Аппарат для гидролиза растительного сырья Советский патент 1992 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к гидролизной промышленности и предназначено для получения фурфуролсодержащего пара (ФСП) из растительного сырья прямым способом.

Известен аппарат непрерывного действия для получения ФСП и гексозных Сахаров из растительного сырья, который представляет собрй вертикальную колонну, оборудованную питателями роторного типа. Внутри аппарата в верхней его части установлен ороситель, предназначенный для равномерного орошения сырья варочной кислотой при загрузке его в аппарат.

В центральной части аппарата установлен трубопровод, снабженный в нижней части распылительной головкой для подачи греющего пара в зону пентозного гидролиза на отгонку фурфурола. На урогне расположения распылительной головки по периферии аппарата размещено несколько штуцеров также для ввода греющего пара

на отгонку фурфурола. Отвод ФСП осуществляется через штуцер, расположенный на крышке аппарата. В зону действия распылительной головки подведен трубопровод для подачи варочной кислоты. У днища аппарата установлен ворошитель, жестко закрепленный на центральном валу. На этом же валу с наружной стороны днища смонтирован самоочищающийся пластинчатый фильтр для разделения гидролизата и лигнина, снабженный штуцером для подвода воды на отмывку и патрубками для вывода лигнина, к которым присоединены шлюзовые разгружатели.

Недостатки известного аппарата следующие.

Увеличение скорости пара при вводе его в аппарат через стационарно установленные штуцеры и распылительную головку приводит к неравномерному распределению пара по сечению аппарата, в результате

ч кэ ho

ел

го о

чего в массе сырья происходит образование постоянных каналов, куда устремляется основная часть потока пара. На практике это явление приводит к существенному снижению выхода фурфурола, так как нарушается принцип его равномерного вытеснения вследствие увеличения объема непродуваемых зон, где значительная часть образующего фурфурола разрушается.

Увеличение скорости подачи пара приводит также к уносу мелких частиц сырья, что осложняет последующие стадии технологического процесса. В связи с этим реальную скорость движения пара ограничивают до величины 0,12-0,15 м/с, при которой не происходит заметный унос мелких частиц сырья и не наблюдается эффект канало- и поршнеобразования, но при этом снижается выход фурфурола.

Известен также аппарат непрерывного действия для получения фурфуролсодержа- щего пара (ФСП) из одубины прямым способом без применения минеральных катализаторов.

Аппарат представляет собой вертикальный корпус колонного типа, имеющий форму усеченного конуса. Вверху он снабжен загрузочной горловиной с питателем и штуцером для отбора ФСП. В нижней части корпуса установлен ворошитель, представляющий собой две плоские лопасти, укрепленные на вертикальном валу, имеющем привод вращения. Лопасти ворошителя повторяют форму эллиптического днища аппарата, вал ворошителя пропущен через днище и имеет сальниковое уплотнение. В днище корпуса выполнены два окна для выхода целлолигнина, а под днищем установлено выгрузное устройство, состоящее из трех шнеков и выгружателя клапанного типа. Подача греющего пара осуществляется стационарно посредством нескольких стационарно установленных штуцеров, из которых 4 расположены в нижней части корпуса аппарата, а 4 других - по его высоте.

В известном аппарате также невозможно повысить выход фурфурола с единицы его полезного объема вследствие существования ограничений по скорости подачи греющего пара, указанных выше. Упомянутые ограничения обусловлены стационарным размещением подающих пар штуцеров, при котором всякое увеличение скорости подачи греющего пара сверх величины 0,12- 0,15 м/с приводит к значительной неравномерности его распределения по сечению сырья вследствие вспучивания сырья и образования прямоточных каналов в массе сырья, через которые уходит основное

количество греющего пара, что приводит к неравномерности прогрева сырья, а следовательно, к резкому снижению скорости извлечения фурфурола, его разрушению в

непрогреваемых зонах и в конечном итоге к снижению его выхода.

Целью изобретения является повышение выхода фурфурола с единицы рабочего объема аппарата за счет увеличения скоро0 сти подачи греющего пара.

Указанная цель достигается тем, что в аппарате для гидролиза растительного сырья, содержащем вертикальный корпус колонного типа с загрузочной горловиной,

5 питатель сырья, ворошитель с плоскими лопастями, штуцеры для подвода греющего пара и отвода фурфуролсодержащего пара, выгружатель согласно изобретению, лопасти ворошителя имеют полости, сообщен0 ные со штуцером подвода греющего пара, верхняя сторона лопастей выполнена горизонтальной и снабжена направленными вертикально вверх отверстиями для выхода пара.

5 При вращении лопастей ворошителя греющий пар равномерно распределяется по всей площади поперечного сечения рабочего объема аппарата, что позволяет поддерживать скорость пара практически

0 одинаково высокой в любой точке объема сырья, избегая при этом таких отрицательных эффектов, как вспучивание сырья и ка- налообразование. В реальных условиях проведения фурфурольных варок предло5 женный аппарат позволяет довести скорость потока пара в сырье до величины, в полтора-два раза превышающей допустимую скорость в прототипе. Благодаря этому резко сокращаются потери фурфурола и

0 увеличивается его выход на 10-17% с единицы объема аппарата.

На фиг. 1 схематично показан аппарат, продольный разрез; .на фиг2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - узел ввода пара в воро5 шитель, продольный разрез; на фиг,4 - лопасть ворошителя, поперечный разрез.

Аппарат непрерывного действия, предназначенный для получения фурфуролсодержащего пара из растительного сырья

0 прямым способом без применения минеральных катализаторов, представляет собой вертикальный сосуд колонного типа. Корпус 1 аппарата имеет в верхней части коническую расширяющуюся книзу форму,

5 а в нижней части - цилиндрическую. Сверху на корпусе 1 установлена горловина 2, к нижней части которой присоединен шнеко- вый питатель 3 для подачи сырья в аппарат. В горловине 2 напротив выхода питателя 3 установлена шарнирно вертикальная перегородка А для разделения потоков падающего в аппарат сырья и отбираемого из аппарата фурфуролсодержащего пара, который выводится через самоочищающийся фильтр 5 непрерывного действия, укрепленный в горловине 2. В нижней части корпуса 1 над его днищем на валу б жестко установлен ворошитель 7 с четырьмя лопастями 8, расположенными крестообразно. Лопасти 8 выполнены плоскими, верхняя сторона их- горизонтальна, то есть расположена параллельно плоскости поперечного сечения корпуса 1. Лопасти 8 имеют полости 9, образованные между верхним 10 и нижним 11 металлическими листами, из которых они изготовлены. В верхнем листе 10 лопасти 8 выполнены отверстия 12, направленные вертикально вверх и равномерно распределенные по всей площади верхнего листа 10. Листы 10 и 11 приварены к ступице 13, плотно укрепленной на валу 6 и имеющей каналы 14 и 15, сообщающие полости 9 лопастей 8 со штуцером 16 подвода греющего пара через кольцевую камеру 17, образованную бобышкой 1-8 вокруг вала 6. Бобышка 18 в верхней своей части приварена к днищу корпуса 1 и уплотнена относительно ступицы 13 сальником 19, а в нижней части - относительно вала 6 сальником 20. Вал б кинематически связан с приводом 21 вращения через редуктор 22, К штуцеру 16 подключен паропровод (не показан). В днище корпуса 1 выполнены окна 23, к которым присоединены выгружатели 24 непрерывного действия для выгрузки отработанного сырья - целлолигнина. Самоочищающийся фильтр 5 имеет привод 25 вращения и снабжен патрубком 26 для отвода фурфуролсодержащего пара на дальнейшую переработку, а также патрубком 27 для продувки фильтра 5.

Аппарат работает следующим образом.

Растительное сырье в виде измельченной древесной щепы, имеющей полидисперсную структуру, с помощью шнекового питателя 3 непрерывно подается через горловину 2 в корпус 1,- находящийся под избыточным рабочим давлением. Одновременно от паропровода через штуцер 16, камеры 17 бобышки 18 и каналы 15 и 14, имеющиеся в ступице 13, греющий пар непрерывно подается в полости. 9 лопастей 8, откуда он под давлением поступает в рабочее пространство аппарата через отверстия 12. Лопасти 8 приводятся в непрерывное вращение от привода 21 через редуктор 22 и вал 6, вместе с которым вращается ступица 13 ворошителя 7, контактирующая с сальниковым уплотнением 19. При вращении лопастей 8 струи пара вырываются со скоростью ,3 м/с из отверстий 12 вертикально вверх и активно внедряются в массу сырья. При этом происходит равномерное распределение пара в плоскости поперечного сече- 5 ния корпуса 1 по мере поворота лопастей 8. Высокая скорость ввода паровой фазы с одновременным ее равномерным распределением по сечению аппарата обеспечивает переход сырья в новое структурное

0 состояние, при котором полидисперсное сырье приобретает повышенную подвижность.

