УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ДЕНАТУРИРОВАННОГО СПИРТА Российский патент 2002 года по МПК B01F3/08 C12F5/00 

Изобретение относится к установкам для перемешивания жидких сред в пищевой, химико-фармацевтической промышленностях и может быть использовано для непрерывного приготовления денатурированного спирта.

Процесс получения денатурированного спирта основан на перемешивании спирта с денатурирующей добавкой, в результате чего происходит многократное перемещение частиц текущей среды относительно друг друга во всем объеме аппарата, вызванное действием импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей жидкости или газа. В пищевой промышленности широкое распространение получили процессы перемешивания в жидких средах. При этом для экономичного проведения процесса желательно, чтобы требуемый эффект перемешивания достигался за наиболее короткий период времени. Интересным решением для повышения качества массообменных процессов является конструкция смесителя по патенту 2060806 (БИ 15, 27.05.96). Смеситель содержит смесительную камеру, распределительные камеры, соединенные с входными патрубками и смесительной камерой, вертикальный входной патрубок, соединенный непосредственно со смесительной камерой узел смешивания, выходной патрубок, при этом распределительные камеры размещены коаксиально вокруг вертикального патрубка и разделены по крайней мере на две полости, сообщающиеся между собой. Предложенное конструктивное расположение элементов увеличивает степень перемешивания, но характеризуется сложностью конструкции.

Известна камера смешения по заявке N 93040049/26, БИ N 2 20.01.96. Интенсификацию массообменных процессов достигают за счет снабжения камеры смешивания, выполненной в виде цилиндрического корпуса, распределителем высоконапорного компонента цилиндрической формы с отверстиями на боковой поверхности, погруженным в проточную часть корпуса. При этом распределитель установлен соосно корпусу внутри заглушенной цилиндрической обечайки, причем распределитель и обечайка соединены пружиной, соосной им, отверстия на распределителе имеют прямоугольную форму и расположены продольно корпусу, а цилиндрическая обечайка снабжена подводящим патрубком. Предложенное конструктивное решение позволяет создать несколько областей смешивания струи одной жидкости, поступившей под напором в основную жидкость.

Простейшим способом перемешивания является перемешивание в трубе. Перемешивание в трубе происходит в режиме движения, называемом турбулентным, предполагающим, что при высоких скоростях отдельные слои потока беспорядочно перемешиваются между собой и в каждой точке потока (даже в условиях установившегося движения) имеется место быстрого изменения скорости пульсации около некоторого ее среднего значения W%. Таким способом перемешивания можно пользоваться только при условии создания режима турбулентного потока и длине трубы, достаточной для обеспечения заданного среднего времени пребывания жидкости в трубе. Часто, для улучшения перемешивания жидкостей, в трубу помещают специальные вставки, винтовые насадки и инжекторные (А. К. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии, издательство "Химия", М. , 1971, с. 273).

Недостатком рассмотренного типа смесителя является требование к длине трубы, что увеличивает габариты установок для смешения.

Общим недостатком выше представленных устройств для смешивания жидких сред является то, что они решают проблему улучшения массообмена и достижения высокой степени перемешивания путем совершенствования узла смешивания, не используя функциональные возможности единой установки для получения гомогенной смеси, например денатурированного спирта.

В качестве прототипа выбрана установка, реализующая способ приготовления денатурированного спирта, содержащая соединенные между собой системой трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой мерник этилового спирта, центробежный насос и технологическую емкость, в которой производят денатурацию спирта. Для этого из хранилища в технологическую емкость подают необходимое количество этилового спирта и заранее отмеренное расчетное количество диэтилфталата. По окончании загрузки спирта и диэтилфталата производят их смешение путем многократной циркуляции раствора с помощью насоса. Технологическая инструкция по производству денатурированного спирта (денатурата) по ТУ 91182-045-11726438-99, ТИ 11726438-10-98. Рассмотренная установка, реализующая способ, характеризуется низкой производительностью, так как смешивание спирта с денатурированной добавкой происходит в технологической емкости и требует значительных временных и энергетических затрат.

Задачей изобретения является создание несложной высокопроизводительной установки для приготовления денатурированного спирта в непрерывном процессе.

Технологическими результатами являются:
- повышение качества подготовки смеси;
- интенсификация массообменных процессов;
- снижение длительности процесса;
- снижение энергозатрат.

Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных технических результатов стало возможно благодаря тому, что известная установка для приготовления денатурированного спирта, включающая соединенные между собой системой трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой мерник этилового спирта, насос с выпускным патрубком и технологическую емкость, установка дополнительно снабжена герметичной емкостью для денатурирующей добавки, оборудованной запорной арматурой для подвода сжатого воздуха и связанной с расходомером для подачи денатурирующей добавки, установка также дополнительно снабжена трубой, заполненной турбулизирующим наполнителем и оборудованной сетками, установленными на входе и выходе трубы, и подводящим патрубком, установленным около ее входа, при этом на входе труба соединена через трубопровод с мерником этилового спирта, на выходе через трубопровод с центробежным насосом и через подводящий патрубок и трубопровод с расходомером для подачи денатурирующей добавки, а технологическая емкость дополнительно оборудована выпускным патрубком, установленным в ее нижней части и трубчатым распределителем в виде тора с диаметром, близким к внутреннему диаметру технологической емкости и установленным в горизонтальной плоскости ее верхней части, при этом по внешней стороне тороидального распределителя в его стенке выполнены сквозные отверстия, обращенные к внутренней поверхности технологической емкости, суммарная площадь отверстий равна площади поперечного сечения выпускного патрубка насоса, а распределитель оборудован подводящим патрубком и соединен с выпускным патрубком насоса.

Предложенное конструктивное решение придает установке стабильность в эксплуатации, направляет деятельность основных узлов установки на участие в процессе смешивания, что повышает качество подготовки смеси в течение однократного прохождения по технологической цепочке. Таким образом, предложенная установка позволяет снизить длительность процесса и уменьшить энергозатраты, а также снизить эксплутационную нагрузку на насос в течение одного технологического цикла, так как в прототипе требуемую степень смешивания достигают прокачиванием смеси через насос несколько раз.

Сущность изобретения иллюстрируют фиг. 1, на которой схематично изображен разрез по А-А установки; фиг. 2, на которой показан вид сверху технологической емкости с распределителем; фиг. 3, на которой показан разрез технологической емкости с распределителем по А-А.

Установка включает мерник этилового спирта 1 и трубопровод 2, соединенный с входом трубы 3, герметичную емкость 4 для денатурирующей добавки, снабженной запорной арматурой 5 для подвода сжатого воздуха, расходомер 6 и трубопровод 7, соединенный с патрубком 8 и трубы 3. Труба 3 заполнена турбулизирующим наполнителем 9 и оборудована на входе и выходе сетками 10. Выход трубы соединен с центробежным насосом 11. Технологическая емкость 12 с выпускным патрубком 13 снабжена распределителем 14 в виде тора. Распределитель 14 оборудован подводящим патрубком 15, соединенным через трубопровод 16 с выходным патрубком 17 центробежного насоса 11. В стенке распределителя 14, обращенной к внутренней поверхности 18 технологической емкости 12 исполнены сквозные отверстия 19 (фиг. 3).

Установка работает следующим образом. Этиловый спирт отмеривают мерником 1 и по трубопроводу 2 через сетку 10, установленную на входе, подают в трубу 3. Денатурирующую добавку отмеривают на весах (на фиг. 1 не показаны) и подают в герметичную емкость 4 для денатурирующей добавки, откуда с помощью давления, создаваемого за счет подачи в эту емкость через запорную арматуру 5 сжатого воздуха, через расходомер 6 и трубопровод 7, подсоединенный к патрубку 8 денатурирующую добавку в расчетном количестве, подают в трубку 3. Объединенная смесь, проходя единым потоком через турбулизирующий наполнитель 9, приобретает свойства турбулентного потока, обеспечивающее беспорядочное перемешивание между собой и за счет пульсации в каждой точке потока.

