SU659622A1

SU659622A1 - Apparatus for acid hydrolysis of vegetable raw material

Info

Publication number: SU659622A1
Application number: SU772481856A
Authority: SU
Inventors: Юрий Сергеевич Ипполитов; Лидия Михайловна Даниленко; Валерий Иванович Бойко; Леонид Михайлович Сведенцов; Алевтина Алексеевна Погодина; Леонид Николаевич Петушинский; Владимир Николаевич Федоров; Леонид Васильевич Дмитренко
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6729
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1979-04-30

Description

Изобретение относитс к гидролизной промышленности и может быть использовано дл ведени процессов гидролиза раститель.: ного сырь или варки целлюлозы. Известны, например, варочный котел с нижней загрузкой сырь , имеющий устройство дл раздельного удалени промывной и варочной жидкостей, и способ варки в таком котле 1 . Известный аппарат представл ет собой вертикальную цилиндрическую колонну, оборудованную загрузочным устройством в нижней части и разгрузочным в верхней части. Загрузочное устройство шнекового типа, а разгрузочное выполнено в виде мешалки со скребками, приспособленными дл выгрузки отработанного сырь через отверсти в боковой стенке корпуса. Аппарат оборудован устройствами дл раздельного ввода и удалени варочной и промывочной жидкостей . Основными недостатками данного аппарата вл ютс высока плотность сырь в аппарате из-за возникновени значительных сил сопротивлени движению материала при его трении о стенки цилиндрического корпуса во врем движени сырь снизу вверх; большие затраты энергии на перемеш,ение сырь снизу вверх, так как шнековое устройство воспринимает всю массу наход щегос в аппарате сырь и преодолевает силы трени сырь о стенки цилиндрического корпуса аппарата; ненадежна выгрузка отработанного сырь вследствие неравномерного захвата его с поверхности и забивани им выгрузочного отверсти . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффек ту вл етс аппарат дл кислотного гидролиза растительного сырь , содержащий вертикальную емкость, загрузочное устройство со щнеком, разгрузочное устройство, устройства дл ввода варочной и промывной жидкостей и дл отбора гидролизата 2. Недостатками данного устройства вл ютс переуплотнение сырь в аппарате ввиду возникновени значительных сил трени о цилиндрические стенки емкости при движении сырь вверх и наличи в верхней части аппарата подпружиненного диска, преп тствующего свободному передвижению сырь в аппарате; наличие больщих энергозатрат на преодоление вертикальным транспортирующим шнеком значительных сил трени и массы сырь при подаче его вверх вдоль цилиндрической стенки корпуса, а так же на осуществление механического привода лопастной мешалки и шнека загрузочного приспособлени ; конструкци выгрузочного устройства, состо ща из диска, мешалки, шнека, приемника с тройником малоэффективна, очень громоздка, сложна в изготовлении и обслуживании . Кроме того, оно не обеспечивает равномерной выгрузки отработанного материала по сечению аппарата и по высоте; подача варочной и промывной жидкостей только по периферии, через боковые патрубки , не обеспечивает равномерного распределеш1 их как по сечению, так и по высоте соответствующих зон; отбор гидролизата в нижней части корпуса вертикального гюдаюндего шпека затруднителен ввиду большого гидравлического con рот и вл СП и , созда в ае мо го у плот пе н ным сырьем в этой зоне. 1Де.ль изобретени - noBbimeinie эффекТ1п ности процесса гидролиза за счет создани оптимальной плотности 1материала в зоне гидролиза и зоне выгрузки, (юеспечепие равномерной подачи и распределени варочной п промывной жидкостей по сечепию аппарата и гк:1 высоте, а также применение многозонпой выгрузки отработанного сырь по сечению аппарата. Поставленна цель достигаетс тем, что емкость выполнена в виде сопр жеиных цилиндрической верхней части и конической нижней части, высоты которых относ тс как 1:3, устройство дл ввода варочной и промывной жидкостей состоит из коаксиально расположенных по вертикальной геометрической оси емкости труб, а разгрузочное устройство представл ет собой р д труб с заборными насадками эжекционного типа , расподожепными по сечепию внутри аппарата в зоне выгрузки отработанного сырь и с запираюпаими приспособлени ми вне аппарата. При это.