Тема 3: Оборудование для тепловой обработки

Тема 3: Оборудование для тепловой обработки

Цель: Изучение оборудования для тепловой обработки

План:

1. Оборудование для деаэрации.

2. Оборудование для копчения.

3. Оборудование для выпаривания.

Деаэратор

 

Деаэратор – техническое устройство, реализующее процесс деаэрации некоторой жидкости (обычно воды или жидкого топлива), то есть её очистки от присутствующих в ней нежелательных газовых примесей. На многих электрических станциях также играет роль ступени регенерациии бака запаса питательной воды.

 

Рисунок – 10

Назначение

· Защита трубопроводов и оборудования от коррозии.

· Недопущение воздушных пузырей, нарушающих проходимость гидравлических систем, нормальную работу форсунок и т.д.

· Защита насосов от кавитации.

Принцип действия

В жидкости газ может присутствовать в виде:

· Собственно растворённых молекул;

· микропузырьков (порядка 10⁻⁷м), образующихся вокруг частиц гидрофобных примесей;

· в составе соединений, разрушающихся на последующих стадиях технологического цикла с выделением газа (например, NaHCO₃).

В деаэраторе происходит процесс массообмена между двумя фазами: жидкостью и парогазовой смесью. Кинетическое уравнение для концентрации  растворённого в жидкости газа при его равновесной (с учётом содержания во второй фазе) концентрации , исходя из закона Генри, выглядит как

,

где  - время; f – удельная поверхность раздела фаз; k – скоростной коэффициент, зависящий, в частности, от характерного диффузионного пути, который газ должен преодолеть для выхода из жидкости. Очевидно, для полного удаления газов из жидкости требуется  (парциальное давление газа над жидкостью должно стремиться к нулю, то есть выделившиеся газы должны эффективно удаляться и замещаться паром) и бесконечное время протекания процесса. На практике задаются технологически допустимой и экономически целесообразной глубиной дегазации.

В термических деаэраторах, основанных на принципе диффузионной десорбции, жидкость нагревается до кипения; при этом растворимость газов близка к нулю, образующийся пар (выпар) уносит газы ( снижается), а коэффициент диффузии высок (растёт k).

В вихревых деаэраторах собственно обогрева жидкости не происходит (это делается в теплообменниках перед ними), а используются гидродинамические эффекты, вызывающие принудительную десорбцию: жидкость разрывается в самых слабых местах – по микропузырькам газа, а затем в вихре фазы разделяются силами инерции под действием разности плотности.

Кроме того, известны небольшие установки, где некоторая степень деаэрации достигается облучением жидкости ультразвуком. При облучении воды ультразвуком интенсивностью порядка 1 Вт/см² происходит снижение  на 30…50%, k возрастает примерно в 1000 раз, что приводит к коагуляции пузырьков с последующим выходом из воды под действием Архимедовой силы.

 

Вы пар

Выпар – это смесь выделившихся из воды газов и небольшого количества пара, подлежащая эвакуации из деаэратора. Для нормальной работы деаэраторов распространённых конструкций его расход (по пару по отношению к производительности) должен составлять не менее 1…2 кг/т, а при наличии в исходной воде значительного количества свободной или связанной углекислоты – 2…3 кг/т. Чтобы избежать потерь рабочего тела из цикла, выпар на крупных установках конденсируют. Если охладитель выпара, применяемый для этой цели, устанавливается на исходной воде деаэратора (как на рис.), она должна быть достаточно сильно недогрета до температуры насыщения в деаэраторе. При использовании выпара на эжекторах он конденсируется на их холодильниках, и специальный теплообменник не нужен.

Термические деаэраторы классифицируютя по давлению.

