ВВЕДЕНИЕ
Агар — желирующий субстрат растительного происхождения. Его получают из морских водорослей, растущих у побережья дальневосточных морей (Японского и Китайского), а также в Индийском океане и в некоторых других, северных морях. Агар на 90 процентов состоит из углеводов, в основном полисахаридов, на первом месте из которых значатся гексозан-галактан — С6Н10О5 и пентозаны — С5Н8О4, а белки составляют 3 процента. В России агар получают из красных водорослей Белого моря.
В готовом виде пищевой агар — это блестящие прозрачные «ленточки» или «пластинки» длиной до 30 и шириной 0,5 сантиметра. Они быстро разбухают в холодной воде и без остатка растворяются в горячей. После растворения в горячей воде и остуживания агар превращается в бесцветный прочный студень без вкуса и запаха. Желирующая способность агара очень велика.
Он дает плотный студень уже при концентрации в 0,5 процента, в то время как для такой же плотности необходима концентрация желатина в 4 процента. Кроме того, агар не имеет побочного запаха, а желатин с увеличением концентрации усиливает свой специфический «клеевой» запах, и поэтому желатиновые желе необходимо «забивать» повышением доли сахара и ароматизаторов, если они рассчитаны на изготовление десертных и кондитерских изделий. Вот почему агар применяется в основном в кондитерской промышленности при производстве пастилы, зефира, начинок-суфле в конфеты, мармеладов, патов и в тому подобных очень чувствительных к побочным запахам средах. Агар удобен также потому, что хорошо и моментально разводится в горячей воде, давая при охлаждении уже готовую плотную студенистую массу, в то время как желатин требует больше возни и операций по приготовлению с его помощью желе.
Агар-агар — это продукт, получаемый путем экстрагирования из красных и бурых водорослей (Gracilaria, Gelidium, Ceramium и др.), произрастающих в Белом море и Тихом океане, и образующий в водных растворах плотный студень. Агар-агар не растворим в холодной воде. Он полностью растворяется только при температурах от 95 до 100 градусов. Горячий раствор является прозрачным и ограничено вязким. При охлаждении до температур 35-40 градусов он становится чистым и крепким гелем, который является термообратимым. При нагревании до 85-95 градусов он опять становится жидким раствором, снова превращающимся в гель при 35-40 градусах. Из-за этих интересных свойств агар-агар успешно применяется при производстве кондитерских изделий (мармелад, зефир, жевательные конфеты, пастила, начинки, суфле), диетических продуктов (джем, конфитюр), фармацевтических продуктов. Кроме того, агар-агар служит средой роста культур в микробиологии. По качеству агар-агар подразделяется па два сорта — высший и первый. Цвет для высшего сорта: белый или светло — желтый, допускается слегка сероватый оттенок. Цвет для Агар-агар — это продукт, получаемый путем экстрагирования из красных и бурых водорослей (Gracilaria, Gelidium, Ceramium и др.), произрастающих в Белом море и Тихом океане, и образующий в водных растворах плотный студень. Агар-агар не растворим в холодной воде. Он полностью растворяется только при температурах от 95 до 100 градусов.
Горячий раствор является прозрачным и ограничено вязким. При охлаждении до температур 35-40 градусов он становится чистым и крепким гелем, который является термообратимым. При нагревании до 85-95 градусов он опять становится жидким раствором, снова превращающимся в гель при 35-40 градусах. Из-за этих интересных свойств агар-агар успешно применяется при производстве кондитерских изделий (мармелад, зефир, жевательные конфеты, пастила, начинки, суфле), диетических продуктов (джем, конфитюр), фармацевтических продуктов. Кроме того, агар-агар служит средой роста культур в микробиологии. По качеству агар-агар подразделяется на два сорта — высший и первый. Цвет для высшего сорта: белый или светло — желтый, допускается слегка сероватый оттенок. Цвет для первого сорта: от желтого до темно — желтого. Анфельция, анфельтия (Ahnfeltia), род морских красных водорослей. Многолетняя водоросль, имеющая вид неправильно разветвленных шнуров длиной 10—20 см и толщиной 0,5—1 мм, темно-пурпурного или почти чёрного цвета. Растет на камнях в верхних горизонтах прибрежного пояса, главным образом в холодных морях Северного полушария. Наиболее распространена Анфельция plicata, из которой получают высококачественный агар-агар.
ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ
Экстракты из водорослей. В красных водорослях главными углеводами являются полисахариды, аналогичные по строению амилопектину. Полисахариды, содержащие остатки только D-галактозы, стали называть каррагинанами, а те, в которых есть и L-галактоза, — агаранами. Если один из остатков галактозы замещен в полисахаридах на остаток 3,6-ангидрогалактозы, то названия заменяются на «каррагиноза» и «агароза» соответственно. К агарозам относятся агар-агар и агароид.
Агар-агар получают из наиболее дорогих морских водорослей (анфельция, геллидиум, грациллярия, эухеум). Еще в начале 1990-х гг. в России было свернуто производство студнеобразователя агар-агара, который в настоящее время практически полностью закупается за рубежом.
Основными производителями агар-агара являются следующие фирмы: Volf & Olsen, Algas Marinas S. A., B & V, Setexam, Instrimpex consfit import & export company и др. Основные поставки агар-агара осуществляются из таких стран, как Германия, Чили, Испания, Италия, Марокко, Китай и др.
Агар — самый сильный желирующий агент. Способность агара образовывать студни уменьшается при его нагревании в присутствии кислот. Водный раствор агара образует студни при охлаждении до 45 оС. Температура плавления водного студня — 80–90 оС. Агар используют в кондитерской промышленности при производстве мармелада, желе, при получении мясных и рыбных студней, при изготовлении мороженого, где он предотвращает образование кристалликов льда, а также при осветлении соков. Студни, приготовленные на основе агар-агара в отличие от всех других студнеобразователей характеризуются стекловидным изломом.
Применение агара в пищевой промышленности не лимитировано, а его количество, добавляемое в пищевые продукты, обусловлено рецептурами и стандартами на эти продукты.
Ориентировочная дозировка в кондитерских изделиях составляет 1–1,2% к массе готового продукта. В зависимости от содержания основного вещества желирующая способность агара, или прочность геля (концентрация 1,5%), может изменяться от 500 до 930 г/см при 20 оС по Никону. Желирующая способность определяет тип агара: 600, 700, 800, 900. АГАР состоит из двух частей: 70 % несульфитированной агарозы - поли-(бета-D-галактоза-(1,4)-3,6-ангидро-альфа-L галактозы), частично метилированной в положении 6, и около 30 % агаропектина аналогичного строения, содержащего галактуроновую кислоту, метильные группы, остатки пировиноградной кислоты и 5-10 % сульфатного эфира.
Внешний вид: рассыпчатый порошок от белого до кремового цвета без постороннего запаха и остаточных красящих веществ.
Физико-химические свойства (агар-агар): зависят от вида водоросли и способа получения. Агар не растворяется в холодной воде, но набухает в ней, при внесении воздушно-сухой агар связывает воду в 4-10-кратном количестве к его массе. В горячей воде образует коллоидный раствор, который при охлаждении дает хороший прочный гель, обладающий стекловидным изломом, у агара этот процесс осуществляется за счет образования двойных спиралей и их ассоциации не зависимо от содержания катионов, сахара или кислоты.
Производство: агар получают из морских красных водорослей: Gracilaria, Gelidium, Ahnfeltia.
АГАР производится двух видов:
Первый вид - бактериологический применяется для создания бактериальных питательных сред;
Второй вид - пищевой составляет 90% от производимого в мире объема Агар и широко применяется в кондитерской, хлебобулочной, молочной, консервной и других отраслях промышленности.
