1
1
1
Capitolul 1:Noiuni introductive 1.1 Concentrarea prin vaporizare 1.2 Factorii care influeneaz concentrarea prin vaporizare Capitolul 2:Procedee de concentrare prin vaporizare 2.1 Concentrare prin vaporizare cu simplu efect 2.2 Tipuri de concentratoare 2.2.1 Concentrare cu manta de nclzire 2.2.2 Concentratoare verticale cu tub interior de circulaie 2.2.3 Concentratoare cu film realizat prin curgere liber 2.2.4 Concentratoare cu film descendent realizat prin dispozitive mecanice 2.2.5 Concentratoare cu circulaie forat 2.2.6 Concentratoare CENTRI - THERM 2.2.7 Concentrator cu plci 2.3 Soluii constructive pentru principalele ansambluri 2.4 Concentrarea prin vaporizare cu compresie de vapori 2.5 Concentrarea prin vaporizare cu efect multiplu 2.6 Instalaii de concentrare prin vaporizare n: 2.6.1 Industria conservelor de legume i fructe 2.6.2 Industria amidonului 2.6.3 Industria berii 2.6.4 Industria laptelui 2.6.5 Industria zahrului Capitolul 3.Domeniul de utilizare i descrierea instalaiei alese 3.1. Domeniul de utilizare 3.2. Descrierea instalaiei 3.3 Amplasarea i montarea Capitolul 4.Elemente de calcul 4.1. Bilanul de materiale n cadrul fluxului 4.2. Calculul parametrilor principali 4.3. Calcul de rezistent a subansamblelor instalaiei 4.3.1.Calculul grosimii virolei 4.3.2.Calculul de compensare a orificiilor 4.3.3.Calculul suporilor 4.3.4.Calculul plcii tubulare 4.4. Verificarea componentelor 2 3 5 8 9 13 13 15 16 17 18 19 22 22 23 27 33 36 44 45 47 50 55 56 56 58 62 63 66 70 71 73 74 74 76
82
su
stabile n timp.
Concentrarea produselor alimentare fluide se poate realiza practic prin mai multe metode: vaporizare, congelare, osmoza invers, ultrafiltrare.
Produsele alimentare fluide pot fi grupate n trei categorii n funcie de sensibilitatea la concentrarea prin vaporizare: produse cu coninut ridicat de proteine. Majoritatea proteinelor din produsele alimentare sunt sensibile la temperaturi peste 65C, din care cauz nu trebuie s se depeasc aceast temperatur, iar durata de meninere s fie ct mai scurt; produse cu arome termosensibile (sucuri de fructe). Se aplic produse cu coninut ridicat de glucide (siropuri de porumb, metode de recuperarea aromelor nainte de concentrare; extracte de mal etc.). Aceste produse conin i hidrolizate proteice, aminoacizi etc., care favorizeaz reaciile de mbrunare. Se recomand s nu se depaeasc temperatura de 70C i timpul de concentrare s fie ct mai redus. Regimurile de temperatur menionate arat c n industria alimentar se folosesc ndeosebi instalaii de concentrare prin vaporizare sub depresiune, care prezint i alte avantaje determinate de temperaturile mai joase de fierbere, cum ar fi: termic.
3
pierderi mai mici de cldur n exterior; menajarea substanelor termolabile; productivitate mai mare prin mrirea diferenei dintre temperatura economie de metal prin micorarea presiunii necesare agentului
Orientrile actuale privind concentrarea produselor alimentare sunt: -Temperatura de concentrare redus. Pentru protecia substanelor termosensibile din produsele alimentare: proteine, vitamine, substane de arom, este necesar c temperatur de concentrare s nu depeasc 60C; -Durata redus de meninere n contact cu suprafaa de transfer. Se utilizeaz instalaiile de vaporizare care asigur concentrarea la o singur trecere; -diferen de temperatur util mic. Se utilizeaz concentratoare care asigur valori ridicate pentru coeficientul total de transfer termic, de exemplu: concentratoare cu circulate forat, concentratoare cu film descendent. 1.2. FACTORII CARE INFLUENEAZ CONCENTRAREA PRIN VAPORIZARE Factorii mai importani care influeneaz operaia de concentrare prin vaporizare sunt: a. Factori referitori la soluia diluata 1 2 3 4 5
6
Natura soluiei (natura solventului i a solvatului) Concentraia soluiei; fluctuaiile concentraiei Solubilitatea solvatului Cantitatea (sau debitul) soluiei; fluctuaiile debitului Temperatura soluiei la intrarea n instalaie Proprietile soluiei i variaia lor cu concentraia i temperatura presiunea de vapori cldura laten masic de vaporizare capacitatea termic masic
4
Formarea de spum; formarea de depozite, cristale, crust, ml. Sensibilitatea termic; agresivitatea chimic. b) c) Factorii referitori la produs Forma produsului: soluie, sirop, cristale, condensat Concepia soluiei finale Proprietile produsului (ca la soluia diluat) Cantitatea (sau debitul) produsului Factorii referitori la operaiile la instalaia de concentrare Functioriarea discontinu (n arje) sau continu a instalaiei Tipul concentratorului; numrul concentratoarelor Circulaia vaporilor n instalaie Circulaia soluiei n concentrator, circulaia soluiei n instalaie Prizele de vapori Evacuarea vaporilor (n aer sau n condensator) Presiunea temperatur n concentratoare Presiunea hidrostatic n concentratoare
Consumul de abur Durata operaiei de concentrare Debitul i temperatura apei de rcire n condensator Costul instalaiei (investiie); costul operaiei
Concentrarea prin vaporizare simpl const n fierberea soluiei diluate pn la atingerea concentraiei finale. Vaporii secundari rezultai sunt eliminai n atmosfer (la uniti mici) sau sunt dirijai ntr-un condensator. Agentul termic este aburul primar. Vaporizarea simpl poate fi discontinue sau continu. Procedeul continuu decurge n regim staionar (fig. 2.1.)
Fig.2.1 Concentrare prin vaporizare cu simplu efect; schema de calcul i notatii : 1 - concentrator; 2 - condensator barometric de amestec
Calculul instalaiei pentru concentrarea prin vaporizare cu simplu efect Dimensionarea concentratoarelor (funcionnd n regim staionar) presupune rezolvarea urmtoarelor ecuaii:
Ecuaii de bilan de materiale: S0 = S1+W1 S0 Su0 = S1 Su1 Ecuaia de bilan termic: W1= Wo+ So [kg/s]; Unde: =( = ( ) ) [kg/s]; [kg/s];
Ecuaia de transmitere a fluxului termic: = kA t [w] n care: S0 ,S0- reprezint debitul de soluie iniial, respectiv de soluie concentrate, n kg/s; su - coninutul n substan uscat sau concentraia soluiei iniiale n componentul urmrit, n %; W1 - debitul de apa (dizolvant) vaporizat (nu conine dizolvat), n kg/s; su1 - coninutul n substan uscat sau concentraia soluiei finale n componentul urmrit, n %; W1 - debitul de agent termic (abur primar), n kg/s; c0 ,c1 - capacitatea termic masic medie a soluiei intiale, respectiv a soluiei concentrate, n J/kgK; t0 ,t1 - temperaturile soluiei iniiale la intrare n concentrator, respectiv la ieire din concentrator (temperatura de fierbere n aparat, n cazul funcionrii n regim staionar), n C; h"0, h1 - entalpia masic a aburului primar, respectiv a aburului secundar, n J/kg; h0 - entalpia masic a condensului rezultat din aburul primar, n J/kg; coeficient de vaporizare, kg apa vaporizat/1 kg abur primar; - coeficient de autovaporizare, kg apa vaporizat/1 kg soluie;
9
k - coeficient total de transfer termic, n W/m 'K; A - aria suprafeei de transfer termic, n m2; t - diferena medie de temperatur, n C. Diferena de temperatur medie (diferena utiia de temperatur) se calculeaz astfel: unde: t t f1 este temperatura de condensare a aburului, n C; este temperatura medie de fierbere a soluiei la presiunea medie pmi din t = t tf1(C)
concetrator, n C (se consider efectul ebulioscopic, hidrostatic i de pierderi de presiune). Temperatura de fierbere a unui lichid este temperatura la care presiunea de vapori devine egal cu presiunea sub care se face fierberea; depinde de presiune i de compoziia lichidului. Substanele dizolvate ntr-un lichid acioneaz prin micorarea presiunii de vapori a soluiei i ca o consecin prin mrirea temperaturii de fierbere n comparaie cu lichidul pur. Pentru concetratii foarte mici, M<0,5 mol/l, creterea temperaturii de fierbere la presiune normal este: te = CM n care: te =tf1 - tf0, creterea de temperatur datorit concentraiei (cretere ebulioscopic), n C; tf0, - temperatura de fierbere a dizolvantului pur, n C; M -concentraia molara, moli dizolvat/11 dizolvant pur; C -constanta determinat experimental, kl/mol.
10
Pentru concentraii mai mari (M >0,5 mol/l) este necesar s se recurg la date experimentale (tabelul 1.1.)
Tabelul 1.1
Temperaturile de fierbere pentru soluii de concentraie dat la diverse presiuni pot fi calculate n cazul n care se cunosc dou date experimentale, prin metoda liniilor lui Dhring, considerndu-se ca lichid de referin dizolvantul pur. Formularea matematic a metodei liniilor lui Dhring, caz particular al legii liniaritii funciilor chimice tehnice, este:
t A1 tA2 t B1 tB2 K
unde: tA1, tA2 reprezint temperatura de fierbere a lichidului A la presiunea p1 , respectiv p2; tB1 , tB2 - temperatura de fierbere a lichidului de referin B la presiunea p1 , respectiv p2; k - constanta caracteristic perechii de lichide A i B. Metoda liniilor lui Dhring utilizeaz o diagram n care sunt trasate drepte, care reprezint locul geometric al punctelor pentru care lichidul studiat Ai lichidul de referin au aceleai presiuni de vapori. Regula lui Babo se poate utiliza atunci cnd nu se cunoate dect o singur data experimental:
11
Pentru soluii de zahr i sucuri de fructe, creterea ebulioscopic de temperatur se calculeaz cu relaia Stabnicov: te= 0,38e(0,050 n care:
+ 0,045x)
[C]
Formula lui Tiscenco determin creterea ebulioscopic de temperatur la o alt presiune dect presiunea atmosferic: te= ( te)n( )2 [C]
n care: te este creterea de temperatur datorat concentraiei la presiunea p, n C; ( te)n - creterea de temperatur datorat concentraiei la presiunea atmosferic normal, n C; T,Tn - temperatur de fierbere a dizolvantului pur la presiunea p, respectiv la presiunea atmosferica, n K; T,Tn - cldura latent masic de vaporizare a dizolvantului pur la presiunea p, respectiv presiunea atmosferic normal, n J/kg.
12
Fig. 2.2. Concentrator cu manta de ncalzire: 1, 2 - calote sferice; 3 - gura de vizitare; 4 - conduct de alimentare; 5 - manta; 6 dispozitiv de amestecare; 7 - racord de golire; 8 -vacuumetru.
