КРИСТАЛЛИЗАТОР Российский патент 1995 года по МПК C13F1/02 C13K5/00 

Изобретение относится к кристаллизационному оборудованию, в частности к конструкциям аппаратов для изогидрической кристаллизации, и может быть использовано в сахарной и молочной промышленности
Известен кристаллизатор для кристаллизации сахарных утфелей, включающий вертикальный цилиндрический корпус с теплообменной рубашкой и устройством для охлаждения, перемешивающее устройство в виде подъемного днища, соединенного сильфоном с промежуточным днищем, причем полость между днищами сообщается с насосной установкой [1]
Недостатками известного аппарата являются малая эффективность перемешивания утфельной массы, вызванная отсутствием перемешивающих элементов во внутреннем объеме корпуса; невозможность создания циркуляции утфеля по контуру внутри аппарата, из-за чего возможна седиментация кристаллов, и получаются невысокие показатели их равномерности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по решаемой задаче к изобретению является кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками, расположенную внутри него аналогичной формы обечайку с образованием между ними теплообменной рубашки, циркуляционное устройство кристаллизационной массы, состоящее из вертикальной оси и укрепленных по ее высоте лопастей, имеющих коноидальные сопла, гидропульсатор, сильфон, связывающий днище обечайки с ее боковой стенкой, и устройство для выгрузки кристалломассы [2]
Известному кристаллизатору присущи следующие недостатки:
недостаточная эффективность циркуляции суспензии из-за ориентации сопл вниз и наличия нижнего опорного подшипника, что препятствует полному поднятию во взвешенное состояние кристаллической фазы и не исключает отложений на днище;
наличие различных концентрационных условий роста кристаллов;
недостаточный выход кристаллической фазы из-за быстрого затухания колебаний в утфеле, создаваемых плоскими лопастями.

В изобретении решается техническая задача увеличения выхода кристаллического продукта и улучшения его гранулометрического состава путем интенсификации массопередачи на границе кристалл-раствор и выравнивания физико-химических условий в объеме кристаллизата.

Сущность изобретения заключается в том, что в кристаллизаторе, включающем вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками, расположенную внутри него аналогичной формы обечайку с образованием между ними теплообменной рубашки, циркуляционное устройство кристаллизационной массы, состоящее из вертикальной оси и укрепленных по ее высоте лопастей, имеющих коноидальные сопла, гидропульсатор, сильфон, связывающий днище обечайки с ее боковой стенкой, и устройство для выгрузки кристалломассы, в теплообменной рубашке в нижней части, образованной сферическими днищами, укреплена гибкая перегородка для образования рабочей камеры, а гидропульсатор подключен к ней для создания вертикальных колебаний кристалломассы, при этом каждая лопасть циркуляционного устройства образована двумя сферическими дисками, прикрепленными один к другому с образованием между ними полости, а коноидальные сопла размещены в ней таким образом, что их выходные отверстия обращены вверх.

На фиг. 1 схематично показан кристаллизатор в продольном разрезе; на фиг. 2 выносной элемент с изображением сильфонного уплотнения и кольцевой мембраны, узел I на фиг. 1; на фиг. 3 выносной элемент уплотнения устройства для выгрузки кристаллизата, узел II на фиг. 1.

Кристаллизатор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 со сферическим днищем 2 и коаксиально расположенную в нем обечайку 3 со сферическим днищем 4, образующие между собой теплообменную рубашку. Последняя разделена кольцевой мембраной 5 на две отдельные камеры верхнюю 6 и нижнюю рабочую 7. Нижнее основание обечайки 3 присоединено к сферическому днищу 4 посредством сильфонного уплотнения 8. Внутри обечайки 3 по центру установлена вертикальная ось 9, на которой жестко укреплены отдельные лопасти, изготовленные полыми в форме верхнего 10 и нижнего 11 сферических дисков, присоединенных один к другому по внешним кромкам 12. Лопасти перфорированы усеченными коноидальными соплами 13, обращенными выходными отверстиями вверх. Вертикальная ось 9 неподвижно прикреплена к крышке 14, которая снабжена патрубком 15 для начального набора перенасыщенного раствора. Камеры 6 и 7 снабжены патрубками 16 и 17 для подвода и патрубками 18 и 19 для отвода хладагента. Патрубок 19 сообщается со сливной гидролинией 20 через гидропульсатор 21. Патрубок 17 нижней рабочей камеры 7 сообщается через напорную гидролинию 22 с насосом 23, а патрубок 16 верхней камеры сообщается с насосом 23 через гидравлический дросселирующий элемент 24. В нижней части корпуса 1 расположено устройство 25 для выгрузки кристаллизата. Днище 4 примыкает к устройству 25 через кольцевую мембрану 26.

Кристаллизатор работает следующим образом.

Верхнюю камеру 6 заполняют горячей водой и разогревают аппарат до температуры начала процесса кристаллизации. Затем через патрубок 15 в корпус аппарата подают перенасыщенный раствор, например, сахарозы или лактозы до погружения в него верхней лопасти.

Затем в патрубок 17 нижней рабочей камеры 7 подают насосом 23 через напорную гидролинию 22 под избыточным давлением постоянным потоком хладагент (ледяную воду). В патрубок 16 верхней камеры 6 хладагент подают под меньшим избыточным давлением, которое снижается в гидравлическом дросселирующем элементе 24. При этом в нижней камере 7 происходят низкочастотные, преимущественно инфразвуковые колебания днища 4. Колебания днища 4 возбуждаются пульсирующим потоком охлаждающей жидкости, получаемым преобразованием постоянного потока посредством гидропульсатора 21.