Преимущества сырья, используемого при производстве агара. При производстве агара используется красная водоросль Gracilaria. Ahnfeltia растет на Дальнем востоке. Экстрагированный из нее Агар-агар представляет собой маленькие коричневатые пластинки «хлопья» и содержит большое количество йода. Полностью растворяется при нагревании, образуя мутный раствор, а при взаимодействии с лимонной кислотой образует прозрачный гель. Агар, получаемый из Gelidium, представляет собой белый порошок с слабым запахом водорослей. Хорошо растворяется при нагревании. Имеет срок хранения 5 лет. Агар, получаемый из Gracilaria, представляет собой белый порошок без постороннего запаха и остаточных красящих веществ. В холодной воде набухает, а в горячей образует коллоидный раствор.
Таким образом, Агар, получаемый из Gracilaria, в отличие от возможных аналогов, полностью лишен постороннего запаха, примесей и остаточных красящих веществ!
Наибольшее распространение получили водоросли двух типов: Gracilaria и Gelidium. Природные ресурсы Gelidium ограничены и площади произрастания постепенно сокращаются, водоросль не культивируется. Красная водоросль Gracilaria, используемая в производстве пищевой добавки , растет в достаточно большом количестве и культивируется. Пищевой ингредиент агар, получаемая из Gracilaria является самым распространенным в мире.
Учет данного факта при выборе позволит производителю снизить риск исчерпания природных ресурсов и связанного с ним постоянного роста мировых цен на агары производимые из Gelidium.
В зависимости от места произрастания Gracilaria качество получаемого Агар-агара может различаться. Известно, что наиболее качественный Агар-агар экстрагируется из водорослей Gracilaria-Chilensis растущих вдоль побережья Чили. Компания «Союзоптторг» представляет на российском рынке Агар-агар производства чилийской фирмы Proagar S.A., которая является вторым производителем Агар-агара из Gracilaria-Chilensis в мире.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ВЫПАРИВАНИЯ
Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях. Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, - некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др. При этом повышаются концентрация, плотность и вязкость раствора, а также температура его кипения. При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения.
В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей. Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение. Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим или первичным. Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин. Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.
Тепло необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления, связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Выпаривание под вакуумом имеет определённые преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то, что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением: давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды). При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах.
Кроме того, при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях). В случае одинаковой полезной разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких pa6очих параметров (температура и давление). Вследствие этого выпаривание под вакуумом широко применяют для концентрирования высококипящих растворов, например растворов щелочей, а также для концентрирования растворов с использованием теплоносителя (пара) невысоких параметров.
Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы.
При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд, не связанных с процессом выпаривания.
Вторичный пар, отбираемый на сторону, называют экстрапаром. Отбор экстрапара при выпаривании под избыточным давлением позволяет лучше использовать тепло, чем при выпаривании под вакуумом. Однако выпаривание под избыточным давлением сопряжено с повышением температуры кипения раствора. Поэтому данный способ применяется лишь для выпаривания термически стойких веществ. Кроме того, для выпаривания под давлением необходимы греющие агенты с более высокой температурой.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.
Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и выпаривание, под вакуумом проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого раствора) корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в данном корпусе, т.е. создать, необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. Следовательно, в многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по равнению с однокорпусными установками той же производительности.
Экономия первичного пара (и соответственно топлива) может быть достигнута также в однокорпусных выпарных установках с тепловым насосом. В таких установках вторичный пар на выходе из аппарата сжимается с помощью теплового насоса (например, термокомпрессора) до давления, соответствующего температуре первичного пара, после чего он вновь возвращается в аппарат для выпаривания раствора. В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие выпарные установки. Лишь в производствах малого масштаба, а также при выпаривании растворов до высоких конечных концентраций иногда используют выпарные аппараты периодического действия. Концентрация раствора в таком аппарате приближается к конечной лишь в конечный период процесса. Поэтому средний коэффициент теплопередачи здесь может быть несколько выше, чем в непрерывно действующем аппарате, где концентрация раствора ближе к конечной в течение всего процесса выпаривания.
Современные выпарные установки имеют очень большие поверхности нагрева (иногда превышающие 2000 м2 в каждом корпусе) и являются крупными потребителями тепла.
ОПИСАНИЕ АГРЕГАТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
Линия производства агара из дальневосточной анфельции тепловым методом устанавливается на береговых предприятиях. При тепловом методе обработки дальневосточной анфельции сухой агар получают варкой водорослей под давлением и сушкой агаровых растворов.
