RU2600388C1

RU2600388C1 - Multi-cyclone apparatus

Info

Publication number: RU2600388C1
Application number: RU2015126165/05A
Authority: RU
Inventors: Николай Руфеевич Андреев; Татьяна Руслановна Карпенко; Игорь Владиславович Карпенко
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2016-10-20

Abstract

FIELD: food industry.

SUBSTANCE: invention relates to separation of a suspension with washing of heavy component and can be used in food, chemical and other industries. Multi-cyclone apparatus consists of multi-cyclones with pipes for discharging liquid and condensed products, forming separation stage for initial product - suspension into condensed product, containing mainly a heavy component, and liquid product, mainly containing a light component - impurities, pumps, connecting pipelines, forming with multi-cyclones and pumps a single structure, pipe for feeding clean water required for washing heavy component. Each separation stage consists of three multi-cyclones with cross circuit for separating product into liquid and dense products. Upper product of third stage at counterflow circuit is supplied to input of second stage. Upper product of second stage is supplied to input of first stage, and upper product of first stage is output product containing light impurities and soluble substances. Dense product of third stage is output product containing heavy component - washed starch.

EFFECT: high quality of heavy component.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к разделению суспензии с промываниемThe invention relates to the separation of the suspension with washing

тяжелого компонента и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности, где необходимо выделить из суспензии тяжелый компонент и отделить от него растворимые примеси - промыть его. В частности, изобретение может быть использовано в картофелекрахмальном производстве для выделения крахмала из картофельной кашки.heavy component and can be used in chemical, food and other industries where it is necessary to isolate the heavy component from the suspension and separate soluble impurities from it - rinse it. In particular, the invention can be used in potato starch production to isolate starch from potato gruel.

Этот процесс проводят в мультициклонных установках. В этих установках последовательно, в несколько ступеней выделяют из исходной суспензии тяжелый компонент (основной продукт) в сгущенном сходе каждой ступени. С жидким сходом каждой ступени выделяется легкий компонент суспензии (примеси).This process is carried out in multicyclone units. In these plants, in succession, in several steps, a heavy component (main product) is isolated from the initial suspension in the condensed descent of each step. With a liquid descent of each stage, a light component of the suspension (impurity) is released.

Цель изобретения - за счет повышения качества разделения в каждой ступени уменьшить количество ступеней в установке, что приведет к уменьшению материало- и энергоемкости аппарата.The purpose of the invention is by reducing the quality of separation in each stage to reduce the number of stages in the installation, which will lead to a decrease in material and energy consumption of the apparatus.

Известна многоступенчатая мультициклонная установка (Андреев Н.Р. Основы производства нативных крахмалов. М., Пищепромиздат. 2001, стр. 145), состоящая из мультициклонов с насосами, представляющих собой ступени разделения суспензий на сходы и трубопроводы, которые соединяют ступени разделения. В схеме соединения ступеней предусмотрен принцип противотока жидкого схода. В каждом мультициклоне установлено (в зависимости от производительности) определенное количество микроциклонов. В микроциклонах каждой ступени за счет центробежной силы происходит разделение на сгущенный и жидкий сходы, содержащие соответственно тяжелый и легкий компоненты. При этом с жидким сходом отделяются от тяжелого компонента и растворимые примеси. При разделении суспензии в каждой ступени в жидкий сход вместе с легким компонентом попадает часть тяжелого компонента и, наоборот, в тяжелый компонент попадает часть легкого компонента и растворимые примеси. Поэтому для получения качественного тяжелого компонента в полном объеме применяются многоступенчатые установки, т.к. в каждой последующей ступени тяжелый компонент все более очищается от примесей, а легкий - от тяжелого компонента.Known multi-stage multicyclone installation (Andreev NR Fundamentals of the production of native starches. M., Pishchepromizdat. 2001, p. 145), consisting of multicyclones with pumps, which are stages of separation of suspensions into gatherings and pipelines that connect the separation stages. In the connection diagram of the steps, the principle of counterflow of liquid vanishing is provided. In each multicyclone, a certain number of microcyclones is installed (depending on performance). In microcyclones of each stage, due to centrifugal force, there is a separation into condensed and liquid outflows containing respectively heavy and light components. In this case, soluble impurities are separated from the liquid component from the heavy component. When separating the suspension in each stage, a part of the heavy component enters the liquid gathering together with the light component, and, conversely, part of the light component and soluble impurities enter the heavy component. Therefore, in order to obtain a high-quality heavy component, multistage installations are fully used, because in each subsequent stage, the heavy component is more and more cleared of impurities, and the light component of the heavy component.

