Подробно о вакуумно-выпарных установках

Вакуумно-выпарные установки

Вакуумно-выпарная установка – это технологическое оборудование, которое используются для сгущения растворов, суспензий и эмульсий за счет частичного удаления из них влаги с помощью процессов теплопередачи, вакуумирования, испарения и конденсации. Все вакуум-выпарные установки работают по единому принципу: обрабатываемая жидкость подается в установку и подогревается до температуры кипения при отрицательном давлении, а полученный в результате кипения пар отводится из установки и конденсируется на холодной поверхности конденсатора или выбрасывается в атмосферу. Это позволят убрать из обрабатываемой жидкости излишки влаги (растворителя) и тем самым преобразовать ее в густой (пастообразный, вязкий) продукт. Удаленная влага при необходимости может собираться в том числе для повторного использования в технологическом процессе, как например, это происходит в линиях экстракции и концентрирования.

Иногда вакуумно-выпарные установки называют вакуум-выпарными установками. 

Вакуумное выпаривание

Процесс удаления (влаги) из растворов, суспензий и эмульсий называется выпариванием. Когда выпаривание проводится при отрицательных давлениях его называют вакуумным выпариванием.

Вакуумное выпаривание - это широко используемый метод концентрирования, который представляет собой удаление воды из жидкого сырья путем его кипячения в испарителе вакуумно-выпарной установки с одновременным отводом пара. Если сырье содержит растворенные сухие вещества, тогда полученный крепкий раствор может насыщаться вплоть до образования кристаллов.

Как один из наиболее энергоемких процессов, применяемых в молочной, пищевой и химической промышленности, выпаривание необходимо рассматривать с точки зрения экономичного использования энергии, а также эффективности процесса. И это вполне возможно, так как наш завод предлагает полный набор технологий выпаривания и систем, разработанных с учетом различных характеристик продукта, требуемого процента концентрации и региональных затрат на энергию.

Чем отличается вакуумное выпаривание от сушки?

Вакуумное выпаривание отличается от сушки тем, что в результате удаления влаги из сырья методом вакуумного выпаривания получается высококачественная концентрированная жидкость, а не твёрдое вещество. Вакуумные выпарные установки и вакуумные испарители используются только на первых этапах производства высушенных продуктов, обычно превращая жидкое сырье в вязкую, концентрированную жидкость за счет выпаривания основной части влаги. При распылительной сушке таких концентрированных жидкостей удаляется остаток влаги, что позволяет получать известные нам высушенные порошкообразные продукты, как, например, сухое молоко. Таким образом, порошкообразные продукты представляют собой сочетание обоих методов удаления влаги. Такое сочетание методов экономически выгодно, поскольку высокоэффективное испарение в вакуумно-выпарных установках (промышленных вакуумных испарителях) значительно дешевле других способов удаления влаги.

Схема выпарной установки

Рисунок – Схема выпарной установки

Состав оборудования: 1 - внешняя поверхность испарителя (вакуумно-выпарного аппарата); 2 - внешний нагреватель; 3 -коническая вставка; 4 - внутренний объем испарителя; 5 - донная коническая часть испарителя; 6 - защита от пены; 7 – каплеотбойник; 8 – выход парогазовой смеси на холодный теплообменник-конденсатор с вакуумным насосом или на вакуумный насос без конденсатора.

От чего зависит скорость выпаривания?

Основными факторами, влияющими на скорость выпаривания, являются:

• скорость, с которой тепло может передаваться обрабатываемой жидкости (сырью);
• количество тепла, необходимое для испарения каждого килограмма воды;
• максимально допустимая температура нагрева жидкости;
• давление, при котором происходит испарение;
• изменения, которые могут произойти с продуктом в процессе испарения (пенообразование, коркообразование, кристаллизация и т.д.).

Чтобы обеспечить максимальную скорость выпаривания и сохранить в неизменном виде термолабильные вещества сырья вакуумно-выпарное оборудование должно решать следующие задачи:

• рабочая температура должна быть ниже 60°С, желательно не выше 40-45°С, особенно в конце процесса выпаривания;
• обеспечение циркуляции жидкости по поверхностям теплообмена для достижения достаточно высоких коэффициентов теплопередачи и предотвращения локального перегрева,
• противодействие или недопущение пенообразованию, которое затрудняет отделение жидкости от пара.

Чем выше производительность испарителя, тем больше проектировщик может обосновать необходимость использования сложных и дорогих систем испарения для обеспечения высокой энергоэффективности.

Для целей проектирования испарителя производительность определяется как скорость испарения в час. Однако в некоторых процессах, таких как сезонная переработка фруктового, овощного или ягодного сока, оборудование работает только часть года. Это означает, что дорогой испаритель простаивает часть года. Экономический расчет должен включать годовые часы работы.

Для низких мощностей проектировщик меньше озабочен энергоэффективностью. Если скорость испарения ниже 1000 кг/ч, сложно оправдать испарители многоступенчатого типа. Обычно одноступенчатый испаритель является системой выбора при производительности менее 1000 кг/ч.

Чем отличается вакуумно-выпарной аппарат от вакуумно-выпарной установки?

