УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОШПАРИВАНИЯ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ

Полезная модель относится к устройствам для тепловой обработки свекловичной стружки и может быть использована в сахарной промышленности.
Известны устройства различных конструкций для предварительного ошпаривания свекловичной стружки перед поступлением в диффузионный аппарат [SU 543675 A, 09.03.77; SU 767206 A, 03.10.80; SU 744036 A, 30.06.80; SU 806755 A, 25.02.81; SU 962307 A, 30.09.82; SU 1057540 A, 30.11.83; SU 1392099 A1, 30.04.88; SU 1527263 A1, 07.12.89; SU 17037010 A1, 07.01.92; RU 2105816 C1, 27.02.98; RU 64213 U1, 27.06.07; RU 2332466 C1 27.08.08].
Наиболее эффективными, применяемыми в настоящий момент в сахарной промышленности, являются ошпариватели, в которых реализовано противоточное движение свекловичной стружки (твердой фазы) и ошпаривающей жидкости (жидкой фазы), что обеспечивает лучший теплообмен и обессахаривание стружки.
Одним из вариантов эффективного типа ошпаривателя является противоточный ошпариватель КТИПП-БМЗ, основу конструкции которого составляет наклонный двухшнековый диффузионный аппарат С-17 [«Анализ работы существующих диффузионных аппаратов при производстве сахара (часть I)» http://mppnik.ru/publ/krakhmalo_-patochnaja_i_sakharnaja_promyshlennost/analiz_raboty_sushhestvujushhikh_diffuzionnykh_apparatov_pri_proizvodstve_sakhara_chast_i/13-1-0-765, 2014]. В верхней части ошпаривателя установлена кровлеобразная перегородка, отделяющая основную часть корпуса от мешалки, служащей для приготовления сокостружечной смеси, поступающей непосредственно в насос, подающий эту смесь в колонну. На верхней половине корпуса ошпаривателя расположены греющие камеры. Свекловичная стружка поступает в ошпариватель через загрузочную горловину, а циркуляционный сок подается из диффузионной колонны в мешалку самотеком. Нагретый сок подается в рабочую часть ошпаривателя ниже уровня стружки вблизи наклонной перегородки. Двигаясь навстречу стружке, сок ошпаривает и нагревает ее. Таким образом, в противоточном ошпаривателе КТИПП-БМЗ ошпаривание и нагрев стружки протекают в условиях противотока сока и стружки.
Описан противоточный ошпариватель А2-ГГОБ-30 [«Пути создания высокоэффективных диффузионных аппаратов» http://mppnik.ru/publ/-krakhmalo_patochnaja_i_sakharnaja_promyshlennost/puti_sozdanija_vysokoehffektivnykh_diffuzionnykh_apparatov/13-1-0-768, 2014]. Принципиальной особенностью этого ошпаривателя является устройство его транспортной системы и размеры поперечного сечения аппарата. Транспортная система включает наклонную перегородку, обеспечивающую отделение сока от стружки при поступлении стружки в мешалку ошпаривателя. Оптимальные гидродинамические условия для тепло- и массообмена достигаются лишь при достаточно большой площади поперечного сечения аппарата.
Известно использование в промышленности [http://www.bma-worldwide.com/uploads/media/Extraktion_ru.pdf, 2014] противоточного ошпаривателя, подразделенного на две камеры: теплообменную и смесительную. Свежая холодная стружка подается в противоточный ошпариватель без доступа воздуха на входе в теплообменную камеру. Расположение и конструкция транспортирующих лопастей и контрлопастей в теплообменной камере, а также бесступенчатое регулирование числа оборотов вала ошпаривателя обеспечивают образование гомогенного и плотного слоя стружки, необходимого для оптимального теплообмена. Идущий противотоком к стружке охлажденный диффузионный сок откачивается через встроенное в торцовую стенку сито из проволоки из нержавеющей стали, со щелями с двойным конусным сечением и с полезной ситовой поверхностью 34%. В смесительной камере противоточного ошпаривателя поступающий из теплообменной камеры плотный слой стружки разрыхляется, завершается подогрев стружки и приготовляется сокостружечная смесь, пригодная для перекачивания насосом. Описанный ошпариватель содержит также устройство для пеногашения.
Известные устройства для ошпаривания свекловичной стружки, в том числе работающие в противоточном режиме, обладают общими недостатками - имеют сложную конструкцию, включающую транспортеры свекловичной стружки внутри корпуса, не обеспечивают равномерное нагревание свекловичной стружки и сохранение структуры сырья. Они сложны в эксплуатации и обслуживании, материало- и энергоемки.
