Сатуратор для свеклосахарного производства

 

Изобретение относится к сахарному производству. Сатуратор включает вертикальную емкость с патрубками отвода отсатурированного сока и отработанного газа, расположенный внутри нее стакан, к которому в нижней части тангенциально подключен размещенный снаружи циркуляционный трубопровод с насосом и патрубками ввода сока и газа. На трубопроводе установлено устройство для смешивания сока и сатурационного газа, содержащее суперкавитирующий лопастной статический смеситель. Устройство снабжено размещенным в циркуляционном трубопроводе за указанным смесителем суживающимся насадком, имеющим на внутренней поверхности продольные криволинейные канавки. Внутри стакана диаметрально расположены приводимые в вибрационное колебание гибкие спиралеобразные направляющие, концы которых прикреплены к основаниям стакана. Изобретение обеспечивает снижение энергоемкости процесса сатурации сахаросодержащего раствора. 4 ил.

Изобретение относится к сахарному производству, конкретно к устройствам для очистки жидких полуфабрикатов от несахаров, и может быть использовано при очистке диффузионного сока и клеровки сахара-сырца в различных схемах очистки.

Известен сатуратор для свеклосахарного производства (см. Головняк Ю.Д. и др. Эффективные схемы очистки диффузионного сока. М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1975, с. 36), включающий вертикальную емкость, расположенный внутри нее стакан, размещенный снаружи емкости циркуляционный трубопровод с насосом, установленное за ним на циркуляционном трубопроводе устройство для смешивания сока и сатурационного газа, лопастной сепаратор газа, патрубки для ввода и отвода сока и газа.

Недостатком данного сатуратора является то, что в нем нарушается равномерность распределения газа в соке, уменьшается поверхность раздела фаз между сахаросодержащим раствором и газом ввиду невозможности получения равномерной мелкодисперсной пузырьковой смеси в устройстве для смешивания сока и газа - инжекторе, что снижает коэффициент использования углекислого газа, эффект очистки и производительность сатуратора.

Известен сатуратор для свеклосахарного производства (см. а.с. 1227668 МКл. С 13 D 3/04, 1986, Бюл. 16), включающий вертикальную емкость с патрубками отвода отсатурированного сока и отработанного газа, расположенный внутри нее стакан, к которому в нижней части тангенциально подключен размещенный снаружи циркуляционный трубопровод с насосом и патрубками ввода сока и газа и установленное на трубопроводе устройство для смешивания сока и сатурационного газа, содержащее суперкавитирующий лопастной статический смеситель.

Недостатком является сложное конструктивное исполнение элементов смешивания сатурационного газа и сока, а также значительные энергозатраты, обусловленные необходимостью наличия дополнительной мощности насоса, затрачиваемой на преодоление гидравлического сопротивления сверхзвукового сопла и лопастного сепаратора.

Технический результат изобретения заключается в снижении энергоемкости процесса очистки диффузионного сока за счет замены в устройстве для смешивания сока и сатурационного газа лопастного сепаратора и сверхзвукового сопла, создающих значительное гидравлическое сопротивление, на гибкие спиралеобразные направляющие и суживающийся насадок, имеющий на внутренней поверхности продольные криволинейные канавки.

Технический результат достигается тем, что сатуратор для свеклосахарного производства включает вертикальную емкость с патрубками отвода отсатурированного сока и отработанного газа, расположенный внутри нее стакан, к которому в нижней части тангенциально подключен размещенный снаружи циркуляционный трубопровод с насосом и патрубками ввода сока и газа и установленное на трубопроводе устройство для смешивания сока и сатурационного газа, содержащее суперкавитирующий лопастной статический смеситель. Устройство снабжено размещенным в циркуляционном трубопроводе за указанным смесителем суживающимся насадком, имеющим на внутренней поверхности продольные криволинейные канавки, при этом внутри стакана диаметрально расположены приводимые в вибрационное колебание гибкие спиралеобразные направляющие, концы которых прикреплены к основаниям стакана.

На фиг. 1 изображен сатуратор, продольный разрез; на фиг.2 - суперкавитирующий лопастной статический смеситель; на фиг.3 - внутренняя поверхность стенок стакана, разрез; на фиг.4 - внутренняя поверхность суживающегося насадка.

