Установка концентрування харчових продуктів і біологічних препаратів

Установка концентрування харчових продуктів і біологічних препаратів, що містить випарний апарат, підігрівник продукту, що концентрується, конденсатор водяної пари, вакуум-насос, насос перекачування продукту, що концентрується, і сполучні трубопроводи, яка відрізняється тим, що випарний апарат являє собою ємкість, нижня частина якої є збірником продукту, що концентрується, а верхня частина оснащена краплеуловлювачем, насос перекачування продукту, що концентрується, встановлений на трубопроводі між виходом з випарного апарата і входом у підігрівник, а трубопровід подачі продукту, що концентрується, з підігрівника у випарний апарат оснащений дросельним пристроєм, причому як підігрівник продукту, що концентрується, використовується конденсатор тепло-холодильної машини, а як конденсатор водяної пари використовується випарник тепло-холодильної машини Винахід відноситься до технологічного устаткування, що призначено для концентрування харчових продуктів і біологічних препаратів, і може бути використано, наприклад, при концентруванні біологічних препаратів для захисту рослин від ШКІДНИКІВ І збудників хвороб, стимуляторів росту рослин і мікробних добрив ВІДОМІ однокорпусні і багатокорпусні вакуумвипарні установки, у яких випарювання під вакуумом дозволяє знизити температуру кипіння розчину, і які використовуються для випарювання чуттєвих до високої температури розчинів органічних і біологічних речовин У звичайних однокорпусних апаратах теплота пари, що гріє, використовується однократно, а теплота вторинної пари звичайно не використовується чи використовується поза апаратом У багатокорпусних апаратах реалізується багаторазове використання вторинної пари, що утворюється в кожному попередньому корпусі, для підігріву наступного корпуса При цьому свіжою парою, що гріє, обігрівається тільки перший корпус, а вторинна пара з останнього корпуса направляється в конденсатор, чи використовується поза установкою Таким чином, у багатокорпусних випарних установках здійснюється багаторазове використання того самого тепла, що віддається гріючею парою у першому корпусі Це дозволяє заощаджувати значну КІЛЬКІСТЬ споживаної свіжої пари Однак, такі апарати громіздкі і складні в експлуатації, їх вигідно застосовувати у виробництвах великої потужності, наприклад у цукровому виробництві Однокорпусні вакуум-випарні установки застосовуються в невеликих, виробництвах, до яких відноситься мікробіологічна промисловість Багаторазове використання теплоти можливо й в однокорпусних випарних установках, якщо зжати вторинну пару за допомогою компресора, чи пароструйного інжектора до тиску, що дозволяє використовувати цю пару для обігріву того ж апарата, де ця пара утворилася [1] При цьому установка здорожується на вартість турбокомпресора, і збільшуються витрати енергії на приведення турбокомпресора в дію Установки з інжектором застосовуються для випарювання розчинів з низькою температурною депресією і високим тиском вторинної пари Зі зменшенням тиску вторинної пари збільшується адіабатичний перепад теплоти при стисненні і ВІДПОВІДНО зменшується коефіцієнт інжекції При цьому витрата пари, що гріє, збільшується, і використання випарних установок з паровим інжектором стає нераціональним [2] За прототип обрана однокорпусна випарна установка, яка застосовується в промисловості (О ю 54216 частина якої використовується як збірник продукту, для випарювання щодо невеликої КІЛЬКОСТІ ВОЛОГИ який концентрується, а верхня постачена краплеІЗ значними енерговитратами [3] уловлювачем, Установка містить ємність з розчином концен- випарник тепло-холодильної машини викоритруємого продукту, насос перекачування концентстовується як конденсатор водяної пари, що відруємого продукту, теплообмінник - підігрівник конводиться від продукту, який концентрується, а її центруємого продукту, випарний апарат з конденсатор - як підігрівник продукту, який конценкип'ятильними трубами і краплеуловлювачем, батрується, рометричний конденсатор водяної пари