RU2186115C1

RU2186115C1 - Saturator for beet sugar industry

Info

Publication number: RU2186115C1
Application number: RU2000127390A
Authority: RU
Inventors: Н.С. Кобелев; С.А. Чугунов; К.Г. Ермаков; О.Н. Биденко
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-07-27

Abstract

FIELD: sugar industry. SUBSTANCE: saturator has vertical housing equipped with process branch pipes and having square section. Gas distributing device is positioned above housing conical bottom. Sugar-containing solution supplying and distributing device is located in upper part of housing. Grid is positioned for vibration under said device in space above juice. Vertical perforated corrugated plates defining channels narrowing and widening in vertical plane are fixed above grid. Housing wall internal surface is equipped with curved grooves longitudinally extending from grid attachment place to solution supplying device. Said grooves serve for turbulizing solution in the region adjacent to housing wall. Saturator is used for processing sugar- containing solution with saturating gas. EFFECT: increased carbon dioxide utilization coefficient and improved filtration-sedimentation properties of saturated sugar-containing solution. 2 dwg

Description

Изобретение относится к сахарной промышленности и предназначено для обработки сахарсодержащего раствора сатурационным газом. The invention relates to the sugar industry and is intended for the treatment of a sugar-containing solution with saturation gas.

Известен сатуратор для свеклосахарного производства (см. SU 1076448, МКИ С 13 Д 3/04, Бюл. 8, 1984), содержащий вертикальный цилиндрический корпус и размещенное в нем над днищем устройство для подачи сока и углекислого газа, имеющее две, расположенные одна над другой камеры со множеством трубок для сока и углекислого газа, при этом трубки для сока нижней камеры размещены между трубками для углекислого газа верхней камеры. A known saturator for beet sugar production (see SU 1076448, MKI C 13 D 3/04, Bull. 8, 1984), containing a vertical cylindrical body and placed in it above the bottom of the device for supplying juice and carbon dioxide, having two, located one above another chamber with many tubes for juice and carbon dioxide, while tubes for juice of the lower chamber are placed between the carbon dioxide tubes of the upper chamber.

Недостатком данного сатуратора является низкий коэффициент использования углекислого газа, так как в корпусе аппарата цилиндрической формы наблюдается вращение сахарсодержащего раствора и проскок углекислого газа вдоль центральной оси, без равномерного распределения по всему сечению аппарата. The disadvantage of this saturator is the low utilization of carbon dioxide, since in the case of a cylindrical apparatus there is a rotation of the sugar-containing solution and a slip of carbon dioxide along the central axis, without uniform distribution over the entire cross section of the apparatus.

Ближайший сатуратор для свеклосахарного производства (см. SU 1490158, МКИ С 13 Д 3/04, Бюл. 24, 1989), включает вертикально установленный и снабженный технологическими патрубками корпус, имеющий в сечении форму квадрата с коническим днищем, расположенное над ним газораспределительное устройство, установленное в верхней части корпуса устройство для подвода и распределения сахарсодержащего раствора, размещенную под ним в надсоковом пространстве решетку с возможностью вибрации, а над ней вертикально укреплены перфорированные гофрированные пластины, образующие между собой суживающиеся и расширяющиеся по высоте каналы. The nearest saturator for sugar beet production (see SU 1490158, MKI S 13 D 3/04, Bull. 24, 1989), includes a vertically mounted and equipped with technological nozzles body having a cross-section in the form of a square with a conical bottom, a gas distribution device located above it, a device for supplying and distributing a sugar-containing solution installed in the upper part of the body, a grating placed under it in a supra-juice space with the possibility of vibration, and perforated corrugated plates vertically mounted above it , forming among themselves narrowing and expanding channels in height.

