Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с технологическими схемами процесса кристаллизации

1. Ознакомиться с технологическими схемами процесса кристаллизации.

2. Изучить устройство и работу кристаллизаторов различных конструкций.

3. Составить отчет

Кристаллизаторы по принципу действия делятся на аппараты периодического и непрерывного действия с отгонкой части растворителя и с охлаждением раствора.

Вакуум-аппарат с естественной циркуляцией периодического действия с подвесной греющей камерой показан на рис. 139. Греющая камера состоит из двух конических трубчатых решеток, в которых развальцованы греющие трубы. По ее оси расположена циркуляционная труба.

Рис. 139. Вакуум-аппарат с подвесной греющей камерой: 1 – корпус; 2 – греющая камера; 3 – устройство для ввода пара; 4 – циркуляционная труба; 5 – днище; 6 – греющая труба; 7 – сепаратор инерционного типа

В вакуум-аппаратах применяется специальное устройство для подвода пара в греющую камеру, которое воспринимает температурные деформации, возникающие при расширении ее и корпуса аппарата, и обеспечивает герметичность. Это устройство состоит из конического патрубка, жестко соединенного с греющей камерой; к корпусу аппарата оно прикреплено мембраной, воспринимающей температурные деформации.

Для улучшения циркуляции утфеля применяется способ вдувания пара в нижнюю часть греющей камеры. Для этого под основной греющей камеры встраивают дополнительную с отверстиями для выхода пара. Пар, выходящий из трубок, поступает в греющие трубы основной камеры с большой скоростью, дробится на мелкие пузырьки и смешивается с утфелем, интенсифицируя циркуляцию.

Греющие камеры вакуум-аппаратов, применяемых в сахарном производстве, могут иметь различную конструкцию.

Распространение получили вакуум-аппараты с подвесными греющими камерами, верхние и нижние решетки которых выполняются коническими, сферическими, двухскатными и др. Пар поступает в межтрубчатое пространство греющих камер, а увариваемый продукт перемещается внутри труб.

Диаметр греющей камеры в большинстве конструкций вакуум-аппаратов меньше диаметра корпуса аппарата. Между ее стенками и корпусом образуется кольцевое пространство, по которому циркулирует утфель.

На рис. 140 показаны конструкции наиболее распространенных в сахарной промышленности греющих камер вакуум-аппаратов.

Сепарирующие, устройства в вакуум-аппаратах предназначены для отделения капель продукта от вторичного пара. В вакуум-аппаратах продукт имеет большую вязкость, поэтому используются сепараторы инерционного типа, которые устанавливаются над утфельным пространством в верхней части корпуса. К нижней части аппарата приваривается днище со спускным устройством для утфеля с гидравлическим и механическим управлением.

Кристаллизаторы непрерывного действия состоят из концентратора, кристаллогенератора и камеры роста кристаллов. Конструкция аппарата должна обеспечивать интенсивную циркуляцию, препятствующую осаждению кристаллов, улучшающую теплопередачу и способствующую получению равномерных по величине кристаллов.

Рис. 140. Схемы греющих камер вакуум-аппаратов: а – с коническими трубными решетками (1 – верхняя трубная решетка; 2 – греющая труба; 3 – нижняя трубная решетка; 4 – циркуляционная труба); б – конической двухскатной формы (1 – трубная решетка; 2 – труба для ввода продукта; 3 – наружная часть греющей камеры; 4 – внутренняя часть греющей камеры; 5 – труба для отвода конденсата; 6- карман для конденсата; 7 – штуцер для подвода пара; 8 – окно); в – без трубных решеток (1 – надставка; 2 – средняя часть греющей камеры; 3 – устройство для спуска утфеля; 4 – труба для отвода конденсата; 5 – карман; 6 – штуцер для подвода пара)

На рис. 141 представлен вакуумный кристаллизатор непрерывного действия, применяемый в сахарном производстве. Концентратор и кристаллогенератор выполнены в виде кольцевых сегментов с трубчатой поверхностью нагрева. Концентратор герметически отделен от других узлов аппарата, что позволяет создавать в нем избыточное давление, не зависящее от давления в других частях аппарата. Кристаллогенератор верхней открытой частью соединен с надутфельным пространством камеры роста кристаллов, которая выполнена в виде цилиндра, снабженного типовой поверхностью нагрева. При помощи цилиндрической и радиальных перегородок она разделена на четыре секции.

Рис. 141. Кристаллизатор непрерывного действия: 1 – концентратор; 2 – труба; 3 – штурвал для регулирования положения трубы; 4 – кристаллогенератор; 5 – сливная труба; 6 – барботер; 7 – выгрузное устройство; 8 – камера роста кристаллов

При установившемся режиме патока поступает в концентратор и в камеру роста кристаллов. В концентраторе при повышении давления она сгущается при температуре, превышающей температуру кристаллообразования на 10 – 15 °С, поступает в кристаллогенератор, где затем вскипает. При этом удаляется часть растворителя и снижается температура, что приводит к резкому росту коэффициента пересыщения. При циркуляции патоки происходит интенсивное образование кристаллов. Их содержание регулируется величиной перегрева патоки в концентраторе и количеством подаваемого в кристаллогенератор пара.

