Установка для конденсации соковых паров Советский патент 1993 года по МПК A23N17/00 

77 16 15 %Р #

Изобрв1ение относится к сельскому хозяйству, в частности, к машинам для производства кормов и может быть использовано в технологических линиях, в которых при сушке в вакуумных котлах отходов мясокостного или другого сырья образуются неприятно пахнущие пароводогэзооорззные выбросы - соковые пары (например, при сушке шквары, при производстве мясокостной муки на птицефабриках, мясо-, рыбокомбинатах, на ветсанзаводах).

Цель изобретения - уменьшение габаритов и снижение материалоемкости установки для конденсации соковых паров вакуумных котлов утилизации отходов мясокостного производства при использовании в качестве хладагента также наружного воздуха в его естественном состоянии.

Указанная цель достигается тем, что для конденсации соковых паров о качестве промежуточного (буферного) аккумулятора их тепловой энергии в конденсационных емкостях используется любой компактный безынерционный нерасходуемый теплопог- лотитель с большой теплоемкостью. Последующее же рассеяние накопленного тепла осуществляется попрежнему атмосферным воздухом с наружных поверхностей конденсационных емкостей, но в основном уже после прекращения поступления соковых паров (пролонгированное воздушное охлаждение). На практике наиболее удобно использовать в качестве указанного буферного теплопоглотителя обычную воду, обладающую наибольшей из всех распространенных веществ теплоемкостью.

Технически эта идея реализуется следующим образом.

Потребный для поглощения тепловой энергии соковых паров объем воды однократно заливается предпочтительно в одну- две (или более - в зависимости от возможностей изготовления) вертикально расположенные закрытые со всех сторон металлические конденсационные емкости (емкости КСП). Непосредственно над уровнем воды в боковой стенке каждой емкости КСП делается отвэрстие для слива конденсата, к которому через дренажный патрубок подсоединяется сливной трубопровод.

Размер каждой емкости КСП выбирается таким, чтобы над уровнем воды было свободное пространство, достаточное для расширения льда при полном замерзании воды зимой. Для выхода вытесняемого при этом воздуха у самого верха емкости КСП проделывается еще одно оторрстие и соединяется трубкой воздушного дренажа с дренажным патрубком сливного трубопровода этой емкости.

Окончательное охлаждение соковых паров обеспечивается барботажем их через

буферную воду, но таким образом, чтобы достигался эффект вакуумирования (отсоса) соковых паров из вакуумного котла и осуществлялось самоперемешивания буферной воды, так как при обычном барботаже горячих соковых паров нагретая вода как более легкая будет стоять вверху и нижележащая (основная) масса воды не будет использоваться для охлаждения соковых паров.

Для достижения указанных целей диа5 метр трубопровода соковых паров внутри каждой конденсационной емкости (о первую очередь его центральной части) выбирается в 1,5-3 раза большим по сравнению с диаметром наружного подводящего трубоп0 ровода и монтируется таким образом, что начальная часть внутреннего трубопровода - горизонтальное нижнее колено - герметично входит через боковую стенку емкости КСП у ее дна и продолжается вдоль дна до

5 середины емкости. Здесь канал трубопровода изгибается на 90° вверх и поднимается в виде вертикальной стойки предпочтительно посредине (вдоль вертикальной оси симметрии емкости КСП) до верхней крышки емко0 сти. Здесь канал внутреннего трубопровода равномерно по периметру поперечного сечения стойки разветвляется на несколько (от одного и более гооизонтальных плеч, каждое из которых отгибается на 90° и про5 должается параллельно зеркалу воды до вертикальной стенки емкости, где изгибается еще раз на 90° вниз и образует верхнее колено, которое опускается вертикально вдоль боковой стенки емкости и входит в

0 буферную воду на барботажную глубину.

Таким образом, внутренний трубопровод подвода соковых паров имеет конфигурацию остова плоского зонтика, у которого наружные концы горизонтальных спиц за5 гнуты вертикально вниз, а вертикальная стойка зонтика внизу изогнута под прямым углом горизонтально.

