Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 41

концентрации и экструдирования пищевых сред

Всего W

ЪЕ[

- 2Е

- Е'

Отсюда

=(W

+ ЪЕ[

+2Е'

+Е'

)/А.

Принимаем количество греющего пара D равным количеству испаряющейся в

данном корпусе воды. Тогда Д = W

где / - номер корпуса.

Количество теплоты на выпаривание по корпусам Qj, кДж/кг (из расчета на

100 кг свеклы):

Qi^d'ni-iki),

где i"

- удельная энтальпия пара, греющего данный корпус, кДж/кг; i

- удельная

энтальпия конденсата, уходящего из греющей камеры этого корпуса, кДж/кг,

где fe - температура конденсата в г'-м корпусе, °С.

Массовая доля сиропа на выходе из каждого корпуса, %

-E

/(S

-W

);

Б"

-E

/(S

-W

);

-E

/(S

-W

);

1У

-E

/(S

-W

Среднее значение массовой доли сока по корпусам, %

Б,

=(Б

+Б')/2;

Зак. 710

Учитывая, что расчет ведется на 100 кг свеклы, можно представить, что

W(KT) =

W(%).

Распределение экстрапаров Е (%) к массе свеклы, исходя из расхода пара по

обогреваемым станциям завода, составляет

Я] = 20,07%, Е

= 14,22-%, £

= 18,27%, £

= 2,67% и _?

0,71%.

Количество пара, полученного в результате самоиспарения конденсата по кор-

пусам выпарки е (%) к массе свеклы, равно:

£?i = 0,60 %, е

= 1,65 %, е

= 1,60 % и е

= 2,20 %.

Действительный отбор экстрапаров из выпарного аппарата с учетом самоиспа-

рения конденсата Е (%) определяется в виде

Е[

=Е

-е

;

Е'

-е

; Е'

=Е

-е

; Е'

=Б

-е

Определяем массу воды, выпариваемой по корпусам, % к массе свеклы:

I корпус W\ = W\\

II корпус W

-E[;

III корпус W

{

- Е[ - Е'

;

IV корпус W

- Е[

-Е'

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

=(Б' +Б" )/2;

=(Б" +Б

)/2;

=(Б'" +Б

1У

)/2 .

В зависимости от длины кипятильных трубок и массовой доли сока определяем

коэффициенты теплопередачи k

[кВт/(м

-К)] по корпусам.

Площадь поверхностей теплопередачи F

(м") по корпусам

F, = 0,01/76,/(*,_/,),

где П - производительность по всем корпусам выпарной установки, кг/с.

Напряжение поверхности нагрева корпусов выпарки и, [кг/(м

с)]

Q,0\W

niF

Площади поверхностей нагрева корпусов Fi (м ) рассчитываются

=1,ОЗЯ0,/(1ОО^_),

где At - полезная разность температур, °С.

Если результаты второго определения F равны или близки к первоначальным

значениям то их можно считать окончательными, а если сильно отличаются, то

необходимо выполнить уточненный расчет.

Надсоковое пространство должно иметь такие размеры, чтобы вторичный пар

полностью отделялся от капель увариваемого сока во избежание потери сока и за-

грязнения конденсата последующего корпуса.

Объем парового пространства г-го корпуса выпарки Г„ (м

)

где

W-,

- расход воды, выпариваемой в i-м корпусе, кг/с; v - удельный объем вторично-

го пара при 125 °С, м

/кг; R

- объемное напряжение парового пространства, м

/(м

-с).

Размеры греющей камеры определяются исходя из площади поверхности нагре-

ва, диаметра и длины труб. Площадь поверхности одной трубки // (м

) равна

Л =

где d

- средний диаметр трубок, м; / - длина кипятильных трубок, м.

Число трубок по корпусам п (шт) определяется как

Юношеский пессимизм - настоящая

болезнь молодости.

МЕЧНИКОВ ИЛЬЯ ИЛЬИЧ (1845-1916),

русский биолог

16.5 РАЗВАРИВАТЕЛИ КРАХМАЛОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Измельченное крахмалосодержащее сырье перед развариванием смешивают с

горячей водой и затем полученный замес нагревают вторичным паром. По схеме

скоростного разваривания смешивание сырья с водой и нагревание массы произво-

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 43

концентрации и экструдирования пищевых сред

дят раздельно: смешивание - в смесителе, нагревание - в трубчатом теплообменни-

ке.

По схеме разваривания при пониженной температуре смешивание и нагревание

замеса производят в одном аппарате - в смесителе-предразварнике.

Смеситель-предразварник (рис. 16.19) представляет собой корытообразный

сосуд 5 вместимостью 3 м

, который разделен перегородкой 13 на две секции. Сме-

ситель 3 предназначен для смешивания дробленого зерна с водой при температуре

35...40 °С, предразварник 9 - для нагревания замеса.

