¿Cómo funciona un evaporador de jarabe de arce?

Question

Algunos datos sobre lo que es un evaporador: Es un sistema de bandejas metálicas colocadas sobre una fuente de calor. La savia entra constantemente en la primera cubeta controlada por una válvula de flotador para mantener una profundidad constante. Las bandejas tienen canales que se abren uno al otro en los extremos, de modo que la savia fluye de un lado a otro en forma de serpentina. Al final del sistema de bateas hay una válvula manual por la que se extrae periódicamente el jarabe terminado. Desde el principio del sistema de bateas hasta el final hay una concentración de azúcar cada vez mayor.

Mi pregunta es, ¿cómo se concentra la savia hacia el final de la olla? O a la inversa, ¿cómo es que la savia no mantiene una concentración de azúcar homogénea en todo su recorrido? (Si dejas que se apague el fuego, una vez que la savia se enfríe se redistribuirá hasta ser homogénea).

Creo que alguien me dirá que tiene que ver con la distancia que la savia ha recorrido a través de la bandeja para cuando llega al otro extremo (sería una distancia lineal de unos 24 pies en mi sistema) pero no creo que eso responda a la pregunta porque cuando se empieza un lote, se inunda todo el sistema con savia fría y fresca, todo con un contenido de azúcar uniforme, y luego se enciende el fuego. No pasa mucho tiempo antes de que haya una diferencia de color visible entre cada canal de la bandeja final, siendo el más oscuro el que está junto a la válvula de extracción.

Y no, tampoco es el flujo causado por la inclinación de las cacerolas hacia abajo (una respuesta BS publicada en yahoo!answers a una pregunta similar). Las sartenes están perfectamente niveladas. Y por lo que puedo decir, la intensidad del calor del fuego de abajo es uniforme al menos en los últimos cuatro canales, que es donde realmente se empieza a ver la graduación de color visible al convertirse en jarabe.

Hay un detalle que no describí al principio porque no sabía cómo hacerlo sin un dibujo, así que ahora que he añadido el dibujo lo detallaré. El primer recipiente, donde entra la savia, tiene conductos de humo, que son bolsas verticales profundas y estrechas en el fondo del recipiente, que llegan hasta el fondo de la estufa. Las llamas pasan entre los conductos en su camino hacia el tubo de la estufa. Esto (obviamente) aumenta en gran medida la superficie que se calienta. No sé si esto cambia algo pero pensé que debía añadirlo.

Answer 1

No puedo responder a la respuesta aquí pero pretende ser la razón.

El evaporador está perfectamente nivelado. Si ese es el caso, los visitantes a menudo se preguntan cómo es que la savia se mueve a través de la cacerola. Se olvida el hecho de que el aumento de vapor es el equivalente a sumergir o escurrir el líquido de la sartén. Un nivel fondo significa que la savia se mueve bajo la de la gravedad, ya que el agua sale de la cacerola en forma de vapor. (Esto, por supuesto, es el objetivo del proceso). El azúcar se queda formando un jarabe de creciente dulzor para hacer el producto final. En ese momento, la concentración de azúcar es del 60% y el punto de ebullición se eleva unos 7 grados. La diferencia de viscosidad junto con los deflectores de la olla permite que el jarabe terminado se acumule en la última sección sin que tener que separar mecánicamente el producto final. Al final de la temporada o si, por alguna razón, deseamos cerrar el proceso y vaciar las las cubetas, es posible extraer prácticamente todo el jarabe. No se puede no se puede, por supuesto, simplemente vaciar la olla. El fuego causaría la fusión en cuestión de segundos. cuestión de segundos. En su lugar, el agua blanda del estanque de la granja toma el lugar de la savia bruta que entra y suministra el líquido refrigerante necesario. La ebullición continúa, y debido a sus diferentes viscosidades, el sirope y el agua agua del estanque no se mezclan significativamente. Esta misma situación se produce cuando aceites de diferentes densidades fluyen en un oleoducto transcontinental. transcontinental. Se produce muy poca mezcla en la interfaz entre los dos productos. Prácticamente todo el jarabe puede antes de que el agua del estanque llegue a la llegue a la válvula de descarga.

Supongo que la gran pregunta es ¿por qué el líquido no se vuelve homogéneo? Probablemente se deba a que los deflectores limitan significativamente la interfaz, reduciendo la capacidad del fluido más concentrado de mezclarse con el más diluido.

Answer 2

En respuesta a cómo funciona su evaporador: en la cubeta hay un límite frontal de concentraciones de azúcar, los compartimentos largos y estrechos minimizan este límite frontal. La eficacia del evaporador viene determinada por la velocidad de desplazamiento a través de los compartimentos frente a la migración del azúcar cuando intenta disolverse en la solución, separando así la savia fresca entrante de la que ha hervido durante un periodo de tiempo, lo que nos permite extraer jarabe de forma continua a medida que se añade savia de forma continua. Mantener una alimentación constante, un calor constante, una espuma mínima y una extracción constante minimiza la mezcla que podría producirse. La densidad o la viscosidad del producto no influyen en absoluto en este proceso.

