连续式真空锅及其内部隔离装置 |
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| 申请号 | CN200980145513.9 | 申请日 | 2009-09-03 | 公开(公告)号 | CN102215928A | 公开(公告)日 | 2011-10-12 |
| 申请人 | 唐加特胡雷特有限公司; | 发明人 | 大卫·约翰·洛夫; 利昂·史密斯; 保罗·马丁·肖诺; 斯蒂芬·大卫·皮科克; 沃伦·大卫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于糖加工业的连续式 真空 锅(有时也称作 蒸发 结晶器)，还涉及一种在连续式真空锅内使用的 热交换器 。本发明还涉及在糖加工业的其它应用中使用的热交换器。热交换器包括：用于输送糖膏的糖膏流路以及用于接收 传热 介质 以允许热传递到糖膏流路的传热介质流路。热交换器的特征在于，热交换器的周边被隔离区包围，由此阻止热从传热介质流路传递到周围环境。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种真空锅，包括： |
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| 说明书全文 | 连续式真空锅及其内部隔离装置技术领域[0001] 本发明涉及一种用于糖加工业的连续式真空锅(有时也称作蒸发结晶器)，并涉及一种在连续式真空锅内使用的隔离装置。本发明更具体地但非排他性地涉及一种位于连续式真空锅的加热室(calandria)与下降管(down-take)之间的隔离装置。 背景技术[0003] 在制糖过程的一个特定阶段中，在称为锅的特殊设计的容器中将由蒸发器生产出的糖浆(syrup)进一步浓缩。随着浓度增大，溶解的糖形成结晶；真空锅的任务是通过多个步骤使糖晶体生长(糖晶体来自糖浆中的蔗糖)，从而使粗糖(raw sugar)中回收的蔗糖量最大化，应认识到，这是制糖过程中至关重要的步骤。因此，近来对真空锅的设计，特别是连续式真空锅的设计给予了巨大的关注。 [0004] 真空锅基本上是在真空下工作的容器，在真空锅中，将糖浆煮沸以增大糖的浓度，由此形成糖晶体，造成糖晶体悬浮在其所生长的母液即所谓糖膏(massecuite)中。加热室通常用作再沸器，用以加热糖膏并且还引起容器内的糖膏循环。蒸汽经由蒸汽入口供给到加热器，并在加热室的管道之间输送；蒸汽冷凝在管壁上，由此使得热从加热室有效地传递到糖膏。在申请人自己的在先美国专利US6,991,708中披露了一种特定的连续式真空锅设计，该在先专利的内容在此并入供参考。 [0005] 真空锅设计的一个至关重要的方面是确保糖膏在真空锅内良好地循环。期望的循环路径开始于糖膏向上流经加热室的管道(在管道外侧加热)，并随后离开管道；期望的循环在从管道基部重新流入管道之前朝向下降管在管道的上方流过，其中糖膏向下流经下降管。尽管可使用安装在下降管中的机械搅拌器来促进循环(搅拌式真空锅)，但优选为确保沸腾过程本身产生良好的循环(天然循环真空锅)。 [0007] 在存在良好的驱动力和较小的流动阻力时产生良好的循环。实现良好循环的一个主要的决定因素是选择管径以提高驱动力并使摩擦阻力最小化。通常选择大约100mm的管径，因为在这点上其为最佳折衷值。其它的主要因素是下降管的相对尺寸和相对位置。真空锅的“循环比”是通常用于表征真空锅设计的循环方面的参数。“循环比”是所有管道的总截面积与下降管的截面积的比值，并认为2.5的比值适于具有居中设置的圆柱形下降管的圆形间歇式真空锅。循环比较高意味着下降管相对小，并已知导致循环较差。 [0008] 尽管在选择单个圆柱形下降管的适合尺寸时循环比是有效的，但已证明，循环比不能以相同的方式应用于其它的下降管设计。具体的实例是“悬浮式加热室”，其中下降管的形状为邻近锅壁的环形。多种如此设计的性能低劣的锅已被陆续改型为具有传统的加热室，这些加热室具有居中设置的圆柱形下降管。请认识到，与截面积相同的圆柱形下降管相比，环形下降管将具有比例更大的壁面积并由此具有更大的阻力，这可在一定程度上解释为何悬浮式加热室真空锅的性能低劣。