RU2053303C1

RU2053303C1 - Crystallizer

Info

Publication number: RU2053303C1
Application number: RU94005433A
Authority: RU
Inventors: С.М. Петров
Original assignee: Воронежский технологический институт
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: sugar dairy products. SUBSTANCE: crystallizer includes vertical cylindrical body with spherical bottom supplied with process pipe branches and heat exchanging housing, a device to stir crystal bulk installed inside the body. The device has vertical axle and a number of disks secured to it along its height. The disks have conical jets directed upwards. The crystallizer is provided with pulse electrodynamic emitter to create oscillations of the crystal bulk. Membrane of the crystallizer is built in body bottom. Emitter is placed outside the body. Disk and axle are hollow and open to each other. Hollow axle is connected through special pipelines to coolant inlet and outlet. EFFECT: high efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к кристаллизационному оборудованию, в частности к конструкциям аппаратов для изогидрических процессов кристаллизации сахаристых веществ в сахарной и молочной промышленности. The invention relates to crystallization equipment, in particular, to apparatus designs for isohydric crystallization processes of sugary substances in the sugar and dairy industries.

Известен кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный техническими патрубками и теплообменной рубашкой, установленный по оси корпуса вертикальный шток и укрепленные на нем ярусно горизонтальные диски, перфорированные конусообразными соплами, и вибропривод [1]
Недостатком известного кристаллизатора является неэффективное извлечение из раствора кристаллического продукта из-за малой относительной скорости движения кристалла и раствора, вызванной в основном вязким и переходным режимами движения кристаллов при низкочастотных гармонических колебаниях; полидисперсный состав готового продукта.Known mold, comprising a vertical cylindrical body with a spherical bottom, equipped with technical pipes and a heat exchange jacket, mounted on the axis of the housing vertical rod and mounted on it tiered horizontal disks, perforated by cone-shaped nozzles, and a vibrator [1]
A disadvantage of the known crystallizer is the inefficient extraction of the crystalline product from the solution due to the low relative speed of the crystal and the solution, caused mainly by viscous and transient modes of crystal motion at low-frequency harmonic vibrations; polydisperse composition of the finished product.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по решаемой задаче является кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками и теплообменной рубашкой, установленное внутри корпуса устройство для перемешивания кристалломассы, состоящее из вертикальной оси и укрепленного по ее высоте ряда дисков с конусообразными соплами, направленными вверх [2]
Известный кристаллизатор имеет недостаточную производительность по кристаллическому продукту из-за влияния релаксационных процессов на колебания, возбуждаемые в растворе гармонической низкочастотной вынуждающей силой; готовому продукту присуща значительная неравномерность кристаллов.The closest in technical essence and the achieved effect to the problem being solved is a crystallizer, including a vertical cylindrical body with a spherical bottom, equipped with technological pipes and a heat exchange jacket, a device for mixing crystallomass installed inside the case, consisting of a vertical axis and a row of conical-shaped disks fortified along its height upward nozzles [2]
The known crystallizer has insufficient productivity in the crystalline product due to the influence of relaxation processes on the vibrations excited in the solution by a harmonic low-frequency driving force; the finished product is characterized by significant unevenness of crystals.

В изобретении решается техническая задача увеличения выхода и улучшения качества кристаллического продукта путем интенсификации массопередачи на межфазной границе в результате достижения инерционных режимов движения кристаллов, а также создания малоградиентных условий кристаллизации. The invention solves the technical problem of increasing the yield and improving the quality of the crystalline product by intensifying mass transfer at the interface as a result of achieving inertial modes of motion of the crystals, as well as creating low-gradient crystallization conditions.

