Расчет вакуумвипарнои установки

РОБОТА№9

Изучение процесса вакуумвипаривания.

Цель работы: 1.Изучить процесс вакуум выпаривания жидких продуктов с

целью концентрации сухих веществ;

2.Изучить устройство и принцип действия аппаратов для вакуумвыпаривания;

3. По заданным параметрам процесса: концентрации сухих веществ сырого продукта а%, концентрации сухих веществ готового продукта b,%, разрежения в аппарате, Р_ап, Па рассчитать количество готового продукта, расхода

охлаждающей воды, мощность установки и КПД.

Основные теоретические положения процесса выпаривания

Процессом выпаривания называется процесс концентрации сухих веществ в жидких продуктах путем удаления влаги при температуре кипения ниже 100 ° С (45-50 ° С) с целью сохранения витаминной группы.

Снижение температуры кипения ниже 100 ° С достигается путем

снижения давления в аппарате ниже атмосферного (вакуум). Способом вакуум выпаривания получают пасты, сиропы, концентрированные супы, соусы, приобретающих высокую питательную ценность.

При кипении пузырек пара, вырываясь на поверхность через пленку

натяжения жидкости, разрывает ее на части, из которых выходят мелкие

капельки продукта, несутся струей полученной пары (влажный пар). Чем

интенсивнее кипения, тем больше капелек попадает в пар, что приводит к потере продукта.

С целью сохранения капелек продукта, пар в аппарате необходимо осушать. Для этого в аппарате предусмотрены сухопарник и циклон (центробежное отделение капелек жидкости). В сухопарнике (крупный сосуд с большим диаметром) пар медленно поднимается вверх. За время пребывания в сухопарнике капельки продукта под действием кулонов сил притягиваются друг к другу сливаются в более крупные капли и за счет потери парусности F_Ч / m_Ч падают вниз. Мелкие частицы, не успевшие осесть в сухопарнике, поступают в циклон, установленный в конце конусной крышки, в которой за счет сужения проходного сечения резко повышается скорость пара. Струя влажного пара, попадая в циклон, приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы капельки продукта прижимаются к стенке циклона, образуя пленку, которая под действием силы тяжести стекает обратно в рабочую камеру.

Процессы, происходящие в вакуум выпарном аппарате:

а) передача теплоты от ТЭНа к воде парогенератора;

б) кипение воды в парогенераторе и заполнение паром свободного пространства парогенератора (паровой рубашки);

в) конденсация пара на стенке рабочей камеры с последующим возвращением конденсата в парогенератор (мягкий обогрев);

г) передача теплоты стенок рабочей камеры к продукту, за счет чего происходит его кипения (переход свободной влаги в соковый пар - выпаривание) и повышение концентрации сухих веществ;

д) осушение пара от капелек продукта;

е) распыление охлаждающей воды на капли на перфорированных полочках (увеличение поверхности контакта), установленных друг над другом, за счет чего увеличивается время свободного падения капли;

ж) конденсация сокового пара на поверхности капелек, за счет чего соковый пар превращается в жидкость, одновременно увеличивается объем

капельки и происходит ее нагрев.

Описание стенда

В рабочую камеру 10 (рисунок 9.1) загружается сырой продукт. Во избежание пригорания продукта рабочая камера установлена в паровую полость парогенератора 1 (паровая баня). Парогенератор представляет собой цилиндрическую емкость, на верхней крышке которой приварен фланец,

через который крепится рабочая камера и сухопарник 13. В нижней части

парогенератора установлен горизонтальный ТЭН (трубчатый электронагреватель) 2. парогенератор заполняется водой 6 через воронку 5,

чтобы уровень воды был на20 мм выше поверхности мокрого ТЭНа. Контроль уровня воды осуществляется краном 8. Для удаления воды из парогенератора на его днище установлен кран 3. Давление пара в паровой полости парогенератора, контролируется электроконтактным манометром 9, который отключает ТЭН при достижении давления верхнего предела рабочего диапазона (около 150 кПа) и включает его при падении давления до нижнего предела рабочего диапазона (около 120 кПа). В случае поломки электроконтактного манометра парогенератор снабжен двойным предохранительным клапаном 7, состоящий из верхнего и нижнего клапанов.

Верхний клапан предназначен для сброса из парогенератора лишнего

пара при повышении давления выше значение установленной величины.

Клапан поднимается вверх и струя пара через горизонтальные окна выходит

в окружающую среду.

