Теплообменные аппараты для нагревания, уваривания и темперирования.

Змеевиковые вакуум-аппараты. Змеевиковые вакуум-аппа­раты непрерывного действия предназначены главным образом для приготовления карамельной массы путем выпаривания из­быточной влаги из карамельного сиропа.

В последнее время змеевиковые аппараты широко применя­ются также в сироповарочных станциях при приготовлении си­ропа, в агрегатах для уваривания фруктово-ягодных начинок, в универсальных станциях для уваривания конфетных, ирисных, желейных, мармеладных и других масс.

Кондитерская промышленность в настоящее время оснащена в основном унифицированными змеевиковыми аппаратами вы­пуска времен СССР.

Унифицированный змеевиковый вакуум-аппарат 33-А с руч­ной выгрузкой массы (рис. III.11) состоит из трех частей: грею­щей I, выпарной II и сепаратора-ловушки III. Греющая и вы­парная части соединены между собой трубопроводом. Ловушку устанавливают на трубопроводе, соединяющем выпарную ка­меру с конденсатором смешения и вакуум-насосом.

Греющая часть I представляет собой цилиндрический сталь­ной корпус 4 с приваренным к нему штампованным стальным днищем в нижней части и съемной крышкой-6. Змеевиковые вакуум-аппа­раты непрерывного действия предназначены главным образом для приготовления карамельной массы путем выпаривания из­быточной влаги из карамельного сиропа.Внутри корпуса смонтирован медный змеевик 5, имеющий два ряда витков, соединенных между собой последовательно. Нижний конец зме­евика присоединяется к трубопроводу от сиропного плунжер­ного насоса, питающего вакуум-аппарат, а верхний — к соеди­нительному трубопроводу 10, идущему в выпарную часть ва­куум-аппарата, которая в свою очередь соединяется трубопро­водом с конденсатором смешения поршневого мокровоздушного вакуум-насоса.

В верхней части корпуса 4 греющей части аппарата имеется штуцер для подачи греющего пара; на крышке смонтированы манометр 7, предохранительный клапан 8 и кран 9 для вы­пуска воздуха. В днище аппарата имеются штуцер 2 для по­дачи сиропа, штуцер 1 для спуска конденсата и кран 3 для продувки аппарата.

Выпарная часть II вакуум-аппарата состоит из двух сталь­ных обечаек — верхней 23 и нижней 22 — и нижнего стального конуса (копильника) 17, соединенных между собой фланцами и откидными болтами. Между обечайками помещена конусная медная чаша 20, горловина которой перекрывается клапаном 18. Конусная чаша, полость верхней обечайки и сферическая стальная крышка образуют верхнюю вакуум-камеру вмести­мостью 140 л. Объем нижнего конусного копильника 90 л. Для предотвращения застывания увариваемой массы на стенках ко­нусной чаши 20 с наружной стороны смонтирован змеевик 2/, в котором циркулирует греющий пар, подаваемый через трубку 14.

Верхний внутренний клапан 18, открываемый и закрывае­мый с помощью рукоятки 12, служит для обеспечения непре­рывности процесса уваривания (при выгрузке готовой массы он перекрыт) и дня выпуска из верхней камеры в нижний при­емный конус карамельной массы, скапливающейся во время разгрузки аппарата.

На верхней обечайке вакуум-камеры со стороны рабочего места смонтирован вакуумметр 25 для контроля за разре­жением.

Нижний конус 17 вакуум-камеры для предотвращения за­стывания подготовленной к выгрузке карамельной массы на 3/4 высоты омывается греющим паром, подаваемым в паровую рубашку 16 по трубке 14. Для выпуска воздуха из рубашки 16 предусмотрен воздушный кран, а для периодической выгрузки готовой карамельной массы — наружный клапан 15 с рукояткой. Наблюдение за выходом массы осуществляется через смотро­вые окна 19 в нижней приемной части вакуум-камеры. Для со­общения верхней вакуум-камеры с нижним приемником и ниж­него приемника с атмосферой предусмотрена соединительная трубка с кранами 11 и 13.