Сатуратор содержит вертикальную емкость 1 с расположенным внутри нее стаканом 2 и размещенным снаружи емкости циркуляционным трубопроводом 3 с насосом 4. За насосом 4 на циркуляционном трубопроводе 3 установлено устройство 5 для смешивания сока и сатурационного газа, которое состоит из укрепленного в циркуляционном трубопроводе 3 суперкавитирующегo лопастного статического смесителя 6 и размещенного за ним суживающегося насадка 7. Суперкавитирующий лопастной статический смеситель 6 содержит неподвижно укрепленную в узкой цилиндрической части трубы типа Вентури 8 крыльчатку 9 с лопастями 10 клиновидного профиля, имеющими острую переднюю кромку 11. Отверстия 12 для подвода сатурационного газа в циркуляционном трубопроводе 3 расположены за задними кромками лопастей 10 суперкавитирутощего лопастного статического смесителя.

Внутри стакана 2 укреплены диаметрально противоположно количеством не менее четырех гибкие спиралеобразные направляющие 13, соединенные концами с нижним основанием 14 и верхним основанием 15 стакана 2. Остальная часть гибких спиралеобразных направляющих находится в свободном состояние, что обеспечивает их вибрационное колебание в процессе работы сатуратора.

В циркуляционном трубопроводе 3 перед насосом 4 установлен патрубок 16 для подвода сока, а патрубок 17 для отвода сока и патрубки 18 и 19 для ввода и отвода сатурационного газа прикреплены к емкости 1.

За суперкавитирующим лопастным статическим смесителем 6 на расстоянии 2-5 диаметров циркуляционной трубы на входе в стакан 2 установлен суживающийся насадок 7, имеющий на внутренней поверхности продольные криволинейные канавки 20, расположенные от входного отверстия 21 к выходному отверстию 22 суживающегося насадка 7.

Сатуратор работает следующим образом.

Дефекованный сок через патрубок 16 поступает в циркуляционный трубопровод 3 и насосом 4 вместе с рециркулируемой массой сока подается в суперкавитирующий лопастной статический смеситель 6. В трубе типа Вентури 8 скорость сока увеличивается до 10-12 м/с, и за лопастями 10 клиновидного профиля крыльчатки 9 с помощью передних острых кромок 11 образуются кавитационные суперкаверны, в которые через отверстия 12 подсасывается сатурационный газ, подаваемый через патрубок 16. Сатурационный газ попадает в нестационарную зону замыкания суперкаверны, находящуюся в диффузорной части труб типа Вентури 8, и в этой зоне образуется множество мелких пузырьков газа. Лопасти 10 крыльчатки 9 закручивают поток сока и в диффузорной части трубы Вентури 8 происходит интенсивное смешивание сока и газа с образованием мелкодисперсной пузырьковой смеси. Размеры и количество пузырьков определяются режимом работы и конструктивными соотношениями суперкавитирующего лопастного статического смесителя 6, при этом длина суперкаверны может изменяться только в пределах диффузорной части трубы типа Вентури 8. Достаточную однородность мелкодисперсная пузырьковая смесь приобретает на расстоянии 2-5 диаметров циркуляционного трубопровода 3 от диффузорной части трубы типа Вентури 8 в зависимости от размера получаемых пузырьков. Полученная однородная мелкодисперсная пузырьковая смесь поступает в суживающийся насадок 7. Здесь, начиная от входного отверстия 21, периферийные слои движущегося потока, перемещаясь по продольным криволинейным канавкам 20, закручиваются, приводя во вращательное движение к выходу из отверстия 22 всю мелкодисперсную пузырьковую смесь. В результате на выходе из суживающегося насадка 7 получается вихревой поток, образующий фронт ударных волн (см., например, Вихревой эффект и его применение в промышленности. Меркулов М.П. М.: 1969, 325 с.). При этом взаимодействие углекислого газа, входящего в состав сатурационного газа, с известью дефекованного сока значительно ускоряется, так как чем меньше размеры образующихся за суперкавернами газовых пузырьков, тем больше давление внутри пузырька за счет сил поверхностного натяжения и тем больше скорость растворения газа в жидкости. При проходе пузырьковой смеси через фронт ударной волны происходит ускорение не только процессов растворения газа, но и процессов образования частиц СаСO₃ и адсорбции на их поверхности несахаров.