Недостатком указанного сатуратора является снижение использования углекислого газа в периферийных областях сечения квадратного корпуса аппарата, вследствие образования застойных зон, что ухудшает фильтрационно-седиментационные свойства сатурированного сахаросодержащего раствора. The disadvantage of this saturator is the reduction in the use of carbon dioxide in the peripheral regions of the cross-section of the square case of the apparatus, due to the formation of stagnant zones, which impairs the filtration and sedimentation properties of the sugar-coated sugar solution.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении коэффициента использования углекислого газа и улучшении фильтрационно-седиментационных свойств сатурированного сахарсодержащего раствора. Технический результат достигается путем обеспечения равномерности перемешивания сока и сатурационного газа как по центру, так и на периферии корпуса сатуратора, особенно в застойных зонах, образующихся в местах соединения стенок квадратного корпуса сатуратора. The technical result of the invention is to increase the utilization of carbon dioxide and improve the filtration and sedimentation properties of the sugar-coated sugar solution. The technical result is achieved by ensuring uniform mixing of juice and saturation gas both in the center and on the periphery of the saturator body, especially in stagnant zones formed at the junction of the walls of the square body of the saturator.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг.1 схематично изображен вертикальный разрез сатуратора; и на фиг.2 - развертка внутренней поверхности корпуса сатуратора. The invention is illustrated in the drawing. Figure 1 schematically shows a vertical section of a saturator; and figure 2 is a scan of the inner surface of the body of the saturator.

Сатуратор включает вертикальный корпус 7, имеющий в сечении форму квадрата, с коническим днищем 2, размещенное в его нижней части газораспределительное устройство 3, состоящее из труб 4, имеющих с обеих сторон газораспределительные патрубки 5, расположенные в шахматном порядке. В надсоковом пространстве корпуса укреплена решетка 6 с возможностью ее вибрации, состоящая из стальных полос 7, прикрепленных к стенке корпуса с помощью пружин 8, а над решеткой 6 укреплены вертикально перфорированные гофрированные пластины 9, образующие между собой суживающиеся и расширяющиеся по высоте каналы для контактирования раствора и газа. В верхней части сатуратора над перфорированными гофрированными пластинами 9 укреплено устройство для подвода и распределения сахарсодержащего раствора, содержащее трубы 10 и 11 и форсунки 12. Сепаратор 13 для отделения капель сахарсодержащего раствора от отработавшего сатурационного газа установлен перед его выходом из аппарата через патрубок 14, для отбора готового сахарсодержащего раствора предусмотрен контрольный ящик 15. Пластины 9 имеют отверстия 16. На внутренней поверхности корпуса 1, выполнены криволинейные канавки 17, продольно расположенные от уровня крепления решетки 6 до устройства подвода и распределения сахаросодержащего раствора, и служащие для турбулизации подаваемого сахаросодержащего раствора у стенок корпуса. The saturator includes a vertical casing 7 having a cross-sectional shape of a square, with a conical bottom 2, a gas distribution device 3 located in its lower part, consisting of pipes 4 having gas distribution pipes 5 on both sides staggered. In the super-juice space of the casing, a grating 6 is strengthened with the possibility of vibration, consisting of steel strips 7 attached to the casing wall using springs 8, and vertically perforated corrugated plates 9 are fixed above the grating 6, forming channels narrowing and expanding along the height for contacting the solution and gas. In the upper part of the saturator above the perforated corrugated plates 9, a device for supplying and distributing a sugar-containing solution containing pipes 10 and 11 and nozzles 12 is fixed. A separator 13 for separating drops of the sugar-containing solution from the spent saturation gas is installed before it leaves the apparatus through the pipe 14, for selection ready sugar-containing solution provides a control box 15. The plate 9 has holes 16. On the inner surface of the housing 1, made curved grooves 17, longitudinally distributed from false level lattice fastening device 6 to the supply and distribution of sugar-containing solution, and serving to feed turbulence sugar-containing solution from the housing walls.

Сатуратор работает следующим образом. The saturator works as follows.

