Результат интеллектуальной деятельности: САТУРАТОР ДЛЯ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

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, MПК C13D 3/04, 1993, БИ №1), содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный технологическими патрубками и размещенными в его нижней части перфорированными перегородками в виде упругих мембран 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 в виде упругих мембран 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 качества отсатурированного сока из-за нарушения равномерности распределения сатурационного газа по сечению аппарата вследствие забивания части перфорированных перегородок каплями сока различной дисперсности, что резко уменьшает поверхность контакта газа и сока.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание при длительной эксплуатации заданных условий равномерности распределения сатурационного газа по сечению нижней части корпуса сатуратора путем предотвращения забивания перфорированных отверстий перегородок за счет вибрационного воздействия на них вибратором в виде привода с регулятором вибрации.

Технический результат по поддержанию эффективного процесса сатурации достигается тем, что сатуратор для свеклосахарного производства, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный технологическими патрубками и размещенными в его нижней части перфорированными перегородками в виде упругих мембран 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, причем перфорированные перегородки в виде упругих мембран для диспергирования потока сатурационного газа соединены с вибратором, выполненным в виде привода с регулятором вибрации, который связан с регулятором давления, включающим блоки задания и сравнения, магнитный и электронный усилители с блоком нелинейной обратной связи, а также датчик давления, расположенный перед перфорированными перегородками в нижней части цилиндрического корпуса сатуратора, при этом регулятор вибрации выполнен в виде блока электромагнитных порошковых муфт.

На фиг.1 схематично изображен предлагаемый сатуратор с вибратором и устройством его регулирования; 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, устройство 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 под 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, перфорированных перегородок 7, размещенных по высоте внутри нижней части цилиндрического корпуса 1 и выполненных в виде гибких мембран, трубопроводов 10 для подачи сатурационного газа и 11 для отвода сатурационного сока, 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 в усеченном конусе между меньшим и большим основаниями 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 сужающихся сопел с меньшим основанием 15 и большим 16.

Перфорированные перегородки 7 в виде упругих мембран для диспергирования потока сатурационного газа соединены с вибратором 17, выполненным в виде привода 18 с регулятором вибрации 19, который связан с регулятором вибрации 19, который связан с регулятором давления 20, включающим блок задания 21 и блок сравнения 22, электронный 23 и магнитный 24 усилители, блок нелинейной обратной связи 25, а также датчик давления 26, расположенный перед перфорированными перегородками 7 в нижней части вертикального цилиндрического корпуса 1.

Сатуратор для свеклосахарного производства работает следующим образом.

Вибратор 17, соединенный с перфорированными перегородками 7, работает в нормированном режиме с оптимальной амплитудой их колебания, обеспечивающей пропускную способность всех отверстий перфорации по сечению нижней части цилиндрического корпуса 1.

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.

Во время работы сатуратора, особенно при длительной эксплуатации, наблюдается залипание мелкодисперсных частиц дефекованного сока на внутренние отверстия перфорации перегородок 7 и преимущественно по ее периферийному сечению, что приводит к резкому снижению поверхности контакта газа и сока, а это, соответственно снижает качество процесса сатурации.

Уменьшение «живого» сечения отверстий перфорированных перегородок способствует возрастанию давления перед ними в нижней части цилиндрического корпуса 1, что и фиксируется датчиком давления 26. При этом сигнал блока задания 21 регулятора давления 20 превышает сигнал датчика давления 26 и на выходе блока сравнения 22 появляется сигнал положительной полярности, который поступает на выход электронного усилителя 23. Сюда поступает и сигнал с блока нелинейной обратной связи 25, который вычисляется из сигнала блока сравнения 22. За счет этого в электронном усилителе 23 компенсируется нелинейность характеристики вибратора. Сигнал с выхода электронного усилителя 23 поступает на выход магнитного усилителя 24, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку регулятора вибрации 19 в виде блока электромагнитных порошковых муфт.

Положительная полярность сигнала электронного усилителя 23 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 24, что приводит к возрастанию амплитуды колебания перфорированных перегородок 7, а это способствует процессу стряхивания налипающих мелкодисперсных частиц дефекованного сока с внутренних поверхностей отверстий перфорации, как по центру, так и по периферии перегородок 7. В результате восстанавливается оптимальный режим равномерного распределения сатурационного газа по перфорированным перегородкам 7, т.е. наблюдается увеличение до нормированного поверхности контакта газа и сока, с последующим обеспечением качественной сатурации.

Возвращение в исходное положение «живого» сечения отверстий перфорированных перегородок 7 приводит к изменению давления в нижней части цилиндрического корпуса 1, что фиксируется датчиком давления 26. При этом сигнал датчика давления 26 превышает сигнал блока задания 21 регулятора давления 20 и на выходе блока сравнения 22 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 23. Сюда поступает и сигнал с блока нелинейной обратной связи 25, который вычитается из сигнала блока сравнения 22. Сигнал с выхода электронного усилителя 23 поступает на вход магнитного усилителя 24, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку регулятора вибрации 19 в виде блока электромагнитных порошковых муфт.

Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 23 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 24, что приводит к снижению и последующему приведению до нормированного значения амплитуды колебания перфорированных перегородок 7 с обеспечением необходимой поверхности контакта сатурационного газа и дефекованного сока.

Следовательно, автоматизированное вибрационное воздействие на перфорированные перегородки 7 поддерживает при длительной эксплуатации сатуратора для свеклосахарного производства качественный процесс сатурации.

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 парогазовым потоком движутся, контактируя с внутренней поверхностью устройства для отделения капель сока от сатурационного газа 4. В результате уменьшения проходного сечения усеченного конуса 4 возрастает скорость движения парогазового потока, и капли сока оттесняются к внутренней стенке усеченного конуса 4 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 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 сужающегося сопла 4.

Вращательное движение массы парогазового потока с каплями сока перед входным отверстием усеченного конуса 4 снижает вероятность проскока части парогазового потока, находящегося в центре цилиндрического корпуса 1, без обработки. Кроме того, после выхода из меньшего отверстия усеченного конуса 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 вертикального цилиндрического корпуса 1, обеспечивает реактивное действие вытекающей струи из гибких сливных трубок 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 заключается в том, что обеспечивается поддержание необходимого количества сатурации за счет обеспечения нормированной поверхности контакта сатурационного газа и дефекованного сока при длительной работе сатуратора путем автоматизации вибрационного действия на перфорированные перегородки в виде упругих мембран посредством привода с регулятором вибрации, выполненным в виде блока электромагнитных порошковых муфт, а также регулятора давления. При этом регулятор давления содержит блоки задания и сравнения, электронный и магнитный усилители и блок нелинейной обратной связи, кроме того, датчик давления расположен в нижней части цилиндрического корпуса перед перфорированными перегородками и соединен с блоком сравнения регулятора давления.