м кажда заборна насадка выполнена в виде устаиовленпой коаксиально выгрузочной трубе цилиндрической обечайки , снабженной сужающимс книзу коническим днищем, над которым установлен с образованием кольцевой щели расшир ющийс книзу конус, а шнек загрузочного устройства расположен в нижней конической части емкости. На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат , вертикальный продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фкг. 3 показана заборна насадка, продольный разрез. Аппарат содержит емкость 1, котора выполнена в виде сопр женных цилиндрической верхней части 2 и конической нижней части 3, высоты которых относ тс как 1:3. По вертикальной оси емкости 1 установлена труба 4 дл подачи варочной жидкости и коаксиально ей труба 5 дл подачи промывной жидкости. Обе трубы перфорированы по высоте соответствующих зон. Кроме того, в аппарате предусмотрен периферийный подвод варочной и промывной жидкостей , дл чего в цилиндрической части 2 емкости 1 установлены закрепленные на стенке внутри емкости перфорированные цилиндрические обечайки 6. В реакционной зоне, выполненной в виде конуса 3, в верхней и нижней част х расположены закрепленные на стенках устройства 7 дл отбора гидролизата, представл юшие собой конические перфорированные обечайки, подкрепленные ребрами жесткости. Загрузочное устройство состоит из дозатора 8 и двух шнеков: вертикального 9 и горизонтального 10. Вертикальный шнек 9 расположен в нижней конической части е.мкости и помещен в корпус 11. Горизонтальный щнек 10 и его корпус выполнен сужающимис по направлению к загрузочному отверстию в корпусе 11 и имеют пробкообразователь 12. Разгрузочное устройство представл ет собой р д выгрузочных труб 13 с заборными насадками 14, эжекционного типа, расположенными по сечепию внутри цилиндрической части 2 емкости 1 в зоне выгрузки отработанного сырь ; Кажда выгрузочна труба 13 имеет запирающие приспособлени 15, расположенные вне аппарата. Кажда заборна насадка 14 выполнена в виде установленной коаксиально выгрузочной трубе 13 цилиндрической обечайки 16, снабженной сужающимис книзу коническим днище.м 17. На входном конце загрузочной трубы 13 и.меетс расшир ющийс книзу конус 18, который находитс над днищем 17 и образует с ним кольцевую щель. Заборные насадки 14 при установке их в зоне выгрузки должны быть заглублены в массу отработанного материала таким образом, чтобы крышки 19 заборных насадок 14, имеющие входы дл парогазовой среды, находились в надсырьевом пространстве. Загрузочное устройство сблокировано с разгрузочным через датчик 20 регулировани твердой фазы. Аппарат работает следующим образом. В верхнюю горловину дозатора 8 непрерывно подают сырье, которое затем горизонтальным шнеком 10 перемещаетс в пробкообразователь 12, служащий дл создани надежной пробки из сырь , удерживающей давление в емкости 1. Из пробкообразовател 12 сырье поступает на вертикальный шнек 9, расположенный в нижней части емкости 1 и служащий дл перемещени сырь по высоте емкости 1. Конусна форма вертикального пнека 9 обеспечивает снижение удельных ьагрузок наThe invention relates to the hydrolysis industry and can be used to guide the processes of hydrolysis of vegetable raw materials or pulping. For example, a bottom-loading digester is known, having a device for separately removing washing and cooking liquids, and the method of cooking in such a boiler 1. The prior art apparatus is a vertical cylindrical column, equipped with a loading device at the bottom and a discharge device at the top. The loading device is of the screw type, and the unloading device is made in the form of a mixer with scrapers adapted for unloading the waste raw material through the holes in the side wall of the housing. The apparatus is equipped with devices for separate input and removal of cooking and flushing liquids. The main disadvantages of this apparatus are the high density of the raw material in the apparatus due to the occurrence of considerable forces of resistance to the movement of the material when it is rubbed against the walls of the cylindrical body during the movement of the raw material from bottom to top; high energy costs for mixing, raw materials from the bottom up, as the screw device perceives the whole mass of raw materials in the apparatus and overcomes the forces of friction of the raw materials against the walls of the cylindrical body of the apparatus; unloading of waste raw material is unreliable due to its uneven gripping from the surface and clogging of the discharge opening. The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is an apparatus for acid hydrolysis of vegetable raw materials, containing a vertical tank, a loading device with a pickle, a discharge device, devices for entering the cooking and washing liquids and for withdrawing the hydrolyzate 2. The disadvantages of this device are re-compaction of raw materials in the apparatus due to the occurrence of significant frictional forces on the cylindrical walls of the tank when the raw materials move upwards and the presence of a dummy in the upper part of the apparatus ennogo disc favoring prevents free movement of the feed in the device; the presence of large energy consumption to overcome the vertical conveyor auger considerable frictional force and weight of the raw material when it is fed up along the cylindrical wall of the housing, as well as to implement the mechanical drive of the paddle mixer and the screw of the