13
Caracteristici tehnice, concentrator cu manta Capacitate efectiv n vas n manta 1,5 m3 0,29 m3 3m3 0,3 atm 3 atm 17rot/min 1231 kg 2300 kg 1950 x 1245 x 2880
Aria suprafeei de transfer termic Presiunea -n aprat -n manta Turaia amestectorului Masa Masa maxim n exploatare Dimensiuni de gabarit, mm
2.2.2. Concentratoare verticale cu tub interior de circulaie Tipul clasic de concentratoare cu tub central de circulaie a fost mbuntit rezultnd variante perfecionate n care suspendarea sistemului de nclzire asigur o mai bun repartizare a aburului printre evile fierbtoare i o mai bun circulaie a lichidului (spaiul inelar periferic ntre fasciculul de evi i mantaua concentratorului nlocuiete tubul central de circulaie).
14
Fig.2.3. Concentrator vertical V.V: 1 - evi fierbtoare; 2 - eav central; 3 - spaiu de vapori; 4- separator de picturi
Fig. 2.4.Concentrator cu nclzitor suspendat: 1-evi fierbtoare suspendate; 2 spaiu de vapori; 3-conducta recuperare lichid
cu tub central de circulaie Diametrul evilor fierbtoare Diametrul tubului central 30 - 80 mm 200 - 800 mm
Raportul: aria seciunii tubului cental / aria seciunii totale a evilor Fierbtoare Lungimea evilor Coeficientul total de transfer termic 0,75 - 2,5 m 0,75 - 2,5 m 600 - 1500 w / m2k
Suprafaa liber de degajare a vaporiior este mic; tendina de spumare. Durata de contact mare ntre produs i suprafaa de transfer de cldur 2.2.3.Concentratoare cu film descendent realizat prin curgere liber Particularitile constructive i funcionale pentru concentratoare cu film descendent realizat prin curgere liber sunt: Diametrul evilor Lungimea evilor Grosimea peliculei Coeficientul total de transfer termic Viteza de scurgere Alimentarea soluiei Separatorul lichid vapori maximum 100 mm 3000-7000 mm 2-3 mm 1000-2500 W/m2K 0,08-0,1 m/s la partea superioar montat pe partea inferioar
16
Fig. 2.5. Concentratoare cu film descendent a - concentrator cu film descendent realizat prin curgere liber: 1 - evi fierbtoare; 2- icane; 3 - separator lichid - vapori; 4 - racord evacuare vapori secundari; b,c - concentratoare moderne utilizate n industria zahrului; d - sistem de formare a peliculei
17
Concentratoare cu film descendent realizat prin dispozitive mecanice Se utilizeaz special pentru concentrarea soluiilor cu vscozitate 2.6.) la care acoperirea la
debite de de vaporizat mici.Un exemplu este este concentratorul Luwa (fig. a suprafeei cu film de lichid se face cu ajutorul unor raclete totative (230 - 500 rot / min). Caracteristici tehnice Apa vaporizat
Tip-3
Tip-4 Tip-5
250
500
1000
Lungime Inlime
4500 700
5200 800
6800 1000
Laime
3700
4300
5000
Circulaia forat este realizat de o pomp, n urmtoarele dou variante: pompa asigur alimentarea cu soluie iniial la debitui indicat i soluia
are o singur trecere de-a lungu! schimbtorului de cldur, realizndu-se o durat n contact cu suprafaa cald de ordinul secundelor; pomp determin att alimentarea ct i recircularea soluiei concentrate.
Recircularea poate ajunge chiar de 80 ori debitui soluiei de alimentare, mrindu-se durata de contact soluie - suprafa cald la valori de ordinul minutelor.La acest tip de concentratoare, viteza de circulaie a lichidului n aprat depete 1 m/s. Pentru lichidele care depun crust se recomanda ca viteza de circulaie s fie peste 2,5 m/s (valori maxime: 3,8 m/s). Printre avantajele concentratoarelor cu circulaie forat se numra urmtoarele: densitate de flux mare; coeficient total de transfer termic ridicat (k e 1800 - 3500 w/rrr'k); se previne depunerea de cruste; funcionare stabilizat. Ca dezavantaje se pot meniona: consumul mare de putere i costurile ridicate de investiie i de exploatare. n fig. 2.7.a. este prezentat un concentrator de recirculare exterioar i circulate forat. Dimensiunile prezentate au caracter orientativ asupra proporiilor dintre diferite elemente ale acestui tip de soluie constructive. Particularitile constructive pentru pompa centrifug - axial, (fig. 2.7.b.) asigur debite mari de recirculare la nlimi geometrice de pompare reduse.
19
Concentratorul tip SVENSON prezint o camer de nclzire cu dou treceri i spaiu de vapori separat. Camera de nclzire este situat mai jos dect nivelui lichidului din spaiu de vapori, ceea ce previne fierberea cu formarea de depuneri pe evi. Soluia constructiv se caracterizeaz prin compactitate i se recomand n mod deosebit pentru concentrri chiar peste 60% Su.
20
2.2.6. Concentratoare CENTRI - THERM Aparatul realizeaz concentrarea prin deplasarea lichidului pe suprafee tronconice sub form unei pelicule obinute sub aciunea forei centrifuge. Elemental principal al concentratorului este un rotor construit dintr-o serie de elemente tronconice ordonate pe un ax central. Fiecare element tronconic are perei dubli, cu scopul de a delimita spaiul aburului folosit c agent termic. Fora centrifuga determin o grosime a peliculei de aproximativ 1mm. Grosimea redus a filmului i caracterul turbulent al curgerii pe suprafa creeaz condiii favorabile pentru transferul de cldur. Concentratorul este indicat pentru concentrarea lichidelor termosensibile: sucuri de fructe, lapte, etc.(fig. 2.8.)
Concentrator CENTRI - THERM. Schema de principiu:1 - carcasa; 2 - rotor; 3 - element tronconic; 4 - ax; 5 - racord
alimentaie soluie; 6 - sistem de stropire soluie; 7 - zona vapori secundari; 8,9 - racorduri evacuare concentrat; 10 - zona alinientare abur; 11 - orificii evacuare condensat; 12 - zona colectare condensat; 13 - racord condensat; 14 - racord vapori secundari
21
Caracteristici termice - concentratoare Centri - Therm Debitul de ap vaporizat, kg/ Temperatura de vaporizare, C Vscozitatea maxim a concentratului, Concentraia maxim trecere Consumul de abur, kg / kg ap vaporizat Mas, kg Putere instalat, kw 2.2.7. Concentrator cu plci Principiul de construcie i funcionare al schimbtoarelor de cldur cu plci este folosit pentru vaporizare. Instalaia este format dintr-un schimbtor de cldur cu plci i un separator de lichid, vapori. Transferul de cldur este intens i se formeaz un fluid bifazic (amestec de lichid i vapori) care trece n separator (funcioneaz sub vid), unde are loc o detent ce determin separarea celor dou faze. 1,1 1,1 800 50 20000 250 50 20000
85%su la o singur
1500 4500 10 18
22
Plcile
sunt
de
construcie
clasic,
dar
sunt
prevzute
cu
spaiu
destinatcirculaiei fluidului bifazic Agentul termic poate fi aburul sau apa cald (funcionarea este mai uniform). Concentratorul cu plci se caracterizeaz prin timp de condensare redus, construcie simpl i ntreinere uoar.
Evacuarea condensatului. Una din condiiile de baz a bunei funcionari a unui aprat este evacuarea complet i continu a condensatuiui din camer de nclzire. n fig. 2.9. sunt reprezentate cteva soluii constructive de racorduri de evacuare a condensatului i de amplasare a lor n camera de nclzire. Soluia cea mai frecvent utilizat este racordul cu ecran. Soluia c este avantajoas dar posibil pentru concentratoare de capacitate mic.
Fig. 2.9. Solutii constructive pentru racordurile de evacuare a condensatului: a - racord cu ecran; b - racord cu cot; c - racord n placa tubulara; d- racord sudat de placa tubular.
Camera de vapori. Separatoare de picturi. Dimensiunile spaiului de vapori secundari influeneaz puritatea i tipul vaporilor. Spaiul de vapori trebiue s ndeplineasc rolul de separator preliminar al picturilor de lichid, care pot fi antrenate de vaporii care se separ brusc de mas de soluie. Picturile antrenate determin pierderi de soluie concentrat i limiteaz posibilitatea utilizrii acestora n calitate de agent termic. Se produc astfel depuneri pe suprafeteie de nclzire, cu reducerea coeficientului total de transfer termic, ceea ce determin stagnri n funcionare pentru curire.
24
Cel mai simplu procedeu de concentrare prin eliminarea dizolvantului prin vaporizare este evaporarea cu simplu efect. n acest caz se realizeaz fierberea cu eliminare de vapori secundari pn la atingerea concentraiei dorite, iar vaporii secundari sunt eliminate n admosfera (la unitile mici), sau prin intermediul unui condensator. Evapoarea poate avea loc la presiunea admosferic , la o presiune mai mare dect presiunea admosferic sau la o presiune mai mic dect presiunea admosferic (sub depresiune). Evaporarea cu simplu efect se poate realiza discontinuu sau continuu. Procedeul discontinuu decurge in sistem nestationar, concentrarea se realizeaza pe arje. Procedeul continuu decurge in regim sationar concentraiile, debitele, temperaturile, presiunile i ali parametrii fiind constante in timp . Consumul de energie termic pentru concentrare, considernd ca produsul supus concentrrii a fost adus la temperatura de fierbere este cu att mai mic cu ct presiunea este mai mare. Cu toate acestea in industria alimentar
25
in cele mai multe cazuri este aplicata concentrarea sub presiune care prezinta o serie de avantaje ca :
1
Temperatura de fierbere mai scazut ,care contribuie la menajarea componentelor sensibile la temperatur ;
Pierderi de caldura in mediul inconjurator mai mici datorita faptului ca diferenta de temperatur dintre interior si exterior este mai mica;
Posibilitatea de a realiza concentrarea la o diferen de temperatur mai mare, care pentru acelasi debit de evaporat i acelasi debit de coeficient total de transfer de caldura necesit o suprafat de transfer de caldur mai mic;
Economie de metal la construcia aparatului prin micsorarea solicitarii produsa de aburul primar care se foloseste la o presiune mai mic;
Bilantul materialelor prin intermediul careia in funcie de o solutie iniial data ca debit si concentraie si in funcie de o concentratie finala urmarita se stabileste produsul urmarit obtinut si aburul secundar rezultat.
