RU1808874C

RU1808874C - Carbonator for beet-sugar industry

Info

Publication number: RU1808874C
Authority: RU
Inventors: Людмила Викторовна Белоущенко; Альфред Николаевич Ковальчук; Владимир Данилович Лакиза; Михаил Николаевич Сыровец
Original assignee: Крымский институт природоохранного и курортного строительства
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1991-02-11
Publication date: 1993-04-15

Description

Сатуратор работает следующим образом ,The saturator works as follows,

Через патрубок 3 при открытом верхнем клапане 11 заполн ют сатуратор дефекованным соком до уровн , составл ющего 0,8-0,85 от полной высоты аппарата. Затем через патрубок 4 производ т подачу свежего сатурационного газа, который заполн ет полость резонатора 5 и выходит через его открытый нижний торец. Далее сатурацион- ный газ, барботиру через слой сока, поступает в верхнюю (газовую) часть аппарата, при этом происходит замена состава газа над уровнем жидкости. После того как вер.- хн часть сатуратора будет целиком заполнена сатурационным газом (контроль может осуществл тьс , например, по времени подачи газа), закрывают клапан 11 верхнего патрубка 10. В данный момент внутренн полость сатуратора герметизирована и заполнена дефекованным соком, над которым находитс сатурационный газ, по/гость резонатора 5 также заполнена сатурационным газом, динамический контакт которого с жидкостью (соком) осуществл етс через открытый торец стакана. При этом жидкость и наход щийс в ней газ,.заполн ющий резонатор , образуют нелинейную колебательную систему жидкость-газ, в,которой газ выполн ет роль упругого элемента, а наход щийс над ним столб жидкости - инерци- онного элемента. Затем включают гидравлический пульсатор, сообщающий через патрубок 7 пульсации давлени заполн ющей сатуратор жидкости (соку), в которой возбуждаетс переменное (динамическое) давление. Пульсации давлени жидкости через открытый торец резонатора 5 передаютс заполн ющему его газу, вызыва колебани давлени газа и периодические пульсации его объема. Динамическое взаимодействие жидкости и газа, осуществл емое при периодических изменени х их давлени , обуславливает возбуждение колебаний нелинейной колебательной системы жидкость-газ, сопровождающих турбулизацией объема жидкости. При этом частота колебаний образованной в сатураторе системы жидкость-газ находитс в низкочастотном звуковом диапазоне в пределах 40-70 Гц и с достаточной точностью может быть определена по зависимости:Through the nozzle 3 with the upper valve 11 open, the saturator is filled with defecated juice to a level of 0.8-0.85 of the full height of the apparatus. Then, fresh saturation gas is supplied through the pipe 4, which fills the cavity of the resonator 5 and exits through its open lower end. Further, the saturation gas, sparging through the juice layer, enters the upper (gas) part of the apparatus, and the gas composition is replaced above the liquid level. After the ver.-hn part of the saturator is completely filled with saturation gas (control can be carried out, for example, by the time of gas supply), close the valve 11 of the upper nozzle 10. At the moment, the inner cavity of the saturator is sealed and filled with defecated juice, over which there is saturation gas, the guest of the resonator 5 is also filled with saturation gas, the dynamic contact of which with the liquid (juice) is through the open end of the glass. In this case, the liquid and the gas in it, filling the resonator, form a nonlinear liquid-gas oscillatory system in which the gas acts as an elastic element and the column of liquid above it acts as an inertial element. Then, a hydraulic pulsator is turned on, communicating through the pipe 7 pulsations of pressure of the liquid filling the saturator liquid (juice), in which an alternating (dynamic) pressure is excited. The pulsations of the liquid pressure through the open end of the resonator 5 are transmitted to the gas filling it, causing fluctuations in the gas pressure and periodic pulsations of its volume. The dynamic interaction of a liquid and gas, carried out with periodic changes in their pressure, causes the excitation of oscillations of the nonlinear oscillatory liquid-gas system, accompanying the turbulization of the liquid volume. In this case, the oscillation frequency of the liquid-gas system formed in the saturator is in the low-frequency sound range in the range of 40-70 Hz and can be determined with sufficient accuracy by the dependence:

fc fc

h h

где F - площадь горизонтального сечени газонаполненного стакана, см2;where F is the horizontal cross-sectional area of a gas-filled glass, cm2;

Q - объем газа, локализованного в полости стакана, см ;Q - the volume of gas localized in the cavity of the glass, cm;

h - высота столба жидкости над газом, см;h is the height of the liquid column above the gas, cm;

К - посто нна величина дл данной колебательной системы.K is a constant value for a given oscillatory system.

