Вакуум-апарат періодичної дії

Реферат: Вакуум-апарат періодичної дії для уварювання утфелів виконаний у вигляді циліндричного корпусу з конічною верхньою частиною і днищем, який має сепаратор, розташований в верхній частині апарата, теплообмінну камеру з центральною циркуляційною трубою, причому апарат додатково оснащений двошнековим інтенсифікатором. UA 110565 C2 (12) UA 110565 C2 UA 110565 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до типу обладнання, що активно використовується на підприємствах цукрового виробництва для уварювання утфелів І, II та III продуктів. За прототип взято вакуум-апарат періодичної дії з механічним циркулятором ВАЦМ-60, що наведений в фаховому журналі "Сахар" (Кухар В.Н., Лысюк П.И. Вакуум-аппарат с циркулятором: оптимизация теплопотребления, улучшение качества готовой продукции. // Сахар. - 2006. - № 7. - С. 48-52), і являє собою циліндричний корпус з конічною верхньою частиною і днищем, сепаратор, що розташований в верхній частині апарата, парову камеру з центральною циркуляційною трубою та механічний циркулятор з верхнім приводом, що розташовані в нижній частині апарата. Робота вище зазначеного вакуум-апарата супроводжуються наступними недоліками: 1. Гідравлічний опір циркуляційного контуру за рахунок створення вихрового потоку утфеля в циркуляційній трубі під впливом дії механічного циркулятора зменшує значення кратності циркуляції, отже і інтенсивність процесів тепло- та масообміну, що в кінцевому підсумку зменшує якість отриманого утфеля та кристалічного цукру; 2. Основні показники ефективної роботи вакуум-апарата (швидкість кристалізації, швидкість циркуляції утфеля, коефіцієнт теплопередачі) зменшуються в кінцевий момент уварювання утфеля, що пов'язано із зростанням в'язкості і підвищенням рівня утфеля та, як наслідок, збільшення термічного опору, підвищення можливості недогріву утфеля на вході в кип'ятильні трубки. Це супроводжується збільшенням довжини економайзерної ділянки і зменшенням довжини ділянки генерації пари кип'ятильних труб, що знижує рушійний тиск циркуляції. Підвищення термічного опору і зменшення швидкості циркуляції супроводжується зниженням інтенсивності теплообміну і зменшенням величини питомого теплового потоку. Вище названі недоліки призводять до значного погіршення гранулометричного складу утфеля, збільшенню витрати пара та часу на уварювання утфеля, та, як наслідок, зменшення продуктивності вакуум-апарата. В основу винаходу поставлено наступні задачі: 1. Зменшити гідравлічний опір в зоні циркуляційного контуру - циркуляційна труба; 2. Збільшити швидкість циркуляції утфеля на завершальних етапах його уварювання; 3. Інтенсифікувати тепломасообмінні процеси протягом всього циклу уварювання цукрового утфеля за рахунок підвищення швидкості його циркуляції; Поставлена задача вирішується тим, що вакуум-апарат періодичної дії, який являє собою циліндричний корпус з конічною верхньою частиною і днищем, сепаратор, що розташований в верхній частині апарата, теплообмінну камеру з центральною циркуляційною трубою, згідно з винаходом оснащується двошнековим інтенсифікатором. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованим технічним рішенням та очікуваним результатом наступний: 1. Нижній шнек двошнекового інтенсифікатора виконує функцію шестилопатевої мішалки, що полягає в нагнітанні потоків утфеля під теплообмінну камеру, усуваючи при цьому гідравлічний опір, що утворюється вихровим потоком під впливом дії мішалки механічного циркулятора; 2. За рахунок дії верхнього шнека відбувається підсилення штучної циркуляції на завершальних стадіях уварювання утфеля; 3. За рахунок зменшення гідравлічного опору циркуляційного контуру підвищується кратність циркуляції, що сприяє збільшенню інтенсивності теплопередачі, та, як наслідок, збільшенню інтенсивності масообміну; 4. Інтенсифікація тепломасообміну зменшує час активної роботи вакуум-апарата, що забезпечує збільшення його продуктивності. Запропоноване технічне рішення дозволяє забезпечити в повному обсязі очікуваний технічний результат. На Фіг. 1 зображено вакуум-апарат періодичної дії, який складається з циліндричного корпусу 15, конічного днища і сепаратора 12, теплообмінної камери 5, та циркуляційної труби 4. Для підсилення циркуляції