Answer 3

Lo que ocurre es que aquí hay dos flujos, uno de gas (producido por la ebullición) y otro de líquido. El flujo de líquido va desde la entrada hasta la salida, mientras que el flujo de gas va hacia el aire. El flujo de gas se controla permitiendo sólo una salida para el gas, cerca del lugar donde se añade el jarabe.

Cuanto más tiempo pasa el líquido en el artilugio, más agua se hierve y más azúcar queda. Así que cuando el líquido llega a la espita de salida ha pasado mucho tiempo hirviendo y ha perdido mucha agua.

El proceso es similar a la destilación, ya que el vapor arrastra preferentemente agua en lugar de azúcar. Esto sugiere que un método más eficiente para procesar el jarabe de arce es la destilación, y que diseñar un evaporador de manera que imite el proceso de destilación tanto como sea posible es una buena idea. El Servicio Forestal de Estados Unidos está de acuerdo:

Procesamiento del jarabe de arce con un destilador por compresión de vapor: Un análisis económico Lawrence D. Garrett, Documento de Investigación del Servicio Forestal NE-385, 1977
Servicio Forestal, Departamento de Agricultura de los Estados Unidos,
Estación Experimental Forestal del Noreste
6816 Market Street, Upper Darby, PA 19082

Una prueba de destiladores por compresión de vapor para procesar el jarabe de arce reveló que (1) los equipos de compresión de vapor probado evaporó 1 libra de agua con 0,047 libras de vapor equivalente (energía eléctrica); el equipo abierto de capacidad similar requieren 1,5 libras de vapor (energía del petróleo) para producir 1 libra de agua; (2) la compresión de vapor de vapor produjeron un jarabe de igual calidad a la de un evaporador convencional de una planta convencional de evaporación a cielo abierto; y (3) una planta central que produce 8.000 galones de jarabe al año debería producir un rendimiento del 16% de la inversión. El aumento de la producción anual debería aumentar el rendimiento de la inversión.

Answer 4

(Si dejas que el fuego se apague, una vez que el savia se enfríe se redistribuirá hasta que sea homogénea). Creo que alguien me dirá probablemente que tiene tiene que ver con la distancia que la savia ha fluyó a través de la cacerola para el momento en que llegue al otro extremo (sería una distancia lineal de unos 24 pies en mi sistema)

Como usted escribe, todas las cacerolas tienen un "piso" nivelado. Esto permite que la la savia concentrada (y de mayor densidad) del último recipiente fluya como una corriente cerca del fondo hacia atrás, la savia más ligera de de los primeros compartimentos fluya en la parte superior "hacia abajo". (Esto es similar al agua salada que fluye "hacia arriba" en la desembocadura de un río desde el mar. ) En caso de que el evaporador descanse durante más tiempo, la difusión igualará la concentración de azúcar verticalmente. Esto tardará días, creo. La corriente "hacia abajo" de la savia de baja concentración en la parte superior a alta temperatura (el fuego acaba de apagarse) es más rápido, y eso es lo que se "ve" o se saborea cuando se prueba con un dedo sumergido.

pero no creo que eso responda a la pregunta porque cuando se inicia por primera vez un lote, se inunda todo el sistema con savia fría y fresca, con un contenido de azúcar contenido de azúcar, y luego se inicia el fuego. No pasa mucho tiempo antes de que hay una diferencia de color visible entre cada canal de la olla final, siendo el más oscuro el que está junto a la válvula de extracción. Y no, no es el flujo causado por las cacerolas que están en ángulo hacia abajo tampoco (una respuesta BS publicado en yahoo! respuestas a una pregunta similar pregunta similar). Las sartenes están perfectamente niveladas. Y por lo que puedo decir la intensidad de calor del fuego de abajo es uniforme al menos para los últimos cuatro canales, que es donde realmente comienza a ver la graduación de color visible a medida que se convierte en jarabe.

Esta parte me niego a "creerla".El problema que veo es Su idea de

intensidad de calor uniforme del fuego

El proceso de evaporación en una cacerola de este tipo está controlado por el flujo de calor (Por cada Joule de energía calorífica forzada a través del fondo, se obtiene una determinada cantidad de agua evaporada en vapor). Tal vez ese flujo de calor sea homogéneo, tal vez no, esto es un asunto muy complicado de la construcción. Sin inspeccionar los detalles de la parrilla de fuego / conductos de gas de la chimenea / detalles de las cacerolas desde abajo, no tengo ni idea de la "verdad".