Предварительной настройкой пульсатора устанавливают частоту пульсаций равной собственной частоте системы fc, при этом возбуждаетс резонансный режим колебательной системы, характеризующийс рез0By presetting the pulsator, the pulsation frequency is set equal to the eigenfrequency of the system fc, and the resonant mode of the oscillatory system is excited, characterized by

ким увеличением динамического давлени вby an increase in dynamic pressure in

жидкости (в 4-5 раз) и амплитуды пульсацийliquids (4-5 times) and pulsation amplitudes

. газового объема в полости резонатора, В. gas volume in the cavity of the resonator, In

этих услови х жидкость в сатураторе резкоunder these conditions, the liquid in the saturator sharply

турбулизируетс и захватывает своей сво5 бодный газ из верхней части корпуса - происходит прорыв газа под урове нь жидкости, котора , насыща сь газом, мгновенно вскипает . Рабоча среда.в сатураторе переходит в состо ние гидрозол , когда жидкость (сок)turbulents and captures free gas from the upper part of the casing - gas breaks under the liquid level, which, when saturated with gas, instantly boils. Working medium. In the saturator it goes into a hydrosol state when the liquid (juice)

0 насыщена мелкодисперсными пузырьками газа, осуществл ющими в ней интенсивные хаотические движени в услови х резких знакопеременных изменений давлени в жидкости и ее интенсивных турбулентных0 is saturated with fine gas bubbles, carrying out intense chaotic movements in it under conditions of sharp alternating pressure changes in the liquid and its intense turbulent

5 пульсаций. При этом наличие в жидкости дисперсного газа делает ее сжимаемой, что дополнительно увеличивает интенсивность резонансных пульсаций системы и турбули- зацию (гидродинамическое возмущение) га0 зожидкостной среды.5 ripples. Moreover, the presence of a dispersed gas in a liquid makes it compressible, which additionally increases the intensity of the resonant pulsations of the system and the turbulization (hydrodynamic perturbation) of the gas-liquid medium.

. Резкое увеличение амплитуды волн динамического давлени в жидкости при резонансных пульсаци х системы вызывают также интенсивные кавитационные процес5 сы - в отрицательные полупериоды пульсаций в жидкости возникает разрежение ниже значени упругости ее насыщенных паров, что приводит к образованию множества ка- витационных пузырьков, которые, схлопы0 ва сь, усиливают турбулизацию объема жидкости и дробление пузырьков наход щегос в ней газа.. A sharp increase in the amplitude of the waves of dynamic pressure in the liquid during resonant pulsations of the system is also caused by intensive cavitation processes - during negative half-periods of pulsations in the liquid, rarefaction occurs below the elasticity of its saturated vapors, which leads to the formation of many cavitation bubbles, which collapse intensify the turbulization of the liquid volume and the fragmentation of the bubbles of the gas present in it.

Таким образом, в предложенной конструкции сатуратора достигаетс очень высо5 ка интенсивность массообмена между жидкостью (дефекованным соком) и сатурационным газом, что обуславливаетс совместным воздействием следующих факторов:Thus, the proposed design of the saturator achieves a very high intensity of mass transfer between the liquid (defecated juice) and saturation gas, which is caused by the combined action of the following factors:

0 . рабоча среда находитс в состо нии гидрозол , т.е. газ в устойчивом мелкодисперсном состо нии равномерно распределен в объеме, жидкости, за счет чего достигаетс максимальна площадь контак5 та жидкости и газовой фаз;0. the working medium is in a hydrosol state, i.e. gas in a stable finely dispersed state is uniformly distributed in the volume of the liquid, due to which the maximum contact area of the liquid and gas phase is reached;

резонансные пульсации системы жидкость-газ при высокой амплитуде, волн динамического давлени возбуждают внутои корпуса мощные турбулентные пульсирующие потоки гидрозол , обеспечивающие интенсивное перемешивание жидкости и газа по всему объему аппарата;high-amplitude resonant pulsations of a liquid-gas system of dynamic pressure waves excite inboard bodies powerful turbulent pulsating hydrosol flows providing intensive mixing of liquid and gas throughout the apparatus;

периодическое образование и схлопы- вание кавитационных. пузырьков в рабочем объеме аппарата усиливает турбулизацию жидкости и степень диспергировани в ней газовой фазы.periodic formation and collapse of cavitation. bubbles in the working volume of the apparatus enhances the turbulization of the liquid and the degree of dispersion of the gas phase in it.