Дефекованный сахарсодержащий раствор с высокой щелочностью поступает в корпус 1 через устройство для подвода и распределения сахарсодержащего раствора через трубы 10 и 11 и форсунки 12, равномерно разбрызгивается по всему сечению аппарата навстречу поднимающемуся отработанному сатурационному газу. Вблизи внутренней поверхности корпуса сатуратора сахаросодержащий раствор в виде пленки, перемещаясь по криволинейным канавкам 17 на пути от уровня устройства подвода и распределения сахарсодержащего раствора до крепления решетки 6, получает вихревое закручивание, что приводит к более интенсивному перемешиванию с отработанным сатурационным газом. При этом ряды криволинейных канавок 17 на внутренних поверхностях стенок квадратного корпуса сатуратора выполнены таким образом что, что выпуклости криволинейных канавок на одной стенке направлены, пртивополжно выпуклостям на другой, соседней стенке. Кроме этого частично отсатурированный сахарсодержащий раствор в виде мелких капель поступает в суживающиеся и расширяющиеся по высоте каналы, образованные вертикально укрепленными перфорированными гофрированными пластинами и, встречая на суженных участках повышенное сопротивление газа, сахарсодержащий раствор как бы "захлебывается", при этом он частично поднимается вверх, частично через отверстия 16 перетекает в соседние расширенные камеры каналов, фонтанируя и интенсивно перемешиваясь с газом. Из расширенных частей каналов сахарсодержащий раствор снова попадает в суженную часть каналов, и процесс повторяется многократно. В связи с этим скорость уходящего газа через эти отверстия также попеременно уменьшается и увеличивается, т.е. создается благоприятное условие тщательного перемешивания двух фаз за счет разных инерционных скоростей. Газожидкостная фаза при проходе через перфорированные гофрированные пластины 9, а также при движении вдоль криволинейных канавок 17 получает закручивание и перемешивание улучшается. The defecated sugar-containing solution with high alkalinity enters the housing 1 through the device for supplying and distributing the sugar-containing solution through the pipes 10 and 11 and the nozzle 12, is uniformly sprayed over the entire cross section of the apparatus towards the rising exhausted saturation gas. Near the inner surface of the saturator body, the sugar-containing solution in the form of a film, moving along curved grooves 17 on the way from the level of the supply and distribution of the sugar-containing solution to the fastening of the grating 6, gets a vortex twisting, which leads to more intensive mixing with the spent saturation gas. In this case, the rows of curved grooves 17 on the inner surfaces of the walls of the square case of the saturator are made in such a way that the convexity of the curved grooves on one wall is directed along the bulges on the other adjacent wall. In addition, a partially sated sugar-containing solution in the form of small drops enters the channels narrowing and expanding in height, formed by vertically strengthened perforated corrugated plates and, meeting the increased gas resistance in the narrowed areas, the sugar-containing solution “seems to choke”, while it partially rises, Partially through openings 16 flows into adjacent expanded chambers of the channels, gushing and intensively mixing with gas. From the expanded parts of the channels, the sugar-containing solution again enters the narrowed part of the channels, and the process is repeated many times. In this regard, the speed of the exhaust gas through these openings also decreases and increases alternately, i.e. creates a favorable condition for thorough mixing of the two phases due to different inertial speeds. The gas-liquid phase when passing through the perforated corrugated plate 9, as well as when moving along curved grooves 17 gets twisting and mixing improves.

В результате многократного более интенсивного перемешивания в местах соединения стенок квадратного корпуса высокощелочного сахарсодержащего раствора и сатурационного газа и упорядоченного движения потоков как по объему корпуса 1, так и непосредственно по внутренней поверхности в зоне размещения криволинейных канавок 17, коэффициент использования углекислого газа увеличивается. В этом случае вследствие более интенсивного перемешивания газожидкостной фазы, обеспечивается образование однородных частиц осадка карбоната кальция СаСО₃, легко фильтруемых, позволяющих увеличить скорость фильтрации и осаждения.As a result of multiple, more intensive mixing at the junction of the walls of the square body of a highly alkaline sugar-containing solution and saturation gas and the ordered movement of flows both in the volume of the body 1 and directly along the inner surface in the area of the curved grooves 17, the carbon dioxide utilization coefficient increases. In this case, due to more intensive mixing of the gas-liquid phase, the formation of homogeneous particles of calcium carbonate precipitate CaCO ₃ , which are easily filtered, allows increasing the filtration and sedimentation rates.