Для перемешивания дробленого сырья на полом валу 8 внутри аппарата укреплена

мешалка, в смесителе лопасти мешалки горизонтальные, а в предразварнике они сде-

ланы по винтовой линии, что обеспечивает перемешивание вязкого замеса вдоль аппа-

рата. Вал мешалки вращается с частотой 30 об/мин, мешалка приводится в движение от

электродвигателя / (мощность 4 кВт, частота вращения 930 мин

) через редуктор 2 с

передаточным отношением 30,7. Из смесителя замес через патрубок 6 в перегородке 13

перетекает в предразварник. Уровень массы в аппарате регулируется шиберной за-

движкой 10. Вторичный пар для нагревания замеса подводится к аппарату через пат-

рубки 12. Люки 4 и 7 служат для осмотра и ремонта аппарата, патрубки 11 и 14 предна-

значены для освобождения аппарата от массы во время остановки аппарата.

Вязкость замеса увеличивается при повышении температуры нагревания и зави-

сит от длительности пребывания замеса в предразварнике. На выходе из аппарата

замес должен иметь такую вязкость, при которой массу можно перекачивать насо-

сом. При температуре 75...85 °С замес сохраняет текучесть в течение 5...6 мин.

Время пребывания замеса в смесителе-предразварнике

10...

мин. Следует иметь

в виду, что при повышении температуры замеса за счет вторичного пара значительно

уменьшается расход острого пара на разваривание. Например, при повышении темпе-

ратуры замеса с 70 до 90 °С расход пара на разваривание снижается на 26 %.

Вертикальный цилиндрический смеситель (рис. 16.20) вместимостью 1,5 м

снабжен пропеллерной мешалкой / для смешивания дробленого сырья с водой. Сы-

рье подается в смеситель по патрубку 5, а вода - по трубе 4. Для распыления воды в

стенках трубы рассверлены отверстия диаметром 2 мм. Конец трубы 4 заглушён.

Такая подача воды улучшает равномерность смешивания. Подогревание замеса про-

изводится через змеевик 2. Уровень массы в смесителе контролируется электриче-

ским сигнализатором 6, поплавок которого расположен в трубе 7.

С целью уменьшения воздействия перемешиваемой массы на поплавок сигна-

лизатора труба 7 снизу перекрывается решеткой 8, которая стабилизирует в зоне

поплавка уровень массы. Для контроля режима работы смесителя на корпусе раз-

мещены кран 3 для отбора пробы и штуцер 9 для термометра. Продолжительность

смешивания при переработке зерна 15 мин, картофеля 10 мин.

Вода в смесителе должна подаваться температурой не выше 45 °С, так как в

противном случае мука измельченного продукта образует комочки, которые затем

не провариваются. Из смесителя замес подается в трубчатый теплообменник, где

нагревается вторичным паром до 70...75 °С. Теплообменник типа «труба в трубе»

изготовляется из стальных труб диаметром 180 мм (наружные трубы) и 108 мм

(внутренние трубы).

Варочная колонна первой ступени (рис. 16.21) изготовляется сварной конструк-

ции (диаметр колонны 1300 мм, высота 7915 мм). Общий объем колонны 9,6 м

, рабочее

давление 0,5 МПа.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 45

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис.

16.20 Вертикальный цилиндрический смеситель Рис. 16.21 Варочная колонна первой ступени

Внутри колонны крепится цилиндрическая труба 8; в верхней части которой имеет-

ся распределительная воронка 6, в которую по патрубку 5 подается подогретый замес. В

нижнюю часть трубы 8 подводится пар по патрубку 10 к насадке 9. Установка в колонне

трубы 8 способствует лучшему перемешиванию массы.

В колонне размещен поплавковый сигнализатор 4 уровня массы. Для обслужи-

вания при ремонте колонна снабжена люками 7. На колонне установлены манометр

2 и предохранительный клапан 3. Внутри колонны внизу размещена заменяемая за-

щитная вставка 11. Для установки термометров предусмотрены гильзы /.

Варочная колонна второй ступени (рис. 16.22) представляет собой цилиндри-

ческий корпус 1 диаметром 500 мм (толщина стенки 6 мм) с отъемным коническим

днищем 3 и крышкой 2. В колонны второй ступени пар не подается; при этом масса

перемещается последовательно из колонн первой ступени по колоннам второй сту-

пени за счет разности уровней массы и выдерживается при температуре

138...

140 °С

в течение 20...25 мин. Для выравнивания давления верхние части колонн соединены

между собой через патрубки. Испытательное давление для колонн 0,785 МПа.

46 Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис.