з пасткою, барометричною трубою і барометричною шухля- насос перекачування концентруемого продудою, насос перекачування готового (сконцентрокту встановлений на трубопроводі, що з'єднує виваного) продукту і вакуум-насос хід концентруемого продукту з випарного апарата і вхід концентруемого продукту в підігрівник, а труРозчин концентруемого продукту з ємності набопровід подачі концентруемого продукту з підігрігнітається насосом перекачування концентруемого вника у випарний апарат постачений дросельним продукту в теплообмінник-підігрівник, де нагрівапристроєм ється до кипіння і надходить у випарний апарат з кип'ятильними трубами для випарювання ТемпеВ запропонованому винаході це вирішується ратура, що необхідна для підтримки процесу виза рахунок застосування тепло-холодильної мапарювання, забезпечується підведенням водяної шини, а саме пари, що гріє, до теплообмінника-підігрівника і ви- випарник холодильного агента використаний парного апарата Вторинна пара, що утворилася у для конденсації водяної пари, що утворилась при випарному апараті, разом з повітрям через крапзгущенні продукту, який концентрується, а конденлеуловлювач направляється в конденсатор водясатор холодильного агента використаний для підіної пари, де пара конденсується на поверхні води, гріву продукту, який концентрується, перед його подаваної в конденсатор, а повітря і гази через подальшим надходженням у випарний апарат Це пастку відкачуються вакуумним насосом Теплота дозволяє виключити втрати тепла, що мають місце конденсації вторинної пари передається холодній в прототипі Втрати тепла в прототипі відбувають(барометричній) воді, що проходить через конденся при ВІДВОДІ гарячого конденсату з теплообмінсатор водяної пари, нагрівається і разом з конденника-підігрівника і випарного апарата, а також при сатом, що утворився, відводиться через барометвідведенні підігрітої за рахунок конденсації вторичну трубу в барометричну шухляду з наступним ринної водяної пари охолоджувальної води з бавідводом з установки Згущений до потрібної конрометричного конденсатора центрації продукт відкачується насосом перекачуУ запропонованій установці теплота, що відвання сконцентрованого продукту дана холодоагенту при конденсації водяної пари у випарнику тепло-холодильної машини, не губитьДо недоліків установки-прототипу слід віднесся, а практично в тій же КІЛЬКОСТІ переноситься ти холодоагентом до продукту, який концентрується, - значну витрату енергії на підігрів і випарюв конденсаторі холодоагенту - підігрівнику конценвання продукту, який концентрується (використантруємого продукту На це витрачається тільки меня пари високого тиску), ханічна робота компресора тепло-холодильної - значну витрату води для охолодження і конмашини денсації водяної пари у барометричному конденсаторі, як у випадку зливу підігрітої води в каналіУ прототипі підігрів концентруемого продукту в зацію, так і у випадку використання оборотного теплообміннику й у випарному апараті, відбуваводопостачання, що веде до додаткових енергеється гострою парою і вимагає великих витрат тичних і капітальних витрат, енергії Причому, для одержання гострої пари необхідно використовувати парові котли з тиском не - неможливість зниження температури випаменш б атмосфер Відомо, що котли мають дуже рювання концентруемого продукту нижче ЗО низький коефіцієнт корисної дії (ЗО 50)% В за35°С для забезпечення зберігання токсинів і живих пропонованій установці продукт, які концентруєтьклітин у продукті, що випарюється ся, підігрівається до необхідної температури за Завданням, на розв'язання якого спрямовано рахунок теплоти конденсації холодильного агента запропонований винахід, є в підігрівнику - конденсаторі тепло-холодильної - збереження вітамінів і ферментів у рідинних машини При цьому непотрібно використання охохарчових продуктах при їхньому концентруванні, лоджувальної води як прямоточної, так і зворотзбереження екзо- і ендотоксинів, живих кліток і ної, а ВІДПОВІДНО і пристроїв, які це забезпечують, патогенів у товарних формах мікробюпрепаратів що істотно