Способ гидродинамической активации извести

 

Изобретение относится к способам гидродинамической активации извести и позволяет увеличить степень активации и снизить энергозатраты. Водную суспензию извести предварительно подвергают гидродинамической кавитационной обработке в течение 5-30 с и воздействию ударных волн в течение 0,2-1 с. При этом рециркулируют суспензию в режиме кавитационных автоколебаний с частотой 8-60 Гц в диапазоне чисел кавитации 0,1-0,5, ускоряя поток в зоне ударных волн от 15 до 25 м/с. 1 ил, 1 табл. сл с оо 05 G5 со

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (S1) 4 В 01 F 3 22, В 28 С 1 06

ЗС . " ОIA" р: g

? ! М I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3933013/28-26 (22) 17.07.85 (46) 15.06.87. Бюл. № 22 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт сахарной промышленности (72) А. Ф. Немчин, О. А. Савченко, Ф. Д. Овчаренко и Н. Е. Немчина (53) 66.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 374189, кл. В 28 С 1/06, 1970. (54) СПОСОБ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ

АКТИВАЦИИ ИЗВЕСТИ (57) Изобретение относится к способам гидродинамической активации извести и позволяет увеличить степень активации и снизить энергозатраты. Водную суспензию извести предварительно подвергают гидродинамической кавитационной обработке в течение 5 — 30 с и воздействию ударных волн в течение 0,2 — 1 с. При этом рециркулируют суспензию в режиме кавитационных автоколебаний с частотой 8 — 60 Гц в диапазоне чисел кавитации 0,1 — 0,5, ускоряя поток в зоне ударных волн от 15 до 25 м/с. 1 ил, 1 табл.

1316690

Изобретение относится к проблеме получения коллоидных растворов извести для очистки свекловичных соков.

Цель изобретения — увеличение степени активации и снижение энергозатрат.

На чертеже представлена технологическая схема активации известковых растворов, в которой реализуется предложенный способ.

Способ активации извести заключается в том, что суспензию предварительно подвергают гидродинамической кавитационной обработке в течение 5 — 30 с и ударное воздействие осуществляют в течение 0,2 — 1 с путем создания ударных волн при ускорении потока от 15 до 25 м/с, при этом поток суспензии рециркулируют в режиме кавитационных автоколебаний с частотой 8 — 60 Гц в диапазоне чисел кавитации 0,1 — 0,5.

Технологическая схема активации водных растворов извести (суспензии) состоит из приемной буферной емкости 1, устройства 2 для перекачивания суспензии в режиме кавитационных автоколебаний, камеры 3 для кавитационно-кумулятивной обработки суспензии, устройства 4 для создания ударных волн в потоке суспензии, резонатора 5 для регулирования частоты и амплитуды кавитационных автоколебаний, рециркуляционного контура 6 и автоматических запорно-регулирующих устройств: 7 и 8 — для подачи воды и извести, 9 — для регулирования кратности рециркуляции суспензии, 10 — для отбора активированной суспензии.

Активация извести в водном растворе осуществляется следующим образом.

Вода и известь в заданном соотношении непрерывно поступают через запорно-регулирующие устройства 8 и 7 в приемную буферную емкость 1, из которой при помощи устройства 2 перекачиваются в режиме кавитационных автоколебаний в камеру 3 для кавитационно-кумулятивнрй обработки. За пульсирующими суперкавернами, образующимися в устройстве 2 и замыкающимися в камере 3, возникают поля кавитационных микропузырьков, при схлопывании которых образуются сверхскоростные кумулятивные микроструйки размерами 1 — 40 мкм со скоростью движения 1200 — 1800 м/с. Эти микроструйки, соударяясь с частицами суспензии извести, приводят к разрушению и активации последних.

Затем суспензия поступает в устройство 4, служащее для создания ударных волн. Поскольку в камере 3 схлопываются не все кавитационные пузырьки, то поступаюгцая в устройство 4 смесь является по сушеству трехфазной смесью (системой), состоящей из жидкости, твердых частиц и кавитационных пузырьков (парогаза), достаточно равномерно распределенных в жидкости, поэтому скорость распространения звука в такой смеси невелика, составляет всего 10 — 25 м/с

1О 15

35 в зависимости от объемного соотношения вода — известь — концентрация пузырьков парогаза.