16.22 Варочная колонна второй ступени Рис. 16.23 Контактная головка

Перед поступлением в варочную колонну первой ступени замес нагревается

острым паром давлением 0,4...0,6 МПа в контактной головке (рис. 16.23.). Контакт-

ная головка представляет собой цилиндрическую паровую камеру 2, внутри которой

установлена цилиндрическая вставка (форсунка) 3 с отверстиями диаметром 5 мм,

расположенными в 10 рядов по высоте вставки (в каждом ряду по 10 отверстий).

Отверстия двух верхних рядов расположены под углом 45° к вертикальной оси

головки. Отверстия последующих рядов просверлены под углом 45° и направлены

по касательной к корпусу вставки. При таком расположении отверстий пар инжек-

тирует массу и придает ей вращательное движение, что обеспечивает хорошее пе-

ремешивание и равномерное нагревание замеса.

Поступающая масса подается в головку через сопло 1, которое равномерно нагне-

тает массу при пульсирующей подаче ее плунжерным насосом. Пар в головку подво-

дится по патрубку и через отверстия вставки пронизывает движущуюся массу, пере-

мешивает и нагревает ее. Продолжительность пребывания массы в головке 1,5.. .2 с.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 47

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис.

16.24 Контактная головка с двусторонним подводом пара Рис. 16.25 Регулятор уровня массы

Контактная головка с двусторонним подводом пара (рис. 16.24) предназна-

чена для спиртовых заводов производительностью 1700....2500 дал/сут. В корпусе 3

расположены трубы 4 и 5, в которых просверлены отверстия диаметром 5 мм. В ка-

ждой трубе по высоте имеется 10 рядов по 13 отверстий. Замес подается в контакт-

ную головку по патрубку /. В головке замес течет в кольцевом зазоре. Пар, пода-

ваемый по патрубкам 2 и 6, пронизывает слой замеса с двух сторон. Такой подвод

пара обеспечивает быстрое и равномерное нагревание замеса.

Определенный уровень массы на выходе из варочного аппарата поддерживается

поплавковым регулятором (рис. 16.25). Регулятор представляет собой цилиндриче-

ский корпус / вместимостью 2 м

, диаметром 1200 мм при толщине стенки 8 мм и

рассчитан на рабочее давление 0,5 МПа. Внутри корпуса расположен поплавок 3,

который рычагом 4 шарнирно связан с корпусом регулятора. С рычагом поплавка

штоком 6 соединен клапан 7, который закрывает отверстие выходного патрубка 8.

Масса в регулятор поступает снизу. Регулятор соединяется с варочными колоннами

через патрубок 2 для выравнивания давления и отвода воздуха. За уровнем массы в

регуляторе наблюдают по стрелке 5.

Паросепаратор (рис. 16.26) предназначен для сепарирования пара и выдержки

развариваемой массы. Представляет собой цельносварной цилиндрический сосуд со

съемным днищем и крышкой.

Масса через патрубок 3 поступает на кольцевой распределитель массы 9, диа-

метр которого меньше диаметра корпуса, и сливается с него, не касаясь стенок кор-

пуса. Днище паросепаратора защищено съемной гильзой.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

В целях предотвращения каплеуноса с вто-

ричным паром в паросепараторе предусмотрен

каплеуловитель 6, конструкция которого обеспе-

чивает закручивание и изменение направления

потока вторичного пара. Паросепаратор оборудо-

ван двумя предохранительными клапанами 7.

Отвод массы осуществляется через нижний пат-

рубок 1, а отвод пара - через верхний патрубок 8.

Паросепаратор снабжен прибором контроля

уровня массы 2, лазом 4 и возвратной трубой 5.

Техническая характеристика паросепаратора

Объем полный, м

8,5

Рабочее давление, МПа до 0,7

Диаметр корпуса, мм 1300

Толщина стенки корпуса, мм 8

Габаритные размеры, мм:

ширина 2000

высота 6935

Для скоростного разваривания применяют

трубчатый разварник с контактной головкой

(рис.

16.27). В нем замес подогревается паром

давлением 0,8 МПа до 170 °С с помощью кон-

тактной головки, устройство которой аналогично

устройству головки, приведенной на рис. 16.24.

Подогретый замес из контактной головки по-

ступает в вертикальные трубы аппарата. Пар в

аппарат не подводится, масса в трубах перемещается за счет перепада давлений к вы-

ходу, где давление снижается до 0,4 МПа. При продвижении по трубам из массы вы-

деляется вторичный пар вследствие снижения давления. Смесь, состоящая из массы и

пара, перемешивается и диспергируется при прохождении через диафрагмы и соеди-

нительные переходы.