підвищує економічність установки при їхньому концентруванні, - зменшення витрат енергії на підігрів і випаУ прототипі концентруємий продукт кипить у рювання продукту в процесі його концентрування, кип'ятильних трубах випарного апарата, які обігріваються гострою парою при досить високій темпе- зменшення експлуатаційних витрат на роборатурі (значно вище 40°С), що неприйнятне у виту установки і зниження собівартості продукції, падках концентрування рідких харчових продуктів і - зниження температури випарювання конценмікробних препаратів, температура яких у процесі труємого продукту і виключення гострої пари й випарювання не повинна перевищувати 40°С Заохолодженої води з технологічного процесу, а табезпечити ж зниження температури випарювання кож спрощення конструкції випарної установки в прототипі неможливо, тому що не забезпечуєтьЦе досягається тим, що в запропонованій ся необхідний вакуум установці - випарний апарат являє собою ємність, нижня У запропонованій установці, випарний апарат 54216 вному на привід компресора тепло-холодильної машини і насоса перекачування концентруемого продукту Запропонована установка забезпечує концентрування рідких продуктів при температурах 10 35°С, що сприяє зберіганню вітамінів, ферментів, живих клітин і токсинів у біопрепаратах, вимагає малої витрати енергії для здійснення процесу концентрування харчових і бюпродуктов, дозволяє створити більш глибокий вакуум, який забезпечує кипіння концентруемого продукту при температурі 10 35°С, виключити з технологічної схеми пар високого тиску для нагрівання продукту й охолоджувальну воду для конденсації водяної пари Схема запропонованої установки надана на фіг Установка складається з випарного апарата 1, оснащеного краплеуловлювачем 2, і з'єднаного з ним через трубопровід 3 конденсатора водяної пари 4, вакуум-насоса 5 Конденсатор водяної пари 4 через компресор б з'єднаний з підігрівником 7 - конденсатором тепло-холодильної машини На трубопроводі 8, що з'єднує нижню частину випарного апарата 1, яка служить збірником концентруНеобхідно також підкреслити, що в прототипі ємого продукту, із входом у підігрівник 7, встановступінь упарювання розчину за один прохід через лено насос 9 Дросельний пристрій 10 кип'ятильні труби складно регулювати, оскільки це встановлено на трубопроводі 11, що з'єднує вихід залежить від точності підтримки багатьох парамеконцентруемого продукту з підігрівника 7 з випартрів (КІЛЬКОСТІ І температури пари, яка гріє, темпеним апаратом 1 Заповнення випарного апарата 1 ратури охолоджувальної води в барометричному концентруємим продуктом здійснюють через запіконденсаторі і ступені вакуумування) Величина рний вентиль 12, а випуск сконцентрованого провакууму визначається висотою гідростатичного дукту здійснюють через запірний вентиль 13 Підістовпа барометричної труби Більш низький вакугрівник 7 - конденсатор тепло-холодильної ум для зниження температури випарювання ствомашини, з'єднаний по лінії холодильного агента з рити неможливо, тому що при збільшенні продукдодатковим повітряним конденсатором 14, який тивності вакуум-насоса барометрична труба оснащено вентилятором 13 і зв'язаний з конденсаперестає утримувати вакуум У запропонованій тором водяної пари 4 - випарником теплоустановці ступінь упарювання ко н центруемого холодильної машини трубопроводом 16, який продукту може регулюватися за допомогою дрооснащено дросельним вентилем 17 Конденсат, сельного пристрою КІЛЬКІСТЮ концентруемого проякий нагромадився в конденсаторі водяної пари 4, дукту, який впорскується у випарний апарат, і кравидаляють за допомогою запірного вентиля 18 тністю циркуляції концентруемого продукту через Пропонована установка працює слідуючим чином підігрівник і дросельний пристрій не має кип'ятильних труб, що спрощує його конструкцію й обслуговування, а концентруємий продукт підігрівається до необхідної температури у конденсаторі тепло-холодильної машини - підігрівнику концентруемого продукту за рахунок теплоти конденсації холодильного агента За допомогою дросельного пристрою, який