Конструкция подобных установок содержит столько ступеней разделения, сколько необходимо для получения чистого тяжелого компонента при минимальном расходе воды, поступающей в установку через патрубок для создания противоточного промывания, т.е. для замены жидкой фазы суспензии, выводимой из каждой ступени вместе с легким компонентом и растворимыми веществами. В целях экономии чистой воды и уменьшения сбросов, требующих обработки в этих установках, применяют противоточный способ соединения ступеней между собой.The design of such plants contains as many stages of separation as necessary to obtain a clean heavy component with a minimum flow rate of water entering the plant through a pipe to create countercurrent washing, i.e. to replace the liquid phase of the suspension discharged from each stage together with the light component and soluble substances. In order to save clean water and reduce discharges requiring treatment in these plants, a countercurrent method of connecting the steps to each other is used.

Недостатком этих установок является неполное выделение тяжелого компонента со сгущенным сходом и его повышенное содержание в жидком сходе. Увеличенное содержание тяжелого компонента, выделяемое из установки вместе с легким компонентом, являются потерями, уменьшающими выход тяжелого компонента. Это в конечном итоге сказывается на получении основного продукта в меньшем объеме.The disadvantage of these installations is the incomplete separation of the heavy component with a condensed descent and its increased content in the liquid gathering. The increased content of the heavy component released from the installation along with the light component are losses that reduce the yield of the heavy component. This ultimately affects the receipt of the main product in a smaller volume.

Для устранения этого недостатка разработана комбинированная схема соединения ступеней разделения (мультициклона с насосом) в установку (Андреев Н.Р. Основы производства нативных крахмалов. М.: Пищепромиздат. 2001, стр. 149), которая содержит три контура. Первый - перекрестный - предусмотрен для разделения исходного продукта на сгущенный и жидкий сходы. Сгущенный сход содержит большую часть тяжелого компонента; жидкий сход содержит легкий компонент и растворимые вещества. Второй контур предусматривает соединение мультициклонов по противоточной схеме по жидкому сходу и служит для промывания тяжелого компонента и выделения из него остаточного количества легкого компонента. Третий контур образуют мультициклоны, соединенные по противоточной схеме по густому сходу, он служит для выделения тяжелого компонента из легкого компонента, содержащегося в жидком сходе, предотвращая потери основного продукта с примесями. По такой схеме, содержащей 15 ступеней разделения, в картофелекрахмальном производстве эффективно работают мультициклонные установки на выделении крахмала из картофельной кашки (измельченный картофель). Большое количество ступеней является существенным недостатком этих установок, т.к. требует повышенного расхода металла и электроэнергии, увеличение расходов на изготовление и приобретение насосов и электродвигателей.To eliminate this drawback, a combined scheme for connecting the separation stages (multicyclone with a pump) to the installation (Andreev NR Fundamentals of the production of native starches. M: Pishchepromizdat. 2001, p. 149), which contains three circuits, was developed. The first - cross - is intended to separate the initial product into condensed and liquid gatherings. The condensed descent contains most of the heavy component; liquid gathering contains a light component and soluble substances. The second circuit provides for the connection of multicyclones in a countercurrent scheme by liquid gathering and serves to rinse the heavy component and isolate the residual amount of the light component from it. The third circuit is formed by multicyclones connected in a dense flow countercurrent manner; it serves to isolate the heavy component from the light component contained in the liquid gathering, preventing the loss of the main product with impurities. According to this scheme, which contains 15 stages of separation, multicyclone plants for the separation of starch from potato gruel (chopped potato) work effectively in potato-starch production. A large number of steps is a significant drawback of these installations, because requires increased consumption of metal and electricity, increased costs for the manufacture and purchase of pumps and electric motors.

