Проектирование вакуум-аппарата

    Сок, поступивший в аппарат через  патрубок 17, направляется кольцевым  распределителем 7 в кипятильные  трубки. Выброшенный из кипятильных трубок на верхнюю трубную решетку сок стекает по направляющей воронке 10 в сокоотводящую трубу 8. Так как последняя вследствие гидравлического сопротивления или соответствующего регулирования потока не может пропустить все количество сока, часть сока стекает по циркуляционной трубе 9 и вновь поднимается по кипятильным трубкам.

    

    Рис. 1.1 Выпарной аппарат типа ВАГ

    

    Аппарат снабжен сепаратором 1 инерционного типа. Пар из сепаратора удаляется  через патрубки 2 и 14, а отделенные капли продукта – через систему труб 13. Для наблюдения за уровнем сока в аппарате имеются смотровые стекла 12.

    Выпарной  аппарат ВЦ-1500 (рис. 1.2) состоит из тех же узлов, что и аппарат ВАГ. В верхней части аппарата установлен фланец 1, а в средней – опора 12. Трубные решетки б и 9 паровой камеры плоские, двускатные с наклоном 1:20 к наружным стенкам корпуса аппарата 5. Наклон нижней трубной решетки обеспечивает полный отвод конденсата из греющей камеры 8, верхней решетки – быстрый сток циркулирующего сока в циркуляционные трубы 7. За уровнем сока наблюдают через смотровое стекло 4. Аппарат снабжен сепаратором 2, пар из которого удаляется через вентиль 3.

    

    Рис 1.2 Выпарной аппарат ВЦ-1500

    

    Циркуляционные  трубы 7 установлены вне корпуса  аппарата, что позволяет в аппарате того же диаметра разместить большую поверхность нагрева. Аппараты с площадью поверхности нагрева 1500 и 1800 м² имеют по две циркуляционные трубы, 2120 и 2360 м² – по четыре.

    Сок поступает в нижнюю часть аппарата к днищу 11. Сироп отводится из аппарата через штуцера 10, расположенные в нижней части циркуляционных труб.

    Подвод  пара в греющую камеру 8 осуществляется через несколько патрубков, расположенных  по высоте камеры с двух сторон. Аммиачные  газы удаляются через оттяжки, расположенные  над верхней трубной решеткой в наивысшей точке.

    Для увеличения площади поверхности  нагрева в аппарате трубная решетка  максимально заполнена трубками. Оставлен только один центральный канал  для ввода и распределения  пара. Шаг трубной решетки принят равным 43...45 мм.

    Вакуум-аппараты типов ВАЦ, ЯВА  и ВАР различаются лишь конструкцией греющей камеры. Греющая камера аппарата ВАЦ-600-700 изображена на рис. 1.3, а,  и состоит из двух частей – наружной 4 и внутренней 5. Продукт подводится в греющую камеру по трубе 3. Для подвода пара во внутреннюю камеру по штуцеру 10 в корпусе ее имеются отверстия 12 – окна. Верхняя трубная решетка паровой камеры имеет коническую двускатную форму: трубная решетка 1 наружной части камеры имеет уклон к корпусу аппарата, а решетка 2 внутренней части – к циркуляционной трубе. Такое устройство верхней трубной решетки, особенно при больших диаметрах аппаратов, значительно улучшает циркуляцию утфеля при уваривании. Нижние трубные решетки 9 и 10 обеих частей камер имеют уклон в одну сторону. Конденсат из обеих паровых камер собирается в кармане 8 и отводится по трубе 7.

    Штуцера 11 для подвода пара в греющую  камеру имеют мембраны, воспринимающие температурные расширения.

    

    Устройство  для спуска утфеля 6 из аппарата по конструкции  аналогично устройству, применяемому в аппаратах типа ПВА.

    

    Рис. 1.3 Греющие камеры вакуум-аппаратов:

    а – типа ВАЦ, б – типа ЯВА, в – типа ВАР

    На  рис. 1.3, б представлена греющая камера вакуум-аппаратов типа ЯВА. Греющая камера этого аппарата не имеет трубных решеток. Она выполнена из нагревательных трубок и состоит из трех частей – средней 6 и двух надставок 5, приваренных к средней части. Надставки отштампованы в виде шестигранников. Трубы устанавливаются ступенчато, и грани шестигранников свариваются между собой, образуя верхнюю и нижнюю трубные решетки с определенным углом наклона к горизонтальной плоскости. Греющая камера состоит из устройства для спуска утфеля 1, трубы для отвода конденсата 2, кармана 3 и штуцера для подвода пара 4.

    

    Греющая камера вакуум-аппарата ВАР (рис. 1.3, в) состоит из трубных решеток 1 и 4, прикрепленных на кронштейне 2 к корпусу 3, кармана 5, уплотнения 6, трубы 7, устройства для спуска утфеля 8 и штуцера для подвода пара 9.

 

    

2. НАЗНАЧЕНИЕ, ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИППА ДЕЙСТВИЯ ВАКУУМ-АППАРАТА Ж4-ПВА 

    Вакуум-аппарат  предназначен для увеличения концентрации сахара в сиропе, путем вываривания воды, и для выращивания кристаллов сахара. Процесс протекает под разряжением для снижения температуры кипения.

    Вакуум-аппараты применяются в сахарной промышленности. Кроме того данные устройства применяются для сгущения молока и других продуктов, где необходимо снизить температуру кипения и повысить концентрацию растворов.

    Вакуум-аппарат  Ж4-ПВА представляет собой цилиндрический вертикальный сосуд сварной конструкции  с коническими днищами. Аппарат состоит из верхней 2 и нижней 1 части корпуса, камеры паровой 3, спускного затвора 4. Верхняя часть аппарата состоит из высокого двойного конуса, внутри которого расположена ловушка 6 для сепарации из пара капельножидкого уноса увариваемого продукта, увлекаемого паром.