використовується шнекова мішалка 1, що приводиться в дію за допомогою приводу 2 через підшипниковий вузол 3. Для підсилення циркуляції на завершальних стадіях уварювання утфеля використовується шнекова мішалка 6, що приводиться в дію за допомогою приводу 11 через підшипниковий вузол 13 та муфти 10. Коли привод 11 починає працювати шнекова мішалка 6 разом з рухомою циркуляційною трубою 7 через гвинтову передачу 8 та за допомогою вузла 9, починає опускатися до кінця різьби на гвинті 8. Після цього шнек 6 починає разом зі шнеком 1 виконувати функцію нагнітання утфеля в циркуляційну трубу, що забезпечує прискорення циркуляції утфеля на завершаючи стадіях його уварювання. Вивантаження утфеля відбувається через вивантажувальний пристрій 14. 1 UA 110565 C2 5 10 15 20 25 30 35 На Фіг. 2 зображено двошнековий інтенсифікатор, що складається з шнека 1 нижнього циркулятора, який встановлюється в нерухомій циркуляційній трубі 15, шнека 6 верхнього циркулятора, який приварений до порожнистого вала 16, в якому розташована гвинтова передача, що утворюється гайками 17 та гвинтом 18. Гайка 17 фіксується в корпусі порожнистого вала фіксатором 19. Рухома циркуляційна труба 20 кріпиться до порожнистого вала опорами 21, що з'єднані з корпусом 22 підшипника ковзання 23. Обидва шнеки опираються на підшипникову опору 24. Принцип роботи вакуум-апарата. Створивши робочий тиск в вакуум-апараті до 0,02 МПа за рахунок вакууму, він починає заповнюватись сиропом. Як тільки вакуум-апарат заповниться на 1/3 висоти парової камери, частково відкривають паровий вентиль і починають прогрівати теплообмінну камеру 5 (Фіг. 1). Коли рівень сиропу досягне такої висоти, при якій він буде покривати всю поверхню парової камери при кипінні, паровий вентиль відкривають повністю і при залишковому тиску не вище 0,02 МПа проводять інтенсивне згущення. При кипінні кипляча маса піднімається по кип'ятильних трубках теплообмінної камери 5 (Фіг. 1), попадаючи в зону вакуум-апарата над теплообмінною камерою, а опускається до низу по циркуляційній трубі 4 (Фіг. 1), находячись постійно в русі. Нижній шнек 1 (Фіг. 1) з нижнім приводом 2 (Фіг. 1) нагнітає масу, що кристалізується під теплообмінну камеру 5 (Фіг. 1) для забезпечення примусової циркуляції. Вторинна пара, утворена в результаті випаровування води в робочому об'ємі апарата, проходить через сепаратор 12 (Фіг. 1), звільнюється від капель утфеля і надходить в барометричний конденсатор. При коефіцієнті пересичення 1,25-1,3, коли концентрація розчину знаходиться в лабільній зоні, здійснюється введення затравки. Як тільки в сиропі після цього виникає достатня кількість центрів кристалізації, в вакуум-апарат підкачують деяку кількість сиропу для зниження коефіцієнта пересичення до 1,08-1,12, тобто пересичення сиропу переводять в метастабільну зону, коли нові кристали не виникають, а ростуть існуючі. Коли в вакуум-апараті кількість утфеля досягне максимального значення, підкачку сиропу припиняють. На цьому етапі починає працювати привод 11 (Фіг. 1), що забезпечує опускання рухомої циркуляційної труби 7 (Фіг. 1) разом з верхнім шнеком 6 (Фіг. 1) через гвинтову передачу 8. Коли рухома циркуляційна труба опуститься до кінця гвинта, верхній шнек починає обертатися разом з нижнім шнеком, забезпечуючи при цьому підсилення штучної циркуляції. Випаровування води і кристалізацію цукрози продовжують, доки не отримають необхідну концентрацію сухих речовин 92-94 %. Технічний результат полягає у збільшенні швидкості циркуляції утфеля вздовж циркуляційного контуру, особливо на завершальних стадіях уварювання утфеля, що, в свою чергу, приведе до: інтенсифікації процесів тепломасообміну; інтенсифікації рекристалізації сахарози; підвищення якості отриманого утфеля та кристалічного цукру, збільшення продуктивності вакуум-апарата. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 Вакуум-апарат періодичної дії, що виконаний у вигляді циліндричного корпусу з конічною верхньою частиною і днищем, який має сепаратор, що розташований в верхній частині апарата, теплообмінну камеру з центральною циркуляційною трубою, який відрізняється тим, що додатково оснащений двошнековим інтенсифікатором. 2 UA 110565 C2 3 UA 110565 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4