Дисер по обезвоживанию (1058556), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

сталлизэции Укр по высоте аппарата от условий кристаллизации для жидкостей различной концентрации: молочной сыворотки — 6, 9, 15% с.в.; суспензии осажденных глобулинов соевых бобов — 5, 10, 20% с.в.; свекольного сока— 9, 12, 20% с.в.

Из экспериментов, на примере концентрирования молочной сыворотки с Сж=6.0% [57], установлено, что скорость кристаллизации возрастает с

увеличением темпа охлаждения хладонссигеля, уменьшением начального перегрева жидкости нэ входе в аппарат и режима движения пленки. В результате охлаждения пленки, стекающей по трубе, величина скорости кристаллизации \7кР постепенно возрастает от верхнего сечения аппарата к нижнему. Установлено, что для достижения максимальной эффективности концентрирования по всей высоте аппарата, следует проводить процесс кристаллизации при небольшом темпе охлаждения хладоносителя, турбулентном режиме течения пленки и достаточно большом начальном перегреве продукта на входе. При оптимальных Ахл 2 0.5 К/мин., Яе > 2000 и ДТН > 5 К для сыворотки достигнуты значения Кэф<0.05.

При использовании фракционного плавления кристаллического слоя в течение 8—10 мин концентрация водорастворимых веществ в нем понижается еще в 2—3 раза. Постепенный прогрев слоя льда приводит к выплавлению из него преимущественно захваченного концентрата, имеющего более низкую температуру плавления, чем чистые кристаллы льда.

Для уменьшения потерь водорастворимых веществ на примере молочной сыворотки, нами разработаны рекомендации по проведению концентрирования в две стадии. На первой — исходный раствор разделяется на концентрат с содержанием растворимых веществ около 10% и кристаллизат с Сп<1 %. Концентрат поступает на вторую ступень, где разделяется на готовый продукт с концентрацией более 15% и кристаллизат, содержащий 5—6% с.а.; последний расплавляется, смешивается с исходным продуктом и подается на первую ступень. Обе стадии могут быть проведены последовательно в одном аппарате.

При рекомендованных нами условиях процесса средняя скорость движения фронта кристаллизации составляет 8—10мм/ч, что соответствует производительности 8—10кг/м2ч. Таким образом, кожухотрубный аппарат с поверхностью теплообмена около 250м2 (диаметром 1.2—1.4м) и высотой Зм (с трубами с!у 50) может обеспечить выделение из продукта до 2 тонн льда в час. Процесс может быть осуществлен в стандартном модифицированном кожу-

хотрубном вертикальном теплообменнике, снабженном насадками, создающими пленочное течение жидкого продукта в каждой трубе.

Сопоставление экспериментальных данных с результатами расчетов по формулам (10) и (17) при параметрах процесса: Т» =275 К, СХл=0.2 кг/с, ахл=2200 Вт/м2К и тц =40 мин, приведено на рис.9 [40,44,68]. Из графиков видно, что результаты удовлетворительно согласуются, а предложенная модель может использоваться для инженерных расчетов с точностью в пределах 10%. Анализ результатов исследования влияния условий тепломассопереноса на эффективность разделения, позволил сделать вывод о том, что концентрирование жидких пищевых продуктов целесообразно проводить при следующих параметрах:

— режим движения жидкости вдоль раздела фаз — турбулентный при Яе = 2000....5000;

— температура жидкости в оросительном устройстве — Т» = 275....279К;

— скорость понижения температуры хладоагента на входе в кристаллизатор—А£5 = 0.3....0.7 К/мин.

О. S С. 4

о.з о. г м о

о с.2 си as && tо i.z о о.г л-f с.е о.в ¿о f.z

(a) (6)

Рис.9. Сопоставление результатов расчета коэффициента распределения (а) и среднеинтегральной скорости кристаллизации (б) с экспериментальными данными (на примере молочной сыворотки) Точки — эксперимент, кривые — расчет. 1— Сж=6%с.в„ Re=2280, А" =0.5К/мин; 2—9, 800, 0.2; 3—9, 4000, 0.5; 4—15, 2250, 0.5.

Минимальные потери водорастворимых веществ со льдом при использовании двухступенчатой схемы с рециркуляцией расплава льда .с верхней ступени сгущения на нижнюю составили: 0.3% с.в. для суспензии глобулинов соевых бобов; 0.6%с.в, для молочной сыворотки и 1.2%с.в. для свекольного сока, вместо 3—3.5% по зарубежным данным.

2.5. Промышленная апробация »разработка аппаратурно-технологической схемы криоконцентрирования жидких пищевых продуктов

Для проверки предложенной нами модели криоконцентрирования. адекватности результатов расчетов и экспериментальных исследований была проведена промышленная апробация на Детчинском экспериментальном комбинате по разработанной автором аппаратурно-технологической схеме [55]. Для интенсификации процесса и повышения эффективности разделения при сгущении и подготовке свекольного сока к вакуум-сублимационному обезвоживанию использовали достоинства описанного выше концентрирования при направленной кристаллизации, подплавления части слоя льда в сочетании с его центрифугированием по A.C. N 1584890 [59]. Сок (а) концентрировали по упрощенной схеме (рис.10) на вертикальной охлаждаемой поверхности установленного в линию подготовки стандартного аммиачного льдогенератора ИЛ-300 (4), который работал в режиме криоконцентрирования при температуре 263—258 К. Сконцентрированный сок (б) с содержанием водорастворимых веществ (в.р.в.) 18—20% отводился в сборную емкость (6). Намораживаемый слой льда непрерывно срезался вращающимися ножами (10) и подавался в центрифугу (5), в которой разделялся на очищенный лед (г) и концентрат (д) с содержанием в.р.в. 34—36%.

Лед (г) поступал в бак для плавления (3); получаемую "ледяную" воду насосом подавали в регенеративный теплообменник (2) для охлаждения исходного сока (а). Концентрат (д) смешивали в емкости (6) со вторым потоком концентрата (б) и получали концентрированный сок (е) с Сж=25—27%, который

замораживали и гранулировали на льдогенераторе (7). Гранулы раскладывал, на лотки (8) и транспортером (9) подавали на сублимационную сушку.

Рис.10. Аппаратурно-технологическая схема производства концентрированного свекольного сока 1—сборная емкость, 2—трубчатый теплообменник, 3—бак для расплавления льда, 4—льдогенератор, 5—центрифуга, 6—сборная емкость для концентрата, 7—льдогенератор, 8—лотки с продуктом, 9—транспортер, 10—ножи, а—сок после фильтр-пресса, б—концентрат Сж=18....20%с.в., в—кристаллы льда, г—очищенный лед, д— концентрат Сж=34....35%с.в., е-концентрат Сж=25....27%с.б., ж—гранулы замороженного свекольного сока.

Предложенная нами технология позволила уменьшить потери водорастворимых веществ до 0.5—0.7%, а производительность сушильного оборудования была увеличена в 2—2.5 раза при качественных показателях продукта, соответствующих действующей нормативно-технической документации.

Учитывая особенности эксплуатации льдогенераторов ИЛ-300 (сложность регулирования и поддержания требуемых температурных режимов, продолжительности процесса и т.д.), нами предложены впервые для сгущения жидких пищевых продуктов [33,47,65,69] конструктивные решения промышленного кристаллизатора (рис.11), принципиально отличающиеся от аппаратов, используемых для массовой кристализации (ф.Сгепко, Coppers и др.), которые вошли в ряд технических заданий на совместную разработку установок для

криоконцентрирования с ВНИИЭКИПродмаш (г.Москва), Крымским НПО "Плодмаш" (г.Симферополь). КБ общего машиностроения (г.Москва).

Рис.11. Схема вертикального кожухотрубного оросительно-пленочно-го кристаллизатора

1,4—патрубки входа и выхода хладоносителя; 2,8—трубные решетки, верхняя и нижняя, соответственно; 3—ороситель внешней поверхности труб; 5,14— патрубки для входа и выхода продукта; 6—нижняя сьемная крышка; 7-байонет-ный затвор; 9—трубы; 10—корпус кристаллизатора; 11,13—кольцевые распределители , »ста и хладоносителя; 12—ороситель внутренней поверхности труб; 15—верхняя крышка кристаллизатора.

