Апарат для сатурації лужних цукрових розчинів

1. Апарат для сатурації лужних цукрових розчинів, що містить циліндричний корпус з конічним днищем, барботери, патрубки для підведення та відведення соку і газу та контрольний ящик, який відрізняє ться тим, що обладнаний зовнішньою вертикальною карбонізаційною колоною, послідовно з'єднаною з сатураційною колоною, рівень соку в якій нижче рівня соку в карбонізаційній колоні на 1,5-2,5м, при цьому площа поперечного перерізу карбонізаційної колони складає 5-15 % площі поперечного перерізу сатураційної колони. 3 26033 збільшує час його перебування в апараті та погіршує технологічні показники соку; - відсутність можливості систематичного контролю та підтримання стабільного рівня рН соку на виході із внутрішньої труби; - значні ускладнення при обслуговуванні прямотечійної секції, оскільки вона знаходиться в середині корпусу сатуратора. В основу корисної моделі поставлена задача інтенсифікації роботи одноступінчатого сатуратора з метою: - забезпечення режиму роботи, що наближається до режиму повного витіснення рідкої фази, при поступовому зниженні активної лужності дефекованого соку; - отримання високого локального ефекту адсорбції розчинних нецукрів (в т.ч. барвних сполук) за рахунок утворення дрібнодисперсного осаду СаСО3; - підвищення ефекту адсорбційного очищення соку та коефіцієнта використання СО2 в сатураторі. Поставлена задача вирішується тим, що апарат для сатурації лужних цукрових розчинів, має циліндричний корпус з конічним днищем, барботери, патрубки для підведення та відведення соку і газу та контрольний ящик. Згідно корисної моделі, апарат обладнано зовнішньою вертикальною карбонізаційною колоною, послідовно з'єднаною з сатураційною колоною, рівень соку в якій нижче рівня соку в карбонізаційній колоні на 1,5...2,5м, при цьому площа поперечного перерізу карбонізаційної колони складає 5...15% площі поперечного перерізу сатураційної колони. Карбонізаційна колона складається з нижньої частини, яка є карбонізатором та верхньої широкої частини, що є дегазатором. Карбонізатор обладнано переливним пристроєм із зубчастими вирізами, який співвісно входить в дегазатор, утворюючи закритий знизу кільцевий простір, через який частково відсатурований дефекований сік, після видалення із нього відпрацьованого газу в результаті розширення площі перерізу дегазатора та переходу через зубчасті вирізи переливного пристрою, переходить із карбонізаційної колони в сатураційну колону, при цьому площа перерізу карбонізатора складає 5...15% від площі поперечного перерізу сатураційної колони. У нижній (соковій) частині сатураційної колони розміщені на рівній відстані одна від одної лабіринтні перегородки конусної форми, кут нахилу поверхні яких по відношенню до горизонтального перерізу складає 15...30°, які забезпечують протитечійний рух са тураційного газу та соку і запобігають факельному прориву газу через шар соку на вихід з сатураційної колони, причому площа кільцевого зазору (між кромкою конусної перегородки і корпусом сатураційної колони) та круглого отвору (у зрізаному конусі) однакова і складає 20...60% від площі поперечного перерізу сатураційної колони. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваними технічними результатами буде в наступному. 4 В запропонованому апараті для сатурації лужних цукрових розчинів найбільший внесок в загальну ефективність його роботи здійснює карбонізаційна колона, в якій режим роботи при інтенсивному перемішуванні соку газовою фазою наближається до режиму повного витіснення. В результаті цього має місце, поступове зниження активної лужності дефекованого соку при прямотечійному його русі з газом, починаючи з нижньої частини карбонізатора і закінчуючи переливним пристроєм соку у дегазаторі, у якому забезпечується руйнування піни та видалення максимальної кількості відпрацьованого газу. Сатураційна колона обладнана лабіринтними перегородками, розташування яких по висоті шару соку забезпечує зниження повздовжнього перемішування соку при його протитечійному