КРИСТАЛЛИЗАТОР Российский патент 1996 года по МПК C13F1/02 C13K5/00 

Изобретение относится к кристаллизационному оборудованию, в частности к конструкциям аппаратов для изогидрических процессов кристаллизации сахаристых веществ в сахарной и молочной промышленности.

Известен кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный техническими патрубками и теплообменной рубашкой, установленный по оси корпуса вертикальный шток и укрепленные на нем ярусно горизонтальные диски, перфорированные конусообразными соплами, и вибропривод [1]
Недостатком известного кристаллизатора является неэффективное извлечение из раствора кристаллического продукта из-за малой относительной скорости движения кристалла и раствора, вызванной в основном вязким и переходным режимами движения кристаллов при низкочастотных гармонических колебаниях; полидисперсный состав готового продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по решаемой задаче является кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками и теплообменной рубашкой, установленное внутри корпуса устройство для перемешивания кристалломассы, состоящее из вертикальной оси и укрепленного по ее высоте ряда дисков с конусообразными соплами, направленными вверх [2]
Известный кристаллизатор имеет недостаточную производительность по кристаллическому продукту из-за влияния релаксационных процессов на колебания, возбуждаемые в растворе гармонической низкочастотной вынуждающей силой; готовому продукту присуща значительная неравномерность кристаллов.

В изобретении решается техническая задача увеличения выхода и улучшения качества кристаллического продукта путем интенсификации массопередачи на межфазной границе в результате достижения инерционных режимов движения кристаллов, а также создания малоградиентных условий кристаллизации.

Сущность изобретения заключается в том, что кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками и теплообменной рубашкой, установленное внутри корпуса устройство для перемешивания кристалломассы, состоящее из вертикальной оси и укрепленных по ее высоте ряда дисков с конусообразными соплами, направленными вверх, снабжен импульсным электродинамическим излучателем для создания колебаний кристалломассы, мембрана которого встроена в днище корпуса, а излучатель размещен снаружи последнего, при этом диски и ось выполнены полыми и сообщены между собой, а полая ось при помощи трубопроводов подключена к трубопроводам подачи и отвода хладагента, причем диаметр каждого вышерасположенного диска превышает диаметр нижерасположенного, а расстояние между дисками от нижнего к верхнему уменьшается по высоте корпуса.

На фиг. 1 изображен кристаллизатор в вертикальном разрезе; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Кристаллизатор включает вертикальный цилиндрический корпус 1 со сферическим днищем 2 и теплообменной рубашкой 3, установленный на опорах 4. Внутри корпуса 1, по его центру, проходит вертикальная полая ось 5, состоящая из труб 6 и 7, консольно и неподвижно укрепленных к крышке 8 аппарата. На оси 5 жестко закреплены горизонтальные полые диски 9, перфорированные отверстиями 10, которые имеют конусообразные сопла 11, направленные сужающейся частью вверх. Форма нижнего диска 12 соответствует форме сферического днища 2, при этом нижний диск расположен у днища с некоторым зазором и имеет по периметру направляющий усеченный конус 13, обращенный меньшим основанием вверх. Внутренние полости оси 5 и дисков 9 и 12 сообщены переходными трубками 14. В нижней части корпуса 1 непосредственно под днищем 2 установлен импульсный электродинамический излучатель 15, мембрана 16 которого встроена в днище корпуса, он подключен к импульсному генератору 17. Аппарат имеет устройство для отвода кристаллизата в виде задвижки 18, а также патрубки 3 и 20 для подвода хладагента 19 соответственно в теплообменную рубашку и в трубу 6. Для отвода хладагента из рубашки и трубы 7 служат патрубки 21 и 22 соответственно. Крышка 8 снабжена патрубком 23 для начального набора пересыщенного раствора.

Полые диски 9 и 12 разделены внутри диаметральной перегородкой 24 и фигурными перегородками 25-28 для образования каналов течения хладагента. Трубы 6 и 7 имеют отверстия 29 и 30 для подвода и отвода хладагента в полости дисков 9 и 12.

Кристаллизатор работает следующим образом.

Теплообменную рубашку 3 и полые диски 9 и 12 заполняют горячей водой и разогревают аппарат до температуры начала процесса кристаллизации, затем через патрубок 23 в корпус аппарата подают сахарный утфель или перенасыщенный раствор лактозы до погружения в него верхнего диска 9.

После этого в теплообменную рубашку 3 и в полые диски 9 и 12 подают хладагент, расход которого устанавливают таким образом, чтобы обеспечивался заданный технологическим режимом темп охлаждения кристаллизующего раствора. С момента подачи хладагента включается к импульсному генератору 17 электродинамический излучатель 15.