Обозна­чение	Тип	Давление, МПа	Температура, °C	Применение
ДВ	Вакуумные	0,0075…0,05	40…80	Подпиточная вода тепловых сетей, вода в тракте химической водоподготовки
ДА	Атмосферные	0,01…0,03	102…107	Добавочная вода ТЭС, питательная вода испарителей, подпиточная вода тепловых сетей
ДП	Повышенного давления	0,6…0,7, реже 0,8…1,2	158…167 170…188	Питательная вода энергетических котлов с начальным давлением пара от 9,8 МПа и выше

Атмосферные деаэраторы (см. рис.) требуют наименьшей толщины стенок; выпар удаляется из них самотёком под действием небольшого избытка давления над атмосферным. Вакуумные деаэраторы могут работать в условиях, когда на котельной нет пара; однако им требуется специальное устройство для отсоса выпара (вакуумный эжектор) и б́ольшая толщина стенок, к тому же бикарбонаты при низких температурах разлагаются не полностью и есть опасность повторного подсоса воздуха по тракту до насосов. Деаэраторы ДП имеют большую толщину стенок, зато их применение в схеме ТЭС позволяет сократить количество металлоёмких ПВД и использовать выпар как дешёвую рабочую среду для пароструйных эжекторов конденсатора; деаэрационная приставка конденсатора, в свою очередь, является вакуумным деаэратором.

Как теплообменные аппараты термические деаэраторы могут быть смесительными (обычно, греющие пар и/или вода подаются в объём деаэратора) или поверхностными (греющая среда отделена от нагреваемой поверхностью теплообмена); последнее часто встречается у вакуумных подпиточных деаэраторов теплосетей.

По способу создания поверхности контакта фаз смесительные деаэраторы подразделяются на струйные, плёночные и барботажные (встречаются смешанные конструкции).

В струйных и плёночных деаэраторах основным элементом является колонка деаэратора – устройство, в котором вода стекает сверху вниз в бак, а греющий пар поднимается снизу вверх на выпар, попутно конденсируясь на воде. В небольших деаэраторах колонка может быть интегрирована в один корпус с баком; обычно же она выглядит как вертикальный цилиндр, пристыкованный сверху к горизонтальному баку (цилиндрической ёмкости с эллиптическими либо коническими днищами). Сверху находится водораспределитель, снизу – парораспределитель (например, кольцевая перфорированная труба), между ними – активная зона. Толщина колонки данной производительности определяется допустимой плотностью орошения активной зоны (расходом воды через единицу площади).

В деаэраторах струйного типа вода проходит активную зону в виде струй, на которые она может быть разбита 5…10 дырчатыми тарелками (кольцевые с центральным проходом пара чередуются с круговыми меньшего диаметра, обтекаемыми по краю). Струйные деаэрационные устройства имеют простую конструкцию и малое паровое сопротивление, но интенсивность деаэрации воды сравнительно низка. Колонки струйного типа имеют большую высоту (3,5…4 м и более), что требует высокого расхода металла и неудобно при ремонтных работах. Такие колонки применяются как первая ступень обработки воды в двухступенчатых деаэраторах струйно-барботажного типа.

Также существуют форсуночные (капельные) деаэраторы, где вода разбрызгивается из форсунок в капельном виде; эффективность за счёт измельчения фазы велика, однако работа форсунок ухудшается при засорении и при сниженных расходах, а на преодоление сопротивления сопел уходит очень много электроэнергии.

В деаэраторах с колонками плёночного типа поток воды расчленяется на пленки, обволакивающие насадку-заполнитель, по поверхности которой вода стекает вниз. Применяется насадка двух типов: упорядоченная и неупорядоченная. Упорядоченную насадку выполняют из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, а также из укладываемых правильными рядами колец, концентрических цилиндров или других элементов. Преимущества упорядоченной насадки – возможность работы с высокими плотностями орошения при значительном подогреве воды (20…30°C) и возможность деаэрации не умягчённой воды. Недостаток – неравномерность распределения потока воды по насадке. Неупорядоченная насадка выполняется из небольших элементов определенной формы, засыпаемых произвольно в выделенную часть колонки (кольца, шары, сёдла, омегаобразные элементы). Она обеспечивает более высокий коэффициент массоотдачи, чем упорядоченная насадка. Пленочные деаэраторы малочувствительны к загрязнению накипью, шламом и окислами железа, но более чувствительны к перегрузке.