Aburul primar utilizat pentru asiguarea transferului de caldura nevenind in contact direct cu produsul nu se ia in considerare la bilantul de material care pentru determinarea celor doua necunoscute trebuie sa fie scris sub forma a doua ecuatii : o ecuatie de bilant total si o ecuatie de bilant partial, referitoare la un component. S0=Sf+W suiS0=sufSf
26
unde: S0 Sf W sui este produsul total initial(cantitate de masa sau debit de masa) produsul final rezultat prin concentrare apa totala evaporate prin concentare concentaraia produsului initial in sbstana uscat sau in componentul de urmrit, (%) suf concentraia produsului final in substana uscat sau in componentul de urmrit, (%)
27
efect evapor aproape 1 kg ap care devine abur secundar i care la rndul su n efectul urmtor va evapora de asemenea aproape 1 kg ap, putndu-se continua aceast operae ntr-un numr mai mare de efecte. In acest mod, cu 1 kg abur primar ntr-o instalaie cu n efecte se va putea evapora aproape n kg ap i n acest mod consumul de abur primar raportat la 1 kg ap se va reduce la ceva mai mult dect 1 kg/kg; 2 Economie de ap de rcire necesar pentru condensator pentru ca la
condensator va ajunge numai aburul de la ultimul efect al instalaiei, deoarece aburul secundar de la efectele intermediare fiind folosit ca abur de nclzire se condenseaz n acestea. n forma aceasta debitul de ap de rcire se reduce de mai mult de n ori, n fiind numarul efectelor. Deosebirea principal a instalaiilor de evaporare cu efect multiplu const n faptul ca fiecare efect al instalaiei funcioneaz la temperatur diferit (i deci i presiune diferit) aceasta fiind din ce n ce mai mic de la primul efect spre ultimul efect al instalaiei. Daca la primul efect aburul primar vine cu temperatura t0 iar soluia se concentreaz la tx (t0>t) aburul secundar care ajunge in efectul 2 va avea o temperatur ceva mai mic dect t, ca s poat avea loc concentrarea, soluia trebuie s se concentreze la temperatura t2 respectnd condiia t> t2. Pentru o instalaie cu n efecte temperatura de concentrare din ultimul efect va trebui sa fie tn si pentru ca instalatia sfuncioneze corect s respecte conditia: t0>t1>t2> ... >tn. Ca o consecin i presiunile se vor gsi n scdere si va trebui s se respecte condiia p0> p1>p2> ...>pn. n principiu t0 respectiv p0 sunt parametrii determinai pentru aburul primar de care se dispune, iar tn i pn parametri admii pentru condensator n funcie de caracteristicile apei de rcire de care se dispune. Pentru industria alimentar pentru o serie de produse care se concentreaza sunt sensibile la temperatur, temperatura t este cea limitativ superior i in funcie de aceasta i presiunea pi, iar parametrii
28
aburului primar se aleg in funie de acetia. Pentru asigurarea unei funcionri economice, diferena de temperatur ntre agentul de schimb termic i soluia supus concentrrii trebuie s se menin la o anumit valoare care sa fie n fiecare corp mai mare dect 5. Intr-o instalaie de concentrare cu efect multiplu se poate vorbi de o diferenta totala de temperatura care este: 1.Creterea temperaturii de fierbere a soluiei datorit continutului de dizolvant al dizolvatului (cresterea de temperatur ebulioscopica) Ac; 2. Creterea de temperatura de fierbere a solutiei datorita presiunii hidrostatice a lichidului (cresterea de temperatura hidrostatica) Aft; Scderea de temperatur realizat de aburul secundar la circulaia ntre corpuri se face datorit pierderilor de presiune n timpul transportului aburului secundar Ap. Pentru calculul scaderii de temperatur datorit pierderilor de presiune, trebuie calculate pierderea de presiune din reeaua care uneste cele dou aparate, determinand temperaturile la presiunea de pornire si cea de sosire si din diferena lor se obtine Ap. Pentru buna functionare a instalatiei valoarea lui Atu se poate mpri ntre corpuri dup diferite criterii. Cel mai interesant criteriu ar fi cel al mpririi egale intre cele n corpuri. Aceasta ns este numai o varianta ipotetic, deoarece este limitat de cderile de presiune ntre corpuri. In industria zaharului unde se utilizeaz mult instalaia de concentrare cu efect multiplu se practic de obicei distribuirea diferenei de temperatur utila realiznd intre efecte diferene de presiune egale sau aproximativ egale si determinnd temperaturile in funcie de aceasta.
29
Se pot alege i variante de distribuie intermediare intre cele doua variante amintite cu condiia realizrii distribuirii cderilor de presiune corespunzator in instalaie. Distribuirea uniform a diferenelor de temperatur util pe corpuri ar permite numarul cel mai mare de efecte lucrnd toate la o diferena de temperatur ct mai aproape de diferenta de temperatura economica. Toate celelalte variante limiteaza mai mult numarul de efecte, limitarea cea mai mare fiind data in cazul diferentelor de presiune egale intre corpuri. Pentru produsele alimentare termosensibile A/u este limitat de conditiile pe care le admite produsul ca temperatura maxima si temperatura admisa la condensator in functie de condtiile apei de racire. In aceste cazuri in general trebuie sa ne limitam la instalatii de concentrare cu dublu efect sau cel mult la instalatii cu triplu efect. In principiu o instalatie de concentrare cu multiplu efect este alcatuita dintr-o serie de utilaje si dispozitive care sa-i asigure functionalitatea
Instalatia conine un numar de evaporatoare care trebuie sa fie egal cu numarul de efecte al instalaiei, fiecare efect fiind realizat in minimum un aparat. Sunt ins instalaii de concentrare cu efect multiplu la care unul sau mai multe efecte sunt reprezentate prin mai mult decit un evaportator. In mod
30
normal evaporatoarele care alcatuiesc un efect se noteaza cu un numar, care reprezinta numarul efectului. Numerotarea efectelor se face in sensul circulatiei aburului utilizat ca agent termic. Intr-o instalatie de evaporare cu efect multiplu, primul efect este cel in care se introduce aburul primar, ultimul efect este cel prin care se realizeaza legatura la condensator. In functie de tipul de aparat utilizat pentru construtia instalatiei, evaporatorul poate avea separator de picaturi sau separator lichid-vapori care functioneaza pe diferite principii intr-o instalatie in general toate aparatele sunt de acelasi tip. Se cunosc insa si instalaii care folosesc in acelasi timp mai multe tipuri le aparate de concentrare.
Pentru ai utiliza variaia instalaiei de evaporare cu efect multipu este cea cu circulatia lichidului in paralel cu vaporii asa cum s-a prezentat instalatia din fig.2.11. Aceasta varianta este caracterizata prin faptul ca aburul primar cedeaza caldura de condensare in efectul in care este adus soluia initial i n care in acelai timp se formeaz abur secundar rezultat din evaporarea apei si soluia partial concentrat. Soluia parial concentrat i aburul secundar trec in efectul doi unde se repeta fenomenele din efectul prim, adica aburul secundar cedeaza caldur de condensare evaporind noua cantitate de ap din soluia partial
31
concentrat. In ultimul efect solutia ajunge la concentratia final i este evacuata la aceasta concentrare, iar aburul secundar format este aspirat la condensator
Fig.2.11.1 Instalatie de evaporare cu dublu efect cu circulatie in paral cu dublu efect pentru abur; ,2,3 - evaporatoare; i - condensator; 5, 6, 7 separatoare de condensat;8, V- pompe; 10 rezervor solutie iniial Fig.2.11.2:A- Produs;B-Concentraia; C-Condensul;Cc-Condens de vapori;CD-condens de vapori cu abur;D-nclzire cu aburi
Instalaia de concentrare prin evaporare este compus din dou agregate, dotate fiecare din ele cu suprafee de nclzire exterioare, condensator, oala de condensat a agregatului 1 i cu un sistem de conducte, pompe i aparataj divers. Ambele agregate sunt montate pe o platform din metal, conductele pentru produs i pompele sunt confecionate din oel inoxidabil.
Fiecare agregat este compus din schimbtor de cldur i separator, care n partea inferioar sunt unite cu o conduct de circulaie, iar n partea superioar sunt unite printr-o conduct special. Schimbtorul de cldur reprezint un recipient vertical cu evi cu o singur trecere, compus din dou plci tubulare cu dimensiunile 650x18 mm, suprafaa de nclzire - 50,6 m2. numrul de evi - 177, diametrul evilor - 32 mm, lungimea evilor - 2996 mm, presiunea interioar - 400 mm al coloanei Hg. Agregatul unu se alimenteaz cu abur viu cu presiunea 0,05MPa. Masa de tomate se concentreaz pn la 15... 18 % s. u. Agregatul doi se nclzete cu vaporii secundari, obinui n agregatul unu, numrul de evi - 167, diametrul evilor - 41mm, lungimea evilor - 2996 mm, suprafaa de nclzire- 61,2 m , presiunea de regim - 700 mm ai coloanei Mg, temperatura de fierbere a masei -45 C. Masa se concentreaz n agregatul doi pn la concentraia 30 % s.u. In partea superioar agregatul doi este dotat
33
cu ferstruie de curare, vizoare, becuri pentru iluminarea interioar, robinete pentru corectarea presiunii. Condensatul din camera de nclzire a agregatului doi se evacueaz n partea inferioar a condensatorului cu care el este racordat. Micarea produsului n instalaia de evaporare se realizeaz astfel. Din colector masa de tomate strecurat i rafinat se aspir cu ajutorul vidului creat n separatorul agregatului unu. Pe conducta de produs, care unete colectorul cu agregatul unu este instalat o supap cu servomotor care regleaz nivelul masei de tomate din agregatul unu. Masa de tomate concentrat n agregatul l pn la 15...18 % s.u. se debiteaz cu ajutorul pompei n separatorul agregatului doi. Pentru reglarea nivelului produsului din agregatul doi pe conducta de produs este instalat o supap automat cu 10 servomotor. Din agregatul doi pasta de tomate concentrat pn la 30 %s.u. se refuleaz cu ajutorul pompei i al supapei automate n colectorul de past de tomate 20, cu capacitatea 200 kg. Pentru rentoarcerea n agregatul doi a pastei de tomate, a crei concentraie este mai mic de 30 % s.u. servete o supap dirijat de refractometrul electronic automat 19. Agregatele unu i doi mai sunt dotate cu: capace superioare i inferioare pentru curarea schimbtoarelor de cldur, inductor electric al nivelului de mas, conduct cu ventil, care racordeaz suprafaa de nclzire a schimbtorului doi cu eava vaporilor secundari, supapa de siguran de pe camera de nclzire a schimbtorului unu, manometre, vacuummetre pe separatoarele agregatelor unu i doi. Dimensiunile de gabarit ale instalaiei de evaporare, mm Lungimea, mm Limea platformei, mm 9500 2420
34
nlimea, mm
7300
Instalaiile de concentrare prin vaporizare, pe lng concentratoarele propria - zise, cuprind o serie de alte aparate necesare realizrii operaiei i anume: schimbtoare de cldur pentru preincalzirea iniial a produsului, condensatoare, pompe de vid, injectoare compresoare i turbocompresoare, separatoare de condensat, pompe pentru circulaia fluidelor. Instalaiile de concentrare pot fi completate cu echipamente care s realizeze operaii suplimentare ce trebuie s asigure calitatea produsului (instalaii de recuperare a substantelor de arom, instalaii de desulfitare). Pentru transfer. Durata de contact limiteaz tipurile de concentratoare care pot fi utilizate, iar temperatura maxim determin n mare msur schema de circulate a fluidelor, respectiv numrul de efecte. Aspectul de denaturare i cel de eliminare a unor componente volatile, limiteaz temperatura maxim de concentrare. Schemele de circulaie a fluidelor n instalaiile de concentrare variaz de la o subramur la alta a industriei alimentare, determinat de: tipul de concentrator, natura produsului, cerine tehnologice i economice i chiar de aspecte de comercializare. meninerea calitii produsului alimentar prezint important
35
n figura urmtoare este prezentat instalaia cu simplu efect ManziniComaco utilizat n linia de obinere a marmeladei dulceii; este prevzut cu un concentrator cu sepentina rotativ, recomandat pentru concentrarea lichidelor vscoase i cu tendin de formare a depunerilor. Suprafaa de transfer este asigurat de o erpentin n micare de rotaie, montat pe un arbore orizontal, alimentat cu agent termic. Micarea de rotaie asigur o agitare puternic i determin mrirea coeficientului total de transfer de cldur
Fig. 2.12. Instalaie de concentrare MANZINI - COMACO: 1 - concentrator cu erpentin rotativ; 2 - condensator de suprafa; A - alimentare sue; B concentrat; C - condensat; D - abur; E - ap de rcire; L/C - indicare i reglare nivel; PIC indicare i reglare presiune; DRC - nregistrare i reglare densitate (pentru concentrat
Caracteristici tehnice ale instalaiei MANZINI de tip T.R.S.4-S.E T.R.S.7-S.E i T.R.S.7-S.E:Productivitatea (produs finit): Dulcea 65%su, kg/h Consumul de utiliti 4000 2500
36
7000 4500
Acestea se folosesc la concentrarea unei game largi de produse ale industriei alimentare termosensibile. Concentratorul este orizontal, cu film realizat mecanic; prezint o suprafa de transfer cilindric. Dispozitivul n micare de rotaie este alctuit dintr-un ax central care susine un sistem de palete. Fixarea paletelor poate s formeze pelicul de grosimea dorit (1-2 mm), funcie de produsul supus concentrrii, de concentraia final i de timpul de contact necesar ntre produs i supafaa cald(15-60s)
Fig. 2.13. Instalaie de concentare cu simplu efect ROTOFILM - MANZINI: 1 - concentrator ROTOFILM; 2 - ax cu palete; 3 - condensator semibarometric; A - alimentare produs; B concentrat; C - condensat; D - alimentare abur; E - de rcire; F - necondensabile.
