Development and optimization of the apparatus for thickening the NF-concentrate of curd whey | Разработка и оптимизация работы аппарата для сгущения НФ-концентрата творожной сыворотки

English. The process of thickening of nanofiltration whey concentrate in a special apparatus has been studied. Computer simulation of hydrodynamic processes was used. The aim of the work is to substantiate the design, operational and technological parameters, and operating modes of the apparatus. The research was carried out in relation to an enterprise with a processing requirement of 10 t of whey per day. The initial whey thickening to a solids content of about 30% was supposed to be performed by nanofiltration with an additional diafiltration operation. The apparatus is a cylinder equipped with an outer steam jacket and an agitator inside. Before thickening, the product is heated to 70 deg. C, comes into the apparatus by gravity from the tank, fills the bottom of the annular space and flows through the annular lapel into the working part of the concentrator. The thin layer of the product is constantly mixed, which enhances both heat transfer and evaporation. The liquid gradually moves through the cylinder, thickens, and gets out into the hole. To remove fumes, fresh air is blown through the apparatus. Shields are installed on the axis of the agitator, directing air jets to the liquid evaporation surface on the inner wall of the cylinder. The product in the apparatus is heated by exhaust steam with a pressure of 0.13 MPa. It has been established that when the whey nanofiltrate is thickened on the proposed evaporator to a solids content of 55% in 9 h at an agitator rotary velocity of 100 to 200 rpm, the air consumption is 1683.5 kg/h. The longitudinal air velocity in the apparatus is 1 m/s, the heat exchange surface area is 0.467 m2, the diameter of the inner shell is 0.77 m, and the length of the apparatus is 2 m. Theoretical studies and computer simulation have shown that the minimum droplet size formed in the apparatus is 5 mm. Droplets of this size are not carried away from the apparatus by air. The proposed design and technological parameters of the apparatus are acceptable for concentrating curd whey nanofiltration concentrate on it.

Russian. Изучен процесс сгущения нанофильтрационного концентрата молочной сыворотки в специальном аппарате. Использовано компьютерное моделирование гидродинамических процессов. Цель работы - обоснование конструктивных, эксплуатационных и технологических параметров и режимов работы аппарата. Исследования проводили применительно к предприятию с потребностью переработки 10 т сыворотки в сутки. Первоначальное сгущение сыворотки до содержания сухих веществ около 30% предполагали производить нанофильтрацией с дополнительной операцией диафильтрации. Аппарат представляет собой цилиндр с наружной паровой рубашкой и мешалкой внутри. Перед сгущением продукт подогревается до 70 град. С, самотеком поступает в аппарат из бака, заполняет низ кольцевого пространства и через кольцевой отворот переливается в рабочую часть концентратора. Тонкий слой продукта постоянно перемешивается, что усиливает как теплопередачу, так и испарение. Жидкость постепенно передвигается по цилиндру, сгущается и выходит в отверстие. Для удаления паров через аппарат продувают свежий воздух. На оси мешалки установлены щиты, направляющие струи воздуха на поверхность испарения жидкости на внутренней стенке цилиндра. Продукт в аппарате подогревается отработанным паром с давлением 0,13 МПа. Установлено, что при сгущении нанофильтрата молочной сыворотки на предлагаемом выпарном аппарате до содержания сухих веществ 55% за 9 ч при частоте вращения мешалки от 100 до 200 оборотов в минуту расход воздуха составляет 1683,5 кг/час. Продольная скорость воздуха в аппарате 1 м/с, площадь поверхности теплообмена 0,467 м2, диаметр внутренней обечайки 0,77 м и длина аппарата 2 м. Теоретические исследования и компьютерное моделирование показали, что минимальный размер капель, образующихся в аппарате, составляет 5 мм. Капли такого размера не уносятся из аппарата воздухом. Предложенные конструктивные и технологические параметры аппарата допустимы для концентрирования на нем нанофильтрационного концентрата творожной сыворотки.