Установка концентрування біологічних препаратів і харчових продуктів

Пропонований винахід відноситься до технологічного устаткування, призначеного для концентрування рідких біологічних препаратів і харчови х продуктів, і може бути використаний, наприклад, при концентруванні мікробіологічних препаратів, які застосовуються у системі біологічного захисту рослин. У відомих установках концентрування харчових продуктів і біологічних препаратів застосовуються теплохолодильні машини, що працюють у режимі теплового насоса [1]. При цьому теплота конденсації холодильного агента використовується для підігріву концентруємого продукту перед його випарюванням, а теплота випару - для конденсації водяної пари, що утворюється в процесі концентрування. За прототип обрана установка концентрування харчових продуктів і біологічних препаратів [2], що містить випарний апарат зі збірником концентруємого продукту в нижній частині і краплеуловлювачем у верхній частині, вакуум-насос, насос для перекачування концентруємого продукту. В якості підігрівника концентруємого продукту в прототипі застосовується конденсатор теплохолодильної машини, а в якості конденсатора водяної пари випарник теплохолодильної машини, причому в ємності випарного апарата коак-сиально корпусу додатково встановлений стакан з зазором щодо корпусу, у верхній частині цього зазору розташований конденсатор водяної пари, а нижня частина зазору є збірником конденсату. До недоліків установки прототипу варто віднести: - зниження коефіцієнта теплопередачі конденсатора теплохолодильної машини в процесі концентрування ізза збільшення в'язкості концентруємого продукту, який відводить теплоту конденсації холодильного агента. Це призводить до підвищення температури конденсації холодильного агента і збільшенню витрат електроенергії; - небезпека забруднення і псування концентруємих біологічних продуктів у випадку навіть незначного попадання холодоагенту в систему їхньої циркуляції. Задачею, на рішення якої спрямований винахід, є: - зменшення витрат електроенергії при концентруванні біологічних і харчових продуктів; - запобігання забруднення і псування концентруємого продукту при випадковому попаданні холодильного агента в систему циркуляції продукту. Це досягається поліпшенням умов теплообміну при концентруванні продукту. Для цього в пропонованій установці на корпус випарного апарата навитий протиструминний теплообмінник типу "труба в тр убі", а між протистру-минним теплообмінником і конденсатором теплохолодильної машини утворений додатковий контур циркуляції води з циркуляційним насосом і повітряним охолоджувачем. У прототипі концентруємий продукт перед подачею у випарний апарат підігрівається в конденсаторі теплохолодильної машини, що може привести до забруднення і псування продукту у випадку влучення в нього холодильного агента через високу плинність останнього. У пропонованій установці концентруємий продукт перед подачею у випарний апарат підігрівається водою в протиструминному теплообміннику, навитому на корпус випарного апарата. Це дозволяє не тільки надійно відокремити концентруємий продукт від агресивного по своїх властивостях холодильного агента, але і зберегти високе значення коефіцієнта теплопередачі в конденсаторі теплохолодильної машини протягом усього процесу концентрування продукту, тому що о холодження продукту здійснюється водою, яка має незмінну в'язкість. У прототипі коефіцієнт теплопередачі в конденсаторі теплохолодиль-ної машини в процесі концентрування знижується через підвищення в'язкості концентруємого продукту, яким прохолоджується конденсатор. Це веде до збільшення енерговитрат. У пропонованій установці утворений додатковий контур циркуляції води між конденсатором теплохолодильної машини і протиструминним теплообмінником «труба в трубі», що дозволяє забезпечити високий коефіцієнт теплопередачі в конденсаторі теплохолодильної машини. У цьому випадку конденсатор теплохолодильної машини . охолоджується водою, яка має постійну в'язкість, з допомогою циркуляційного насосу. Крім того, у запропонованій установці в систему охолодження конденсатора теплохолодильної машини введений повітряний охолоджувач води, що по конструкції простіше і дешевше у виго товленні, ніж додатковий конденсатор холодильного агента прототипу. Схема запропонованої установки приведена на фіг.1 Установка складається з випарного апарата, що включає корпус 1, у якому розміщені: стакан 2, краплеуловлювач 3, конденсатор