En general y en términos de tecnología química ese recipiente es un reactor de tubo de flujo (evaporador). Las burbujas generadas por la evaporación hacen que el medio sea turbulento. Este tipo de flujo es bastante fácil de tratar matemáticamente, ya que se puede puede aproximarse con bastante exactitud suponiendo un flujo de tapón con una mezcla perfecta a lo largo y un poco de mezcla a lo largo (en dirección) del flujo. Los canales que conectan las cubetas suponen una cierta restricción a la mezcla longitudinal. La aproximación se realiza sustituyendo este reactor de tubo de flujo por una cascada del número adecuado de número adecuado de reactores agitados para cada bandeja, y que las cascadas se hacer el modelo de todo el evaporador.

El medio (savia) se hace más denso a lo largo de la trayectoria del flujo, debido al aumento de concentración de azúcar. Pero al mismo tiempo la temperatura aumenta, esto la densidad debido a la expansión térmica. El efecto neto de la concentración y la temperatura conducirá a un flujo como el explicado anteriormente (después de la parada) Este flujo contrario al flujo neto de producto perjudicaría los esfuerzos de evaporación. Por lo tanto, si tuviera que construir un aparato de este tipo, utilizaría un poco de inlinación y más deflectores para reducir este efecto.

Esta es la teoría que necesitas para hacer un "ansatz" :=). En la práctica, yo trataría de encontrar a alguien que produzca tales evaporadores, que la gente pueda conocer cuantitativamente lo que puedo decir sólo cualitativamente. Hay algún riesgo, que nadie haya desarrollado esos evaporadores, pero todo se hizo en pequeños pasos comenzando con cacerolas de cocina por los herreros del pueblo, entonces nadie sabe exactamente.

PS

Acabo de buscar en Google "evaporador de jarabe de arce" para encontrar un montón de fotos y algunos videos muy instructivos también. Una cosa es importante para su pregunta:

Todos los evaporadores utilizan el intercambio de calor en contracorriente. (El flujo de savia es opuesto al flujo de gas de la chimenea) Esto se hace de forma muy sencilla, vertiendo la savia de recipiente en recipiente en los evaporadores más primitivos, otros tienen un flujo continuo como el que usted describe.

Esto significa que Su idea de "intensidad de calor uniforme del fuego" no es la realidad.

Answer 5

Llevo todo el fin de semana hirviendo savia y me he preguntado exactamente lo mismo. Cuando no se extrae el jarabe y sólo se añade savia a un extremo del recipiente, ¿por qué la concentración de azúcar es mayor en el extremo (donde está el grifo del jarabe) y menor en el lugar donde gotea la savia?

Bien - visualiza el patrón de zig zag de la sartén como un largo canal que va de izquierda a derecha. Usted vierte la savia en el lado izquierdo solamente. Todavía no se extrae del lado derecho. La ebullición equivalente se produce en toda la superficie. Aunque no salga líquido de la cubeta, el flujo neto de savia es de izquierda a derecha porque se está añadiendo al lado derecho, y se está perdiendo en el aire a un ritmo uniforme en toda la superficie. La velocidad del flujo de agua es la más rápida en el lado izquierdo, y la más lenta en el lado derecho. A medida que el agua se desplaza hacia la derecha, también sube al aire en forma de vapor. Cuando el azúcar en el agua se mueve hacia la derecha no sube, sólo se queda en la cacerola. El agua/azúcar de la izquierda se mueve más rápido, por lo que "deja menos azúcar" y el agua de la derecha se mueve más lentamente, por lo que "deja más azúcar", dejando la concentración de azúcar a la derecha (o al final del cazo) mayor que la concentración a la izquierda (al principio del cazo).

Voy a ilustrar una analogía: Imagina una carrera de 1000 metros. No, imagina que los corredores (la savia) tienen los bolsillos llenos de arena con agujeros. En cuanto empiezan a correr, la arena empieza a salir por los agujeros de sus bolsillos. Al principio corren muy rápido y la cantidad de arena en el suelo representa el contenido de azúcar en el líquido de la bandeja de evaporación. A mitad de la carrera se cansan, por lo que dejan más arena por centímetro cuadrado en el suelo. Al final, están cagados y se mueven muy lentamente. La arena sigue derramándose en el suelo al mismo ritmo (la misma velocidad de ebullición en toda la cubeta). La velocidad de cada corredor se aproxima a cero a medida que se acerca el final de la carrera. La pista de carreras está cubierta de arena al final. Más corredores comienzan la carrera a medida que se va echando savia y todos corren de la misma manera: rápido al principio, lento al final. La arena se derrama al mismo ritmo durante toda la carrera. Salpicaduras de arena al principio, montones al final.

Estoy bastante seguro de que esto es lo que está pasando aquí. La ósmosis es lo que describe por qué se convierte en una concentración uniforme cuando se deja de gotear la savia y se deja hervir sin sacar nada de jarabe.