Выпарная часть вакуум-аппарата крепится на тягах к по­толку или на кронштейнах к стене.

Змеевиковые вакуум-аппараты этого типа удобны для ус­тановки в поточных линиях производства карамели и не тре­буют сооружения специальных площадок для монтажа грею­щей части аппарата. Кроме того, греющая часть вакуум-аппа­рата вместе с плунжерным сиропным насосом и вакуум-насо­сом может быть установлена на некотором расстоянии от вы­парной части вакуум-аппарата или в другом помещении, что обеспечивает лучшее санитарное состояние цеха.

Сепаратор-ловушка III, предназначенная для задержива­ния частиц карамельной массы, уносимых вторичным паром, представляет собой цилиндрический стальной сосуд 28 с плос­кой крышкой и перегородкой 27 внутри, расположенной напро­тив входного патрубка. Задержанные частицы карамельной массы отводятся через нижний патрубок ловушки с краном 29 для последующей переработки.

Карамельный сироп из расходного сиропного бака плун­жерным насосом непрерывно нагнетается в змеевик аппарата под давлением 0,4 МПа. Одновременно в корпус греющей ча­сти аппарата через верхний штуцер подается греющий пар. В паровом пространстве аппарата греющий пар омывает змее­вик 5 и конденсируется. Конденсат непрерывно отводится через штуцер 1 в конденсатоотводчик.

Давление греющего пара контролируется манометром 7, в случае увеличения давления пара сверх допустимого сраба­тывает предохранительный клапан 8.

Поступающий в сдвоенный змеевик карамельный сироп под­нимается сначала по виткам внутреннего змеевика, затем пе­реходит по вертикальной соединительной трубке в нижний ви­ток наружного змеевика и движется далее вверх по его виткам. Из верхнего витка наружного змеевика карамельная масса пе­реходит по соединительному трубопроводу 10 в вакуум-камеру аппарата, в которой с помощью конденсатора смешения созда­ется разрежение, поддерживаемое поршневым мокровоздушным вакуум-насосом, присоединяемым к вакуум-камере. Карамель­ная масса, получаемая в результате уваривания карамельного сиропа в змеевике, непрерывно поступает в вакуум-камеру, при этом процесс уваривания массы до конечной влаж­ности 1,5—2,5% продолжается благодаря интенсивному само- испарению влаги в разреженном пространстве.

Вторичный пар, выделяющийся из сиропа при его уварива­нии, и воздух, подсасываемый при периодической разгрузке вакуум-камеры, устремляются из вакуум-камеры по трубопро­воду 26 через ловушку 28 в конденсатор смешения, куда непре­рывно подается охлаждающая вода. Вторичный пар охлажда­ется и конденсируется.

Поступающий в конденсатор вторичный пар занимает зна­чительный объем—1 кг пара достигает объема до 10 м3; при превращении пара в воду 1 кг воды займет объем около 1,0 л.

Благодаря такому резкому сокращению объема и создается разрежение в конденсаторе и вакуум-камере. Образующаяся в конденсаторе водовоздушная смесь откачивается из него ва­куум-насосом, благодаря чему разрежение в конденсаторе и вакуум-камере постоянно поддерживается.

Расположенный у сферической крышки вакуум-камеры от­бойник 24 препятствует уносу карамельной массы в конден­сатор.

По мере накопления готовой массы в вакуум-камере ее периодически, через каждые 2 мин, выгружают, не нарушая непрерывности процесса уваривания.

Для выгрузки скопившейся готовой карамельной массы из нижнего конуса 17 вакуум-камеры при закрытом верхнем кла­пане 18 открывают нижний клапан 15 и одновременно соеди­няют нижний конус с атмосферой, открывая воздушный кран 11. По окончании выгрузки массы закрывают нижний клапан 15 и кран 13, затем перед открыванием верхнего клапана 18 выравнивают давление в обеих частях вакуум-камеры, для чего при закрытом нижнем клапане 15 открывают кран 11, соеди­няющий верхнюю и нижнюю части камеры. После этого за­крывают кран 11, открывают верхний клапан 18 и процесс уваривания продолжается с использованием полного объема обеих частей вакуум-камеры.