Большое количество ступеней вызвано необходимостью максимально исключить потери тяжелого компонента при выделении легкого компонента из системы. Для этого в микроциклонах увеличивают диаметр отверстия для выхода сгущенного схода (фиг. 1), содержащего в основном тяжелый компонент. Уменьшается количество его уноса с легким компонентом. При этом ухудшается качество промывания тяжелого компонента, т.к. вместе с ним через отверстие в сгущенный сход попадает увеличенное количество жидкой фазы суспензии, содержащей растворимые вещества, следовательно, ухудшается качество промывания тяжелого компонента. Ухудшение промывания в одной ступени компенсируется применением большего количества ступеней. Большое количество ступеней объясняется также применением (хотя имеющей большие преимущества) противоточной промывки, при которой выделенные с жидким сходом на каждой ступени примеси вновь возвращаются в установку на предыдущую ступень и вновь требуется их выделение.A large number of steps is caused by the need to exclude as much as possible the loss of the heavy component during the separation of the light component from the system. For this, the diameter of the hole for the exit of the condensed descent (Fig. 1), containing mainly a heavy component, is increased in microcyclones. The amount of its entrainment with a light component is reduced. In this case, the washing quality of the heavy component is deteriorated, because along with it, an increased amount of the liquid phase of the suspension containing soluble substances enters the condensed gathering through the hole; therefore, the washing quality of the heavy component deteriorates. Deterioration of washing in one step is compensated by the use of more steps. A large number of stages is also explained by the use (although having great advantages) of countercurrent washing, in which the impurities separated with liquid in each stage are returned to the installation to the previous stage and their separation is again required.

Технический результат заключается в уменьшении количества ступеней обработки исходного продукта с получением качественного тяжелого компонента при его максимальном выходе, с сохранением в каждой ступени разделения микроциклонов с увеличенным отверстием для вывода тяжелого компонента.The technical result consists in reducing the number of stages of processing the starting product to obtain a high-quality heavy component at its maximum output, while maintaining in each stage of separation of microcyclones with an enlarged hole for outputting a heavy component.

Этот результат может быть достигнут только при получении возможности увеличения выхода тяжелого компонента через отверстия для его выхода при уменьшении выхода всего продукта через это отверстие.This result can only be achieved if it is possible to increase the yield of the heavy component through the openings for its exit while reducing the output of the entire product through this hole.

Этого можно достичь применением группы мультициклонов, объединенных между собой по определенной схеме и действующих как ступень мультициклонной установки.This can be achieved by using a group of multicyclones, interconnected according to a certain scheme and acting as a stage of a multicyclone unit.

Поясним этот вывод примером. Для чего введем некоторые определения и обозначения (принятые в крахмалопаточном производстве). Работу одного микроциклона, как и ступень разделения (объединение нескольких микроциклонов), будем характеризовать двумя коэффициентами. Это коэффициенты Y и δ. Коэффициент δ показывает, какая часть от исходного количества продукта М₀ (фиг. 1) поступает в сгущенный сход М₂ Let us illustrate this conclusion with an example. Why introduce some definitions and notation (adopted in starch production). The operation of one microcyclone, as well as the separation stage (the union of several microcyclones), will be characterized by two coefficients. These are the coefficients Y and δ. The coefficient δ shows how much of the initial amount of the product M ₀ (Fig. 1) enters the condensed gathering M ₂

δ=М₂/М₀.δ = M ₂ / M ₀ .

Коэффициент Y показывает, какая часть исходного тяжелого компонента Р_о поступает в сгущенный сход Р₂ (фиг. 1)The coefficient Y shows how much of the initial heavy component P _about enters the condensed gathering P ₂ (Fig. 1)

Y=P₂/P_o.Y = P ₂ / P _o .

