устройство для сатурации сахаросодержащего раствора

Формула изобретения

Устройство для сатурации сахаросодержащего раствора, включающее вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими патрубками, расположенными в нем диспергаторами сатурационного газа и размещенным над ними циклоном, служащим для отделения газа от раствора, и установленный снаружи корпуса цилиндрический смеситель, подключенный трубопроводом к циклону и содержащий жидкостно-газовый инжектор для предварительного сатурирования раствора, отличающееся тем, что смеситель снабжен жидкостно-жидкостным инжектором для смешивания сахаросодержащего раствора с известковым молоком и его дефекации непосредственно перед предварительным сатурированием, при этом его камера смешения расположена в приемной камере жидкостно-газового инжектора и имеет выходной участок в виде конфузора, в котором установлен конусный делитель, образующий с ним сопло для подачи дефекованного раствора в приемную камеру газожидкостного инжектора.

Описание изобретения к патенту

Устройство для сатурации сахарсодержащего раствора относится к оборудованию сахарной промышленности и используется для проведения непрерывного процесса сатурации при очистке диффузионного сока и клеровки сахара-сырца.

Известен сатуратор для сатурации сахарсодержащего раствора [Дефекосатуратор для густых сахарных растворов / М.И.Даишев, Г.Т.Демиденко, К.П.Захаров, И.П.Назаренко // Труды Краснодарского научно-исследовательского института пищевой промышленности, т.III, 1966 г. - С.26-29], представляющий собой цилиндрический аппарат с коническим днищем и центральной цилиндрической вставкой, состоящей из наружной трубы, в которой соосно установлена циркуляционная труба меньшего диаметра, при этом в нижней части цилиндрической вставки образуется кольцевое пространство, отделенное от верхней части конфузором. Патрубки подачи сахарного раствора и известкового молока вварены в трубопровод для смешивания и подачи смеси в кольцевое пространство и затем - в зону барботажной сатурации. Обрабатываемый сок циркулирует в контуре: зона барботажной сатурации - циркуляционная труба.

Недостатками известного дефекосатуратора являются малая эффективность смешивания сахарного раствора и известкового молока в подводящем трубопроводе вследствие малой скорости жидкостей и отсутствия специальных перемешивающих устройств; опасность вспенивания раствора при медленном снижении щелочности в растворе при сатурации и образования сахаратов кальция; низкая эффективность очистки сахарного раствора вследствие образования крупных кристаллов СаСО₃ и недостаточной площади их суммарной сорбционной поверхности при барботажной сатурации; сложность очистки кольцевого пространства циркуляционной вставки от осадка кристаллов СаСО₃; низкий коэффициент утилизации СО₂ из сатурационного газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для сатурации сахарсодержащего раствора, включающее вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими патрубками, расположенными в нем диспергаторами сатурационного газа и размещенным над ними циклоном, служащим для отделения газа от раствора, и установленный снаружи корпуса цилиндрический смеситель, подключенный трубопроводом к циклону и содержащий жидкостно-газовый инжектор для предварительного сатурирования раствора [патент RU № 2196829, кл. С 13 D 3/04, 2003].

Недостатками известного устройства для сатурации сахарсодержащего раствора являются:

- невозможность осуществления одновременной дефекосатурационной обработки преддефекованного сока при переработке свеклы низкого качества с наличием корнеплодов, пораженных слизистым бактериозом;

- низкие фильтрационные свойства осадка СаСО₃, образующегося при высокой концентрации ионов Са²⁺ и СО₃ ^2-, а также низкое качество соков, вызванное разложением редуцирующих веществ при больших значениях рН;

- сильное пенение при сатурировании густых растворов клеровки сахара-сырца, затрудняющее возможность проведения процесса, из-за образования углекальциевых сахаратов, придающих раствору желеобразную структуру с очень высокой вязкостью;

- низкий коэффициент утилизации СО₂ из сатурационного газа, вызванный недостаточным парциальным давлением в цилиндрическом смесителе, определяемым только высотой столба газожидкостной смеси.

Техническим результатом изобретения является повышение фильтрационных свойств осадка карбоната кальция, уменьшение цветности сахарсодержащих растворов, уменьшение пенения и повышение коэффициента утилизации диоксида углерода из сатурационного газа.