з сатураційним газом русі та запобігає факельному прориву газу на вихід з сатураційної колони. Розміщення горизонтально встановлених лабіринтних перегородок конусної форми по висоті сокової частини сатураційної колони надає можливість суттєво підвищити ефект адсорбційного очищення соку та коефіцієнт використання СО2 в ньому за рахунок секціонування сокової частини сатураційної колони. При цьому буде мати місце поступове зниження лужності дефекованого сокупо висоті сокової частини, замість неефективного режиму низької сумарної лужності соку в сучасних одноступінчатих барботажних сатураторах. Інтенсифікація роботи апарата для сатурації лужних цукрових розчинів досягається за рахунок збільшення лінійних швидкостей сатураційного газу в карбонізаційній колоні до 0,7...2,5м/с (в режимі, що наближається до повного витіснення турбулізованої сокогазової суміші при поступовому зниженні активної лужності соку) та в послідовно з'єднаній з нею сатураційній колоні до 0,3...0,6м/с в режимі суттєвого зниження повздовжнього перемішування рідкої фази (соку). Тим самим, в апараті для сатурації лужних цукрових розчинів створюються оптимальні умови для досягнення максимального адсорбційного ефекту та підвищення рівня використання СO2 при нормальних седиментаційно-фільтраційних показниках. Крім того, при необхідності проведення планових профілактичних заходів по обслуговуванню карбонізаційної колони сатураційна колона може продовжувати працювати в автономному режимі. На Фіг. зображено апарат для сатурації лужних цукрових розчинів у розрізі. Апарат складається із двох циліндричних корпусів: виносної вертикальної карбонізаційної колони, нижня частина якої - карбонізатор 1, а верхня, розширена - дегазатор 2, та сатураційної колони, причому рівень соку в карбонізаторі вищий за рівень соку в сатураційній колоні на 1,5...2,5м. Карбонізатор 1 своєю верхньою переливною частиною 3, оснащеною зубчастими вирізами, співвісно входить у де газатор 2, утворюючи закритий знизу кільцевий простір, причому площа перерізу карбонізатора 1 карбонізаційної колони складає 5...15% від площі поперечного перерізу сатураційної колони. В нижній частині карбонізатора 1 до 5 26033 його конічного днища 4 прикріплений патрубок 5 для підведення дефекованого соку. Звужена ділянка патрубка 5 з'єднана трубопроводом 6 з сатураційною колоною, утворюючи стр уменевий насос 7. Трубопровід рециркуляції 6 оснащено задвижкою 8. Кільцевий простір дегазатора 2 оснащений трубопроводом 9 для відведення частково відсатурованого соку в сатураційну колону. У верхній частині дегазатора 2 встановлено каплевідбійник 10 та трубопровід 11 для відведення відпрацьованого газу та залишкової піни із карбонізаційної колони в сатураційну колону. Ви ще конічного днища 4 карбонізатора 1 встановлено барботер для розподілу газу 12 та патр убок 13 для його підведення. Конічне днище 4 карбонізатора 1 обладнано патрубком 14 для видалення осаду. Сатураційна колона складається з вертикального циліндричного корпусу з конічним днищем 15. У нижній частині корпусу сатураційної колони розміщені поярусно на рівній відстані одна від одної лабіринтні перегородки конусної форми 16, кут нахилу поверхні яких по відношенню до поперечного перерізу складає 15...30°, а площі кільцевого зазору (між кромкою конусної перегородки 16 і корпусом сатураційної колони) та круглого отвору (у зрізаному конусі) однакові і складають 20...60% площі перерізу сатураційної колони. Підвід частково карбонізованого дефекованого соку із карбонізаційної колони в послідовно з'єднану з нею по соку сатураційну колону здійснюється по трубопроводу 9 на розподільчу тарілку 17. Вище конічного днища 15 сатураційної колони встановлено барботер 18 для розподілу сатураційного газу та патрубок 19 для його підведення. Конічне днище 15 сатураційної колони має трубопровід 20 та контрольний ящик 21 для відведення відсатурованого соку в виробництво та патрубок 22 для видалення осаду. У верхній частині сатураційної колони встановлено тарілку 23 для розподілу відведеної