Благодаря повышенной порозности сырья во всем его объеме резко увеличива5 ется поверхность контакта частиц сырья с паровой фазой, имеющей повышенную скорость. В результате происходит быстрый прогрев всего сырья, полное и быстрое извлечение фурфурола и ускоренный его вы0 вод из реакционного пространства аппарата через фильтр 5 на дальнейшую переработку. Высокая скорость подачи пара вызывает повышенный унос мелких частиц сырья, которые могут осаждаться на фильт5 рующей поверхности фильтра 5. непрерывно очищаемой вращающимся скребком (не показан), связанным с приводом 25.Унос более крупных частиц предотвращается благодаря наличию в горловине 2 удлиненного

0 участка, расположенного над перегородкой 4 и являющегося для потока фурфуролсодержащего пара, проходящего по узкому проходу между перегородкой 4 и стенкой горловины 2, зоной внезапного расшире5 ния, где частицы сырья теряют свою скорость и падают в зону подачи свежего сырья, подаваемого питателем 3. Отработанное сырье (целлолигнин) непрерывно опускается в нижнюю часть корпуса 1, где на него

0 воздействуют вертикально направленные струи греющего пара, под большим давлением выходящие из отверстий 12 лопастей 8 ворошителя 7, и разрыхляют его, что способствует равномерному и беспрепятствен5 ному прохождению греющего пара в верхние слои сырья, а также устранению сводообразования и быстрому удалению целлолигнина из рабочей зоны аппарата через окна 23 выгружателями 24. Выгружате0 ли 24 работают попеременно, периодически сообщая рабочее пространство аппарата с атмосферой, что обеспечивает непрерывную выгрузку целлолигнина под действием избыточного давления. Для более надежной

5 работы фильтра 5 производится периодическая продувка его рабочего пространства горячим паром.

Предложенный аппарат имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества.

1.Высокая скорость греющего пара, превышающая допустимую в известном аппарате в 1,5-2,0 раза, резко сокращает время пребывания извлеченного фурфурола в реакционной зоне, то есть предотвращает его разрушение при транспортировании, что позволяет снизить его потери на 5-7%, то есть соответственно увеличить его выход.

2.Ускоренный прогрев сырья греющим паром и развитая поверхность его контакта с частицами сырья обеспечивают ускорение процесса диффузии паровой фазы и за счет этого - полный съем фурфурола со всей поверхности щепы, что позволяет увеличить его выход на 5-10% с единицы рабочего объема аппарата.

З.Устранена вероятность сводообразо- вания и облегчена работа ворошителя за счет разрыхления струями пара тех слоев отработанного сырья, которые непосредственно с ним соприкасаются. Благодаря этому процесс выгрузки целлолигнина происходит более равномерно, что позволяет вести процесс съема фурфурола из свеже0

5

0

5

го сырья также равномерно, то есть без потерь.

Таким образом, суммарный выход фур- фурола.с единицы рабочего объема предложенного аппарата повышается на 10-17%, Формула изобретения Аппарат для гидролиза растительного сырья, преимущественно для процессов получения фурфурола, содержащий вертикальный корпус колонного типа с загрузочной горловиной, питатель сырья, ворошитель с плоскими лопастями, штуцеры для подвода греющего пара и отвода фурфуролсодержащего пара, выгружатель, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода фурфурола с единицы рабочего объема аппарата за счет увеличения скорости подачи греющего пара, лопасти ворошителя имеют полости, сообщенные со штуцером подвода греющего пара, верхняя сторона лопастей выполнена горизонтальной и снабжена направленными вертикально вверх отверстиями для выхода пара.

Фие. J

5-Б К Ю

,N ..4 NN4MJlx4NNX-4XjH.X..Uv..j

3 П Фиг. 4