При такой конструкции внутреннего трубопровода насыщенные соковые пары

0 охлаждаются водой в его расширенной (большего диаметра) центральной части. В силу этого нагревающаяся у трубопровода оодз обеспечивает конвекционное перемешивание всей воды в емкости КСП, а

5 собственное давление соковых паров во внутреннем трубопроводе падает, так как давление насыщенного водяного пара равно атмосферному только при температуре 100°С, а при снижении температуры оно падает. И в силу того, что нижние концы

верхних колен опущены в воду, то создающееся разряжение удерживается, что и создает эффект вакуумирования (отсасывания) соковых паров из внутренней полости вакуумного котла,

С целью глушения акустических шумов (резких ударных звуков, образующихся при соприкосновении больших нерассеченных масс горячих соковых ларов с холодной водой) нижняя (подводная) часть верхних ко- лен перфорирована. Как показали исследования на экспериментальном макете установки с коэффициентом подобия 1:2000, наилучшие результаты достигается при погружении нижней части верхнего ко- лена (трубы) на глубину его 3-4 диаметров. При этом диаметр равномерно распределенных перфорационных отверстий должен быть не более 0,1 диаметра верхнего колена, число их не менее 15-20, а верхний ряд перфорационных отверстий должен быть размещен ниже уровня воды на величину порядка одного диаметра верхнего колена.

На основании вышеизложенного, можно заключить, что в заявляемом изобрете- нии по сравнению с прототипом использование в емкостях КСП нерасходуемого объекта воды для промежуточного отбора тепла соковых паров и их окончательная конденсация путем барбота- жа является новым. Предложенное техническое решение обеспечивает новые эффекты - вакуумирование сокооых паров без применения специального принудительного отсоса и самоперемешивание используемой для барботажа нерасходуемой воды.

Сущность изобретения пояснена чертежом, где схематически показаны вакуумный котел 1 с его штатной задвижкой 2 и сама установка для конденсации соковых паров (установка КСП), состоящая из ЛОВУШКИ твердых частиц 3 и параллельно соединенных с нею трубопроводом 4 конденсационных емкостей 5.

Ловушка твердых частиц 3 предназна- чена для улавливания могущих вылетать из горловины вакуумного котла твердых фракций сырья и оборудована выгребным люком б для удаления твердого осадка и краном 7 для слива образующегося в ловушке кон- денсата.

Замкнутые емкости КСП 5 оборудованы одинаково. Каждая из них наполнена водой до уровня сливного отверстия 8, через которое по дренажному патрубку 9 сливноготру- бопровода образующийся при охлаждении соковых паров конденсат стекает в канализационный люк 10. Для наполнения емкостей КСП водой у днища каждой из них вварен наливной кран 11. а для выхода воздуха из имеющегося свободного пространства 12 при замерзании воды зимой и расширении льда у каждой емкости КСП непосредственно под верхней крышкой имеется дренажное отверстие .соединенное трубкой воздушного дренажа 14 с дренажным патрубком 9.

Конденсация соковых паров внутри каждой емкости КСП осуществляется с помощью полузакрытого снаружи заглушкой 15 внутреннего трубопровода 16,17,18,19. Его горизонтальное нижнее колено 16 герметически вварено изнутри в боковую стенку емкости КСП у ее дна в радиальном направлении и снаружи закрыто упомянутой заглушкой 15, к которой подсоединен входной трубопровод 4 меньшего диаметра. Над центром дна емкости КСП горизонтальное нижнее колено 16 приварено к вертикальной стойке 17, поднимающейся вдоль вертикальной оси емкости КСП. На уровне сливного отверстия 8 стойка 17 выходит из воды, поднимается к верхней крышке емкости КСП. где горизонтально разветвляется в прямо противоположных направлениях на два горизонтальных плеча 18 (диаметр их может быть меньше диаметра трубы 17), которые у стенок емкости КСП изгибаются отвесно ЕЖИЗ, образуя опущенные в воду верхние колена 19. Находящиеся под водой открытые концы верхних колен перфорированы указанным выше образом отверстиями 20 для глушения акустических колебаний.

С целью снятия разряжения в полости внутреннего трубопровода емкости КСП при закрытии задвижки 2 после завершения сушки сырья (иначе вода из емкости КСП до перфорационных отверстий перельется в ловушку 3) в одно из верхних колен каждой емкости КСП введена тонкая (в несколько раз меньшего диаметра) трубка 21 с вентилем снаружи. Верхний конец этой трубки размещается обязательно выше уровня воды (сливного отверстия), а нижний конец герметично через боковую стенку емкости КСП ниже нижнего конца верхнего колена рыоеден наружу и подсоединен к общему пусковому крану (паровому вентилю) 22. Зимой этот кран используется также (начальным кратковременным открытием) для запуска установки КСП - размораживания соковыми парами заглуженного льдом нижнего конца соответствующего верхнего колена.