Для интенсификации массопередачи при кристаллизации сахарсодержащих дисперсных систем в акустически сложных условиях, например, на границе раздела фаз "кристалл-раствор" при сложном полидисперсном составе утфелей наиболее эффективно не узкополосное гармоническое воздействие вынуждающей силой на одной фиксированной частоте, а широкополосное. Осуществить такое воздействие с высокой эффективностью можно апериодическим широкополосным источником, в качестве которого используется импульсный излучатель.

При питании электродинамического излучателя 15 от импульсного генератора 17 осуществляется электромагнитный способ генерирования импульсов. Прохождение электрического импульса через соленоид излучателя 15 наводит в мембране 16 вихревые токи, в результате чего возникают силы отталкивания, и мембрана посылает в утфель мощный импульс давления с крутым переходным фронтом длительностью от долей до сотен микросекунд. Такие импульсы давления по спектру соответствуют диапазону частот 1-50 кГц. При этом кристаллы, как более инерционные, чем межкристальный раствор, отстают в своих перемещениях от раствора и осуществляют движение в нем с высокой относительной скоростью. Инерционный режим движения кристаллов достигается при отношении времени релаксации τ к длительности импульса T, превышающем τ/T>20.

При работе импульсного электродинамического излучателя 15 одновременно обеспечивается вертикальная пульсационная циркуляция кристаллизующегося раствора в корпусе. Сопла 11 на дисках 9 и 12 создают насосный эффект, инверсионный тому, который возникал бы при возвратно-поступательных перемещениях собственно штока с дисками в растворе. Через диски кристалломасса поднимается от днища аппарата к свободной поверхности утфеля, а в кольцевом зазоре между пакетом дисков 9 и 12 и корпусом 1 образуется опускной поток.

Усеченный конус 13 совместно с соплами 11 нижнего диска 12 обеспечивает двухступенчатый разгон утфеля и улучшает подъем кристаллов от днища 2.

Конструкция на оси 5 дисков 9 и 12 с постепенно увеличивающимся по направлению вверх диаметром d₁>d₂>d₃>d₄ и уменьшающимся шагом их размещения h₁<h₂<h₃ обеспечивает наилучшую циркуляцию суспензии.

Это связано с наличием эффекта ослабевания распространения волн давления в утфеле по мере удаления от источника их образования, т. е. от мембраны 16.

Проточная циркуляция хладагента в полых дисках 9 и 12 осуществляется последовательно по каждой их половине с использованием системы перегородок 24-28 и отверстий 29 и 30 в трубах 6 и 7, а также переходных трубок 14. При этом выравниваются физико-химические условия кристаллизации в объеме утфеля. По окончании процесса кристаллизации утфеля осуществляют выгрузку аппарата через задвижку 18.

Кристаллизатор позволяет увеличивать выход кристаллического продукта за счет достижения наилучших условий инерционного режима движения кристаллов в утфеле, а следовательно, интенсификации массопередачи на гранях кристаллов путем уменьшения окружающего их пограничного слоя. Одновременно улучшается равномерность гранулометрического состава кристаллов, что очень важно для центрифугирования утфелей, так как кристаллизация проходит в малоградиентных температурных и концентрационных условиях при двойной системе охлаждения.

Использование: изобретение относится к кристаллизационному оборудованию и может быть использовано в сахарной и молочной отраслях промышленности. Сущность: кристаллизатор включает вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками и теплообменной рубашкой, установленное внутри корпуса устройство для перемешивания кристалломассы, состоящее из вертикальной оси и укрепленных по ее высоте ряда дисков с конусообразными соплами, направленными вверх. Кристаллизатор снабжен импульсным электродинамическим излучателем для создания колебаний кристалломассы, мембрана которого встроена в днище корпуса. Излучатель размещен снаружи последнего. Диски и ось выполнены полыми и сообщены между собой. Полая ось при помощи трубопроводов подключена к трубопроводам подачи и отвода хладагента. 2 ил.

КРИСТАЛЛИЗАТОР, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками и теплообменной рубашкой, установленное в корпусе устройство для перемешивания кристалломассы, состоящее из вертикальной оси и укрепленного по ее высоте ряда дисков с конусообразными соплами, направленными вверх, отличающийся тем, что он снабжен импульсным электродинамическим излучателем для создания колебаний кристалломассы, мембрана которого встроена в днище корпуса, а излучатель размещен снаружи последнего, при этом диски и ось выполнены полыми и сообщены между собой, а полая ось при помощи трубопроводов подключена к трубопроводам подачи и отвода хладагента, причем диаметр каждого вышерасположенного диска превышает диаметр нижерасположенного, а расстояние между дисками от нижнего к верхнему уменьшается по высоте корпуса.