Поступающее на переботку сырье – сухая анфельция – тщательно освобождается от механических примесей: песка, ракушек, известковых отложений. Затем анфельцию замачивают в водной взвеси гидрата окиси кальция в бетонных чанах в течение 18-20 часов для разрушения сильноокрашенных пигментных клеток. Загрузка в чаны корзин с анфельцией, выгрузка и передача на последующую обработку (мойку) осуществляются тельфером.
Анфельция моется в моечной машине непрерывного действия при интенсивном перемешивании и обильной подаче воды для удаления посторонних примесей и разрыва комковых образований. На выходе водорослей из машины вода отжимается резиновыми валиками. Основной процесс обработки водорослей – варка – производится в батарее из трех диффузоров по противоточному методу. Каждая порция анфельции подвергается пятикратной варке. После варки в течении 3 часов навар перекачивается из первого аппарата во второй с водоро
С, куда он перекачивается из диффузора. Вываренная анфельция удаляется из диффзора через нижнюю горловину.
Из отстойников навар подается на фильтрпрессы для фильтрования через рыхлый слой фильтровальной массы, которая периодически промывается. Прозрачный профильтрованный навар темно-бурого цвета подается для предварительного охлаждения до 50 0
С в реактор, снабженный водяной рубашкой и мешалкой.
Охлажденный навар из реактора подается в желировочный аппарат непрерывного действия для образования студня. Из аппарата студень выходит в виде пластин толщиной 5-6 мм. Очистку и обесцвечивание студня производят в проточной воде. Соотношение массы студня и массы воды должно составлять 1:2 или 1:3. Интенсивное перемешивание пластин студня в воде достигается барботированием сжатым воздухом.
Пластины обесцвеченного агарового студня с водой поступают в специальную емкость, откуда сжатым воздухом перекачивается в баки-отцеживатели для отделения влаги через капроновое сито. Обезвоженный студень перекачивается в реакторы для плавления. Полученный из студня раствор агара направляется на упаривание в вакуум-выпарной аппарат для повышения концентрации агара до 3-4 %. Концентрированный раствор агара через щелевой фильтр нагнетается в напорный бак распылительной сушилки. В сушилке раствор распыливается диском, вращающимся с частотой 8000 об/мин, до туманообразного состояния и высушивается горячим воздухом, подаваемым в сушилку от калориферной установки. Высушенный порошкообразный агар затаривается в хлорвиниловые мешки и крафт-тару.
Схема технологической линии
замачивание
мойка
уваривание
фильтрование
замораживание
промывка
подогрев
выпаривание
сушка
упаковка
хранение
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОДНОКОРПУСНОЙ
ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ
Однокорпусная выпарная установка включает лишь один выпарной аппарат (корпус). Рассмотрим принципиальную схему одиночного непрерывно действующего выпарного аппарата с естественной циркуляцией раствора на примере аппарата с внутренней центральной циркуляционной трубой (рис. 1). Аппарат состоит из теплообменного устройства — нагревательной (греющей) камеры 1 и сепаратора 2. Камера обогревается обычно водяным насыщенным паром, поступающим в ее межтрубное пространство. Конденсат отводят снизу камеры. Поднимаясь по трубам 3, выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе 2.
Рис.1-Схема однокорпусного выпарного аппарата
Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора. Часть жидкости опускается по циркуляционной трубе 2 под нижнюю трубную решётку греющей камеры. Вследствие разности плотностей раствора в трубе 4 и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру, упаренный раствор удаляется через штуцер в днище аппарата. Если выпаривание производится под вакуумом, то вторичный пар отсасывается в конденсатор паров, соединенный с вакуум-насосом. Упаренный раствор удаляется из конического днища аппарата.
Корпус аппарата заполняется продуктом, уровень заполнения должен быть выше уровня паровой камеры на 150-200 мм. Масса продукта, например томатная масса, может в аппарат загружаться под влиянием разности давления вне и внутри аппарата или поступать из резервуара, установленного выше выпарного аппарата. Затем в аппарат подают греющий пар, при этом одновременно открывают вентиль на конденсатоотводе.