При этом основным недостатком является неравномерный прогрев стружки ввиду значительной толщины слоя и наличии «застойных» зон, локальный перегрев стружки при длительном воздействии на нее ошпаривающей жидкости и/или острого пара, умягчение стружки при обработке ошпаривающими агентами, увеличение мезгообразования при транспортировании сырья внутри корпуса устройства для ошпаривания свекловичной стружки.
Задача полезной модели - конструкционно простое устройство для ошпаривания свекловичной стружки, обеспечивающее постепенное равномерное нагревание свекловичной стружки в процессе ошпаривания при минимально коротком контактировании сырья с ошпаривающей жидкостью и паром в отсутствие перемешивания.
Технический результат заключается в обеспечении более полного взаимодействия твердой и жидкой фаз при противоточном их движении под пульсационным воздействием, обеспечивающим турбулентное движение жидкой фазы вокруг твердых частиц, сохранении фильтрационных свойств слоя свекловичной стружки в условиях отсутствия механического перемешивания фаз.
Технический результат полезной модели проявляется в интенсификации взаимодействия системы твердое тело-жидкость, обеспечении равномерного нагрева свекловичной стружки, отсутствии локальных перегревов, сохранении исходной структуры сырья в процессе ошпаривания за счет короткого времени взаимодействия сырья с жидкой фазой, а также в предотвращении образования взвесей, снижении содержания веществ коллоидной дисперсности в жидкой фазе, и устранении опасности размножения микроорганизмов.
Технический результат достигается заявляемым устройством для ошпаривания свекловичной стружки, которое представляет собой корпус, состоящий из двух зон - закрытой и открытой. Открытая зона в верхней части снабжена входными патрубками. В верхней части закрытой зоны имеется загрузочный карман и крышка, на которой расположены датчик уровня жидкости и пульсатор, соединенный с загрузочным карманом, парогенератором и приводом, связанным с блоком управления, соединенным с датчиком уровня жидкости. В закрытой зоне корпуса расположены входные и выходные патрубки, последние соединены с нагревателем, связанным с загрузочным карманом и входными патрубками открытой зоны корпуса.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом (фигура).
Устройство для ошпаривания свекловичной стружки включает корпус 1, состоящий из двух зон: закрытой зоны 3, нижняя часть которой соединена с открытой зоной 4, представляющей собой наклонную отводящую трубу, направленную вверх. Закрытая зона 3 снабжена загрузочным карманом 2. Корпус 1 в обеих зонах (закрытой 3 и открытой 4) выполнен полым, имеет любое, например, круглое сечение. Заявляемое устройство снабжено патрубками - в нижней части закрытой зоны 3 выходными патрубками 5 для отвода экстракта и расположенными выше них входными патрубками 6 для подачи острого пара, а также в верхней части открытой зоны 4 - входными патрубками 7 для подачи ошпаривающей жидкости. Закрытая зона 3 корпуса 1 содержит не менее одного выходного патрубка 5 и не менее одного входного патрубка 6. Открытая зона 4 содержит не менее одного входного патрубка 7 для подачи ошпаривающей жидкости. Закрытая зона 3 в верхней части имеет крышку, на которой расположены пульсатор 8 и датчик 9 уровня жидкости. Пульсатор 8 соединен с приводом 10, парогенератором 11, а также с загрузочным карманом 2. Привод 10 связан с блоком управления 12, соединенным с датчиком 9 уровня жидкости. Выходные патрубки 5 для отвода экстракта соединены с нагревателем 13, связанным с загрузочным карманом 2, и входными патрубками 7 в верхней части открытой зоны 4 корпуса 1 заявляемого устройства. Для дополнительного подогрева извне открытая зона 4 может быть снабжена нагревающим устройством, например, нагревательным кожухом. Загрузочный кармам 2 может быть снабжен дозатором, который может, в случае необходимости, плотно закрываться для того, чтобы препятствовать потере импульса и выплескиванию сокостружечной смеси через дозатор.
Элементы заявляемого устройства выполнены из термостойкого материала (выдерживающего температуру не менее 100°C), реакционностойкого к сахарозе, например, из нержавеющей стали.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
В предлагаемой полезной модели источником нагрева свекловичной стружки является острый пар, подаваемый в закрытую зону 3 через входные патрубки 6, а также через пульсатор 8. При контактировании со свекловичной стружкой острый пар конденсируется, образуя жидкую фазу, которая отводится из закрытой зоны 3 в виде экстракта через выходные патрубки 5, нагревается в нагревателе 13 и направляется в корпус 1 устройства для ошпаривания свекловичной стружки через загрузочный карман 2 в закрытую зону 3, а через входные патрубки 7 - в открытую зону 4.
Заявляемое устройство имеет три зоны нагрева свекловичной стружки.