установлено між виходом з підігрівника і випарним апаратом, підігрітий у підігрівнику концентруємий продукт дроселюється до тиску у випарному апараті і впорскується в паровий простір випарного апарата При цьому відбувається самоскипання концентруемого продукту і температура його знижується до температури кипіння, що відповідає тиску у випарному апараті Таким чином, випаровування концентруемого продукту в запропонованій установці відбувається з поверхні дрібнодисперсної структури за рахунок и вибуху у вакуумі У прототипі ж випаровування відбувається із шару рідини, що знаходиться на внутрішній поверхні кип'ятильної труби через шар стікаючого продукту, що утрудняє випаровування і знижує його інтенсивність В установці-прототипі діють крім вакуумнасоса два насоси перекачування концентруемого продукту У запропонованій установці працює тільки один насос і, таким чином, витрачається ВДВІЧІ менш енергії на перекачування концентруемого продукту У прототипі вакуум-насос повинен працювати безупинно, інакше не можна досягти необхідного вакууму через наявність у вакуумуємом об'ємі води, на якій конденсується пара, і підсмоктування повітря через численні з'єднання трубопроводів і апаратів установки (близько 12) У запропонованій установці вакуум-насос використовується для створення початкового вакууму в паровій області випарника тепло-холодильної машини і з'єднаного з ним випарного апарату, після чого він не використовується Надалі вакуум підтримується за рахунок конденсації вторинної водяної пари в конденсаторі водяної пари - випарнику теплохолодильної машини Таким чином, сумарні витрати енергії, необхідні для роботи запропонованої установки, значно менші, ніж при роботі установки-прототипу Це обумовлено тим, що енергія витрачається, в осно Необхідну КІЛЬКІСТЬ концентруемого продукту завантажують у нижню частину випарного апарата 1 через запірний вентиль 12 За допомогою вакуум-насоса 5 відкачують повітря з конденсатора водяної пари 4 і з'єднаного з ним випарного апарата 1 По досягненні тиску, що відповідає температурі конденсації пари (10 20)°С, вмикають компресор 6 тепло-холодильної машини і вентилятор 15 додаткового конденсатора 14 Після зниження температури в конденсаторі водяної пари 4 - випарнику тепло-холодильної машини до (10 20)°С включають насос перекачування концентруемого продукту 9 Концентруємий продукт із випарного апарата 1 насосом перекачування концентруемого продукту 9 подають у підігрівник 7, де він нагрівається до температури ЗО 35°С Нагрітий концентруємий продукт за допомогою дросельного пристрою 10, дроселюється до тиску, який дорівнює тиску у випарному апараті 1, і впорскується в його паровий простір нижче краплеуловлювача 2, утворюючи дрібнодисперсний смолоскип і відбувається самозакипання подаваного концентруемого продукту В наслідок цього з нього випарюється частина вологи, і пара, яка утворилася, через краплеулов 54216 лювач 2 надходить у конденсатор 4 - випарник тепло-холодильної машини, де конденсується за рахунок відводу теплоти до киплячого холодильного агенту Водяний конденсат, який утворюється, збирається в нижній частині конденсатора 4 і при необхідності може бути випущено через запірний вентиль 18, а пара холодильного агента компресором б нагнітається в конденсатор теплохолодильної машини - підігрівник концентруемого продукту 7, де конденсується, віддаючи теплоту продукту, який концентрується При цьому холодоагент, що не сконденсувався, конденсується в додатковому повітряному конденсаторі 14, який оснащено вентилятором 15 Далі рідкий холодильний агент за допомогою дросельного вентиля 17, який встановлено на трубопроводі 16, дроселюється до тиску, рівного тиску холодоагенту, що кипить у випарнику тепло-холодильної машини конденсаторі водяної пари 4, і подається в конденсатор 4, де він відбирає теплоту від водяної пари, яка конденсується Таким чином, одержуємо замкнутий енергозберігаючий цикл роботи пропонованої установки По досягненні необхідного ступеню концентрації продукту, який знаходиться у випарному апараті 1, зупиняють