loading device; the design of the discharge device consisting of a disk, a stirrer, a screw, a receiver with a tee is inefficient, very cumbersome, difficult to manufacture and maintain. In addition, it does not provide uniform unloading of waste material in the cross section of the apparatus and in height; supply of cooking and flushing liquids only along the periphery, through the side branch pipes, does not ensure uniform distribution of them both over the section and along the height of the corresponding zones; The selection of the hydrolyzate in the lower part of the hull of the vertical section of the speck is difficult due to the large hydraulic cone and the joint venture and, in the region, can be created in a manner that can be dense with fines. 1Deutment of the invention is noBbimeinie of the efficiency of the hydrolysis process by creating the optimum density of the material in the hydrolysis zone and the discharge zone, (ensuring the uniform supply and distribution of the cooking and washing liquids throughout the apparatus and the chamber: 1 height, as well as the use of multi-zone discharge of the spent raw materials the purpose of the device is achieved by the fact that the container is made in the form of matching cylindrical upper part and conical lower part, the height of which is referred to as 1: 3, the device for entering the cooking and industrial The liquid consists of coaxially arranged pipes along the vertical geometric axis of the tank, and the discharge device is a series of pipes with intake nozzles of the ejection type, which are located along the section inside the apparatus in the discharge zone of the spent raw materials and with locking devices outside the apparatus. each intake nozzle is made in the form of a coaxial discharge pipe of a cylindrical shell fitted with a conical bottom narrowed downwards and above it is installed to form a collar tsevoy slit expandable downward taper and screw charging device located in the lower conical portion of the vessel. FIG. 1 shows the proposed apparatus, a vertical longitudinal section; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; on fkg. 3 shows the intake nozzle, a longitudinal section. The apparatus comprises a container 1, which is made up of conjugated cylindrical upper part 2 and conical lower part 3, the heights of which are referred to as 1: 3. A tube 4 for supplying cooking liquid and coaxially pipe 5 for supplying washing liquid is installed along the vertical axis of the container 1. Both pipes are perforated to the height of the respective zones. In addition, a peripheral supply of cooking and rinsing liquids is provided in the apparatus, for which, in the cylindrical part 2 of the vessel 1, perforated cylindrical shells 6 mounted on the wall inside the vessel are installed. In the reaction zone, made in the form of a cone 3, there are fixed On the walls of the device 7 for the selection of the hydrolyzate, are conical perforated shells, supported by stiffeners. The loading device consists of a metering device 8 and two screws: a vertical 9 and a horizontal 10. A vertical auger 9 is located in the lower conical part of its capacity and placed in the housing 11. The horizontal screw 10 and its housing are tapered towards the loading opening in the housing 11 and have a probing agent 12. The discharge device is a series of discharge pipes 13 with intake nozzles 14, of the ejection type, located along a section inside the cylindrical part 2 of the tank 1 in the discharge zone of the spent raw material; Each discharge tube 13 has locking devices 15 located outside the apparatus. Each intake nozzle 14 is made in the form of a coaxial discharge pipe 13 installed on a cylindrical shell 16 provided with a conical bottom tapering downwards 17. At the input end of the loading pipe 13 and there is a cone 18 extending downwards and above it forms an annular the gap. When installing the nozzles 14 when installing them in the discharge zone, they should be buried in the mass of the waste material so that the covers 19 of the intake nozzles 14, having entrances for the vapor-gas medium, are located in the supergum area. The loading device is interlocked with the discharge through the sensor 20 for controlling the solid phase. The device works as follows. Raw materials are continuously supplied to the upper neck of the metering device 8, which then is transferred by a horizontal screw 10 to the plug former 12, which serves to create a reliable plug from the raw material that holds the pressure in the vessel 1. From the former, the raw material goes to the vertical screw 9 located in the lower part of the tank 1 and serving to move the raw materials along the height of the tank 1. The conical shape of the vertical pneka 9 ensures the reduction of specific loads per

