Сатуратор

 

Изобретение относится к оборудованию сахарной промышленности. Сущность: сатуратор содержит вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный технологическими патрубками, вертикальный вал с мешалкой и укрепленными на нем по высоте распределительными решетками и привод вала. Последний установлен с возможностью его колебания в вертикальной плоскости. Мешалка выполнена в виде сильфонной оболочки, имеющей на верхнем торце герметичную крышку, и расположена в нижней части корпуса. Под оболочкой установлена прикрепленная к стенкам корпуса горизонтальная пластина с центральным отверстием, образующая с нижней кромкой оболочки кольцевое отверстие для прохода газа при колебании вала. Патрубок для подвода сатурационного газа связан с пластиной и сообщен с ее отверстием. Процесс очистки дефекованного сока ведут на частоте колебаний вибропривода, совпадающей с собственной частотой колебательной системы жидкость - газ, образованной раствором (дефекованным соком) и поступающим газом. Получаемый резонансный режим колебательной системы обеспечивает очень высокую интенсивность массообмена между дефекованным соком и сатурационным газом за счет резкого увеличения гидродинамического давления в аппарате, мелко дисперсного распределения газа по всему объему жидкости и кавитационных процессов. 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию сахарной промышленности и касается конструкции аппаратов для очистки сахарсодержащих растворов известково-углекислотным способом.

Известен сатуратор, включающий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для подвода сатурационного газа и дефекованного сока и отвода отсатурированного сока, установленным по оси корпуса вертикальным валом с приводом вращения, лопастной мешалкой, распределителем сока, пеногасителем и распределительными решетками [1].

Недостатком данного сатуратора является низкая интенсивность процесса массообмена вследствие малой поверхности контакта фаз, особенно в верхней части аппарата.

Наиболее близкой к предложенному является конструкция сатуратора, включающего вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем и патрубками для подвода сатурационного газа и дефекованного сока, внутри которого установлен вертикальный вал с лопастной мешалкой и распределительными решетками, соединенный с приводом вращения, распределитель сока и пеногаситель [2].

В известной конструкции с целью увеличения поверхности контакта фаз и повышения коэффициента использования углекислого газа лопасти мешалки выполнены в виде изогнутых по радиусу перфорированных пластин с установленными сверху сегментными крышками, а распределитель сока, закрепленный в верхней части корпуса на вертикальном валу, выполнен в виде стакана, имеющего в днище концентричные вырезы, под которыми соосно прикреплены конусообразные тарелки, причем на внешних поверхностях внутренних тарелок установлены криволинейные лопатки, а к наружной поверхности стакана прикреплен диск для пеногашения, на котором смонтированы криволинейные лопатки.

При работе известного сатуратора сатурационный газ вводится через тангенциальные патрубки в нижнюю часть корпуса, где установлена лопастная мешалка, а дефекованный сок поступает в распределительный стакан и через концентричные вырезы в его днище попадает на наружные поверхности конусообразных тарелок, которые своими лопатками распределяют дефекованный сок в виде плоских конусных струй.

Недостатками данного сатуратора являются сложность его конструкции, обусловливающая сложность и трудоемкость изготовления, а также большая металлоемкость. Наличие большого количества вращающихся деталей снижает надежность работы сатуратора и приводит к повышенным затратам энергии. При этом не обеспечивается эффективность массообмена между взаимодействующими фазами по высоте аппарата.

Целью изобретения является упрощение конструкции сатуратора, повышение эффекта очистки и коэффициента использования углекислого газа за счет увеличения поверхности контакта фаз.

Цель достигается за счет того, что сатуратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем и патрубками для подвода сатурационного газа и дефекованного сока и отвода отсатурированного сока, внутри которого установлен вертикальный вал с мешалкой и перфорированными распределительными решетками, соединенный с приводом, снабжен горизонтальной пластиной, установленной в нижней части корпуса под мешалкой с образованием кольцевого прохода и имеющей центральное отверстие, к которому подключен снизу патрубок подвода сатурационного газа, а мешалка выполнена в виде сильфонной оболочки с герметичной крышкой в верхней части, закрепленной на валу, сообщенном с приводом вертикальных колебаний.

На фиг.1 изображен сатуратор, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1.

Сатуратор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2, к которому подсоединен патрубок 3 отбора отсатурированного сока с контрольным ящиком 4 и через которое проходит патрубок 5 для подачи сатурационного газа. По оси корпуса установлен вертикальный вал 6, сообщенный с приводом вертикальных колебаний - вибратором 7. На валу 6 закреплены распределительные решетки 8 и мешалка, выполненная в виде вертикальной тонкостенной сильфонной оболочки 9, имеющей в верхней части герметичную крышку 10. В нижней части корпуса 1 под сильфоном 9 концентрично установлена горизонтальная пластина 11, имеющая центральное отверстие, к которому снизу подведен патрубок 5 для подачи сатурационного газа. Пластина 11 жестко закреплена в корпусе с помощью наклонных радиальных ребер 12 и размещена в нем на уровне, соответствующем положению нижнего торца сильфона 9 при крайнем нижнем положении вала 6. Внутренний диаметр сильфона 9 выбирается в 3-4 раза большим диаметра газоподводящего патрубка 5, поэтому в своем крайнем нижнем положении нижний торец сильфона контактирует с поверхностью пластины 11, перекрывая выходной конец патрубка 5. В цилиндрической стенке корпуса 1 на уровне заполнения жидкостью расположен патрубок 13 подачи дефекованного сока, а в верхней части корпуса установлены отражатель 14 и сепаратор 15 лабиринтного типа и вытяжная труба 16.