Этот результат достигается тем, что в устройстве для сатурации сахарсодержащего раствора, включающем вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими патрубками, расположенными в нем диспергаторами сатурационного газа и размещенным над ними циклоном, служащим для отделения газа от раствора, и установленный снаружи корпуса цилиндрический смеситель, подключенный трубопроводом к циклону и содержащий жидкостно-газовый инжектор для предварительного сатурирования раствора, смеситель снабжен жидкостно-жидкостным инжектором для смешивания сахарсодержащего раствора с известковым молоком и его дефекации непосредственно перед предварительным сатурированием, при этом его камера смешения расположена в приемной камере жидкостно-газового инжектора и имеет выходной участок в виде конфузора, в котором установлен конусный делитель, образующий с ним сопло для подачи дефекованного раствора в приемную камеру газожидкостного инжектора.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображен продольный разрез устройства для сатурации сахарсодержащего раствора.

Устройство для сатурации сахарсодержащего раствора включает вертикальный цилиндрический корпус 1 и цилиндрический смеситель 2, установленный снаружи корпуса. На крышке смесителя установлены последовательно соединенные по движению раствора жидкостно-жидкостный инжектор для смешивания сахарсодержащего раствора с известковым молоком и жидкостно-газовый инжектор для предварительного сатурирования раствора. Жидкостно-жидкостный инжектор включает приемную камеру 3, снабженную патрубком 4 для подачи известкового молока, прикрепленного по касательной, и соосно установленным соплом 5 подачи сахарсодержащего раствора. Камера смешения 6 жидкостно-жидкостного инжектора расположена в приемной камере 7 жидкостно-газового инжектора. Приемная камера 7 снабжена патрубком подачи сатурационного газа 8. Выходной участок камеры смешения 6 выполнен в виде конфузора 9, в котором установлен конусный делитель 10. Конфузор и конусный делитель образуют сопло 11 для подачи дефекованного раствора в приемную камеру жидкостно-газового инжектора. Камера смешения 12 жидкостно-газового инжектора расположена внутри смесителя соосно его цилиндрической обечайке.

Верхняя часть смесителя 2 подключена трубопроводом 13 к циклону 14, расположенному в газовом пространстве корпуса 1. При этом трубопровод 13 присоединен к циклону по касательной. Внутри циклона установлена поворотная дугообразная заслонка 15. Под циклоном укреплена распределительная тарелка 16. Нижний выходной патрубок циклона находится под уровнем раствора в распределительной тарелке.

По центру вертикального цилиндрического корпуса 1 установлена цилиндрическая циркуляционная труба 17, внутри которой находятся диспергаторы сатурационного газа 18. Нижняя часть цилиндрического корпуса 1 трубопроводом 19 соединена с контрольным ящиком 20.

Устройство для сатурации сахарсодержащего раствора работает следующим образом. В приемную камеру 3 жидкостно-жидкостного инжектора по патрубку 4 по касательной подается известковое молоко, а через сопло 5 - сахарсодержащий раствор. Известковое молоко инжектируется раствором. Вследствие того, что известковое молоко приобретает вращательное движение, процесс смешивания его с сахарсодержащим раствором интенсифицируется и длина камеры смешения 6 жидкостно-жидкостного инжектора значительно уменьшается. В камере смешения 6 поддерживается повышенное статическое давление. Кроме того, движущаяся с большой скоростью жидкая смесь "сахарсодержащий раствор - известковое молоко" обладает значительной кинетической энергией. Дефекованный раствор выходит с большой скоростью через камеру смешения 6 в сопло 11 и в виде отдельных струй поступает в приемную камеру 7 жидкостно-газового инжектора. Расчетное количество сатурационного газа подается через патрубок 8 в приемную камеру 7, инжектируется дефекованным сахарсодержащим раствором и поступает в камеру смешения 12, где происходит интенсивное перемешивание жидкой и газовой фаз. Вследствие большого газосодержания газожидкостная смесь приобретает пенную структуру и выходит из камеры смешения 12 в нижней части смесителя 2. Газожидкостная поднимается в верхнюю часть смесителя 2 и по трубопроводу 13 поступает в циклон 14, приобретает вращение и разделяется на жидкую и газовую фазы. Площадь выходного отверстия трубопровода 13 для подачи газожидкостной смеси в циклон 14 регулируется положением поворотной дугообразной заслонки 15. При уменьшении площади выходного отверстия возрастает перепад давления на входе потока в циклон 14 и, соответственно, возрастает статическое давление в смесителе 2 и наоборот. Предварительно отсатурированный раствор поступает на распределительную тарелку 16 и равномерно распределяется по сечению вертикального цилиндрического корпуса 1. Оставшаяся часть сатурационного газа подается под нижний диспергатор 18. Газ дробится на отдельные пузырьки и барботирует через поднимающийся рециркулирующий раствор. Газожидкостная смесь внутри циркуляционной трубы 17 поднимается вверх, газ отделяется и удаляется в атмосферу, а сахарсодержащий раствор опускается вниз по кольцевому каналу между корпусом 1 и циркуляционной трубой 17. Отсатурированный сахарсодержащий раствор по трубопроводу 19 отводится из нижней части цилиндрического корпуса 1 в контрольный ящик 20.