37
n figura 2.13. este prezentat instalaia de concentrare Rotofilm, cu simplu efect i condensator semibarometric n echicurent. Caracteristicile tehnice ale instalaiei cu simple efect ROTOFILM -MANZINI de tip RF 7.5 i RF 10.10 sunt: Productivitatea, kg/h:
pulpe naturale cu 12% su concentrat apa vaporizata Consum de abur 2-3 ata, kg/h
Instalaii de concentrare tip D.F.F. Sunt instalaii continue cu dublu efect care satisfac cerinele tehnicilor moderne de concentrare. Schema de circulate: contracurent. Se utilizeaz n general pentru concentrarea produselor alimentare cu vscozitate ridicat, termosensibile. Deoarece acioneaz i fora gravitaiei, fluxul forat descendent atinge viteze mari (peste 2 m/s), ceea ce determin caracterul turbulent al curgerii; se asigur condiii favorabile pentru transferul de cldur. Constructiv, instalaia D.F.F. prezint urmtoarele particulariti:
38
nclinat pentru efectul 2; separatoarele lichid - vapori de la ambele efecte sunt suprapuse, formnd
un singur corp cu dou compartimente. Instalaia de conceritratoare D.F.F. prezint urmtoarele avantaje: concentreaz eficient produse cu vscozitate ridicat (se obine past de tomate cu 40 - 42% su de calitate superioar); realizeaz un coeficient total de transfer termic ridicat; funcioneaz cu productivitate mare.
Fig. 2.14. Instalaie de concentrare DFF cu dublu efect pentru concentrarea sucului de tomate 1,2- concentratoare; 3, 4 - camere de vapori; 5 - condensator semibarometric n contracurent; 6 - vas umiditate de rcire. A - alimentare produs; B - concentrat; C - condensat; E alimentare abur F - ap rcire
Instalaii de concentrare a sucurilor de fructe GEA WIEGAND Concentrarea sucurilor de fructe prezint particulariti care se reflect a n final asupra instalaiei. Recuperarea aromelor prin antrenarea cu vapori de apa
39
se produce n instalaiile de recuperare - concentrare. n acest scop se folosesc dou variante de operare: vaporizarea parial (10 - 45% din debitul de suc propaspat) timp recuperarea aromelor se produce n timpul concentrrii,
scurt; n primul stadiu al concentrrii aromelor antrenate se recupereaz din vaporii formai; Concentratul de arom reprezint 0,5 - 2% din debitul de suc proaspt (n general 1 l de concentrat de arome este obinut din 50 - 250 l sue propaspat). Recuperarea aromelor se realizeaz prin procedee de: distilare - rectificare i difuziune - rectificare (DIFFAR). Recuperarea prin distilare - rectificare ntr-o instalaie WIEGAND presupune: preconcentrator (film descendent) i coloan de funcionare pentru separarea concentratului de arome. Procedeul DIFFAR se bazeaz pe concentrarea aromelor printr- o condensare parial a vaporilor. Instalaiile de recuperare sunt integrate n al treilea efect al instalaiei de concentrare prevzute cu aparate de film descendent. Sucul proaspt prenclzit alimenteaz efectul 1. Vaporii secundari formai conin substane de arom i sunt utilizate pentru preincalzirea efectului 2. La sfritul operaiei de deflegmare, vaporii rmi conin cantiti mari de substane de arom. Aceste componente de arom sunt antrenate cu gaze inerte. n unele cazuri, gazele dezvoltate n sucul proaspt sunt suficiene cantitativ (nu sunt necesare adaosuri suplimentare). Componentele de arom pot fi colectate i din camera de condensare a efectului 3. Sunt condensate n prenclzitor i dirijate n scruberul de arom. Cu modificri simple, acest sistem poate fi utilizat i pentru instalaiile cu 2, 4 sau mai multe efecte.
40
Fig. 2.17. Procedeu de recuperare a substanteior de arom DIFFAR: 1,2,3- coricentratoare; 4 - condensator de suprafa; 5 - scruber i rcitor de arome; A - alimentare suc; B - concentrat; C - concentrat de arome; D condensat
Regimul termic n instalaiile de recuperare GEA WIEGAND preconcentrarea se produce la presiunea atmosferic (t = 101 . . .102 AC) sau sub depresiune. Regimul de temperatur de aproximativ 100 AC este le majoritatea sucurilor, deoarece preconcentratorul n film descendent asigur o durat de contact cu suprafaa cald de ordinul secundelor (se produce i o pasteurizare). Pentru sucurile de cpune i mure se practic preconcentrarea
41
sub depresiune, datorit sensibilitii termice deosebite a componentelor de arom. n general, instalaiile de concentrare pentru sucuri de fructe funcioneaz cu circulaia fluidelor n curent paralel. Utilizarea instalaiilor de concentrare cu 2 i 3 efecte i compresie mecanic de vapori este recomandat pentru debite mari de apa de vaporizat, peste 10 000 kg/h. Soluia asigur 55 % din costurile energetice realizate de o instalaie comparabil cu 5 efecte.
Fig.2.18, Instalaie de concentrare cu 6 efecte, termocompresie, recuperare de arome i rcirea concentratului GEA WIEGAND pentru 27 t/h suc de mere. Concentrare: 11 > 70% su'- 1 > 6 - concentratoare cu film descendant; 7 - condensator de suprafaa; 8 - coloan de recuperare a aromelor; 9 - scruber i rcitor de arome; 10- rcitor prin detent; 11 injecAtor; 12 - nc de depozitare (suc cu pulp); 13 - nc alimentare (suc limpede); A1 alimentare suc cu pulp; A2 - alimentare sue limpede; B1 - concentrat suc cu pulp; B2 concentrat limpede; C - concentrat de arom; D - condensat; E - alimentare
Compresia mecanic de vapori asigur o variaie de temperatur ntre 5 i 20 AC. Sucul de pulp este concentrat n concentratorul efect 1 (25%) . Vaporii formai cu substane de arom sunt utilizai n efectul 2, sucul preconcentrat (B1) este rcit n schimbtorul de caldua 10. Preconcentratul este procesat n efectele 3 i 4. Cea mai mare parte din vaporii care conin substane de arom sunt condensati n camer de nclzire a efectului 2 (agent termic). Vaporii rmi i condensati obinut sunt dirijai n coloan de rectificare 5 pentru recuperare.
42
Instalaii de concentrare cu recuperare de arome Schmidt Funcioneaz cu dublu efect i termocompresie cu circulate cu curent paralel; este prevzut cu dou concentratoare cu plci .Capacitatea instalaiei este de 6000 l/h sue de mere cu 12 % su . Instalaia de recuperare a substanelor de arom este alctuit n principal din: schimbtor de cldur cu plci, preconcentrator cu plci, coloan de rectificare.
Fig. 2.19. Instalaie de concentrare SCHIMDT: 1 - schimbtor de cldur cu plci cu 3 zone; 2,3 - concentratoare cu plci; 4 - injector; 5 - condensator de amestec;4 - alimentare suc; B - concentrat; C - condensat; E - abur; F - gaze necondensabile; G - apa de rcire.