Значения этих коэффициентов зависят от конструктивных параметров микроциклона и наиболее легко изменяются изменением диаметра отверстия M₁ - количество жидкого схода, P₁ - количество сухого вещества микроциклона для выхода сгущенного схода (фиг. 1). Коэффициенты Y и δ микроциклона определяются экспериментально. Эти коэффициенты связаны между собой функционально Y=f(δ), увеличение или уменьшение δ микроциклона всегда ведет соответственно к увеличению или уменьшению коэффициента Y. Иными словами, желание выделить в микроциклоне как можно больше тяжелого компонента обязательно ведет к увеличению выхода всего продукта вместе с примесями. На практике для уменьшения потерь основного продукта применяют микроциклоны с Y=0,8; 0,9, что приводит к высоким коэффициентам 6, равным 0,3; 0,4. Для изменения этой нежелательной функциональной связи применим соединение мультициклонов по определенной схеме (фиг. 2). Примем это соединение мультициклонов за ступень разделения, в которой возможно увеличение Y ступени при уменьшении коэффициента δ ступени, что доказывается расчетами и затем опытной проверкой. Иными словами, возможно увеличение выхода тяжелого компонента в сгущенном сходе без изменения (и даже уменьшения) общего количества продукта в этом сходе.The values of these coefficients depend on the design parameters of the microcyclone and are most easily changed by changing the diameter of the hole. M ₁ is the amount of liquid gathering, P ₁ is the amount of dry matter of the microcyclone to exit the condensed gathering (Fig. 1). The coefficients Y and δ of the microcyclone are determined experimentally. These coefficients are functionally related Y = f (δ), an increase or decrease in δ of the microcyclone always leads to an increase or decrease in the coefficient Y, in other words, the desire to isolate as much heavy component as possible in the microcyclone necessarily leads to an increase in the yield of the whole product along with impurities . In practice, microcyclones with Y = 0.8 are used to reduce losses of the main product; 0.9, which leads to high coefficients of 6, equal to 0.3; 0.4. To change this undesirable functional relationship, we apply the connection of multicyclones according to a certain scheme (Fig. 2). We take this compound of multicyclones as a separation stage, in which an increase in the Y stage with a decrease in the coefficient δ of the stage is possible, which is proved by calculations and then by experimental verification. In other words, it is possible to increase the yield of the heavy component in the thickened gathering without changing (or even reducing) the total amount of product in this gathering.

Это изменение в перераспределении компонентов суспензии произошло при конструктивном решении ступени разделения, в которой (фиг. 2) жидкие сходы соединяются только с жидкими сходами, а сгущенные сходы - только со сгущенными. У такой ступени разделения, состоящей из трех мультициклонов с высокими коэффициентами, например Y=0,8; δ=0,3, Y и δ ступени определяются по следующим формулам:This change in the redistribution of the components of the suspension occurred during the constructive decision of the separation stage, in which (Fig. 2) liquid gathers are connected only with liquid gatherings, and condensed gatherings - only with condensed ones. Such a separation stage, consisting of three multicyclones with high coefficients, for example, Y = 0.8; δ = 0.3, Y and δ steps are determined by the following formulas:

Y_ст=(2Y²-Y³)/(1+Y²-Y);Y _st = (2Y ² -Y ³ ) / (1 + Y ² -Y);

δ_ст=(2δ²-δ³)/(1+δ²-δ).δ _st = (2δ ² -δ ³ ) / (1 + δ ² -δ).

Рассчитав по этим формулам, получим Y_ст=0,914, а δ_ст=0,194.Calculating by these formulas, we obtain Y _article = 0.914, and δ _article = 0.194.