Унифицированный аппарат 33-А выпускается двух типораз­меров, различающихся между собой лишь площадью поверх­ности теплообмена змеевиков и высотой нагревательной части. Производительность этих аппаратов составляет 500 и 1000 кг/ч карамельной массы.

Унифицированный змеевиковый вакуум-аппарат может снабжаться механическим или вакуумным устройством для ав­томатической выгрузки массы.

На рис. 111.12 представлена кинематическая схема механи­ческого устройства.

От электродвигателя 1 через систему червячных и зубчатых цилиндрических передач приводится во вращение кулачковый вал 3, на котором установлены кулачки 2, 4 и 5. От кулачка 2 через рычажную систему открывается нижний клапан, от ку­лачка 4 — верхний клапан, а от кулачка 5 перемещаются пор­шни 6, расположенные в золотнике. Золотник связан трубо­проводами 7, 8 и 9 с пространством нижнего конуса, верхнего конуса (выпарной частью) и атмосферой. При изменении поло­жения поршней эти пространства соединяются между собой, давление выравнивается или становится атмосферным. Закры­тие клапанов осуществляется с помощью грузов. Предусмот­рено также и ручное управление клапанами и положением поршней в золотнике.

Последовательность процесса автоматической выгрузки массы такая же, как у вакуум-аппаратов с ручной выгрузкой.

Периодичность автоматической выгрузки массы — 2 мин. Элект­родвигатель автомата выгрузки типа АОЛ21-4 имеет мощность 0,27 кВт, частоту вращения 1400 об/мин.

Вакуумное устройство для выгрузки массы (рис. 111.13) со­стоит из золотникового крана 8 с каналами в пробке и отвер- Кинематическая схема механизма для выгрузки карамельной массы

Рис. III. 12. Кинематическая схема механизма для выгрузки карамельной массы

стиями 11—17 в корпусе, пневмоцилиндров 1 и 3, электромагнита 10 и электрооборудования, смонтированного в шкафу.

Принцип действия системы заключается в следующем. Пневматические реле времени настраиваются на желаемый цикл выгрузки — 2 мин, из которых 8 с — на открытие нижнего клапана, 20 с — на выгрузку массы. В зависимости от требования технологического процесса продолжительность уваривания и время выгрузки можно регулировать в пределах до 3 мин. При срабатывании реле времени электрический импульс пода­ется на обмотку электромагнита 10, сердечник которого, втя­гиваясь, системой рычагов 9 поворачивает пробку золотнико­вого крана 8 на угол 45°. При отключении электромагнита пружина втягивает сердечник, возвращая пробку крана в пер­воначальное положение.

Таким образом, через заданный промежуток времени про­исходит поворот пробки крана на угол 45° и обратно.Принципиальная схема вакуумного устройства для выгрузки массы

Рис. III.13. Принципиальная схема вакуумного устройства для выгрузки массы

При определенных положениях пробки крана 8 имеющиеся в ней каналы соединяют отверстия 11—17 в различных сочетаниях.

При совмещении отверстий /3, как показано на рис. III. 13 (сечение а—а, положение А), верхняя часть вакуум-камеры 5 соединяется с полостью копильника 2, при этом (см. сечение б—б, положение А) через отверстия 12 и 16 соединяются по­лость над поршнем верхнего цилиндра 3 с верхней частью вакуум-камеры 5, а через отверстия 11 и 17 соединяются по­лость под поршнем верхнего цилиндра 3 и полость над порш­нем нижнего цилиндра 1 с атмосферой.

Поршни в цилиндрах перемещаются в сторону вакуума, а система рычагов 4 при этом закрывает клапан 7 копильника и открывает внутренний клапан 6 для выпуска массы из верх­ней части вакуум-камеры в копильник. Такое расположение каналов соответствует положению электромагнита в отключен­ном. состоянии.

