Результат интеллектуальной деятельности: Ротационная пульполовушка для очистки диффузионного сока

Изобретение относится к сахарной промышленности, к очистке диффузионного сока от мезги.

Известна ротационная пульполовушка для очистки диффузионного сока (см. патент РФ №2280694, МПК С13D 3/00, опубл. 27.07.2006), содержащая корытообразный корпус с патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока, размещенный в нем на валу сетчатый цилиндрический барабан, установленную на валу раму, поверхность которой, обращенная к сетчатому цилиндрическому барабану, имеет игольчатые гибкие штыри для очистки отверстий сетки барабана, приемник фильтрованного сока, бункер для мезги и привод вала, содержащий электродвигатель и цепную передачу с зубчатыми колесами, установленными на валу, регулятор расхода нефильтрованного диффузионного сока, содержащий последовательно соединенные блок сравнения, блок задания, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах, установленный между электродвигателем и цепной передачей регулятора скорости вращения вала, представляющий собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю, и датчик расхода сока, размещенный на патрубке для подвода нефильтрованного диффузионного сока и соединенный с блоком сравнения регулятора расхода, при этом между патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока и корытообразным корпусом расположен термоэлектрический генератор, выполненный в виде корпуса с проходным каналом для нефильтрованного диффузионного сока и комплектом дифференциальных термопар, при этом «горячие» концы дифференциальных термопар расположены внутри проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока, а их «холодные» концы укреплены на поверхности корпуса термоэлектрического генератора, причем вход проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока термоэлектрического генератора соединен с патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока, а выход его соединен с корытообразным корпусом.

Недостатком пульполовушки является возрастающая энергоемкость процесса очистки диффузионного сока при длительной эксплуатации, обусловленная необходимостью поддержания нормированного температурного режима внутри корытообразного корпуса в связи с постоянными потерями тепловой энергии в окружающую среду через наружную поверхность, контактирующую с воздухом помещения, имеющим более низкую температуру.

Известна ротационная пульполовушка для очистки диффузионного сока (см. патент РФ №2579218, МПК С13D 20/00, опубл. 10.04.2016. Бюл. №10), содержащая корытообразный корпус с патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока, размещенный в нем на валу сетчатый цилиндрический барабан, установленную на валу раму, поверхность которой, обращенная к сетчатому цилиндрическому барабану, имеет игольчатые гибкие штыри для очистки отверстий сетки барабана, приемник фильтрованного сока, бункер для мезги и привод вала, содержащий электродвигатель и цепную передачу с зубчатыми колесами, установленными на валу, регулятор расхода нефильтрованного диффузионного сока, содержащий последовательно соединенные блок сравнения, блок задания, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах, установленный между электродвигателем и цепной передачей регулятора скорости вращения вала, представляющий собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю, и датчик расхода сока, размещенный на патрубке для подвода нефильтрованного диффузионного сока и соединенный с блоком сравнения регулятора расхода, при этом между патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока и корытообразным корпусом расположен термоэлектрический регулятор, выполненный в виде корпуса с проходным каналом для нефильтрованного диффузионного сока и комплектом дифференциальных термопар, при этом «горячие» концы дифференциальных термопар расположены внутри проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока, а их «холодные» концы укреплены на поверхности корпуса термоэлектрического генератора, причем вход проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока термоэлектрического генератора соединен с патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока, а выход его соединен с корытообразным корпусом, кроме того, наружная поверхность корытообразного корпуса с патрубками приемника фильтрованного сока и бункера для отвода мезги выполнена с покрытием тонковолокнистым базальтовым материалом, расположенным в виде витых продольно вытянутых пучков.

Недостатком является снижение качества выхода готового продукта в виде очищенного диффузионного сока вследствие уменьшения электрического потенциала, вырабатываемого термоэлектрическим генератором, и обеспечивающим нормированное значение термоЭДС для питания автоматизированной схемы регулирования и контроля работы ротационной пульполовушки из-за рассеивания электрического потенциала по движущемуся в проходном канале потоку жидкости, являющейся электропроводной средой.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание при длительной эксплуатации заданного качества очистки диффузионного сока при постоянном контроле и регулировании работы ротационной пульполовушки за счет устранения снижения нормированных параметров термоЭДС термоэлектрического генератора из-за рассеивания по движущемуся потоку жидкости электрического потенциала «горячих» концов дифференциальных термопар, что обеспечивается путем покрытия их диэлектриком в виде нанообразной стеклоподобной пленкой из оксида тантала, выполненной ионно-плазменным методом.