    Нижняя  часть аппарата заканчивается горловиной для спуска утфеля к которой подвешен спускной затвор с гидравлическим управлением 7. Уплотнение клапана достигается посредством резиновой прокладки в месте соприкосновения с горловиной днища корпуса аппарата. Главный гидравлический цилиндр управляет тарелкой клапана, а вспомогательный замок предотвращает возможность открытия клапана от случайных причин.

    В нижней части корпуса аппарата находится  подвесная паровая камера, снабженная вертикальными обогревательными трубами 8, вваренными в трубные решетки. Верхняя 9 и нижняя 10 трубные решетки конические. В центре камеры установлена циркуляционная труба 11. Греющий пар через два штуцера расположенных под углом 180º, поступает в камеру. Паровая камера снабженная оттяжками 12 для неконденсирующих газов и воздуха (аммиачная оттяжка), а также отводом для спуска конденсата. 

 

      
 
 
 
 
 
 
 
 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Паровая камера относится к сварным сосудам, на которые распространяется действие "Правил устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением" и ОСТ26-291-71, и подлежит регистрации в органах Государственного технологического надзора РФ.

    В процессе уваривания утфельная масса  в аппарате циркулирует поднимаясь по кипятильным трубам вверх и опускаясь по циркуляционной трубе и кольцевому промежутку между стенкой аппарата и подвесной камерой вниз.

    Для наблюдения за кипением, постепенным  повышением уровня и заполнением  вакуум-аппарата увариваемой массой по высоте установлены смотровые окна 13.

    В нижней части вакуум-аппарата имеется  пробный кран 14 для отбора проб увариваемого утфеля. При повороте крана на 180º заполнившая углубление пробки увариваемая масса вытекает наружу на подставленной к крану стекло.

    Вакуум-аппарат  Ж4-ПВА снабжен наборной коммуникацией, коллектором к которому присоединяются вентили, служащие для подвода в аппарат сиропа и оттоков. Заполнение вакуум-аппарата сиропом производится при открытом воздушном затворе, который предназначен для регулирования разрежения в аппарате во время процесса варки.

    Перед заполнением вакуум-аппарата сиропом  и патоками необходимо закрыть спускной затвор. Перед спуском утфеля из вакуум-аппарата прекращается подача греющего пара, закрывается воздушный затвор отбора соковых паров и открывается воздушный вентиль, соединяющий аппарат с атмосферой. После этого открывается спускной затвор и утфель поступает на дальнейшую переработку.

    

    

    Обслуживание  аппарата может быть поручено лицам  достигшим 18-летнего возраста, прошедшим  производственной обучение и аттестацию в квалификационной комиссии и инструктаж по безопасному обслуживанию аппарата. Результаты аттестации оформляются протоколом, подписанным председателем и членами квалификационной комиссии. Лицам, сдавшим испытания, должны быть выданы удостоверения за подписью председателя комиссии.

    Вакуум-аппарат  Ж4-ПВА работает следующим образом. По техническим коммуникациям завода сироп или патока, направляемые на уваривание утфеля соответствующего продукта, набирается в вакуум-аппарат, находящийся под разряжением при открытом воздушном клапане. Когда набираемый продукт покроет паровую камеру, в нее дается греющий пар. При кипении набранный продукт сгущается, для образования кристаллов в аппарат вводят сахарную пудру. При непрерывной или периодической подкачке свежих порций исходных продуктов эти кристаллы растут, и количество утфеля увеличивается. Когда вакуум-аппарат заполнен утфелем, подкачка прекращается, утфель сгущается до требуемого содержания сухих веществ, после чего доступ пара в греющую камеру прекращается. Закрывается воздушный вентиль, вакуум-аппарат сообщается с атмосферой и при постепенном открытии спускного затвора утфель спускается из аппарата в утфелемешалку под собственным весом. При открытом спускном затворе вакуум-аппарат пропаривают. Затем спускной затвор закрывают и цикл повторяется.

 

    

3. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВАКУУМ-АППАРАТА Ж4-ПВА 

    3.1 Расчет поверхности нагрева паровой камеры

    Расчет  поверхности нагрева подвесной  односкатной паровой камеры производим по среднему диаметру кипятильных труб.

    Средний диаметр равен:

    

    Поверхность нагрева паровой камеры (номинальная), м² [6]:

                            

, (3.1.1)

    где F_тр – поверхность нагрева кипятильных труб, м²;

    F_у – поверхность нагрева циркуляционной трубы, м²;

    F_об – поверхность нагрева обечайки корпуса паровой камеры, м²;

    F_{тр р} – поверхность нагрева верхней и нижней трубных решеток, м².

    Определяем  поверхность нагрева кипятильных  труб [6]:

                               

, (3.1.2)

    где l – активная длина трубы, l=1203 мм ,

    n – количество труб в камере, n=514 ,

.

    Определяем  поверхность нагрева циркуляционной трубы паровой камеры, м² [6]:

                                 

,  (3.1.3)

    где l – активная длина трубы, l=1203 мм,

    D_трвн – внутренний диаметр циркуляционной трубы, D_трвн=0,808 м,

    

    Определяем  поверхность нагрева обечайки корпуса  паровой  
камеры, м² [6]:

                                  

, (3.1.4)

    где D_к – наружный диаметр обечайки камеры, D_к=3,434 м,

    l – высота обечайки, l=1,203 м,

    

    Определяем  поверхность нагрева верхней  и нижней трубных  
решеток [6]: