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 С13D 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 расположено, 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, особенно в различных погодно-климатических условиях эксплуатации: при туманах, дожде, метелях, когда затруднен сброс парогазового потока в атмосферу из-за возросшего гидравлического сопротивления устройства для очистки капель сока от сатурационного газа под действием изменяющегося давления окружающей среды.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание необходимых условий для качественной очистки дефекованного сока при длительной эксплуатации за счет обеспечения необходимого сброса сатурационного газа в атмосферу вне зависимости от изменяющегося давления окружающей среды путем выполнения вытяжного устройства, обеспечивающего постоянное разряжение в верхней части цилиндрического корпуса сатуратора.
Технический результат по поддержанию эффективной работы в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации достигается тем, что сатуратор для свеклосахарного производства содержит 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 расположено, 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 в верхней части цилиндрического корпуса выполнен патрубок для сброса парогазового потока в атмосферу с вытяжным устройством, включающим конфузор и кольцевой конфузорный канал с устройством регулирования подачи ветрового потока атмосферного воздуха и диффузор с ребрами, продольно расположенными от его входа до выхода и соединенными с кольцевой канавкой.
На фиг.1 схематично изображен продольный разрез предлагаемого сатуратора; на фиг.2 - элемент гибких сливных трубок с отверстиями в виде суживающихся сопел.
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 верхней перфорированной перегородкой 7 кольцевого барбатера 8, укрепленного под устройством для отделения капель сока от сатурационного газа в виде усеченного конуса 4, трубопровода 9 для дефекованного сока, установленного над перфорированными перегородками 7, размещенными по высоте внутри нижней части вертикального цилиндрического корпуса 1 и выполненными в виде гибких мембран, 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.
В верхней части цилиндрического корпуса 1 для сброса парогазового потока в атмосферу выполнен патрубок 12 с вытяжным устройством, включающим конфузор 17, кольцевой конфузорный канал 18 с вытяжным устройством регулирования подачи ветрового потока 19 атмосферного воздуха и с ребрами 21, продольно расположенными от входа 22 до его выхода 23 и соединенными с кольцевой канавкой 24, размещенной между конфузором 17 и диффузором 20.
Сатуратор для свеклосахарного производства работает следующим образом.
Дефекованный сок по трубопроводу 9 подается в вертикальный цилиндрический корпус 1 и в виде каскада течет вниз. Сатурационный газ по трубопроводу 10 поступает под нижнюю перфорированную перегородку 7, равномерно распределяется по сечению аппарата, проходит через перфорацию упругих мембран, способствующих разделению его на мелкие частицы, в результате чего увеличивается поверхность контакта газа и сока.
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.
Часть парогазового потока, не контактирующая с внутренней стенкой усеченного конуса 4, для сброса его в атмосферу поступает в парубок 12 и далее в вытяжное устройство, включающее конфузор 17 и диффузор 20, т.е. конструкционно выполненного в виде сопла Лаваля (см., например, стр.191. Нащокин В.В. Технические термодинамика и теплопередача: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1980 - 469 с., ил.), обеспечивающее ускорение сброса парогазового потока в атмосферу. Неотделенные мелкодисперсные капельки сока контактируют с внутренней поверхностью конфузора 17, конденсируются в охлаждающемся потоке, укрупняются и поступают в диффузор 20, где внезапно расширяющийся парогазовый поток с мелкодисперсными и сконденсировавшимися капельками сока еще несколько охлаждается, интенсифицируя процесс конденсации. Капельный сок оттесняется к внутренней поверхности диффузора 20 и по ребрам 21, продольно расположенным от входа 22 к выходу 23, стекает в кольцевую канавку 24 и далее поступает во внутреннюю полость цилиндрического корпуса 1 вручную и автоматически (на фиг.1 не показано).
При ветровой нагрузке, когда наблюдается возможное «закупоривание» патрубка 12, при туманах, дожде или метелях под воздействием порыва ветра или разности плотностей наружного воздуха и парогазового потока с температурой, всегда превышающей температуру наружного воздуха (а как известно, чем выше температура газового потока, тем меньше его плотность) открывается устройство регулирования подачи ветрового потока 19 атмосферного воздуха, и он поступает в кольцевой конфузорный канал 18, где разгоняется за счет последующего сужения в конфузоре 17, контактирует с парогазовым потоком, выходящим из усеченного конуса 4, и выбрасывается в диффузор 20, создавая дополнительное разряжение на выходе 23 за счет внезапного расширения, что в конечном итоге обеспечивает сброс парогазового потока в окружающую среду вне зависимости от погодных воздействий. Сконденсировавшиеся мелкодисперсные капельки сока стекают по ребрам 21 в кольцевую канавку 24 для дальнейшего возвращения в сатуратор.
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 технического решения по обеспечению эффективной работы сатуратора вне зависимости от воздействий окружающей среды на процесс очистки сока достигается тем, что цилиндрический корпус снабжается патрубком сброса парогазового потока вытяжным устройством в виде взаимосвязанных конфузора с диффузором и устройства регулирования подачи ветрового потока.