Патрубок с вентилем 23 предназначен для слива образующегося в коленах 16,17 внутреннего трубопровода каждой емкости КСП конденсата о сливной трубопровод 9 и канализационный люк 10 через контрольные сосуды 24 со смотровыми отверстиями 25 (контроль слива только конденсата без прорыва пузырей соковых паров во время работы установки КСП).

Заявляемая установка КСП работает следующим образом. В емкости КСП 5 через наливные краны 11 предварительно однократно наливается в зависимости от объема вакуумного котла и расчетных условий его работы требуемое количество воды (например, при температуре наружного воздуха и влажности перерабатываемого сырья до 75-80% для котлов объемом 2,8 и 4.6 м3 требуется соответственно 13 и 21 т воды). В каждой рабочей смене при закрытом пусковом кране 22 после окончания режима стерилизации сырья очищенные в ловушке 3 от твердых включений соковые пары по подводящему трубопроводу 4 поступают во внутренний трубопровод 16, 17, 18, 19 каждой емкости КСП. Здесь соковые пары охлаждаются, частично конденсируясь. Нескокденсировавшиеся соковые пары барботируют через воду, выходя из перфорированной опущенной в воду нижней части верхних холек 19 и превращаются в жидкий конденсат, который, смешавшись с буферной водой, самотеком через сливное отверстие 8 поступает в сливной трубопровод 9 и канализационный люк 1C.

За счет охлаждения и частичной конденсации соковых паров во внутреннем трубопроводе емкости КСП (в основном в его коленах 16, 17) а последнем создается разряжение, которое способствует отсасыванию соковых паров из внутренней полости вакуумного котла, способствуя ускорению сушки сырья. Нагревающаяся вокруг труб 16, 17 вода образует восходящие конвекционные потоки, которые перемешивают воду а каждой емкости КСП, способствуя равномерной передаче тепла соковых паров всей массе воды.

Образующийся в коленах 16, 17 внутреннего трубопровода конденсат во время работы установки КСП непрерывно сливается через патрубок с вентилем 23 в канализацию. При этом степень открытия вентиля 23 подбирается оператором визуально по смотровому отверстию 25 так, чтобы через контрольный сосуд 24 сливался только конденсат, без пузырей выходящего сокового пара.

Далее установка КСП описанным выше образом работает автоматически до окончания технологического цикла переработки сырья. Перед закрытием задвижки 2, после окончания сушки сырья открывается пусковой кран 22 для выравнивания давления во внутреннем трубопроводе 16. 17. 18. 19 с

атмосферным. После этого задвижка 2 закрывается, и открываются до полного слива конденсата вентили 23 конденсационных емкостей 5 и кран 7 ловушки 3. Далее через

люк 6 производится очистка ловушки 3 от осевших твердых фракций сырья. Затем люк 6 задраивается, краны 7, 22 и 23 закрываются, и установка КСП готова к очередному циклу работы.

В зимнее время установка работает следующим образом. При снижении температуры наружного воздуха до уровня полного замерзания воды в емкостях КСП происходит следующее. Вода начинает замерзать

около боковых стенок дна и вертикальной стойки 17, которая является центром кристаллизации льда во внутреннем объеме воды емкости КСП, Воздушное пространство 12 над уровнем воды способствует теплоизоляции при остывании, в силу чего сверху ледяной покров образуется в последнюю очередь и является более тонким по сравнению с пристеночным слоем льда. Поэтому расширяющаяся при замерзании масса

льда у стенок, дна емкости КСП и вертикальной стойки 17 выдавливает наверх еще не замерзшую внутреннюю воду через более тонкий лед наверху, в силу чего снимаются избыточные распирающие напряжения расширяющегося льда на стенки и дно емкостей КСП. При этом выталкиваемый расширяющимся льдом воздух свободного пространства 12 емкостей КСП беспрепятственно выходит через трубки воздушного

дренажа 14.

П осле замерзания воды перфорированные выходные концы верхних колен 19 оказываются заглушенными льдом. Поэтому

перед открытием задвижки 2 после окончания режима стерилизации сначала необходимо открыть пусковой кран 22. В этом случае после открывания задвижки 2 соко- оые пары по трубопроводам 4, 16, 17, 18,

части верхнего колена 19 и пусковой трубе 21 начнут выходить наружу (в атмосферу). При этом лед у внутренней и наружной поверхности верхнего колена с пусковой трубкой 21 из-за высокой энергонасыщенности

пара за несколько секунд растаивает, превращаясь в воду, которая тут же вытесняется наверх начальным давлением соковых паров и образующимся из охлаждающихся соковых паров теплым конденсатом. После

этого краткого (в несколькр секунд) переходного этапа физические процессы в установке КСП начинают протекать обычным порядком, и пусковой кран 22 закрывается (как только из него начнут выходить соковые пары). Далее установка КСП функционирует

так же, как было описано выше для летних условий.