рабочие витки шнека. Шнек 9 непосредственно передает толкающее усилие на пристенные слои материала, обеспечива продвижение материала по конусной части 3 емкости 1, исключа взаимное перемещение слоев материала относительно друг друга. TeiM самым исключаютс потери энергии на взаимное перемещение слоев сырь относительно друг друга. Навстречу сырью идет поток варочной кислоты, поступающий в емкость 1 как по переферии, через перфорированные обечайки 6, так и по центральной трубе 4, перфорированной по высоте.working turns of the screw. The auger 9 directly transmits the pushing force to the wall layers of the material, ensuring the movement of the material along the tapered part 3 of the container 1, excluding the mutual movement of the layers of material relative to each other. TeiM eliminates the energy loss due to the mutual displacement of the raw material layers relative to each other. Towards the raw material is the flow of cooking acid, which enters the tank 1 both at the periphery, through the perforated shells 6, and through the central pipe 4, perforated in height.

Наличие в аппарате периферийной - через перфорированные цилиндрические обечайки и центральной - через трубу 4 подач варочной жидкости обеспечивает равномерный провар сырь по сечению аппарата и по высоте реакционной зоны. Это способствует наиболее полному смачиванию сырь варочной жидкостью, ускор ет процесс диффузии кислоты во всю массу загружаемого сырь . Кроме того, подача варочной жидкости по центру в конусную часть 3 емкости 1 увеличивает движущую Силу процесса диффузии Сахаров из сырь в жидкость, ввиду отсутстви Сахаров в подаваемой свежей варочной жидкости. При дальнейщем продвижении сырь по высоте аппарата оно, превраща сь в лигнин, поступает в верхнюю цилиндрическую часть 2 емкости 1, здесь заканчиваетс гидролиз трудногидролизируемыхполисахаридов,The presence in the apparatus of the peripheral - through perforated cylindrical shells and central - through the pipe 4 feedings of cooking liquid provides uniform penetration of raw materials over the cross section of the apparatus and the height of the reaction zone. This contributes to the most complete wetting of the raw material by the cooking liquid, accelerates the process of acid diffusion in the whole mass of the raw material being loaded. In addition, the supply of cooking liquid in the center of the conical part 3 of the container 1 increases the driving force of the process of diffusion of sugars from raw materials into the liquid, due to the absence of sugars in the fresh cooking liquid. Upon further advancement of the raw material along the height of the apparatus, it turns into lignin, enters the upper cylindrical part 2 of tank 1, here ends the hydrolysis of difficultly hydrolyzed polysaccharides,

идет промывка лигнина водой и начинаетс его выгрузка. Отработанное сырье (лигнин) всасываетс заборными насадками 14 и благодар их расположению по сечению аппарата равномерно выгружаетс по выгрузочным трубам 13. При этом в зоне выгрузки исключаетс образование сводов. Выгрузка происходит за счет перепадов давлени при открывании запирающих приспособлений 15, расположенных вне аппарата. При этом происходит вскипание жидкости в отработанном сырье и образующиес пары обеспечивают выброс отработанного сырь через выгрузочные трубы 13 из аппарата. Наличие насадок 14 на концах труб 13 ускор ет захват материала за счет энергии наход щегос над сырьем пара, который из надсырьевого пространства через входы на крыщках 19 устремл етс в кольцевую щель между коническим днищем 17 насадки и расшир ющимс книзу конусом 18 на выгрузочной трубе 13. В кольцевой щели пар значительно увеличивает свою скорость , создаетс зона пониженного давлени и эффект самоиспарени жидкости , наход щейс в парах лигнин, усиливаетс . Происходит более бурное «вскипание лигнина и его выброс в выгрузочную трубу 13.the lignin is washed with water and its discharge begins. The spent raw material (lignin) is sucked in by the intake nozzles 14 and, due to their location over the cross section of the apparatus, is uniformly discharged through the discharge pipes 13. At the same time, the formation of arches is excluded in the discharge zone. Unloading occurs due to pressure drops when opening the locking devices 15 located outside the apparatus. When this occurs, the boiling up of the liquid in the waste raw materials and the resulting vapors ensure the release of the spent raw materials through the discharge pipes 13 from the apparatus. The presence of nozzles 14 at the ends of the pipes 13 accelerates the seizure of the material due to the energy of the steam above the raw material, which from the superasory space through the inlets on the lids 19 rushes into the annular gap between the conical bottom 17 of the nozzle and the downwardly extending cone 18 on the discharge pipe 13. In the annular gap, the vapor significantly increases its speed, a zone of reduced pressure is created and the effect of self-evaporation of the liquid in the lignin vapor is enhanced. There is a more rapid "boiling up of lignin and its release into the discharge pipe 13.

