ВЫПАРНОЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к устройствам для осуществления выпаривания жидкости из раствора путем контакта тонкого слоя жидкости с нагретой поверхностью и может быть использовано, например, в сахарной промышленности для сгущения сахарного сиропа.
Известен выпарной аппарат по патенту РФ №2256480 (МПК: В 01 D 1/06, B 01 D 1/12, заявл. 24.02.2004 г, опубл. 20.07.2005 г.), содержащий растворную камеру, размещенную над ней греющую камеру с горизонтальными верхней и нижней трубными решетками с закрепленными в них вертикальными теплообменными трубами, патрубки ввода исходного раствора, вывода упаренного раствора, отвода вторичного пара и раствора на циркуляцию. Над греющей камерой расположены распределительное устройство, соединенное с растворной камерой циркуляционной трубой и циркуляционным насосом, и сепаратор, соединенный с растворной камерой паровой трубой. Недостатком указанного аппарата является его невысокая производительность вследствие недостаточной эффективности отделения пара в растворной камере. Основной процесс отделения пара от раствора осуществляется в сепараторе, куда парожидкостная смесь перемещается из растворной камеры по паровой трубе, испытывая гидравлическое сопротивление и тепловые потери. Конденсат из сепаратора попадает в распределительное устройство и вновь поступает в греющую камеру. Вследствие этого для достижения заданной плотности раствора необходимо увеличить кратность его циркуляции, то есть увеличивать продолжительность пребывания раствора в аппарате, что в случае выпаривания сахарного сиропа недопустимо, так как может вызвать
разложение сахарозы, изменение цветности раствора, то есть привести к потерям продукта.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является выпарной аппарат по авторскому свидетельству СССР №1274171 (МПК: B 01 D 1/22, заявл. 04.02. 1985 г., опубл. 10.10.1997 г.). Указанный выпарной аппарат содержит растворную камеру с вертикальным цилиндрическим корпусом, греющую камеру с горизонтальными верхней и нижней трубными решетками и закрепленными в них вертикальными теплообменными трубами, соосно установленную на верхнем торце корпуса растворной камеры, в которой размещены коаксиальные верхняя и нижняя воронки и патрубки ввода раствора, вывода упаренного раствора, отвода вторичного пара и конденсата, отвода раствора на циркуляцию. Снаружи аппарата расположены циркуляционная труба, соединяющая растворную камеру с надтрубным пространством греющей камеры, и циркуляционный насос. Патрубки ввода исходного и вывода упаренного раствора расположены над верхней воронкой, закрепленной на внутренней поверхности корпуса. Перегретый раствор подается в верхнюю воронку, вскипает в ней, небольшая часть раствора отводится через патрубок вывода упаренного раствора, а основная часть идет на циркуляцию, в результате которой раствор попадает в теплообменные трубы, в которых формируется падающая пленка. Выходя из труб, раствор вновь вскипает и поступает в верхнюю воронку. Отсепарированный пар и брызги раствора проходят через нижнюю воронку, конденсат скапливается в нижней части растворной камеры, а пар удаляется через патрубок, размещенный под нижней воронкой. Недостатком указанного аппарата является невозможность его использования в сахарной промышленности для выпаривания сахарного сиропа. Это связано с длительным пребыванием выпариваемого раствора в растворной камере, в которой патрубок ввода исходного раствора и верхняя воронка, в которую подается раствор,
размещены в верхней части растворной камеры, а цилиндрический патрубок, соединяющий верхнюю воронку с всасывающим патрубком циркуляционного насоса, проходит по всей высоте растворной камеры. В растворе - сахарном сиропе, заполняющем воронку и цилиндрический патрубок, в условиях высокой температуры в растворной камере начинается нарастание цветности, то есть дополнительное разложение сахарозы, что приводит к потерям в производстве. Кроме того, в указанном аппарате не предусмотрена возможность регулирования производительности циркуляционного насоса.
Задачей настоящего технического решения является разработка выпарного аппарата, обеспечивающего эффективное выпаривание при минимальной продолжительности пребывания исходного раствора в аппарате.
Поставленная задача решается тем, что в выпарном аппарате, содержащем растворную камеру с вертикальным цилиндрическим корпусом, греющую камеру, соосно установленную над растворной камерой, горизонтальные трубные решетки, размещенные в греющей камере, вертикальные теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках, соосные воронки, размещенные в растворной камере, циркуляционную трубу, расположенную снаружи аппарата и соединенную своим выходом с надтрубным пространством греющей камеры, циркуляционный насос, патрубки ввода исходного раствора, вывода упаренного раствора и отвода вторичного пара и раствора на циркуляцию, воронки размещены последовательно с зазором между смежными торцами, при этом, верхняя воронка закреплена на стенке корпуса растворной камеры под нижней трубной решеткой, нижняя воронка закреплена на днище корпуса, патрубок вывода упаренного раствора расположен по центру днища корпуса, патрубки ввода исходного раствора и отвода раствора на циркуляцию закреплены над днищем диаметрально - противоположно, а патрубок отвода вторичного
пара размещен в верхней части корпуса. Выпарной аппарат дополнительно снабжен соединенным с патрубком вывода упаренного раствора прибором для измерения плотности раствора и частотным преобразователем, соединенным с электродвигателем циркуляционного насоса и электрически связанным с прибором для измерения плотности упаренного раствора.
Такое конструктивное решение выпарного аппарата обеспечивает эффективное разделение парожидкостной смеси. После выхода из теплообменник труб в верхнюю воронку объем парожидкостной смеси резко увеличивается, происходит отделение пара от жидкости, а на выходе смеси из верхней воронки во внутреннее пространство корпуса растворной камеры, имеющее больший диаметр, происходит вторичное «вскипание» смеси, скорость пара резко снижается, он отделяется от капель жидкости, поднимается в верх и удаляется через соответствующие патрубки. Капли жидкости под действием гравитационных сил, не испытывая гидравлического сопротивления, свободно опускаются вниз растворной камеры, чем обеспечивается минимальная продолжительность пребывания упаренного раствора в растворной камере, что является необходимым условием при использовании аппарата для выпаривания сахарного сиропа. Возможность регулирования производительности циркуляционного насоса в зависимости от плотности упариваемой жидкости также способствует снижению продолжительности нахождения раствора в растворной камере.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, на котором схематически изображен выпарной аппарат.
Выпарной аппарат содержит растворную камеру 1 с вертикальным цилиндрическим корпусом 2, на котором соосно закреплена трубчатая греющая камера 3, в надтрубном пространстве которой размещено распределительное устройство 4, соединенное с растворной камерой 1 расположенной снаружи аппарата циркуляционной трубой 5 и
циркуляционным насосом 6, электродвигатель которого (не показан) снабжен частотным преобразователем 7. В растворной камере 1 размещены последовательно с зазором между смежными торцами соосные воронки: верхняя 8 и нижняя 9 с цилиндрическими патрубками 10 и 11 соответственно. Верхняя воронка 8 закреплена на верхнем торце корпуса 2 растворной камеры 1, а нижняя воронка 9 закреплена торцем цилиндрического патрубка 11 на днище 12 корпуса 2. В стенке корпуса 2 над днищем 12 диаметрально - противоположно закреплены патрубок 13 ввода исходного раствора и патрубок 14 отвода раствора на циркуляцию, а на днище по его центру закреплен патрубок 15 вывода упаренного раствора, соединенный с прибором 16 для измерения плотности выпариваемого раствора, электрически связанным с частотным преобразователем 7. В верхней части корпуса 2 растворной камеры 1 расположены патрубки 17 для отвода вторичного пара из аппарата.
Греющая камера 3 содержит горизонтальные верхнюю 18 и нижнюю 19 трубные решетки с завальцованными в них вертикальными теплообменными трубами 20 и патрубки 21 для подвода пара в греющую камеру 3. Распределительное устройство 4 размещено над верхней трубной решеткой 18.
Выпарной аппарат работает следующим образом.
Исходный раствор (сахарный сироп) через патрубок 13 подается в растворную камеру 1 и заполняет ее нижнюю часть, после чего циркуляционным насосом 6 через патрубок 14 сироп по циркуляционной трубе 5 подается в распределительное устройство 4 с распределителем, например, корончатого типа (не показан). Переливаясь через вырезы распределителя, сироп равномерно растекается по всей поверхности верхней трубной решетки 18, обеспечивая попадание одинакового количества сиропа во внутреннюю часть каждой теплообменной трубы 20. Сироп поступает в теплообменные трубы в виде тонких струй и образует в них ниспадающую тонкую пленку. При движении вниз сироп нагревается
паром, поступающим в межтрубную часть греющей камеры 3 через патрубки 21 и вскипает. Образовавшаяся паросиропная смесь выходит из теплообменных труб 20 в воронку 8, а затем через цилиндрический патрубок 10 в зазор между смежными торцами этого патрубка и воронки 9, т.е. в более широкую внутреннюю часть растворной камеры, где происходит отделение пара от сиропа за счет изменения направления движения пара. Вторичный пар отводится из растворной камеры 1 через патрубки 17, а сгущенный сироп попадает через воронку 9 в цилиндрический патрубок 11. Большая часть сиропа переливается из воронки 9 и поступает через патрубок 14 к циркуляционному насосу 6, который подает его по циркуляционной трубе 5 в распределительное устройство 4. Меньшая часть сиропа через патрубок 15 подается на следующую ступень выпарной станции. Прибор 16 измеряет плотность сиропа, и сигнал от него поступает на частотный преобразователь 7 электродвигателя центробежного насоса 5. При достижении требуемой плотности сиропа уменьшается подача сиропа на циркуляцию, то есть снижается производительность циркуляционного насоса 6, а если плотность сиропа меньше заданной - производительность насоса 6 и объем подаваемого на циркуляцию сиропа увеличиваются.
Длительность нахождение сиропа в растворной камере не превышает 3-4 минут, что обеспечивает минимальное нарастание цветности сиропа и уменьшает разложение сахарозы.