В устройстве 4 трехфазная смесь ускоряется до сверхзвуковой (для данной среды) скорости, т.е. до 17 м/с, при этом в потоке происходит образование ударных волн. Образующиеся при преодолении потоком суспензии звукового барьера ударные волны взаимодействуют с твердыми частицами извести и дополнительно разрушают, активируют их. Кроме того, при переходе потока суспензии через фронт ударной волны происходит дробление кавитационных пузырьков, создаются условия для их схлопывания и дополнительного кавитационного воздействия на суспензию, так как ударное давление кумулятивной струйки на фронте ударной волны значительно выше.

В результате воздействия на суспензию гидродинамической кавитации и ударных волн происходит разрушение твердых частиц извести, при этом разрушается малопрочная первичная кристаллическая структура и создается коллоидный раствор извести, значительно увеличивается удельная поверхность частиц извести, а значит, и их активность, что ведет к существенному снижению расхода известкового камня на очистку свекловичных соков. Повышается также однородность известковой суспензии, что позволяет проводить процессы предварительной и основной дефекации без местного перешелачивания и улучшает качество процессов очистки.

Активность извести определяется методом прямого и обратного титрования пробы известковой суспензки.

Из хорошо перемешанной пробы водноизвестковой суспензии берут 3 — 4 мл, переносят в химический стакан и титруют 1 н. раствором HCI при индикаторе фенолфталеин. Затем добавляют 15 мл 1 н. раствора

НС! для полного растворения извести. Титруют 1 н. раствором NaOH при индикаторе метилорандж.

Активность находят по формуле

A—

П + (П2 — Пз) где П вЂ” количество 1 н. раствора HCI;

П вЂ” количество прибавленного 1 н. раствора НС! (15 мл);

Пз — количество 1 н. раствора NaOH.

Средняя активность необработанной извести, определенная по указанной выше метс дике, составляет 71 О, а обработанная по способу-прототипу в зависимости от режима обработки — 71 — 81Я.

Пример 1. Вода и известь, смешанные до плотности р=1,19 г/с a, подключаются в приемную буферную емкость 1 (цилиндр объемом 0,2 м ) в количестве 10 м /ч. При помощи устройства 2 (диагонального супер1316690

Таким образом, активность извести Новышается на 22% по сравнению с необработанной известью и на 18% по сравнению с обработанной по способу-прототипу.

Пример 2. Вода и известь в тех же соотношениях р=1,19 г/см подаются в емкость

1 и из нее при помощи устройства 2 в камеру 3. Среднее число кавитации в камере поддерживается равным 0,25, время пребывания трехфазной смеси в камере 6 с, частота автоколебаний системы 26 Гц, скорость движения потока смеси в сопле 20 м/с, время пребывания смеси в зоне ударных волн 0,5 с.

При этом активность извести увеличивается до 99%.

i5 Таким образом, по сравнению с необработанной известью активность повышается на 28%, а в сравнении с прототипом íà 21%.

Пример 3. Смесь воды с известью в том же соотношении р=1,19 г/см подвергается гидродинамической кавитационной обработ20 ке при среднем числе кавитации в камере 3, равном 0,5. Время пребывания смеси в камере 3 составляет 5 с, частота автоколебаний

60 Гц, скорость движения потока водноизвестковой суспензии в устройстве 4 составляет 15 м/с, время пребывания смеси в зоне ударных волн 0,2 с.

При этом активность извести увеличивается до 86%.

Таким образом, активность извести повышается íà 15% по сравнению с актив30 ностью необработанной извести и на 5% по сравнению с прототипом.

Удельные затраты энергии на активацию извести в примерах 1 — 3 составляют 8,5, Вт.ч

5,1. 2,6 — 3- соответственно. м

В таблице представлены результаты повышения активности извести и снижения удельных затрат энергии на ее обработку.

