УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРНОГО СИРОПА Советский патент 1970 года по МПК B01B1/00 C13G1/00 

Данное изобретение относится к устройствам непрерывного действия для кристаллизации сахарного сиропа.

Известно устройство непрерывного действия для кристаллизации са.харного сиропа, состоящее из заключенных в вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем кристаллогенератора, содержащего камеру кристаллообразования и трубчатую повер.хность нагрева, расположенную .внутри камеры, и камеры уваривания и сгущения утфеля, снабженной поверхностью нагрева с центральным циркуляционным каналом, барботерами для ввода сахарного сирола и пара и приспособлением для выгрузки готового утфеля, -представляющим собой U-образную термостатированную трубу, снабженную клапаном для регулирования количества выходящего утфеля. Камера кристаллообразования разделена радиальной перегородкой, обеспечивающей направленное движение раствора, с образованием приемного и выпускного участков и снабжена приспособлением для отвода молодого утфеля, выполненным в виде вертикальной трубки.

При кристаллизации сахарного сироиа в известном устройстве наблюдается друзообразование и получается утфель с неравномерными кристаллами, а процесс идет недостаточно интенсивно.

Предлагаемое устройство гюзволяет интенсифицировать процесс, предотвратить друзообразование и получать утфель с одлнакозым размером кристаллов. Для этого поверхносгь нагрева кристаллогснератора выполнена пря.люточной и расположена вдоль вертикальной оси камеры уваривания п cryuieiinn утфеля. Пап, верхней трубной решеткой ее установлена изогнутая трубка переменного сечения, снабженная на выходе дросселирующюг приспособлением и сменным соплом для распыления сиропа в приемнхю часть камерэ кристаллообразования.

Чтобы регулировать объе: кристалломассы, поступающей из кристаллогенератора в камеру для уваривания и сгущения утфеля, целесообразно вертикальную трубку для отвода кристалломассы выполнить с возможностью ее перемещения по вертикали и она может иметь в верхней части окна.

Прямоточная поверхносгь нагрева кристаллогенератора может быть вынесена за пределы его камеры и расположена внутри центрального циркуляционного канала поверхности нагрева уваривания и сгущения утфеля.

Кристаллогенератор следует установить вне камеры уваривания и сгущен11Я утфеля.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез но Л-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант выполнения предлагаемого устройства, по которому весь кристаллогенератор установлен вне камеры уваривания и сгущения утфеля, а изогнутая трубка кристаллогенератора проходит через камеру кристаллообразования; на фиг. 4 - вариант выполнения предлагаемого устройства, ио которому изогнутая трубка кристаллогенератора расположена за пределами камеры кристаллообразования.

Устройство представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость / с ловущкой 2 и устройством для выгрузки готового утфеля, представляющим собой U-образную термосгатированную трубу 3. Емкость / разделена днищем 4 на две секции 5 и 6, расположенных одна над другой. Верхняя секция 5 называется камерой кристаллообразования и Представляет собой кольцевое пространство, расположенное по периферии аппарата и в зависимости от потребного объема от входа до выхода массы разделенное перегородками 7 и 5 (фиг. 2). В начале камеры расположено сопло 9 для ввода раствора, в конце - устройство 10 для отвода молодого утфеля. Устройство 10 выполнено, например, в виде вертикальной трубы 11, вверху которой для слива массы вырезаны окна 12, а также прикреплено приспособление 13 для перемещения трубки 1ПО вертикали. Это приспособление, например, имеет вид штурвала 14 с конической парой 15, маховиком 16, выведенным наружу через сальник 17, бронзовой гайкой 18, туго насаженной на щестерню и свободно вращающейся вместе с ней в иодшийнике 19, закрепленном иланкой на корпусе аппарата. В днище 4 камеры 5 трубка 11 уплотнена Сальником 20 известной конструкции. Для пропарки камера 5 снабжена угловым коллектором 21 с отверстиями и патрубком 22 для подвода пара.

Нижняя секция 6 с поверхностью нагрева 23 называется камерой уваривания и сгущения утфеля и содержит циркуляционные каналы 24 и 25, патрубки 26 и 27 для ввода пара и отвода конденсатора, патрубок 28 для удаления конденсирующихся газов, барботер 29 с отверстиями и патрубком 30 для .ввода .подкачиваемого раствора (сиропа), барботер 31 с патрубком 32 для ..ввода пара, горячего воздуха или паро-воздущной смеси. Камера снабжена угловым барботером 33 с патрубком 34 для подвода пара для пропарки.

В.нутри Ц1иркуля1ционного канала 24 по оси аппарата расположен кристаллогенератор 55, представляющий собой прямоточный испаритель, включающий .прямоточную трубчатую поверхность нагрева 36, имеющую снизу распределительную конусную емкость 37, снабженную патрубком 38 и задвижкой 39.

Сверху к поверхности нагрева 36 крепится изогнутая трубка 40 переменного сечения, состоящая из .нижней цилиндрической части, средней - кснической и цилиндрической меньщего диаметра, верхней - загнутой книзу и снабженной .на выходе сменным соплом 9 и дросселирующим приспособлением с задвижкой 41, щпинделькоторой через сальник 42

выведен нарул у аппарата. Поверхность нагрева 36 снабжена патрубком 43 для ввода пара, патрубками 44 и 45 для отвода конденсата и конденсирующихся газов. Натрубки выведены наружу аппарата и закреплены в его корпусе.

Дно камеры 46 уваривания и сгущения утфеля выпол.нено коническим и служит для некоторого фракционного разделения кристаллов сахара (отстаивание утфеля) и снабжено барботером 47 с патрубком 48 для подвода

раствора, воды и пара.

К конусу через задвижку 49 прикреплена одним концом и-образ.ная выгрузочная труба 3. Другой конец трубы снабжен устройством для регулирования уро.вня слива утфеля,

например, телескопической трубкой 50, имеющей плавающий клапан 51 и держатель 52 со штурвалом 53 и расположенной в приемной емкости 54 с патрубком 55 для отвода утфеля. Ловушка снабжена патрубком 56 и угловым

барботером 57 с патрубко.м 58.

Работает устройство следующим образом. При установившемся режиме сахарный сироп, расходуемый на уваривание утфеля, разделяется регулятором в определенном соотношении - на два потока. Один из них через задвижку 39 и патрубок 38 непрерывно падает на прямоточную трубчатую поверхность нагрева 36, где, перемещаясь снизу вверх, нагревается до температуры кипения и испаряется

до определенной плотности. Температура кипения раствора в изогнутой трубке 40 выше, чем в секции 5. Это достигается изменением степени открытия задвижки 41 и соотношением сечений изогнутой трубки 40.

Абсолютное давление в секциях 5 и б одинаковое, например 18-20 см рт. ст. при разрежении 600 мм рт. ст. Вследствие подпора задвижкой 41 разрежение в трубке 40 будет ниже, например 450-500 мм рт. ст. Поэтому

раствор из сопла 9 выходит перегретым, имея перепад давления, обеспечивающий раопыление раствора, мгновенное испарение воды и нарастание концентрации до заданного пересыщения. Пересыщенный раствор поступаег

в начало камеры 5 (у перегородки 7), где .происходит интенсивное кристаллообразование. При этом раствор продолжает прямоточное перемещение в камере 5 (см. фиг. 2, показано стрелками), до вертикальной трубки // через

сливные окна /2 которой отводится в камеру б уваривания и сгущения уже в виде молодого утфеля. Время п.ребывания кристаллообразующейся массы в камере 5 определяется объемом этой массы и расходом молодого утфеля. При

практически постоянном расходе, пересыщении и температуре, количество образовавщихся крлсталлов и их размер в молодом утфеле данной доброкачественности определяются временем .пребывания его в камере 5, т, е. вев камере 5 регулируют изменением уровня слива молодого утфеля путем перемещения вверх или вниз трубы 11 конической нарой 15 через маховичо.к 16. Количество ноступающего раствора в прямоточную поверхность нагрева 36 регулируют задвижкой 39 в зависимости от .расхода сирола, подаваемого на подкачку по патрубку 30 (второго потока). Второй поток сиропа по патрубку 30 и барботеру 29 непрерывно подают в камеру уваривания и сгущения утфеля, где из него вся ;зода испаряется, сахар выкристаллизовывается. а несахара переходят в межкристальный раствор, понижая его доброкачественность. При этом расход сиропа определяют по количеству .выпаренной воды из утфеля в камере 6. Рост кристаллов в этой камере протекает в метастабильной области .неравновесного состояния системы за счет интенсивной рекристаллизации. Для увеличения интенсивности рекристаллизации, а также теплообмена и скорости циркуляции в утфельную массу вдувают водяной пар, воздух или паро-воздушную смесь по патрубку 32 и барботеру 31. Утфель )В камере 6 сгущается до ллотносгн 90-91% сухих веществ. На выходе из аппарата ,плот.ность его увеличивается за счет осаждения .кристаллов в камере 46, например, до 92-94% сухих веществ. Гакой утфель через задвижку 49, трубу 3 и телескопическую трубку 50 непрерывно поступает в приемную емкость 54, а из нее по патрубку 55 - на фуговку. В зависимости от доброкачественности .сиро-па и качества перерабатываемой свеклы (нап.р1имер, подгнившей, деревянистой и т. п.) уваривать утфель в камере 6 необходимо при раз.ной температуре, например 85,80,75, 70° С. Это обеспечивается изменением разрежения в аппарате. При этом барометрический столб утфеля изменится. Для обеспечения оптимальных условий для теплообмена и циркуляции уровень утфеля над рорвандом поверхности нагрева 23 должен оставаться заданным и неиз.менным. Поэтому целесообразно в таких случаях высоту барометрического столба утфеля изменять путем изменения уровня слива утфеля из трубы 3. Это осуществляют штурвалом 53, который через держатель 52 перемещает вверх или .вниз трубку 50. Вариант выполнения устройства непрерывного действия для кристаллизации сахарного сирота состоит в том, что весь кристаллизатор установлен вне камеры уваривания и сгущения, а изогнутая трубка кристаллизатора проходит через камеру кристаллообразования (с.м. фиг. 3) или же .располагается за ее пределами (см. фиг. 4). Работает устройство в таком выполнении следующим образом. При уста.новившемся режиме исходный сахарный раствор плотностью 65-70% сухих ток направляется по патрубку 38 в кристаллогенератор 35, а второй - по патрубку 30 н барботеру 25 -в емкость I для подкачки. В прямоточной трубчатой поверхности нагрева 36 кристаллогенератора 35 раствор пере мещается в трубках снизу вверх п нагревается на входе в трубку 40 до теМ|Пературы кипения. ТеМПератзра кипения в ней выше, че.м в камере 5. Это достигается изменением степеви открытия задвижки 41. Абсолюгное давление в камере 5 и емкости У одинаковое .(например, 18-20 мм рт. ст., т. е. при разрежении около 600 мм рт. ст.). При закрывании задвижки 41 разрежение в трубке 40 будет уменьшаться. Поэтому раствор из нее через задвижку 41 и сопло 9 выходит перегретым и имеет перепад давления, обеспечивающий распыление раствора на выходе из сопла. Происходит мгновенное испарение воды из раствора и интенсивный рост его концентрации. Раствор поступает в начало камеры 5 кристаллообразования уже пересыщенным. Поэтому в ней происходит интенсивное образование кристаллов в растворе, который .перемещается за счет разности уровня в начале и конце камеры. Выходит раствор из -последней по телескопической трубе 59 (см. фиг. 3) ИЛИ через окна 12 и трубу // (см. фиг. 4) и поступает через патрубок 60 в емкость /. Количество образовавшихся кристаллов и их размер зависят от величины пересыщения, температуры раствора и времени его пребывания в камере кристаллообразо.вания. При установившемся режиме работы кристаллогенератора 35 температура и пересыщение раствора остаются практически постоянными. Поэто.му количество и размер кристаллов при .прочих равных условиях зависят, в основном от времени пребывания .крнсталлообразующейся .массы в камере 5. Для данной конструкции камеры и заданной производительности кристаллогенератора это время определяют объемом кристаллообразующейся массы. Величину объе.ма массы изменяют путем изменения уровня слива, ее (молодого утфеля) перемещением вверх или вниз до «нуля трубы 59 или 11. Количество поступающего раствора в кристаллогенератор 35 регулируют задвижкой 39 в зависимости от расхода раствора (сиропа) на подкачку в емкость 1. Это .соотношение определяют по полученным уравнениям и поддерживают регулятором соотношения известной конструкции. Расход сиропа в емкости 1 определяют по количеству выпаренной воды в кристаллогенераторе 35 в зависимости от ко.нцентрации подкачиваемого сиропа. В кристаллогенераторе .поддерживают динамическое равновесие между количеством выпариваемой из утфеля воды и количеством воды, поступающей с подкачиваемым сиропом

Для увеличения скорости циркуляции и интенсивности пе,ремешивания утфеля, необходимой для интенсификации ироцессов тенло- и массообмена, устранелия «муки и предотвращения друзообразования, по иатрубку 32 и барботеру 31 в аипарат вдувают водяной пар (либо смесь пара и горячего воздуха). Утфель в аппарате сгущают до заданной илотности, например, 99-91%, сухих веществ (в зо-не поверхности пагрева 23, а в зоне дна камеры 46 концентрация его увеличивается за счет осаждения кристаллов (отстаивание утфеля) до более высокой плотности, например 92-94% сухих веществ. Этот утфель непрерывно через задвижку 49 и U-образную выгрузочную трубу 3 поступает в приемную емкость 54, а огтуда направляется в утфелемешалку и на фуговку.

Движение кристаллообразующегося раствора (молодого утфеля) из секции 5 в емкость / обеспечивается разностью уровней в аппаратах. В случае необходимости разрежецие и уровень 5 может изменяться задвиж.кой 61. При открытой задвижке 61 разрежение в секции 5 и емкости / поддерживается одинаковое.

Предмет изобретения

1. Устройство непрерывного действия для кристаллизации сахарного сироиа, состоящее из кристаллогенератора, содержащего камеру кристаллообразования с вертикальной трубкой для отвода кристалломассы и трубчатую поверхность цагрева, имеющую трубные решетки, и камеры уваривания и сгущения утфеля, снабженной трубчатой поверхностью цагрева с центральным циркуляционным каналом, барботерамц для ввода сахарного раствора и пара и приспособлением для выгрузки утфелЯ, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса, предотвращения друзообразования ц получения утфеля с одинаковым размером .кристаллов, ловерхность нагрева кристаллогенератора (Выполнена прямоточной и расположена вдоль вертикальной оси камеры уваривания и сгущения утфеля, над верхней трубной рещеткой ее установлена изогнутая

трубка переменного сечения, снабженная на выходе дросселирующим приспособлением и сменным соплом для распыления сиропа в приемную часть камеры кристаллообразования.

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что, с целью регулирования объема кристалломассы, поступающей из кристаллогенератора в камеру для уваривания и сгущения утфеля, вертикальная трубка для отвода кристалломассы

выполнена с возможностью ее перемещения по вертикали и -имеет IB ве|рхней части окна.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прямоточная поверхность нагрева кристаллогенератора вынесена за пределы его камеры и

расцоложена внутри центрального циркуляционного канала поверхности нагрева уваривания и сгущения утфеля.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что весь кристаллогенератор установлен вне камеры уваривания и сгущения утфеля.

5.Устройство по пп. 1 и 4, отличающееся тем, что изогнутая трубка кристаллогенератора проходит через камеру кристаллообразования.

6. Устройство по 1ПП. 1 и 4, отличающееся тем, что изогнутая трубка кристаллогенератора расположена за пределами камеры кристаллообразования.

«0.

5

5

42

31

fuZJ

J6

5Ц

23

Утфем

4-Л

,23

0

.2

PuZ