Утфель, полученный в кристаллогенераторе, непрерывно поступает в первую секцию камеры роста кристаллов, куда постоянно подается патока. Затем он перетекает в четвертую секцию, уваривается и через выгрузное устройство удаляется из аппарата. Управление работой аппарата осуществляется автоматически.

Простейшими кристаллизаторами периодического действия являются вертикальные цилиндрические аппараты со змеевиками и механическими мешалками. Процесс кристаллизации в них ведется с охлаждением раствора.

В пищевой технологии применяются в основном два типа кристаллизаторов: корытные и вращающиеся барабанные.

На рис. 142 показан кристаллизатор корытного типа с ленточной мешалкой. Вместо последней может использоваться шнековая мешалка, которая выполнена в виде бесконечного винта. Средний размер кристаллов в таких аппаратах не превышает 0,6 мм.

Кристаллизаторы корытного типа довольно широко распространены в промышленности. Они просты в обслуживании и надежны в работе.

Барабанные кристаллизаторы бывают с водяным и воздушным охлаждением. При воздушном кристаллы получаются более крупными за счет низкого коэффициента теплоотдачи от раствора к воздуху, но при этом их производительность значительно меньше, чем при водяном охлаждении.

Рис. 142. Кристаллизатор с ленточной мешалкой: 1 – корытообразный корпус; 2 - водяная рубашка; 3 – мешалка

Барабанный кристаллизатор представляет собой вращающийся цилиндрический барабан, наклоненный по ходу раствора к горизонту (рис. 143). Раствор поступает в верхнюю часть барабана, а кристаллы выгружаются из нижней. При вращении раствор смачивает стенки, увеличивая площадь поверхности испарения воды. Барабан заключен в кожух, в который подается охлаждающая вода (воздух). Теплоноситель движется в кожухе противотоком к раствору. Расход охлаждающей воды составляет примерно 5 м³ на 1 м раствора. Для предотвращения образования кристаллов на стенках в некоторых конструкциях предусмотрен обогрев нижней части барабана. Для этого в кожухе прокладывают обогревательные трубы.

Рис. 143. Барабанный кристаллизатор: 1 – кожух; 2 – барабан; 3 – приемник суспензии; 4 – ролик; 5 – змеевик; 6 – воронка

Кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем (рис. 144) позволяют интенсифицировать процесс. В них кристаллизация может проводиться как с удалением части растворителя путем испарения, так и при охлаждении раствора. Исходный раствор смешивается в циркуляционной трубе с циркулирующим маточным раствором, смесь нагревается в теплообменнике и поступает через трубу вскипания в аппарат, где происходит интенсивное парообразование. Пересыщенный раствор опускается в нижнюю часть кристаллизатора. Здесь за счет циркуляции раствора создается псевдоожиженный слой. Образовавшиеся крупные кристаллы (до 2 мм) оседают на дно и выводятся из аппарата, а мелкие продолжают расти либо удаляются через сборник 3.

Рис. 144. Кристаллизатор с псевдоожиженным слоем: 1 – корпус; 2 – труба вскипания; 3 - сборник; 4 – теплообменник; 5 – насос; б – циркуляционная труба; 7 – центральная труба

Интенсивное перемешивание суспензии в псевдоожиженном слое увеличивает скорость диффузии вещества в растворе и усокряет процесс роста кристаллов Приэтом уменьшается степень пресыщения раствора и скорость роста кристаллов оказывается большей, чем скорость образования центров кристаллизации. При кристаллизации в псевдоожиженном слое получают кристаллы более узкого фракционного состава, чем при других методах.

Многокорпусная вакуум-кристаллизационная установка (рис. 145) состоит из 3 – 4 вакуум-аппаратов с мешалками. Раствор из нижерасположенного корпуса за счет разрежения засасывается в вышерасположенный. Каждый корпус оснащен поверхностным конденсатором и пароструйным насосом. Вакуум в последнем корпусе создается с помощью барометрического конденсатора. Поверхностные конденсаторы охлаждаются исходным раствором. Суспензия выгружается из последнего корпуса. Такие установки просты, экономичны и используются в крупнотоннажных производствах.

Рис. 145. Многокорпусная вакуум-кристаллизационная установка: 1 – вакуум-кристаллизаторы; 2 – поверхностные конденсаторы; 3 – пароструйный насос; 4 – барометрический конденсатор

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие кристаллизаторы применяются для кристаллизации с отгонкой части растворителя? Чем они отличаются от выпарных аппаратов?

2.Какие кристаллизаторы применяются для кристаллизации с охлаждением раствора?

3.Какие преимущества имеет метод кристаллизации в псевдоожиженном слое?