В деаэраторах барботажного типа поток пара, который вводится в слой воды, дробится на пузыри. Преимуществом этих деаэраторов является их компактность при высоком качестве деаэрации. В них происходит некоторый перегрев воды относительно температуры насыщения, соответствующей давлению в паровом пространстве над поверхностью. Величина перегрева определяется высотой столба жидкости над барботажным устройством. При движении увлекаемой пузырьками пара воды вверх происходит её вскипание, способствующее лучшему выделению из раствора не только кислорода, но и углекислоты, которая в деаэраторах других типов удаляется из воды не полностью; в том числе разлагаются и бикарбонаты NaHCO₃, NH₄HCO₃. В барботажном устройстве наряду со значительным развитием суммарной поверхности контакта фаз обеспечивается интенсивная турбулизация жидкости. Эффективность барботажных устройств снижается при значительном уменьшении удельного расхода пара. Для обеспечения глубокой деаэрации вода в деаэраторе должна подогреваться не менее чем на 10°C, если нет возможности для увеличения расхода выпара. Барботажные устройства могут быть затопленными в баке в виде перфорированных листов (при этом трудно обеспечить беспровальный режим) или устанавливаться в колонке в виде тарелок.

 

Показатели и обозначения

Производительность деаэратора – расход деаэрированной воды на выходе из деаэратора. В деаэраторах типа ДВ при использовании в качестве греющей среды (теплоносителя) перегретой деаэрированной воды расход последней в производительность не входит.

Полезная вместимость деаэраторного бака – расчетный полезный объём бака, определяемый в размере 85% его полного объёма.

ГОСТ устанавливает ряды для подбора ёмкости баков (для ДА 1…75 м³, ДП 65…185 м³) и производительности (1…2800 т/ч). Деаэратор обозначается по принципу ДА(ДП,ДВ)-(производительность, т/ч)/(полезная вместимость бака, м³); колонки отдельно КДА(КДП)-(производительность), баки БДА(БДП)-(вместимость).

 

6. Оборудование для копчения

Коптильная установка ИЖИЦА-1200М²

 

Рисунок 11

 

Копченые и вяленые продукты всегда пользовались огромным спросом, поскольку их можно долго хранить и транспортировать в различные торговые точки. Высокая рентабельность является важнейшим фактором, который помогает развивать производство копченой и вяленой продукции. Процесс копчения принято использовать при консервировании продукта и для придания особого аромата и специфического вкуса рыбной продукции.

Преимуществами камер для копчения и вяления рыбы являются следующие качества: применение нержавеющей стали для изготовления аппарата, а также возможность выбора прибора в соответствии с производительностью. Для достижения максимальной экономии электроэнергии в процесс эксплуатации камеры копчения используют дымогенератор. Процесс копчения абсолютно автоматизирован, поэтому можно говорить о минимальных потерях и максимальном выходе готового продукта.

Камера для холодного и горячего копчения рыбы является универсальным аппаратом. Такие камеры дополнительно оснащены испарителями, которые устанавливают между диафрагмой и сводом, а также холодильным агрегатом мощностью 7,5 кВт.

Холодное копчение происходит при температуре от 15 до 25 градусов. Длительность производства мойвы холодного копчения составляет три часа, непосредственно копчение – 2,5 часа. Скумбрия холодного копчения изготавливается за 2,5 часа, из них копчение – 2 часа.

Процент потерь при производстве довольно низкий, благодаря контролю влажности в камере и температуры в продукте. Коптильные установки состоят из камеры для копчения, дымогенераторов, систем подачи, рециркуляции и отсоса дымо-воздушной смеси, а также систем охлаждения и нагрева. Кроме того, аппарат содержит транспортирующие механизмы, систему контроля и противопожарные и санитарные системы. Основные режимы работы камеры: обжарка, варка, подсушка и копчение.

Моноблок в аппарате объединяет дымоохладитель и дымогенератор и соединяет их с коптильней посредством трубопроводов. В камере существует мойка – полуавтомат дымогенератора, трубопроводов и внутреннего объема. В процессе работы коптильни осуществляется контроль таких позиций как влажность, время работы, а также температура внутри камеры и внутри продукта.

