Пищевое оборудование

Кристаллизаторы

По принципу действия аппараты для кристаллизации разделяют на две группы: аппараты с удалением части растворителя и аппараты с охлаждением раствора.

Кристаллизаторы с удалением части растворителя

На рисунке 1 изображен выпарной аппарат-кристаллизатор с подвесной нагревательной камерой и двумя работающими поочередно нутч-фильтрами для отделения кристаллов от маточного раствора.

1 – корпус аппарата; 2 – нагревательная камера; 3 – нутч-фильтры Рисунок 1. Выпарной аппарат-кристаллизатор с подвесной нагревательной камерой и нутч-фильтрами
1 – корпус аппарата; 2 – нагревательная камера; 3 – нутч-фильтры
Рисунок 1. Выпарной аппарат-кристаллизатор с подвесной нагревательной камерой и нутч-фильтрами

Выпарной аппарат-кристаллизатор с выносной нагревательной камерой и сборником кристаллов показан на рисунке 2.

1 – сепаратор; 2 – нагревательная камера; 3 – сборник кристаллов Рисунок 2 - Выпарной аппарат-кристаллизатор с выносной нагревательной камерой
1 – сепаратор; 2 – нагревательная камера; 3 – сборник кристаллов
Рисунок 2 — Выпарной аппарат-кристаллизатор с выносной нагревательной камерой

Наиболее производительны и надежны в эксплуатации выпарные аппараты-кристаллизаторы с принудительной циркуляцией раствора и выносной нагревательной камерой. Содержание кристаллов в циркулирующей суспензии составляет 10 – 20 вес. %. Скорость раствора в трубках нагревательной камеры не должна превышать 3 м/сек. При больших скоростях наблюдается истирание кристаллов. Процесс кристаллизации легко подвергается регулированию. Продукт получается сравнительно крупнокристаллическим и однородным. Такие аппараты применяют для кристаллизации солей, как с положительной, так и с отрицательной растворимостью.

Кристаллизаторы с охлаждением раствора

В пищевой технологии применяются два типа аппаратов, использующие данный принцип. На рисунке 3 изображен кристаллизатор корытного типа, состоящий из корпуса 1, выполненного в виде полуцилиндрического дна с охлаждающей рубашкой 2. Внутри корпуса установлена мешалка из спиральных (винтообразных) лент. Горячий раствор поступает с одного конца аппарата и движется, непрерывно охлаждаясь, вместе с образовавшимися кристаллами к выходу из установки. В течение процесса раствор не имеет значительного продольного перемешивания, а кристаллы поддерживаются во взвешенном состоянии.

1-корытообразный корпус; 2-водяная рубашка; 3- мешалка; 4 - вход исходного раствора; 5 - выход кристаллов; 6 - вход хладоагента; 7- выход хладоагента Рисунок 3 - Кристаллизатор с ленточной мешалкой
1-корытообразный корпус; 2-водяная рубашка; 3- мешалка; 4 — вход исходного раствора; 5 — выход кристаллов; 6 — вход хладоагента; 7- выход хладоагента
Рисунок 3 — Кристаллизатор с ленточной мешалкой

Кристаллизаторы корытного типа обладают высокой производительностью, надежны в работе и просты в обслуживании. Средний размер кристаллов в таких кристаллизаторах не превышает 0,6 мм. В данных аппаратах вместо ленточных мешалок может быть установлена шнековая мешалка.

Барабанный кристаллизатор с воздушным охлаждением

Барабанный кристаллизатор с воздушным охлаждением  представлен на рисунке 4.

1 – труба аппарата; 2 - барабан; 3 - вентилятор; 4 – труба для обогрева Рисунок 4 - Барабанный кристаллизатор с воздушным охлаждением
1 – труба аппарата; 2 — барабан; 3 — вентилятор; 4 – труба для обогрева
Рисунок 4 — Барабанный кристаллизатор с воздушным охлаждением

Основная часть аппарата – наклонная вращающаяся от привода труба 1, в кожухе 2. Раствор поступает с верхнего конца трубы, а кристаллы выгружаются из её нижнего конца. Воздух подаваемый вентилятором 3, движется над раствором противотоком. При вращении трубы раствор смачивает стенки аппарата, что увеличивает поверхность испарения. При воздушном охлаждении тепло от раствора отнимается довольно медленно и кристаллы получаются довольно крупными, чем при водяном охлаждении.

