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. 

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.

Почему выбирают вакуум-выпарные установки?

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.

Вакуумно-выпарные установки изготавливаются 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.

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 соков, сусла и экстрактов, молока и т. д.) и БАД;
• 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.

Виды (типы) вакуумно-выпарных установок

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.

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.
• 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.

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.