Вакуум-апарат для кристалізації цукрози з цукровмісних розчинів

Реферат: Запропоновано вакуум-апарат для кристалізації цукрози з цукровмісних розчинів, який має вертикальний циліндричний корпус з W-подібним днищем, що включає вивантажувальний патрубок, вбудовану гріючу камеру з центральною вертикальною циркуляційною трубою шестилопатевий циркулятор, закріплений на вертикальному валу, що приводиться в обертальний рух приводом за допомогою електродвигуна, патрубки для підводу пари у гріючу камеру та патрубок для виводу вторинної пари, яка утворюється при кипінні розчину. Пристрій додатково має пристрій для підведення цукровмісного розчину, який підлягає кристалізації, виконаний у вигляді колектора та трубопроводів, розташованих над гріючою камерою на однаковій відстані один від одного з кутом нахилу до верхньої трубчастої решітки 15-20°, виходи з яких мають форму еліпсів і розташовані у циркуляційній трубі між її звуженням та зоною обертання лопатей циркулятора. Циркуляційна труба вбудованої гріючої камери складається з двох вертикально розміщених конусів, які сходяться зрізаними вершинами, утворюючи зону звуження циркуляційної труби, причому висота верхнього зрізаного конуса складає не більше третини висоти нижнього, а кут нахилу твірної конічної поверхні до осі циркуляційної труби не перевищує 15°. UA 102324 C2 (12) UA 102324 C2 UA 102324 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до обладнання цукрової промисловості для кристалізації цукрози з розчинів, переважно цукровмісних. З рівня техніки відомий вакуум-апарат для кристалізації цукрози з цукровмісних розчинів, який включає вертикальний циліндричний корпус з W-подібним днищем, вбудовану гріючу камеру, вертикальну конічно-циліндричну циркуляційну трубу, закріплений на вертикальному валу шестилопатевий циркулятор, під яким розміщений колектор з кількома штуцерами для підведення цукровмісного розчину, безпосередньо під лопаті циркулятора (Вакуум-аппарат DSSE., проспект.-2009). Недоліками при використанні таких типів вакуум-апаратів є розміщення у гріючій камері, врівень з вихідною нижньою циліндричною частиною конічно-циліндричної циркуляційної труби, лопатей циркулятора, під якими розташований колектор розподілу цукровмісного розчину, що надходить на уварювання у вакуум-апарат. Гідравлічний напір, який створюється при обертанні циркулятора, частково поглинається відкритим перерізом циліндричної частини циркуляційної труби, в результаті інтенсивність нагнітання кристалічного розчину лопатями циркулятора недостатня для швидкого і якісного змішування поступаючого через розташований під ним колектор цукровмісного розчину з потоком утфелю в зоні обертання лопатей циркулятора на виході з циркуляційної труби, при цьому швидкість циркуляції зменшується і не забезпечує інтенсифікацію процесу кристалізації цукрози з розчину, збільшує тривалість уварювання утфелю. В основу винаходу поставлена задача створення вакуум-апарата шляхом зміни його конструкції, а саме встановлення у вбудованій гріючій камері циркуляційної труби, яка складається з двох круглих конусів, які сходяться зрізаними вершинами, утворюючи зону звуження циркуляційної труби, розміщення над верхньою трубчастою решіткою трубопроводів підведення розчину, що підлягає кристалізації, нижче звуження циркуляційної труби, але вище зони обертання лопатей циркулятора з метою інтенсифікації процесу кристалізації цукрози, зменшення тривалості уварювання утфелю, що дозволить збільшити вихід цукру з кожної варі за рахунок зменшення втрат цукрози від розкладання та з мелясою, використовувати для уварювання утфелю з сиропу концентрацією 65-72 % СР низькопотенційний носій - вторинну пару III-IV корпусів випарної установки з температурою 95-104 °C (з тиском 0,017 МПа). Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому вакуум-апараті для кристалізації цукрози з цукровмісних розчинів, який має вертикальний циліндричний корпус (1) з W-подібним днищем (14), що включає вивантажувальний патрубок (15), вбудовану гріючу камеру (2) з центральною вертикальною циркуляційною трубою (3), шестилопатевий циркулятор (9), закріплений на вертикальному валу (8), що приводиться в обертальний рух приводом (16) за допомогою електродвигуна (17), патрубки (10, 12, 13) для підводу пари у гріючу камеру (2) та патрубок (11) для виводу вторинної пари, яка утворюється при кипінні розчину, згідно з заявленим винаходом, вакуум-апарат додатково має пристрій для підведення цукровмісного розчину, який підлягає кристалізації, виконаний у вигляді колектора (7) та трубопроводів (6), розташованих над гріючою камерою (2) на однаковій відстані один від одного з кутом нахилу до верхньої трубчастої решітки 15-20°, виходи з яких мають форму еліпсів і розташовані у циркуляційній трубі (3) між її звуженням та зоною обертання лопатей циркулятора (9), циркуляційна труба (3) вбудованої гріючої камери (2) складається з двох вертикально розміщених конусів (4, 5), які сходяться зрізаними вершинами, утворюючи зону звуження циркуляційної труби (3), причому висота верхнього зрізаного конуса (4) складає не більше третини висоти нижнього (5), а кут нахилу твірної конічної поверхні до осі циркуляційної труби (3) не перевищує 15°. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваним технічним результатом буде в наступному. Конструкція вакуум-апарата передбачає встановлення у вбудованій гріючій камері циркуляційної труби, яка складається з двох круглих зрізаних конусів, які сходяться зрізаними вершинами, утворюючи зону звуження циркуляційної труби, причому висота верхнього зрізаного конуса складає не більше третини висоти нижнього з кутом нахилу твірної конічної поверхні до осі циркуляційної труби не більше 15°, що забезпечує введення додаткового гідравлічного опору за рахунок звуження потоку утфелю з наступним його розширенням, і дозволяє використовувати кінетичну енергію, яка при цьому вивільнюється і в процесі утворення якої приймає участь внутрішня енергія потоку стисненого утфелю, при переході через звуження, його швидкість зростає від вихідного значення до величини в перерізі найбільшого стиснення потоку в 1,5 разу. Обмеження кута нахилу твірної конічної поверхні нижнього зрізаного конуса п'ятнадцятьма градусами до осі циркуляційної труби обумовлене мінімалізацією втрати тиску при зростаючій 1 UA 102324 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 швидкості потоку утфелю на вихідній ділянці циркуляційної труби з наступним його рівномірним розподілом по всій площі підтрубного простору гріючої камери для переміщення вгору по циркуляційному контуру. Розміщення по периметру вхідної частини циркуляційної труби на рівній відстані один від одного з кутом нахилу до верхньої трубчастої решітки 15-20° підводів цукровмісного розчину, виходи з яких знаходяться у проміжку циркуляційної труби між її звуженням та зоною обертання лопатей циркулятора, яка характеризується збільшенням швидкості руху утфельного потоку, забезпечує швидке та якісне змішування поступаючого цукроутримуючого розчину, підігрітого безпосередньо у вакуум-апараті до температури кипіння утфелю, з потоком утфелю в зоні обертання лопатей циркулятора, підвищує гомогенність та плинність утфельного потоку, унеможливлює байпас розчину по трубах гріючої камери, виключає загорання підводів. На фіг. 1 зображений вакуум-апарат, загальний вигляд. На фіг.2 зображена схема циркуляційного контуру. Вакуум-апарат для кристалізації цукрози з цукровмісних розчинів (фіг. 1) включає вертикальний циліндричний корпус 1, вбудовану гріючу камеру 2 з центральною циркуляційною трубою 3, яка, згідно з заявленим винаходом, складається із двох круглих конусів - вхідного верхнього 4 та вихідного нижнього 5, які сходяться зрізаними вершинами, утворюючи зону звуження циркуляційної труби 3 (фіг.2). Вакуум-апарат має патрубки 10, 12 та 13 для підводу пари у гріючу камеру 2, патрубок 11 відводу вторинної пари, конденсату та несконденсованих газів. Підведення цукровмісного розчину, що підлягає кристалізації, здійснюється за допомогою колектора 7 та трубопроводів 6, розташованих над гріючою камерою 2 на однаковій відстані один від одного з кутом нахилу до верхньої трубчастої решітки 15-20°, виходи з яких мають форму еліпса і знаходяться у проміжку циркуляційної труби 3 між її звуженням та зоною обертання лопатей циркулятора 9. В нижній частині вакуум-апарата розміщено W-подібне днище 14 з вивантажувальним патрубком 15. Механічний циркулятор 9 закріплений на вертикальному валу 8 і приводиться в обертальний рух приводом 16 за допомогою електродвигуна 17. Вакуум-апарат працює наступним чином. Корпус 1 вакуум-апарата через колектор 7 та трубопроводи 6 заповнюється вихідним розчином, що підлягає кристалізації, до рівня, що забезпечує покриття розчином гріючої камери 2, у яку через патрубок 10 підводять гріючу пару, яка, віддаючи тепло і конденсуючись, підігріває розчин. Вторинна утфельна пара, яка утворюється при кипінні розчину, виводиться патрубком 11. Для підсилення циркуляції, що утворюється за рахунок кипіння розчину, вмикають електродвигун 17, що призводить до обертання циркулятора 9. Після згущення розчину до перенасиченого стану в ньому здійснюють кристалоутворення й нарощування кристалів цукрози. Вихідний розчин з колектора 7, підігрітий до температури кипіння утфелю у вакуум-апараті, підводять в циркуляційну трубу 3 у проміжку збільшення швидкості руху утфельного потоку на виході із звуженого отвору циркуляційної труби та його входом в зону обертання лопатей циркулятора 9. Циркуляція розчину, що підлягає кристалізації, підсилюється за рахунок обертання циркулятора 9, а також, значною мірою, за рахунок виконання центральної циркуляційної труби 3 із