У простого обывателя при ответе на вопрос, чем отличается вакуумно-выпарной аппарат (ВВА) от вакуумно-выпарной установки (ВВУ), могут возникнуть трудности. В первую очередь, это оборудование различается по составу. Прежде всего, в стоставе вакуумно-выпарной установки периодического действия обычно есть вакуумно-выпарной аппарат. Также у вакуумно-выпарной установку ВВУ в составе может быть теплообменник-конденсатор паров, а у вакуумно-выпарного аппарата его нет. Этот конденсатор паров, с одной стороны, снижает нагрузку на вакуумный насос, позволяя повысить производительность всей системы выпаривания растворителя в установке, и, с другой стороны, сконденсировать, накопить и сохранить удаленный растворитель. Повторное использование накопленного растворителя очень желательно при высокой стоимости растворителя в различных процессах пищевой, косметической, фармацевтической и химической промышленности, например, при производстве водно-спиртовых экстрактов лекарственных растений, когда удаленный при упаривании экстракта этиловый спирт сохраняется для повторного использования в цикле экстракции следующей партии сырья.

Отсутствие у вакуумно-выпарного аппарата теплообменника-конденсатора паров также приводит к тому, что при более высокой производительности по испаренной влаге, от 75 л/ч и выше, недорогие штатные вакуумные насосы перестают справляться с объемом поступающей в них воздушно-газовой смеси. Этот факт сильно отражается на стоимости более производительных вакуумно-выпарных аппаратов, и целесообразным становится изготовление вакуумно-выпарной установки.

Исходя из вышенаписанного, можно сделать следующий вывод: если растворитель, который используется в вашем технологическом процессе, не представляет ценности, и вам не надо его сохранять, а производительность по испаренной влаге концентрирующего оборудования не превышает 75 л/ч, то выгоднее приобрести вакуумно-выпарной аппарат ВВА, а не вакуумно-выпарную установку ВВУ.

Зачем нужен вакуумный насос?

Роль вакуумного насоса в вакуумно-выпарных установках заключается в основном в снижении давления и температуры кипения обрабатываемых материалов. Выкачивая паровоздушную смесь из рабочего объема вакуумно-выпарной установки или вакуумно-выпарного аппарата, вакуумный насос снижает давление и температуру кипения материала, а проведение операции выпаривания при этом становится возможным при более низкой температуре, что позволяет экономить энергию, а также защитить термочувствительные материалы от повреждения высокой температурой.

Преимущества вакуумных насосов в основном включают следующие аспекты:

• эксплуатация относительно проста, вакуумный насос легко обслуживать;
• повышение эффективности теплопередачи. В вакуумном состоянии температура кипения раствора снижается, что способствует увеличению разницы температур теплопередачи при испарении, тем самым уменьшая площадь теплопередачи испарителя и увеличивая производственную мощность (производительность установки) одновременно;
• энергосбережение. Благодаря снижению температуры кипения раствора снижаются теплопотери при испарении, что помогает экономить энергию;
• подходит для термочувствительных веществ. Вакуумное испарение позволяет избежать или уменьшить качественные изменения материалов при высоких температурах, особенно для веществ, которые не обладают высокой термостойкостью и легко разлагаются и портятся при воздействии повышенных температур обработки;
• уменьшение коррозии оборудования. При работе в вакууме снижается степень коррозии оборудования и увеличивается срок его службы;
• повышение коэффициента использования тепловой энергии. Вакуумное выпаривание создает необходимые условия для использования двух- или многокорпусных выпарных установок для повышения коэффициента использования тепловой энергии.

Почему выбирают вакуум-выпарные установки?

Основные причины, по которым выбирают вакуумно-выпарные установки, это:

• повышение эффективности производства;
• экономия энергии;
• поддержание качества и безопасности готовых продуктов;
• утилизация отходов.‌ 

Прежде всего, повышение эффективности производства является важной причиной использования вакуумно-выпарных установок в промышленности. Выпарные установки позволяют быстро удалять влагу из различных растворов, эмульсий и суспензий, тем самым сокращая производственный цикл и повышая эффективность производства в целом. Например, многокорпусная вакуум-выпарная установка может эффективно выпаривать воду при низких температурах с помощью многоступенчатого процесса испарения, экономя энергию и время. Кроме того, криогенный испаритель использует испарение в условиях низких температур для выпаривания влаги при более низких температурах, что еще больше повышает эффективность производства. 

Энергосбережение также является важным фактором при выборе вакуумно-выпарных установок. В многокорпусных выпаривателях используются принципы термодинамического равновесия и рекуперации отработанного тепла для более эффективного использования энергии. По сравнению с традиционными ВВУ и ВВА, их эффективность использования энергии выше, что позволяет снизить энергозатраты. Криогенная вакуумно-выпарная установка снижает энергопотребление за счет снижения температуры испарения, что имеет преимущества низкого энергопотребления, высокой скорости испарения и стабильной работы. 

Поддержание качества пищевых продуктов является одной из причин, по которой вакуумно-выпарные установки так широко применяются. Они могут работать при низких температурах, сохраняя питательные вещества и вкус пищи, что особенно подходит для продуктов, богатых питательными веществами, таких как фруктовые соки и молочные продукты.Также они сохраняют питательные вещества и вкусовые качества продуктов, повышают добавленную стоимость. 