Для предотвращения образования кристаллов на стенках барабана его покрывают снаружи тепловой изоляцией или помещают в обогреваемый кожух (трубы для обогрева 4). Средний расход воздуха составляет 20 м3 на 1 кг кристаллов.

Вальцовый кристаллизатор

Вальцовые кристаллизаторы представляют собой горизонтальный вращающейся охлаждаемый изнутри металлический барабан 1 (рисунок 5). он частично погружен в корыто 2 с кристаллизуемым раствором. Во избежание прежде временной кристаллизации корыто обогревается. Через полые валы 3, которые вращаются вместе с барабаном, внутрь которого поступает и удаляется с противоположного конца охлаждающая вода. Валы соединены с неподвижными трубопроводами. За один оборот барабана на его поверхности образуется плотный тонкий слой кристаллов, которые снимаются с барабана ножом 4.

1 – барабан; 2 – корыто; 3 – полые валы; 4 – нож для съёма кристаллов Рисунок 5 - Вальцовый кристаллизатор
1 – барабан; 2 – корыто; 3 – полые валы; 4 – нож для съёма кристаллов
Рисунок 5 — Вальцовый кристаллизатор

Вальцовые кристаллизаторы применяют для кристаллизации из растворов или расплавов, содержащих небольшие количества маточного раствора.

Аппараты с отгонкой части растворителя представляют собой модернизированные конструкции выпарных аппаратов, рассмотренных во втором разделе. Совершенствование этих аппаратов заключается в модернизации поверхности нагрева греющей камеры и непосредственно корпуса аппарата.

Кристаллизатор с псевдоожиженным слоем

В последнее время получили распространение кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем. В этих аппаратах процесс кристаллизации осуществляется непрерывно и может проводится как с удалением части растворителя, так и с охлаждением раствора. На рисунке 6. представлены кристаллизаторы данного типа.

Изогидрический кристаллизатор

В изогидрическом кристаллизаторе (рисунок 6,а) горячий раствор непрерывно поступает в цилиндрическую трубу 2 и смешивается с маточным раствором. После охлаждения в холодильнике 3 раствор подается в нижнюю часть корпуса 1. Восходящий поток псевдоожижает слой кристаллов, растущих за счет пересыщения раствора. Маточный раствор удаляется в верхней части корпуса, снова смешивается с исходным раствором, и цикл повторяется. Готовый продукт отводится в нижней части аппарата.

Изотермические кристаллизаторы

Изотермические кристаллизаторы (рисунок 6,б) работают подобным образом. В данном случае вместо холодильника в циркуляционный контур включают испаритель 4, обогреваемый паром. При прохождении через испаритель раствор перегревается и при входе в корпус аппарата происходит самоиспарение.

1 - корпус; 2 - циркуляционная труба; 3 - холодильник; 4 - кипятильник; 5 - вход исходного раствора; 6 - выход кристаллов; 7 - вход теплоносителя; 8 - выход теплоносителя; 9 - выход вторичного пара; 10 - насос а - изогидрический; б - изотермический Рисунок 6 - Кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем
1 — корпус; 2 — циркуляционная труба; 3 — холодильник; 4 — кипятильник; 5 — вход исходного раствора; 6 — выход кристаллов; 7 — вход теплоносителя; 8 — выход теплоносителя; 9 — выход вторичного пара; 10 — насос
а — изогидрический; б — изотермический
Рисунок 6 — Кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем

Кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем обладают высокой удельной производительностью и позволяют получать кристаллы более 3 мм. Конструкция аппаратов позволяет регулировать размеры получаемых кристаллов.