Приме р

Необработанная известь

Обработанная известь по способу-прототипу

Удельные А, X Р,атм Удельные

А, Е

А, Ж

Удельные затраты

Р, атм затраты затраты энергии, Вт. ч энергии, Вт.ч 3 энергии, Вт ° ч

М3

М3

93 2,4

99 2,0

86 1,7

150,5

160,0

178,2

8,5

78

81

2,6 кавитационного насоса .производительностью 50 м /ч напором 4 кг/см (0,4 МПа) водно-известковая суспензия подается в камеру 3 (вертикально расположенный цилиндр емкостью 0,1 м ) для гидродинамической кавитационной обработки. Время пребывания водно-известковой суспензии в камере 3, т. е. время обработки суспензии

7,2 с., а среднее число кавитации в зоне обработки 0,1. После гидродинамической кавитационной обработки трехфазная суспензия (жидкость, твердые частицы, кавитационные пузырьки) из камеры 3 поступает в устройство 4 (свехзвуковое сопло типа сопла Лаваля), где разгоняется до скорости 25 м/с, Скорость звука в трехфазной смеси, поступающей из камеры 3, равна 16 м/с, поэтому в устройстве 4 возникают ударные волны.

Среднее время пребывания смеси в зоне обработки ударными волнами (в диффузоре сопла) за один цикл 0,2 с.

Затем смесь через регулирующее устройство 9 подается на рециркуляцию. Кратность рециркуляции при полностью открытом устройстве 9 составляет 5, суммарное время кавитационной обработки смеси соответственно 35 с, а суммарное время обработки смеси в зоне ударных волн 1 с.

Частоту автоколебаний системы настраивают по максимальной амплитуде колебаний при помощи резонатора 5, представляюгцего собой емкость с резиновой камерой, изменяя объем камеры можно изменять упругость всей системы контура рециркуляции 1 — 2—

3 — 4 — 6. Частота автоколебаний при среднем числе кавитации 0,1 и максимальной амплитуде в камере 3 составляет 8 Гц.

В результате проведенной гидродинамической кавитационной обработки активность извести возрастает до 93%. по предлагаемому способу

1316690

Формула изобретения

Составитель Н. Федорова

Редактор М. Дылын Телред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 2276/6 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35. Раугиская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,i. Ужгород, ул. Проектная. 4

Как видно из таблицы, оптимальный режим гидродинамической кавитационной обработки — активизации извести, в примере 2

Были проведены экспериментальные исследования на лабораторной установке в разных режимах кавитации и установлено, что на режимах с частотами ниже 8 Гц не возникает кавитационных автоколебаний, а на режимах с частотами выше 60 Гц резко возрастают удельные затраты энергии на обработку суспензии.

При кавитационных режимах, характеризуемых числами кавитации менее 0,1 и более

0,5, в зоне кавитационной обработки не возникает кавитационных пузырьков необходимых размеров, т. е. пузырьков, при схлопывании которых образуются высокоскоростные микроструйки.

При обработке водно-известковой суспензии менее 5 с значительно снижается технологический эффект, т. е. активность извести, а при времени обработки более 30 с происходит дефлокуляция частиц извести, что также значительно влияет на активность суспензии. Последующая обработка частиц извести ударными волнами в устройстве 4 за один цикл не должна быть меньше 0,2 с, так как в этом случае суспензия обрабатывается не в полном объеме. При обработке суспензии более 1 с суспензия турбулизуется, что ведет к резкому росту удельных затрат энергии на обработку.

Ударные волны в данной трехфазной среде при скоростях меньше 15 м/ с не образуются, а при скоростях выше 25 м/ с удельные затраты энергии значительны.

При обработке суспензии на оптимальных режимах (пример 2) существенно повышается активность извести, и, как следствие, уменьшается расход известкового камня

10 на очистку свекловичных соков на 10 или на 0,7Я к массе перерабатываемой свеклы.

Таким образом, активность известковой суспензии при гидродинамической кавитационной обработке повышается от 15 до 28о.

Способ гидродинамической активации извести, включающий многократное ударное воздействие на поток су спензии, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени активации и снижения энергозатрат, суспензию предварительно подвергают гидродинамической кавитационной обработке в течение 5 — 30 с и ударное воздействие осуществляют в течение 0,2 — 1 с путем со25 здания ударных волн при ускорении потока от 15 до 25 м/с, при этом поток суспензии рециркулируют в режиме кавитационных автоколебаний с частотой 8 — 60 Гц в диапазоне чисел кавитации 0,1 — 0,5.