Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства

 

Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно к оборудованию для сульфитации жидкостей - соков, сиропов и воды для технологических нужд. Установка включает печь для сжигания серы, связанное с ней трубопроводом средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы, и струйный сульфитатор, содержащий корпус, снабженный эжектором. Камера смешивания последнего содержит средство подвода сульфитированной жидкости и патрубок подвода сернистого газа. Средство подвода сульфитированной жидкости представляет собой центробежно-струйную форсунку, а средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы - циклон, покрытый теплоизоляцией. В частности, форсунка содержит цилиндрическую камеру закручивания с соплом для сульфитируемой жидкости, снабженную подводящим патрубком, подключенным к ней таким образом, что его продольная ось смещена относительно поперечной оси камеры. Часть внутренней поверхности этого патрубка расположена тангенциально относительно внутренней поверхности камеры, а другая часть ее - радиально к последней. Изобретение обеспечивает надежную работу всей установки при изменении расхода сульфитируемой жидкости в более широком диапазоне: 50-120% от номинального, позволяет снизить расход технической серы на 20-25% и повысить эффект сульфитации при указанном диапазоне расхода жидкости. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно к оборудованию для сульфитации жидкостей - соков, сиропов и воды для технологических нужд.

В процессе сульфитации образуются сульфит-ионы, которые ингибируют карбонильные группы образующегося инвертного сахара и продуктов его распада в соках и сиропах, препятствуя нарастанию их цветности при дальнейших операциях, а также снижают рН обрабатываемых жидкостей.

В сахарном производстве применяют сульфитацию жидкостей с целью обесцвечивания соков и сиропов, снижения показателя рН до оптимального, удаления избыточных солей кальция, снижения вязкости продуктов, а также в качестве антисептика для обработки воды. Оптимальные величины показателя рН в течение сезона переработки сахарной свеклы или сахара-сырца определяются в зависимости от принятой технологической схемы и свойств сырья. Оборудование для проведения сульфитации должно обеспечивать поглощение такого количества сернистого ангидрида, которое необходимо для достижения сульфитируемой жидкостью заданного оптимального значения рН.

Однако для работы сахарных заводов характерна существенная неритмичность технологических потоков. Например, относительные расходы (отношение действительного расхода к номинальному) сульфитируемых жидкостей могут изменяться в пределах от 50 до 120%, что особенно характерно для сульфитации сиропов. Такая неритмичность связана как с технико-технологическими факторами (сложность и многостадийность производственных процессов, переменное качество сырья), так и с организационными факторами (перебои в подаче сырья).

Известна установка для сульфитации жидкостей сахарного производства, включающая печь для сжигания серы, связанное с ней трубопроводом средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы, и струйный сульфитатор, содержащий корпус, снабженный эжектором, камера смешивания которого снабжена средством подвода сульфитируемой жидкости и патрубком подвода сернистого газа. Средство для подвода сульфитируемой жидкости представляет собой патрубок, поперек которого установлен диск с отверстиями, через которые под давлением поступает жидкость и распыляется, создавая разрежение в камере смешивания, а средством для очистки сернистого газа от пыли и дожигания частиц серы служат гравитационная золоотделительная камера и охладитель. Заданное значение рН сульфитируемой жидкости поддерживается путем изменения степени открытия заслонки на трубопроводе подачи сернистого газа (Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. М.: Колос, 1998. - с.210-211).

К недостаткам следует отнести то, что такая установка может обеспечивать высокую интенсивность массообменных процессов и соотношение расходов сульфитируемой жидкости и сернистого газа (коэффициент эжекции), необходимое для достижения оптимальной концентрации сульфит-ионов в жидкости, только при относительных расходах жидкости в диапазоне 80-100%. За пределами этого диапазона эффект сульфитации значительно снижается.

Так, при расходе жидкости ниже 80% от номинального коэффициент эжекции уменьшается, так как при истечении из отверстий диска струи уже не обладают скоростью и энергией, необходимой для образования мелкодисперсного факела распыла и заполнения всего сечения камеры смешивания. Вследствие уменьшения суммарной поверхности образующихся капель снижается растворимость сернистого газа, что приводит к паданию концентрации сульфит-ионов в жидкости ниже оптимального уровня.

