Гидростатический эффект /или депрессия/.

Вызывается отличающимися показателями температур кипения в разных слоях. Нижние слои жидкости испытывают давление верхних слоев и внешнего (над жидкостью) давления. А так как давление обуславливает температуру кипения жидкости, то ее нижние слои закипают при более высокой температуре, чем верхние, что небезразлично для термолабильных веществ.

Для устранения этого явления проводят выпаривание в тонком слое жидкости, для чего используют пленочные выпарные аппараты.

Таким образом, для правильного и экономичного проведения технологического процесса необходимо учитывать все явления, сопровождающие выпаривание.

 

В настоящее время в химико-фармацевтической промышленности наблюдается рост технического уровня выпарного оборудования. Наиболее перспективными являются роторно-пленочные аппараты, имеющие преимущества:

- малое пребывание продукта в зоне нагрева, благодаря чему не происходит его термического разложения;

- высокая интенсивность теплообмена;

- высокая степень концентрирования исходных жидкостей.

 

Роторно-пленочный испаритель (РПИ) предназначен для приготовления концентрированных продуктов методом интенсивного выпаривания исходного сырья как под вакуумом, так и при атмосферном давлении. Ёмкости изготовляются из нержавеющей стали. Роторно-пленочный испаритель (слева изображен трехмодульный РПИ для производства сгущенного молока (общий вид - монтажный блок) входит в состав линий по производству сгущенного молока с сахаром и различными наполнителями, сливок с сахаром, томатной пасты, концентрированных соков, жидких отходов производств и т.п.

 

Состав и принцип действия роторно-пленочного испарителя: Выпаривание исходного продукта (сырья) производится в выпарных трубах, внутри которых встроены вращающиеся турбулизирующие механизмы роторного типа. Перерабатываемое вещество (пищевые продукты, отходы производств, химические компоненты и др.) подается через патрубок в верхней части каждой из труб. Оно растекается равномерно по сечению трубы роторно-пленочного испарителя и стекает по внутренней поверхности вниз в виде пленки под действием силы тяжести; по поверхности пленки «глиссируют» рабочие органы роторного механизма. Труба снаружи подогревается паром до температуры испарения вещества. Вращающиеся лопасти роторно-пленочного испарителя создают в пленке вихревые структуры, ускоряющие в ней тепло - массообменные процессы, обеспечивают эффективное разделение жидкой и паровой фаз при испарении. При этом максимально подавляется образование отложений на внутренней поверхности выпарной трубы. В результате большая часть воды из стекающего вниз по испарительной трубе роторно-пленочного испарителя, вещества превращается в пар («вторичный» пар). «Вторичный» пар проходит через сепаратор, при этом на пластинах сепаратора остаются наиболее крупные капли влаги, увлеченные с паром, которые содержат концентрат выпариваемого вещества; они стекают с пластин в поддон сепаратора. Образующийся в результате выпаривания вещества концентрат поступает из испарительных труб в поддон сепаратора роторно-пленочного испарителя. Далее он перемещается шнековым транспортером, встроенным в сепаратор испарителя или откачивается насосом в накопитель. " Вторичный" пар поступает в конденсатор, где конденсируется. Конденсат " вторичного" пара подается в накопительную емкость. Роторно-пленочный испаритель состоит из ряда (от 1 до 7) испарительных модулей. Роторно-пленочный испаритель может работать в пищевой промышленности при производстве фруктовых и овощных пюре, паст путем выпаривания сока. Эти продукты получаются быстрее, чем в «традиционных» испарителях, с меньшими энергозатратами и большим коэффициентом выхода. Ёмкости роторно-пленочного испарителя изготовляются из нержавеющей стали.

Принцип работы

Роторный испаритель

Действие роторного испарителя основано на понижении температуры кипения растворителя за счёт создания в его системе пониженного давления при помощи водоструйного или вакуумного насоса. Данный подход позволяет удалять растворитель из раствора при более низкой температуре, избегая побочных реакций, которые могут протекать при нагревании смеси^[3][4][5].

Испарение растворителя происходит из тонкой плёнки на внутренней поверхности колбы. За счёт вращения колбы эта поверхность постоянно обновляется, что значительно увеличивает скорость упаривания^[5]. Вращением колбы также достигается эффективное перемешивание раствора, снижающее вероятность его выбрасывания из колбы. Нагрев при помощи водяной бани увеличивает давление пара растворителя и также ускоряет испарение. Скорость вращения и сила нагрева обычно регулируются при помощи элементов управления роторного испарителя^[6].

По мере того, как растворитель испаряется, его пары конденсируются на холодильнике и стекают в колбу-приёмник. Если охлаждение достаточно эффективное, то в приёмнике удаётся собрать практически весь упаренный растворитель. Растворённое вещество при этом остаётся в колбе, из которой происходит упаривание^[6].

Вакуумное выпаривание

 

Типовая вакуум-выпарная установка, состоит из следующих составных частей: 1) вакуум-аппарата (испаритель); 2) конденсатора; 3) приемников; 4) ресивера; 5) вакуум-насоса.

