RU2048524C1

RU2048524C1 - Crystallization vat

Info

Publication number: RU2048524C1
Application number: RU94005434A
Authority: RU
Inventors: С.М. Петров
Original assignee: Воронежский технологический институт
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: sugar and milk industries. SUBSTANCE: crystallization vat includes vertical cylindrical housing with spherical bottom fitted with technological branch pipes, shell of similar shape placed inside it with formation of heat exchanging jacket between them, circulation unit of crystallization of mass composed of vertical axle and blades put over its height with conoidal nozzles, hydraulic pulser, bellows coupling shell bottom to its side wall and gear to unload crystallization mass. Flexible partition to form working chamber is installed in heat exchanging jacket in its lower part formed by spherical bottoms. Hydraulic pulser is connected to it to create vertical vibrations of crystallization mass. Each blade of circulation unit is formed by two spherical discs attached one to the other. EFFECT: simplified design, improved operational efficiency and reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к кристаллизационному оборудованию, в частности к конструкциям аппаратов для изогидрической кристаллизации, и может быть использовано в сахарной и молочной промышленности
Известен кристаллизатор для кристаллизации сахарных утфелей, включающий вертикальный цилиндрический корпус с теплообменной рубашкой и устройством для охлаждения, перемешивающее устройство в виде подъемного днища, соединенного сильфоном с промежуточным днищем, причем полость между днищами сообщается с насосной установкой [1]
Недостатками известного аппарата являются малая эффективность перемешивания утфельной массы, вызванная отсутствием перемешивающих элементов во внутреннем объеме корпуса; невозможность создания циркуляции утфеля по контуру внутри аппарата, из-за чего возможна седиментация кристаллов, и получаются невысокие показатели их равномерности.The invention relates to crystallization equipment, in particular to structures of apparatus for isohydric crystallization, and can be used in the sugar and dairy industries
A known crystallizer for crystallization of sugar massecuite, comprising a vertical cylindrical body with a heat-exchange jacket and a cooling device, a mixing device in the form of a lifting bottom connected by a bellows to an intermediate bottom, and the cavity between the bottoms communicates with the pump unit [1]
The disadvantages of the known apparatus are the low efficiency of mixing massecuite mass, caused by the absence of mixing elements in the internal volume of the body; the impossibility of creating massecuite circulation along the contour inside the apparatus, which is why sedimentation of crystals is possible, and low indices of their uniformity are obtained.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по решаемой задаче к изобретению является кристаллизатор, включающий вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками, расположенную внутри него аналогичной формы обечайку с образованием между ними теплообменной рубашки, циркуляционное устройство кристаллизационной массы, состоящее из вертикальной оси и укрепленных по ее высоте лопастей, имеющих коноидальные сопла, гидропульсатор, сильфон, связывающий днище обечайки с ее боковой стенкой, и устройство для выгрузки кристалломассы [2]
Известному кристаллизатору присущи следующие недостатки:
недостаточная эффективность циркуляции суспензии из-за ориентации сопл вниз и наличия нижнего опорного подшипника, что препятствует полному поднятию во взвешенное состояние кристаллической фазы и не исключает отложений на днище;
наличие различных концентрационных условий роста кристаллов;
недостаточный выход кристаллической фазы из-за быстрого затухания колебаний в утфеле, создаваемых плоскими лопастями.The closest in technical essence and the achieved effect to the problem of the invention is a mold, comprising a vertical cylindrical body with a spherical bottom, equipped with technological nozzles, a shell similar in shape to it with a heat-exchanging jacket formed between them, a crystallization mass circulation device consisting of a vertical axis and blades fortified along its height, having conoidal nozzles, a hydro-pulsator, a bellows, connecting the bottom of the shell with e sidewall, and a device for discharging kristallomassy [2]
The known mold has the following disadvantages:
insufficient efficiency of the circulation of the suspension due to the orientation of the nozzles down and the presence of a lower support bearing, which prevents the crystal phase from fully rising to a suspended state and does not exclude deposits on the bottom;
the presence of various concentration conditions for crystal growth;
insufficient yield of the crystalline phase due to the rapid damping of vibrations in the massecuite created by flat blades.