Технический результат достигается тем, что ротационная пульполовушка для очистки диффузионного сока, содержащая корытообразный корпус с патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока, размещенный в нем на валу сетчатый цилиндрический барабан, установленную на валу раму, поверхность которой, обращенная к сетчатому цилиндрическому барабану, имеет игольчатые гибкие штыри для очистки отверстий сетки барабана, приемник фильтрованного сока, бункер для мезги и привод вала, содержащий электродвигатель и цепную передачу с зубчатыми колесами, установленными на валу, регулятор расхода нефильтрованного диффузионного сока, содержащий последовательно соединенные блок сравнения, блок задания, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах, установленный между электродвигателем и цепной передачей регулятора скорости вращения вала, представляющий собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю, и датчик расхода сока, размещенный на патрубке для подвода нефильтрованного диффузионного сока и соединенный с блоком сравнения регулятора расхода, при этом между патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока и корытообразным корпусом расположен термоэлектрический регулятор, выполненный в виде корпуса с проходным каналом для нефильтрованного диффузионного сока и комплектом дифференциальных термопар, при этом «горячие» концы дифференциальных термопар расположены внутри проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока, а их «холодные» концы укреплены на поверхности корпуса термоэлектрического генератора, причем вход проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока термоэлектрического генератора соединен с патрубком для подвода нефильтрованного диффузионного сока, а выход его соединен с корытообразным корпусом, наружная поверхность корытообразного корпуса с патрубками приемника фильтрованного сока и бункера для отвода мезги выполнена с покрытием тонковолокнистым базальтовым материалом, расположенным в виде витых продольно вытянутых пучков, при этом «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар, расположенные на внутренней поверхности проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока термоэлектрического генератора, покрыты диэлектриком в виде нанообразной стеклоподобной пленки, выполненной из оксида тантала ионно-плазменным методом.

На фиг. 1 схематично изображена ротационная пульполовушка, корытообразный корпус которой покрыт тонковолокнистым базальтовым материалом, на фиг. 2 – разрез проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока корпуса термоэлектрического генератора с «горячими» концами дифференциальных термопар, покрытых диэлектриком из оксида тантала.

Ротационная пульполовушка включает корытообразный корпус 1, снабженный патрубком 2 для подвода нефильтрованного сока, приемником 3 фильтрованного сока с патрубком 4 его отвода и бункером 5 для отвода мезги, размещенный в корпусе на валу 6 сетчатый цилиндрический барабан 7, установленную на этом же валу раму 8, поверхность которой, обращенная к барабану, имеет игольчатые гибкие штыри 9 для очистки отверстий сетки барабана, и привод вала, содержащий электродвигатель 10 и цепную передачу 11 с зубчатыми колесами 12, установленными на валу.

Пульполовушка снабжена регулятором 13 расхода нефильтрованного диффузионного сока, содержащим последовательно соединенные блок 14 сравнения, блок 15 задания, электронный усилитель 16 с блоком 17 нелинейной обратной связи и магнитный усилитель 18 с выпрямителями на выходах, установленным между электродвигателем и цепной передачей регулятором 19 скорости вращения вала, представляющим собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю, и датчиком 20 расхода сока, размещенным на патрубке для подвода нефильтрованного диффузионного сока и соединенным с блоком 14 сравнения регулятора расхода. Выход блока 14 сравнения соединен со входом электронного усилителя 16, а его выход соединен со входом магнитного усилителя 18, выпрямители на выходах которого подключены к регулятору 19 скорости вращения. Рама 8 установлена на валу при помощи роликов 21 и связанных с ними звездочек 22, жестко укрепленных на торцах вала. Между патрубком 2 для подвода нефильтрованного диффузионного сока и корытообразным корпусом 1 расположен термоэлектрический генератор 23, выполненный в виде корпуса 24 с проходным каналом 25 для нефильтрованного диффузионного сока и комплектом дифференциальных термопар 26, «горячие» концы 27 которых расположены внутри проходного канала 25 для нефильтрованного диффузионного сока, а их «холодные» концы 28 укреплены на поверхности 29 корпуса 24 термоэлектрического генератора 23. Вход 30 проходного канала 25 для нефильтрованного диффузионного сока соединен трубопроводом 31 с патрубком 2 для подвода нефильтрованного диффузионного сока, а выход 32 его соединен трубопроводом 33 с корытообразным корпусом 1. Наружная поверхность 34 корытообразного корпуса 1 с патрубками 2 и 4 приемника 3 с бункером 5 для отвода мезги выполнена с покрытием тонковолокнистым базальтовым материалом 35, расположенным в виде витых продольно вытянутых пучков 36. «Горячие» концы 27 комплекта дифференциальных термопар 26, расположенные на внутренней поверхности 37 проходного канала 25 для нефильтрованнного диффузионного сока термоэлектрического генератора 23, покрыты диэлектриком 38 в виде нанообразной стеклоподобной пленки, выполненной из оксида тантала ионно–плазменным методом.