Повышение безопасности продуктов также является одной из важных функций вакуум-выпарных установок. Точно регулируя температуру и влажность, ВВУ и ВВА могут гарантировать, что влажность в процессе производства пищевых продуктов достигает наилучшего состояния, тем самым обеспечивая качество и безопасность  продукта. Кроме того, когда выпарное оборудование очищает сточные воды, оно может снизить содержание вредных веществ в сточных водах, помогая достигать по ним соответствия стандартам охраны окружающей среды и реализовывать схему рециркуляции производственных ресурсов.

Наконец, еще одной важной функцией вакуумно-выпарных установок и аппаратов является удаление отходов. Сточные воды и жидкие отходы, образующиеся в процессе производства продуктов, могут быть сконцентрированы и обработаны с помощью различных испарителей, что сокращает объем отходов и стоимость обработки. Многокорпусная выпарная установка может концентрировать растворенные вещества в сточных водах и жидких отходах, извлекать часть воды и достигать цели экономии водных ресурсов.

Выбор именно вакуум-выпарной установки для вашего производственного процесса является оправданным, если вы хотите:

• вскипятить жидкий продукт при температуре ниже 100°С;
• повысить содержание сухих веществ в готовом продукте;
• уменьшить объем жидкого сырья, полупродукта или готового продукта методом частичного обезвоживания для снижения затрат на внутреннюю и внешнюю логистику;
• экономить на процессе удаления влаги из жидких продуктов;
• увеличить срок хранения готовых жидких продуктов;
• извлечь из сырья или готового продукта растворитель с целью его повторного использования в технологическом процессе;
• исключить ненужные запахи (провести дезодорацию);
• сгустить (сконцентрировать) жидкий продукт до нужной консистенции;
• получить пастообразный продукт;
• подготовить жидкий продукт к сушке с минимальными энергетическими затратами.

Факторы, влияющие на работу вакуумно-выпарной установки

В целом, вакуумно-выпарные установки работают также же надежно, как и часы, но все же есть некоторые факторы, от которых их работа, а также производственная себестоимость и качество получаемых продуктов находятся в прямой зависимости.

Концентрация.

С увеличением концентрации повышаются вязкость и плотность обрабатываемого раствора, суспензии или эмульсии, в результате чего повышается температура кипения.  

Вспенивание.

Растворы, подобные органическим соединениям, имеют тенденцию вспениваться при вакуумном выпаривании влаги. Пена уносится вместе с обильным количеством пара и может загрязнять поверхности теплообмена конденсатора, а также попадать в чистый растворитель, который буферизуется в сборнике конденсата. Наши вакуумно-выпарные установки спроектированы оптимальным образом для исключения этого неприятного явления.

Накипь и пригорание.

На горячих поверхностях греющих теплообменников и рабочих сосудов со временем образовываются отложения солей и пригаров. Крупные отложения могут привести к существенному снижению производительности вакуумно-выпарной установки, вплоть до полной остановки. Для клиентов, чье сырье имеет склонность к образованию отложений, у нас есть специальная линейка вакуумно-выпарных установок. При этом в любых наших тепловых установках реализован принцип простой очистки рабочих поверхностей теплообменного оборудования и трубопроводов, в том числе и по контуру теплоносителя.

Температурная чувствительность.

Некоторые вещества пищевых, косметических, химических и фармацевтических продуктов являются термолабильными, другими словами, не терпят перегрева. Ввиду нежелательности возможных изменений в сырье, полупродуктах и готовой продукции в наших вакуумно-выпарных установках реализуется конкретная рабочая температура ниже температурного порога повреждения таких веществ.

Жидкое сырье, которое подвергается концентрированию методом вакуумного выпаривания по допустимой температуре обработки может быть классифицировано следующим образом:

• можно нагревать до относительно высоких температур без разложения;
• можно нагревать до температуры около 60°C;
• можно нагревать до температуры не более 40-45°С.

Материал конструкции.

Большинство вакуумно-выпарных установок изготавливается из коррозионностойких сталей 304 и 316. Это позволяет максимально повысить статус инертности оборудования по отношению к сырью дает возможность получения готовой продукции самого высокого качества. 

Однако бывают случаи, когда требуются гораздо более дорогие материалы конструкции, такие как 904L, 2205, никель, титан и т. д. Эти дорогие материалы искажают экономический баланс, при этом капитальные затраты становятся более значимыми.

Рекуперация тепла.

Испарение достигается за счет добавления тепла к обрабатываемому сырью. Тепло подается главным образом для обеспечения скрытой теплоты испарения, и, благодаря внедрению методов рекуперации тепла из пара, нам удается добиться значительной экономии в использовании тепла.

Преимущества и область применения вакуумно-выпарных установок

Благодаря применению вакуумно-выпарных установок стало возможным:

• удаление излишков влаги из пищевых, косметических, химических и фармацевтических продуктов при низкой температуре, около 40°С;
• обеспечение микробиологической стабильности продуктов без применения консервантов;
• сокращение расходов на транспортировку и хранение;
• рециркуляция растворителя в технологическом процессе.

Поэтому вакуумно-выпарные установки широко используются в различных процессах перерабатывающей промышленности, включая процессы производства фармацевтических препаратов, БАД, еды и напитков, целлюлозы и бумаги, химикатов, полимеров и смол, неорганических солей, кислот, щелочей и т. д., а также в процессах очистки сточных вод.  