43
Fig, 2.20. Instalaie de concentrare GEA WIEGAND pentru ape de nmuiere a porumbului (industria amidonului): 1,2,4 - concentratoare; 3 - separator lichid-vapori; 5,6,7 prenclzitoare; 8 - condensator; 9 - injector; 10 - condensator; 11 -tanc alimentare; A produs; 8 - concentrat; C - condensat; D - abur motor; E - evacuare ; F - apa de rcire; G - ap cald
Fig. 2.21. Instalaii de concentrare GEA WIEGAND pentru dou hidrolizate diferite de amidon: 1 - concentrator (produs A); 2 - concentrator (produs A'); 3,4 - schimbtoare de cldur cu plci; 5,6 - prenclzitoare tubulare ; 7 - condensator; 8 - compresor de vapori; 9 -tanc alimentare (produs A); 10- tanc alimentare (produs A'); A, /V-produse; B, B' concentrate; C-condensat; D-abur; E-evacuare; F- ap de rcire; G- apa cald
44
Instalaia de concentrare GEA WIEGAND pentru industria berii . Figura de mai jos prezint circulaia fluidelor n instalaia de vaporizare pentru dezalcoolizarea berii; este o instalaie cu dublu efect cu vaporizatoare n film ascendent i descendent. Circulaia fluidelor este n contracurent
Fig 2.22.Instalaie de vaporiyare GEA WIWGAND pentru dezalcoolizarea berii:1,2vaporizatoare ;3-condensator de suprafa;4-schimbtor de caldur cu plci; A - alimentare produs; B - evacuare produs; C - condensat; D- abur; E- ap de rcire
Avantajele instaiatiei GEA WIEGAND : tratament termic operare deosebit de , cu pstrarea aromei
45
specifice berii;
nclzire; normale; -
Pentru concentrarea extratelor de mal se folosete instalaia GEA WIEGAND din urmtoarea figur (fig. 2.23
Fig.2.23. Instalaia de concentrare GEA WIEGAND pentru concentrarea extractelor de malt i extractelor diastatice de mal: 1,2 3,4 - concentratoare; 5 - concentrator final; 6 condensator; 7 - injector; 8- tanc de alimentare; A - alimentare produs; B - concentrat; C condensate - abur; E - ap de rcire.
semibarometric de amestec. Laptele normalizat este prenclzit n patru etape; pompa centrifuga de transport asigur in conduct de refulare presiunea corespunztoare impus de temperatura de sterilizare (130 . . . 135 AC). Laptele, meninut la temperatur de sterilizare timp de 30 - 60 s, este rcit prin detent la 100 ... 105 C. Vaporii rezultai prin detent sunt utilizai pentru preincalzirea pasteurizatorului 6, dup termocompresia produs n ejectorul 11. Instalaie de concentrare EDA este destinat concentrrii lapteiui degresat, dar poate fi utilizat i pentru procesarea lapteiui integral i a zerului, Este o instalaie cu triplu efect i termocompresie, cu circulaia fluidelor n echicurent, prevzut cu concentratoare tubulare cu pelicul descendent. nclzirea lapteiui se produce n patru etape (condensator de suprafaa i erpentin din camer de nclzire a fiecrui concentrator). Termocompresia este asigurat de injectorul 7 care funcioneaz continuu la primul efect; injectorul 8 are funcionare intermiten i produce condiii de prenclzire a laptelui la 95 AC
Fig.2.24. Schema instalaiei de concentrare EDA pentru concentrarea lapteiui zerului: 1,2,3 - concentratoare; 4 - erpentin de prenclzire; 5 - condensator de suprafa; 8 - condensator semibarometric: 7 - injector (termocompresie)i 8 - injector funcionare intermiten; 9,10injectoare (instalaia de reaiizare a depresiunii); A - lapte; 8 - concentrat; C - condensat; D alimentare abur; E - apa de rcire.
Instalaia de concentrare ANHYDRO tip Fill este o instalaie cu triplu efect i termocompresie, cu circulate n echicurent. Concentratoarele sunt de tip
47
pelicular, cu pelicul descendent. Este utilizat n industria lapteiui pentru concentrarea: lapteiui integral, lapteiui degresat, zerului, zarei, sau amestecurilor provenite din acestea.Fiecare corp are fixat ntre manta i evi o erpentin cu rol de schimbtor de cldur pentru prenclzire. Condensatorul de amestec este semibarometric i funcioneaz cu circulate n contracurent; n interior are un perete cilindric care dirijeaz vaporii ia baza condensatoruiui. Injectorul 11 determin funcionarea instalaiei cu termocompresie; injectorul 10 asigur regimul termic necesar pasteurizrii produsuiui
Fig.2.25. Instalaia de concentrare ANHYDRO tip Fill: 1 - pomp de alimentare; 2- pomp concentrat; 3 - serpentine pentru nclzire; 4 pasteurizator tubular; 5 - corp de meninere; 6,7,8 - concentratoare cu film descendent; 9 - condensator de amestec; 10,11 - injectoare; 12 pompe condensat; 13 - pompe vid; A - lapte: B - lapte concentrat; C - condensat; u alimentare abur; E -ap de rcire
Caracteristicile instalaiei de concentrare ANHYDRO Fill pentru lapte degresat i lapte integral sunt:: Productivitatea, kg/h Coninutul final de su % Consum de utiliti abur primar la p = 0,5 MPa, kg/h 5000 45 1220 4720 48 1165
48
50 19
46 19
Instalaia de concentrare WIEGAND cu 7 efecte i termocompresie este utilizat pentru lapte integral , lapte degresat, lapte fermentat, zer dulce. Capacitatea de vaporizare poate varia de la 17 la 20 t/h ap. Instalaia produce 4,5 - 5,5 t/h lapte degresat concentrat, lapte integral concentrat cu 50% su, prelucrnd 20 - 25 t/h produs iniial cu temperatur 5 ... 15 AC. Pentru concentrarea zerului la 55% su este montat un concentrator final cu rcitor prin detent (la 30oC). Instalaia de concentrare este prevzut cu un prenclzitor de aer (10 AC -70 AC) pentru aproximativ 50 t/h. Aerul cald este utilizat n operaia de uscare i constituie un procedeu WIEGAND, economic, care utilizeaz drept agent termic condensat i vaporii secundari produi n instalaie.
(treapta nti de nclzire utilizeaz condensatul instalaiei de concentrare); prenclzitoarele instalaiei de purificare - vapori secundari de la efectele
49
2, 3 i 4.;
vaporizare - vapori secundari efectul 2. n instalaie, vaporii rezultai de la aparatele vacuum cu funcionare continu sunt comprimai ntr-un trubocompresor pn la 102 AC. Instalaia utilizeaz abur de 340 AC ( ~ 40 bar); fiecare kilogram din acest abur poate comprima n turbocompresor pn la 1,1 bar, 1,25 kg abur preluat de la aparatele vacuum cu funcionare continu.
Fig. 2.26. Instaiatie de concentrare prin vaporizare cu 5 efecte i termocompresie pentru zeam subire. Circulaia fluidelor (caniitatile sunt exprimate n ka/100 kg sfecl): 1> 5 concenfratoaretip Robert; 6 - injector; ZS - zeam subire; SG - sirop gros; C1->C5 consumatori de vapori secundari; C1.C2 - 1,7 premcalzire nainte de concentrare; C3 : 10,5 aparate vacuum produs 1; 5,5 - aparate vacuum produs 2; 2,5 -aparate vacuum produs 3; 2 55 - nclziri nainte de concentrare; 13 - incaizire zeam defecat; C4 : 6,0 difuzie; 1,45 nclzire ape de pres; 0,7 - nclzire zeam predefeeata; 1,75 - nclzire zeam defecat; 0,8 - incaizire sirop verde; C5 : 4,0 difuzie; 1,8 - nclzire zeam predefeeata; C6 -1,5 condensator.
Instalaia de preconcentrare i concentrare prin vaporizare cu 5 efecte i compresie mecanic. Reduce consumul de agent termic la 27,6 kg/100 kg sfecl (t = 131 AC), ceea ce reprezint o economie de energie termic de 28 - 30%. introducerii n linia tehnoiogica a urmatoareior utilaje: premcalzitor coaxial pentru zeam subire montat n amonte de
50
concentrare;
schimbtor de cldur tiei - zeam de difuzie montat la instalaia de difuzie RT; aparate vacuum pentru cristalizarea prin vaporizare, cu funcionare continu. Instalaia de concentrare cu 5 efecte, turbogenerator i compresie mecanic de vapori. n instalaie se realizeaz compresia mecanic a vaporilor secundari rezultai de la cristalizarea continu a produsului 1, ceea ce determin: reducerea consumului de vapori secundari prelevai de la efectul 3 cu
3,38 kg/100 kg sfecl i de la efectul 1 cu 0,87 kg/100 kg sfecl; creterea cantitii de vapori dirijai la condensator cu 2,55 kg/100 kg
sfecl, pentru meninerea capacitii de vaporizare a instalaiei. Turbogeneratorul asigur 9300 kw astfel: 8150 kw pentru fabric i 1150kw pentru compresorul de abur de la aparatele vacuum prod us 1 Concentratorul tip Robert, utilizat n industria zahrului, poate fi adaptat prin schimbarea camerei de nclzire tubulara cu pachete de plci, fixate pe virol prin sudura, corespunztor diametrului aparatului. Zeam subire n aprat se alimenteaz printr-un distribuitor tubular i formeaz o pelicul descendent pe suprafaa plcilor. Evacuarea vaporilor secundari i ai sulutiei concentrate are loc dup ultimul pachet de plci. Aburul de nclzire circul n curent ncruciat, paralel cu suprafaa plcilor. Condensatul se elimin n ultimul pachet.Timpul de staionare a zemii n aprat se reduce la jumtate fa de variant cu fascicul de evi. Coeficientul total de transfer termic este ridicat i face posibil reducerea debitului de agent termic. Concentratorul de plci are suprafaa de transfer format din pachete de plci de tabl ambutisat din oel special care asigur o circulate a fluidelor pe direcii perpendiculare. Se realizeaz suprafee de
51
nclzire specifice de 240 m2/m3, comparativ cu 90 m2/m3 pentru fascicule tubulare. Camer de nclzire este segmentate prin montarea etajata a pachetelor de plci, ceea ce face c fluxul de zeam s ntre repetat n contact cu pacheele (dup fiecare 330 mm), cnd se produce o noua distribuie.
2.27. Instalaie de concentrare prin vaporizare cu 5 efecte cu turbogenerator compresie de vapori pentru subire: 5 - concentratoare Robert; 6 - ; 7 - rezervor de ; 8 - vacuum produs 1 ; 9-compresor; 10- turbogenerator; C1 - abur prelevat 28,52; C2 - abur cristalizare 3,15; C3 abur barbotare cristalizare; C4 - alimentare compresor 3; C5 - evacuare compresor 3,378; C6 - la condensator 0,3; C7 - la condensator 5,38; C - combustibil 2,409; VP - vapori pentru pulverizarea combustibilului; D - diverse consumuri
Caracteristici tehnice comparative ale concentratorului de tip Robert, cu pelicul descendent si cu plci sunt urmtoarele: Aria suprafeei de transfer termic, m2 Diametrul aparatului, m nlimea de construcie, m
52
2500
1500
1000
4,6
2,2
3,3
12
19
11
Volumul total, m3
12,7
5,3
2,4
Fig.2.28. Concentratoare utilizate n industria zahrului: a - tip Robert; b cu plci (adaptare pentru tip Robert); c - cu plci: 1 - intrare zeam 2 - alimentare abur; 3 - evacuare vapori secundari; 4 evacuare zeam coricentrata; 5- pachete de plci; 6- spaiu abur; 7- spaiu vapori secundari
Capitolul 3.
53
DOMENIU DE UTILIZARE
Domeniul de utilizare
Instalaia de concentrare past de tomate cu triplu efect intr n componena liniilor de fabricat past de tomate, fiind utilizat la concentrarea sucului de tomate pentru transformarea lui n past, realiznd i pasteurizarea pastei.
schimbtor de cldur intermediar; evaporator treapta a lll-a; schimbtor de cldur vertical; condensator semibarometric; vas cu agitator; mai multe electropompe; eafodaj; instalaie electric i instalaie de concentrare past de tomate; panou de comand i for.