Сатуратор работает следующим образом.

По патрубку 13 в аппарат подается дефекованный сок, заполняя его до заданного уровня. При включении вибропривода 7 размещенный в нижней части аппарата сильфон 9 совершает периодические колебания, при этом в своем нижнем положении сильфон контактирует с пластиной 11 (касается ее) и отрывается от пластины при движении вверх, образуя с ней кольцевой зазор. Периодические колебания сильфона 9 и перфорированных решеток 8 возбуждают в объеме жидкости переменное (динамическое) давление, изменяющееся с частотой колебаний вибратора. Это турбулизирует жидкость (дефекованный сок), создавая в ней пульсирующие течения, способствующие ее перемешиванию. При высокочастотных колебаниях сильфона 9 (30-50 Гц с амплитудой 3-4 мм) в жидкости вблизи пластины 11 в его полости создается постоянное разрежение порядка 4-5 м вод.ст., обеспечивающее поступление в нее сатурационного газа через патрубок 5. Упругие свойства сильфона 9 увеличивают эффект подсоса газа, поэтому сильфон изготавливается тонкостенным из металла, но может быть выполнен, например, из фторопласта, позволяющего обеспечить ему хорошие упругие свойства. При этом за счет колебаний сильфона газ на выходе из его полости диспергируется и вводится в жидкость импульсно в виде мелких динамически активных пузырьков. Происходит насыщение жидкости (дефекованногод сока) газом и их интенсивное взаимодействие между собой в условиях воздействия волн динамического давления. Одновременно наличие в жидкости газа приводит к образованию нелинейной колебательной системы жидкость - газ, где газ играет роль упругого элемента, а жидкость - инерционного. При колебаниях этой системы вследствие ее высокой чувствительности происходит повышение амплитуды волн динамического давления в жидкости и усиление ее турбулизации. Собственная частота колебаний системы жидкость - газ, как показали эксперименты, лежит в диапазоне 30-60 Гц в зависимости от размеров аппарата и уровня заполнения жидкостью и легко устанавливается экспериментально. Частота колебаний вибропривода 7 подбирается равной собственной частоте получаемой системы жидкость - газ, что вызывает возбуждение резонансного режима колебаний системы. В этом режиме резко возрастает амплитуда волн гидродинамического давления, а в жидкости возбуждаются мощные турбулентные пульсирующие потоки, способствующие интенсивному перемешиванию жидкости и газа по всему объему сатуратора. Колебания перфорированных пластин 8, установленных в средней части аппарата, способствуют выравниванию гидродинамического давления по высоте слоя реакционной смеси и ее турбулизации во всем рабочем объеме аппарата. Вследствие высокой степени насыщения газом дефекованный сок переходит в состояние гидрозоля. В условиях высокого значения гидродинамического давления и турбулизации жидкости происходит интенсивный массообмен между соком и сатурационным газом, находящимся в жидкости в виде динамически активных мелкодисперсных пузырьков, распределенных по всему объему жидкости и совершающих пульсирующие и осциллирующие движения. Обеспечивается максимальная удельная поверхность динамического контакта между фазами: углекислым газом и соком и увеличивается время их контактирования, что способствует наиболее полному насыщению сока газом и повышению коэффициента использования газа. Кроме того, в отрицательные полупериоды резонансных колебаний системы жидкость - газ давление в жидкости падает ниже упругости ее паров, что возбуждает кавитационные процессы, дополнительно интенсифицирующие массообмен между фазами. Это позволяет ускорить химические реакции при адсорбции газа дефекованным соком, повысить эффект очистки и увеличить коэффициент использования газа.

Таким образом, дефекованный сок, вводимый через патрубок 13 в верхнюю часть сатуратора, двигаясь непрерывно в его нижнюю часть, по всей высоте аппарата интенсивно взаимодействует с сатурационным газом. Отсатурированный сок по трубопроводу 3 отводится в контрольный ящик 4.

Предложенное техническое решение позволяет значительно упростить конструкцию сатуратора и снизить его металлоемкость, исключив из него тангенциальные патрубки подвода сатурационного газа, мешалку со сложным профилем лопастей, установленные на валу распределитель сока и конусные тарелки с криволинейными лопатками и сократив количество распределительных решеток. Упрощается трудоемкость и технология изготовления сатуратора. Предложение позволяет снизить давление подаваемого в аппарат сатурационного газа. Использование резонансного режима позволяет снизить энергозатраты при очистке сахарсодержащих растворов. В то же время повышается интенсивность массообмена и увеличивается время контакта между взаимодействующими фазами, что позволяет повысить эффект очистки и коэффициент использования сатурационного газа.

Формула изобретения

САТУРАТОР, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный патрубками для подвода сатурационного газа и дефекованного сока и отвода отсатурированного сока и отработанного газа, вертикальный вал с мешалкой и укрепленными на нем по высоте распределительными решетками и привод вала, отличающийся тем, что вал установлен с возможностью его колебания в вертикальной плоскости, а мешалка выполнена в виде сильфонной оболочки, имеющей на верхнем торце герметичную крышку, и расположена в нижней части корпуса, при этом под оболочкой установлена прикрепленная к стенкам корпуса горизонтальная пластина с центральным отверстием, образующая с нижней кромкой оболочки кольцевое отверстие для прохода сатурационного газа при колебании вала, причем патрубок для сатурационного газа связан с пластиной и сообщен с ее отверстием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2