Наиболее популярными областями применения вакуум-выпарных установок являются процессы:

• производства пищевых концентратов (густых яблочных соков, грушевых, виноградных, апельсиновых и других цитрусовых соков, сусла и экстрактов, молока, бульонов из говядины, бетациклодекстрина, каррагенана, сырной сыворотки, куриного бульона, кофе, фруктового пюре, желатина, слабоалкогольного пива, пектина, обезжиренного молока, сахара, сывороточного протеина, горохового протеина, соевого протеина, подсолнечного протеина, овсяного протеина, цельного молока) и БАДов;
• очистки сточных вод;
• дистилляции растворителя (производство спиртных напитков, деалколизация вина)
• сушки крови убойных животных;
• изготовление эмульсий, а также фармацевтических препаратов, вакцин и субстанций;
• концентрирования солей для выпаривания воды;
• производства бумаги для обработки рабочих растворов с целью удаления посторонних примесей;
• металлообработки при уменьшении стоков смазочных и охлаждающих эмульсий;
• научных и других исследований в производстве аналитических испытаний;
• изготовления косметической продукции в группах кремы, гели и мази для достижения необходимой пастообразной формы;
• производства неорганических полимеров и смол.

Вакуумно-выпарные установки в химической промышленности

Пленочные испарители используются, когда риск загрязнения нагревательных поверхностей невелик или отсутствует. При наличии такого риска рекомендуются установки с принудительной циркуляцией. Все конструкции подходят для многоступенчатого испарения. При низких концентрациях можно использовать механическую рекомпрессию паров.

После выбора типа испарителя, необходимого для конкретной задачи, наиболее важным фактором является выбор материалов конструкции. Многие задачи можно решить с помощью нержавеющей стали марки 316. Для некоторых применений, где присутствуют ионы хлорида, более высокие марки нержавеющей стали, такие как 904L, могут быть экономичным выбором. Некоторые продукты настолько едкие, что их невозможно перерабатывать в стандартных исполнениях ВВУ. Рассмотрим несколько. 

Серная кислота и ее растворы.

Например, концентрация раствора серной кислоты до 50% при 150°C потребует основных элементов установки, таких как армированная стекловолокном эпоксидная смола с намотанной нитью и нагревательные и охлаждающие поверхности из непроницаемого графита. Если раствор серной кислоты составляет от 50 до 80% при температуре до 110°C, основные элементы установки должны быть из мягкой стали со свинцовой футеровкой, защищенной огнеупорами или углеродной плиткой. Поверхности теплопередачи снова будут из непроницаемого графита.

Следует отметить, что мы не изготавливаем неметаллические выпарные аппараты, но можем поискать такие у наших партнеров.

 

Сульфат титана.

Производство пигментов диоксида титана включает реакцию между серной кислотой и рудой, содержащей железо, сульфат титана и другие соединения. После предварительной обработки, которая включает кристаллизацию железа в виде сульфата железа, раствор нагревается и гидролизуется для осаждения диоксида титана. Перед этой операцией концентрация раствора должна быть скорректирована путем испарения воды. Важно, чтобы этот процесс происходил в испарителе с коротким временем контакта тепла, чтобы избежать преждевременного гидролиза, который происходит при длительном нагревании, что впоследствии приводит к загрязнению поверхности нагрева и закупорке труб. Хотя раствор содержит большую долю серной кислоты, присутствие других ионов в растворе может препятствовать коррозии, поэтому медь часто можно использовать для поверхностей теплопередачи. Титан является еще одним материалом, используемым для этого применения. Обычно для этой цели используются однокорпусные или многокорпусные выпарные аппараты с восходящей пленкой, причем количество корпусов определяется производительностью и оценкой стоимости эксплуатации с учетом увеличения капитала, необходимого для приобретения дополнительного оборудования.

В некоторых случаях экономически выгодно эксплуатировать вакуумно-выпарную установку как однокорпусную при атмосферном давлении, используя отводимый пар для предварительного нагрева.

Щелок выгружается при температуре выше 100°C, что снижает последующую тепловую нагрузку на этапе гидролиза.

 

Фосфорная кислота.

Фосфорную кислоту можно получить путем вываривания фосфатной руды (фосфата кальция и фторида среди прочих) в серной кислоте. Поскольку сульфат кальция обычно является компонентом, необходимо учитывать образование накипи. Фосфатная руда различается по составу, и в целом требуется периодическая очистка даже в выпарных установках с принудительной циркуляцией.

 

Нитраты аммония.

Этот материал обладает рядом важных свойств:

• низкая вязкость, что позволяет концентрировать его до 99+% по весу;
• более 95% нитрата аммония имеет чрезвычайно высокую температуру кипения, что требует чрезвычайно высокого давления пара для нагрева. Это создает значительные механические проблемы;
• любые органические примеси могут привести к взрыву, поэтому для поверхностей теплопередачи необходимо использовать сверхнизкоуглеродистые нержавеющие стали, а использование минеральных масел для нагрева исключается.

