Пищевое оборудование

Ректификационные аппараты

В настоящее время в пищевой промышленности используется четыре основные группы ректификационных аппаратов. Это: аппараты с тарелками, насадочные колонны, пленочные колонны и ротационные аппараты.

Аппараты с тарелками

Данные аппараты являются наиболее распространенными на пищевых предприятиях. Аппарат представляет собой цилиндрическую вертикальную колонну внутри которой устанавливаются тарелки различных типов.

Ситчатая тарелка

Одной из самых простых является ситчатая тарелка (рисунок 1). Достоинством данных тарелок является то, что они могут применяться для разделения жидкостей, содержащих взвешенные твердые частицы. Размеры отверстий в ситах могут колебаться от 2-3 до 7-8 мм. К недостаткам ситчатых тарелок можно отнести явление неравномерного прохождения пара через отверстия в различных точках тарелки, а также то, что жидкость на тарелке удерживается только за счет давления паров. Т.е. при падении давления в колонне жидкость стекает через отверстия вниз аппарата.

1 – обечайка колонны; 2 – сетка; 3 – сливной стакан Рисунок 1 - Ситчатая тарелка
1 – обечайка колонны; 2 – сетка; 3 – сливной стакан
Рисунок 1 — Ситчатая тарелка

Колпачковая тарелка

Другим  распространенным  типом  тарелок  являются  колпачковые. Колпачковые тарелки имеют различную конструкцию одна из которых представлена на рисунке 2. В тарелках данного типа имеет место более тесный контакт между паром и жидкостью, что приводит к повышению эффективности работы аппарата. Кроме этого эти тарелки создают условия для более равномерного распределения флегмы. Однако и здесь имеет место неравномерный режим работы в связи с неодинаковым уровнем жидкости по сечению тарелки.

1-обечайка колонны; 2- колпачки; 3-сливной стакан Рисунок 2 - Колпачковая тарелка
1-обечайка колонны; 2- колпачки; 3-сливной стакан
Рисунок 2 — Колпачковая тарелка

Чашуйчатая тарелка

Одним из наиболее эффективных по производительности и простым по конструкции являются чашуйчатые тарелки (рисунок 3). В этих тарелках осуществляется направленное движение жидкости и пара. Пар поступает через отверстия, имеющие форму чашуек, и направляется в сторону встречного движения жидкости, что способствует уменьшению падения уровня жидкой фазы непосредственно на самой тарелке.

1-обечайка колонны; 2-чешуйка пластинчатого типа; 3-сливной стакан. Рисунок 3 - Чешуйчатая тарелка
1-обечайка колонны; 2-чешуйка пластинчатого типа; 3-сливной стакан.
Рисунок 3 — Чешуйчатая тарелка

Для аппаратов с чашуйчатыми тарелками одним из основных конструктивных элементов является расстояние между тарелками. Расстояние между тарелками должно обеспечить оптимальную скорость пара, поскольку она влияет на эффективность работы аппарата. Малая скорость пара не обеспечивает тесный контакт между паром и жидкостью. А высокая скорость пара приводит к брызгоуносу и уменьшению к.п.д. тарелок.

Насадочная колонна

Насадочные колонны также как и аппараты тарелочного типа получили широкое распространение в пищевой промышленности. В этих аппаратах контакт между паром и жидкостью осуществляется с помощью насадок. Принципиальная схема насадочной колонны и основные виды насадок представлены на рисунке 4. Слой насадок образуется из тел, имеющих большую поверхность. Материалами для изготовления насадок служат: керамика, сталь, фарфор, дерево.