Из каналов, образованных перфорированными гофрированными пластинками, сахарсодержащий раствор струями стекает на поверхность решетки 6, укрепленной с возможностью вибрации. В результате давления уходящего газа снизу вверх и массы падающих струй сверху стальные полосы подвижной решетки, подвешенной на пружинах 8, вибрируют, способствуя разбрызгиванию сока и более интенсивному контакту его с сатурационным газом по внутреннему объему корпуса 1. Вибрирование, за счет связи с решеткой 6, и колебание, обусловленное конструктивным выполнением, перфорированных гофрированных пластин 9 приводит к образованию стоячих волн, что сопутствует образованию застойных зон по внутренней поверхности корпуса 1, имеющих наибольшие размеры в местах соединения прямоугольных стенок сатуратора, где практически отсутствует перемешивание газожидкостной фазы. Выполнение же на внутренней поверхности корпуса 1 между устройством для подвода и распределения сахаросодержащего раствора и решеткой 6 криволинейных канавок 17 приводит к турбулизации пограничного слоя, обусловленной вихревой закруткой движущихся потоков сахарсодержащего раствора и сатурационного газа. В результате обеспечивается не только интенсификация контакта газожидкостной смеси, но и повышается эффективность тепломассообмена как за счет увеличения поверхности теплообмена, так и в связи с переходом движения потока по внутренней поверхности корпуса 1 из ламинарного в турбулентное (см., например, "Интенсификация процессов теплопередачи" с. 212-216. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М. 1977 - 343 с.). From the channels formed by the perforated corrugated plates, the sugar-containing solution streams down onto the surface of the grating 6, which is vibrationally strengthened. As a result of the pressure of the outgoing gas from the bottom up and the mass of the falling jets from above, the steel strips of the movable grate suspended on the springs 8 vibrate, contributing to the spraying of the juice and its more intensive contact with the saturation gas through the internal volume of the housing 1. Vibration, due to communication with the grate 6, and the vibration due to the design of the perforated corrugated plates 9 leads to the formation of standing waves, which accompanies the formation of stagnant zones on the inner surface of the housing 1, having the greatest their sizes at the junction of the rectangular walls of the saturator, where there is practically no mixing of the gas-liquid phase. The execution on the inner surface of the housing 1 between the device for supplying and distributing the sugar-containing solution and the lattice 6 of curved grooves 17 leads to turbulence of the boundary layer due to the swirling of the moving flows of the sugar-containing solution and saturation gas. The result is not only the intensification of the contact of the gas-liquid mixture, but also increases the efficiency of heat and mass transfer both by increasing the heat transfer surface, and in connection with the transition of the flow along the inner surface of the housing 1 from laminar to turbulent (see, for example, "Intensification of heat transfer processes" S. 212-216. Mikheev MA, Mikheeva IM Fundamentals of heat transfer. - M. 1977 - 343 p.).