Тип испарителя, наиболее подходящий для нитрата аммония, зависит от начальной и конечной концентрации. Для диапазона ниже 70% и до 80-85% успешно использовались многокорпусные испарители с восходящей пленкой. Для концентраций 80-96% использовались обычные системы с падающей пленкой. Однако выше 96% из-за условий парциального давления использовалась бы падающая пленка с продувкой нагретым воздухом.

 

Соли бария.

Производство соли бария включает использование сульфида натрия, материала, который очень похож на каустическую соду как по физическим, так и по коррозионным свойствам. Обычно он концентрируется в кристаллизаторе высокого вакуума для производства гидроксида бария, при этом в качестве материала конструкции используется мягкая сталь с резиновой футеровкой из-за коррозионных соображений. При температуре жидкости ниже 22°С на отдельных хлопьевидных станках можно получать два гидрата, моно- и пента-.

 

Глицерин.

Сладкая вода глицерина, не содержащая NaCl, обрабатывается в простых вакуумно-выпарных установках из нержавеющей стали производителями соли и олеохимикатов. Для щелоков, содержащих хлорид натрия, как в отработанном щелоке для промышленного производства моющих средств и мыла, должны использоваться сплавы мельхиора.

Если глицерин загрязнен солью, для извлечения глицериновой жидкости и отделения солей NaCl используются специальные кристаллизаторы с принудительной циркуляцией.

 

Каустическая сода.

Наиболее распространенным процессом производства каустической соды является электролиз рассола хлорида натрия. Электролитические процессы производят раствор каустической соды, который необходимо концентрировать путем выпаривания. Этот процесс выпаривания сложен, поскольку растворы каустической соды имеют высокую температуру кипения. Дополнительная проблема заключается в том, что при высокой температуре растворы едкого натра разъедают нержавеющую сталь. Нагреватели первой и второй ступени обычно изготавливаются из никеля, который устойчив к коррозии. Паровая сторона теплообменника может быть изготовлена из нержавеющей стали 304, а иногда и из

углеродистой стали. Трубчатые испарители с падающей пленкой стали стандартом для этого применения.

 

Экстракты с органическим испарителем.

Не все процессы испарения ограничиваются удалением воды. Некоторые технологические задачи требуют концентрации раствора твердых веществ и органических растворителей. Органические растворители часто используются для экстракции продуктов из сырья или ферментированных бульонов. Затем растворитель необходимо удалить из экстрагированного продукта. Типичным случаем будет испарение гексана из растительных масел.

Для этих типов задач необходимо использовать взрывозащищенное электрооборудование и искробезопасные приборы. Также необходимо соблюдать экологические нормы, особенно поскольку некоторые растворители, такие как метиленхлорид, классифицируются как регулируемые соединения со строгими пределами сброса как в воздух, так и в воду. Система должна быть спроектирована без утечек и с устройствами консервации на всех возможных вентиляционных отверстиях

Виды (типы) вакуумно-выпарных установок

В процессе испарения концентрация продукта достигается путем выпаривания растворителя, как правило, воды. Полученный конечный продукт должен иметь оптимальное содержание твердых веществ, соответствующее желаемому качеству продукта и экономичности эксплуатации. Это единичная операция, которая широко используется при переработке пищевых продуктов, химикатов, фармацевтических препаратов, фруктовых соков, молочных продуктов, бумаги и целлюлозы, а также солодовых и зерновых напитков. Кроме того, это единичная операция, которая, за возможным исключением дистилляции, является наиболее энергоемкой.

Хотя критерии проектирования испарителей одинаковы независимо от отрасли, всегда существуют два вопроса: лучше ли подходит выпарное оборудование для выполнения задачи и оптимизировано ли это оборудование для наиболее эффективного и экономичного использования? В результате нами разработано несколько типов испарителей и много вариаций методов обработки, учитывающих различные характеристики продукта и рабочие параметры. 

Вакуумно-выпарные установки подразделяются на разные типы в зависимости от испарителя и способа, которым они обеспечивают теплопередачу. Например, работа вакуумно-выпарных установок с принудительной циркуляцией зависит от насосов для циркуляции сырья, в то время как расчет конструкции вакуумно-выпарной установки с падающей пленкой основан на силе тяжести.

В зависимости от конструкции вакуумно-выпарные установки можно разделить на следующие типы:

Испаритель с падающей пленкой.

Испарители с падающей пленкой состоят из длинных труб, которые закрыты паровыми рубашками. Эти установки требуют равномерного распределения раствора. Раствор в испаритель поступает сверху, где равномерно распределяется по каждой трубке с помощью распределителя. В этом испарителе по мере того, как раствор течет вниз, он набирает скорость за счет силы тяжести. Испарители с падающей пленкой используются для приготовления растворов с высокой вязкостью, поэтому их обычно используют в сахарной, химической, ферментационной и пищевой промышленности при концентрировании молочных продуктов, таких как сыворотка, молочный белок, обезжиренное молоко, сливки и гидролизованное молоко, а также при концентрировании растворов сахаров, мочевины, фосфорной кислоты и щелока.

Испаритель с падающей пленкой создан для решения проблем, с которыми сталкивается испаритель с поднимающейся пленкой. Испаритель с падающей пленкой лучше всего подходит для выпаривания термочувствительных жидкостей.

Рисунок - Испаритель с падающей пленкой

Испаритель с циркуляцией.