Таким образом, в данной ступени получено увеличение выхода тяжелого компонента в сгущенном сходе на 11,4% (с 80% до 91,4%) при уменьшении выхода всего продукта на 10,6% (с 30% до 19,4%). В одной ступени получен более качественный тяжелый компонент, т.к. его стало больше в сгущенном сходе ступени. Однако и при таком соединении мультициклонов не удается выделить 100% тяжелого компонента. Поэтому жидкий сход первой ступени необходимо дополнительно сгустить для выделения тяжелого компонента из жидкого схода.Thus, in this step, an increase in the yield of the heavy component in the condensed yield by 11.4% (from 80% to 91.4%) was obtained with a decrease in the yield of the whole product by 10.6% (from 30% to 19.4%). In one step, a higher-quality heavy component was obtained, because it became more in the condensed gathering of the step. However, even with such a combination of multicyclones, it is not possible to isolate 100% of the heavy component. Therefore, the liquid gathering of the first stage must be further thickened to isolate the heavy component from the liquid gathering.

Таким образом, мультициклонная установка (фиг. 3) состоит из трех ступеней разделения I, II, III с высоким коэффициентом Y_ст и низким коэффициентом δ_ст. Установка служит для выделения из исходной суспензии тяжелого компонента и промывания его, для чего густой сход третьей ступени разбавляется чистой водой, для ввода воды предусмотрен патрубок 25, и направляется в отдельный мультициклон 8а, где верхний сход, взамен чистой воды, возвращается на вход третьей ступени. Каждая ступень установки состоит из трех мультициклонов 1-9 с патрубками для отвода жидкого и сгущенного сходов и трех насосов 10-20 (всего их в установке 11) с нагнетательным 21 и всасывающим 22 патрубками. Все патрубки мультициклонов как внутри каждой ступени, так и между ступенями, соединены через насосы между собой раздельно трубопроводами с одноименными продуктами - либо сгущенные сходы - 23, либо жидкие - 24. Верхний сход первой ступени направляется на обескрахмаливание в отдельный мультициклон 3а.Thus, the multicyclone unit (Fig. 3) consists of three stages of separation I, II, III with a high coefficient of Y _article and a low coefficient of δ _article . The installation serves to isolate the heavy component from the initial suspension and wash it, for which a thick third-stage descent is diluted with clean water, a nozzle 25 is provided for water inlet, and sent to a separate multicyclone 8a, where the upper outlet, instead of pure water, returns to the entrance of the third stage . Each stage of the installation consists of three multicyclones 1–9 with nozzles for draining liquid and condensed offsets and three pumps 10–20 (total of them in unit 11) with discharge 21 and suction 22 nozzles. All the nozzles of the multicyclones, both inside each stage and between the stages, are connected through pumps to each other separately by pipelines with the same products — either condensed descents — 23 or liquid descents — 24. The upper descend of the first stage is sent for de-starching into a separate multicyclone 3a.

Установка работает следующим образом (фиг. 3). Исходная суспензия, например картофельная кашка, через патрубок 26 поступает в патрубок 22 насоса 10. Насосом через патрубок 21 продукт подается в мультициклон 1 ступени I. Под действием центробежной силы в микроциклонах, которые установлены в мультициклоне, происходит разделение продукта на сходы - сгущенный, обогащенный тяжелым компонентом, например крахмалом, и жидкий, обогащенный легким компонентом, например мезгой и растворимыми примесями. Сгущенный сход мультициклона 1 выводится через патрубок 23, смешивается со сгущенным сходом мультициклона 3 и насосом 11 подается в мультициклон 2 ступени I, жидкие сходы мультициклонов 1 и 2 смешиваются и насосом 16 подаются в мультициклон 3 для выделения тяжелого компонента из жидкого схода (для обескрахмаливания). Жидкий сход мультициклона 3 через насос 19 подается в мультициклон 3а для дополнительного выделения тяжелого компонента (крахмала), чтобы избежать его потерь. Жидкий сход мультициклона 3а, содержащий весь легкий компонент исходной суспензии (мезгу) и растворимые вещества, выводится из установки. Сгущенный сход мультициклона 3а соединяется с исходным продуктом, несколько разбавляя его, чем уменьшает содержание растворимых веществ в исходном продукте, и поступает в насос 10 и далее по схеме.The installation works as follows (Fig. 3). The initial suspension, for example, potato gruel, through the pipe 26 enters the pipe 22 of the pump 10. By the pump through the pipe 21 the product is fed into the multicyclone 1 stage I. Under the action of centrifugal force in the microcyclones that are installed in the multicyclone, the product is divided into gatherings - condensed, enriched a heavy component, such as starch, and a liquid component enriched in a light component, such as pulp and soluble impurities. The condensed descent of the multicyclone 1 is discharged through the pipe 23, mixed with the condensed descent of the multicyclone 3 and the pump 11 is fed into the multicyclone 2 of stage I, the liquid descends of the multicyclones 1 and 2 are mixed and pumped into the multicyclone 3 to separate the heavy component from the liquid gather (for starching) . The liquid gathering of the multicyclone 3 through the pump 19 is fed into the multicyclone 3a to additionally isolate the heavy component (starch) in order to avoid its losses. The liquid gathering of multicyclone 3a, containing all the light component of the initial suspension (pulp) and soluble substances, is removed from the installation. The thickened gather of multicyclone 3a combines with the initial product, diluting it somewhat, thereby decreasing the content of soluble substances in the initial product, and enters the pump 10 and further according to the scheme.