водяної пари 4, що розташований у верхній частині зазору між корпусом 1 і стаканом 2. На зовнішню поверхню корпуса 1 навитий протиструминний теплообмінник "труба в тр убі" 5, а до верхньої частини корпуса 1 приєднаний вакуум-насос 6. До конденсатора водяної пари 4 приєднаний трубопровід холодильного агента з дросельним пристроєм 7, а до стакану 2 приєднаний трубопровід концентруємого продукту з дросельним пристроєм 8. Нижня частина зазору між корпусом 1 і стаканом 2 є збірником конденсату 9, постачений покажчиком рівня конденсату 10 і вентилем 11 для видалення конденсату. На трубопроводі подачі концентруємого продукту в теплообмінник 5 встановлений насос 12 концентруємого продукту , запірний вентиль 13, а на трубопроводі випуску сконцентрованого продукту запірний вентиль 14. До стакану 2 приєднаний трубопровід заповнення установки кон-центруємим продуктом із запірним вентилем 15. Установка також містить контур циркуляції холодильного агента з компресором 16, конденсатором 17 теплохолодильної машини і контур циркуляції води з циркуляційним насосом 18 і повітряним охолоджувачем води 19. Пропонована установка працює таким чином: Необхідну кількість концентруємого продукту при відкритому вентилі 15 завантажують у нижню частину стакана 2. При цьому відкритий запірний вентиль 13, а дросельний пристрій 8 і вентиль 14 закриті. Після завантаження необхідної кількості концентруємого продукту вентиль 15 закривають. За допомогою вакуум-насоса 6 відкачують повітря з корпуса 1 випарного апарата. По досягненні у випарному апараті тиску, що відповідає температурі конденсації водяної пари (10...20) °С, вмикають: водяний циркуляційний насос 18, повітряний охолоджувач циркулюючої води 19 і компресор 16 теплохолодильної машини. Пара холодильного агента після компресора 16 надходить у конденсатор 17 теплохолодильної машини, де вона охолоджується і конденсується. Рідкий холодильний агент після конденсатора 17 теплохолодильної машини дроселюється в дросельному пристрої 7, після чого надходить у конденсатор водяної пари 4, який одночасно є випарником теплохолодильної машини. У ньому відбувається кипіння холодильного агента за рахунок теплоти конденсації водяної пари на його зовнішній поверхні. Пара холодильного агента відсмоктується компресором 16 і цикл повторюється. Вода, що циркулює між конденсатором, 17 теплохолодильної машини і протиструминним теплообмінником 5, нагрівається в конденсаторі 17 за рахунок теплоти конденсації холодильного агента, а потім охолоджується в теплообміннику 5, підігріваючи концентруємий продукт перед подачею у випарний апарат. Остаточне охолодження циркулюючої води перед надходженням її в конденсатор 17 теплохолодильної машини відбувається в повітряному охолоджувачі 19. Концентруємий продукт насосом 12 забирається з нижньої частини стакану 2 і через відкритий вентиль 13 подається в протиструминний теплообмінник 5, де за рахунок води, попередньо підігрітої в конденсаторі 17 теплохолодильної машини, продукт підігрівається і далі через дросельний пристрій 8 надходить у випарний апарат. При цьому у випарному апараті відбувається самозакипання концентруємого продукту у вакуумі за рахунок теплоти, отриманої ним у теплообміннику 5. Водяна пара, яка утворилася у випарному апараті, конденсується на зовнішній поверхні конденсатора водяної пари 4, і конденсат, що утворився, стікає в збірник конденсату 9. Продукт зі збільшеною концентрацією збирається в нижній частині стакану 2, звідки насосом 12 направляється в протиструминний теплообмінник 5 і цикл концентрування продукту повторюється. Контроль накопичення конденсату здійснюється за допомогою покажчика рівня конденсату 10. Після досягнення необхідної концентрації продукту вимикають компресор 16 теплохолодильної машини, водяний циркуляційний насос 12 і повітряний охолоджувач циркулюючої води 19. При видаленні сконцентрованого продукту відкривають вентиль 15 для зниження вакуум у в апараті, закривають запірний вентиль 13 і насосом концентруємого продукту 12 при відкритому запірному вентилі 14, встановленому на трубопроводі випуску, сконцентрований продукт видаляють з випарної установки. По закінченні роботи конденсат, що зібрався в збірнику конденсату 9, видаляють за допомогою вентиля 11. Джерела інформації: 1. Патент UA № 54216А 7 B01D 1/26, 1/28. Опубл. 17.02.2003, Бюл. № 2, 2003. 2. Заявка UA № 20040503480 від 11.05.2004 (рішення про видачу патенту на винахід по заявці від 17.08.2005) - прототип.