Schimbtorul de cldur intermediar este un schimbtor de cldur multitubular montat vertical. Schimbtorul are dou spaii de condensare, pentru aburul secundar provenit din efectul 1 cu dou racorduri de priz, cte unul pentru fiecare spaiu i dou racorduri pentru condensat, este prevzut cu dispozitive de sprijin i racorduri pentru aparate de msur. Se racordeaz la partea superioar cu coloana de refulare a pompei de recirculare, iar la partea inferioar cu evaporatorul treptei a doua. Se utilizeaz la nclzirea sucului de roii concentrat n vederea evaporrii n evaporatorul treptei a treia din concentrator. Evaporatorul treapta a treia, efectul 1 este confecionat din oel inox. Baia de form cilindric, cu fundul i capacul bombat, are intrare tangenial pentru materia prim i vaporii provenii din schimbtorul de cldur, iar racordul de ieire ai vaporilor secundari este axial, fiind amplasat pe capacul evaporatorului. Evaporatorul este dotat cu termometru i vacuummetru, care indic temperatura i vidul de lucru. De asemenea, evaporatorul are un vizor demontabil. Reglarea presiunii aburului n spaiul de nclzire al vaporizatorului vertical, se face prin intermediul unei bucle avnd n componen un robinet de reglare.
55
Reglarea debitului de ap la schimbtor - rcitor, se face cu o bucl de reglare avnd n componen un robinet de reglare pneumatic. Reglarea concentraiei pastei de tomate se face prin intermediul unei bucle de reglare, avnd n componen refractometru electronic, poziioner electropneumatic i un robinet pneumatic pentru treapta a lll-a de concentrare i regulatoare de nivel pentru treapta I i a ll-a de concentrare. Motopompele se utilizeaz pentru:
transportul produsului din treapta a ll-a n treapta a lll-a de evacuarea pastei de tomate din treapta a lll-a de concentrare; alimentarea sterilizatorului - rcitor.
concentrare;
Electropompa se utilizeaz la alimentarea treptei I de concentrare (de la vasul tampon al liniei de preparare suc) respectiv la transportul sucului de roii din treapta I n treapta a ll-a de concentrare. O alt electropompa se utilizeaz la recircularea sucului n treapta a-ll -a de concentrare. n treapta a -lll-a de concentrare se utilizeaz tot o electropompa pentru recircularea pastei de tomate. Electropompele de vid se utilizeaz pentru evacuarea gazelor recondensabile din condensatorul semibarometric i meninerea vidului. Pompa centrifug evacueaz apa de rcire din condensator. Racordarea pompei la circuitul exterior al apei de rcire, se face astfel nct sarcina maxim pentru refularea pompei s nu depeasc o anumit valoare. Electropompa se utilizeaz la scoaterea concentratului din schimbtorul de cldur vertical. Eafodajul este o construcie de profile de oel carbon pe trei nivele de platforme de tabl striat. Accesul pe cele trei nivele este asigurat de trei scri (dou nclinate i una vertical). Pentru evitarea accidentelor prin cdere, platformele sunt prevzute cu balustrade.
56
Conductele i armturile sunt destinate la transportul sucului de roii, aburul vaporilor secundari, apei de rcire i aerului instrumental, funcie de cerinele procesului tehnologic. Instalaia electric i instalaia de concentrare past de tomate (n dublu efect), mpreun cu panoul de comand i for cuprind: instalaia electric de for, instalaia electric de comand i automatizare, precum i butoanele de comand msurat pentru ntreaga instalaie.
Funcionarea Funcionarea instalaiei se bazeaz pe principiul evaporrii sub vid a lichidului de concentrat (suc de tomate) nclzit n schimbtoare de cldur cu circuit forat descendent (schimbtorul de cldur vertical i schimbtorul de cldur intermediar) i a schimbtorului de cldur cu circulaie liber, ascendent - prin termosifonare a schimbtorului de cldur nclinat). Intrarea sucului de tomate n schimbtorul de cldur nclinat (15), se face prin conducte de alimentare prevzute cu un ventil pneumatic, care regleaz debitul de intrare funcie de nivelul produsului n evaporator, treapta I. Sucul circul ascendent prin evile schimbtorului de cldur, datorit fenomenului de termosifonare, fiind nclzit la temperatura de 44 . . . 49C, necesar evaporrii parial a acestuia n evaporatorul treptei I (16), a aburului secundar rezultat prin evaporarea n treapta a ll-a de concentrare la temperatura de 53 . . . 60C. Sucul recirculat n prima treapt de concentrare, se concentreaz pn la un coninut de 7,5 . . . 8 % s.u. Sucul parial concentrat trece n treapta a ll-a de concentrare, prin intermediul ventilului pneumatic (10) i a electropompei (9), funcie de nivelul n evaporatorul treapta a ll-a, unde este recirculat de electropompa (6) n schimbtorul de cldur intermediar, prevzut cu dou
57
zone de nclzire cu abur secundar provenit de la efectul I (treapta a lll-a de concentrare), pn la atingerea temperaturii de vaporizare. Paralel cu atingerea temperaturii de vaporizare, sucul se evapor n evaporizatorul treptei a ll-a de concentrare, la temperatura de 53 . . . 60C, pn la concentraia de 15,5 . . . 16,5% s.u. Sucul astfel concentrat, este preluat continuu de motopompa cu urub i transvazat n treapta a lll-a de concentrare, funcie de nivelul sucului n evaporatorul acesteia (18). n treapta a lll-a de concentrare, sucul este nclzit prin recirculare n schimbtorul de cldur vertical (19) de aburul primar. Recircularea este asigurat de electropompa (5). Sucul, paralel cu atingerea temperaturii de vaporizare (75 . . . 80C) se evapor. Dup atingerea coninutului de substan uscat final, pasta de tomate este evacuat din instalaie, prin intermediul unei bucle de automatizare, n componena creia intr un refractometru electronic (6), de ctre o pomp cu urub n vasul cu agitator (2). De aici o pomp cu urub alimenteaz sterilizatorul - rcitor (1), unde pasta este nclzit la 85 . . . 90C i rcit la temperatura de ambalare. nclzirea sterilizatorului - rcitor se face cu abur. Aburul secundar rezultat din treapta I de concentrare (efectul III), ajunge prin coloana de vid n condensatorul semibarometric (12), unde este condensat n amestec cu apa de rcire pulverizat la temperatura de 25C, iar gazele necondensabile sunt evacuate prin intermediul unei pompe de vid (13). Apa este extras din condensator de ctre o pomp de ap (11). Funcionarea automat a instalaiei este asigurat de buclele de reglare, astfel c, pentru exploatarea instalaiei este nevoie numai de personal de supraveghere.
58
Instalaia se monteaz n ncperi nchise sau sub copertin, cu o nlime minim de la pardoseal la plafon de 12m. Amplasarea instalaiei se face ncepnd cu nivelul I al eafodajului dup care se monteaz n ordine: evaporatorul treapta a ll-a i a lll-a de concentrare, nivelul al ll-lea al eafodajului, schimbtorul de cldur (nclinat, intermediar i vertical, evaporatorul treapta I, nivelul al lll-a al eafodajului, condensatorul semibarometric, sterilizatorul - rcitor, pompele, conductele, armturile. Montarea se efectueaz utiliznd mijloace de ridicat adecvate. Se recomand ca manipularea utilajelor s se fac dup ridicarea acestora n poziie vertical. Se interzice ancorarea cablurilor de ridicare de tuurile, flanele utilajelor. Montarea utilajelor se va face n aa fel nct placa tubular superioar s fie perfect orizontal, utiliznd n acest scop rigla de nivel. Verificarea orizontalitii plcii se va face pe dou direcii perpendiculare. Tubulatura de legtur i poziiile aparatelor de msur i reglare a procesului este valabil numai dac se respect planul de amplasare. Alimentarea cu abur va fi fcut n aa fel nct debitul i presiunea aerului s nu fie afectate de ali consumatori. Eafodajul, condensatorul, sterilizatorul - rcitor i pompele vor fi prinse n uruburi de fundaie.
59
5.
Bilanul de materiale n cadrul fluxului Calculul parametrilor principali Calcul de rezistent a subansamblelor instalaiei
4.3.1. Calculul grosimii virolei 4.3.2. Calculul de compensare a orificiilor 4.3.3. Calculul suporilor 4.3.4. Calculul plcii tubulare
6.
7.
4.4.
Verificarea componentelor
60
debitul de produs finit este: G m p = 1000 kg/h substana uscat a produsului finit: s.u.p = 32% substana uscat a sucului de roii: s.u.suc = 4% Pierderi la concentrare: Pc = 1 % Gmps.u.p = Gms.u.s - Pc
kg/h
G m . s .u s = G m . i . s 1 s.u. s - Pr.c.
-G m . s 1 - debit de suc rezultat la pasare - rafinare care intr n rezervorul colector, [kg/h]; -Pr.c. - pierderi ce apar la depozitarea sucului n rezervorul colector, p r . c = 0,3%
8020.05 4 Gms1
4 0.3 100
kg/h
8026.06
Gm.s1s.u.s = Gm.p.i.Su.p.i PP -Gm.p.1 debit de produs intermediar,[kg/h]; - s.u.p.i substan uscat a produsului intermediar,s.u.p.i=4% 8026.06=Gmpi( Gmpi=8295.66 kg/h =8300 kg/h Debitul de produs intermediar (tomate zdrobite ) este identic cu debitul de tomate supuse prelucrrii pentru c pn la zdrobire nu intervin modificri ale produsului sau pierderi. Gm=Gmpi=8300kg/h Tab. 4.2. Consumul de apa
Nr.crt 1 2 3 4 5 6 Utilaj, instalaie BAZINE DE STOCARE TRANSPORTOR HIDRAULIC BAZIN DE PRESARE ,SPALARE SI MASA DE SORTARE INSTALAIA DE CONCENTRARE AUTOCLAV CONDITIONAREA RECIPIENTELOR PLINE TOTAL m3/h 2 0,83 8 8 0,9 0,2 20,9
Consumul specific de ap pe unitatea de kilogram de produs finit este pentru un kilogram de past 32R= =0.02 m3/kg h = 20.43 l/kg h
Conform standardelor in vigoare, pentru un borcan de 420 ml, greutatea confinutului in past de tomate este de 0,500 kg. Deci, intr-o or se fabric 2000 de borcane.
Nr.crt. 1 2 3 4
La acest consum se adauga aburul consumat pentru incalzirea aparatelor la pornirea fluxului.