1-подогреватель; 2-слой насадок; 3-дефлегматор; 4-холодильник; насадки: 5-цилиндрические; 6-шарообразные; 7-решетчатые; 8-фигурные Рисунок 4 - Принципиальная схема насадочной колонны и основные типы насадок
1-подогреватель; 2-слой насадок; 3-дефлегматор; 4-холодильник; насадки: 5-цилиндрические; 6-шарообразные; 7-решетчатые; 8-фигурные
Рисунок 4 — Принципиальная схема насадочной колонны и основные типы насадок

Пар, поднимаясь вверх, проходит через слой насадок, размещенных на поддерживающей решетке. Флегма подается в верхнюю часть колонны и распределяется через форсунки различной конструкции. При движении жидкости вниз происходит контакт с поднимающимися вверх парами. Для эффективной работы аппарата необходимо обеспечить условие равномерного распределения жидкости по всему сечению колонны.

Существует два основных режима работы насадочных колонн — пленочный и эмульгированный.

Первый режим наблюдается при малой плотности орошения и небольших скоростях пара. При этом жидкость  стекает в виде капель и пленки. Контакт между паром и жидкостью осуществляется непосредственно на поверхности самой насадки, которая смачивается жидкостью. Пар движется сплошным потоком в свободном объеме насадки.

Эмульгированный режим устанавливается как при увеличении плотности орошения, так и при увеличении скорости пара. При этом пары препятствуют свободному стоку жидкости и вызывают задержку флегмы в насадке. Данный режим характеризуется интенсивным перемешиванием фаз.

Эмульгированный режим является более эффективным по сравнению с пленочным. Однако, при высокой скорости пара может наблюдаться нежелательное явление так называемое «захлебывание» колонны, т.е. когда пары увлекают жидкость вверх.

Пленочная колонна

Пленочные колонны обычно имеют меньшую высоту, чем аппараты тарелочного и насадочного типа при практически одинаковом укрепляющем эффекте. В аппаратах пленочного типа контакт между паром и жидкостью осуществляется на внутренней поверхности трубок. Принципиальная схема пленочного аппарата периодического действия изображена на рисунке 5.

1 – корпус; 2 – подогреватель; 3 – трубы; 4 – дефлегматор Рисунок 5 - Пленочная колонна
1 – корпус; 2 – подогреватель; 3 – трубы; 4 – дефлегматор
Рисунок 5 — Пленочная колонна

Пары, поднимаясь вверх, частично конденсируются в дефлегматоре 4. Образовавшаяся в результате этого процесса флегма стекает вниз по внутренней поверхности труб 3, обмениваясь низкокипящим компонентом с поднимающимися вверх парами. В пленочных аппаратах используют трубы с внутренним диаметром от 5 до 25 мм. Эффективность работы аппаратов данного типа зависит в основном от     диаметра используемых труб.

Степень разделения смеси возрастает с уменьшением диаметра труб, что обусловлено более тесным контактом при взаимодействии паров и флегмы.

Ротационный аппарат

В последнее время все большее применение в промышленности получают ротационные аппараты. Эффективность этих аппаратов весьма высока. Принципиальная схема вертикального ротационного аппарата изображена на рисунке 6. Данный аппарат включает в себя вал с насаженными на нем тарелками и корпус с неподвижными тарелками. При вращении вала 2, поступающая сверху флегма отбрасывается вращающимися тарелками 7  на корпус 1, и по неподвижным тарелкам 8 последовательно стекает вниз.

1 – корпус; 2 – вал; 3 – вход паров исходной смеси; 4 – вход флегмы; 5 – выход паров НК; 6 – выход кубового остатка; 7 – вращающиеся тарелки; 8 – неподвижные тарелки. Рисунок 6 - Ротационная колонна
1 – корпус; 2 – вал; 3 – вход паров исходной смеси; 4 – вход флегмы; 5 – выход паров НК; 6 – выход кубового остатка; 7 – вращающиеся тарелки; 8 – неподвижные тарелки.
Рисунок 6 — Ротационная колонна

Работа ротационного аппарата характеризуется хорошим контактом между взаимодействующими фазами, высокой удельной поверхностью контакта фаз и высокой степенью разделения.

Кроме вертикальных ректификационных колонн разработаны горизонтально расположенные аппараты. Однако обладая довольно сложной конструкцией широкого распространения эти аппараты не получили.