Вследствие подвода известкового молока в приемную камеру жидкостно-жидкостного инжектора по касательной и придания ему вращательного движения происходит эффективное смешивание его с сахарсодержащим раствором в камере смешения и подача в жидкостно-газовый инжектор через минимальное время, равное долям секунды. Практически известковое молоко и сатурационный газ подводятся в сахарсодержащий раствор одновременно, благодаря чему в течение всего процесса сатурации поддерживается определенная требуемая величина рН.

Такой способ проведения I сатурации позволяет избежать высокой щелочности, что положительно влияет на фильтрационные свойства осадка и качество соков. Поскольку дефекация и сатурация осуществляются одновременно при оптимальной щелочности, то концентрация ионов Са²⁺ и СО₃ ^2- сравнительно невелика. Более низкая величина рН по сравнению с раздельной дефекацией и сатурацией, поддерживаемая во время процесса одновременной дефекосатурации, способствует также уменьшению степени диссоциации Н₂ СО₃ и количества свободных ионов СО₃ ^2-, способных реагировать с ионами Са²⁺. Таким образом, концентрация ионов Са²⁺ и СО₃ ^2- при одновременной дефекосатурации ниже, чем при раздельной. Вследствие этого СаСО₃ кристаллизуется из менее пересыщенных растворов и в течение более продолжительного времени, что обеспечивает образование кристаллов СаСО₃ больших размеров и сводит к минимуму образование мелких, как это происходит из растворов со значительным пересыщением. Кроме того, при более низкой щелочности в процессе I сатурации меньше образуется углекальциевых сахаратов, затрудняющих фильтрацию, и меньше разлагаются редуцирующие вещества, в результате чего сок получается с меньшей цветностью (см. стр.38-39. Бугаенко И.Ф. Повышение эффективности свеклосахарного производства. Часть III. Очистка сока. М.: «Телер», 2001).

Двухфазный поток в прямоточной камере смешения жидкостно-газового инжектора и выносном смесителе имеет пенную структуру с большой поверхностью массопередачи и высокой скоростью хемосорбции. В результате образуются кристаллы СаСО₃ с высоким положительным зарядом поверхности, что обеспечивает эффективную очистку сахарсодержащего раствора. При барботажной сатурации происходит дальнейшее наращивание кристаллов СаСО₃. При этом на вновь образующейся поверхности кристаллов осаждается дополнительное количество несахаров и кристаллы агломерируются, что обеспечивает хорошие седиментационные и фильтрационные свойства сатурационного осадка.

В результате повышенного статического давления в смесителе увеличивается парциальное давление CO₂ и, соответственно, движущая сила процесса хемосорбции, что приводит к увеличению коэффициента утилизации диоксида углерода до 80-85%, что значительно выше, чем в барботажных сатураторах.

Большие скорости жидкостных и газожидкостных потоков обеспечивают механическую очистку рабочих поверхностей жидкостно-жидкостного и жидкостно-газового инжекторов от зарастания их кристаллами СаСО₃. Кроме того, крепление приемной камеры жидкостно-газового инжектора к крышке выносной вертикальной цилиндрической обечайки обеспечивает при необходимости быструю замену инжектора на запасной с последующей очисткой в условиях мастерской сахарного завода с возможностью частичной или полной разборки.