Сатуратор для свеклосахарного производства Советский патент 1993 года по МПК C13D3/04 

Сатуратор работает следующим образом,

Через патрубок 3 при открытом верхнем клапане 11 заполняют сатуратор дефекованным соком до уровня, составляющего 0,8-0,85 от полной высоты аппарата. Затем через патрубок 4 производят подачу свежего сатурационного газа, который заполняет полость резонатора 5 и выходит через его открытый нижний торец. Далее сатурацион- ный газ, барботируя через слой сока, поступает в верхнюю (газовую) часть аппарата, при этом происходит замена состава газа над уровнем жидкости. После того как вер.- хняя часть сатуратора будет целиком заполнена сатурационным газом (контроль может осуществляться, например, по времени подачи газа), закрывают клапан 11 верхнего патрубка 10. В данный момент внутренняя полость сатуратора герметизирована и заполнена дефекованным соком, над которым находится сатурационный газ, по/гость резонатора 5 также заполнена сатурационным газом, динамический контакт которого с жидкостью (соком) осуществляется через открытый торец стакана. При этом жидкость и находящийся в ней газ,.заполняющий резонатор, образуют нелинейную колебательную систему жидкость-газ, в,которой газ выполняет роль упругого элемента, а находящийся над ним столб жидкости - инерци- онного элемента. Затем включают гидравлический пульсатор, сообщающий через патрубок 7 пульсации давления заполняющей сатуратор жидкости (соку), в которой возбуждается переменное (динамическое) давление. Пульсации давления жидкости через открытый торец резонатора 5 передаются заполняющему его газу, вызывая колебания давления газа и периодические пульсации его объема. Динамическое взаимодействие жидкости и газа, осуществляемое при периодических изменениях их давления, обуславливает возбуждение колебаний нелинейной колебательной системы жидкость-газ, сопровождающих турбулизацией объема жидкости. При этом частота колебаний образованной в сатураторе системы жидкость-газ находится в низкочастотном звуковом диапазоне в пределах 40-70 Гц и с достаточной точностью может быть определена по зависимости:

fc

h

где F - площадь горизонтального сечения газонаполненного стакана, см2;

Q - объем газа, локализованного в полости стакана, см ;

h - высота столба жидкости над газом, см;

К - постоянная величина для данной колебательной системы.

Предварительной настройкой пульсатора устанавливают частоту пульсаций равной собственной частоте системы fc, при этом возбуждается резонансный режим колебательной системы, характеризующийся рез0

ким увеличением динамического давления в

жидкости (в 4-5 раз) и амплитуды пульсаций

. газового объема в полости резонатора, В

этих условиях жидкость в сатураторе резко

турбулизируется и захватывает своей сво5 бодный газ из верхней части корпуса - происходит прорыв газа под урове нь жидкости, которая, насыщаясь газом, мгновенно вскипает. Рабочая среда.в сатураторе переходит в состояние гидрозоля, когда жидкость (сок)

0 насыщена мелкодисперсными пузырьками газа, осуществляющими в ней интенсивные хаотические движения в условиях резких знакопеременных изменений давления в жидкости и ее интенсивных турбулентных

5 пульсаций. При этом наличие в жидкости дисперсного газа делает ее сжимаемой, что дополнительно увеличивает интенсивность резонансных пульсаций системы и турбули- зацию (гидродинамическое возмущение) га0 зожидкостной среды.

. Резкое увеличение амплитуды волн динамического давления в жидкости при резонансных пульсациях системы вызывают также интенсивные кавитационные процес5 сы - в отрицательные полупериоды пульсаций в жидкости возникает разрежение ниже значения упругости ее насыщенных паров, что приводит к образованию множества ка- витационных пузырьков, которые, схлопы0 ваясь, усиливают турбулизацию объема жидкости и дробление пузырьков находящегося в ней газа.

Таким образом, в предложенной конструкции сатуратора достигается очень высо5 кая интенсивность массообмена между жидкостью (дефекованным соком) и сатурационным газом, что обуславливается совместным воздействием следующих факторов:

0 . рабочая среда находится в состоянии гидрозоля, т.е. газ в устойчивом мелкодисперсном состоянии равномерно распределен в объеме, жидкости, за счет чего достигается максимальная площадь контак5 та жидкости и газовой фаз;

резонансные пульсации системы жидкость-газ при высокой амплитуде, волн динамического давления возбуждают внутои корпуса мощные турбулентные пульсирующие потоки гидрозоля, обеспечивающие интенсивное перемешивание жидкости и газа по всему объему аппарата;

периодическое образование и схлопы- вание кавитационных. пузырьков в рабочем объеме аппарата усиливает турбулизацию жидкости и степень диспергирования в ней газовой фазы.

Достигаемая в аппарате высокая интенсивность процесса массообмена между вза- имодействующими жидкой и газовой фазами при высокой степени гидродинамического возмущения рабочей среды позволяет ускорить химические процессы при адсорбции сатураторного газа дефекован- ным соком. Высокая интенсивность массо- обмена обуславливает высокую степень пересыщения в растворе карбоната кальция и его интенсивную кристаллизацию с обра- зованием большого количества однородных по размеру кристаллов карбоната кальция на начальной стадии массообмена, Это повышает эффект очистки сока и позволяет увеличить коэффициент утилизации газа. В прототипе для качественного распылива- ния дефекованного раствора его подают на форсунки под давлением 3-6 атм, в предложенной сатуратор раствор подается при нормальном давлении, а в рабочем процессе в условиях резонанса в аппарате создается повышенное динамическое давление, величина пиковых значений которого в положительные полупериоды составляет 1,5- 1,8 эти при частоте резонансных пульсаций системы 45-70 Гц.

По окончании процесса сатурации вы- ключают пульсатор, сообщающий пульсации давления рабочему объему аппарата: резонансные пульсации гидрозоля внутри корпуса прекращаются, истощенный газ выходит из жидкости в верхнюю часть корпу- са. Затем производят подачу воздуха в

аппарат через патрубок 10 при этом происходит отвод отсатурированного сока и.; сатуратора через трубопровод 3 и контрольный ящик 9. По окончании ).нода отсатурированного сока отключают под.ччу воздуха, при открытом клапане 11 внош- заполняют корпус дефековэнным соком и производят подачу сатурациенного газа с последующим включением гидропульглто- ра.

При экспериментальной отрабо, .- ройства рабочая емкость сатуратора ляла 80 л заливаемого дефекованнс- о : При времени интенсивного взаимодейс : я сока и сатураторного газа в резонанс .ом режиме равном 3-5 мин эффект очистки сока составлял не менее 35%.

Формула изобретения Сатуратор для свеклосахарного производства, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный патрубком для подвода дефекованного сока, патрубком для отвода отсатурированного сока в контрольный ящик, подключенным у днищу, и патрубком для отвода сатурационного газа с запорным устройством, расположенным в верхней части корпуса, и устройство для подвода сатурз- ционного газа, расположенное в нижней части корпуса и подключенное к подающему трубопроводу, отличающийся тем, что, с целью повышения эффекта очистки сока, устройство для подвода сатурационного газа представляет собой резонатор, выполненный в виде стакана, установленного центрально днищем вверх и подключенного к подающему газ трубопроводу, при этом корпус в зоне расположения резонатора снабжен патрубком, сообщающим его внутреннюю полость с гидравлическим пульсатором для пульсации сока.