可利用“液力直径(hydraulic diameter)”的概念，其定义为4×湿周长(wetted perimeter)除以截面积，在一定程度上将非圆形下降管的额外阻力纳入考虑范围。申请人提出的连续式真空锅的设计，如美国专利US6,991,708所述，具有与真空锅的外壁邻接的非圆形下降管，并由此在一定程度上类似于悬浮式加热室。通过利用比适用于传统的间歇式锅(其具有居中设置的圆柱形下降管)的循环比更小的循环比，这种真空锅实现了良好的循环。 [0009] 在真空锅的设计中，尚未考虑到的因素是额外阻力，这种额外阻力是由于在下降管的与加热室共用的壁上发生沸腾引起的，即是由于在管壁的相对侧上具有来自糖膏的加热蒸汽引起的。这甚至可造成最接近管壁的一部分糖膏在下降管中向上流动。这最有可能发生在具有非圆柱形下降管的真空锅中，例如发生在下降管邻接外壁情况下的悬浮式加热室或连续式真空锅中。 [0010] 认为：如果可通过限制或阻止热从加热室内的蒸汽传递到下降管中的糖膏，来防止在下降管内发生沸腾，则真空锅内的循环将得到改善。 [0011] 因此，本发明的目的是提供一种连续式真空锅，该真空锅至少部分地克服了上述缺点。 [0012] 本发明的另一目的是提供一种连续式真空锅，该真空锅是现有真空锅的有利的替代产品。 [0013] 本发明的又一目的是提供一种利用加热室隔离装置的连续式真空锅，该加热室隔离装置减小了加热室与下降管中的糖膏之间的传热。 发明内容[0014] 根据本发明提供一种真空锅，其包括： [0015] 容器，用于容纳糖膏； [0017] 热交换器包括用于输送糖膏的第一糖膏流路以及用于接收传热介质的传热介质流路； [0018] 真空锅的特征在于，容器中限定有第二糖膏流路，第二糖膏流路至少部分邻接热交换器的侧部；而且其中，在热交换器的传热介质流路与第二流路之间设置有隔离区，以减小热交换器与第二流路之间的传热。 [0019] 在优选实施例中，真空锅可为连续式真空锅。 [0020] 热交换器设置为加热室的形式，并且传热介质流路设置为加热室的蒸汽空间。 [0021] 传热介质可为蒸发的水蒸汽。 [0022] 第一糖膏流路设置为向上运行的流路，第二糖膏流路设置为向下运行的流路，以将第一糖膏流路和第二糖膏流路串联，从而在容器内形成连续式循环流路。 [0023] 第二糖膏流路可为连续式真空锅的下降管。 [0024] 隔离区优选采用双壁的形式，双壁之间限定有内腔，并且隔离区将热交换器与第二流路分隔开，且更优选将热交换器的传热介质流路与第二流路分隔开。 [0027] 内腔内的压力可介于5与15kPa(a)之间，优选为大约10kPa(a)。 [0028] 在一个实施例中，加热室可为悬浮式加热室，隔离区可设置在加热室的外周边上。在替换性的实施例中，加热室可为固定式加热室，隔离区可设置在加热室的内侧环形周边上。 [0029] 内腔还设置为与连续式真空锅的蒸汽空间流体连通。 [0030] 内腔还设置为与加热室内的蒸汽空间流体连通，其中，可通过在加热室的外壁中设置孔且如此在隔离区的内壁中设置孔来实现流体连通。 [0031] 连续式真空锅可为搅拌式真空锅或非搅拌式真空锅。 [0032] 根据本发明的另一方面，提供一种热交换器，其包括用于输送糖膏的糖膏流路以及用于接收传热介质以允许热传递到糖膏流路的传热介质流路，该热交换器的特征在于，热交换器的周边被隔离区包围，由此阻止热从传热介质流路传递到周围环境。 [0034] 将通过非限制性实例并参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中： [0035] 图1是根据本发明的一个实施例的真空锅的侧面剖面图；而 [0036] 图2是根据本发明的隔离区的放大图，图2还示出了加热室的蒸汽空间、隔离区以及下降管之间的界面。 具体实施方式[0037] 参照附图，其中相同的附图标记表示相同的特征，根据本发明的连续式真空锅的非限制性实例由附图标记10概括地表示。 [0038] 真空锅10包括容器12，在此具体的实例中，容器12分为第一腔室14和第二腔室16；第一腔室14为运行中的下腔室，第二腔室16为直接设置在第一腔室14上方的运行中的上腔室。