Расчет вакуум-выпарной установки по производству томатной пасты (стр. 2 из 9)
Выпарные установки в пищевой промышленности работают обычно в невыгодных для инжекции условиях, поэтому этим обстоятельством объясняется крайне ограниченное распространение в пищевой промышленности выпарных установок с тепловым насосом; эти установки применяют только для выпаривания растворов с малой температурной депрессией
Наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов. Первый корпус обогревается первичным (греющим) паром, остальные обогреваются вторичным паром (образуется при удалении части растворителя) каждого предыдущего корпуса
1. Описание принципиальной схемы
трехкорпусной выпарной установки
 Рис. 1. Общий вид трехкорпусной выпарной установки | Внешний вид трехкорпусной выпарной установки показан на рис. 1.Принципиальная схема трехкорпусной прямоточной выпарной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной камерой) и кипением раствора в трубах, приведена на рис. 2.Исходный раствор из емкости 1 насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения, а затем – в первый корпус 4 выпарной установки. Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. |
Сюда же перетекает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично корпус 6 обогревается вторичным паром второго корпуса и в нем производится концентрирование раствора, поступающего из корпуса.
Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же перетекает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично корпус 6 обогревается вторичным паром второго корпуса и в нем производится концентрирование раствора, поступающего из второго корпуса.
Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7. В барометрическом конденсаторе заданное давление
поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов
вакуум-насосом 8. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора через барометрическую трубу с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор насосом 10 подается в емкость 11. Конденсат из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков 12.
Рис. 2. Общая схема трехкорпусной выпарной установки:
| 1 – емкость исходного раствора; 2, 10 – насосы; 3 – теплообменник; 4 – 6 – выпарные аппараты; 7 – барометрический конденсатор; 8 – вакуум-насос; 9 – гидрозатвор; 11 – емкость упаренного раствора; 12 – конденсатоотводчик |
2. Описание технологической схемы прямоточной трёхкорпусной выпарной установки
Технологическая схема прямоточной трехкорпусной выпарной установки соответствует общепринятым теоретическим положениям реализации процесса выпаривания жидкости из плодоовощного сырья в пищевой промышленности [13-15, 18, 20-21].
Исходный продукт – томатный сок – подается в количестве 9,72 кг/с (25 т/час) с начальной концентрацией 5% из ёмкости Е-1 нагнетается насосом Н-2 в трубное пространство подогревателя раствора АТ-1. Здесь раствор нагревается водяным паром и направляется в первый корпус АВ-1 выпарной установки. В трубном пространстве нижней части аппарата раствор принимает тепло греющего пара, поступающего в межтрубное пространство (давление 0,12 Па, температура 100,32оС). Процесс упаривания происходит в кипящем при температуре 96ºС растворе, который поднимается в трубном пространстве за счёт энергии поднимающихся паров. Вторичный пар, поднимается в верхнюю часть выпарного аппарата, где пары освобождаются от жидкости и поступают в межтрубное пространство второго корпуса АВ-2 выпарной установки в качестве греющего пара в количестве
кг/с (давление 
МПа, температура 95ºС). Жидкая фаза самотёком сливается по внешней трубе в нижнюю часть выпарного аппарата. По достижению концентрации томатного сока в циркулирующем растворе 10,6% (контролируется по температуре кипения 85,5оС) вентилями В-7 и В-12 устанавливается расход упаренного раствора 4,567 кг/с, который самотёком перетекает из верхней части АВ-1 в трубное пространство АВ-2.В трубном пространстве нижней части аппарата АВ-2 раствор принимает тепло вторичного пара от первого корпуса, процесс упаривания происходит в кипящем при растворе, аналогично процессу происходящему в первом корпусе. Вторичные пары из второго корпуса поступают в межтрубное пространство третьего корпуса АВ-3 выпарной установки в качестве греющего пара с давлением 0,047 МПа и температурой 80ºС. По достижению концентрации томатный сок в циркулирующем во втором корпусе растворе 10,6 % (контролируется по температуре кипения Т=85,5ºС), вентилями В-9 и В3-7
устанавливается расход упаренного раствора 1,6 кг/с, который самотёком перетекает из верхней части АВ-2 в трубное пространство АВ-3.
В трубном пространстве нижней части аппарата АВ-3 раствор принимает тепло вторичного пара от второго корпуса, процесс упаривания происходит в кипящем при температуре 64-85оС растворе, аналогично процессу происходящему в первом и втором корпусах, но в отличие от двух первых корпусов, раствор в третьем корпусе кипит под давлением ниже атмосферного. Вакуум в третьем корпусе создаётся вакуум-насосом номинальной производительностью 20,4 м 3/мин. Необходимая производительность вакуум-насоса (20,4 м 3/мин) задаётся путём регулирования количества подаваемой на всас вакуум насоса циркуляционной воды вентилем В48. Вода на всас вакуум-насоса ВН-1 подаётся для создания в нём кольцевого зазора, и отделяется от инертных газов завакуумированных из установки во влагоотделителе ВД-1.
По достижению концентрации томатной пасты в циркулирующем в третьем корпусе растворе 30% (контролируется по температуре кипения Т=64ºС), вентилями В 40 и В 43 устанавливается расход упаренного раствора который самотёком перетекает из верхней части АВ-3 в сборник готового раствора Е-2, из которого насосом Н-2 перекачивается на дальнейшую переработку или упаковку.
Технологической схемой предусмотрена возможность регулирования концентраций упаренных промежуточных и конечного растворов путём перепуска необходимого количества растворов с более низкой концентрацией с предыдущих стадий через систему байпасов. Регулирование расходов производится вентилями В17-20, В21. Также возможно разбавление исходного и конечного растворов конденсатом водяного пара.
Вторичные пары из корпуса АВ-3 поступают под давлением 0.011 МПа и температурой 50ºС конденсируются в барометрическом конденсаторе КБ-1, образующийся конденсат через барометрический стакан Е-3 выводится в канализацию. Охлаждение паров производится оборотной водой из производственной сети.
Образующийся после теплообменников АТ-1, АВ-1, АВ-2 и АВ-3 конденсат греющих паров отводится в производственную линию конденсата через конденсатоотводчик КО-1—КО-4 соответственно.
| Технологическая схема производства томатной пасты |  |
 |
Рис. 3. Получение и сортировка
Рис. 4. Процесс соковыжимания
Рис. 5. Выпаривание томатной пасты
Рис. 6. Асептическая упаковка
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ
3.1 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
3.1.1 Расчёт общего количества выпариваемой воды
Первое приближение производительности установки по выпариваемой воде определим из уравнения материального баланса по формуле [2, 15]:
 , | (1) |
где
– производительность установки по выпариваемой воде; 
– скорость подачи сырья; 
– начальная концентрация рабочего раствора (томатного сусла); 
– конечная концентрация рабочего раствора (томатной пасты).