Свекловичная стружка поступает в загрузочный карман 2, например, через дозатор, где смешивается с подаваемой в загрузочный карман 2 нагретой в нагревателе 13 ошпаривающей жидкостью - это первая зона нагрева. В загрузочном кармане 2 происходит теплообмен ошпаривающей жидкости и свекловичной стружки.
Из загрузочного кармана 2 сокостружечная смесь опускается в закрытую зону 3 корпуса 1. Здесь происходит следующий этап нагревания свекловичной стружки - это вторая зона нагрева. Через входные патрубки 6 в закрытую зону 3 корпуса 1 поступает острый пар извне, являясь основным источником нагрева свекловичной стружки. Через пульсатор 8 импульсно поступает острый пар, вырабатываемый парогенератором 11, также в некоторой степени нагревая сокостружечную смесь. Работа пульсатора 8 регулируется блоком управления 12. Как только уровень жидкости достигает датчика 9 уровня жидкости, сигнал подается на блок управления 12, с него через привод 10 на пульсатор 8, и через пульсатор 8 в зону 3 подается импульс острого пара. Под действием импульсов острого пара сокостружечная смесь продвигается далее в закрытую зону 3. Как только уровень жидкости опускается ниже датчика 9 уровня жидкости, сигнал подается на блок управления 12, с него через привод 10 на пульсатор 8, и через пульсатор 8 происходит стравливание пара в загрузочный карман 2. Под действием импульсов острого пара сокостружечная смесь, совершая возвратно-поступательное движение, продвигается из закрытой зоны 3 в открытую зону 4 в противотоке поступающей через входные патрубки 7 в верхней части открытой зоны 4 ошпаривающей жидкости - это третья зона нагрева. Дополнительно открытая зона 4 может быть снабжена нагревательным кожухом - для дополнительного подогрева извне, например, при низких температурах окружающей среды. Ошпаренное сырье из верхней части открытой зоны 4 выгружается в экстрактор для дальнейшей переработки.
Время контакта сырья - свекловичной стружки - с ошпаривающей жидкостью составляет не более 5 минут.
Столь короткое время контакта сырья с ошпаривающей жидкостью и паром способствует сохранению исходной структуры сырья, предотвращает образования взвесей - снижает содержание веществ коллоидной дисперсности в жидкой фазе, что улучшает качество диффузионного сока, и полностью исключает возможность размножения микроорганизмов. Кроме того, короткое время процесса и импульсная подача острого пара решает проблему ценообразования, что исключает необходимость комплектации заявляемого устройства приспособлениями для пеногашения, применяемыми в настоящее время при ошпаривании свекловичной стружки. Это способствует более легкой эксплуатации и обслуживанию предлагаемого устройства.
Наличие нескольких зон нагрева в устройстве для ошпаривания свекловичной стружки позволяет нагревать сырье равномерно, тем самым избежать локальных перегревов, что способствует сохранению структуры сырья.
Отсутствие перемешивания сырья в заявляемом устройстве для ошпаривания свекловичной стружки также способствует сохранению структуры сырья.
Отсутствие транспортирующих сырье механизмов внутри устройства для ошпаривания, а также приспособлений для пеногашения делает заявляемое устройство конструкционно простым, удобным в эксплуатации и обслуживании и позволяет исключить недостатки, связанные с наличием транспортирующих механизмов, таких, как образование застойных зон в местах контакта сырья с транспортирующим механизмом, не позволяющим достичь равномерного прогрева сырья в массе.
В заявляемом устройстве ошпаривания свекловичной стружки созданы условия для реализации оптимального тепло- и массобмена, что достигается образованием равномерного по плотности слоя стружки, возвратно-поступательным движением сокостружечной смеси под действием периодической импульсной подачи острого пара и противоточным движением твердое тело-жидкость с турбулентным движением жидкости вокруг твердых частиц.
Таким образом, заявлено новое конструкционно простое и удобное в обслуживании устройство для ошпаривания свекловичной стружки, в котором реализованы:
- интенсификация взаимодействия твердое тело-жидкость;
- сокращение времени взаимодействия твердое тело-жидкость при ошпаривании, составляющее в заявляемом устройстве не более 5 минут, способствующее снижению содержания веществ коллоидной дисперсности в диффузионном соке и устраняющее опасность размножения микроорганизмов;
- равномерный нагрев свекловичной стружки в трех нагревательных зонах, позволяющий избежать локальных зон перегрева и сохранить структуру сырья;
- отсутствие механического перемешивания, что также способствует сохранению структуры сырья;
- образование равномерного по плотности слоя стружки, необходимого для оптимального тепло- и массообмена;
- противоточное движение твердое тело-жидкость и турбулентное движение жидкости вокруг твердых частиц, обеспечиваемое пульсационным воздействием острого пара, способствующие оптимальному тепло- и массообмену.