із карбонізаційної колони піни по перетину сатураційної колони, каплевідбійник 24, сепаратор 25 та трубу 26 для відведення відпрацьованого газу в атмосфер у. Апарат для сатурації лужних цукрових розчинів працює наступним чином. Дефекований сік надходить у нижню частину карбонізатора 1 карбонізаційної колони через патрубок підведення дефекованого соку 5, піднімається вгору у прямотоці з сатураційним газом, що подається по патрубку 13 в барботер 12 для його розподілу в карбонізаторі 1. При розширені потоку сокогазової суміші на переході із карбонізатора 1 в дегазатор 2, швидкість відпрацьованого газу зменшується і переважна кількість його виділяється із сокогазової суміші. При цьому структура суміші змінюється - у ній переважатиме рідка фаза із залишками диспергуючого газу. Остаточне видалення газу із сокогазової суміші досягається при її викиданні через зубчасті вирізи переливного пристрою 3 та зміні напряму руху соку. Частково відсатурований дефекований сік у карбонізаторі 1 після руйнування піни та видалення із сокогазової суміші відпрацьованого газу викидається у закритий знизу кільце 6 вий простір дегазатора 2 і по трубопроводу 9 відводиться із карбонізаційної колони у надсоковий простір сатураційної колони. Відпрацьований газ після його видалення із сокогазової суміші в дегазаторі 2 по трубопроводу відведення надлишкової піни 11 виводиться із карбонізаційної колони у верхню частин у сатураційної колони. В карбонізаційній колоні проводиться сатурація дефекованого соку в режимі, що наближається до повного витіснення рідкої фази при поступовому зниженні лужності соку по висоті карбонізатора 1 в залежності від заданого ступіню карбонізації. Частково відсатурований дефекований сік направляється в верхню частину сатураційної колони по трубопроводу 9 на тарілку 17 для розподілу соку по перерізу сатураційної колони, а сатураційний газ протитечійно подається в його нижню частину по патрубку 19 в барботер 18. Протитечійний рух соку і са тураційного газу в кільцевих зазорах та отворах в зрізаних конусах лабіринтних перегородок 16 запобігає факельному прориву газ у на вихід з сатураційної колони та суттєво знижує повздовжнє перемішування рідкої фази в ньому. При погіршенні якості сировини і можливому зниженні седиментаційно-фільтраційних показників сатураційного соку може виникнути необхідність для їх покращення шляхом застосування рециркуляції нормально відсатурованого соку із сатураційної колони по трубопроводу 6, який утворює із звуженням патрубка підведення дефекованого соку 5 струминний насос 7 через задвижку 8 на вхід де фекованого соку у карбонізаційну колону. Така рециркуляція буде погіршувати ефект адсорбційної очистки соку в карбонізаційній колоні, тому її величина повинна бути мінімальною для забезпечення нормальної швидкості фільтрування соку у заводському фільтраційному обладнанні. Відсатурований сік по трубопроводу 20 та через контрольний ящик 21 виводиться з сатураційної колони для подальшої обробки. Осад, що накопичується у конусних днища х 4 та 15 відповідно карбонізаційної та сатураційної колон, видаляється із них через патрубки 14 та 22. Відпрацьований газ після відокремлення краплин соку у каплевідбійнику 24 та сепараторі 25 виводиться із сатураційної колони через трубу 26 в атмосфер у. Із Таблиці 1, де приведені експериментальні дані по визначенню динаміки зміни лужності дефекованого соку та ефективності його знебарвлення по висоті карбонізаційної колони, видно, що дефекований сік із лужністю 0,8% СаО поступово відсатуровувався по висоті карбонізаційної колони відповідно до лужностей 0,7; 0,6; 0,55 та 0,50% СаО і із лужністю 0,5% СаО переходив у сатуратор. Із Таблиці 1 також видно, що локальний ефект знебарвлення соку по висоті карбонізаційної колони залежить від лужності соку, в якому утворюються частинки СаСО3, на поверхні яких і відбувається адсорбція нецукрів, в тому числі і барвних речовин. Так, якщо в нижній частині карбонізаційної колони на вході дефекованого соку ефект знебарвлення соку досягнув 