Ниже решетки 6 в емкости поддерживается уровень сахарсодержащего раствора, где он сатурируется окончательно и затем выводится через контрольный ящик 15. Сатурационный газ подают в нижнюю часть корпуса 7 с двух сторон через устройство 3, откуда с помощью труб 4 и патрубков 5 он равномерно распределяется по сечению аппарата. Непрореагировавшие частицы Са(ОН)₂, поступающие вместе с осадком СаСО₃ в нижнюю часть емкости аппарата, непрерывно взмучиваются газом, выходящим из патрубков 5 и карбонизируются. Расположение патрубков 5 в шахматном порядке обеспечивает равномерное распределение диоксида углерода по сечению аппарата. Частично отработанный в нижней части аппарата сатурационный газ дополнительно истощается при переходе через решетку 6 и каналы, образованные перфорированными гофрированными пластинами 9. В верхней части аппарата отработанный газ, проходя через сепаратор 13, освобождается от капель сахарсодержащего раствора и выводится в атмосферу через патрубок 14.Below the lattice 6 in the container, the level of the sugar-containing solution is maintained, where it is finally saturated and then removed through the control box 15. Saturation gas is supplied to the lower part of the housing 7 from two sides through the device 3, from where it is evenly distributed over the cross section using pipes 4 and nozzles 5 apparatus. Unreacted particles of Ca (OH) ₂ entering together with the CaCO ₃ precipitate into the lower part of the vessel are continuously agitated by the gas leaving the nozzles 5 and carbonized. The location of the nozzles 5 in a checkerboard pattern provides a uniform distribution of carbon dioxide over the cross section of the apparatus. The saturation gas partially exhausted in the lower part of the apparatus is additionally depleted when passing through the grill 6 and the channels formed by perforated corrugated plates 9. In the upper part of the apparatus, the exhaust gas passing through the separator 13 is freed from drops of sugar-containing solution and is discharged into the atmosphere through the nozzle 14.

Пластины решетки 6, находясь в постоянном колебательном движении, совместно с процессом турбулизации пограничного слоя на внутренней поверхности корпуса 7 дополнительно диспергируют струйки сахарсодержащего раствора, поступающего сверху, и существенно увеличивают скорость абсорбции СO₂. Так же этому способствует конструкция каналов переменного сечения, образованных перфорированными гофрированными пластинами, образующих многослойную барботажную площадь поверхности, и распыление высокощелочного сахарсодержащего раствора чрез форсунки устройства для распределения сахарсодержащего раствора через трубы 10 и II, перекрывающего все сечения аппарата.The plates of the lattice 6, being in constant oscillatory motion, together with the process of turbulization of the boundary layer on the inner surface of the housing 7 further disperse the trickles of the sugar-containing solution coming from above, and significantly increase the absorption rate of CO ₂ . This is also facilitated by the design of variable cross-section channels formed by perforated corrugated plates forming a multilayer bubbling surface area and by spraying a highly alkaline sugar-containing solution through nozzles of a device for distributing a sugar-containing solution through pipes 10 and II, covering all sections of the apparatus.

Выполнение на внутренней поверхности корпуса криволинейных канавок, расположенных от уровня размещения устройства подвода и распределения сахаросодержащего раствора до уровня крепления решетки, обеспечивает вихревое закручивание движущихся потоков сахаросодержащего раствора и углекислого газа. При этом обеспечивается не только интенсифекация контакта газожидкостной смеси, увеличение коэффициента использования углекислого газа и улучшение фнльтрационно-седиментационных свойств сахаросодержащего раствора, но и интенсифицируется тепломассообмен как засчет увеличения поверхности теплообмена, так и засчет устранения застойных зон и создания на периферии сатуратора в пограничном слое вместо ламинарного турбулентного течения потоков. The execution on the inner surface of the housing of curved grooves located from the level of placement of the device for supplying and distributing sugar-containing solution to the level of fastening of the lattice provides vortex twisting of the moving flows of sugar-containing solution and carbon dioxide. This ensures not only intensification of the contact of the gas-liquid mixture, increase of the carbon dioxide utilization coefficient and improvement of the filtration-sedimentation properties of the sugar-containing solution, but also heat and mass transfer is intensified both by increasing the heat transfer surface and by eliminating stagnant zones and creating a saturator on the periphery in the boundary layer instead of laminar turbulent flow of flows.

Claims

Saturator for sugar beet production, including a vertically mounted and equipped with technological branch pipes case, having a cross-section in the form of a square with a conical bottom, a gas distribution device located above it, a device for supplying and distributing a sugar-containing solution installed in the upper part of the body, a grate with the possibility of vibration and vertical perforated corrugated plates fixed above it, forming tapering together I and channels expanding in height, characterized in that curvilinear grooves are made on the inner surface of the walls of the body, longitudinally located from the level of attachment of the grate to the device for supplying and distributing sugar-containing solution and serving to turbulize the supplied sugar-containing solution at the walls of the body.