Обрабатываемая масса нагревается до температуры кипения и начинается процесс выпаривания. Выделяющиеся из выпариваемой массы вторичные пары отводятся по паропроводу в конденсатор, где пары конденсируются под воздействием охлаждающей воды. Воздух из конденсатора непрерывно отсасывается воздушным насосом и выбрасывается в атмосферу, при этом ловушка отделяет водяные капли от воздуха и отводит их в барометрическую трубу. По окончании уваривания концентрированная масса выгружается из аппарата через разгрузочный штуцер, расположенный в зоне днища аппарата.
Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях. Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, - некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др. При этом повышаются концентрация, плотность и вязкость раствора, а также температура его кипения. При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения.
В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей. Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение. Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим или первичным. Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин. Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.
Тепло необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления, связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Выпаривание под вакуумом имеет определённые преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то, что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением: давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды). При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах.
Кроме того, при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях). В случае одинаковой полезной разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких pa6очих параметров (температура и давление). Вследствие этого выпаривание под вакуумом широко применяют для концентрирования высококипящих растворов, например растворов щелочей, а также для концентрирования растворов с использованием теплоносителя (пара) невысоких параметров.
Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы.
При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд, не связанных с процессом выпаривания.
Вторичный пар, отбираемый на сторону, называют экстрапаром. Отбор экстрапара при выпаривании под избыточным давлением позволяет лучше использовать тепло, чем при выпаривании под вакуумом. Однако выпаривание под избыточным давлением сопряжено с повышением температуры кипения раствора. Поэтому данный способ применяется лишь для выпаривания термически стойких веществ. Кроме того, для выпаривания под давлением необходимы греющие агенты с более высокой температурой.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.
Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и выпаривание, под вакуумом проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого раствора) корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в данном корпусе, т.е. создать, необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. Следовательно, в многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по равнению с однокорпусными установками той же производительности.
Экономия первичного пара (и соответственно топлива) может быть достигнута также в однокорпусных выпарных установках с тепловым насосом. В таких установках вторичный пар на выходе из аппарата сжимается с помощью теплового насоса (например, термокомпрессора) до давления, соответствующего температуре первичного пара, после чего он вновь возвращается в аппарат для выпаривания раствора.
В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие выпарные установки. Лишь в производствах малого масштаба, а также при выпаривании растворов до высоких конечных концентраций иногда используют выпарные аппараты периодического действия. Концентрация раствора в таком аппарате приближается к конечной лишь в конечный период процесса. Поэтому средний коэффициент теплопередачи здесь может быть несколько выше, чем в непрерывно действующем аппарате, где концентрация раствора ближе к конечной в течение всего процесса выпаривания.
Современные выпарные установки имеют очень большие поверхности нагрева (иногда превышающие 2000 м2 в каждом корпусе) и являются крупными потребителями тепла.
Разнообразные конструкции выпарных аппаратов применяемых в промышленности, можно классифицировать по:
1) типу поверхности нагрева:
a) паровые рубашки;
b) змеевики;
c) трубчатки различных видов;
2) расположению в пространстве:
a) аппараты с горизонтальной нагревательной камерой;
b) вертикальной нагревательной камерой;
c) с наклонной нагревательной камерой;
3) роду теплоносителя:
a) водяной пар;
b) высокотемпературные теплоносители;
c) электрический ток;
4) характеру движения кипящей жидкости в выпарном аппарате:
а) со свободной циркуляцией;
b) с направленной естественной циркуляцией;
c) с принудительной циркуляцией;
d) пленочные;
5) организации процесса:
a) непрерывно действующие аппараты;
b) периодически действующие аппараты.
РАСЧЕТ ОДНОКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ
Исходные данные:
Количество продукта, поступающего на выпаривание Gh
= 2,6 кг/с.
Начальная концентрация сухих веществ продукта Вh
= 7,0 %.
Конечная концентрация сухих веществ упаренного продукта ВК
= 22 %.
