Выпарной аппарат
Полезная модель относится к пищевой, химической, фармацевтической и другим родственным отраслям промышленности и предназначена для концентрирования водных растворов растительных экстрактов путем частичного удаления экстрагента (воды) при кипении под вакуумом. Задача - улучшение технико-экономических показателей. Поставленная задача достигается тем, что в выпарной аппарат, выполненный в виде выпаривателя 4 с трубчатой кипятильной камерой 14, заполненной исходным раствором и соединенной с парогенератором 2, встроен второй выпариватель 5. Над кипятильными камерами 14 выпаривателей 4 и 5 установлены сепараторы 22. Паровое пространство сепараторов 22 магистралями 37 и 38 соединено с вакуум-насосом 10. Сепаратор 22 выпаривателя 4 трубопроводом 24 соединен с трубчатой кипятильной камерой 14 второго выпаривателя 5. 1с.п.ф-лы, 5 ил.
Полезная модель предназначена для концентрирования водных растворов растительных экстрактов путем частичного удаления экстрагента (воды) при кипении под вакуумом.
Аппарат может использоваться на предприятиях фармацевтической, пищевой и химической промышленности.
Известен выпарной аппарат в виде трубчатой нагревательной камеры (см. Ишлинский А.Ю. Политехнический словарь. Издательство «Советская энциклопедия», М. 1980, стр.96, «Выпарной аппарат»). Описанный аппарат выполнен в виде выпаривателя с трубчатой кипятильной камерой, заполненной исходным раствором и соединенной с парогенератором.
Известный аппарат неэкономичен.
Задача - улучшение технико-экономических показателей.
Поставленная задача достигается тем, что в выпарной аппарат, выполненный в виде выпаривателя с трубчатой кипятильной камерой, заполненной исходным раствором и соединенной с парогенератором, встроен второй выпариватель, а над кипятильными камерами обеих выпаривателей установлены сепараторы, паровое пространство которых соединено с вакуум-насосом, при этом сепаратор первого выпаривателя соединен с кипятильной камерой второго выпаривателя.
Сущность заявленного поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема выпарного аппарата; фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; фиг.3 - конденсатор; фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг.3; фиг.5 - разрез по В-В на фиг.3; фиг.6 - схема расположения труб и шаг между ними.
Выпарной аппарат содержит бак 1 для исходного раствора, парогенератор 2, ротаметр 3, выпариватели 4 и 5, промежуточный отстойник 6, конденсатор 7, сборник 8 упаренного раствора, многокамерный конденсатосборник 9, вакуум-насос 10, краны K 1...K9. Бак 1 соединен
магистралью 11, в которой установлен кран K1 и ротаметр 3, с входным штуцером 12 выпаривателя 4 типа ВВА75-5. Выход 13 кипятильной камеры 14 выпаривателя 4 магистралью 15, в которой установлены кран К3 и промежуточный отстойник 6, соединен с входным штуцером 16 кипятильной камеры 14 выпаривателя 5 такого же типа, что и выпариватель 4. Выход 13 выпаривателя 5 магистралью 17, в которой установлены клапаны К 5 и К7, соединен со сборником 8 упаренного раствора. Парогенератор 2 магистралью 18, имеющей кран К 2, соединен с кипятильной камерой 14 выпаривателя 4 через штуцер 19, а также магистралью 20 для отвода конденсата через штуцер 21. Сепаратор 22 выпаривателя 4 через штуцер 23 магистралью 24 соединен с входным штуцером 19 выпаривателя 5. Выходной штуцер 21 выпаривателя 5 магистралью 25 соединен с конденсатосборником 9, а последний магистралью 26 - с вакуум-насосом 10. Выходной штуцер 23 сепаратора 22 выпаривателя 5 магистралью 27 соединен с конденсатором 7, выходы 28 и 29 которого магистралями 30 и 31, соответственно, соединены с конденсатосборником 9. Конденсатор 7 охлаждается проточной водой по магистралям 32 и 33. Конденсатосборник 9 магистралью 34 соединен с источником (на черт. не показан) сжатого воздуха, магистралью 35 - со сливом конденсата. Паровое пространство выпаривателей 4 и 5 через штуцеры 36 и магистрали 37, 38 с клапанами К4 и К 6, соответственно, соединены с вакуум-насосом 10 через конденсатосборник 9. Сепаратор 22 выпаривателя 5 магистралью 39 соединен со сборником 8 упаренного раствора через кран K 8. Упаренный раствор из сборника 8 сливается через кран К9. Каждый выпариватель 4 и 5 имеет люк 40 для подсветки внутреннего объема сепаратора 22, смотровые люки 41, штуцеры 42 и 43 для установки термосопротивлений (на черт. не показаны), брызгоотбойник 44, штуцер 45 для вакуумметров 46 и 47, штуцер 48 для сообщения с атмосферой и передвижную опору 49. парогенератор 2 снабжен манометром 50.
Бак 1 для исходного раствора представляет собой цилиндрическую сварную из нержавеющей стали емкость.
Парогенератор 2 - сварная, из нержавеющей стали, емкость объемом 0,025 м3, в которой установлены цилиндрической формы электроды, запитанные от сети переменного тока, вырабатывающий водяной пар под давлением 0,1 МПа, производительностью до 100 кг/ч.
Выпариватель 4 и 5 - сварные, из нержавеющей стали, емкости, состоящие из двух основных частей: кипятильной камеры 14 и сепаратора 22.