компресор тепло-холодильної машини 6 і вентилятор 15 додаткового конденсатора 14, а готовий продукт видаляють за допомогою насоса перекачування концентруемого продукту 9, для чого закривають дросельний вентиль 10 і відкривають запірний вентиль 13 зливу сконцентрованого продукту Водяной конденсат з випарника 4 тепло-холодильної машини по необхідності видаляють, відкриваючи запірний вентиль 18 Приклад порівняльної оцінки енергетичних характеристик пропонованої установки концентрування харчових продуктів і біологічних препаратів продуктивністю G = 75кг/годину по вихідному продукту й установки - прототипу такої ж продуктивності Розрахунок виконаний по літературі [4] Приймаємо, що концентруємий продукт має первісний зміст вологи 4і - 95% і кінцевий и зміст %2 = 50% Годинна КІЛЬКІСТЬ випареної вологи з продукту G B m = G (5і - %і) = 75 (95 - 50) = 33,75кг/годину Необхідна потужність установки для випарювання вологи в КІЛЬКОСТІ G B m при температурі випарювання 20°С в будь-якій установці складе Оонетто = G B m г20 / 3600 = 33,75 2454 / 3600 = 23,0кВт тут - Г о - схована теплота випару води при 2 температурі 20°С В установці - прототипі витрати енергії на випарювання складають - на підігрів у підігрівнику і випарювання у випарному апараті з урахуванням втрат 15% - у теплообмінниках і 50% - у генераторі пари складає, не менш, квт 46,0 - КІЛЬКІСТЬ води, необхідної для відводу теплоти від водяної пари, яка скондесувалася (33,75кг/годину) у барометричному конденсаторі, дорівнює GB = 11412кг/годину, - енергія для охолодження цієї КІЛЬКОСТІ води, кВт 26,45 8 - енергія, затрачувана на роботу 2х насосів концентруемого продукту потужністю по 0,5, кВт 1,0 - робота вакуум-насоса, кВт 2,0 Разом 75,45кВт У запропонованій установці для випарювання вологи у такій КІЛЬКОСТІ G B m - 33,75кг/годину з урахуванням втрат 15% теплоти в теплообмінному апараті використовується тепло-холодильна машина марки ТХУ-24-4-0 (холодильною потужністю 26,87кВт) Ця КІЛЬКІСТЬ теплоти відбирається холодоагентом від пари кон центруемого продукту, яка конденсується у випарнику тепло-холодильної установки Ця ж КІЛЬКІСТЬ теплоти повертається до концентруемого продукту, коли він нагрівається холодоагентом у конденсаторі тепло-холодильної машини, доводячи його температуру до вихідного рівня Ці процеси переносу теплоти здійснюються за допомогою компресора тепло-холодильної установки, що витрачає на них 9,76кВт Теплова потужність (QK), ЩО ВІДВОДИТЬСЯ В основному конденсаторі тепло-холодильної машини і додатковому повітряному конденсаторі з обліком 15% тепловтрат у навколишнє середовище QK = (1 - 0,15) (Q o + Ne) = 0,85 (26,87 + 9,76) = 31,13кВт При цьому в замкнутому циклі роботи теплохолодильної машини, теплота 26,87квт відбирається у випарнику тепло-холодильної машини і повертається в конденсаторі тепло-холодильної машини, а на додатковий конденсатор залишається Qflofl = 31,13-26,87= 4,26квт Таким чином, у запропонованій установці витрати енергії складуть - на роботу самого компресора, кВт 9,76 - на привід вентилятора додаткового конденсатора, у якому приділяється додаткова теплова потужність (Одод), що еквівалентна роботі компресора, кВт 4,26 - на роботу одного насоса для перекачування концентруемого продукту, кВт 0,5 - на роботу вакуум-насоса перед початком роботи компресора на кожен кг пари, що сконцентрована, кВт 0,06 Разом 14,58кВт Як можна бачити з приведених розрахунків, пропонована установка споживає приблизно в 5 разів менш енергії, не вимагає витрат первинної пари й охолоджувальної води ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1 Плановский А Н , Николаев П И Процессы и апарати химической технологии - М Химия, 1987 -496с 2 Кавецкий Т Д , Королев А В Процессы и аппараты пищевых прозводств - М "Агропромиздат", 1991 3 Стабликов В Н , Баранцев В И Процессы и аппараты пищевых производств М , "Пищевая промышленность", 1974, 360с 4 Лебедев П Д Теплообменные, сушильные и холодильные установки - М Энергия, 1972, 320с 54216 Фіг. ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 10