41%, то поступово по висоті 7 26033 карбонізаційної колони він знижувався і на виході із неї склав лише 2%, тобто у 20 разів менше. Таким чином, в карбонізаційній колоні створюються умови для поступового зниження лужності дефекованого соку в режимі повного витіснення при лінійній швидкості газу в діапазоні 0,7...2,5м/с, характерної для пінного режиму, при цьому завдяки утворенню дрібнодисперстного осаду СаСО3 з максимальною адсорбційною здатністю в умовах високої лужності на виході із карбонізаційної колони має місце у 5...15 разів більший ефект адсорбційного видалення аніонів кислот та барвних сполук на одиницю маси карбонізованого вапна у порівнянні з послідовно з'єднаним одноступінчатим сатуратором (з низькою сумарною лужністю в 8 об'ємі соку) при практично однакових рівнях карбонізованого вапна (Таблиця 2). Запропоновані технічні рішення, закладені в основу створення апарата для сатурації лужних цукрових розчинів та оптимізації його роботи, забезпечать тривале та ефективне функціонування, як карбонізаційної колони, так і послідовно з'єднаної з нею сатураційної колони. При необхідності проведення планових профілактичних заходів по обслуговуванню карбонізаційної колони, сатураційна колона може продовжувати успішно працювати в автономному режимі при підвищених технологічних показниках по адсорбційному видаленню розчинних нецукрів і використанню СО2 у порівнянні із діючими нині неефективними одноступінчатими барботажними сатураторами. Таблиця 1 Визначення динаміки зміни лужності дефекованого соку та ефективності його знебарвлення по висоті карбонізаційної колони 1А Назва соку 1 Дефекований сік на вході в карб. колону 1А Сік із крана №1 Сік із крана №2 Сік із крана №3 Сік із крана №4 Сік із крана №5 Сік на виході із сатуратора 1Б Ефект знебарвЗабарвленість Локальний ефект знебар- лення по висоті Лужність нефількарб. колони 1А соку по висоті влення соку трованого соку карб. колони 1А від входу дефеко(Зб1 - Зб 2 )100 ,% ваного соку (кр. по Ф/ФТ, %СаО в од. опт. густ Eзнеб = (Лнф) №1) до виходу Зб1 на 100 СР (3б) карбоніз. соку (кр. №5) 2 3 4 5 0,80 919,5 - - 0,70 0,60 0,55 0,50 0,50 545,7 368,2 330,8 305,1 283,1 40,7 60,0 64,0 66,8 69,2 40,7 19,3 40 2,8 2,4 0,13 273,9 70,2 1,0 Таблиця 2 Порів няльний аналіз ефектив ності адсорбційного видалення не цукрів (аніонів кислот та барв них сполук) в карбонізаційній колоні 1А і сатураторі 1Б. № п/п зав одських в ипробув ань 1 I II III Зниження лужності Лужність соку карнефільтроНазв а боніз. в аного соку соку колони 1А по Ф/ФТ, та сатура%СаО торі 1Б, %СаО 2 ДС 1А 1Б ДС 1А 1Б ДС 1А 1Б 3 0,80 0,40 0,10 0,80 0,45 0,10 0,90 0,50 0,12 4 0,40 0,30 0,35 0,35 0,40 0,38 Локальний ефект знебарвСтупінь карболення соку на Забарв ленізації в апна в одиницю маси ність соку в карбонізаційум. од. на 100 карбонізов аноній колоні 1А, го в апна в карб. СР % колоні 1А та сатураторі 1Б, % 5 50,0 43,7 44,4 б 30,6 17,3 13,8 33,6 12,7 10,6 39,9 13,6 11,7 7 108,8 38,0 177,7 17,9 164,8 12,6 Вміст аніонів кислот в% СаО на 100 СР 8 0,716 0,404 0,354 0,899 0,502 0,440 0,651 0,349 0,322 Локальний ефект в идалення аніонів кислот на одиницю маси карбонізов аного в апна в карбон. колоні 1А та сатураторі 1Б, % 9 109,0 23,0 126,2 99,6 116,0 10,9 9 26033 10 Продов ження таблиці 2 IV V VI VII Середні значення показників ДС 1А 1Б ДС 1А 1Б ДС 1А 1Б ДС 1А 1Б ДС 1А 1Б 0,90 0,50 0,09 0,90 0,55 0,07 0,80 0,40 0,07 0,80 0,35 0,08 0,84 0,45 0,09 0,40 0,41 0,35 0,48 0,40 0,33 0,45 0,27 0,39 0,36 44,4 38,9 50,0 56,2 46,8 30,7 12,5 11,4 33,0 13,0 11,7 31,2 13,1 12,5 35,4 12,0 11,6 33,5 13,4 11,9 148,2 8,8 173,2 8,2 145,0 5,9 147,0 4,2 152,1 = 11,2 13,6 0,780 0,445 0,406 0,811 0,437 0,408 0,789 0,440 0,408 0,838 0,486 0,465 0,783 0,437 0,400 107,4 12,3 131,8 7,5 110,6 12,4 93,3 9,3 113,4 = 10,3 11,0 ДС - дефеков аний сік на вході в карбонізаційну колону 1А 1А - частково в ідсатуров аний дефеков аний сік на в иході із карбонізаційної колони 1А 1Б - сік на виході із сатуратора 1Б Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601