По существу нижняя рабочая камера 7 выполняет функцию пульсаторного вибратора с управляемым сливом. При возрастании избыточного давления в камере 7 в результате отключения ее гидропульсатором 21 от сливной гидролинии 20 происходит перемещение днища 4 и раствора в аппарате вверх. При этом преодолевается сила тяжести от массы раствора в обечайке 3.

Затем камера 7 подключается на слив гидропульсатором 21 к гидролинии 20, давление в камере падает, и днище 4 вместе с раствором перемещается вниз (в исходное положение) за счет действия силы тяжести. В результате работы нижней рабочей камеры в режиме пульсаторного гидравлического вибратора днище 4 обечайки 3 совершает колебательные движения, передавая тем самым находящейся в аппарате дисперсной системе силовые импульсы, а под их воздействием в ней распространяются во всем объеме раствора волны деформации. При этом вертикальная ось 9 с перфорированными лопастями играет роль виброперемешивающего устройства, работающего по принципу инверсии, вибрационное движение кристаллизующегося раствора происходит относительно неподвижных перемешивающих элементов. В результате достигается тот же эффект, что и при вибрационной работе штока, происходят интенсивное перемешивание и направленная циркуляция дисперсной системы (утфеля). Форма лопастей в виде сферических дисков обеспечивает наряду с вертикальным пульсирующим транспортированием вверх потока одновременно и выравнивание скоростей в поперечном сечении из-за различной длины коноидальных сопл 13 и, следовательно, разного их сопротивления потоку в горизонтальной плоскости. Возникающие при этом силовые импульсы способствуют более интенсивному межфазному трению граней растущих кристаллов во всем растворе и приводят к увеличению массопередачи.

Кроме того, пространственная форма лопастей способствует турбулентному перемешиванию раствора на расстояниях, соизмеримых с толщиной лопастей, что уменьшает декремент затухания колебаний в кристаллизате.

Вертикальное движение кристаллизующегося раствора происходит через коноидальные сопла 13, которые позволяют создать в центральной зоне корпуса восходящее движение раствора в сторону крышки 14.

У поверхности поток разворачивается на 180^о и переходит в нисходящий поток, движующийся в кольцевом зазоре между обечайкой и лопастями.

Наличие в конструкции аппарата кольцевых мембран 5, 26 и сильфонного уплотнения 8 обеспечивает вертикальную подвижность днища 4 и возможность вибрационных перемещений. Кроме того, мембрана 26 обеспечивает герметичность горловины клапана устройства 25 для выгрузки кристаллизата во время вибраций днища 4.

По окончании процесса кристаллизации осуществляют выгрузку кристаллизата из аппарата посредством устройства 25 при работающем гидропульсаторе 21.

Подвижное днище и объемные лопасти в виде примыкающих друг к другу сферических дисков обеспечивают высокоинтенсивное, с малым затуханием по мере удаления от лопастей перемешивание на межфазной границе кристалл-раствор, что способствует более глубокому истощению межкристального раствора и увеличению выхода готового продукта. При этом улучшается и равномерность кристаллов за счет выравнивания физико-химических условий в объеме кристаллизата.

Кроме того, исключение в конструкции аппарата сложной в изготовлении подвижной обечайки и специального вибропривода перемешивающего устройства, а также использование для этой цели в качестве перемешивающего элемента подвижного днища обечайки позволяют упростить аппарат.

Использование: изобретение относится к кристаллизационному оборудованию и может быть использовано в сахарной и молочной промышленности. Сущность изобретения: кристаллизатор включает вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками, расположенную внутри него аналогичной формы обечайку с образованием между ними теплообменной рубашки, циркуляционное устройство кристаллической массы, состоящее из вертикальной оси укрепленных по ее высоте лопастей, имеющих коноидальные сопла, гидропульсатор, сильфон, связывающий днище обечайки с ее боковой стенкой, и устройство для выгрузки кристалломассы. В теплообменной рубашке в нижней ее части, образованной сферическими днищами, укреплена гибкая перегородка для образования рабочей камеры. Гидропульсатор подключен к ней для создания вертикальных колебаний кристалломассы. Каждая лопасть циркуляционного устройства образована двумя сферическими дисками, прикрепленными один к другому. 3 ил.

КРИСТАЛЛИЗАТОР, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками, расположенную внутри него аналогичной формы обечайку с образованием между ними теплообменной рубашки, циркуляционное устройство кристаллизационной массы, состоящее из вертикальной оси и укрепленных по ее высоте лопастей, имеющих коноидальные сопла, гидропульсатор, сильфон, связывающий днище обечайки с ее боковой стенкой, и устройство для выгрузки кристалломассы, отличающийся тем, что в теплообменной рубашке в нижней ее части, образованной сферическими днищами, укреплена гибкая перегородка для образования рабочей камеры, а гидропульсатор подключен к ней для создания вертикальных колебаний кристалломассы, при этом каждая лопасть циркуляционного устройство образована двумя сферическими дисками, прикрепленными один к другому с образованием между ними полости, а коноидальные сопла размещены в ней так, что их выходные отверстия обращены вверх.