ВАКУУМ-АППАРАТ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРСОДЕРЖАЩЕГО РАСТВОРА Российский патент 1995 года по МПК C13F1/02 

Изобретение относится к оборудованию сахарной промышленности, предназначенному для кристаллизации сахарсодержащего сиропа, и может быть также использовано для кристаллизации различных веществ в пищевой и химической промышленности.

Известен вакуум-аппарат для кристаллизации сахарсодержащего раствора, включающий вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими патрубками, встроенную в него греющую камеру с центральным циркуляционным каналом, вибрационное устройство для циркуляции кристалломассы, имеющее укрепленный на вертикальном штоке дисковый толкатель с отверстиями и прикрепленными к нижней поверхности диска большими основаниями коническими соплами [1]
Недостатками данного вакуум-аппарата являются его недостаточно высокие показатели по производительности и качеству готового продукта, обусловленные быстрым затуханием колебаний по мере удаления от поверхности плоского толкателя; возможность истирания кристаллов между толкателем и заслонкой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по решаемой задаче к изобретению является вакуум-аппарат для кристаллизации сахарсодержащего раствора, включающий вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими патрубками, встроенную в него греющую камеру с центральным циркуляционным каналом, перекрытым на входе перегородкой с соплами, направленными вниз, и виброперемешивающее устройство для циркуляции кристалломассы, состоящее из штока и укрепленного на нем перфорированного дискового толкателя с соплами, направленными вниз [2]
Известному вакуум-аппарату присущи следующие недостатки:
недостаточная производительность по кристаллической фазе, вызванная не совсем эффективным истощением межкристального раствора из-за малой глубины проникновения колебаний, создаваемых плоским толкателем, в зоне циркуляционного канала;
недостаточное качество готового продукта по степени однородности кристаллов, вызванное различной скоростью их движения в циркуляционном канале, изменяющейся по параболическому закону, и соответственно колебаниями физико-химических условий их роста.

В изобретении решается техническая задача повышения производительности вакуум-аппарата посредством увеличения выхода кристалломассы при более полном истощении межкристального раствора, а также улучшения качества готовых кристаллов по их однородности путем выравнивания физико-химических условий в кристаллизате в зоне циркуляционного канала.

Сущность изобретения заключается в том, что в вакуум-аппарате для кристаллизации сахарсодержащего раствора, включающем вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими патрубками, встроенную в него греющую камеру с центральным циркуляционным каналом, перекрытым на входе перегородкой с соплами, направленными вниз, и виброперемешивающее устройство для циркуляции кристалломассы, состоящее из штока и укрепленного на нем перфорированного дискового толкателя с соплами, направленными вниз, толкатель выполнен полым, а его торцевые поверхности имеют сферическую форму и обращены выпуклостью наружу, при этом толкатель расположен в нижней части центрального циркуляционного канала с минимальным зазором между боковыми поверхностями канала и толкателя, причем сопла последнего прикреплены к его торцевым поверхностям.

На фиг. 1 изображен предлагаемый вакуум-аппарат в вертикальном разрезе; на фиг. 2 осевой разрез полого толкателя с коническими соплами; на фиг. 3 перегородка с соплами и толкателем в крайних положениях.

Вакуум-аппарат включает вертикальный цилиндрический корпус 1, установленную без зазора с корпусом греющую камеру 2, в средней части которой выполнен центральный циркуляционный канал 3, вибрационное перемешивающее устройство 4 для циркуляции кристалломассы, имеющее жестко укрепленный на вертикальном штоке 5 полый толкатель 6. Верхняя 7 и нижняя 8 торцевые поверхности толкателя равномерно перфорированы отверстиями 9, имеют сферическую форму и обращены выпуклостью наружу. Боковая поверхность 10 толкателя 6 выполнена в виде кругового прямого цилиндра. Противоположные отверстия 9 верхней 7 и нижней 8 торцевых поверхностей толкателя 6 сообщены между собой суживающимися коническими соплами 11. Сопла 11 прикреплены герметично большими 12 и малыми 13 основаниями к верхней 7 и нижней 8 торцевым поверхностям толкателя. Толкатель 6 расположен в нижней части центрального циркуляционного канала 3 с образованием минимального зазора Δ между внутренней боковой поверхностью канала 3 и наружной боковой поверхностью 10 толкателя 6. На входе в центральный циркуляционный канал 3 установлена перегородка 14, равномерно перфорированная отверстиями 15 и полностью перекрывающая его сечение. Перегородка 14 имеет суживающиеся конические сопла 16, прикрепленные большими основаниями к ее нижней поверхности под перфорационными отверстиями 15.

Аппарат снабжен виброприводом 17 для устройства 4, патрубком 18 для подачи пара в греющую камеру 2, патрубком 19 для подачи в аппарат исходного раствора, а также патрубками 20, 21, 22 соответственно для отвода из аппарата кристаллизата, конденсата и вторичного пара.

Вакуум-аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор через патрубок 19 подают в корпус 1 до погружения в него греющей камеры 2. Через патрубок 18 в камеру 2 подают греющий пар, затем включают вибропривод 17 для осуществления возвратно-поступательных механических колебаний полого толкателя 6. Одновременно в аппарате создают разрежение. В процессе возвратно-поступательных перемещений полого толкателя 6 раствор, находящийся в циркуляционном канале 3, вовлекается в пульсирующее, аксиально направленное движение сверху вниз за счет различного местного гидравлического сопротивления движению суспензии через конические сопла 11 и 16. Сопла 11, 16 в течение одного полупериода колебаний работают как конфузоры, а в течение последующего полупериода как диффузоры, или наоборот, в зависимости от направления движения толкателя. После сгущения раствора до пересыщенного состояния происходят зарождение и рост кристаллов во всем объеме аппарата.

