Вакуумное выпаривание

Выпаривание представляет собой технологический процесс – совокупность теплообменных операций, посредством которого из жидких растворов получают концентрат вещества или растворителя в чистом виде. Выпариванию могут быть подвергнуты только летучие жидкости, содержащие нелетучие либо малолетучие вещества в растворе. Чаще всего это соли и щелочные составы. Испарение, как правило, осуществляется при температуре кипения раствора с постоянным подводом тепла.

Если стоит задача очистить тот или иной компонент раствора, то, помимо выпаривания, может потребоваться процедура кристаллизации, с помощью которой мы получаем твердое вещество.

Выпаривание – активно использующийся метод первоначального обезвоживания или концентрирования многих продуктов пищевой промышленности, включая молочную, сахарную промышленность, производство фруктовых соков и т.д.

Технологически достаточно непросто организовать процесс выпаривания так, чтобы получить итоговый концентрат надлежащего качества. Именно поэтому промышленность использует в этих целях специальные высокотехнологичные установки. Это так называемые ВВУ – вакуумно-выпарные установки. Их конструкцию можно модифицировать в зависимости от конкретных задач, а также дополнять функционал устройства при необходимости.

В пищевой промышленности ВВУ используются для сгущения молока и молочных продуктов, для концентрирования термолабильных растворов, фруктовых и овощных соков.

Типы вакуум-выпарных установок

Существует целый ряд признаков, по которым классифицируются ВВУ (вакуум-выпарные установки).

По числу ступеней различают одноступенчатые и многоступенчатые ВВУ.

По давлению вторичного пара в последней ступени выделяют установки с глубоким вакуумом (до 100 мбар), с повышенным давлением, с низким вакуумом (до 500 мбар).

По источнику подвода теплоты различаются ВВУ с одним источником, с двумя источниками, с тепловыми насосами.

Так же ВВУ подразделяются на группы по технологии обработки раствора и по относительному движению греющего пара и выпариваемого раствора.

Основные элементы

В число базовых элементов вакуум-выпарной установки входят следующие:

• выпарные аппараты, оснащенные трубчатыми (внутренними) или рубашечными (наружными) паровыми обогревателями;
• трубчатые электрические нагреватели (ТЭН) либо погружные горелки, задача которых – контактная передача теплоты от газов к раствору; - сепараторы;
• брызгоотделители;
• конденсатоотводчики;
• подогреватели раствора;
• конденсаторы;
• сборные баки и емкости;
• насосы (в том числе вакуумные водокольцевые насосы);
• запорная и предохранительная арматура;
• регулирующие и контрольно-измерительные приборы.

Вакуум-выпарная установка промышленного типа представляет собой многокомпонентное устройство на базе теплообменника (с конденсатором) и камеры испарения.

Для выведения вторичного пара устройство может быть дополнено сепаратором, что повышает эффективность его работы.

Благодаря использованию вакуума достигается мягкость выпаривания, ускоряется процесс выпаривания, а концентрат, получаемый в итоге, обладает более высоким качеством.

«Выходной продукт» может быть подвергнут вторичной переработке либо задействован в иных технологических процессах. Отвод и последующий сбор выходного продукта производится с помощью модуля с выпускными перетоками. Модуль не только позволяет отвести избыток газов, но и позволяет изменять скорость потока и давление.

Принципиальная схема ВВУ

Рисунок демонстрирует базовые элементы вакуум-выпарной установки. Вывод пара осуществляется посредством установки поверхностного конденсатора. В зависимости от конкретных задач, конденсатор может быть трубчатым или змеевиковым, прямоточным или противоточным.

Вакуумный водокольцевой насос обеспечивает необходимое разрежение.

При определении конкретной конфигурации оборудования для тех или иных задач просчитывают различные варианты взаимодействия циркуляционной системы с сепаратором и нагревательной камерой. Как правило, максимальную эффективность показывает многокомпонентная система, которая позволяет добиваться отличных показателей качества концентрации и динамики рабочего процесса.

Приемники, сборники

Чаще всего установка оснащена двумя сборниками. В то время, как один обеспечивает работу установки, другой находится в разгрузке. Такая возможность существует благодаря перекрытию кранов. Так же между сборниками и вакуумным водокольцевым насосом находится ресивер – промежуточный сборник. В его функции входит:

• буферизация работы установки с целью более плавного ее функционирования;
• предохранение насоса от случайного попадания конденсата. Такое может произойти, если вследствие недосмотра персонала приемник переполнится или произойдет переброс жидкости.

Вакуумный насос

Насос – необходимый элемент ВВУ. С помощью насоса осуществляется отведение конденсата из поверхностного конденсатора и из подогревателей. Глубина вакуума, создаваемая системой, оказывает существенное влияние на функционирование установки. Глубина вакуума и температура кипения находятся в прямой пропорциональной зависимости: чем глубже вакуум, тем меньше температура, тем меньше тепла требуется для работы устройства.

Отлично зарекомендовали себя на практике вакуумные водокольцевые насосы ERSTEVAK. Они создают разряжение 33 мбар (при н.у.). Широкий спектр моделей позволяет выбрать вакуумный насос оптимальной производительности для каждой конкретной производственной задачи.

Производитель предлагает три доминантных линейки оборудования. В их числе следующие:

• ELRPX – линейка моноблочных насосов. Производительность варьируется от 27 м3/ч до 500 м3/ч. Стандартное исполнение предусматривает изготовление рабочего колеса из нержавеющей стали. Есть так же модели, в которых проточная часть полностью выполнена из нержавеющей стали.
• ELRS – линейка моделей, в которых насосный блок находится на раме в сборе с электродвигателем. Производительность моделей линейки находится в диапазоне от 200 м3/ч до 9 000 м3/ч.
• ELRP-2 – линейка двухступенчатых насосов. Производительность моделей линейки - от 100 м3/ч до 3 000 м3/ч.

Для вакуум-выпарных установок наилучшим образом подходят именно двухступенчатые вакуумные насосы ELRP-2. Конструктивные особенности моделей этой линейки позволяют перекачивать через себя большее количество паров. Соответственно, в системе обеспечивается большая глубина вакуума.