=225010-210-4=2.2510-3 m/s Re= Ret= Criteriul Prandti: Pr= =2.25 =0.43 W/m =2000
Cp=461 3t+34.4-0.02t u t=70+273=243 ; u=70; C Cp=461+3 343+34.4 70-0.02 343 70=3420 J/kgC
64
Nu=1.86( ; Nu=1.86 L= K=
3.Determinarea experimental a coeficientului global de treansfer de cldur. Instalaia de concentrere cu dublu efect realizeaz:
24,4 m2 100 m2
Q=700
Apa evaporate: kg/h Temperatura de nclzire este de Temperatura de evaporare Coeficientul de transfer mediu:
QX=4500-700=3800 (103111) C 62 C
65
K=
1180 W/m2C
Coeficientul real transfer este mai mare decat cel calculate cu56.92% Relaia de calcul este deci valabil dac se consider lungimea echivalent a conductei ca fiind 1 10d n acest caz: Nu=1.86(
L=
=1525 W/m2 C
K=
W/m2C=1010 Kcal/m2hC
4.Determinarea coeficientului global de transfer pentru treapta a-II-a de evaporare. Concentraia pastei pentru treapta intermediar este (1112R).S-a propus c in efectul I se evapor 1/3 din cantitatea total de ap. Vscozitatea pastei este: =0.23
= 2.2010-4 m/s
Cp=3900 J/kg C =0.52 W/mC Pompa de recirculare are un debit de : Q=530 m3/h=0.147 m3/s
66
Deci :
m/s m/s
Prt= Nu=1.86( L= =1350 W/m2K K2=1072 W/m2C 5.Determinarea coeficientului global pentru treapta a-II-a QV2=Qv-Qvl=3800-2100=1700 kg/h tmed=62-55=7C Suprafaa de treansfer: St=100 m2 K3= Kcal/h
67
Unde: v1=551.4 Kcal/kg;v2=563.2 Kcal/kg;v3=566.1 Kcal/kg S1=24.4 m2;S2=48.8 m2;S3=100 m2 K1=1010 Kcal/m2hC;K2=920 Kcal/m2 C;K3=1300 Kcal/m2h C
T1=42C; t2=49 C; t3=71C 7.Capacitatea de evaporare a instalaiei Cantitatea de ap evaporat pe efectul I este: Qv1= Capacitatea total:
kg/h
8.Determinarea consumurilor specific i capacitii de prelucrare a instalaiei. Consumul mediu de abur : Consumul specific va fi : Rezult : Suc iniial: (4,5R): Past de tomate(30R): Qs=5900 Kg/h Qp=900 Kg/h
68
4.3.1. Calculul grosimii virolei Virola condensatorului se considera un element cilindric simplu,suspus la presiunea pe partea concav(interioar). Grosimea de proiectare a elementului : Sp= Unde pc-presiunea de calcul,[MPa]; sp- grosimea de proiectare a unui element de recipient ,[cm]; D-diametrul interior al elementului ,[cm]; fa efortul unitar admisibil ,[N/mm2]; z- coeficientul de rezisten al mbinrii sudate; c1-adaos pentru conditii de exploatare,[cm]; cr1- adaos pentru rotunjire ,[cm]; 1.Presiunea de calcul : Unde pm-presiunea maxim admisibil de lucru ,[bar]; ph-presiunea hidrostatic ,[bar]; Presiunea hidrostatic se ia in considerare daca are o valoare : ph>0.05 pm ph= Unde:
69
c1+cr1
[cm]
pc=pm+ph
[bar]
h=0.05 m;
y-greutate specific a fazei lichide ,[daN/dm3]; Greutatea specific a fazei lichide pentru R12 i R22 la 40C 1.254 daN/dm3; Ph1= Ph2= daN/dm3
Presiunea maxima admisibil pentru R12 i R22 : pmR12=13 bar; pmR22=16 bar
ntruct presiunea hidrostatic pentru cei doi ageni R12 i R22 este mai mica decat 0,005 pm nu se va lua in considerare. Ph1=0.05 13=0,65 bar; 0.0063bar <0.65bar ; Ph2=0.05 16=0,8 bar 0.0055 bar <0.8 bar
2.Diametrul interior al elementului (virolei): D=207mm=20.7cm 3.Efortul unitar admisibil care are valoarea cea mai mica ,rezulta din relatiile : fa= fa= [N/mm2] [N/mm2]
Pentru oelul OT 35R gsim urmtoarele valori (cf. STAS 10382-80): cm2=225 N/mm2 cm2=340 N/mm2 n relaiile efortului unitar ,coeficienii de siguran cs1 i cs2 ,au urmtoarele valori: cs1=1.5 i cs2=2.4 Prin urmare : fa= fa= =1500daN/mm2=150 N/mm2 =1416daN/mm2=141.6 N/mm2
4.Coeficientul de rezisten al mbinrii sudate z=1(virola n eav). 5.Adaosul pentru condiiile de exploatare cr1=0.2 cm 6.Adaosul pentru rotunjire (cr1)se allege de la valoarea : cr1=0.20 cm Cu datele calculate la punctele 16 relaia pentru valoarea cea mai mare a presiunii de lucru pc=16 bar pentru R22 ,va deveni: sp= Se alege sp=0.6 cm 4.3.2.Calculul de compresare al orificiilor Calculul compresrii orificiilor aflate pe elemente de recipient supuse la presiune pe partea concav (interioar) se folosete dac se ndeplinte condiia: Dsp<4000 cm2 Elementele de recipient trebuie s fie executate din materiale pentru care sunt cunoscute caracteristicile de rezistenta ,determinate pe baza incercrilor de scurt durat. 2070.6=12.424000 cm2 n consecin ,va trebui efectuat calculul compresrii orificiilor aflate pe recipient . Un orificiu se consider izolat dac distana fat de orificiul cel mai apropiat satisface condiia: a02 => a0=2 =4.07 cm
Diametrul maxim al unui orificiu izolat care nu necesit compresare este dat de relaia: don=2[( unde don- diametrul maxim al orificiului care nu necesita compresare cm
71
s0- grosimea de rezistenta a elementului de recipient in care se afla orificiul ce trebuie compensat. s0=sp-c1-cr1=0.6-0.2-0.2=0.2 cm Din care obtinem : d1=2[( ntruct toate orificiile sunt de diametru mai mic,nu va trebui compensat nici unul. 4.3.3.Calculul suporilor Condiia de rezisten a sudurilor este: fef= Fs = Unde: G-greutatea recipientului cu ncrctur ,max.94 daN n-numrul suporilor, n=4 buc. S-seciunea de rezisten a custurii sudurii S=sb=2 0.5 10=10 cm 2 4.3.4.Calculul plcii tubular 1.Calculul grosimii plcii tubulare h= Unde: pc-fora axial care apare n corpul aparatului i care caut s-l rup de placa tabular - coeficient; z2=0.1486 ,z3=6.94, z4=11.10 coeficienti;
72
cm
daN/cm2,rezistena admisibil la ncovoiere; ps=2305 [daN],fora de strngere a uruburilor; D- diametrul de aezare a uruburilor flanei; D1-diametrul mediu al garniturii [cm]; Fora axial : pc=pc+pc[daN] Unde: pc-fora preluat de corpul aparatului ,[daN] pc-fora ce ia natere datorit diferenei de temperaturi dintre corpul aparatului i evi. pc= Unde: p'-fora axial care apare n fascicolul de evi sub axiunea presiunii mediului care tine s rup evile,s le desprind de plcile tubular,[daN]; Sc=40.22 cm2,suprafaa seciunii virolei; Ec-modul de elasticitate al materialului virolei; Et-modul de elasticitate al materialului tevilor pc= Ec=2.1106[daN/cm2]; Et=2.1106[daN/cm2]; [daN]; =3872[daN]
pc=3162.3+278.55=3440.85 [daN] Unde: tt-diferena dintre temperatura de regim a evilor i temperatura mediului nconjurtor,[C]; t-coeficient de dilatare termic a evilor; tc-diferena dintre temperatura de regim a virolei i temperatura mediului nconjurator, ,[C];
73
4.4.Verificarea componentelor 1.Verificarea virolei la presiunea de ncrcare hidraulic In timpul incrcrii hidraulice ,efortul unitar n elementul considerat nu trebuie s depeasc 9.0% din valoarea limitei de curgere a materialului din care a fost execuatat . R2C Presiunea de calcul la verificarea elementului cilindric : finc= pinc=1.5pc; [N/mm2] pc=1.6 Mpa; pinc=2.4 bar
nlocuind in formula de mai sus valoarea maxim a presiunii de ncrcare hidraulic finc va fi : finc= =63.3 N/mm2
Deci de ndeplinete relaia :fainc0.9R2C finc=N/mm2<0.9225 N/mm2 2.Verificarea custurii transversale de mbinare cu plcile tubulare a.Verificarea la presiunea de calcul Calculul se efectueaz n ipoteya c ntreaga sarcin provenit din presiunea interioara ,exercitat pe peretele frontal ,este preluat de custura transversal ,fcnd abstracie de fascicolul de evi . Fora ce ia natere pe suprafaa frontal este: Fef=pc Unde:
74
[daN]
n=40, numarul total de evi; dc=2.025 cm ,diametrul exterior al evilor fascicolului. Fef= daN
Ca urmare a seciunii eforturilor meridionale sumare ffa i inelare fk care determin cu ajutorul exprexiilor:
75
f m= Fora Fef produce efortul unitar: fef= Unde: Dm=22.5 cm, diametrul mediu al custurii sudurii; h=0.4 cm, nalimea custurii. b.Verificarea la presiune de ncrcare hidraulic.
daN/cm2
daN/mm2
Datorit presiunii de ncrcare ,pe suprafata plcii tubulare apare fora: Finc =pinc Efortul unitar produs de fora Finc este: finc= Se ndeplinete condiia de rezisten: finc=20.14<0.9R2 =0.9225=202.5 N/mm2 n consecin sudura va rezista solicitrii. c.Verificarea solicitrilor din manta n locul mbinrii prin sudur cu plac tubular datorit concentrrii eforturilor. S=Sp-c1=0.6-0.2=0.4 cm Fk= daN/cm2 < 0.65
a
daN
cm2
daN/cm2
=0.651416=920 daN/cm2
76
Solicitarea echivalent ,pentru starea de solicitare se determin cu expresia: Fechiv= Pentru suprafaa interioara: Fechiv= Pentru suprafaa exterioar: Fechiv= Deci soliciatrea echivalent variaz in intervalul : Fechiv=387 daN/cm2<f a=944 daN/cm2 =387 daN/cm2 =753 daN/cm2 < daN/cm2
d.Verificarea elementului recipient n care este decupat un orificiu. Presiunea de calcul la verificarea unui element de recipient cilindric n care este decupat un orificiu se determin cu relaia: pc=
77
[bar]
care: =
Unde: Kr-raportul ntre efortul admisibil al materialului racordului i materialului mantalei ; Ki-raportul intre efortul admisibil al materialului inelului de compensare i materialul mantalei ; Spi-grosimea de proiectare a inelului de compensare ; hec-lungimea prii exterioare a racordului care contribuie la compensare ; hic-lungimea prii interioare a racordului care particip la compensare; hr-lungimea de execuie a prii interioare a racordului d-diametrul interior al racordului Verificarea elementului de recipient se va face pentru orificiul de diametru cel mai mare ( al racordului.
=0.74<1
pc=
bar>16 bar
Deci elemntul de recipient rezist la o presiune de calcul mai mare dect cea considerat.
f=
78
Unde: p=16 bar,presiune maxim asupra plcii tubulare; t=2.85 cm ; =60; e= = 4.28 nlocuind se obine : f=15.7 daN/cm2<fainc=944 daN/cm2,deci condiia este ndeplinit. cm
De a menine capacul n stare strns fa de presiunea din interiorul recipientului; Realizeaz fora de strngere necesar garniturii pentru a asigura o etanare bun.
