САТУРАТОР ДЛЯ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
SATURATOR FOR BEET-SUGAR PRODUCTION

Изобретение относится к сахарному производству, а именно к устройствам для очистки жидких полупродуктов, и может быть использовано при чистке диффузионного сока и клеровки сахара-сырца в различных схемах очистки сахарного производства.
Известен сатуратор для свеклосахарного производства (см. патент РФ 1787166, МПК C13D 3/04, 1993, БИ №1), содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный технологическими патрубками и размещенными в его нижней части перфорированными перегородками для диспергирования потока сатурационного газа, и расположенное в верхней части цилиндрического корпуса устройство для отделения капель сока от сатурационного газа, представляющее собой усеченный конус с продольными винтообразными канавками на внутренней поверхности, прикрепленный большим основанием к стенке цилиндрического корпуса с образованием снаружи полости для сбора выделившихся капель, сообщенный с полостью цилиндрического корпуса, расположенной под усеченным конусом.
Недостатком данного сатуратора является энергоемкость процесса сатурации, обусловленная значительными тепловыми потерями через вертикальную стенку цилиндрического корпуса сатуратора, что вызвано малым суммарным термическим сопротивлением материала конструкции и пограничного слоя стекающего с усеченного конуса сока.
Известен сатуратор для свеклосахарного производства (см. патент РФ 2196830, МПК C13D 3/04, опубл. 20.01.2003), содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный технологическими патрубками и размещенными в его нижней части перфорированными перегородками для диспергирования потока сатурационного газа, и расположенное в верхней части цилиндрического корпуса устройство для отделения капель сока от сатурационного газа, представляющее собой усеченный конус с продольными винтообразными канавками на внутренней поверхности, прикрепленный большим основанием к стенке цилиндрического корпуса с образованием снаружи полости для сбора выделившихся капель, сообщенный с полостью цилиндрического корпуса, расположенной под усеченным конусом, при этом в цилиндрическом корпусе диаметрально расположены, по меньшей мере, четыре гибкие сливные трубки, заглушенные на нижнем торце, причем в стенке каждой трубки по длине выполнены суживающиеся сопла для подвода сока из полости сбора на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса и образования на ней пленки жидкости.
Недостатком данного сатуратора является снижение эффективности работы сатуратора из-за высокого гидравлического сопротивления перфорационных перегородок при их горизонтальном расположении, кроме того, это приводит к неполному перемешиванию и соответственно ухудшению тепломассообмена.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание при длительной эксплуатации нормированных теплофизических параметров массообмена на поверхности перфорационных перегородок в нижней части цилиндрического корпуса, что обеспечивает эффективную работу сатуратора.
Технический результат по поддержанию эффективного процесса сатурации при длительной эксплуатации достигается тем, что сатуратор, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный технологическими патрубками и размещенными в его нижней части перфорированными перегородками для диспергирования потока сатурационного газа, и расположенное в верхней части цилиндрического корпуса устройство для отделения капель сока от сатурационного газа, представляющее собой усеченный конус с продольными винтообразными канавками на внутренней поверхности, прикрепленный большим основанием к стенке цилиндрического корпуса с образованием снаружи полости для сбора выделившихся капель, сообщенный с полостью цилиндрического корпуса, расположенной под усеченным конусом, при этом в цилиндрическом корпусе диаметрально расположены, по меньшей мере, четыре гибкие сливные трубки, заглушенные на нижнем торце, причем в стенке каждой трубки по длине выполнены суживающиеся сопла для подвода сока из полости сбора на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса и образования на ней пленки жидкости, при этом перфорированные перегородки расположены секционно и выполнены зигзагообразными с образованием в каждой секции диффузоров и конфузоров и соединены относительно соседних секций в шахматном порядке.
На фиг.1 схематично изображен продольный разрез предлагаемого сатуратора; на фиг.2 - элемент гибких сливных трубок с отверстиями в виде суживающихся сопел; на фиг.3 - перфорированные перегородки в виде секций из диффузоров и конфузоров.
Сатуратор для свеклосахарного производства состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с верхней частью 2 и коническим днищем 3, устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4, герметично укрепленного на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 в верхней части 2 и образующего с последней полость 5, которая сообщается с нижней частью цилиндрического корпуса 1 посредством, по меньшей мере, четырех диаметрально расположенных гибких сливных трубок 6, входные отверстия которых расположены в нижней точке полости 5, а выходные - заглушены и находятся над перфорированными перегородками 7 кольцевого барбатера 8, укрепленного под устройством для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4, трубопровода 9 для дефекованного сока, перфорированных перегородок 7, размещенных вертикально внутри нижней части вертикального цилиндрического корпуса 1, трубопровода 10 для подачи сатурационного газа, трубопровода 11 для отвода сатурационного сока и патрубка 12 для сброса парогазового потока в атмосферу.
Устройство для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4 имеет на внутренней поверхности продольные винтообразные канавки 13, а соотношение между меньшим и большим основаниями в усеченном конусе находится в интервале 1/5-1/7, что определяется при известных скоростях парогазовых потоков сатурационных котлов изменением плотности парогазового потока при движении его вдоль усеченного конуса.
Гибкие сливные трубки 6 имеют расположенные вдоль них отверстия 14 в виде суживающихся сопел с меньшим основанием 15 и большим основанием 16.
Перфорированные перегородки 7 расположены секционно, выполнены зигзагообразными с образованием в каждой секции 17 диффузоров 18 и конфузоров 19 и соединены относительно соседних секций в шахматном порядке.
Сатуратор для свеклосахарного производства работает следующим образом.
Дефекованный сок по трубопроводу 9 подается в вертикальный цилиндрический корпус 1 и в виде каскада течет вниз на перфорированные перегородки 7. Сатурационный газ по трубопроводу 10 поступает снизу на перфорированные перегородки 7.
Перемещение дефекованного сока с частицами, налипающими на внутренние поверхности перфорированных перегородках 7 в конфузорах 19, уменьшает давление и увеличивает скорость (dω>0) в потоке (см., например, стр.326 Цой П.В. Методы расчета отдельных задач тепломассопереноса. М.; Энергия, 1971. 384 с.), в результате чего наблюдается срыв налипающих частиц с их внутренних поверхностей. Этим обеспечивается постоянство размеров конфузоров 19 и, следовательно, нормированные теплофизические параметры массообмена на внутренней поверхности конфузоров 19.
Одновременно в диффузорах 18 давление в потоке увеличивается (dP>0), а скорость его падает, что приводит к барометрической диффузии в пограничном слое внутренней поверхности диффузоров 18 и последующему разрушению налипающих частиц дефекованного сока.
В результате в течение длительной эксплуатации сатуратора для свеклосахарного производства в каждой секции 17 диффузоров и конфузоров, расположенных относительно соседних секций в шахматном порядке, наблюдается при одновременном возрастании скорости и давления, соответственно, в конфузорах 19 и диффузорах 18 установление процесса налипания частиц, сопутствующих движущемуся через перфорированные перегородки 7 дефекованному соку. Следовательно, не требуется во время производства сахара, например в сезон переработки свеклы, выводить из работы сатуратор для осуществления демонтажных работ на очистку перфорированных перегородок.
Отсатурированный сок отводится по трубопроводу 11, а отработанный газ в виде парогазового потока, увлекая капли сока различной дисперсности, поднимается в верхнюю часть 2 вертикального цилиндрического корпуса 1 и затем поступает во входное отверстие устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4. Капли сока различной дисперсности с парообразным потоком движутся, контактируя с внутренней поверхностью устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4.
Капли сока различной дисперсности с парообразным потоком движутся, контактируя с внутренней поверхностью устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4. В результате уменьшения проходного сечения усеченного конуса возрастает скорость движения парообразного потока, и капли сока оттесняются к внутренней стенке усеченного конуса и попадают в продольные винтообразные канавки 13, где под воздействием возросшего гидравлического сопротивления винтообразных канавок резко уменьшают свою скорость, сталкиваются между собой, укрупняются, становятся «ядрами конденсации» парогазового потока.
Закручивание в продольных винтообразных канавках 13 более плотного пограничного слоя приводит к вращательному движению всей массы парогазового потока с каплями сока различной дисперсности перед выходным отверстием устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4. При этом процесс закрутки наблюдается при малых скоростях парогазового потока, причем чем выше плотность обрабатываемой парогазовой смеси, тем при меньшей скорости обеспечивается вращательное движение потока перед выходом из устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4.
Вращательное движение массы парогазового потока с каплями сока перед выходным отверстием устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4 снижает вероятность проскока части парогазового потока, находящейся в центре вертикального цилиндрического корпуса 1, без обработки. Кроме того, после выхода из меньшего отверстия усеченного конуса 4 парогазовый поток внезапно расширяется, что приводит к небольшому снижению температуры и дополнительному отделению мелкодисперсных капелек сока, которые попадают в полость 5 и, собираясь там, стекают по гибким сливным трубкам 6, а отработанный, очищенный от капелек сока газ выбрасывается через патрубок 12 в атмосферу.
Расположение сливных трубок 6 диаметрально противоположно непосредственно по внутренней поверхности вертикального цилиндрического корпуса 1 приводит к тому, что под действием гидростатического давления, обусловленного наличием накапливаемых мелкодисперсных капелек сока из-за заглушенного нижнего конца, они начинают, изгибаясь, перемещаться, омывая внутреннюю поверхность вертикального цилиндрического корпуса 1 струйками сока, истекающими из суживающихся сопел 14. В результате образуется пленка сока, являющаяся дополнительным термическим сопротивлением передачи тепла из внутреннего объема сатуратора в окружающую среду.
Кроме того, укрупненные капли сока, собравшиеся на внутренней стороне устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4, стекают по продольным винтообразным канавкам 13 к выходному отверстию последнего, а затем стекают вниз, образуя также тонкую равномерную пленку сока на внутренней поверхности вертикального цилиндрического корпуса 1. Совместное образование термоизолирующей пленки мелкодисперсными каплями, собираемыми как на внутренней поверхности устройства для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4, так и в полости 5, приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи через вертикальный цилиндрический корпус 1, что сокращает теплопотери процесса сатурации. Выполнение суживающихся сопел 14 таким образом, что меньшее основание 15 контактирует с внутренней поверхностью вертикальный цилиндрический корпус 1, обеспечивает не только реактивное действие вытекающей струи 6, т.к. меньшее основание 15 обладает большим гидравлическим сопротивлением, чем большее основание 16.
При высокой степени пенообразования сатурационного сока через кольцевой барбатер 8 подается пар для снижения уровня пены.
Оригинальность предложенного технического решения заключается в том, что обеспечивается нормированный процесс сатурации при длительной эксплуатации за счет поддержания постоянства тепломассообмена на перфорированных перегородках, расположенных секционно и и выполненных зигзагообразно с образованием в каждой секции диффузоров и конфузоров, которые соединены относительно соседних секций в шахматном порядке, что обеспечивает равномерные эпюры скоростей смеси дефекованного сока и сатурационного газа, а это в конечном итоге способствует эффективной работе сатуратора для свеклосахарного производства.