Рабочие процессы в них, как правило, основаны на естественной циркуляции, которая является результатом разницы в плотности (конвекции), возникающей из-за нагрева. Таким образом при циркуляционном движении и одновременном кипении сырья из него отделяет лишняя влага в виде пара. Скорость испарения напрямую зависит от градиента температур и глубины разряжения. Основная проблема испарителей с естественной циркуляцией возникает, когда трубки испарителя не полностью погружены в раствор, что приводит к нарушению циркуляции и пересыханию системы. Для решения этой проблемы циркуляция достигается с помощью установки циркуляционного насоса для интенсификации и повышения стабильности процесса циркуляции, снижению количества загрязнений рабочих поверхностей.

Испаритель с принудительной циркуляцией используется в тех случаях, когда высока вероятность образования пленок или накипи в сырье или производственном растворе, или когда сырье имеет высокую вязкость, а тепловые и текучие свойства технологического раствора плохие, что делает необходимой принудительную циркуляцию. Работа испарителя с принудительной циркуляцией лучше всего подходит для кристаллизации суспензий и других растворов, так как обеспечивает высокие скорости и малое время пребывания в небольшом пространстве благодаря высокой теплопередаче. Таким образом, испартель с принудительной циркуляцией значительно снижает или полностью исключает возможность образования накипи. Быстрое испарение делает испарители с принудительной циркуляцией пригодными для переработки даже термоядерных веществ.

Вакуумно-выпарные установки с принудительной циркуляцией обычно используются при обработке различных отходов, вязких жидкостей, жидкостях склонных к образованию кристаллов: сульфат натрия, мочевина, хлорид натрия, сульфат аммония, хлорид магния, лимонная кислота, едкий калий и т. д.

Рисунок - Испаритель с принудительной циркуляцией

Испаритель с восходящей пленкой.

Испаритель с восходящей пленкой представляет собой теплообменник кожухотрубного типа. Обрабатываемое жидкое сырье подается в такой испаритель снизу. На внешней поверхности вертикальных труб происходит конденсация греющего пара, и жидкость внутри трубок испарителя закипает, тоже превращаясь в пар. По мере продвижения жидкости вверх по каждой трубе объем образующегося пара увеличивается, что приводит к увеличению скорости в центральной части труб. Эта скорость, в свою очередь, прижимает жидкость к стенкам труб, создавая тонкую пленку, которая быстро перемещается. Быстрое перемещение пленки приводит к высокому коэффициенту теплопередачи и сокращению времени пребывания материала в испарителе. Испарители с восходящей пленкой лучше всего подходят для обработки материалов с легкой склонностью к образованию накипи, но они не могут работать с тяжелыми отложениями и термочувствительными материалами.

Тонкопленочный испаритель.

Тонкопленочные испарители с перемешиванием состоят в основном из кожухов и высокоскоростных роторов. Принцип работы тонкопленочного испарителя с перемешиванием заключается в том, что сырье поступает в испаритель сверху. Затем сырье распределяется в виде тонкой пленки на стенках корпуса с помощью быстро вращающегося ротора. Жидкость распределяется в виде тонкой пленки на нагреваемой стенке, где происходит теплопередача. Далее роторная мешалка внутри нагревательного кожуха снимает пленку сконцентрированной жидкости со стенок. Тонкопленочные испарители с перемешиванием используются в основном для жидкостей, обладающих высокой чувствительностью и вязкостью. Принцип работы тонкопленочного испарителя с перемешиванием позволяет предприятиям достигать высоких скоростей испарения. Турбулентность способствует тщательной передаче тепла, что дает возможность получения концентраций от 30% до 80% за один проход. Интенсивный процесс перемешивания в тонкопленочном испарителе также служит для защиты чувствительных к температуре продуктов от перегрева.

Многокорпусные вакуумно-выпарные установки.

Работа испарителя с несколькими корпусами (эффектами) - это процесс, в котором используется несколько испарителей, и парообразная влага, выделяемая из одного испарителя, используется в качестве теплоносителя для следующего испарителя с более низкой температурой кипения. Многоэффектный испаритель широко используется для концентрирования водных жидкостей и позволяет предприятиям получать продукт при самой низкой температуре. Один или несколько корпусов, работающих при одинаковой температуре кипения, определяются как один ‘эффект’ многоэффектного испарителя.

Принцип многокорпусных вакуумно-выпарных установок позволяет повторно использовать скрытое тепло, содержащееся в водяном паре. Поскольку давление пара второго эффекта относительно первого снижается, температура кипения второго эффекта в испарителе также снижается. В многоэффектном испарителе сырье перемещается от высокого давления к низкому, что устраняет необходимость в перекачивании сырья.

Для средних и больших нагрузок необходимо сделать выбор в пользу многокорпусной (многоступенчатой) выпарной установки.

Критический параметр, который повлияет на этот выбор, — это стоимость пара относительно стоимости электроэнергии. При благоприятных условиях процесса испарение в многоступенчатом испарителе будет более экономичным, особенно в районах с высокой стоимостью электроэнергии.

Отопление многоступенчатой выпарной установки с помощью пара, сгенерированного на энергии сжигания природного газа в России наиболее выгодно из-за низких тарифов на магистральный газ и высокой теплотворной способности газа.

Самоочищающиеся испарители.