Ротационная пульполовушка для очистки диффузионного сока работает следующим образом. Поток нефильтрованного диффузионного сока при перемещении по внутренней поверхности 37 проходного канала 25 корпуса 24 термоэлектрического генератора 23 покрывает «горячие» концы 27 комплекта диффузионных термопар 26 и, являясь проводящей электричество средой, осуществляет рассеивание электрического потенциала вырабатываемой термоЭДС. Следовательно, нарушается питание схем автоматизированного контроля и регулирования работы ротационной пульполовушки для очистки диффузионного сока и, как следствие, снижается качество выхода готового продукта.

При покрытии «горячих» концов 27 комплекта дифференциальных термопар 26 диэлектриком 38 устраняется рассеивание электрического потенциала (см., например, Химическая энциклопедия. – Т.4. – М.: Советская энциклопедия, 1995 – 496 с., ил.) по движущемуся потоку нефильтрованного диффузионного сока и термоэлектрический генератор 23 осуществляет выработку заданного значения термоЭДС, обеспечивая нормированное напряжение для питания схем автоматизированного контроля и регулирования работы ротационной пульполовушки. Кроме того, покрытие внутренней поверхности 37 проходного канала 25 , на которой расположены «горячие» концы 27 комплекта дифференциальных термопар 26 диэлектриком 38 в виде нанообразной стеклоподобной пленки из оксида тантала, приводит к скольжению без налипания каплеобразных частиц нефильтрованного диффузионного сока с их коррозийно-разрушающим действием (например, Литвинова В.А., Саврук Е.В. Наноразмерные пленки оксида тантала, полученные ионно-плазменным методом // Сборник трудов региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике». - Томск: ТЕХИ и ГАУ. – Вып. 12. – 2010. – С. 299–301).

В результате устраняется коррозийное воздействие на материал проходного канала 25 корпуса 24 термоэлектрического генератора 23 с последующим его коррозийным разрушением, что в конечном итоге увеличивает энергоемкость из-за дополнительных демонтажных работ, получение качественной очистки диффузионного сока.

Поступающий по патрубку 2 нефильтрованный сок во внутрь корытообразного корпуса 1 для поддержания нормированного тепломассообменного процесса очистки диффузионного сока имеет температуру, значительно превышающую температуру воздуха окружающей ротационную пульполовушку среды, и поэтому тепловой поток посредством теплопроводности поступает к наружной поверхности 34 как корпуса 1, так и патрубков 2 и 4, а также приемника 3 фильтрованного сока и бункера 5 для отвода мезги. Нагретая наружная поверхность 39 конвекцией тепло передает воздуху окружающей среды (см., например, стр.201 Исаченко В.П. и др. Теплопередача. - М.: Энергоизд., 1981 - 416, ил.), что приводит к изменению тепломассообменного процесса и, как следствие, ухудшается качество очистки диффузионного сока. Это требует увеличения энергозатрат на подогрев нефильтрованного диффузионного сока на величину потерь тепла через наружную поверхность 34 для обеспечения технологического процесса, т.е. осуществляются дополнительные энергозатраты.

При покрытии наружной поверхности 34 тонковолокнистым базальтовым материалом 35 устраняются потери тепла теплопроводностью по толщине материала корпуса 1, патрубков 2 и 4, приемника 3 и бункера 5. А выполнение покрытия из тонковолокнистого базальтового материала 35 в виде витых продольно вытянутых пучков 36 аккумулирует передаваемую теплоту теплопроводностью с последующим возвратом ее во внутрь корытообразного корпуса 1 (см., например, Волокнистые материалы из базальтов Украины. Изд. «Техника». Киев. 1971. - 76 с., ил.). Следовательно, в корытообразном корпусе 1 обеспечивается микроклимат тепломассообменного режима обработки нефильтрованного сока путем сокращения потерь тепла в окружающую среду пульполовушкой с соблюдением в ней нормированных условий по получению фильтрованного сока заданного качества с минимизацией энергозатрат за счет частичного возвращения тепловой энергии, саккумулированной в витых продольно вытянутых пучках 36 тонковолокнистого базальтового материала 35.