Кристаллизатор оросительно-пленочного типа представляет собой вертикальный кожухогрубный теплообменник, в межтрубном пространстве которого циркулирует хладоноситель (тосол), а на внутренней поверхности труб организована кристаллизация из стекающей пленки продукта. В верхней части

аппарата расположены специальные распределители-оросители (3,11,12,13) Нижняя часть аппарата — легкосъемная (6); при кристаллизации она служт для сбора и отвода концентрата через патрубок (5), а в режиме регенерациу — для сбора льда (расплава) и вывода его из кристаллизатора. Для подплавле-ния льда в межтрубное пространство подается подогретый хладоноситель; е результате в местах контакта с поверхностью труб, лед подтаивает и ледяные гильзы сползают в нижнюю часть аппарата, измельчаются и выводятся из кристаллизатора.

Предложенные и исследованные нами способы интенсификации крио-концентрирования, исключающие массовую кристаллизацию и специальное оборудование для разделения льда и концентрата (раздел 2), новизна которых подтверждена рядом авторских свидетельств [10,30,31,50,59], обобщены и схематично представлены на рис.12.

Основные преимущества запатентованных способов:

— интенсификация процесса концентрирования за счет направленной кристаллизации в сочетании с достоинствами тепло- и массопереноса при пленочном течении жидкости;

— отсутствие оборудования для разделения концентрата и льда;

—простота аппаратурного оформления процесса и его технологичность — все этапы осуществляются в одном аппарате — теплообменнике-кристаллизаторе.

При разработке аппаратурно-технологической схемы для криоконцент-рирования использованы основные принципы организации процесса холодильного обезвоживания, основанные на разработанных и исследованных нами новых способах концентрирования вымораживанием на охлаждаемых поверхностях при направленной кристаллизации из стекающей пленки раствора. Схема (рис.13) построена по модульному принципу и включает следующие основные системы:

К5 1314990 КОЗ Р 1155231 1311

Рис.12. Схематичное изображение способов интенсификации крио-концентрирования жидких пищевых продуктов а—на сменных охлаждаемых поверхностях;

б—на теплоотводящей поверхности при постоянной скорости кристаллизации; в—из стекающей пленки жидкости;

г—кристаллизация воды из раствора в льдогенераторе с центрифугированием

льда и последующим смешиванием потоков концентрата. Условные обозначения: Хл—хладоноситель, Ж—концентрируемый раствор, К—концентрат, Л—лед, Ц.ф.—центрифуга.

— контур циркуляции концентрируемого раствора (б), состоящий и: двух попеременно работающих кристаллизаторов (1,2) и циркуляционных на сосов (17,18);

— контур предварительного охлаждения исходного раствора (а) с баком-накопителем (9), теплообменником-плавителем льда (7, 8) и питающим насосом (17);

— систему сбора и плавления льда (7);

—' контур хладообеспечения (10,13,14,15,19,20) с регенеративными теплообменниками для термостатирования концентрируемого раствора (б) на входе в кристаллизатор (1 или 2).

Исходный раствор (а) поступает в емкость-накопитель (9), откуда циркуляционным насосом (17) подается последовательно в теплообменники 2-ой и 1-ой ступени (8) для охлаждения за счет плавления льда, сбрасываемого периодически из кристаллизатора (1—4). Охлажденный до температуры 276—278 К раствор (б), пройдя через регенеративный теплообменник (10), поступает через оросительное устройство в кристаллизаторы (1,3 или 2,4), работающие попеременно и стекает по внутренней поверхности вертикальных труб в виде пленки. За счет отвода теплоты кристаллизации хлздоносителем (д), охлаждаемым в испарителе (14,16) холодильной машины, из раствора вымораживается слой льда толщиной 8....10мм. Сконцентрированный в 1-ой ступени раствор поступает на вторую ступень в кристаллизатор (3) или (4). Полученный концентрат (в) собирается в емкости-накопителе (12) и затем подается на фасование или обезвоживание.

Вымороженный из раствора лед сбрасывается в емкость для сбора и его плавления (7); теплота плавления используется для охлаждения исходного раствора (а).

14 I ¿1

->—ф}——

8 31

1 '

__¿ 17 * . г4 а/ 12/

Характеристики

Список файлов курсовой работы