Конденсатор 7 - кожухотрубчатый теплообменник - сварная, из нержавеющей стали, конструкция, предназначенная для проведения процессов конденсации насыщенных водяных паров, и состоит из пучка труб 51, заключенных в цилиндрический кожух 52. Трубы 51 расположены в виде треугольника с шагом t.
Выпарной аппарат работает следующим образом. Производят запуск парогенератора 2, вакуум-насоса 10, подачу воды по магистрали 32 в конденсатор 7 и сжатого воздуха по магистрали 34 в конденсатосборник 9. Затем осуществляют вакуумировние выпаривателей 4 и 5, включив вакуум-насос 10. Одновременно с этим производится заполнение кипятильных камер 14 из бака 1 исходным раствором, имеющим температуру около 20°С, через кран K 1 в выпариватель 4 и через кран К3 и промежуточный отстойник 6 - в выпариватель 5 до уровня, показанного на фиг.2. В это время все остальные краны должны быть закрыты.
Заполнение исходным раствором кипятильных камер 14 выпаривателей 4 и 5 производится по принципу сообщающихся сосудов за счет вакуумирования их объемов вакуум-насосом 10. Уровень заполнения контролируется визуально через смотровые люки 41 при включенной подсветке (см. фиг.2).
После заполнения камер 14 выпаривателей 4 и 5 краны K1 и К3 временно закрываются, и медленно, если парогенератор 2 вышел на рабочий режим, а так же при достижении заданного вакуума, что контролируется приборами КИПа, включается кран К2 и производится подача первичного пара в кипятильную камеру 14 выпаривателя 4. Исходный раствор доводят до
кипения. Образующийся в результате теплообмена конденсат греющего пара самотеком возвращается в парогенератор 2 по магистрали 20.
Кипение исходного раствора происходит на оптимальной высоте в кипятильных трубах камеры 14 выпаривателя 4, которая, примерно, равна половине их высоты. Образующаяся при кипении парожидкостная эмульсия поднимается по кипятильным трубам вверх в сепаратор 22, в котором при помощи брызгоотбойника 44 происходит отделение образующегося вторичного пара от кипящего раствора. Кипящий раствор по внешнему кольцевому пространству сепаратора 22 опускается вниз, формируя таким образом контур циркуляции раствора. По мере кипения исходного раствора и при его движении по циркуляционному контуру происходит концентрированно. Образующийся вторичный пар из выпаривателя 4 по магистрали 24 в качестве греющего пара поступает в кипятильную камеру 14 выпаривателя 5, где процесс концентрации исходного раствора повторяется.
Распределение температур кипения, так же как и общей полезной разности температур по выпаривателям 4 и 5 обуславливается как природными свойствами исходного раствора, так и условиями работы вспомогательного оборудования. Если выпариванию подвергаются водные растворы растительных экстрактов и температура пара из парогенератора 2 не превышает 100°С, то распределение температур кипения раствора между выпаривателями 4 и 5 будет и должна находиться в интервале 70°С в выпаривателе 4 и до 55°С и даже ниже в выпаривателе 5.
Образующийся конденсат греющего пара в выпаривателе 5 отводится в конденсатосборник 9 самотеком, при этом отвод конденсата производится при давлении в первой камере конденсатосборника 9, равном давлению греющего пара в выпаривателе 5. Для этого служит магистраль 38, соединяющая паровое пространство выпаривателя 5 с конденсатосборником 9 при помощи крана Кб, находящегося в открытом состоянии.
Вторичный пар исходного раствора, пройдя сепаратор 22 выпаривателя 5, поступает на конденсацию в конденсатор 7, откуда самотеком - во вторую
камеру конденсатосборника 9. По мере накопления конденсата в приемных камерах конденсатосборника 9 до определенного уровня, происходит автоматический сброс конденсатов во вторичные камеры, откуда, в свою очередь, при их заполнении, происходит, так же, автоматический сброс под воздействием давления сжатого воздуха, подводимого по магистрали 34.
Выпарной аппарат может работать в двух режимах: непрерывном и полунепрерывном.
В первом случае исходный раствор непрерывно подается на выпаривание через кран K1 и контролируется ротаметром 3. Упаренный, т.е. концентрированный раствор непрерывно поступает в сборник 8 после заданной конечной концентрации и давлении, равном давлению во втором (5) выпаривателе. Краны К 5, К7, и K8 в этом случае должны быть открыты, а кран К9 - закрыт. Количество концентрированного раствора регулируется краном К7.
Наиболее оптимальным является полунепрерывный режим работы, при котором подача исходного раствора в выпариватель 4 производится непрерывно, а в выпаривателе 5 процесс выпаривания производится без отбора конечного продукта, т.е. выпаривание происходит при накоплении концентрированного раствора. Процесс выпаривания происходит до тех пор, пока весь исходный раствор из бака 1 не поступит в выпариватель 4. После этого кран K1 закрывают.
По окончании выпаривания производится разгрузка выпаривателей 4 и 5 в сборник 8 при выключенных парогенераторе 2 и вакуум-насосе 10.
Выпарной аппарат, выполненный в виде выпаривателя с трубчатой кипятильной камерой, заполненной исходным раствором и соединенной с парогенератором, отличающийся тем, что аппарат снабжен вторым выпаривателем, при этом над кипятильными камерами обеих выпаривателей установлены сепараторы, их паровое пространство соединено с вакуум-насосом, а сепаратор первого выпаривателя соединен с трубчатой кипятильной камерой второго выпаривателя.