Дополнительный импульс для перемешивания смеси получает извне при прохождении через центробежный насос 11. Из центробежного насоса 11 по трубопроводу 16 смешанный поток денатурированного спирта поступает под напором через подводящий патрубок 15 в распределитель 14, оттуда изливается в виде высоконапорных струй через сквозное отверстие 19 в сторону внутренней поверхности 18 технологической емкости 12. По внутренней поверхности 18 практически идеально смешанный поток стекает тонким слоем вниз технологической емкости 2, откуда через выпускной патрубок 13 готовый денатурированный спирт отбирают в хранилище (на фиг. 1 не показано). В отличие от прототипа этот результат достигают при однократном прокачивании жидкости через насос, что снижает энергозатраты. Совмещение смешивающего действия трубы с наполнителем, перемешивающем в насосе, распределителе и емкости, позволило устранить основной недостаток трубы - зависимость степени смешивания от длины смешивающего устройства.

Пример.

Для приготовления денатурированного спирта берут
- этиловый спирт, л, 80000
- денатурирующая добавка, л, 50
- длина трубы с турбулизирующим наполнителем, м, 2,2
- суммарная площадь сквозных отверстий распределителя, мм², 5024
- площадь поперечного сечения патрубка насоса, мм², 5024
- длительность процесса приготовления денатурированого спирта, мин, 80
- потребление энергии, кВт, 39
При таких же показателях для установки по прототипу:
Длительность приготовления процесса денатурированного спирта, мин, 320
Потребление энергии, кВт, 160
Как видно из примера, предлагаемая установка промышленного применима и позволяет, по сравнению с прототипом, сократить время получения денатурированного спирта в 4 раза и потребление энергии в 4,1 раза. Отклонение суммарной площади сквозных отверстий распределителя от площади поперечного сечения выпускного патрубка насоса в меньшую сторону ведет к снижению производительности центробежного насоса, а отклонение в большую сторону влечет падение скорости струй, истекающих из распределителя и, как следствие, снижение качества окончательного перемешивания.

Положительными свойствами установки является простота эксплуатации, отсутствие сложных узлов и соединений, что повышает ее надежность и гарантированное достижение высокой степени смешивания. Практически установка позволяет замкнуть цикл и гарантировать стабильное качество продукции. Из предшествующего уровня видно, что усовершенствования в основном касаются смешивающего узла и не рассматривают создание единой системы, что говорит о новизне и полезности предлагаемого решения.

Изобретение относится к установкам для перемешивания жидких сред в пищевой, химико-фармацевтической отраслях промышленности и может быть использована для непрерывного приготовления денатурированного спирта. Установка снабжена герметичной емкостью для денатурирующей добавки, оборудованной запорной арматурой для подвода сжатого воздуха и связанной с расходомером для ее подачи и трубой, заполненной турбулизирующим наполнителем с сетками и патрубком. На входе трубу соединяют с мерником этилового спирта, на выходе - с центробежным насосом и через подводящий патрубок с трубопроводом для подачи денатурирующей добавки. Емкость оборудована выпускным патрубком и распределителем в виде тора со сквозными отверстиями по его внешней стороне и патрубком, соединенным через трубу с выпускным патрубком насоса. Суммарная площадь отверстий равна площади поперечного сечения выпускного патрубка насоса. Технический результат состоит в повышении надежности, интенсификации массообменных процессов, уменьшении энергозатрат. 3 ил.

Установка для приготовления денатурированного спирта, включающая соединенные между собой системой трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой мерник этилового спирта, центробежный насос с выпускным патрубком и технологическую емкость, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена герметической емкостью для денатурирующей добавки, оборудованной запорной арматурой для подвода сжатого воздуха и связанной с расходомером для подачи денатурирующей добавки, установка также дополнительно снабжена трубой, заполненной турбулизирующим наполнителем и оборудованной сетками, установленными на входе и выходе трубы, и подводящим патрубком, установленным около ее входа, при этом на входе труба соединена через трубопроводы с мерником этилового спирта, на выходе - с центробежным насосом и через подводящий патрубок с трубопроводом с расходомером для подачи денатурирующей добавки, а технологическая емкость дополнительно оборудована выпускным патрубком, установленным в ее нижней части, и трубчатым распределителем, выполненным в виде тора с диаметром, близким к внутреннему диаметру технологической емкости, и установленным в горизонтальной плоскости ее верхней части, при этом по внешней стороне тороидального распределителя в его стенке выполнены сквозные отверстия, обращенные к внутренней поверхности технологической емкости, и суммарная площадь отверстий равна площади поперечного сечения выпускного патрубка насоса, а распределитель оборудован подводящим патрубком и соединен с выпускным патрубком насоса.