Выполнение емкости в виде цилиндра в зонах подачи варочной и промывной жидкостей и выгрузки отработанного сырь The implementation of the tank in the form of a cylinder in the areas of supply of cooking and washing liquids and unloading waste materials

способствуют некоторому повышению плотности сырь в этой зоне по сравнению с плотностью сырь в конусной части, а это обеспечивает больщое сопротивление дл выгрузки лигнина и дает возможность получить отработанное сырье (лигнин) меньшей влажности. Промывна вода, поступающа в эту зону с периферии и по центральной перфорированной трубе 5, разрыхл ет лигнин и обеспечивает бесперебойную равномерную работу выгружающихcontribute to a certain increase in the density of the raw materials in this zone compared to the density of the raw materials in the conical part, and this provides greater resistance for unloading lignin and makes it possible to obtain waste materials (lignin) of lower humidity. Wash water entering this zone from the periphery and along the central perforated pipe 5 loosens the lignin and ensures uninterrupted uniform operation of the unloading

устройств, поскольку не требуетс выравнивани выгружаемого сло с помощью механических приспособлений. Отбор гидролизата осуществл етс в верхней и нижней част х реакционной зоны, наход щейс в конусной части 2 емкости 1.devices, since the unloading layer is not to be leveled with the help of mechanical devices. The hydrolyzate is withdrawn in the upper and lower parts of the reaction zone located in the conical part 2 of the tank 1.

Предлагаемый аппарат имеет преимущества перед известным, так выполнение емкости 1 в виде расщир ющегос кверху конуса 3 в реакционной зоне и виде цилиндра 2 в зонах подачи варочной и промывной жидкости и выгрузки отработанного материала обеспечивает оптимальную плотность сырь в перечисленных зонах. При движении сырь вверх исключаетс его переуплотнение , благодар чему обеспечиваетс беспрерывное и равномерное распределение варочной жидкости по всему объему сырь в аппарате. В результате процесс диффузии варочной жидкости в сырье и Сахаров из сырь в гидролизат протекает равномерно и интенсивно и, как следствие этого , происходит более полный гидролиз древесины и вывод Сахаров из сырь .The proposed apparatus has advantages over the well-known, so that the execution of the tank 1 in the form of a cone 3 expanding upward in the reaction zone and the form of a cylinder 2 in the zones of supply of cooking and washing liquid and unloading the waste material ensures the optimum density of the raw materials in these zones. When the raw material moves upwards, its compaction is eliminated, due to which a continuous and even distribution of the cooking liquid throughout the whole volume of the raw material in the appliance is ensured. As a result, the process of diffusion of cooking liquid into raw materials and sugars from raw materials to the hydrolyzate proceeds evenly and intensively and, as a result, more complete hydrolysis of wood and removal of sugars from raw materials occurs.

Пзвестно что переуплотнение сырь создает большое гидравлическое сопротивление движению жидкости через сырье, а этоIt is known that the re-compaction of raw materials creates a large hydraulic resistance to the movement of fluid through the raw materials, and this

уменьшает скорость отбора гидролизата, т. е. снижает производительность аппарата по сахарам и способствует засорению фильтрующих и подающих устройств. Размещение же фильтрующих устройств в конусной части емкости способствует равномерной и достаточно высокой скорости прохождени жидкости через сырье. Чем больше эта скорость , тем больше коэффициент сорбции из твердой фазы в гидролизат.reduces the rate of hydrolyzate selection, i.e., reduces the productivity of the apparatus for sugars and contributes to clogging of filtering and feeding devices. Placing the filtering devices in the conical part of the tank contributes to a uniform and sufficiently high speed of the fluid passing through the raw materials. The greater this speed, the greater the coefficient of sorption from the solid phase to the hydrolyzate.

Вследствии того, что в конусной частиDue to the fact that in the conical part

уплотнение сырь несколько меньше, чем в цилиндрической, не будет наблюдатьс значительного повьппени гидравлического сопротивлени движению жидкости.the compaction of the raw material is somewhat less than in a cylindrical one; there will not be a significant increase in the hydraulic resistance to the movement of the fluid.

Таким образом, аппарат обеспечивает оптимальную плотность сырь во всех рабочих зонах аппарата, равномерность и хорошее качество контактировани варочной жидкости с сырьем, надежную и экономичную работу узлов загрузки и выгрузки, что повыщает эффективность процесса непрерывного гидролиза растительного сырь в целом.Thus, the apparatus ensures optimal density of raw materials in all working areas of the apparatus, uniformity and good quality of contact of the cooking liquid with the raw materials, reliable and economical operation of the loading and unloading units, which increases the efficiency of the process of continuous hydrolysis of plant raw materials in general.