Мелкодисперсная смесь жидкость - газ -твердое после обработки в суживающемся насадке 7 попадает по касательной в стакан 2, где за счет действия центробежных сил происходит движение частиц осадка от центра к периферии, а газа, наоборот, к центру, что способствует дополнительному массообмену в системе жидкость - газ - твердое. Воздействие центробежных сил вращающейся смеси сока и газа в стакане 2 оказывает вибрационное действие на диаметрально расположенные, количеством не менее четырех, гибкие спиралеобразные направляющие 13 и приводит их в колебательное движение. Это обусловлено закреплением гибких спиралеобразных направляющих 13 одним концом у основания 14, а другим концом - у основания 15 и последующим нахождением в свободном положении по всей длине стакана 2. Мелкодисперсные твердые частицы, скоагулированные на поверхности пузырьков газа с минимальным гидравлическим сопротивлением, перемещаются по колеблющимся гибким спиралеобразным направляющим 13.

Выполнение внутри стакана диаметрально расположенных и приводимых в вибрационное колебание гибких спиралеобразных направляющих, концы которых прикреплены к нижнему основанию 14 и верхнему основанию 15 стакана 2, приводит в конечном итоге к оптимизации энергозатрат насоса 4. К моменту выхода смеси сока и пузырьков газа из стакана 2 сок окончательно освобождается от газа и последний через патрубок 19 отвода газа выводится в атмосферу за счет эрлифтного эффекта ввиду разности плотности смеси, причем скорость опускного движения внутри стакана 2 не превышает 0,1 м/с, что позволяет сформироваться осадку в агрегаты оптимальных для фильтрации размеров. Часть сока (с частицами осадка оптимальных размеров), равная объему дефекованного сока, поступающего в сатуратор, отводится через патрубок 17, установленный в нижней части емкости 1, в контрольный ящик. При этом за счет вращательного движения сока в емкости 1 наиболее крупные частицы осадка собираются у стенок емкости 1 и попадают в нижнюю часть, откуда периодически выводятся через вентиль Ногачевского.

Основная масса сока с мелкими недостаточно сформировавшимися частицами направляется на внутреннюю рециркуляцию через стакан 2 и на наружную - через циркуляционный трубопровод 3 и насос 4. Вследствие многократного мелкодисперсного смешивания сока с газом, а также кавитационно-ударного воздействия на систему жидкость - газ - твердое происходит более интенсивное и равномерное наращивание частиц СаСО₃, более полная адсорбция несахаров на их поверхности и более полное их осаждение.

Значительное ускорение массообменных процессов достигается в результате мелкодисперсного смешивания газа с жидкостью, кавитационно-ударного воздействия на систему жидкость - газ - твердое, увеличения относительных скоростей движения газ - жидкость и жидкость - твердое.

Значительное ускорение процессов достигается в результате опускного движения смеси снаружи стакана 2 на стадии формирования осадка оптимальных размеров.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что снижение длительности процесса I сатурации при высокопроцентной утилизации углекислого газа и эффективной очистки достигается путем уменьшения энергозатрат насоса, рециркулирующего массу сока.

Формула изобретения

Сатуратор для свеклосахарного производства, включающий вертикальную емкость с патрубками отвода отсатурированного сока и отработанного газа, расположенный внутри нее стакан, к которому в нижней части тангенциально подключен размещенный снаружи циркуляционный трубопровод с насосом и патрубками ввода сока и газа и установленное на трубопроводе устройство для смешивания сока и сатурационного газа, содержащее суперкавитирующий лопастной статический смеситель, отличающийся тем, что устройство снабжено размещенным в циркуляционном трубопроводе за указанным смесителем суживающимся насадком, имеющим на внутренней поверхности продольные криволинейные канавки, при этом внутри стакана диаметрально расположены приводимые в вибрационное колебание гибкие спиралеобразные направляющие, концы которых прикреплены к основаниям стакана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4