двох круглих конусів, які сходяться зрізаними вершинами, утворюючи зону звуження циркуляційної труби 3, причому висота верхнього вхідного зрізаного конуса 4 складає не більше третини висоти нижнього вихідного конуса 5, з кутом нахилу твірної його конічної поверхні до осі циркуляційної труби 3, який не перевищує 15°. За таких умов при нагнітанні утфелю забезпечується введення додаткового гідравлічного опору за рахунок звуження потоку утфелю з наступним його розширенням, що дозволяє використовувати кінетичну енергію, яка при цьому вивільнюється, і в процесі утворення якої приймає участь внутрішня енергія потоку стисненого утфелю при переході через звуження - його швидкість зростає від вихідного значення до величини у перерізі найбільшого стиснення потоку в 1,5 рази. Обмеження кута нахилу твірної конічної поверхні нижнього вихідного зрізаного конуса 5 п'ятнадцятьма градусами до осі циркуляційної труби 3 обумовлене мінімалізацією тиску при зростаючій швидкості потоку утфелю на вихідній ділянці циркуляційної труби, забезпечує швидке та якісне змішування поступаючого цукровмісного розчину, підігрітого безпосередньо у вакуум-апараті до температури кипіння утфелю, в зоні обертання лопатей циркулятора 9 з наступним його рівномірним розподілом по всій площі підтрубного простору гріючої камери 2 та переміщенням вгору по циркуляційному контуру (фіг.2), підвищує гомогенність та плинність утфельного потоку, унеможливлює байпас розчину по трубах гріючої камери 2, виключає загорання підводів 6. 2 UA 102324 C2 5 10 15 20 При цьому кристали цукру формуються в умовах високого пересичення, що дає можливість досягнути більш повного виснаження міжкристального розчину при уварюванні утфелю, призводить до підвищення швидкості кристалізації, зменшення тривалості уварювання утфелю, оптимізує процес кристалізації в цілому. Після того, як в утфелі маса кристалів цукрози складатиме 45-55 % до його маси, нарощування кристалів припиняють, закривають подачу гріючої пари і виключають двигун 17 циркулятора 9. Утфель вивантажують через патрубок 15. Технічний результат полягає в забезпечені високої експлуатаційної ефективності удосконаленого вакуум-апарата для кристалізації цукрози з вбудованою гріючою камерою, що має циркуляційну трубу, з двох круглих конусів, які сходяться зрізаними вершинами, утворюючи у площині спільного перерізу, паралельній основі конусів, зону звуження циркуляційної труби 3, розміщеними над гріючою камерою 2 кількома, розташованими на однаковій відстані один від одного, трубопроводами 6 введення розчину, що підлягає кристалізації, виходи із яких мають форму еліпсів і розташовані у просторі циркуляційної труби 3, обмеженому зверху її звуженням, а знизу - зоною обертання лопатей циркулятора 9. Вакуум-апарат забезпечує значне підсилення циркуляції утфелю, зменшення тривалості його уварювання на 20-30 %, збільшення ефектів кристалізації, поліпшення кристалізаційної структури утфелю, зменшення його кольоровості на 15-20 %, зменшення втрат цукрози від розкладання і в мелясі, збільшення виходу цукру з кожної варі на 10-12 %. Запропонований вакуум-апарат оновленої конструкції є одним ланцюгом ланки послідовного вдосконалення технологічної та теплової схеми цукрових заводів з реалізацією комплексу технічних розробок по енергозбереженню в бурякоцукровому виробництві, заміною застарілого і фізично зношеного устаткування на нове прогресивне, ліквідацією нераціонального споживання пари. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Вакуум-апарат для кристалізації цукрози з цукровмісних розчинів, який має вертикальний циліндричний корпус з W-подібним днищем, що включає вивантажувальний патрубок, вбудовану гріючу камеру з центральною вертикальною циркуляційною трубою, шестилопатевий циркулятор, закріплений на вертикальному валу, що приводиться в обертальний рух приводом за допомогою електродвигуна, патрубки для підводу пари у гріючу камеру та патрубок для виводу вторинної пари, яка утворюється при кипінні розчину, який відрізняється тим, що додатково має пристрій для підведення цукровмісного розчину, який підлягає кристалізації, виконаний у вигляді колектора та трубопроводів, розташованих над гріючою камерою на однаковій відстані один від одного з кутом нахилу до верхньої трубчастої решітки 15-20°, виходи з яких мають форму еліпсів і розташовані у циркуляційній трубі між її звуженням та зоною обертання лопатей циркулятора, циркуляційна труба вбудованої гріючої камери складається з двох вертикально розміщених конусів, які сходяться зрізаними вершинами, утворюючи зону звуження циркуляційної труби, причому висота верхнього зрізаного конуса складає не більше третини висоти нижнього, а кут нахилу твірної конічної поверхні до осі циркуляційної труби не перевищує 15°. 3 UA 102324 C2 4 UA 102324 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5