В изобретении решается техническая задача увеличения выхода кристаллического продукта и улучшения его гранулометрического состава путем интенсификации массопередачи на границе кристалл-раствор и выравнивания физико-химических условий в объеме кристаллизата. The invention solves the technical problem of increasing the yield of crystalline product and improving its particle size distribution by intensifying mass transfer at the crystal-solution interface and aligning the physicochemical conditions in the crystallizate volume.

Сущность изобретения заключается в том, что в кристаллизаторе, включающем вертикальный цилиндрический корпус со сферическим днищем, снабженный технологическими патрубками, расположенную внутри него аналогичной формы обечайку с образованием между ними теплообменной рубашки, циркуляционное устройство кристаллизационной массы, состоящее из вертикальной оси и укрепленных по ее высоте лопастей, имеющих коноидальные сопла, гидропульсатор, сильфон, связывающий днище обечайки с ее боковой стенкой, и устройство для выгрузки кристалломассы, в теплообменной рубашке в нижней части, образованной сферическими днищами, укреплена гибкая перегородка для образования рабочей камеры, а гидропульсатор подключен к ней для создания вертикальных колебаний кристалломассы, при этом каждая лопасть циркуляционного устройства образована двумя сферическими дисками, прикрепленными один к другому с образованием между ними полости, а коноидальные сопла размещены в ней таким образом, что их выходные отверстия обращены вверх. The essence of the invention lies in the fact that in the mold, including a vertical cylindrical body with a spherical bottom, equipped with technological nozzles, a similarly shaped shell inside it with the formation of a heat exchange jacket between them, a circulation device of the crystallization mass, consisting of a vertical axis and blades reinforced along its height having conoidal nozzles, a hydro-pulsator, a bellows connecting the bottom of the shell with its side wall, and a device for unloading the crystal mass, in the heat exchange jacket in the lower part, formed by spherical bottoms, a flexible partition is fixed for the formation of the working chamber, and a hydro-pulsator is connected to it to create vertical vibrations of the crystalline mass, with each blade of the circulation device formed by two spherical disks attached to each other with the formation of a cavity between them , and conoidal nozzles are placed in it so that their outlet openings face up.

На фиг. 1 схематично показан кристаллизатор в продольном разрезе; на фиг. 2 выносной элемент с изображением сильфонного уплотнения и кольцевой мембраны, узел I на фиг. 1; на фиг. 3 выносной элемент уплотнения устройства для выгрузки кристаллизата, узел II на фиг. 1. In FIG. 1 schematically shows a mold in longitudinal section; in FIG. 2 an extension element with an image of a bellows seal and an annular membrane, assembly I in FIG. 1; in FIG. 3 a remote seal element of a device for discharging crystallizate, unit II in FIG. 1.