Принцип действия самоочищающегося испарителя основан на циркуляции твердых очищающих частиц по трубкам вертикального кожухотрубного теплообменника. Загрязняющая жидкость течет вверх по трубному пучку теплообменника, который включает в себя специально разработанные впускной и выпускной каналы. Твердые частицы попадают в жидкость через впускной канал. Для обеспечения равномерного распределения частиц по всем трубам используется специальная система распределения. Частицы псевдоожижаются восходящим потоком жидкости, где они создают мягкое очищающее действие на стенках труб теплообменника, удаляя тем самым любые отложения на ранней стадии образования загрязнений. После формирования трубного пучка частицы отделяются от жидкости в сепараторе и возвращаются во входной канал, после чего цикл повторяется.

Пластинчатые испарители.

Пластинчатый испаритель - это тип испарителя, в котором тонкая пленка жидкости пропускается и течет между пластинами в процессе испарения. Пластинчатые испарители также известны как пластинчатые с уплотнением и рамные испарители. Пластинчатый испаритель сконструирован путем установки ряда пластин с угловыми отверстиями между верхней и нижней планкой. Пластинчатые испарители состоят из пластинчатого и рамочного теплообменников и в основном используются в пищевой промышленности и производстве напитков. Обычно они используются для приготовления фруктовых соков, фруктового пюре, сиропов, кофе, молока.

Основные преимущества пластинчатых испарителей заключаются в том, что они хорошо адаптированы к материалам, требуют небольшого запаса прочности, легко моются и модифицируются. Основным недостатком пластинчатых испарителей является большая площадь уплотнения. Утечка также может произойти при неправильном выборе прокладки.

Испарители с механической рекомпрессией пара.

В этом тип испарителей водяной пар принудительно сжимается, что приводит к повышению его температуры и давления. Повышение температуры приводит к разнице температур между паром и жидкостью. Дальнейшая теплопередача происходит в теплообменнике. Сжатый пар снова подается обратно для выработки большего количества пара. Это довольно энергоэффективный процесс с рекуперацией энергии. Такие испарители применяются в молочной, пивоваренной, сахарной, солевой, целлюлозно-бумажной и химической промышленности.

Функционал и работа вакуумно-выпарных установок

Возможности той или иной вакуумно-выпарной установки зависят по большей части от конструкционных особенностей или опций. Перечислим их ниже:

• производительность. По производительности вакуумно-выпарные установки делятся на лабораторные и промышленные. Производительность обычно оценивается по количеству испаряемой влаги в единицу времени. Как правило в лабораторных установках эти параметры колеблются от 0,5 л/ч до 5 л/ч. Наши промышленные вакуумно-выпарные установки имеют производительность от 10 л/ч до 8000 л/ч в зависимости от типоразмера.
• наличие перемешивания. Как уже заявлялось выше, наличие перемешивания иногда дает большие преимущества в ускорении процесса выпаривания и повышении качества готовой продукции. Под различные сложные продукты мы рекомендуем различные устройства для перемешивания, чтобы достигать лучших результатов. Получите нашу консультацию, чтобы выбрать правильный тип мешалки.
• тип исполнения. В описании этого параметра можно упомянуть многое: конструкционный материал (AISI 304, AISI 316, 12х18н10т, титан, обыкновенная сталь), степень взрывозащиты, пространственная компоновка отельных аппаратов и узлов, стационарный и мобильный вариант;
• способ обогрева. По способу обогрева вакуумно-выпарные установки могут быть электрические и паровые. Наличие пара при среднем избыточном давлении около 7 атм. позволяет эффективно использовать как одно-, так и на многокорпусные испарители.
• температура выпаривания. Обычно мы предлагаем нашим клиентам вакуумно-выпарные установки, работающие при температуре выпаривания от 40 до 45°C.
• уровень автоматизации и степень интегрирования в технологический процесс. Производимые нами вакуумно-выпарные установки бывают с ручным, полуавтоматическим или полностью автоматическим управлением. Также при желании заказчика вакуумно-выпарная установка может быть интегрирована в общую АСУ ТП предприятия заказчика;
• с матовыми или зеркальными поверхностями;
• с дополнительными смотровыми диоптрами и без них;
• с дополнительными патрубками подачи или отведения и без них;
• с теплоизоляцией и без нее;
• с косметической обшивкой или без нее;
• с площадкой (платформой) обслуживания или без нее и т.д.

Вакуумно-выпарная установка не является сложным оборудованием, поэтому ее работа проста и состоит из следующих этапов:

• запуск в работу системы охлаждения;
• предварительный прогрев установки;
• подача сырья в установку;
• набор рабочих значений давления и температуры;
• слив готового концентрированного продукта.

Чтобы работа вакуумно-выпарной установки соответствовала всем требованиям технологического процесса, ее выбору следует уделить особое внимание.

Цена и выбор вакуумно-выпарных установок

Стоимость популярных типоразмеров вакуумно-выпарных установок колеблется в пределах от 150 тыс. руб. до 30 млн. руб. В любом случае, стоимость вакуумно-выпарных установок зависит от всех вышеперечисленных функциональных возможностей.