При включении электромагнита пробка золотникового крана поворачивается на угол 45° и расположение каналов будет такое, как показано на рис. 111.13 в положении Б, т. е. отвер­стие 15 (сечение а—а) через канал и отверстие 14 соединяет полость копильника 2 с атмосферой. В сечении б—б ка­нал 11—12 соединяет полость под поршнем верхнего ци­линдра 3 и над поршнем нижнего цилиндра 1 с верхней частью вакуум-камеры 5, а канал 16—17 соединяет полости под порш­нем верхнего цилиндра 3 и под поршнем нижнего цилиндра 1 с атмосферой. При движении поршня закрывается внутренний клапан 6 и открывается нижний клапан 7 для выгрузки массы.

Основы расчета змеевиковых аппаратов приведены в конце главы.

Пуск аппарата в работу по окончании монтажа разреша­ется только после гидравлических испытаний на давление, ко­торое больше рабочего на 25 % .

Перед началом работы аппарат нужно прогреть; для этого следует открыть общий паровой вентиль и вентили для про­дувки змеевика и подогрева вакуум-камеры; избыточное дав­ление пара при этом, должно быть не более 0,2 МПа. После прогрева аппарата необходимо закрыть вентиль продувки зме­евика, а затем клапаны вакуум-камеры и нижнего приемного конуса, включить мокровоздушный вакуум-насос, открыть кран на сиропном трубопроводе, включить продуктовый насос (если аппарат оснащен автоматической выгрузкой, включить автомат выгрузки) и открыть вентиль на паровой линии для посте­пенного получения рабочего давления, указанного в паспорте.

Во избежание засахаривания змеевика его не менее двух раз в смену промывают горячей водой с температурой при­мерно 90 °С, пропуская ее через сиропный расходный бак, сиропный насос и аппарат. При этом сладкие смывные воды отводят по специальным трубопроводам в сборник и после фильтрации утилизируют при приготовлении сиропов и на­чинок.

Для удаления образующегося в процессе эксплуатации ва­куум-аппарата нагара или накипи внутри змеевика его подвер­гают примерно раз в декаду тщательной протравке 2—3 %-ным раствором каустической соды — гидроксида натрия (или для ускорения протравки — 5 %-ным раствором) в течение 30— 40 мин, пропуская раствор через сиропный бак, плунжерный насос, змеевик, вакуум-камеру и обратно. После протравки про­изводят тщательную промывку аппарата горячей водой.

При использовании змеевиковых вакуум-аппаратов для уваривания фруктово-ягодных начинок от начальной влажности 40—50% до конечной 17—20 % избыточное давление грею­щего пара поддерживают в пределах 0,3—0,4 МПа, а объем вакуум-камеры для предотвращения уноса массы в конденса­тор с вторичным паром увеличивают в 5—7 раз; кроме того,

устанавливают ловушку, а остаточное давление в вакуум-ка­мере поддерживают на уровне 45 кПа.

Практикуется также безвакуумное уваривание начинок в змеевиковой греющей части таких аппаратов. При этом вме­сто вакуум-камеры для отсоса вторичного пара устанавли­вают пароотделитель с вентилятором. Греющую часть змееви­ковых аппаратов с пароотделителями используют также для непрерывного уваривания конфетных, ирисных, мармеладных и других кондитерских масс.

Техническая характеристика унифицированных змеевиковых вакуум- аппаратов 33-А

Производительность
Показатели по карамельной массе, кг/ч
500 1000
Греющая часть
Площадь поверхности нагрева змеевика, м2 4,2 7,5
Диаметр медных труб змеевика, мм 55X2 55X2
Давление сиропа в змеевике, МПа До 0,4 До 0,4
» пара, МПа До 0,6 До 0,6
» при гидравлическом испытании, МПа До 0,9 До 0,9
Примерный расход пара, кг/ч 175 220
Объем парового пространства, л 330 570
Габаритные размеры, мм
длина 996 996
ширина 975 975
высота 1325 1775
Масса, кг 377 502
Выпарная часть
Рекомендуемое остаточное давление, МПа 0,01
Объем верхней вакуум-камеры, л 140
Объем нижнего копильника, л 90
Периодичность выгрузки массы, мин 2
Габаритные размеры, мм 990X910X1438
Масса, кг 176
То же, с автоматом вакуум-выгрузки, кг 243
Сепаратор-л о в у ш к а
Рекомендуемое остаточное давление, МПа До 0,01
Остаточное давление при испытании, кПа До 7
Габаритные размеры, мм 640X480X670
Масса, кг 39