Нефильтрованный диффузионный сок в патрубке 2 для подвода нефильтрованного диффузионного сока с температурой свыше 80°С (см. Азрилевич М.Я. Технологическое оборудование свеклосахарных заводов. М.: 1986. -117 с.) разделяется на две части: основная часть направлена в корытообразный корпус 1, а другая часть по соединительному трубопроводу 31 поступает на вход 30 продольного канала 25 для нефильтрованного диффузионного сока термоэлектрического генератора 23 и перемещается внутри его, где контактирует с «горячими» концами 27 дифференциальных термопар 26, после чего через выход 32 направляется по соединительному трубопроводу 33 в корытообразный корпус 1, где смешивается с основной частью нефильтрованного диффузионного сока. В результате контакта нефильтрованного диффузионного сока с «горячими» концами 27 комплекта дифференциальных термопар 26, а «холодных» концов 28 с воздухом помещения с температурой от 15°С и выше (в соответствии со СНиП 23-01-29 «Строительная климатология». М.: Стройиздат, 2001), т.к. они расположены на поверхности 29 корпуса 24, на каждом элементе комплекта дифференциальных термопар 26 при использовании в качестве термопар, например, хромель-капель возникает термоЭДС до 9,69 мВ (см., например, Иванова Г.Н. Теплотехнические изменения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 230 с.). Это позволяет получить напряжение на выходе термоэлектрического генератора 23 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 для питания схем автоматизированного контроля и регулирования работы ротационной пульполовушки для очистки диффузионного сока. Следовательно, не требуется дополнительных затрат электрической энергии для питания схем автоматизированного контроля и регулирования работы ротационной пульполовушки, что снижает энергоемкость и, соответственно, стоимость готового продукта. Автоматизированный контроль и регулирование работы ротационной пульполовушки реагирует на изменение расхода нефильтрованного сока. При уменьшении расхода нефильтрованного сока сигнал, поступающий с датчика расхода 20, установленного на патрубке 2, превышает нормированный сигнал блока 15 задания и на выходе блока 14 сравнения появится сигнал отрицательной полярности, поступающий на вход электронного усилителя 16, одновременно с сигналом отрицательной обратной связи от блока 17 нелинейной обратной связи. Сигнал с выхода электронного усилителя 16 поступает на вход магнитного усилителя 18, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку блока порошковых электромагнитных муфт регулятора 19 скорости вращения электродвигателя 10. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 16 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 18, тем самым уменьшая передаваемый блоком порошковых электромагнитных муфт момент от электродвигателя 10 к цепной передаче 11. В результате снижается частота вращения вала 6 и уменьшаются энергозатраты на работу электродвигателя 10, что в конечном итоге снижает энергоемкость процесса фильтрации сока. При увеличении расхода поступающего нефильтрованного сока по патрубку 2 сигнал, поступающий с датчика 20 расхода сока, имеет значение ниже нормированного значения сигнала блока 15 задания и на выходе блока 14 сравнения появится сигнал положительной полярности, поступающий на вход электронного усилителя 16. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 16 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 18 и тем самым увеличивается передаваемый блоком порошковых электромагнитных муфт момент от электродвигателя 10 к цепной передаче 11. При этом увеличивается частота вращения вала до нормированных значений и нефильтрованный сок по патрубку 2 поступает в корытообразный корпус 1, фильтруется сквозь сетку барабана 7, сливается в патрубок 4 и дальше подается на очистку. Задержанная на сетке мезга сбрасывается как в бункер, так и внутрь барабана 7 при помощи перемещающейся рамы 8, поверхность которой, обращенная к сетчатому цилиндрическому барабану 7, имеет игольчатые гибкие штыри 9.Электродвигатель 10 посредством цепной передачи 11 приводит во вращение вал 6, на торцах которого жестко укреплены звездочки 22. В результате барабан 7 и звездочки 22 вращаются синхронно, и ролики 21 перемещаются по профилю звездочек 14. Игольчатые гибкие штыри 9 рамы 8 проникают в отверстия сетки барабана и очищают эти отверстия, что обеспечивает фильтрацию поступающего диффузионного сока.

Оригинальность предложенного технического решения заключается в том, что поддержание качественной очистки диффузионного сока при длительной эксплуатации осуществляется при нормированном питании схем автоматизированного контроля и регулирования работы ротационной пульполовушки за счет обеспечения заданного значения термоЭДС термоэлектрического генератора путем покрытия «горячих» концов комплекта дифференциальных термопар диэлектриком в виде нанообразной стеклоподобной пленки из оксида тантала, полученной ионно-плазменным методом.