Нижний клапан предназначен для впуска воздуха в парогенератор. При

окончании работы ТЭН отключают, пар, находящийся в паровой полости,

превращается в конденсат (воду) при этом объем конденсата по сравнению с

паром уменьшится в 1725 раз. В аппарате создается вакуум. Под действием

атмосферного давления нижний клапан поднимается вверх, и воздух

заполняет пустоту в парогенераторе. Давление в середине и снаружи

аппарата становится одинаковым. При кипении продукта влажный пар поднимается вверх и попадает в сухопарник.

Назначение сухопарника осушить влажный пар. Осушение происходит

следующим образом: пар с небольшой скоростью поднимается вверх.

Капельки продукта под действием кулонов силы

притягиваются друг к другу, превращаются в крупные капли, падающие обратно в варочный сосуд.

Рисунок 9.1. - Схема экспериментального стенда для изучения процесса

вакуум выпаривания: 1 - паровая полость парогенератора; 2 - ТЭН; 3 - кран 4

- трубка; 5 - воронка; 6 - слой воды; 7 - двойной предохранительный клапан;

8 - кран уровня; 9 - электроконтактный манометр; 10 - рабочая камера; 13 -

сухопарник; 14 - смотровое окно; 15 - подсветка; 16 - вакуумметр; 17 - кран

18 - крышка; 19 - циклон; 20 - трубопровод соковой пары; 21 - конденсатор;

22 - крышка; 23 - днище; 24 - полочки; 25 - кран подачи воды; 27 - цилиндр;

28 - фланец; 29 - клапан; 30 - патрубок; 31 - поршень; 32 - шток; 33 -

крейцкопф; 34 - эксцентрик; 35 - редуктор; 36 - электродвигатель.

Сухопарник, закрепленный на рабочей камере, представляет собой вертикальный цилиндр, верхняя часть которого с помощью фланца соединен с крышкой 18. В нижней части сухопарника установлено смотровое окно 14 и подсветки 15, позволяющие следить за интенсивностью кипения и окончанием процесса по уровню готового продукта . В верхней части установлен вакуумметр 16 для контроля давления в аппарате.

Для снятия вакуума (впуск воздуха в аппарат) предусмотрено кран 17.

Крышка 18 должна иметь конусную или грушевидную форму, чтобы за

счет сужения сечения резко увеличить скорость пара (до 100 м / с). Крышка

заканчивается центробежным сепаратором пара 19 (циклон). Назначение

сепаратора добавить струе пара вращательное движение. Под действием

центробежной силы капельки продукта, содержащиеся в паре, прижимаются

к стенке и стекают в варочный сосуд.

Из сепаратора пар поступает в трубопровод сокового пара 20, который направляет его в прямоточный водяной конденсатор 21.

Водяной конденсатор состоит из вертикального цилиндрического корпуса

22 с крышкой и днищем 23.

Внутри конденсатора расположен набор перфорированных полок,

назначение которых, дробить поток жидкости на капли (эффект душевой

насадки) и замедлять скорость падения капли. Полочки при падении капли не

дают разогнаться до скорости свободного падения. Сверху на крышке установлен кран подачи охлаждающей воды 25.

Струя воды, попадая на верхнюю полку, измельчается на мелкие капли,

падающие на нижнюю полку, где процесс повторяется. Пар, двигаясь вниз,

омывает капли воды и конденсируется. В днище установлен трубопровод 19

соединенный с клапанной коробкой мокро-воздушного насоса 31. Поршень

насоса при движении влево засасывает воду и газы, не конденсируются, а

при движении вправо через патрубок 30, эта смесь выталкивается в

канализацию. Поршневой насос состоит из цилиндра 27 поршня 31 штока 32,

крейцкопфа 33, эксцентрика 34, редуктора 35, электродвигателя 36.

Расчет вакуумвипарнои установки

Исходные данные:

В рабочую камеру диаметром d_p = 175 мми высотой Н_р= 200 мм заливается V = 4,5 дм³ томатного сока с содержанием сухих веществ а =8%. Для получения томатной пасты необходимо впарить сок до конечной концентрации готового продукта b = 75%. Время цикла 1 час. Температура охлаждающей воды t = 10 ° С. Содержание сухих веществ а,% и b,% могут быть заданы преподавателем.

Необходимо рассчитать:

Количество затраченной энергии Q на процесс при КПД =0,65;

количество выпаренной влаги ΔW; расход охлаждающей воды в

конденсаторе W при разнице температур 10 ° С; определить конечный

уровень готового продукта в рабочей камере по окончании работы аппарата

h, мм.

Уравнение теплового баланса аппарата

кДж/час