При постоянной работе вибропривода 17 полый толкатель 6 создает в кристаллизующейся суспензии насосный эффект, причем возникают зоны периодического сжатия и разрежения. Это обеспечивает возникновение в суспензии механических колебаний, особенно в объеме циркуляционного канала 3, ограниченном перегородкой 14 и толкателем 6. Перегородка 14 частично тормозит обратное движение кристалломассы, вызванное подъемом толкателя 6, и способствует дополнительному возрастанию эффекта сжатия. При движении толкателя вниз наличие перегородки 14 усиливает эффект разрежения.

Под влиянием волн давления взвешенные в потоке суспензии кристаллы совершают колебательное движение с заданной частотой вынуждающей силы. При этом, так как плотность кристаллов несколько превышает плотность межкристального раствора, то в абсолютном движении кристаллы отстают по фазе и колеблются с амплитудами, меньшими амплитуды колебаний жидкости. Наличие периодических низкочастотных (например, инфразвуковых) волн сжатия и растяжения в сахарном кристаллизате приводит к пульсации пограничных слоев на поверхности раздела фаз "кристаллы раствор" по закону вынуждающей силы. Это обусловливает обновление межфазной поверхности и уменьшение толщины пограничного слоя на кристаллах. Таким образом, под воздействием направленного изменения гидродинамической обстановки на границе фаз вынужденной конвекцией происходит интенсификация тепломассообмена, и увеличивается выход кристаллической фазы.

При колебаниях в циркуляционном канале 3 объемного полого толкателя 6 осуществляется вытеснение суспензии, в результате чего она приходит в колебательное движение, скорость которого затухает лишь на расстояниях порядка размеров самого толкателя. Это является преимуществом по сравнению с толкателями в виде плоских дисков, поскольку при колебаниях плоской поверхности лишь в тонком слое вблизи поверхности диска движение является вихревым, а в основной массе суспензии движение остается потенциальным. Для плоской колеблющейся поверхности происходит быстрое затухание амплитуды волн, создаваемых в жидкости по экспоненциальному закону с глубиной проникновения
δ= где ν_кр кинематическая вязкость кристаллизата, м²/с;
ω угловая частота периодических колебаний, с^-1.

Это обусловлено тем, что плоскость при своих колебаниях не вытесняет кристаллизат, и поэтому он на удалении от плоского толкателя не вовлекается в колебательное движение, связанное с самой плоскостью.

Так как конические сопла 11 толкателя 6 имеют наибольшую длину в центре и постепенно уменьшающуюся к периферии, то соответственно они создают при колебаниях толкателя различные гидравлические сопротивления на трение циркулирующему потоку суспензии. Это различие проявляется в том, что сопла плавно, по параболическому закону замедляют скорость к центральной части пульсирующего потока, а в итоге происходят перераспределение эпюры скорости в циркуляционном канале и ее выравнивание, поскольку известно, что обычное течение кристаллизата в канале характеризуется параболической эпюрой скорости. Таким способом обеспечиваются малоградиентные физико-химические условия роста кристаллов в циркуляционном канале.

Вибрационное перемешивающее устройство 4 работает непрерывно в течение всего цикла уваривания кристаллизата. При этом осуществляется наращивание кристаллов за счет подпитки исходным раствором. По окончании цикла уваривания, перед спуском готового кристаллизата из вакуум-аппарата отключают разрежение и подачу пара, а затем открывают патрубок 20. Выгрузку кристаллизата осуществляют при небольшом остаточном разрежении в аппарате и работающем вибрационном перемешивающем устройстве.

Предлагаемый вакуум-аппарат позволяет повысить его производительность посредством большего выделения кристаллической фазы и более полного истощения межкристального раствора за счет меньшего затухания (большей глубины проникновения) колебаний в кристаллизате, создаваемых объемным полым толкателем. Качество готового продукта улучшается по степени однородности кристаллов, поскольку их наращивание в зоне циркуляционного канала осуществляется в выравненных условиях по температуре и пересыщению, обеспечиваемых выравниванием скорости потока кристаллизата в поперечном направлении.

Использование: изобретение относится к оборудованию сахарной промышленности. Сущность изобретения: вакуум-аппарат для кристаллизации сахарсодержащего раствора включает вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими патрубками, встроенную в него греющую камеру с центральным циркуляционным каналом, перекрытым на входе перегородкой с соплами, направленными вниз, и виброперемешивающее устройство для циркуляции кристалломассы, состоящее из штока и укрепленного на нем перфорированного дискового толкателя с соплами, направленными вниз. Толкатель выполнен полым, а его торцевые поверхности имеют сферическую форму и обращены выпуклостью наружу. Толкатель расположен в нижней части центрального циркуляционного канала с минимальным зазором между боковыми поверхностями канала и толкателя. 3 ил.

ВАКУУМ-АППАРАТ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРСОДЕРЖАЩЕГО РАСТВОРА, включающий вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими патрубками, встроенную в него греющую камеру с центральным циркуляционным каналом, перекрытым на входе перегородкой с соплами, направленными вниз, и виброперемешивающее устройство для циркуляции кристалломассы, состоящее из штока и укрепленного на нем перфорированного дискового толкателя с соплами, направленными вниз, отличающийся тем, что толкатель выполнен полым, а его торцевые поверхности имеют сферическую форму и обращены выпуклостью наружу, при этом толкатель расположен в нижней части центрального циркуляционного канала с минимальным зазором между боковыми поверхностями канала и толкателя, причем сопла последнего прикреплены к его торцевым поверхностям.