и интенсивно закипает при температуре 55.60^oC. Конденсат при этом отводится через подпорную шайбу 7 из калоризатора 1 в нижнюю часть конденсатора 13.

При повышении вязкости сгущаемого продукта благодаря трубам для перепуска вязкого продукта 5 калоризатора 1 интенсифицируется процесс перетока продукта из калоризатора 1 в испаритель 9.

Для устранения потерь тепла на калоризаторе 1 установлено теплозащитное покрытие 6.

Вторичные пары вместе с частицами продукта через переливную трубу 8 тангенциально поступают в испаритель 9. Для исключения воронкообразования и более полного отделения продукта от вторичных паров внутри испарителя установлено ребро 10. В испарителе 9 сгущаемый продукт отделяется от вторичных паров, опускается вниз испарителя 9 и по циркуляционной трубе 11 направляется в калоризатор 1.

Далее вторичные пары, освобожденные от частиц продукта, направляются в межтрубное пространство поверхностного конденсатора 13. Трубчатый теплообменник 15 разделен пластинами 14 на изолированные секторы таким образом, что охладитель проходит последовательно через все секторы. Вторичный пар конденсируется, благодаря чему создается разрежение в системе установки. Образовавшийся в конденсаторе 13 и в калоризаторе 1 конденсат откачивается водокольцевым насосом 16.

Контроль за работой установки производится по показаниям термометров 17, 18 и вакуумметра 19.

Использование предложенного технического решения позволит упростить и оптимизировать конструкцию однокорпусной вакуум-выпарной установки периодического действия, уменьшить потери энергии при получении сгущенного продукта.

Использование: производство сгущенных молочных продуктов, в том числе и сгущенного молока. Сущность изобретения: однокорпусная вакуум-выпарная установка периодического действия содержит калоризатор с трубчатым теплообменником. В трубчатом теплообменнике установлены трубы для циркуляции и перепуска вязкого продукта. Отношение суммарной площади перепускных трубок к площади переливной составляет величину равную 2,0 - 2,2. На наружной поверхности калоризатора установлено теплозащитное покрытие. В средней части калоризатора установлен коллектор подвода пара. Охлаждающий тракт трубчатого теплообменника конденсатора разделен на несколько изолированных друг от друга секторов, соединенных между собой последовательно. В нижней части испарителя, напротив выходного патрубка переливной трубы, установлено ребро, причем высота ребра составляет величину, равную 0,73 - 1,46 диаметра трубы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 1. Однокорпусная вакуум-выпарная установка периодического действия, содержащая калоризатор с трубчатым теплообменником с трубами для перепуска вязкого продукта, испаритель, сообщенный с калоризатором переливной трубой, тангенциально подведенной к его нижней части, поверхностный конденсатор с трубчатым теплообменником, сообщенный своей верхней частью с верхней частью испарителя, а нижней с водокольцевым насосом, отличающаяся тем, что отношение суммарной площади проходного сечения труб для перепуска вязкого продукта к площади проходного сечения переливной трубы равно 2,0 2,2.2 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности калоризатора установлено теплозащитное покрытие.2 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в средней части калоризатора установлен коллектор подвода пара.2 4. Установка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что охлаждающий тракт трубчатого теплообменника конденсатора разделен на несколько изолированных друг от друга секторов, последовательно соединенных между собой.2 5. Установка по п. 1, или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что в нижней части испарителя возле места его соединения с переливной трубой калоризатора установлено ребро, высота которого составляет 0,73 1,46 диаметра переливной трубы.