Результат интеллектуальной деятельности: Ротационная пульполовушка для очистки диффузионного сока

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

Известна ротационная пульполовушка (см. патент РФ №2579218, МПК C13D 20/00, опубл. 10.04.2016), 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.

Известна ротационная пульполовушка для очистки диффузионного сока (см. патент РФ №2643266 МПК С13D 20/00, F28F 1/12, опубл. 31.01.2018. Бюл. №4) , 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 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, причем «горячие» концы 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.

Недостатком является загрязнение окружающей среды, особенно при расположении в помещении, когда внутренний воздух насыщается вредными запахами, не только ухудшающими экологическую обстановку, что отрицательно воздействует на обслуживающий персонал, а это в конечном итоге снижает эффективность эксплуатации оборудования.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание экологически безопасной эксплуатации ротационной пульполовушки для очистки диффузионного сока за счет устранения выброса в окружающую среду загрязнений с вредными запахами путем выполнения очищающего от запахов адсорбционного устройства, расположенного над корытообразным корпусом и герметично соединенного с ним.

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 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, причем «горячие» концы дифференциальных термопар, расположенные на внутренней поверхности проходного канала для нефильтрованного диффузионного сока термоэлектрического генератора, покрыты диэлектриком в виде нанообразной стеклоподобной пленки, нанесенной из оксида тантала ионно-плазменным методом, при этом выполнено очищающее от запаха адсорбционное устройство, герметично соединенное с корытообразным корпусом, и расположено в верхней части со свободным вертикальным перемещением рамы с игольчатыми гибкими штырями для очистки отверстий сетчатого цилиндрического барабана, при этом очищающее от запаха адсорбционное устройство включает верхнюю и нижнюю сетчатые поверхности, соединенные между собой боковыми сплошными поверхностями, причем верхняя сетчатая поверхность имеет профиль в виде синусоида с вершиной по центральной вертикальной оси очищающего устройства.

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, на фиг. 3 – очищающее от запаха адсорбционное устройство, герметично соединенное с корытообразным корпусом.

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 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 проводного 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 нефильтрованного диффузионного сока термоэлектрического генератора 23, покрыты диэлектриком 38 в виде нанообразной стеклоподобной пленки, выполненной из оксида тантала ионо-плазменным методом.

Очищающее от запаха адсорбционное устройство 39 герметично посредством прокладок 40 соединено с корытообразным корпусом 1 и расположено в верхней части со свободным вертикальным перемещением рамы 8 с игольчатыми гибкими штырями 9 для очистки отверстий сетчатого цилиндрического барабана 7. При этом очищающее от запаха адсорбционное устройство 39 включает сетчатые верхнюю 41 и нижнюю 42 поверхности, соединенные между собой боковыми 43 сплошными поверхностями. Причем верхняя сетчатая поверхность по линии как синусоида 44 с вершиной по центральной вертикальной оси очищающего устройства 39.

Ротационная пульполовушка работает следующим образом. При температуре нефильтрованного диффузионного сока 80°С и более парообразные и мелкодисперсные частицы загрязнений с запахами, не соответствующими нормированным параметром по экологической безопасности нахождения обслуживающего персонала при эксплуатации ротационной пульполовушки, отрицательно воздействуют на людей и, как следствие, на процесс обслуживания оборудования.

При выполнении очищающего от запаха адсорбирующего устройства 39, герметично посредством прокладок 40, соединенного с корытообразным корпусом 1, смесь внутреннего воздуха, окружающего ротационную пульполовушку и парообразные загрязнения, поступающие от сетчатого цилиндрического барабана 7 с запахом, который отличается от нормированного по условиям экологической безопасной эксплуатации, перемещается к сетчатой нижней 42 поверхности. Это осуществляется посредством свободной конвекции, возникающей при температурном напоре (разность температур внутри помещения 15÷20°С и парообразной массы от сетчатого цилиндрического барабана 7 в 80°С и более), что способствует перемещению смеси через нижнюю сетчатую поверхность 42 (см., например, стр.388 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1980. – 469 с., ил.).

После нижней сетчатой поверхности 42 осуществляется контакт с адсорбирующим веществом, поглощающим парообразные загрязнения с запахом, например селикагель КСМ-5 (см., например, Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. – М.: Высшая школа, 1969. – 338 с., ил.).

Очищенный от парообразных загрязнений с запахом поток через верхнюю сетчатую поверхность 41 очищающего от запаха адсорбирующего устройства 39 выбрасывается во внутренний объем помещения, в котором размещена ротационная пульполовушка для очистки диффузионного сока. В результате обеспечивается экологически нормированный микроклимат при эксплуатации оборудования с поддержанием эффективного производства готового проекта.

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 вовнутрь корытообразного корпуса 1 для подержания нормированного теплообменного 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 вовнутрь 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. – 17 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 измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984.ь – 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 обеспечение нормированного микроклимата в месте расположения ротационной пульполовушки для очистки диффузионного сока с экологически безопасной эксплуатацией достигается путем поглощения парообразных загрязнений с запахом, вредно сказывающемся на здоровье обслуживающего персонала, за счет очищающего адсорбирующего устройства, выполненного из корпуса с верхней и нижней сетчатых поверхностей и сплошных боковых, заполненные адсорбирующим веществом и герметично соединенного с корытообразным корпусом.