Вакуум-аппарат для кристаллизации сахарсодержащего сиропа Советский патент 1982 года по МПК C13G1/00 C13F1/02 B01D9/02 

Изобретение относится к оборудованию сахарной промышленности, в час ности к вакуум-аппаратам для уварива ния сахарсодержащего сиропа. Известен вакуум-аппарат для кристаллизации сахарсодержащих сиропов, включающий вертикальный корпус, поверхность нагрева, в котором с целью ускорения процесса и повышения эффек та кристаллизации путем улучшения циркуляции утфеля внутри центрального циркуляционного канала размещена цилиндрическая обечайка для регулирования высоты последнего с помощью троса и ворота по мере заполнения аппарат утфёлем 1.. Недостатками указанного вакуум-ап парата являются неудобство регулирования высоты циркуляционного канала изменением высоты расположения обечайки с помощью троса и ворота, незначительное увеличение интенсивности и равномерности перемешивания утфеля, поскольку площадь сечения обечайки.мала по сравнению -с площадью сечеНия аппарата, наличие застойных зон, так как циркуляция раствора осуществляется не по всей высоте. Известен также вакуум-аппарат, включающий вертикальный корпус, расположенную в нем подвесную поверхность нагрева с центральным циркуляционным каналом и установленные над поверхностью нагрева в несколько ярусов насадки конических колец для усиления циркуляции и перемешивания утфеля . Каждая насадка составлена из двух концентрично установленных конических колец разного диаметра, направленных основаниями в сторону захода циркуляционного потока таким образом, что образуют суживающиеся каналы в направлении потока циркуляции. Этими каналами обеспечивается движение утфеля, отвечающее естественному направлению циркуляционных потоков 2. Недостатками данного аппарата являются возрастание гидравлических сопротивлений циркулирующим утфельным потокам из-за наличия нескольких насадок над. поверхностью нагрева, при неполном погружении колец в ув-ариваемую массу возможно образование застойных зон и ухудигение перемешивания, так как подъемные потоки утфеля не имеют выходы из пространства между внешним и внytpeнним конически ми кольцами. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является вакуум-аппарат для кристаллизации сахарсодержащего сиропа, включающий корпус,- уста новленную в нем поверхность нагрева с центральным циркуляционным каналом расположенный над поверхностью нагре ва конфузор для регулирования высоты последнего с окнами на боковой повер ности, расположенными по винтовой ли нии, ловушку-каплеотбойник и устройс во для выгрузки утфеля 3. Недостатками известного вакуум-ап парата являются неравномерность циркуляции утфеля внутрь конфузора через отдельно расположенные окна, воз можность обратного движения опускных потоков из конфузора через нижние окна и смешивание их с подъемными по токами, что в конечном итоге приводит к уменьшению эффекта кристаллизации. Цель изобретения - ускорение процесса и повышение эффекта кристаллизации утфелей. Указанная цель достигается тем, что в вакуум-аппарате для кристаллизации сахарсодержащего сиропа, включающем корпус, установленную в нем поверхность нагрева с центральным циркуляционным каналом, конфузор для регулирования высоты последнего, ловушку-каплеотбойник и устройство для выгрузки утфеля,- на боковой поверхности конфузора выполнен по винтовой линии вырез с отбортовкой над ним, при этом под отбортовкой, а также внутри конфузора и в циркуляционном канале размещены трубчатые коллекторы с форсунками для подкачки оттеков в увариваемую массу. На фиг. 1 изображен предлагаемый вакуум-аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - конфузор, вид в аксономет рии; на фиг. 3 узел I на фиг. 2. Вакуум-аппарат для кристаллизации сахарсодержащего сиропа содержит вер тикальный корпус 1, установленную в нем поверхность 2 нагрева с центральным циркуляционным каналом 3 для циркуляции опускных потоков утфеля и многократного поступления его в поверхность 2 нагрева. В верхней части корпуса 1 установлена ловушкакаплеотбойник Ц для улавливания капель утфеля, уносимых паром. Вакуумаппарат имеет патрубок 5 в нижней части конического днища для начального набора увариваемых оттеков. Подача греющего пара в поверхность 2 нагрева осуществляется через,патрубок 6. Вторичный пар отводится из аппарата через патрубок 7, а конденсат из нижней части поверхности нагрева по патрубку 8. В нижней части корпуса 1 расположено устройство 9 для вы- . грузки утфеля. Над центральным циркуляционным каналом 3 установлен конфузор 10, обращенный большим основанием вверх. На боковой поверхности конфузора выполнен по винтовой линии вырез 11, обеспечивающий циркуляцию утфеля при любом его уровне в аппарате и исключающий образование застойных зон. Площадь выреза в свету равна площади большего основания конфузора, что обеспечивает наиболее благоприятные условия циркуляции и перемешивания при уровне утфеля, меньшем высоты конфу зоре 10. Для дополнительной подкачки при избыточном давлении увариваемых оттеков во внутреннее пространство конфузора 10 (в зону седимента.ции) на стадии наращивания кристаллов последний снабжен патрубками 12. В центральном циркуляционном канале 3 заподлицо с поверхность;; ,азнещен по винтовой линии трубчатый коллектор 13. Коллектор имеет пространственно ориентированные форсунки (не показаны) для дополнительной подкачки увариваемых оттеков в направлении опускных потоков утфеля в зону седиментации кристаллов сахара. Над вырезом 11 стенка конфузора 10 имеет отбортовку I ео внутреннее пространство конфузора, выполненную под углом fb , не меньшим угла естественного откоса утфеля при максимальной его вязкости. Отбортовка I препятствует обратному движению опускных потоков утфеля из конфузора 10 и уменьшает возможность их снешивания с подъемными потоками, улучшая условия естественной циркуляции и перемешивания утфельной массы. Под отбортовкой k размещены секции трубчатых коллекторов 15 и 16, изогнутых по форме выреза 11. Трубчатые коллекторы 15 и 16 соединены с патрубками 12 и имеют форсунки 17 для рассредоточенного впрыскивания подкачиваемого оттека. В средней и верхней части кон фузора у его большего основания соос но установлены трубчатые коллекторы 18 и 19 с форсунками 17, также сообщенные с патрубками 12. Форсунки 17 пространственно ориентированы так, чтобы подкачиваемый оттек возможно раномернее турбулизировал увариваемую массу в зоне седиментации, так как при этом достигается максимальный эффект интенсификации массообмена между межкристальным раствором и рас тущими кристаллами сахара, а также ускорял ее циркуляцию. Форсунки 17 коллекторов 13, 15, 16, 18 и 19 орие тированы тангенциально в горизонталь ной плоскости и в вертикальной накло но вниз под углом 60-б5° к вертикали Клапанами 20 и 21 производится управ ление подкачками оттеков. Несущую кон струкцию конфузора 10 образуют стойк каркаса 22. Зысота конфузора соответстзует максимальному уровню утфеля Б аппарате, а геометрические размеры определяются из условия равенстпе восходящего и нисходящего потоков утфеля, гидравлических сопротивлений в подъемных и опускных каналахи описывается формулой, .„ - .- (0,7 - 0.8)Р - d . 8 2 2R где С, 1ц соответственно диаметры аппарата и циркуляционного канала; h - высота конфузора; Ы - угол конусности. Вакуум-аппарат работает следующим образом. Аппарат заполняют сиропом и оттеками через патрубок 5 для начального набора до верхнего рорванда поверхности нагрева 2, в которую через патрубок 6 подают греющий пар, а .обра зующийся конденсат отводят через пат рубок 8. Подкачки сиропа и оттеков, начиная со стадии наращивания кристал ЛОЕг осуществляют через патрубок 5 и дополните; ьио через патрубки 12 под избыточным давлением 0,3-0,5 МПа распылением форсунками 17 пространственно ориентированными конусами рассредоточенно в зоне седиментационного осаждения кристаллов, которая определяется внутренним пространством конфузора 10 и центрального циркуляционногр канала 3. При этом кинетическая энергия жидкостных конусов расходуется на вращение кристаллов в утфельной массе, усиливает перемешивание увариваемой массы и способствует интенсивному массообмену в результате притока свежего сиропа к кристаллам. Кроме того, энергия распыляемых конусов жидкости используется для усиления циркуляции в конфузоре 10 и циркуляционном кана ле 3, так как конусы распыляемого си ропа оттека) ориентированы также :вниз. Такой прием подкачки сиропа снижает вязкость пристенного слоя и облегчает скольжение движущейся массы по внутренней поверхности конфузора 10, а также создает энергичную циркуляцию и интенсивное перемешивание по всему объему утфеля. Циркуляция утфельной массы в аппарате происходит по контуру: кипятильные трубы поверхности 2 нагрева вырез i- боковой поверхности конфузора 11 - циркуляционный канал 3. Сначала при уровне утфеля, не превышающем расположения трубчатого коллектора 18; дополнительные подкачки сиропа производят через секции трубчатых коллекторов 13, 15 и 18, а по мере повышения УРОВНЯ утфеля в аппарате - 16, 19. Подкачками управляют посредством клапанов 20 и 21. В зависимости от величины отклонения коэффициента пересыщения от заданного подкачку сиропа производят в пульсирующем режиме, так как при кипении кристаллизующейся утфельной массы укрупнение кристаллов сахара происходит за счет рекристаллизации по колебательному механизму. Пульсирующий режим подкачки создает периодические колебания концентрации межкристального раствора, которые являются необходимым условием дпя протекания процесса рекристаллизации. Режим подачи сиропа отрабатывается автоматическим регулятором, связанным с датчиками уровня и пересыщения межкристального раствора (не показаны) .. . Подкачиваемый сироп должен иметь температуру, соответствующую температуре кипения утфеля, или перегрет на С, так как это позволит эффективнее понизить консистенцию прилипшего раствора на пр.в,ерхности кристаллов и облегчит приток свежего сиро па, а мелкие кристаллы при этом растворяются. В результате происходит укрупнение больших кристаллов за счет растворения мелких. Кроме того, пульсирующие колебания температуры межкристального раствора создают другое условие-для осуществления рекристаллизации и интенсивного роста кристаллов сахара; Выделяющийся при кипении утфеля вторичный пар отводят из аппарата, через ловушку-каплеотбойник и патрубок 7. Окончательное сгущение утфеля ведут при закрытых патрубках -12 и 5. После завершения процессов уваривания и кристаллизации утфель выгружается через устройство 9.

