CC BY
14УДК 66-967.3
Технические науки
Фильченков Алексей Владимирович, студент Института механики и энергетики ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарева» Лемяскин Сергей Николаевич, студент Института механики и энергетики
ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарева» Павкина Ирина Петровна, студент Института механики и энергетики
ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарева»
АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ВАКУУМ-ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Аннотация: Сейчас большинство молочных заводов производят возобновление производства, направленное на улучшение качества конечной продукции, снижение эксплуатационных расходов и сбор производственного процесса в соответствии с современными санитарными нормами и правилами. В то же время технологический процесс, связанный с производством молочных продуктов часто не соответствует тенденциям развития вышеуказанных отраслей, что обусловлено рядом причин. В статье приведен анализ конструкций вакуум-выпарных установок для концентрирования пищевых продуктов.
Ключевые слова: выпаривание; молоко; вакуум-выпарная установка; змеевиковая вакуум-выпарная установка; пластинчатая вакуум-выпарная установка.
Abstract: Now most dairy plants are resuming production aimed at improving the quality of the final product, reducing operating costs and assembling the production process in accordance with modern sanitary norms and rules. At the same time, the technological process associated with the production of dairy products often does not correspond to the development trends of the above industries, which is due
to a number of reasons. The article presents an analysis of the designs of vacuum evaporation plants for food concentration.
Keywords: evaporation; milk; vacuum evaporation unit; coil vacuum evaporation unit; plate vacuum evaporation unit.
Выпаривание - это процесс удаления воды из продукта путем доведения ее до кипения. Принцип процесса выпаривания показан на рисунке 1. Водяной пар нагревает промежуточную пластину, которая в свою очередь нагревает продукт, и вода выпаривается из продукта.
Выпаривание как технологический процесс впервые было применено в России в 1802 году для производства сахарного песка. В 1913 году британский ученый Е. Говард внедрил в производство выпаривание под вакуумом. В 1915 году ученый И. А. Тищенко опубликовал свою монографию «Современные выпарные аппараты и их расчет», где научно обосновал процесс выпаривания. В современное время выпаривание нашло широкое применение в пищевой промышленности в кондитерской, молочной, сахарной, консервной и в других отраслях. Выпаривание используют для повышения пищевой и товарной ценности, повышения срока хранения и уменьшения объема при перевозке продукта [1].
*
t *
) I
Рисунок 1 - Принцип процесса выпаривания
В пищевой промышленности для получения концентрированных растворов применяют выпарные установки. Они бывают непрерывного и периодического действия, наибольшее распространение в крупной промышленности получили установки непрерывного действия. Также установки делятся по используемому, нагревающему агенту, им может быть нагретый газ, электроэнергия и нагретый водяной пар. Выпаривание в установках происходит под атмосферным и повышенным давлениях и в вакууме [2; 3].
Вакуум-выпарные установки являются основными применяемыми в производстве продуктов. Благодаря свойству воды при снижении давления снижать температуру кипения в вакуум-выпарных установках жидкость закипает при 45 °С, благодаря этому не страдают вкусовые качества, полезные вещества и структурно-механические свойства. Так же вакуум-выпарные установки обладают высоким КПД и малым расходом энергии. Применение вакуума снижает расход энергии на 75%, так, например, для того чтобы выпарить 1 литр воды при атмосферном давлении необходимо затратить 600 Вт, а при помощи вакуум-выпарной установки потребуется 160 Вт и 90 Вт при высокой степени энергосбережения [4].
Рассмотрим конструкцию четырехкорпусной пленочной вакуум-выпарной установки Tetra Pak TVR (рисунок 2) с тепловой рекомпрессией пара. Установка применяется для концентрирования молока. Жидкость с помощью центробежного насоса подается в промежуточную емкость, в которой с помощью датчиков поддерживается постоянный уровень. Из промежуточной емкости молоко поступает в пять вертикальных подогревателей, состоящих из четырех последовательно соединенных труб. В первый подогреватель поступает вторичный пар из 4 корпуса. Часть пара конденсируется, и конденсат отводится в конденсатор. Для создания вакуума оставшийся пар из подогревателя поступает в межтрубное пространство конденсатора. Молоко проходит через 2, 3 и 4 подогреватели, где нагревается вторичным паром из калоризаторов 4, 3 и 2 корпусов, и температура постепенно повышается. В 5
подогревателе молоко нагревается за счет пара из межтрубного пространства 1 корпуса. Для большей температуры нагрева и экономии пара в 1 корпусе используется смешивание высоко нагретого пара с паром из 2 корпуса. Дальше молоко поступает в пастеризатор, где нагревается до 95 °С. Из пастеризатора молоко через рекуператор поступает в калоризатор 1 корпуса. В верхней части калоризатора поток жидкости делится на тонкие струйки, которые для лучшего выпаривания образуют пленку, стекающую по кипятильным трубкам. Вторичный пар из пароотделителя поступает в последующий корпус. Концентрированное сырье из нижней части 1 пароотделителя поступает во 2 в 4, а затем в 3 пароотделитель. Из 3 пароотделителя продукт проходит через датчик концентрации который при недостаточной концентрации направляет продукт в промежуточную емкость [1; 5; 6; 7; 8; 9].