Достигаема в аппарате высока интенсивность процесса массообмена между вза- имодействующими жидкой и газовой фазами при высокой степени гидродинамического возмущени рабочей среды позвол ет ускорить химические процессы при адсорбции сатураторного газа дефекован- ным соком. Высока интенсивность массо- обмена обуславливает высокую степень пересыщени в растворе карбоната кальци и его интенсивную кристаллизацию с обра- зованием большого количества однородных по размеру кристаллов карбоната кальци на начальной стадии массообмена, Это повышает эффект очистки сока и позвол ет увеличить коэффициент утилизации газа. В прототипе дл качественного распылива- ни дефекованного раствора его подают на форсунки под давлением 3-6 атм, в предложенной сатуратор раствор подаетс при нормальном давлении, а в рабочем процессе в услови х резонанса в аппарате создаетс повышенное динамическое давление, величина пиковых значений которого в положительные полупериоды составл ет 1,5- 1,8 эти при частоте резонансных пульсаций системы 45-70 Гц.The high intensity of the mass transfer process between the interacting liquid and gas phases with a high degree of hydrodynamic perturbation of the working medium achieved in the apparatus allows accelerating the chemical processes during adsorption of the saturator gas by defecated juice. The high intensity of mass transfer leads to a high degree of supersaturation in a solution of calcium carbonate and its intensive crystallization with the formation of a large number of uniformly sized crystals of calcium carbonate at the initial stage of mass transfer. This increases the effect of juice purification and allows an increase in gas utilization coefficient. In the prototype, for high-quality spraying of the defecated solution, it is fed to nozzles under a pressure of 3-6 atm, the solution is supplied to the saturator at normal pressure, and in the working process under resonance conditions an increased dynamic pressure is created in the apparatus, the peak values of which are positive the half-periods are 1.5-1.8 of these at a frequency of resonant pulsations of the system of 45-70 Hz.

По окончании процесса сатурации вы- ключают пульсатор, сообщающий пульсации давлени рабочему объему аппарата: резонансные пульсации гидрозол внутри корпуса прекращаютс , истощенный газ выходит из жидкости в верхнюю часть корпу- са. Затем производ т подачу воздуха вAt the end of the saturation process, the pulsator is switched off, which informs the pressure pulsations of the working volume of the apparatus: the resonant pulsations of the hydrosol inside the casing cease, the exhausted gas leaves the liquid in the upper part of the casing. Then air is supplied to

аппарат через патрубок 10 при этом происходит отвод отсатурированного сока и.; сатуратора через трубопровод 3 и контрольный щик 9. По окончании ).нода отсатурированного сока отключают под.ччу воздуха, при открытом клапане 11 внош- заполн ют корпус дефековэнным соком и производ т подачу сатурациенного газа с последующим включением гидропульглто- ра.the apparatus through the pipe 10 in this case, the discharge of the juice is removed and .; the saturator through the pipeline 3 and the control box 9. At the end), a node of the juice of the juice is disconnected, air supply is turned off, when the valve 11 is opened, they are filled in with the defecated juice and the saturation gas is supplied, followed by the activation of the hydro-pulsator.

При экспериментальной отрабо, .- ройства рабоча емкость сатуратора л ла 80 л заливаемого дефекованнс- о : При времени интенсивного взаимодейс : сока и сатураторного газа в резонанс .ом режиме равном 3-5 мин эффект очистки сока составл л не менее 35%.In experimental production, the working capacity of the saturator was 80 l of refilled defect: When the intensive interaction of juice and saturator gas in resonance mode was 3-5 minutes, the effect of juice purification was at least 35%.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A sugar beet sugar saturator, comprising a vertical cylindrical body with a conical bottom, equipped with a nozzle for supplying defecated juice, a nozzle for discharging the carbonated juice into a control box connected at the bottom, and a nozzle for discharging saturation gas with a shut-off device located in the upper part of the body and a device for supplying saturation gas located in the lower part of the housing and connected to the supply pipe, characterized in that, for the purpose of To enhance the effect of juice purification, the saturation gas supply device is a resonator made in the form of a cup mounted centrally upside down and connected to the gas supply pipe, while the housing in the resonator location zone is equipped with a pipe communicating its internal cavity with a hydraulic pulsator for pulsation juice.