Сущность изобретения заключается в том, что кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками и теплообменной рубашкой, установленное внутри корпуса устройство для перемешивания кристалломассы, состоящее из вертикальной оси и укрепленных по ее высоте ряда дисков с конусообразными соплами, направленными вверх, снабжен импульсным электродинамическим излучателем для создания колебаний кристалломассы, мембрана которого встроена в днище корпуса, а излучатель размещен снаружи последнего, при этом диски и ось выполнены полыми и сообщены между собой, а полая ось при помощи трубопроводов подключена к трубопроводам подачи и отвода хладагента, причем диаметр каждого вышерасположенного диска превышает диаметр нижерасположенного, а расстояние между дисками от нижнего к верхнему уменьшается по высоте корпуса. The essence of the invention lies in the fact that the mold, comprising a vertical cylindrical body with a spherical bottom, equipped with technological nozzles and a heat exchange jacket, a device for mixing crystallomass mounted inside the housing, consisting of a vertical axis and a row of disks with conical nozzles directed upwards mounted along its height, equipped with a pulsed electrodynamic emitter to create oscillations of the crystal mass, the membrane of which is built into the bottom of the housing, and the emitter is displaced from the outside of the latter, while the disks and the axis are hollow and connected to each other, and the hollow axis is connected via pipelines to the refrigerant supply and discharge pipelines, the diameter of each upstream disc exceeding the diameter of the downstream disc, and the distance between the discs from the lower to the upper one decreases in height corps.

На фиг. 1 изображен кристаллизатор в вертикальном разрезе; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a crystallizer in vertical section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1.

Кристаллизатор включает вертикальный цилиндрический корпус 1 со сферическим днищем 2 и теплообменной рубашкой 3, установленный на опорах 4. Внутри корпуса 1, по его центру, проходит вертикальная полая ось 5, состоящая из труб 6 и 7, консольно и неподвижно укрепленных к крышке 8 аппарата. На оси 5 жестко закреплены горизонтальные полые диски 9, перфорированные отверстиями 10, которые имеют конусообразные сопла 11, направленные сужающейся частью вверх. Форма нижнего диска 12 соответствует форме сферического днища 2, при этом нижний диск расположен у днища с некоторым зазором и имеет по периметру направляющий усеченный конус 13, обращенный меньшим основанием вверх. Внутренние полости оси 5 и дисков 9 и 12 сообщены переходными трубками 14. В нижней части корпуса 1 непосредственно под днищем 2 установлен импульсный электродинамический излучатель 15, мембрана 16 которого встроена в днище корпуса, он подключен к импульсному генератору 17. Аппарат имеет устройство для отвода кристаллизата в виде задвижки 18, а также патрубки 3 и 20 для подвода хладагента 19 соответственно в теплообменную рубашку и в трубу 6. Для отвода хладагента из рубашки и трубы 7 служат патрубки 21 и 22 соответственно. Крышка 8 снабжена патрубком 23 для начального набора пересыщенного раствора. The mold includes a vertical cylindrical body 1 with a spherical bottom 2 and a heat exchange jacket 3 mounted on supports 4. Inside the body 1, in its center, passes a vertical hollow axis 5, consisting of pipes 6 and 7, console and fixed to the lid 8 of the apparatus. On the axis 5, horizontal hollow disks 9 are rigidly fixed, perforated by holes 10, which have cone-shaped nozzles 11 directed tapering upward. The shape of the lower disk 12 corresponds to the shape of the spherical bottom 2, while the lower disk is located at the bottom with a certain gap and has a perimeter guide truncated cone 13, facing the smaller base up. The internal cavities of the axis 5 and discs 9 and 12 are communicated by transition tubes 14. In the lower part of the housing 1, directly below the bottom 2, a pulsed electrodynamic emitter 15 is installed, the membrane 16 of which is built into the bottom of the housing, it is connected to a pulse generator 17. The apparatus has a device for removing crystallizate in the form of a valve 18, as well as nozzles 3 and 20 for supplying refrigerant 19 to the heat exchange jacket and pipe 6, respectively. To remove the refrigerant from the shirt and pipe 7, the nozzles 21 and 22, respectively. The cover 8 is equipped with a pipe 23 for the initial set of supersaturated solution.

Полые диски 9 и 12 разделены внутри диаметральной перегородкой 24 и фигурными перегородками 25-28 для образования каналов течения хладагента. Трубы 6 и 7 имеют отверстия 29 и 30 для подвода и отвода хладагента в полости дисков 9 и 12. The hollow discs 9 and 12 are divided inside by a diametrical partition 24 and curly partitions 25-28 for the formation of channels of flow of the refrigerant. The pipes 6 and 7 have openings 29 and 30 for supplying and discharging refrigerant in the cavity of the disks 9 and 12.