В камере установлена система воздуховодов и выброса. Кроме того, коптильня оснащена выносной установкой кондиционирования и подогрева воздуха. Четырехканальный процессор позволяет отрегулировать заданные параметры, а выносная установка осуществляет отвод воды и циркуляцию воздуха. Панели корпуса коптильной установки – «сэндвич». Это трехслойная композиция толщиной 80 миллиметров, состоящая из слоев металл – полиуретан – металл. Короб, влагоотделитель и внутренняя поверхность стен камеры изготовлены из нержавейки. Наружные поверхности коптильни покрывают порошковой краской.

Корпус контейнера окрашен в термоизоляционный материал, а толщина стен корпуса составляет – 100 миллиметров. Двери располагаются с торцов контейнера: первая для доступа к пульту управления и технического обслуживания, вторая – для загрузки рыбы.

По желанию заказчика коптильное оборудование для вяления рыб может быть оснащено испарителем, изготовленным из нержавейки или медно-алюминиевого сплава. Коптильню монтируют в готовое помещение: к примеру, в рыбный цех. Интенсивность дыма в установке для копчения позволяет получать продукт отличного качества за 6…8 часов работы аппарата. Максимальная загрузка в камеру холодного копчения – четыре тележки. Универсальные камеры для копчения и вяления имеют условную загрузку – 159, 200, 300, 400, 500 и более килограммов.

 

Коптильная установка Ижица-1200 М²

Инновационность коптильни ИЖИЦА-1200 М² заключается в использовании эффекта электронного ветра, который возникает между ускорителями и рыбой (или мясом). Электронный ветер подхватывает дым и ускоряет процесс насыщения продукции дымом в десятки раз! Благодаря этому эффекту время копчения сократилось до 90 минут!

Рисунко 12

Рисунок 12

Установка Ижица-1200 стала настоящим прорывом на рынке копчения и рыбопереработки благодаря следующих экономическим эффектам:

1. Отношение производительности к стоимости оборудования и аренды производственных площадей выросло в 7 раз по сравнению с оборудованием для традиционного копчения;

2. Процент потерь уменьшился в среднем на 15% благодаря сокращению времени копчения;

3. Копченая продукция имеет отличный товарный вид и срок хранения 30 суток согласно ТУ;

4. Копченая рыба, мясо и сыры имеют более нежный насыщенный вкус и пользуется постоянным спросом.

 

Характеристики установки

· Производительность одной коптильни: 500 килограммов в сутки!

· Время копчения: 1,5 часа

· Загрузка коптильной камеры: от 60 до 100 килограмм

· Габаритные размеры: 800×900×1700 мм.

· Вес комплекта: 120 кг.

· Потребляемая мощность: 0,6 кВт/Час

· Электропитание: 3 фазы, 380 В, 50 Гц (под заказ: 1 фаза, 220 В, 50 Гц)

· Расход древесины (рейка 24×24 мм): 1,0 м/час

Установка выполнена из нержавеющей стали и соответствует всем требованиям для переработки пищевых продуктов.

 

Вакуумное выпариване

Типовая вакуум-выпарная установка, состоит из следующих составных частей: 1) вакуум-аппарата (испаритель); 2) конденсатора; 3) приемников; 4) ресивера; 5) вакуум-насоса.

 

Вакуум-аппараты

В фармацевтическом производстве находят применение два типа вакуум-испарителей, различающихся по способу нагрева:

а) вакуум-испарители, в которых греющий пар находится в паровой рубашке,- шаровые вакуум-аппараты;

б) вакуум-испарители с поверхностью нагрева, составленной из трубок,- трубчатые вакуум-аппараты.

Рисунок 17

 

Шаровые вакуум-аппараты. Устройство такого аппарата показано на (рис.). Шаровой или овальной формы корпус аппарата 1 в нижней части снабжен паровой рубашкой 2, а в верхней – шлемом 3, соединяющимся с конденсатором. Корпус аппарата разъемный и состоит из двух частей, соединяющихся между собой разбортованными краями 8 с помощью болтов. Верхняя полусфера снабжена лазом 9, который служит для очистки внутренней поверхности аппарата, воздушным краном 10, термометром 11, вакуумметром 12 и двумя смотровыми стеклами 13(одно невидимое, так как находится с противоположной стороны и освещается электрической лампой). Греющий пар в паровую рубашку подают через штуцер 6, а конденсат отводят через штуцер 7. Вытяжку для сгущения подают в вакуум-аппарат через штуцер 4, а сгущенную, но еще подвижную жидкость спускают через трубу 5. Выпарная часть аппарата изготовляется из меди, алюминия или железа с эмалевым покрытием. Рубашка из литого железа приклепывается или приваривается к корпусу котла. Для получения густых жидкостей применяется вакуумное оборудование со съемной верхней половиной, опрокидывающейся выпарной чашей и мешалкой.