Вакуум-аппараты

В фармацевтическом производстве находят применение два типа вакуум-испарителей, различающихся по способу нагрева: а) вакуум-испарители, в которых греющий пар находится в паровой рубашке, - шаровые вакуум-аппараты; б) вакуум-испарители с поверхностью нагрева, составленной из трубок, - трубчатые вакуум-аппараты.

Шаровые вакуум-аппараты. Устройство такого аппарата показано на рис. 58. Шаровой или овальной формы корпус аппарата 1 в нижней части снабжен паровой рубашкой 2, а в верхней - шлемом 3, соединяющимся с конденсатором. Корпус аппарата разъемный и состоит из двух частей, соединяющихся между собой разбортованными краями 8 с помощью болтов. Верхняя полусфера снабжена лазом 9, который служит для очистки внутренней поверхности аппарата, воздушным краном 10, термометром 11, вакуумметром 12 и двумя смотровыми стеклами 13 (одно невидимое, так как находится с противоположной стороны и освещается электрической лампой). Греющий пар в паровую рубашку подают через штуцер 6, а конденсат отводят через штуцер 7. Вытяжку для сгущения подают в вакуум-аппарат через штуцер 4, а сгущенную, но еще подвижную жидкость спускают через трубу 5. Выпарная часть аппарата изготовляется из меди, алюминия или железа с эмалевым покрытием. Рубашка из литого железа приклепывается или приваривается к корпусу котла. Для получения густых жидкостей применяются вакуум-аппараты со съемной верхней половиной, опрокидывающейся выпарной чашей и мешалкой.

Трубчатые вакуум-аппараты. Из трубчатых вакуум-аппаратов, конструкция которых отличается большим разнообразием, в фармацевти-

ческом производстве нашли применение аппараты с вертикальными трубками (рис. 59). Аппарат этого типа имеет цилиндрический корпус, в нижней части которого на расстоянии 0, 75-1, 5 м друг от друга установлены две трубные решетки А, равные диаметру корпуса. В отверстиях трубных решеток ввальцованы многочисленные трубки диаметром 50-75 мм. В середину трубной решетки ввальцована широкая труба диаметром до 500 мм, называемая циркуляционной трубой В. Греющий пар поступает в пространство между решетками и трубками через штуцер 1 и нагревает находящуюся внутри трубок жидкость. Конденсат вводится через штуцер 2, а неконденсирующиеся газы (воздух) - через штуцер 3. Вытяжка для выпаривания поступает в аппарат через штуцер 4. После сгущения вытяжку, не потерявшую подвижности, спускают через трубу 5. Выпариваемая жидкость заполняет все пространство под нижней решеткой, и на некоторой высоте все трубки, в том числе и циркуляционную трубу. В тонких трубках выпариваемая жидкость очень быстро закипает. Образующиеся в ней пузырьки пара, имеющие малую относительную плотность, устремляются вверх, увлекая за собой и жидкость, которая с силой выбрасывается в пространство, занятое паром. Здесь вследствие внезапного увеличения площади сечения скорость движения жидкости резко уменьшается и жидкость падает вниз, стекая в циркуляционную трубу, а пар, освободившись от капелек жидкости, устремляется в верхнюю часть корпуса и оттуда через пароотводную трубу 6 - в конденсатор. Наличие циркуляционной трубы обеспечивает круговорот упариваемой жидкости. Площадь поперечного сечения циркуляционной трубы составляет обычно 75% всей площади поперечного сечения трубок.

Трубчатые вакуум-аппараты выгодно отличаются от шаровых большой поверхностью нагрева, что обеспечивает быстроту выпаривания.

Среди трубчатых аппаратов особый интерес представляют выпарные аппараты, получившие название пленочных; трубчатый корпус их состоит из пучка трубок малого диаметра длиной до 9 м. На рис. 60 изображен пленочный аппарат отечественного производства с длиной трубок 5 м (облегчается очистка труб). В цилиндрическом барабане 1 находится пучок трубок 2. Сгущенная вытяжка через штуцер 3 поступает в нижнюю камеру 4 и оттуда в трубки 2. Греющий пар циркулирует в межтрубном пространстве. Смесь сокового пара и капелек сгущенной жидкости, выбрасываемая из трубок, попадает на сепаратор 6, состоящий из спиральных лопаток. Под действием центробежной силы капельки жидкости отделяются от парового потока и собираются на дне камеры 5, откуда жидкость выводится через штуцер 7. Соковый пар,

пройдя дополнительно через брызгоуловители, выходит через штуцер S на трубке 9 ставится предохранительный клапан. Через патрубок 10 из межтрубного пространства отводятся неконденсирующиеся газы. Чере; трубку 11 вводится греющий пар, через трубку 12 отводится конденсат Большая скорость движения жидкости в трубках (до 20 м/с) и выпа ривание в тонком слое позволяют выпаривать в этих аппаратах вытяжки, содержащие термолабильные вещества, не опасаясь их разложения

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: