Установка для выпаривания и охлаждения сырья (варианты)
APPARATUS FOR EVAPORATION AND COOLING OF RAW MATERIALS (EMBODIMENTS)

Изобретение относится к оборудованию, а именно к установкам для удаления лишней влаги из сырья методом выпаривания, и может быть использовано в пищевой промышленности при получении сгущенных концентратов сока или молока, в парфюмерном производстве при получении ароматических масел, в спиртовом производстве при получении этилового спирта, а так же при необходимости может быть использована для охлаждения сырья (жидких продуктов) до температур, близких к нулю градусов по Цельсию.
Известна вакуум-выпарная установка, принятая в качестве прототипа, содержащая ёмкость с перерабатываемым сырьём, ёмкость для приёма конденсата, устройство для конденсации паров сырья, источник энергии для первоначального подогрева ёмкости с перерабатываемым сырьём, запорную арматуру (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2106 889 «Вакуум-выпарная установка», МПКB01D 3/10, B01D 1/00,опубл. 20.03.1995).
Известная установка содержит узел охлаждения с водяной рубашкой, которому необходима прохладная вода, что возможно только в случае нахождения установки рядом с источником воды и, возможно, последующее её отведение, или необходимость дополнительного чиллера для охлаждения, что является недостатком установки.
Технической задачей и результатом изобретения является обеспечение возможности переработки скоропортящегося сырья в местах, удаленных от основного производства, без доступа стороннего охлажденного теплоносителя.
Технический результат достигается исполнением предлагаемой установки в двух вариантах, отличающихся друг от друга выполнениемустройства для образования конденсата и устройства для принудительной циркуляции теплоносителя.
выполненная по варианту 1
,
отличается
Технический результат достигается тем, что установка для выпаривания и охлаждения сырья,  содержащая приёмную ёмкость для перерабатываемого сырья, ёмкость для приёма конденсата, устройство для конденсации образуемых паров, источник энергии для подогрева ёмкости с перерабатываемым сырьём, соединительные патрубки и запорную арматуру-вентили,  тем, что она дополнительно содержит холодильный агрегат, аккумулятор холода, баллон-ресивер, воздушный компрессор, вакуумный насос, при этом приёмная ёмкость выполнена подогреваемой, оснащена герметично закрываемой крышкой, приводной мешалкой, контроллером температуры и патрубками с вентилями для слива перерабатываемого сырья, подачи сырья на охлаждение и на выпаривание, причём холодильный агрегат выполнен с работающим на хладагенте компрессором с радиатором и мотором-вентилятором воздушного охлаждения,аккумулятор холода размещен над холодильным агрегатом и баллоном-ресивером, соединенным с вакуумным насосом, оснащен контроллером температуры и выполнен в виде герметичной теплоизолированной заполненной незамерзающим теплоносителем емкости, внутри которой расположены устройство для образования конденсата, испаритель хладагента и вторичный холодильник, выполненные каждый в виде трубки - змеевика, а также устройство для принудительной циркуляции теплоносителя, при этом расположенные внутри аккумулятора холода устройства оснащены гибкими патрубками с выходящими за емкость аккумулятора холода входными верхними и выходными нижними концами, испаритель хладагентаверхним концом через терморегулирующее устройствосоединён с холодильным агрегатом, а нижним концом соединён с холодильным агрегатом для обеспечения циркуляции хладагента,вторичный холодильник нижним концом соединен с ёмкостью для приёма конденсата, а верхним концом - с баллоном-ресивером, при этом устройство для образования конденсатаверхним концом соединено с приёмной ёмкостью, а нижним – с ёмкостью для приёма конденсата, а устройство для принудительной циркуляции теплоносителя методом аэрации выполнено в виде трубки, верхний конец которой соединен с воздушным компрессором, а нижний размещен в нижней части аккумулятора холода.
выполненная по варианту 2,
отличается
Установка для выпаривания и охлаждения сырья, содержащая приёмную ёмкость для перерабатываемого сырья, ёмкость для приёма конденсата, устройство для конденсации образуемых паров, источник энергии для подогрева ёмкости с перерабатываемым сырьём, соединительные патрубки и запорную арматуру-вентили,  тем, что она дополнительно содержит холодильный агрегат, аккумулятор холода, баллон-ресивер, вакуумный насос, при этом приёмная ёмкость выполнена подогреваемой, оснащена герметично закрываемой крышкой, приводной мешалкой, контроллером температуры и патрубками с вентилями для слива перерабатываемого сырья, подачи сырья на охлаждение и на выпаривание, при этом холодильный агрегат выполнен с работающим на хладагенте компрессором с радиатором и мотором-вентилятором воздушного охлаждения,аккумулятор холода размещен над холодильным агрегатом и баллоном-ресивером, соединенным с вакуумным насосом, оснащен контроллером температуры и выполнен в виде герметичной теплоизолированной заполненной незамерзающим теплоносителем емкости, внутри которой расположены испаритель хладагента и вторичный холодильник, выполненные каждый в виде трубки - змеевика, а также устройство для образования конденсата, при этом расположенные внутри аккумулятора холода устройства оснащены гибкими патрубками с выходящими за ёмкость аккумулятора холода входными верхними и выходными нижними концами, испаритель хладагентаверхним концом через терморегулирующее устройство соединён с холодильным агрегатом, а нижним концом соединён с холодильным агрегатом для обеспечения циркуляции хладагента,вторичный холодильник нижним концом соединен с ёмкостью для приёма конденсата, а верхним концом - с баллоном-ресивером, при этом устройство для образования конденсатавыполнено в виде вертикальных трубок, верхние концы которых объединены в коллектор, соединённый с приёмной ёмкостью, а нижние концы - в коллектор, соединённый с ёмкостью для приёма конденсата, а устройство для принудительной циркуляции теплоносителя выполнено в виде циркуляционного насоса, соединенного патрубками с полостью аккумулятора холода в верхней и нижней его частях.
Установка для выпаривания и охлаждения сырья как по варианту 1, так и по варианту 2, может быть дополнительно оснащена емкостью для дозированной подачи сырья в приёмную ёмкость.
Кроме того, аккумулятор холода в установке по варианту 1, так и по варианту 2, может быть выполнен в виде емкости в форме параллелепипеда с сечением в виде квадрата или прямоугольника или многоугольника или в виде цилинндрической емкости.
Кроме того, в установке как по варианту 1, так и по варианту 2, трубки - змеевики могут быть выполнены изогнутыми в виде спирали или зигзагообразно.
Кроме того, в установке как по варианту 1, так и по варианту 2, аккумулятор холода, приёмная ёмкость, ёмкость для приёма конденсата, устройство для образования конденсата, вторичный холодильник и устройство для принудительной циркуляции теплоносителя мопут быть выполнены из коррозионностойкого металла.
Кроме того, в установке как по варианту 1, так и по варианту 2, аккумулятор холода, приёмная ёмкость, ёмкость для приёма конденсата, устройство для образования конденсата, вторичный холодильник и устройство для принудительной циркуляции теплоносителя могут быть выполнены из металла с обработкой внутренней поверхности противокоррозионными материалами.
Кроме того, в установке как по варианту 1, так и по варианту 2, гибкие патрубки могут быть выполнены из термостойкого, армированного, пищевого, нейтрального к агрессивным средам силикона или поливинилхлорида.
Установка для выпаривания и охлаждения сырья как по варианту 1, так и по варианту 2, может быть выполнена мобильной, для чего её составляющие закреплены известными способами на перемещаемой платформе
Предлагаемая установка иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид установки вариант 1;
на фиг.2 изображен общий вид установки вариант 2.
Предлагаемая установка может быть исполнена в двух вариантах, отличающихся выполнениемустройства для образования конденсата и устройства для принудительной циркуляции теплоносителя.
Установка , выполненная по варианту 1, содержит холодильный агрегат 1, аккумулятор холода 2, баллон-ресивер 3, воздушный компрессор 4, вакуумный насос 5, подогреваемую приёмную ёмкость 6 для сырья и ёмкость 7 для приёма конденсата или охлаждённой жидкости.
Холодильный агрегат 1 выполнен в виде компрессора, работающего на хладагенте с радиатором (конденсатором) и мотором-вентилятором воздушного охлаждения (радиатор и мотор-вентилятор на чертеже не показаны). В зависимости от мощности установки могут быть использованы компрессоры на фреоне R134, R404, R407, R410, R22, R507, R406, R12, R290, R600 или другом хладагенте.
Аккумулятор холода 2 размещен над холодильным агрегатом 1 и баллоном-ресивером 3.
Для экономии ресурса (запаса вакуума) вакуумный насос 5 соединён через гибкие трубки с баллоном-ресивером 3 (гибкие трубки на чертеже не показаны).
Аккумулятор холода 2 выполнен в виде герметичной теплоизолированной ёмкости, заполненной незамерзающим теплоносителем, например, этиленгликолем или другой незамерзающей жидкостью. Аккумулятор холода 2 оснащен контроллером температуры, который управляет работой холодильного агрегата 1 (контроллер температуры на чертеже не показан).
Корпус аккумулятора холода 2 может быть выполнен различной формы, например, в виде цилиндра с поперечным сечением в виде круга или в виде параллелепипедас поперечным сечением в виде квадрата, прямоугольника или многоугольника, соответственно. Внутри аккумулятора холода 2 (вариант 1) расположены: устройство 8 для образования конденсата (первичный холодильник), испаритель 9 хладагента, вторичный холодильник 10 и устройство 11 для принудительной циркуляции теплоносителя. Устройство 8 для образования конденсата (первичный холодильник), испаритель 9 хладагента, вторичный холодильник 10 выполнены в виде трубки - змеевика, изогнутой в виде спирали или зигзагообразно. Диаметр трубок устройства 8 и испарителя 9 и вторичного холодильника 10, а также количество их витков зависит от мощности установки.
Вторичный холодильник 10 используют только в сочетании с вакуумным насосом 5. Устройство 11 для принудительной циркуляции теплоносителя методом аэрации выполнено в виде трубки, верхний конец которой соединен с воздушным компрессором 4.
,
Устройство 8 по варианту 1 для образования конденсата (первичный холодильник) вторичный холодильник 10 и устройства 11 по варианту 1 оснащены гибкими шлангами с патрубками для соединения верхними концами соответственно с ёмкостью 6, ресивером 3, воздушным компрессором 4. Вторичный холодильник 10 нижним концом соединён гибким шлангом с патрубком с приёмной ёмкостью 7. Ресивер 3 нижним концом соединён гибким шлангом с патрубком с вакуумным насосом 5.
Установка , выполненная по варианту 2, содержит холодильный агрегат 1, аккумулятор холода 2, баллон-ресивер 3, вакуумный насос 5, подогреваемую ёмкость 6 для сырья и приёмную ёмкость 7 для приёма конденсата или охлаждённой жидкости, выполненные аналогично варианту 1.
Внутри аккумулятора холода 2 (вариант 2) расположены устройство 12 для образования конденсата (первичный холодильник), испаритель 9 хладагента, вторичный холодильник 10. Устройство 13 для принудительной циркуляции теплоносителя выполнено в виде циркуляционного насоса и соединено с полостью аккумулятора холода 2 в верхней и нижней её частях входными и выходными патрубками.
Испаритель 9 хладагента и вторичный холодильник 10 выполнены в виде трубки -змеевика, изогнутой в виде спирали или зигзагообразно, аналогично варианту 1. Диаметр трубок устройства 12 и испарителя 9 и вторичного холодильника 10, а также количество их витков зависит от мощности установки.
Устройство 12 для образования конденсата (первичный холодильник) по варианту2 выполнено в виде вертикальных трубок, верхние концы которых объединены в коллектор 14, а нижние концы - в коллектор 15. Коллектор 14 соединён каналом 16 с патрубком с ёмкостью 6, а коллектор 15 - с приёмной ёмкостью 7 (патрубки - на чертеже не показаны). Канал может быть выполнен в виде гибкого шланга, металлической коррозионностойкой или пластиковой трубки.
Испаритель 9 хладагентаобоими концами соединен с холодильным агрегатом 1, при этом верхний конец подаёт жидкую фазу хладагента через терморегулирующее устройство 17 для его испарения, а нижний служит для возврата парообразной фазы хладагента из аккумулятора холода 2 в холодильный агрегат 1, обеспечивая циркуляцию хладагента.
Вторичный холодильник 10 нижним концом соединен с ёмкостью 7, а верхним - с баллоном-ресивером 3.
Теплоизолированная ёмкость 6 для сырья оснащена герметично закрываемой крышкой и контроллером температуры (крышка и контроллер температуры на чертеже не показаны).
Для подогрева ёмкости 6 использован источник энергии (тепла) необходимой мощности, который может быть выполнен в виде тэна или индукционной плиты, питаемой от сети электроснабжения 220В или 380В или вырабатываемой бензо- или дизель-генератором, или газовой горелки (источник энергии на чертеже не показан), или иного источника энергии..
Ёмкость 6 как по варианту 1, так и по варианту 2 оснащена мешалкой 18, выполненной с возможностью вращения от привода (привод на чертеже не показан). Мешалка 18 предназначена для непрерывного перемешивания перерабатываемого сырья во время работы установки для исключения образования пригаров в зоне нагрева сырья и лучшего испарения влаги из сырья.
Ёмкость 6 оснащена патрубком 19 для слива перерабатываемого сырья с вентилем 20, и патрубками 21 и 22 для подачи сырья на охлаждение и выпаривание, снабженными вентилями 23 и 24, соответственно.
Аккумулятор холода 2, ёмкость 6, ёмкость 7, устройства 8 и 12 для образования конденсата, вторичный холодильник 9 и устройство 11 и 13 для принудительной циркуляции теплоносителя, как по варианту 1, так и по варианту 2 , могут быть выполнены из коррозионностойкого металла - нержавеющей стали, алюминия, меди, или из стали различных марок с обязательной обработкой внутренней поверхности эмалью или из других противокоррозионных материалов-полимеров и их производных. Гибкие патрубки выполнены из термостойкого, армированного, пищевого, нейтрального к агрессивным средам силикона или поливинилхлорида (ПВХ).
Установка как по варианту 1, так и по варианту 2, может быть дополнительно оснащена емкостью 25 для дозированной подачи сырья, находящейся не под вакуумом и предназначенной для накопления сырья в течение рабочего дня и последующей его дозированной подачи в емкость 6 по патрубку 26, оснащенному электромагнитным клапаном 27 и устройством, отвечающим за открытие или закрытие электромагнитного клапана 27 (на чертеже не показано).
Предлагаемая установка оснащена запорной арматурой.
Вентиль 28 установлен на входе коллектора 14 и предназначен для частичной разгерметизации системы, а именно только ёмкости 6, если необходимо добавить сырье, в случае отсутствия накопительной емкости 25.
Вентиль 29 установлен на входе вторичного холодильника 10, вентиль 30 на выходе устройства 12 для образования конденсата и дополнительно вентиль 31 для восстановления атмосферного давления в ёмкости 7, дальнейшей её замены на пустую ёмкость 7 или опорожнения.
.
Установка может быть выполнена как стационарной, так и мобильной с возможностью её перемещения, для чего её составляющие могут быть закреплены известными способами на перемещаемой платформе 32
Процесс работы установки может быть полуавтоматическим - с участием оператора для загрузки ёмкости 6 и для опорожнения или замены ёмкости 7, (если отсутствует накопительная ёмкость 25) или автоматическим.
В автоматическом режиме за заполнением ёмкости 6 и опорожнением емкости 7 следит автоматика (условно не показана).
В случае наличия накопительной емкости 25 поступление (всасывание) сырья из накопительной емкости 25 в ёмкость 6 будет происходить по патрубку 26 за счет вакуума в системе, создаваемого вакуумным насосом 5. Излишняя влага из сырья в ёмкости 6 уходит в ёмкость 7, а в ёмкость 6 из емкости 25 по патрубку 26 автоматически поступает необходимый объем сырья. Наличие электромагнитного вентиля 27, предотвращающего разгерметизацию всей системы и ёмкости 6, позволяет экономить электроэнергию на нагреве сырья в ёмкости 6 и на вакуумировании всей системы заново.
Предлагаемая установка позволяет выпаривать сырьё, в зависимости от вида сырья или необходимого технологического процесса двумя способами как под вакуумом, с использованием вакуумного насоса 5, так и без использования вакуумного насоса 5.
В режиме выпаривания установка с использованием вакуумного насоса работает следующим образом.
В начале систему герметизируют во избежание попадания паров в атмосферу, закрывая вентили 20, 23, 27 и 31 и открывая вентили 24, 28, 30 и 31. Затем с помощью вакуумного насоса 5 создают необходимое разряженное состояние в зависимости от вида перерабатываемого сырья (например, до минус 96 кПа).
Основная доля паров из емкости 6 конденсируется в первичном холодильнике в трубке - змеевике устройства 8 (вариант 1) или в вертикальных трубках в устройстве 12 (вариант 2) и сливается в приемную ёмкость 7 в виде конденсата. При вакуумировании насосом 5, избыточное давление убирается, в том числе из ёмкости 7, где могут образовываться легкокипящие пары, которыепо системе патрубков могут попасть в ресивер 3, и далее в вакуумный насос 5. Вторичный холодильник 10 является барьером для легкокипящих паров и конденсирует их в жидкость, которая стекает обратно в ёмкость 7.
Заполненную сырьём ёмкость 6 подогревают с помощью источника энергии:электрического ТЭНа, индукционной плиты или газовой горелки, или иного источника, при этом температура нагрева зависит от вида перерабатываемого сырья.
В разряженном состоянии, например, спиртосодержащее сырьё начинает закипать уже при 30°С с выделением паров легкокипящих жидкостей, испаряющихся в первую очередь. Чтобы отобрать весь спирт-сырец из спиртосодержащего сырья, ёмкость 6 нагревают до 53 - 57°С.
В процессе работы установки диапазон температур в аккумуляторе холода 2 меняется от -5°С до +10°С. Превышение указанных границ регулируется контроллером аккумулятора холода 2.
Температуру в ёмкости 6 поддерживают с помощью контроллера температуры ёмкости 6. Во время работы установки в ёмкости 6 происходит непрерывное перемешивание сырья с помощью мешалки 18, что исключает локальный перегрев сырья, образование пригаров в зоне нагрева, способствует равномерному распределению температуры от нагревательного элемента и повышает испарение.
Процесс выпаривания завершают, когда в приемную ёмкость 7 прекратит поступать визуальная жидкость или процесс перейдет в капельный отбор с интервалом более чем 2 сек, для чего предварительно закрывают вентили 29 и 30 и открывают вентиль 31.
В режиме выпаривания установка без использования вакуумного насоса работает следующим образом.
Вентили 24, 27, 28, 29, 30 и 31 открыты, вентили 20 и 23 закрыты.
Заполненную сырьём ёмкость 6 подогревают. Спиртосодержащее сырьё, в отсутствии разряжения в системе, начинает закипать при температуре 57 - 62°С. Чтобы отобрать весь спирт-сырец из спиртосодержащего сырья в ёмкости 6, ее необходимо нагреть до 100°С.
Во время работы установки в ёмкости 6 происходит непрерывное перемешивание сырья с помощью мешалки 18, что исключает локальный перегрев и образование пригаров в зоне нагрева, способствуя равномерному распределению температуры от нагревательного элемента и повышению испарения.
Процесс выпаривания завершают, когда в приемную ёмкость 7 прекратит поступать визуальная жидкость или процесс перейдет в капельный отбор с интервалом более чем 2 сек.
В процессе работы установки диапазон температур в аккумуляторе 2 холода изменяется от -5°С до +10°С, однако процесс дистилляции при атмосферном давлении идёт гораздо дольше, чем при разряженном состоянии.
При выпаривании цикл работы установки заканчивается тогда, когда в ёмкости 6 сырьё станет необходимой вязкости (тягучести) для этого сырья.
В случае использования ёмкости 6 для выпаривания спиртосодержащего сырья, по окончании цикла работы установки утилизации подлежит то, что осталось в ёмкости 6, а содержимое ёмкости 7 используют как продукт для дальнейшей переработки или реализации. Если в ёмкости 6 было молоко или соки, то используют содержимое ёмкости 6 в виде концентрата, сливаемого по патрубку 19 при открытом вентиле 2 и отправляемого на хранение и дальнейшую реализацию. Из приемной емкости 7 получившийся конденсат в этом случае удаляют (утилизируют).
В системе под вакуумом температура закипания перерабатываемого сырья будет гораздо ниже 100 градусов, что позволяет сохранять натуральный вкус, аромат, витамины сырья и предотвращает образование вредных химических соединений и неприятных запахов.
При охлаждении перерабатываемого сырья установка работает следующим образом.
и
в
Источник энергии (тепла) в виде тэна или индукционной плиты или газовой горелки, или иного источника отключают. Вентил 19, 24 и 31 закрывают, вентили 28, 29 и 30 открывают полностью, а вентилем 23 регулируют количество подаваемого сырья в устройство для образования конденсата 8 или 12, а именно  верхний патрубок устройства 8 (вариант 1) или коллектор 14 (вариант 2), откуда через нижний патрубок устройства 8 (вариант 1) или коллектор 15 (вариант 2), охлаждённое сырьё поступает в ёмкость 7. Сырьё, поступающее в устройство 8 или 12,отдает своё тепло теплоносителю аккумулятора холода 2, при этом оно само охлаждается.
ь
Температура поступающего в ёмкост 7 охлажденного сырья зависит от интенсивности потока сырья, которая может регулироваться вентилем 23. Во избежание образования ледяной пробки внутри устройства 8, температуру в аккумуляторе холода 2 при помощи контроллера температуры не опускают ниже плюс 1 градуса по Цельсию.
Всасывание сырья из ёмкости 6 происходит за счет разряженного состояния во всей системе, поддерживаемого вакуумным насосом 5. Прекратить всасывание можно, разгерметизировав емкость 6. Для этого снимают крышку, либо отсоединяют патрубок 22 от ёмкости 6 перед краном 24.