Трубчатые вакуум-аппараты. Из трубчатых вакуум-аппаратов, конструкция которых отличается большим разнообразием, в фармацевтическом производстве нашли применение аппараты с вертикальными трубками (рис.). Аппарат этого типа имеет цилиндрический корпус, в нижней части которого на расстоянии 0,75…1,5 м друг от друга установлены две трубные решетки А, равные диаметру корпуса. В отверстиях трубных решеток ввальцованы многочисленные трубки диаметром 50…75 мм. В середину трубной решетки ввальцована широкая труба диаметром до 500 мм, называемая циркуляционной трубой В. Греющий пар поступает в пространство между решетками и трубками через штуцер 1 и нагревает находящуюся внутри трубок жидкость. Конденсат вводится через штуцер 2, а неконденсирующиеся газы (воздух) - через штуцер 3. Вытяжка для выпаривания поступает в аппарат через штуцер 4. После сгущения вытяжку, не потерявшую подвижности, спускают через трубу 5. Выпариваемая жидкость заполняет все пространство под нижней решеткой, и на некоторой высоте все трубки, в том числе и циркуляционную трубу. В тонких трубках выпариваемая жидкость очень быстро закипает. Образующиеся в ней пузырьки пара, имеющие малую относительную плотность, устремляются вверх, увлекая за собой и жидкость, которая с силой выбрасывается в пространство, занятое паром. Здесь вследствие внезапного увеличения площади сечения скорость движения жидкости резко уменьшается и жидкость падает вниз, стекая в циркуляционную трубу, а пар, освободившись от капелек жидкости, устремляется в верхнюю часть корпуса и оттуда через пароотводную трубу 6 – в конденсатор. Наличие циркуляционной трубы обеспечивает круговорот упариваемой жидкости. Площадь поперечного сечения циркуляционной трубы составляет обычно 75% всей площади поперечного сечения трубок.

Трубчатые вакуум-аппараты выгодно отличаются от шаровых большой поверхностью нагрева, что обеспечивает быстроту выпаривания.

Рисунок 18

Среди трубчатых аппаратов особый интерес представляют выпарные аппараты, получившие название пленочных; трубчатый корпус их состоит из пучка трубок малого диаметра длиной до 9 м. На рис. изображен пленочный аппарат отечественного производства с длиной трубок 5 м (облегчается очистка труб). В цилиндрическом барабане 1 находится пучок трубок 2. Сгущенная вытяжка через штуцер 3 поступает в нижнюю камеру 4 и оттуда в трубки 2. Греющий пар циркулирует в межтрубном пространстве. Смесь сокового пара и капелек сгущенной жидкости, выбрасываемая из трубок, попадает на сепаратор 6, состоящий из спиральных лопаток. Под действием центробежной силы капельки жидкости отделяются от парового потока и собираются на дне камеры 5, откуда жидкость выводится через штуцер 7. Соковый пар, пройдя дополнительно через брызгоуловители, выходит через штуцер 8 на трубке 9 ставится предохранительный клапан. Через патрубок 10 из межтрубного пространства отводятся неконденсирующиеся газы.

Через трубку 11 вводится греющий пар, через трубку 12 отводится конденсат Большая скорость движения жидкости в трубках (до 20 м/с) и выпаривание в тонком слое позволяют выпаривать в этих аппаратах вытяжки, содержащие термолабильные вещества, не опасаясь их разложения

 

Многократное выпаривание

Сущность многократного выпаривания состоит в том, что вторичный пар, образующийся в первом выпарном аппарате, поступает в качестве греющего пара во второй выпарной аппарат, а образующиеся в нем пары могут быть использованы для обогревания третьего выпарного аппарата и т.д.

 

Тема 3: Оборудование для тепловой обработки