Fora din uruburi va fi : P=1.4Q=1.4 Unde: Q1= Capacele fiinf prinse cu n=8 uruburi,fora preluat de un singur urub este : Ps = daN daN
79
d0=
=0.73 cm
daN/cm2
Pentru filetul M10se gsete d0=0.837 cm , deci uruburile sunt corect dimensionate.
5.1.
Indicaii de exploatare
80
5.2.
Materia prim Sucul de roii utilizat ca materie prim, trebuie s aib un coninut de substan uscat solubil stabilit. Condiii impuse instalaiei
1.
pentru obinerea i meninerea vidului necesar funcionrii optime a instalaiei. Verificarea etaneitii instalaiei, se va face dup umplerea acesteia cu ap pn la nivelul superior al schimbtorului de cldur intermediar. n timpul umplerii se va evita formarea de perne de aer la prile superioare ale instalaiei. Dac dup nchiderea alimentrii cu ap, presiunea rmne constant, nseamn c instalaia este etan, n caz contrar se iau msuri pentru remedierea defeciunilor, dup care se face o nou prob de etaneitate.
2.
Lipsa depunerilor
Funcionarea optim a instalaiei este condiionat de lipsa depunerilor, fapt pentru care traseele materiei prime i ndeosebi interiorul evilor fierbtoare, trebuie controlate periodic.
3.
descendenei vidului, n limitele prescrise. Meninerea vidului este condiionat de urmtorii factori:
Productivitatea instalaiei este funcie de: extractul efrantometric al sucului de roii la intrarea n instalaie, al pastei de tomate la ieirea din instalaie;
coninutul de celuloz al materiei prime; valoarea vidului realizat n instalaie; temperatura aburului primar la intrarea n instalaie; nivelul depunerilor pe suprafaa de schimb de cldur. Vidarea:
Funcionarea instalaiei
1.
se evacueaz apa din instalaie prin pornirea pompelor; dup golire, se opresc pompele i se nchid toate robinetele care se nchid robineii aflai pe conducta de refulare a pompei, robineii
comunic cu atmosfera;
de intrare a apei de rcire i robinetul aflat pe conducta de refulare a pompei, pe conducta de alimentare cu suc a instalaiei;
pompa de vid;
2.
Pornirea cu ap
Dup atingerea vidului de regim prescris, instalaia poate fi pornit cu ap dup cum urmeaz:
se deschide aerul instrumental; se umple cu ap bazinul tampon din linia de preparare suc de roii;
82
pn la atingerea nivelelor n evaporatoarele treptelor de concentrare; se deschide ventilul de alimentare ap de rcire la condensator;
se pornete pompa de evacuare ap de la condensator; se pornesc pompele de recirculare; se regleaz nivelele optime funcionale cu pompele de recirculare n se deschide ventilul pentru alimentarea cu abur a instalaiei; Dup pornirea cu produs.
funciune;
3.
Pornirea cu produs este precedat de pornirea cu ap dup care se deschide ventilul i se introduce prin intermediul pompei n instalaie suc de roii. Instalaia va recircula sucul pn cnd concentraia va ajunge la valoarea rescris. n acest timp se procedeaz pentru reglarea parametrilor specifici evaporrii produsului. Pasta de tomate va fi evacuat din instalaie de ctre motopompa cu urub, prin intermediul ventilului pneumatic a crei conand pneumatic se va da de ctre refractometrul electronic. Oprirea instalaiei Se oprete alimentarea cu suc a instalaiei. Se deschide ubrul de pe
4.
conducta de abur secundar ce leag evaporatorul treptei a ll-a de condensator i se continu concentrarea pn ce produsul a atins nivelul minim n evaporatorul treptei a ll-a i temperatura crete n schimbtorul de cldur intermediar cu 3C. Se nchide alimentarea cu abur primar a instalaiei. Se transvazeaz pasta din treapta a ll-a, n treapta a lll-a de concentrare.
83
Se introduce apa n instalaie (treapta a lll-a). Se deschide alimentarea cu abur a instalaiei, continundu-se concentrarea pn la atingerea nivelului minim n vaporatorul treptei a lll-a de concentrare. Se nchide alimentarea cu abur a condensatorului, oprindu-se i pompa de evacuare ap din condensator. Pasta de tomate care a atins extractul refractometric dorit se evacueaz prin intermediul motopompei cu urub finale, ca produs finit, iar sucul de roii care nu a atins coninutul de substan uscat, se evacueaz ca suc, n vederea unei reconcentrri. Se recircul apa n ntreaga instalaie. Se opresc pompele. 5. Curirea instalaiei Prin curire se vor nltura rezidurile care s-au depus n decursul funcionrii, mai ales n evile nclzitoare. Se cur toate piesele instalaiei, precum i conductele de recirculare a produsului de la instalaie i la instalaie. Pentru curire se folosesc excesiv soluie bazic de splare, soluie acid de neutralizare i ap de splare limpezire. Structura, rezistena i duritatea rezidurilor, n msura n care iau natere, depinde de urmtorii factori:
timpul de funcionare al instalaiei; calitatea produsului; temperatura de vaporizare; concentraia final realizat; uniformitatea condiiilor de exploatare;
De aceti factori depinde frecvena operaiunilor de curire necesare. De aceea este imposibil s se indice termenul pentru aceasta, chiar i n cazul n care s-ar ntmpla s nu apar depuneri de crust. Este recomandabil o curire la intervale scurte cu substane chimice, deoarece prin aceasta se sterilizeaz mereu utilajul i nu degradeaz calitatea produsului.
84
Se nchide alimentarea cu abur a condensatorului, oprindu-se i pompa de evacuare ap din condensator. Pasta de tomate care a atins extractul refractometric dorit se evacueaz prin intermediul motopompei cu urub finale, ca produs finit, iar sucul de roii care nu a atins coninutul de substan uscat, se evacueaz ca suc, n vederea unei reconcentrri. Se recircul apa n ntreaga instalaie. Se opresc pompele. 5. Curirea instalaiei Prin curire se vor nltura rezidurile care s-au depus n decursul funcionrii, mai ales n evile nclzitoare. Se cur toate piesele instalaiei, precum i conductele de recirculare a produsului de la instalaie i la instalaie. Pentru curire se folosesc excesiv soluie bazic de splare, soluie acid de neutralizare i ap de splare limpezire. Structura, rezistena i duritatea rezidurilor, n msura n care iau natere, depinde de urmtorii factori:
timpul de funcionare al instalaiei; calitatea produsului; temperatura de vaporizare; concentraia final realizat; uniformitatea condiiilor de exploatare;
De aceti factori depinde frecvena operaiunilor de curire necesare. De aceea este imposibil s se indice termenul pentru aceasta, chiar i n cazul n care s-ar ntmpla s nu apar depuneri de crust. Este recomandabil o curire la intervale scurte cu substane chimice, deoarece prin aceasta se sterilizeaz mereu utilajul i nu degradeaz calitatea produsului.
funcie de capacitatea de prelucrare i de gradul de umiditate dorit la deeuri; se recomand ca reglarea s se fac numai n caz de nevoie;
85
verificarea funcionrii microntreruptoarelor; verificarea periodic a legturilor la pmnt; ungerea periodic a pompei de ap i a pompei de tomate. Planificarea
reparaiilor liniei va urma procedura general valabil pentru utilajele din industria conservelor. Specificul lucrului n campanii determin amplificarea reparaiilor numai n timpul remontului. n cadrul reparaiilor curente vor fi verificate principalele piese n micare: lagre, roi de lan, roi dinate, banda cu role, nlocuindu-se piesele care prezint uzuri premature. Se va face vopsirea suprafeelor interioare i exterioare. Se va controla instalaia electric i calitatea legturii la pmnt. n cazul reparaiilor capitale, se vor nlocui piesele mai importante care prezint uzuri (rotorul zdrobitorului de tomate, lagre, lanuri, rulmeni etc). Ungerea corect a subansamblelor cu piese n micare are o importana deosebit, ceea ce impune respectarea indicaiilor din fiele de lucru. La grupul de uscare nu se admite unui lubrefiant cu punctul de picurare inferior.
5.3. Reguli de protecia i securitatea muncii Toate pompele vor avea montate aprtoarele din dotare, pentru a preveni accidentele. Este strict interzis stngerea sau desfacerea etanrilor n timpul acionrii instalaiei. n timpul exploatrii este strict interzis acionarea ventilelor, in afara celor de reglaj. La instalaia de alimentare cu abur un se va face nici o intervenie fr oprirea instalaiei i fr nchiderea ventilului din amonte - cu supraveghere pentru a nu fi deschis ct timp se lucreaz.
86
Echipamentul de protecie a muncii va fi cel prevzut n norme, pentru personalul de deservire din industria alimentar, adic: halat alb, cizme i bonet alb, or de cauciuc i mnui de cauciuc. n vederea realizrii exploatrii i ntreinerii n deplin siguran, se va urmri respectarea urmtoarelor msuri:
deservirea instalaiei se va face de ctre personalul instruit special n conductele de abur vor fi izolate termic i se va evita atingerea n timpul funcionrii, utilajele i conductele vor fi atinse numai cu la ntreinerea instalaiei, n cazul defeciunilor pe conducte, n afara
eafodajului, se vor avea n vedere instruciunile de lucru la nlime, personalul fiind asigurat cu centur de siguran;
nu se vor face intervenii la instalaie n timp de funcionare; la splare se vor evita stropirile cu ap a motoarelor electrice; pompele, tabloul electric i instalaia vor fi legate la pmnt, pentru a
se evita pericolul de accidentare. Pe racordul de intrare al aburului n schimbtorul de cldur intermediar, se va monta o supap de presiune atmosferic, care protejaz vaporizatoarele i aprtoarele, de picturi de suprapresiune. Scrile i pasarelele vor fi meninute n perfect stare - pentru a menine aderena corespunztoare a suprafeelor pe care se circul.
87
BIBLIOGRAFIE
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Amarfi R. Utilaj special pentru industria produselor vegetale, vol. 2 Brennan, J. G. Food Engineering Operations Kubasiewicz, A. Evaporatoare. Construcie i funcionare Lungulesu, G. Utilaj special pentru industria laptelui Mozer, F. Heat Pummps in Industry Smith, R.A. Vaporisere. Selection. Design. Operation tefnescu, D.; Marinescu, M. i Dnescu, A. Transfer de cldur n tehnic * * * Chaine pour la production en coninu de marmelades et confitures de fruits,
MANZINI COMACO
9. 10. 11. 12. 13. 14.
* * * Evaporation Technology for the Starch Industry, GEA WIEGAND * * * Evaporation Technology for the Brewing Industry, GEA WIEGAND * * * Instalation d'evaporation pour /Industrie laitiere, GEA WIEGAND * * * Plants for aroma and fruits juice concentrates, GEA WIEGAND Promlennaia teploenerghetica i teplotehnica, Spravocinik * * * Encyclopedia of Food Science. Food Science, Food Technology and
Nutrition
88