Пленочные теплообменные аппараты. Эффективным путем интенсификации теплообменных процессов является уварива­ние или охлаждение сиропов, стекающих по вертикальной по­верхности тонким слоем, а перспективной конструкцией аппа­ратов— вертикальные пленочные аппараты роторного типа.

Основными преимуществами пленочных аппаратов явля­ются: высокая интенсивность тепло- и массообмена, малое время пребывания раствора в зоне высоких температур, от­сутствие гидростатического давления. Жидкостная пленка в этих аппаратах создается различными способами. По методу создания пленки пленочные аппараты можно разделить на следующие виды:

1) аппараты с всползающей пленкой;

2) ап­параты с падающей пленкой;

3) центробежные аппараты;

4) аппараты с роторным уст­ройством.

Изучение возможности применения пленочных аппа­ратов роторного типа для ува­ривания кондитерских масс проводилось во ВНИИ конди­терской промышленности. При этом было установлено, что получение карамельной массы в пленочном аппарате позво­ляет сократить продолжительность процесса уваривания си­ропа с 3—4 мин до 10—15 с при улучшении качества ка­рамельной массы. Кроме того, на основании проведенной ра­боты была доказана возмож­ность получения карамельной массы непосредственно из са­хара и патоки, минуя стадию приготовления сиропа.

Результаты исследований позволили обосновать новый способ плавления кристалли­ческого сахара путем нагре­вания его в тонком слое. С целью ускорения процесса, улучшения качества расплава и предохранения теплопере­дающей поверхности от обра­зования на ней нагара нагре­вание производится с одновре­менным принудительным дви­жением, растиранием веществ до порошкообразной массы и перемешиванием ее до одно­родного состояния. Продол­жительность плавления по этому способу 15—30 с. Производительность аппарата 80 кг/ч по сахару. Конструктивно пленочные аппараты роторного типа разли­чаются вертикальным или горизонтальным расположением вала ротора с укрепленными на нем скребками.

Наибольшее распространение в настоящее время получили два типа вертикальных роторных аппаратов: с радиальными жесткими лопастями и со скользящими скребками. В аппарате первого типа лопасти жестко закреплены на роторе с зазором в 1—2 мм между поверхностью теплообмена и рабочей кром­кой скребка. В пленочном аппарате со скользящими скреб­ками последние при вращении ротора под действием центро­бежных сил прижимаются к стенке и скользят по внутренней поверхности теплообмена, образуя на ней тонкую пленку жид­кости.

На рис. 111.14 показан вертикальный пленочный аппарат ВНИИКПа для получения помады. Аппарат представляет со­бой цилиндрический корпус с секционными рубашками 6 для прохода теплоносителя. Вал 3 ротора вращается в выносных подшипниках 1 и 8 от шкива 9. В верхней части корпуса име­ется пароотделитель 2. На валу закреплен диск-распредели­тель 4. Сироп, попадая на этот диск, под действием центробеж­ных сил разбрызгивается по внутренней поверхности корпуса и стекает по ней в виде пленки. Кроме диска на валу закреп­лены лопасти 7 и вставленные в их пазы вертикальные скребки 5.Вертикальный пленочный аппарат ВНИИКПа для получения помады.

Скребки способствуют разравниванию слоя стекающей жидкости, а лопасти создают внутри аппарата вентилирующий эффект.

Частота вращения ротора составляет 400 об/мин. Общая площадь поверхности теплообмена около 0,54 м2 при произ­водительности до 150 кг/ч. Корпус аппарата имеет диаметр 200 мм. Высота рабочей зоны аппарата составляет 1000 мм. Габаритные размеры аппарата (в мм): 950x550x2300.

Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Похожие материалы (по тегу)

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы