Апарат для розчинення цукру

1. Апарат для розчинення цукру, що містить корпус, кавітуючий насос, циркуляційний контур, розпилювач розчинника, патрубки для подачі складових і виходу розчинника, привідний вал, мішалку, відстійник, який відрізняється тим, що мішалка, обігрівач розчинника, відстійник і циркуляційний контур розміщені всередині корпусу, а кавітуючий насос виконано у вигляді циркуляційної труби, всередині якої встановлено суперкавітуючу 37821 ку, відстійник, згідно з винаходом, обігрівач розчинника, відстійник і циркуляційний контур розміщені всередині корпусу, а кавітуючий насос виконано у вигляді циркуляційної труби, всередині якої встановлено суперкавітуючу крильчатку в формі плоского диску з лопатнями суперкавітуючого профілю, причому діаметр диска дорівнює діаметру циркуляційної труби, а довжина лопаті становить 0,1÷0,15 діаметра диска. Мішалка встановлена на одному валу з суперкавітуючою крильчаткою. Розпилювачі розчинника розташовані у конічному днищі тангенціальне, на відстані 0,45÷0,5 діаметра вихідного сопла циркуляційної труби. Обігрівач розчинника виконаний у вигляді змійовика з вхідними і вихідними патрубками і розташований вздовж внутрішньої стінки корпуса. Відстійник виконаний у вигляді кільцевого короба з боковими отворами і вихідним патрубком. Конструкція апарата для розчинення цукру забезпечує з одного боку, отримання високої швидкості потоку 20 м/хв., тобто великої швидкості обтікання твердих часток рідиною, збільшення поверхневого контакту твердої та рідинної фази, а з іншого боку збільшення перерізу циркуляційного контуру і зменшення довжини. Введення в циркуляційний контур кавітуючого насосу у ви гляді циркуляційної труби з соплом і суперкавітуючою крильчаткою, встановленої всередині труби, забезпечує високу швидкість потоку рідини. Конструкція кавітуючого насосу забезпечує отримання суперкаверни великих розмірів, тобто на виході суперкаверни утворюються мікробульбашки, відбувається розпад мікроструминок на мікровихори, які мають високу кумулятивність і високу ступінь проникнення в тверду фазу. Відбувається руйнування твердих часток та подрібнення їх навіть до молекулярного рівня, (див. Федоткін І.Н., Немчін О.Ф. "Використання кавітації в технологічних процесах". – Київ, Вид. КПІ, В. Ш., 1984. - С. 30-41). Таким чином, пристрій, у порівнянні з відомими забезпечує підвищення ефективності технологічного процесу з одного боку, за рахунок інтенсифікації масообміну шля хом збільшення поверхневого контакту і швидкості потоку рідини - за рахунок скорочення довжини і збільшення перерізу циркуляційного контуру, а також збільшення швидкості потоку рідини в цьому контурі, з іншого боку механічне подрібнення твердих часток до розмірів 50 мкм за рахунок використання кавітуючого насосу, який, створюючи високий швидкісний напір у рідині, забезпечує на ви ході з суперкаверни також подрібнення твердих часток. На фіг. показано загальний вигляд апарата. Апарат містить: корпус 1 у вигляді вертикальної циліндричної ємності з конічним днищем і плоскої поверхневої кришки 2, яка має завантажувальну камеру 3, з'єднану з іншою частиною апарата через вікна, вертикальний привідний вал 4 з електроприводом, встановленим у центрі корпуса, кавітуючий насос 5 у вигляді циркуляційної труби 6, всередині якої розташована суперкавітуюча крильчатка 7, яка кріпиться на валу і має суперкавітуючий профіль, мішалку 8 у вигляді плоского диску з лопатнями суперкавітуючого профілю, мішалка кріпиться на валу вище циркуляційної труби, відстійник 9, який розташовано в верхній частині кор пусу і виконаний у вигляді кільцевого короба з боковими отворами та вихідним патрубком, обігрівач розчинника 10, який розташовано всередині корпуса вздовж його бокової стінки і складається з обичайки, всередині якої розташовано трубчатий змійовик з вхідним та вихідним патрубками, патрубки подачі розчинника 11 з розпилювачем 12 на кінцях, які встановлені тангенціальне у конічному днищі корпусу, циркуляційний контур 13. Пристрій працює наступним чином. Перед завантаженням цукру-сирцю через патрубки подачі розчинника 11 з розпилювачем 12 за допомогою форсунок, розташованих у конічному днищі, подається