Вакуум-выпарной аппарат с естественной циркуляцией

Вакуум-выпарной аппарат состоит из калоризатора и сепаратора. Калоризатор по устройству напоминает кожухотрубный теплообменник (см. рис. 5.4), с тем отличием, что трубки имеют различный диаметр. Основная часть, так называемые кипятильные трубы, имеет диаметр 20×2 мм. Кроме того имеется одна или две циркуляционные трубы большего диаметра.

Продукт поступает в трубное пространство калоризатора, заполняя его на ½—2/3 высоты трубок. После этого в межтрубное пространство калоризатора подают греющий пар. В кипятильных трубках вследствие их меньшего диаметра жидкость начинает кипеть раньше, чем в циркуляционной трубе. При этом образуются пузырьки, которые постоянно растут, поднимаются вверх, лопаются, и из них выделяется пар. Под действием подъемной силы пузырей жидкость перемещается вверх в кипятильных трубках, а затем по циркуляционной трубе опускается вниз под трубную решетку, откуда за счет разности плотностей снова перемещается в циркуляционную трубу. Так завершается цикл, а затем циркуляция повторяется несколько раз по замкнутому контуру.

Напор Н, создаваемый столбом жидкости в кипятильных трубках составляет.

где Ар — разность давлений, движущая сила, за счет которой осуществляется естественная циркуляция:

где р_м и р_см — плотность молока и паромолочной смеси соответственно; Н_тр — высота трубки.

Напор Н уравновешивается гидравлическим сопротивлением в циркуляционном контуре:

где — сумма коэффициентов местных сопротивлений; v — скорость движения жидкости.

Отсюда, приравняв (6.1) и (6.3) и с учетом (6.2), получим.

Из равенства (6.4) получим скорость циркуляции:

Из опыта известно, что для создания оптимальных условий выпаривания жидкость в кипятильных трубках должна перемещаться со скоростью v = 3 м/с. При замедлении скорости движения жидкости (v < 0,4 м/с) образуется пузырь, диаметр которого соизмерим с диаметром трубки, такой пузырь движется медленно и тем самым тормозит движение жидкости, что может привести к замедлению циркуляции и термическому разложению продукта.

Образующиеся при кипении молока брызги из калоризатора 1 (рис. 6.1) уходят вместе со вторичным паром. Для их отделения и очистки пара служит сепаратор 2 (пароотделитель). Сепаратор представляет собой вертикальный цилиндр, внутри которого установлен зонт-отражатель 3. Благодаря тангенциальному подводу смеси пара и жидкости на сепаратор поступающая смесь приобретает вращательное движение (рис. 6.1).

За счет центробежной силы капли молока отбрасываются к стенкам, стекают вниз. При интенсивном вращательном движении парожидкостной смеси в пароотделителе давление в центральной части его значительно снижается, и вращающаяся жидкость поднимается со дна, но, ударяясь о зонт-отражатель, сбрасывается вновь вниз и возвращается обратно в калоризатор. Вторичный пар огибает отражательный зонт и частично отводится на конденсатор.

Для повышения эффективности выпаривания применяется термокомпрессия вторичного пара. Чаще всего используется пароструйный комп;

Рис. 6.1. Схема соединения сепаратора и калоризатора

рессор (инжектор). Часть вторичного пара после пароотделителя поступает на инжектор, где смешивается с острым паром. В результате из пароструйного насоса выходит греющий пар, поступающий в калоризатор.

Другая часть вторичного пара поступает в межтрубное пространство конденсатора, где конденсируется. Поверхностные конденсаторы работают по принципу кожухотрубных теплообменников. Для обеспечения конденсации в трубное пространство конденсатора подается охлаждающая вода. Воздух и другие неконденсирующиеся газы удаляются из аппарата вакуум-насосами (эжекторами). Схема вакуум-выпарного аппарата с естественной циркуляцией представлена на рис. 6.2. Высота трубок калоризатора обычно составляет 2 м.

Рис. 6.2. Схема циркуляционного вакуум-выпарного аппарата:

1 — сепаратор; 2 — калоризатор; 3 — конденсатор [12].