第一热交换器或称第一加热室20设置在第一腔室14中，第二热交换器或称第二加热室22设置在第二腔室16中。应认识到，本发明可应用于多种不同的真空锅结构，本文描述的双腔室真空锅设计仅是一个实例。同样地，该实例披露了悬浮式加热室的使用，但本发明也可应用于固定式加热室。此外，真空锅可为连续式真空锅或者间歇式真空锅(batch vacuum pan)，而且可为搅拌式的或者非搅拌式的真空锅。 [0039] 糖膏50容纳于第一腔室14和第二腔室16中，并且传热介质被供给到加热室；传热介质例如为蒸汽35，其使得热传递到加热室的管道32，如将在下面更详细描述的。 [0040] 现参照图2，热交换器或加热室20或22包括壳管式热交换设备，壳管式热交换设备由多个管道32组成，这些管道32延伸穿过加热室中的传热介质流路或称蒸汽空间34。在使用中，管道32输送糖膏；而加热室的蒸汽空间34包含有传热介质，传热介质例如为经由传热介质供应源35供给的蒸汽。因此，热从蒸汽空间34传递到管道32，更具体地，热传递到在管道32内输送的糖膏。当管道32中的糖膏被加热时，引起沸腾，并由此引起管道32中的糖膏的平均密度因出现汽泡而减小。由此造成糖膏向上运动，并且糖膏经由管道32的上端排出加热室。糖膏流经加热室的运动由箭头A表示。 [0041] 一旦糖膏排出加热室，糖膏经由第二糖膏流路36(称为下降管)朝向真空锅的底部流动，如箭头B所示。实现在不需要机械介入的情况下引起糖膏的循环流动的净效益。 [0042] 加热室20或22的周缘区域包括隔离区40，在该具体的实例中，隔离区40采用位于加热室周边附近的双壁或护套部的形式。应认识到，如果加热室为悬浮式加热室，则周缘区域将为加热室的外周边，如果加热室为固定式加热室，则周缘区域将为加热室的内侧环形周边。隔离区或称护套部40的目的是使第二糖膏流路或下降管36与加热室的蒸汽空间34热隔绝，以便阻止热从加热室的蒸汽空间34中的传热介质传递到下降管36中的糖膏。 如果这种传热未被阻止或者未被至少部分减小，则与加热室的外壁接触的糖膏可能开始沸腾，这将非常不利地影响糖膏在下降管中的向下运动。 [0043] 隔离区或护套部40包括内腔42；内腔42是大体封闭的空间，位于加热室的外壁44与隔离区的壁46之间。加热室的外壁44主要与加热室的蒸汽空间34内的传热介质接触，而护套部的壁46将与下降管36中的糖膏接触。因此，下降管36中的糖膏与蒸汽空间 34中的传热介质被内腔42分隔开。尽管预见到内腔可填充有隔离物质，但在本发明的优选实施例中，内腔是在真空下工作，如下面更详细地描述的。 [0044] 内腔42与腔室14或16(加热室设于这些腔室中)的蒸汽空间17或15流体连通。蒸汽空间通常在介于5与20kPa(a)之间的压力条件下工作，并由此还在内腔42中造成类似的低压。一个重要的操作参数是内腔42内的压力，内腔42内的压力必须减小到使饱和蒸汽的温度低于糖膏的沸腾温度的压力，由此防止内腔42内的蒸汽在护套部40的壁46上冷凝，并由此阻止或抑制传热的发生。 [0045] 在加热室的外壁44中还设有运行中的上孔56和运行中的下孔54，上孔56和下孔54分别用作不能冷凝的轻气体和不能冷凝的重气体的通风口。因此，内腔42还用作这些不能冷凝的气体的收集腔室，这些不可冷凝的气体依次地经由通风管52通风回到锅10的蒸汽空间15或17中。孔56、54的尺寸设置为在蒸汽空间34与护套部40的内腔42之间的指定压力差下可以适应不能冷凝的气体所需的通风流量。 [0046] 发明人预见到，本发明将改进真空锅内的糖膏的循环，而同时又提供使不能冷凝的气体通风的功能；还预见到，本发明将以申请人的双加热室的竖直的连续式真空锅的形式非常有效地实现，如US6,991,708中所披露的(其内容并入在此供参考)。 [0047] 应该认识的是，上述内容仅是本发明的一个实施例，可在不背离本发明的原理和/或范围的情况下进行各种变型。 |
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