підігрітий сік П сатурації з температурою t =+90÷92°С. Ємність заповнюється до встановленої відмітки. Подається пара в обігрівач 10 для підтримання потрібної температури t =+70°С у ємності. Вмикаємо електропривід 4, перевіряємо температуру і тиск в системі, а також режим суперкавітації. Форсунки, які подають підігрітий сік, встановлені таким чином, що створюють обертання потоку рідини, протилежне обертанню мішалки 8. Проводиться дозоване завантаження цукрусирцю в ємність через завантажувальну камеру 3. Тверді частки цукру-сирцю, проникають у рідину, за рахунок відцентрованої сили, утворюваної мішалкою 8, відкидаються до стінок корпусу апарата 1 і створюють турбулентність. Крім того, мішалка 8 у вигляді диска виключає попадання твердих часток безпосередньо в циркуляційну трубу 6 кавітуючого насосу 5. Під дією струму сік П сатурації, який виходить з сопел, тверді частки цукру-сирцю змішуються, утворюються турбулентні вихри. Відбувається частковий масообмін і розчинення твердих часток цукру. Під дією кавітаційного насосу 5, який працює в режимі суперкавітації, потік рідини разом з твердими частками цукру-сирцю у циркуляційному контурі 13 піднімається по внутрішньому об'єму корпусу зовні кавітаційного насосу 5 і прямує через вхідні отвори всередину циркуляційної труби 6 зі швидкістю V=20 м/с. Суперкавітуюча крильчатка 7, яка встановлена на відстані α=3Д, (де Д - діаметр циркуляційної труби), від входу тр уби, створює великий напір рідини. Вибір лопаті крильчатки 7 суперкавітаційного профілю, а також відстань від крильчатки до сопла циркуляційної труби a ³ 2 lк (де lк - довжина суперкаверни) - забезпечує отримання режиму суперкавітації. Таким чином, в кавітуючому насосі 5 відбувається механічне руйнування твердих часток за рахунок суперкавітації. Подача розчину - соку П сатурації в нижню частину корпусу апарата 1 підвищує турбулентність процесу, а також виключає мертві зони апарата. Застосування мішалки 8 також забезпечує масообмін на початку те хнологічного процесу. Відстійник 9 забезпечує однорідність при виході і фільтрацію від сторонніх домішок, (див. Вихров М.И. та ін. у книзі "Труды 8-го Международного симпозиума МАТИ, секция гидромашин". - Л., Ма шиностроение, 1976. - С. 278-296). 2 37821 (див. Лойцевский Л.Г. "Ме ханика жидкости и газа". - М., На ука, 1970. - С. 461). Приклад Проведені розрахунки і експериментальні дослідження показали, що для питомої продуктивності 20 т/г, при масовій частці сухи х речовин (СР) в клірі 60-72%, при часі контакту фаз не більше 120 сек., і розмірі часток цукру на виході апарата d=50 мкм буде забезпечена доброякісність цукрового розчину Dб =99, при температурі цукрового розчину t=73°С. В цьому випадку параметри апарата мають бути наступного порядку: Діаметр апарата = 1 метр Діаметр циркуляційної труби = 0,2 Щільність цукрового розчину = 1300 кг/м 3 Площа перерізу корпусу апарата = 0,3 м 2 Переріз відстійника = 0,85 м Корисний об'єм апарата = 1,67 м 3 Висота циркуляційної частини апарата =0,81 м Визначаємо витрати кліру: q= Вибір крильчатки: Кількість лопатей -3 Крокове відношення - 0,5 Крок лопаті з нагнітального боку - 140 мм Крок лопаті з засмоктувального боку - 125 мм Діаметр крильчатки - 250 мм Розрахунок відбувається за умови, що крок лопаті на кожному радіусі залишається постійним. Вибір мішалки: Частота обертання мішалки n = 1500 об/хв. Вміст сухих речовин в цукровому розчині = 66 % Діаметр мішалки = 0,25 м Щільність цукрового розчину =1300 кг/м3 Потужність, необхідна для змішування = 5 кВт. Як показали проведенні дослідження основна маса цукру розчиняється у перші 60 сек., протягом 180 сек. спостерігається повільне розчинення до розрахункової величини, фіксується наявність СР у розчині. Таким чином, використання даного апарата забезпечує підвищення технологічної культури в цукровому виробництві, і як наслідок забезпечує можливість створення автоматизованих високоефективних систем. qв + qс 36000 r θв = 1200 кг/год.- витрати розчинника; θс = 20000 кг/год.- витрати цукру; ρ = 1300 кг/м 3- щільність розчину; q = 1200 + 20000 = 0,007 м 3 / год. 3600 × 1300 3 37821 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4