Температура продукта, поступающего в аппарат tH
= 18 0
C.
Давление греющего пара Pг.п.
= 0,6 Па.
Давление вторичного пара в аппарате Pвт
= 2,5 Па.
Температурные потери от гидростатической депрессии ∆г.с.
= 2 0
C.
Температурные потери от гидравлической депрессии ∆г.
= 1,5 0
C.
Расчет:
1.Количество выпаренной воды определяется по формуле:
2. Количество упаренного раствора определяется по формуле:
Gk = Gh – W = 2,6 – 1,768 = 0,832 кг/c
3. Находим давление вторичного пара в конденсате:
Рконд
= 0,000025 – 0,000006 = 0,000019 МПа = 1,9 Па
4. По таблицам берем следующие показатели:
tгп
= 130,23
tконд
= 36,18
tвп
= 120,23
Находим общую температуру по формуле:
∆tобщ
= tгп
- tконд
= 130,23 – 36,18 = 94,05
5. Определяем полезную разность температур по формуле:
∆t = ∆tобщ
- ∑∆, где ∑∆ - сумма потерь общей разности температур:
∑∆ = ∆t + ∆г.с
+∆г.
= 10 + 1,5 + 2 = 13,5 t 0
6. Находим температуру кипения раствора посередине греющих труб по формуле:
tk
= 120,23 +10 +1,5 = 131,73
∆tk
.
c
.
= tk
+ ∑∆ = 131,73 +13,5 = 145,23
7. Массовый расход греющего пара находим из теплового баланса по формуле:
, где
Ckи Сh – удельные теплоемкости соответственно 30%-го и 10 %-го растворов.
Сk = 4187 – 17,730 = 3656 = 3,6 кДж
Ch = 4187 - 17,710 = 4010 = 4,01 кДж
кг/кг
8. Удельный расход пара определяем по формуле:
кг пара на 1 кг воды
9. Площадь поверхности теплопередачи определяем по формуле:
Количество труб определяется по формуле:
труб
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Агар используют в кондитерской промышленности при производстве мармелада, желе, при получении мясных и рыбных студней, при изготовлении мороженого, где он предотвращает образование кристалликов льда, а также при осветлении соков. Студни, приготовленные на основе агар-агара в отличие от всех других студнеобразователей характеризуются стекловидным изломом.первого сорта: от желтого до темно — желтого.
Области применения и выбор выпарных аппаратов. Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объемах аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надежность в эксплуатации, легкость очистки поверхности теплообмена, удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей. Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами выпариваемого раствора (вязкость, температурная депрессия, кристаллизуемость, термическая стойкость, химическая агрессивность и др.). Как указывалось, высокие коэффициенты теплопередачи и большие производительности достигаются путем увеличения скорости циркуляции раствора. Однако одновременно возрастает расход энергии на выпаривание и уменьшается полезная разность температур, так как при постоянной температуре греющего пара с возрастанием гидравлического сопротивления увеличивается температура кипения раствора. Противоречивое влияние этих факторов должно учитываться при технико-экономическом сравнении аппаратов и выборе оптимальной конструкции.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баранцев В.И. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств - М.: Агропромиздат, 1985. – 136 с.
2. Каветский Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств – М., 1991. – 185с.
3. Романов А.А., Строганова Е.К., Зинина И.Е. Справочник по технологическому оборудованию рыбообрабатывающих производств – М.: «Пищевая промышленность», 1979. – 277с.
4. Сафронова Т.М., Богданова В.Д., Бойцова Т.М., Дацун В.М., Ким Г.М., Слуцкая Т.М., Технология комплексной переработки гидробионтов – Владивосток, 2002. – 289 с.
5. Стабников В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.:Агропромиздат, 1985. – 503с.
6. Ткаченко Т.И., Угрюмова С.Д. Курсовое проектирование «Процессы и аппараты пищевых производств» - Владивосток, Дальрыбвтуз, 2007. – 155 с.
7. Чупахин В.Н. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих предприятий – М.:Пищевая промышленность, 1968. – 645с.