Таким образом, использование предлагаемого вакуум-аппарата с конфузрром.описанной конструкции и трубчатыми коллекторами с форсунками для пульсирующей дополнительной подкачки в зону седиментационного осаждения . кристаллов дает возможность по сравнению с известными вакуум-аппаратами ускорить процесс уваривания и по высить эффект кристаллизации утфелей за счет интенсификации массообмена между межкристальным раствором и крис таллами сахара в зоне седиментационного осаждения кристаллов; понизить коэффициент .неоднородности состава кристаллов в результате выравнивания физико-химических характерист14 с утфельной массы и увеличить крупность кристаллов за счет рекристаллизации,

Предлагаемый вакуум-аппарат технологичен в реализации и может быть изготовлен путем установки конфузора и трубчатых коллекторов с форсунками на существующих аппаратах при небольших изменениях в коммуникациях подачи сахарсодержащих оттеков.

Экономический эффект от применения изобретения при незначительных затратах на модернизацию существующих аппаратов обеспечивается за счет уменьшения времени уваривания утфеле на 15-16%, повышения процентного содержания кристаллов в утфеле на 3%, уменьшения неоднородности состава кристаллов на 20% и повышение эффекта кристаллизации на 1-1,5 единицы.

Формула изобретения

Вакуум-аппарат для кристаллизации сахарсодержащего сиропа, включающий корпус, установленную в нем поверхность нагрева с центральным циркуляционным каналом, конфузор для регулирования высоты последнего, ловушкукаплеотбойник и устройство для выгруки утфеля,отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса и повышения эффекта кристаллизации, на боковой поверхности конфузора выполнен по винтовой линии вырез с отбортовкой над ним, при этом под отбортовкой, а также внутри конфузора и в циркуляционном канале размещены трубчатые коллекторь) с форсунками для подкачки оттеков в увариваемую массу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР P 91010, кл. С 13 G 1/00, 1950.

2.Авторское свидетельство СССР № 11169, кл. С 13 G 1/00, 1958.

3.Авторское свидетельство СССР № 806762, кл. С 13 G 1/00, 1979 (прототип).