Достоинством заявляемой установки КСП является ее собственная экологическая чистота (в качестве конечного хладагента для конденсации соковых паров используется только наружный воздух в естественном состоянии без ухудшения его качеств), высокая эксплуатационная надежность из- за отсутствия обеспечивающих моторов и механизмов, дешевизна эксплуатации - не расходуются никакие ресурсы, в то время как при использовании штатных установок требуется поднимать барометрический конденсатор на высоту 8-10 м, использовать на практике выходящие из строя через 1-3 месяца эксплуатации водокольцевые вакуумные насосы, расходовать в каждую рабочую смену на один вакуумный котел до 40-60 т проточной воды с последующим сбросом ее в канализацию

По сравнению с прототипом в заявляемой установке КСП для конденсации соковых паров при рассмотренном выше режиме работы вакуумного котла требуется в 2-3,5 раза меньше равновеликих емкостей КСП (при использовании емкостей диаметром от 0,8 до 1,4 м и высотой от 5 до 9 м). Если же сроки сушки сырья сокращаются с шести до трех часов при прочих равных условиях (температура наружного воздуха 35°-40°, влажность сырья 75-80%). то указанное уменьшение потребного количества емкостей составляет соответственно 4-7 раз. Ясно, что примерно во столько же раз требуется меньше и материалов (стального листа, труб, профильного проката, отводов, строительных материалов), транспортных расходов, затрат труда и других ресурсов при создании и монтаже установки КСП.

Из изложенного выше принципа работы заявляемой установки КСП следует, что эта установка работает одинаково эффективно и не требует никаких доработок при любых практических изменениях в требуемой продолжительности сушки сырья.

Кроме того, как показали исследования на экспериментальном макете установки с коэффициентом масштабирования 1:2000, при величине диаметра внутреннего трубопровода емкости КСП в 1.5-2 раза превосходящего диаметр подводящего к ней соковые пары наружного трубопровода продолжительность сушки сырья за счет эффекта вакуумирования сокращаются минимум

на 25 30%. В силу этого примерно в такой же пропорции сокращается время и расход энергии на приготовление мясокостной муки и улучшается ее качество, так как из-за сокращения времени термического воздействия в большей степени сохраняется молекулярная структура протеинов сырья.

Формула изобретения

1.Установка для конденсации соковых

паров, включающая сообщенные между собой емкости, патрубки с вентилями, подводящие и отводящие магистрали и установленные в емкостях трубопроводы с

отверстиями, отличающаяся тем, что. с целью снижения материалоемкости и повышения производительности, она снабжена соединенными с верхней частью емкостей трубками воздушного дренажа и

сообщенными с емкостями ниже трубок воздушного дренажа, соединенными с ними дренажными патрубками, до уровня которых емкости заполнены водой, при этом трубопроводы выполнены в виде последовэтельно соединенных горизонтального нижнего колена, расположенного у дна емкости, проходящей по середине емкости вертикальной стойки, верхняя часть которой находится выше уровня воды, размещенных над уровнем воды горизонтальных плеч, равномерно расположенных по периметру поперечного сечения стойки и вертикально установленных верхних колен, нижняя часть которых находится ниже уровня воды, причем отверстия в трубопроводе выполнены в нижней части верхних колен, а нижние колена в месте соединения со стенкой емкости подключены посредством патрубка с вентилем к дренажному патрубку.

2.Установка по п.1, отличающая- с я тем, что она снабжена имеющими диаметр меньше диаметра верхних колен трубками с вентилями, один конец которых размещен внутри верхних колен над уровнем воды, а другой конец расположен снаружи емкости.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к машинам для производства кормов. Установка для конденсации соковых паров содержит параллельно соединенные замкнутые металлические емкости 5. В емкости налита вода. Через воду снизу вверх посредине каждой емкости пропущен трубопровод, который над водой разветвляется внутри емкости на несколько плеч 18. Перфорированные выходы верхних колен 19 опущены в воду. Остывая в этом трубопроводе и барботируя через воду, соковые пары нагревают ее и конденсируются в жидкую фазу. Образующийся конденсат через сливные отверстия самотеком сливается в канализацию. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.