Трубчатый разварник состоит из контактной головки / и батареи вертикальных

труб 2, соединенных вверху и внизу переходами 3, которые прикреплены к верти-

кальным трубам-фланцами. Общая вместимость аппарата 1,5 м .

Общая длина вертикальных труб 64 м; а их внутренний диаметр составляет

148 мм. Во фланцевых соединениях установлены 24 диафрагмы 4. По ходу продукта

диафрагмы разбиты на четыре группы, в каждой группе шесть диафрагм. Диафраг-

мы каждой группы имеют одинаковый диаметр внутреннего отверстия (первой

группы - 40 мм, второй - 45, третьей - 50, четвертой - 55 мм).

При снижении температуры за диафрагмой выделяется вторичный пар. Объем

смеси в этом месте аппарата увеличивается в 3 раза, скорость смеси увеличивается

до 4 м/с, что обусловливает диспергирование массы. Для уменьшения износа стенок

переходов в последних устанавливают предохранительные сменные гильзы 5. Дав-

ление на выходе из аппарата регулируется клапаном.

Рис.

16.26 Паросепаратор

Глава

16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации

и экструдирования пищевых сред

Рис.

16.27 Трубчатый разварник

Инженерные расчеты. Производительность разварника по замесу П

(кг/ч),

определяется по формуле

П,={П

)/24,

где П

—

условная производительность линии по спирту, дал/сут; q - удельная

потребность объема замеса, м

/дал (q = 0,133 м

/дал); р - плотность замеса, кг/м

Необходимый объем варочного аппарата К(м

) рассчитывается как

Г = /7

т/(р

где т - продолжительность разваривания, ч (для колонного аппарата т = 0,75...0,66,

для трубчатого т = 0,03...0,05); ф - коэффициент заполнения (для колонного аппара-

та ф = 0,75...0,8, для трубчатого ф = 0,32).

Диаметр колонны аппарата или труб можно определить из равенства

=(nd

/А\„

где Q

- объемный расход продукта, м

/с; d - диаметр труб, м; v

- скорость движе-

ния развариваемой массы в аппарате (для трубчатого аппарата v

= 0,13 м/с).

Длина варочного аппарата (высота колонн или длина труб) L (м) равна

L = 4Q

/(nd

Расход теплоты Ф (кВт), необходимой для разваривания массы определяется как

{г

-/,)/3600,

где с

—

удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг-К); t\ - начальная температура

продукта, поступающего на разваривание, °С; t

- температура разваривания в аппа-

рате (для колонного аппарата t

= 140 °С; для трубчатого t

168...

165 °С).

Глава 16 Аппараты для

темперирования,

повышения

концентрации

экструдирования

пищевых

сред

Расход пара в контактной головке для подогревания замеса до температуры раз-

варивания Е (кг/с) определяется по формуле

0/{i-i

где i - удельная энтальпия пара, кДж/кг; i

- удельная энтальпия конденсата, кДж/кг

(для колонного аппарата i

принимается при температуре 140 °С, для трубчатого -

при 168 °С).

Объемный расход пара на разваривание Е

(м

/с) равен

Ер

ср

где р

р - средняя плотность пара, поступающего в контактную головку, м

/кг.

Скорость истечения пара из отверстий контактной головки

v„

(м/с)

v„ =44,7K

-i

где К

- коэффициент скорости (К

= 0,9); ц - удельная энтальпия пара при входе в

отверстие, кДж/кг; ii - удельная энтальпия пара при выходе из отверстия при темпе-

ратуре нагревания продукта, кДж/кг.

Суммарная площадь отверстий в контактной головке (м

) равна

Is = £

/(3600vJ.

Число отверстий при заданной площади одного отверстия s

(м

)

2.s

/ s

Площадь живого сечения для прохода продукта в контактной головке s

(м

)

/(v

p),

где v„

- скорость продукта в головке (v„

0,2...0,25

м/с); р - плотность продукта, кг/м

Продолжительность пребывания продукта в контактной головке принимаем

равным

1...

1,5

с.

Продолжительность пребывания замеса в смесителях составляет

10...

мин,

коэффициент заполнения

0,75...0,8.

Ориентировочное значение потребной мощности мешалки, N (кВт), при работе

в установившемся режиме без учета сопротивления змеевиков определяют по эмпи-

рической формуле

pi?d

где K

- критерий мощности, который зависит от интенсивности перемешивания,

характеризующейся центробежным критерием Рейнольдса; р - плотность среды,

кг/м

; п - частота вращения мешалки, об/мин;

- диаметр мешалки, м.

Критерий Рейнольдса равен ».

(vd

}

p)/\i,

где v - скорость замеса, м/с; d

- эффективный диаметр трубопроводов, м; р - плот-

ность замеса, кг/м

; |д - динамическая вязкость замеса, Пас.