Данная статья призвана облегчить выбор вакуумно-выпарной установки, но для подтверждения обоснованности своих намерений лучше проконсультируйтесь с нашим специалистом по телефону, указанному на нашем сайте. Это поможет сохранить ваше драгоценное время, а также сделать выбор более практичным, так как наш опыт всегда работает во благо нашим клиентам. Если вы хотите купить выпарную установку, то обязательно прочитайте статью до конца.  

Существует ряд физических свойств обрабатываемого сырья и продуктов, которые могут существенно повлиять на выбор вакуумно-выпарной установки. Перечислим некоторые из них: 

• вязкость сырья. Высокая вязкость сырья более 300-400 сП обычно исключает испарители с падающей пленкой в пользу принудительной циркуляции. Принудительная циркуляция требует более высокой разницы температур, что исключает тонкопленочные выпариватели (ТПВ);
• загрязнение сырья. И тонкопленочные выпариватели, и выпарные установки с термокомпрессией пара не особенно подходят для задач, где сильное загрязнение поверхностей теплопередачи происходит в течение короткого периода времени. Производительность этих испарителей будет падать быстрее, чем в многоступенчатой системе. Испарители с принудительной циркуляцией обычно работают лучше при сильном загрязнении, чем пленочные испарители.
• чувствительные к температуре продукты. Многие продукты, особенно в пищевой промышленности, подвержены деградации при повышенных температурах. Эффект обычно усугубляется при увеличении времени пребывания. Эта проблема ограничивает температурный диапазон для многоступенчатых систем. Например, на выпарной установке для молока температура ограничена максимумом в 71°C. Поскольку типичная минимальная
• температура кипения составляет 45°C, существует ограниченная разница температур для выполнения испарения. Хотя более низкая рабочая температура увеличивает размер основного оборудования, вакуумно-выпарные установки для бережной термообработки являются наиболее подходящим и экономичным решением для молочных заводов.

Чтобы покупка радовала, а не огорчала вас, сначала определите следующие потребности вашего производства:

• технологическая производительность выпарной установки. Определите технологическую мощность выпарной установки в соответствии с производственными требованиями, чтобы убедиться, что она может удовлетворять потребности ежедневного производства.
• характеристики обрабатываемого материала. Изучите характеристики обрабатываемого материала, такие как вязкость, требования к температуре и т.д., и выберите подходящий тип выпарной установки в соответствии с этими требованиями.
• рабочая среда. Учитывайте температуру, влажность и другие факторы рабочей среды и выбирайте подходящее оборудование.
• выберите правильный тип выпарной установки. Обычная система выпаривания подходит для общих случаев испарения материалов. Испаритель с принудительной циркуляцией подходит для случаев, когда в процессе выпаривания присутствуют кристаллизованные и не чувствительные к нагреву материалы. Эффект теплопередачи и интенсивность испарения улучшаются за счет добавления внешнего циркуляционного насоса;
• выберите источник обогрева нагревателя и/или испарителя выпарной установки: пар, электроэнергия;
• выберите источник охлаждения: вода холодная из системы централизованного водоснабжения; вода артезианская, вода циркуляционная из градирни; хладагент при использовании чиллера.

Ключевые параметры и показатели эффективности выпарных установок. 

Эффективность испарения. Выбирайте высокопроизводительный испаритель, чтобы обеспечить обработку большего количества материалов в единицу времени.

Энергопотребление. Учитывайте энергопотребление оборудования и покупайте выпарную установку с низким энергопотреблением, чтобы снизить эксплуатационные расходы.

Затраты на техническое обслуживание. Выбирайте оборудование, которое легко обслуживать, чтобы сократить время простоя и затраты на техническое обслуживание.

 

Бренд и послепродажное обслуживание. 

Выбирайте выпарные установки от известных отечественных производителей, чтобы обеспечить наилучшее качество и послепродажное обслуживание купленного оборудования в будущем.

Выберите производителя, который обеспечивает качественное послепродажное обслуживание, чтобы гарантировать своевременное устранение проблем, возникающих при использовании оборудования. Выпарные установки от sushilka22 производятся нами в г. Барнауле Алтайского края. Своим клиентам мы обеспечиваем консультационную поддержку и послепродажное обслуживание в режиме 24/7. Чтобы получить консультацию по выбору выпарной установки, позвоните по телефону, указанному на сайте.

Где купить вакуумно-выпарную установку?

В последнее время появилось большое количество производителей вакуумно-выпарных установок. Их можно разделить на следующие группы:

• хотят производить и продавать, не имея за плечами должного опыта строительства подобного оборудования. Как правило, это кустарные («гаражные») производства;
• занимаются перепродажей;
• стремятся к низкой себестоимости за счет снижения надежности и качества используемых материалов;
• существенно завышают цену, выдавая свое оборудование за нечто эксклюзивное;
• производят качественные и надежные вакуумно-выпарные установки с адекватной рыночной стоимостью.

Мы и наши клиенты относим нашу компанию к производителям качественного и недорогого оборудования. К тому же на протяжении 10 лет мы специализируемся именно на вакуумно-выпарном оборудовании и уже успели достичь экспертных знаний и соответствующих навыков в области процессов выпаривания. Если вы хотите купить вакуумно-выпарную установку и вместе с тем получить безопасное и безотказное техническое решение, которое удовлетворяет всем вашим технологическим запросам, обращайтесь к нам, и мы с радостью поможем.