При расходах жидкости больше номинального наблюдается перерасход сернистого газа и серы, растет коэффициент эжекции, что приводит к повышению концентрации сульфит-ионов выше оптимального. В этом случае используется заслонка на трубопроводе сернистого газа. Однако увеличение скорости газа приводит, с одной стороны, к увеличению уноса несгоревших частиц серы и пыли из сернистых печей, а с другой стороны, к снижению эффективности пылеулавливания в гравитационной золоотделительной камере.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении надежности работы сульфитационной установки при изменениях расхода сульфитируемой жидкости в диапазоне 50-120% от номинального, в снижении расхода серы и повышении эффекта сульфитации при указанном диапазоне расхода жидкости.

Для достижения этого результата предложенная установка включает печь для сжигания серы, связанное с ней трубопроводом средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы, и струйный сульфитатор, содержащий корпус, снабженный эжектором, камера смешивания которого снабжена средством подвода сульфитируемой жидкости и патрубком подвода сернистого газа. Средство подвода сульфитируемой жидкости представляет собой центробежно-струйную форсунку, а средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы - циклон, корпус которого снабжен теплоизоляцией. Конструкция центробежно-струйной форсунки может быть различной. Как оптимальный вариант, предлагаемая форсунка содержит цилиндрическую камеру закручивания с соплом для распыла сульфитируемой жидкости. Камера закручивания снабжена подводящим патрубком, подключенным к ней таким образом, что его продольная ось смещена относительно поперечной оси камеры и часть внутренней поверхности этого патрубка расположена тангенциально относительно внутренней поверхности камеры, а часть ее - радиально к последней.

Предлагаемая установка поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид установки для сульфитации жидкостей сахарного производства; на фиг.2 - продольный разрез эжектора с центробежно-струйной форсункой; на фиг.3 - поперечный разрез по А-А фиг.2.

Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства содержит печь для сжигания серы 1, связанный с ней трубопроводом 2 через патрубок 3 циклон 4, покрытый снаружи теплоизоляцией, содержащий цилиндрическую часть 5, коническую часть 6 и бункер 7 для сбора осевших частиц пыли. Установка также содержит струйный сульфитатор 8, состоящий из корпуса 9, соединенного через камеру смешивания 10 с эжектором 11, частью которого является средство подвода сульфитируемой жидкости 12 с патрубком 13. Камера смешивания 10 снабжена патрубком подвода сернистого газа 14, который расположен за пределами конуса распыла жидкости. Корпус 9 струйного сульфитатора 8 имеет отводящий патрубок 15 для сульфитированной жидкости и патрубок 16 для отвода отработанного газа в атмосферу. Эжектор 11 содержит средство для подвода сульфитируемой жидкости 12, которое представляет собой центробежно-струйную форсунку.

Могут быть использованы центробежные форсунки различной конструкции, дающие мелкодисперсный заполненный факел распыла, например, цельнофакельные форсунки (см. Головачевский Ю.А. Оросители и форсунки скрубберов химической промышленности. - М.: Машиностроение, 1974, с.240-242 или Пажи Д.Г., Галустов В. С. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: Химия, 1984, с.132-135). Оптимальным является использование центробежно-струйной форсунки, в которой цилиндрическая камера закручивания 17 и сопло 18 соосно присоединены к камере смешивания 10 (фиг.2 и 3). Камера закручивания 17 снабжена подводящим патрубком 13 для жидкости, подключенным к ней таким образом (см. фиг. 3), что его продольная ось смещена относительно продольной оси камеры закручивания и часть внутренней поверхности 19 этого патрубка расположена тангенциально относительно внутренней поверхности камеры, а другая, противоположная ей часть 20 - радиально к последней.

В зависимости от вязкости сульфитируемой жидкости соотношение диаметра сопла 18 к диаметру камеры закручивания 17, а также диаметру камеры смешивания 10, подобрано таким образом, что обеспечивает постоянный угол распыла жидкости и, следовательно, оптимальную величину коэффициента эжекции, не зависящую от переменного расхода сульфитируемой жидкости.

Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства работает следующим образом.

В печь 1, где сжигается сера, поступает воздух из атмосферы. В результате сгорания серы он обогащается сернистым ангидридом. По трубопроводу 2, покрытому теплоизоляционным материалом, сернистый газ через патрубок 3 тангенциально поступает в циклон 4, также покрытый теплоизоляцией. Вращаясь в цилиндрической части 5 и конической части 6 циклона, газ под действием центробежных сил освобождается от пыли и частиц серы, которые догорают благодаря сохранению высокой температуры газа (около 400^oС). Таким образом, циклон выполняет роль средства для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы. Очищенный сернистый газ под действием разрежения поступает в камеру смешивания 10 через патрубок 14.

Жидкость, подлежащая сульфитации, насосом подается через патрубок 13 в камеру закручивания 17 центробежно-струйной форсунки. Часть жидкости поступает тангенциально вдоль внутренней поверхности 19 этого патрубка и приобретает максимальный момент вращения относительно оси камеры закручивания, а часть жидкости, поступающая в камеру радиально, - вдоль внутренней поверхности 20 - имеет нулевой момент вращения и движется в центральной части камеры прямолинейно вдоль ее оси. В результате взаимодействия закрученного и осевого потоков на выходе из сопла 18 формируется заполненный конус распыла жидкости по всему сечению камеры смешивания 10. Струя распыленной жидкости, взаимодействуя с газовой фазой, передает ей кинетическую энергию. В результате интенсивного тепло- и массообмена сернистый газ практически мгновенно охлаждается до температуры жидкости и поглощается ею с образованием сульфит-ионов. В камере смешивания 10 образуется разрежение, которое обеспечивает поступление сернистого газа из печи 1 через циклон 4.

Полученная газожидкостная смесь тангенциально поступает в корпус 9 жидкостно-струйного сульфитатора 8, где под действием центробежных сил смесь разделяется на жидкую и газовую фазы. Сульфитированная жидкость по патрубку 15 подается на следующие стадии обработки, а отработанный газ, практически не содержащий сернистого ангидрида, удаляется через патрубок 16 в атмосферу.

Если в известной сульфитационной установке эффективность пылеулавливания в гравитационной золоотделительной камере обратно пропорциональна скорости газа, проходящего через нее, то в предлагаемой установке для пылеулавливания используют циклон, принцип действия которого основан на прямой зависимости гидравлического сопротивления от скорости проходящего через него газа, и, следовательно, эффективность пылеулавливания остается высокой даже при увеличении скорости газа.

Кроме функций пылеосадителя и дожигателя серы циклон выполняет также роль регулятора расхода сернистого газа, поддерживая постоянный коэффициент эжекции и оптимальную концентрацию сульфит-ионов в широком диапазоне изменения расхода жидкости. При низких расходах жидкости, когда мало разрежение, создаваемое эжектором, и, следовательно, малы расход и скорость газа, гидравлическое сопротивление циклона тоже незначительно, так как находится в прямой зависимости от скорости газа. При относительных расходах жидкости 100% и более вследствие роста скорости жидкости растет и разрежение в камере смешивания, увеличиваются расход сернистого газа и его скорость. Однако при этом повышается гидравлическое сопротивление циклона, которое ограничивает избыточный расход газа, поддерживая постоянным коэффициент эжекции и высокий эффект сульфитации. Поэтому в сульфитационной установке, снабженной циклоном для очистки газа, отпадает необходимость в механическом регуляторе расхода сернистого газа.

Использование данной установки для сульфитации жидкостей сахарного производства позволяет повысить надежность работы всей установки при изменении расхода сульфитированной жидкости в более широком диапазоне 50-120% от номинального, снизить расход технической серы на 20-25% и повысить эффект сульфитации при указанном диапазоне расхода жидкости.

Предлагаемая установка применима в сахарном производстве для сульфитации соков, сиропов с клеровкой и воды на диффузию при переработке сахарной свеклы и сахара-сырца.

Формула изобретения

1. Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства, включающая печь для сжигания серы, связанное с ней трубопроводом средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы, и струйный сульфитатор, содержащий корпус, снабженный эжектором, камера смешивания которого снабжена средством подвода сульфитируемой жидкости и патрубком подвода сернистого газа, отличающаяся тем, что средство подвода сульфитируемой жидкости представляет собой центробежно-струйную форсунку, а средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы - циклон, корпус которого снабжен теплоизоляцией.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что центробежно-струйная форсунка содержит цилиндрическую камеру закручивания с соплом для сульфитируемой жидкости, снабженную подводящим патрубком, подключенным к ней таким образом, что его продольная ось смещена относительно поперечной оси камеры, и часть внутренней поверхности этого патрубка расположена тангенциально относительно внутренней поверхности камеры, а часть ее - радиально к последней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3