АГРОИНЖЕНЕРНАЯ СЕКЦИЯ
УДК 664.85.002.5
РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ НАСТОЕВ ПЛОДОВО-ЯГОДНОГО СЫРЬЯ
Ащеулов А.С., Кобзев Ю.Н., Зайцева Е.А.
Научный руководитель: Бакин И. А., д. т. н., профессор
ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», г. Кемерово
В настоящее время перед производителями пищевой продукции стоит главная задача – получение качественного, здорового и полезного продукта. Благодаря таким продуктам происходит оздоровление и улучшение качества жизни людей. Для достижения этой цели необходимо качественное сырье. С целью уменьшения объемов хранения плодовых и овощных жидких полуфабрикатов, а также для получения готового консервированного продукта на предприятиях агропромышленного комплекса используется процесс концентрирования, сущность которого заключается в повышении концентрации растворенных веществ за счет удаления растворителя. При этом сохраняются наиболее полно исходные свойства продукта, увеличивается их устойчивость при хранении, сокращаются расходы на хранение и транспортирование. Процесс концентрирования является одним из основных при производстве сгущенных плодовых соков, томатной пасты, варенья, повидла и других продуктов.
Существует множество различных способов концентрирования, но наиболее эффективным, качественным и наименее энергозатратным способом концентрирования является проведение процесса в тонкой пленке. Под пленочным течением обычно подразумевается движение тонкого слоя жидкости вдоль твердой стенки. При обработке в тонком слое температура кипения жидкости постоянна, так как отсутствуют перепады давления по высоте слоя, а следовательно, и температурные потери на гидростатическое сжатие, что особенно важно при обработке в выпарных установках термолабильных растворов.
Процесс образования пленки достаточно просто реализуется в роторных аппаратах, в которых распределение жидкости по поверхности теплообмена обеспечивается специальными устройствами. В таких аппаратах можно обрабатывать недостаточно чистые жидкости и проводить упаривание до сухого остатка. Роторно-пленочные испарители используются для упаривания термически нестойких продуктов также в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Роторно-пленочные аппараты достаточно широко распространены в различных отраслях пищевой промышленности. Их преимущество в том, что они практически не создают гидравлического сопротивления при движении в них пара, что весьма существенно при работе в условиях вакуума.
На кафедре «Процессов и аппаратов пищевой промышленности» Кемеровского технологического института пищевой промышленности были проведены исследования различных конструкций роторно-пленочных выпарных аппаратов. В ходе опытно-промышленных испытаний выявлены следующие проблемы:
в большинстве конструкций затруднен вывод паров растворителя из аппарата;
при частоте вращения ротора менее заданной, наблюдается неравномерное распределение продукта по рабочей поверхности корпуса, а при превышении критической – происходит срыв тонкой пленки.
Решение первой проблемы предложено за счет улучшения условий турбулизации процесса выпаривания и концентрирования. Изменяя форму лопастей ротора, создаются дополнительные завихрения за лопастью, благодаря чему увеличивается скорость движения вторичных паров, что благоприятствует его выходу на конденсацию.
Изменяя формы лопастей ротора создается более равномерная пленка на стенках корпуса, за счет этого происходит полное прогревание всего раствора, и ускоряется процесс выпаривания легколетучего растворителя.
Вторая проблема связана с тем, что в большинстве роторно-пленочных аппаратов исходный раствор подается на внутреннюю стенку корпуса, в связи с чем на двух верхних рядах лопастей ротора не происходит процесс выпаривания легколетучих фракций растворителя.
Для решения этого предложено освободить верхние лопасти от функции распределения раствора. С этой целью установлен распределитель исходного раствора, а также подающий патрубок. За счет этих конструктивных решений исходный раствор через подающий патрубок поступает на распределитель, а затем благодаря центробежной силе равномерно разбрызгивается по стенкам аппарата и стекает вниз к лопастям. В этом случае первые ряды уже непосредственно участвуют в процессе концентрирования. Благодаря тарельчатому распределителю происходит равномерное распределение исходного раствора на первой ступени.
Таким образом, благодаря установке на валу ротора устройства для разбрызгивания, исходный раствор при его вводе в корпус под действием центробежных сил равномерно распределяется в виде движущейся пленки по всей греющей поверхности корпуса. Благодаря дополнительной турбулизации раствора более интенсивно протекают процессы нагрева и выпаривания, а движение пленки раствора становится более стабильным.
Кроме того, за счет отвода вторичных паров в верхней части аппарата создается противоточное движение потоков исходного раствора и вторичного пара. Исходный раствор на входе в аппарат подогревается потоком вторичного пара, проходящим в кольцевом зазоре между стенками корпуса и устройством для разбрызгивания, и приобретает дополнительную тепловую энергию. Все это позволяет значительно повысить эффективность протекания тепломассообменных процессов выпаривания и концентрирования.
УДК 631.171:631.5; 621.785.5
|