Кристаллизатор работает следующим образом. The mold works as follows.

Теплообменную рубашку 3 и полые диски 9 и 12 заполняют горячей водой и разогревают аппарат до температуры начала процесса кристаллизации, затем через патрубок 23 в корпус аппарата подают сахарный утфель или перенасыщенный раствор лактозы до погружения в него верхнего диска 9. The heat exchange jacket 3 and the hollow disks 9 and 12 are filled with hot water and the apparatus is heated to the temperature of the onset of crystallization, then sugar massecuite or supersaturated lactose solution is fed through the nozzle 23 to the apparatus until the upper disc 9 is immersed in it.

После этого в теплообменную рубашку 3 и в полые диски 9 и 12 подают хладагент, расход которого устанавливают таким образом, чтобы обеспечивался заданный технологическим режимом темп охлаждения кристаллизующего раствора. С момента подачи хладагента включается к импульсному генератору 17 электродинамический излучатель 15. After that, a coolant is supplied to the heat exchange jacket 3 and to the hollow disks 9 and 12, the flow rate of which is set in such a way as to ensure the cooling rate of the crystallizing solution specified by the technological mode. From the moment the refrigerant is supplied, the electrodynamic emitter 15 is turned on to the pulse generator 17.

Для интенсификации массопередачи при кристаллизации сахарсодержащих дисперсных систем в акустически сложных условиях, например, на границе раздела фаз "кристалл-раствор" при сложном полидисперсном составе утфелей наиболее эффективно не узкополосное гармоническое воздействие вынуждающей силой на одной фиксированной частоте, а широкополосное. Осуществить такое воздействие с высокой эффективностью можно апериодическим широкополосным источником, в качестве которого используется импульсный излучатель. To intensify mass transfer during crystallization of sugar-containing disperse systems under acoustically difficult conditions, for example, at the crystal-solution phase boundary with a complex polydisperse composition of massecuite, the most effective is not a narrow-band harmonic action by a driving force at one fixed frequency, but broadband. Such an effect can be carried out with high efficiency by an aperiodic broadband source, which is used as a pulsed emitter.

При питании электродинамического излучателя 15 от импульсного генератора 17 осуществляется электромагнитный способ генерирования импульсов. Прохождение электрического импульса через соленоид излучателя 15 наводит в мембране 16 вихревые токи, в результате чего возникают силы отталкивания, и мембрана посылает в утфель мощный импульс давления с крутым переходным фронтом длительностью от долей до сотен микросекунд. Такие импульсы давления по спектру соответствуют диапазону частот 1-50 кГц. При этом кристаллы, как более инерционные, чем межкристальный раствор, отстают в своих перемещениях от раствора и осуществляют движение в нем с высокой относительной скоростью. Инерционный режим движения кристаллов достигается при отношении времени релаксации τ к длительности импульса T, превышающем τ/T>20. When powering the electrodynamic emitter 15 from the pulse generator 17 is an electromagnetic method of generating pulses. The passage of an electric pulse through the solenoid of the emitter 15 induces eddy currents in the membrane 16, as a result of which repulsive forces arise, and the membrane sends a powerful pressure pulse with a steep transition front from fractions to hundreds of microseconds to the massecuite. Such pressure pulses in the spectrum correspond to a frequency range of 1-50 kHz. In this case, crystals, which are more inertial than intercrystal solution, lag behind the solution in their movements and carry out movement in it at a high relative speed. The inertial mode of motion of the crystals is achieved when the ratio of the relaxation time τ to the pulse duration T exceeds τ / T> 20.

