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, MПK 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 стекающей 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 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 энергоемкость процесса сатурации из-за необходимости затрат электрической энергии на питание системы автоматизированного контроля и регулирования работы сатуратора.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат процесса сатурации при длительной эксплуатации за счет устранения потребления электрической энергии из общей системы электроснабжения путем ее выработки термоэлектрическим генератором, использующим теплоту сбрасываемого в атмосферу парогазового потока.

Технический результат по поддержанию эффективного процесса сатурации 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 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, причем в верхней части цилиндрического корпуса выполнен патрубок для сброса парогазового потока, соединенный с входом проходного канала для теплоносителя термоэлектрического генератора, выполненного в виде корпуса и комплекта дифференциальных термопар, причем «горячие» концы дифференциальных термопар расположены внутри проходного канала для теплоносителя, а их «холодные» концы укреплены на поверхности корпуса термоэлектрического генератора, кроме того, выход проходного канала для теплоносителя соединен с атмосферой.

На фиг.1 схематично изображен продольный разрез сатуратора с термоэлектрическим генератором; 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 патрубке 12 для сброса парогазового потока в атмосферу расположен патрубок 17 для отбора парогазового потока, который соединен с термоэлектрическим генератором 18, выполненным в виде корпуса 19 с проходным каналом 20 для теплоносителя в виде парогазового потока и комплекта дифференциальных термопар 21. «Горячие» концы 22 дифференциальных термопар 21 расположены внутри проходного канала 20 для теплоносителя термоэлектрического генератора 18, а «холодные» концы 23 укреплены на поверхности 24 корпуса 19. Вход 25 проходного канала 20 для теплоносителя соединен с патрубком 17 для отбора парогазового потока, выход 26 проходного канала 20 для теплоносителя соединен с атмосферой.

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.

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. 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.

Одна часть очищенного от каплеобразных частиц процесса сатурации газа по патрубку 12 для сброса парогазового потока в атмосферу направляется в окружающую среду, а вторая по патрубку 17 для отбора парогазового потока с температурой около 100°С (см., например, Аэрилевич, М.Я. Технологическое оборудование свеклосахарных заводов. М.: 1986) поступает через вход 25 в проходной канал 20 теплоносителя корпуса 19 термоэлектрического генератора 18, где контактирует с «горячими» концами 22 комплекта дифференциальных термопар 21, после чего через выход 26 выбрасывается в атмосферу в результате контакта теплоносителя (парогазового потока) с «горячими» концами 22 комплекта дифференциальных термопар 21, а также «холодных» концов 23 с воздухом помещения с температурой от 15°С до 23°С (в соответствии со СНиП 23-01-39 Строительная климатология. М.: Стройиздат, 2001). Т.к. «холодные» концы 23 расположены на поверхности 24 корпуса 19, на каждом элементе комплекта дифференциальных термопар 21 при использовании в качестве термопар, например, хромельникеля возникает термо-ЭДС до 6,96 мВ (см., например, Иванова Г.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.). А это позволяет получить на выходе термоэлектрического генератора 18 напряжение в пределах 12-36 В (см., например, Технические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник / под. общ. ред. В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1980. 560 с.), что вполне достаточно или для дежурного освещения помещения, в котором размещен сатуратор, и/или питания схем автоматизации и контроля процесса сатурации. Следовательно, не требуется дополнительных затрат электрической энергии для дежурного освещения и/или питания схем автоматизации и контроля, что в конечном итоге снижает энергоемкость процесса сатурации и, соответственно, стоимость готового продукта.

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 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 предлагаемого технического решения заключается в том, что использование теплового потенциала парогазового потока-теплоносителя после процесса сатурации позволяет дополнительно вырабатывать электрическую энергию, достаточную для дежурного освещения и/или питания схем автоматизации и контроля технологической системы сатурации диффузионного сока посредством термоэлектрического генератора, выполненного в виде корпуса с проходным каналом для теплоносителя, где расположены «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар. А это снижает себестоимость процесса сатурации.