Сгущенный сход ступени I, он же сгущенный сход мультициклона 2, смешивается с жидким сходом мультициклона 9 ступени III, который разбавляет его, и насосом 12 этот продукт подается для разделения в ступень II. Распределение продуктов в ней происходит аналогично ступени I.The thickened gathering of stage I, it is also the condensed gathering of multicyclone 2, is mixed with the liquid gathering of multicyclone 9 of stage III, which dilutes it, and with pump 12 this product is fed for separation to stage II. The distribution of products in it occurs similarly to stage I.

Густой сход ступени II, он же густой сход мультициклона 5, содержащий тяжелый компонент (крахмал), очищенный от примесей, насосом 14 для окончательной очистки подается на ступень III. Густой сход ступени III (мультициклона 8) разбавляется чистой водой, поступающей из патрубка 25, и насосом 20 подается в мультициклон 8а. Жидкий сход мультициклона 8а направляется на вход III ступени взамен чистой воды. Сгущенный сход мультициклона 8а представляет собой суспензию, содержащую тяжелый компонент (крахмал) с незначительными допустимыми примесями. Распределение продуктов внутри ступени III происходит аналогично ступени I.The thick gathering of stage II, it is also the thick gathering of a multicyclone 5 containing a heavy component (starch), purified from impurities, is pumped to stage III for final cleaning. The thick gathering of stage III (multicyclone 8) is diluted with clean water coming from the nozzle 25, and pump 20 is fed into the multicyclone 8a. The liquid gathering of the multicyclone 8a is sent to the entrance of the III stage instead of clean water. The thickened gather of multicyclone 8a is a suspension containing a heavy component (starch) with insignificant admissible impurities. The distribution of products within stage III is similar to stage I.

Claims

1. A multicyclone installation, consisting of multicyclones with nozzles for draining liquid and condensed offsets, forming stages of separation of the initial product — a suspension into a condensed outlet containing mainly a heavy component, and a liquid outlet containing mainly a light component — impurities, pumps, connecting pipelines forming a single design with multicyclones and pumps, a pipe for supplying clean water necessary for washing the heavy component, characterized in that each separation stage consists of three multicyclones with a cross-sectional scheme for dividing the product into liquid and thick gatherings, the upper third-stage descent is countercurrently fed to the second stage inlet, the upper second-stage descent is fed to the first stage inlet, and the upper first-stage descent is an output product containing light impurities and soluble substances and the thick gathering of the third stage is the output product containing the heavy component - washed starch.

2. The multicyclone installation according to claim 1, characterized in that the upper gathering of the first stage is sent for further purification - de-starching into a separate multicyclone, the upper gathering of which is the output product containing light impurities and soluble substances, and the thick gather is sent to the inlet of the first stage, the lower, thick, third-level descent is diluted with pure water and sent to the inlet of a separate multicyclone, the lower descent of which is the output product containing the heavy component — washed starch, and the upper converging directed to the input of the third stage instead of pure water.