При работе импульсного электродинамического излучателя 15 одновременно обеспечивается вертикальная пульсационная циркуляция кристаллизующегося раствора в корпусе. Сопла 11 на дисках 9 и 12 создают насосный эффект, инверсионный тому, который возникал бы при возвратно-поступательных перемещениях собственно штока с дисками в растворе. Через диски кристалломасса поднимается от днища аппарата к свободной поверхности утфеля, а в кольцевом зазоре между пакетом дисков 9 и 12 и корпусом 1 образуется опускной поток. During operation of the pulsed electrodynamic emitter 15, a vertical pulsating circulation of the crystallizing solution in the housing is simultaneously ensured. The nozzles 11 on the disks 9 and 12 create a pumping effect that is inverse to that which would occur during reciprocating movements of the rod itself with the disks in solution. Through the disks, the crystalline mass rises from the bottom of the apparatus to the free surface of the massecuite, and in the annular gap between the packet of disks 9 and 12 and the housing 1, a downflow is formed.

Усеченный конус 13 совместно с соплами 11 нижнего диска 12 обеспечивает двухступенчатый разгон утфеля и улучшает подъем кристаллов от днища 2. The truncated cone 13 together with the nozzles 11 of the lower disk 12 provides a two-stage acceleration of the massecuite and improves the rise of crystals from the bottom 2.

Конструкция на оси 5 дисков 9 и 12 с постепенно увеличивающимся по направлению вверх диаметром d₁>d₂>d₃>d₄ и уменьшающимся шагом их размещения h₁<h₂<h₃ обеспечивает наилучшую циркуляцию суспензии.The design on the axis 5 of the disks 9 and 12 with a gradually increasing upward diameter d ₁ > d ₂ > d ₃ > d ₄ and a decreasing pitch of their placement h ₁ <h ₂ <h ₃ provides the best circulation of the suspension.

Это связано с наличием эффекта ослабевания распространения волн давления в утфеле по мере удаления от источника их образования, т. е. от мембраны 16. This is due to the presence of a weakening of the propagation of pressure waves in the massecuite with distance from the source of their formation, i.e., from the membrane 16.

Проточная циркуляция хладагента в полых дисках 9 и 12 осуществляется последовательно по каждой их половине с использованием системы перегородок 24-28 и отверстий 29 и 30 в трубах 6 и 7, а также переходных трубок 14. При этом выравниваются физико-химические условия кристаллизации в объеме утфеля. По окончании процесса кристаллизации утфеля осуществляют выгрузку аппарата через задвижку 18. The flow of refrigerant in the hollow discs 9 and 12 is carried out sequentially for each half using a system of partitions 24-28 and holes 29 and 30 in the pipes 6 and 7, as well as transition tubes 14. In this case, the physicochemical crystallization conditions in the massecuite volume are equalized . At the end of the process of crystallization of the massecuite, the apparatus is unloaded through the valve 18.

Кристаллизатор позволяет увеличивать выход кристаллического продукта за счет достижения наилучших условий инерционного режима движения кристаллов в утфеле, а следовательно, интенсификации массопередачи на гранях кристаллов путем уменьшения окружающего их пограничного слоя. Одновременно улучшается равномерность гранулометрического состава кристаллов, что очень важно для центрифугирования утфелей, так как кристаллизация проходит в малоградиентных температурных и концентрационных условиях при двойной системе охлаждения. The crystallizer allows you to increase the yield of crystalline product by achieving the best conditions for the inertial mode of motion of the crystals in the massecuite, and therefore, the intensification of mass transfer on the faces of the crystals by reducing the surrounding boundary layer. At the same time, the uniformity of the granulometric composition of crystals improves, which is very important for centrifugation of massecuite, as crystallization takes place in low-gradient temperature and concentration conditions with a double cooling system.

Claims

CRYSTALIZER, including a vertical cylindrical body with a spherical bottom, equipped with process pipes and a heat exchange jacket, a device for mixing crystallomass installed in the body, consisting of a vertical axis and a row of disks with cone-shaped nozzles directed upward, strengthened along its height, characterized in that it is equipped with a pulse electrodynamic emitter to create oscillations of the crystal mass, the membrane of which is built into the bottom of the housing, and the emitter is placed outside the last first, while the disks and the axis are hollow and connected to each other, and the hollow axis is connected via pipelines to the refrigerant supply and discharge pipelines, and the diameter of each upstream disc exceeds the diameter of the downstream disc, and the distance between the discs from the lower to the upper decreases in height of the casing.