i»
Рисунок 2 - Схема вакуум-выпарной установки Tetra Pak TVR
Змеевиковая вакуум-выпарная установка периодического действия 33-2А (рисунок 3) применяются в кондитерской промышленности для уваривания
карамельных масс и сиропов. Установка состоит из греющей части 1. Пар под давлением 0,7-0,8 МПа поступает через штуцер 2 в межзмеевиковое пространство. Через штуцер 10 отводится конденсат, образовавшийся при теплообмене. Нижний конец змеевика через фланец 11 присоединяется к насосу, качающему сироп. Верхний конец змеевика через фланец 4 присоединяется к трубе 5, которая соединена с выпарной частью 18. Сироп вначале проходит по внутренним спиралям вверх, затем по трубке спускается в нижнюю спираль наружного змеевика, а затем снова вверх. Из верхней спирали сироп через трубу 5 попадает в выпарную часть 18. Сироп собирается в конусе 16, который обогревается паром с помощью змеевика 21. При уваривании массы образуется вторичный пар, который по трубе 20 попадает в конденсатор. Отбойник 19 не дает сиропу уйти вместе с паром. Уваренный сироп через открытый клапан 22 скапливается приемнике 13. Для того чтобы сироп не стал сгущаться, приемник имеет рубашку обогрева 23. При достижении нужной концентрации сироп сливают. Для этого нужно закрыть клапан 22 и кран 28. Открыть кран 26 для того чтобы в приемнике давление стало равно атмосферному. Сироп удаляется через клапан 24. После слива сиропа клапан 24 закрывают и открывают кран 28 для того чтобы выровнять давление в приемнике и выпарной камере. Когда давление выровнялось, открывают клапан 22. Для контролирования уровня сиропа предусмотрено окно 32. Для контроля вакуума в выпарной камере установлен вакуумметр 30. Давление пара измеряется манометром 6. Для предотвращения разрыва греющей части предусмотрен предохранительный клапан 9 [10].
Трехкорпусная вакуум-выпарная установка ВВУ (рисунок 4) применяется для производства сгущенного молока. Молоко перекачивается в промежуточную емкость 1, где с помощью поплавкового механизма поддерживается постоянный уровень. Молоко с помощью насоса 2 подается в трубчатый подогреватель 14, где нагревается вторичным паром от третьего корпуса. Дальше молоко проходит через подогреватели второго и первого корпусов. В четвертом подогревателе молоко нагревается паром, сжатым в
компрессоре который имеет температуры на 15 °С выше температуры кипения молока [11].
а)
Рисунок 3 - Схема змеевиковой вакуум-выпарной установки 33-2А
Рисунок 4 - Схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки ВВУ с пластинчатыми
калоризаторами и инжектором
Концентрация сухих веществ в молоке после выпаривания может достигать 50%. Контроль концентрации осуществляется автоматическим прибором [12].
Таким образом, рассмотрев конструкцию вакуум-выпарных установок,
применяемых в пищевой промышленности можно сделать вывод о том, что конструкция установки определяется продуктом, для выпаривания которого она предназначена. Так, например, для выпаривания молока применяются многокорпусные установки. Они имеют большой КПД и могут работать непрерывно.
Библиографический список:
1. tetrapak.com: Решения для переработки и упаковки продуктов питания и напитков Tetra Pak | Tetra Pak: Tetra Pak Evaporator Falling Film TVR: сайт. -URL: https: //www.tetrapak. com/content/dam/tetrapak/media-box/global/en/processing/technology-area-
general/evaporation/documents/PD%20Tetra%20Pak%20Evaporator%20Falling%20 Film%20TVR%20Low.pdf (дата обращения: 29.10.2022).
2. food-mechanics.ru: Пищевая Промышленность. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОРТАЛ: Выпарные аппараты и установки. Пищевая Промышленность: сайт. -URL: https://food-mechanics.ru/?p=949 (дата обращения: 29.10.2022).
3. Кувшинова О.А. Лабораторный модуль по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»: Учебно-методическое пособие / Саранск, 2016. 139 с.
4. dairyprocessinghandbook.tetrapak.com: Dairy Processing Handbook: сайт. - URL: ВАКУУМ-ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ: https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/ru/chapter/vakuum-vyparnye-apparaty (дата обращения: 29.10.2022).
5. zdamsam.ru: Сдам Сам: Устройство и принцип действия установки TVR: сайт. - URL: https://zdamsam.ru/a35953.html (дата обращения: 29.10.2022).
6. Котин А. В., Кувшинова О. А., Березин М. А. Исследование свойств сельскохозяйственного сырья и продукции его переработки; для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 «Агроинженерия». - Саранск, 2017. 80 с.
7. tetrapak.com: Решения для переработки и упаковки продуктов питания
и напитков Tetra Pak | Tetra Pak: Tetra Pak Evaporator Falling Film TVR: сайт. -URL:https://www.tetrapak.com/content/dam/tetrapak/mediabox/global/en/processing /technology-area-general/evaporation/documents/PD%20Tetra%20Pak%20E vaporator%20Falling%20Film%20TVR%20Low.pdf (дата обращения: 29.10.2022).
8. Кувшинова О.А. Практический модуль по дисциплине «Современные методы научных исследований в области переработки сельскохозяйственной продукции» : Учебно-методическое пособие. - Саранск, 2017.
9. Водяков В.Н. Практикум по дисциплине «Перспективные технологии и оборудование для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» / В.Н. Водяков, О.А. Кувшинова. - Саранск, 2019.
10. uralmash.net: Пищевое оборудование: Змеевиковый варочный вакуум -аппарат. Пищевое оборудование: сайт. - URL: http://uralmash.net/280110_zmeev_vak_apparat.html (дата обращения: 29.11.2021).
11. megalektsii.ru: МегаЛекции: Вакуум-выпарной аппарат пластинчатого типа: сайт. - URL: https://megalektsii.ru/s30473t7.html (дата обращения: 29.11.2021).
12. Кувшинова О.А. Мультимедийная лекция «Научные основы инженерной реологии». Свидетельство о регистрации базы данных № 2021620940, 13.05.2021. Заявка № 2021620824 от 29.04.2021.