Кристаллизатор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 со сферическим днищем 2 и коаксиально расположенную в нем обечайку 3 со сферическим днищем 4, образующие между собой теплообменную рубашку. Последняя разделена кольцевой мембраной 5 на две отдельные камеры верхнюю 6 и нижнюю рабочую 7. Нижнее основание обечайки 3 присоединено к сферическому днищу 4 посредством сильфонного уплотнения 8. Внутри обечайки 3 по центру установлена вертикальная ось 9, на которой жестко укреплены отдельные лопасти, изготовленные полыми в форме верхнего 10 и нижнего 11 сферических дисков, присоединенных один к другому по внешним кромкам 12. Лопасти перфорированы усеченными коноидальными соплами 13, обращенными выходными отверстиями вверх. Вертикальная ось 9 неподвижно прикреплена к крышке 14, которая снабжена патрубком 15 для начального набора перенасыщенного раствора. Камеры 6 и 7 снабжены патрубками 16 и 17 для подвода и патрубками 18 и 19 для отвода хладагента. Патрубок 19 сообщается со сливной гидролинией 20 через гидропульсатор 21. Патрубок 17 нижней рабочей камеры 7 сообщается через напорную гидролинию 22 с насосом 23, а патрубок 16 верхней камеры сообщается с насосом 23 через гидравлический дросселирующий элемент 24. В нижней части корпуса 1 расположено устройство 25 для выгрузки кристаллизата. Днище 4 примыкает к устройству 25 через кольцевую мембрану 26. The mold contains a vertical cylindrical body 1 with a spherical bottom 2 and a shell 3 with a spherical bottom 4 coaxially located therein, forming a heat exchange jacket between them. The latter is divided by an annular membrane 5 into two separate chambers, the upper 6 and the lower working 7. The lower base of the shell 3 is attached to the spherical bottom 4 by means of a bellows seal 8. Inside the shell 3, a vertical axis 9 is installed in the center, on which individual blades made hollow in the shape of the upper 10 and lower 11 spherical disks attached to each other along the outer edges 12. The blades are perforated by truncated conoidal nozzles 13, facing the outlet openings up. The vertical axis 9 is fixedly attached to the cover 14, which is equipped with a pipe 15 for the initial set of a supersaturated solution. Chambers 6 and 7 are equipped with nozzles 16 and 17 for supply and nozzles 18 and 19 for venting refrigerant. The pipe 19 communicates with the drain line 20 through the hydro-pulsator 21. The pipe 17 of the lower working chamber 7 communicates through the pressure line 22 with the pump 23, and the pipe 16 of the upper chamber communicates with the pump 23 through a hydraulic throttling element 24. In the lower part of the housing 1 there is a device 25 for unloading crystallizate. The bottom 4 is adjacent to the device 25 through the annular membrane 26.

Кристаллизатор работает следующим образом. The mold works as follows.

Верхнюю камеру 6 заполняют горячей водой и разогревают аппарат до температуры начала процесса кристаллизации. Затем через патрубок 15 в корпус аппарата подают перенасыщенный раствор, например, сахарозы или лактозы до погружения в него верхней лопасти. The upper chamber 6 is filled with hot water and the apparatus is heated to the temperature of the beginning of the crystallization process. Then, through a nozzle 15, a supersaturated solution, for example, sucrose or lactose, is fed into the apparatus body before the upper blade is immersed.

Затем в патрубок 17 нижней рабочей камеры 7 подают насосом 23 через напорную гидролинию 22 под избыточным давлением постоянным потоком хладагент (ледяную воду). В патрубок 16 верхней камеры 6 хладагент подают под меньшим избыточным давлением, которое снижается в гидравлическом дросселирующем элементе 24. При этом в нижней камере 7 происходят низкочастотные, преимущественно инфразвуковые колебания днища 4. Колебания днища 4 возбуждаются пульсирующим потоком охлаждающей жидкости, получаемым преобразованием постоянного потока посредством гидропульсатора 21. Then, in the pipe 17 of the lower working chamber 7, it is pumped 23 through a pressure hydraulic line 22 under excessive pressure with a constant flow of refrigerant (ice water). In the nozzle 16 of the upper chamber 6, the refrigerant is supplied at a lower excess pressure, which decreases in the hydraulic throttling element 24. In this case, low-frequency, mainly infrasonic vibrations of the bottom 4 occur in the lower chamber 7. The oscillations of the bottom 4 are excited by a pulsating flow of coolant obtained by constant flow conversion by hydraulic pulsator 21.

По существу нижняя рабочая камера 7 выполняет функцию пульсаторного вибратора с управляемым сливом. При возрастании избыточного давления в камере 7 в результате отключения ее гидропульсатором 21 от сливной гидролинии 20 происходит перемещение днища 4 и раствора в аппарате вверх. При этом преодолевается сила тяжести от массы раствора в обечайке 3. Essentially, the lower working chamber 7 performs the function of a pulsator vibrator with controlled discharge. With an increase in overpressure in the chamber 7 as a result of disconnecting it by the hydro pulsator 21 from the drain hydroline 20, the bottom 4 and the solution in the apparatus move up. This overcomes the gravity from the mass of the solution in the shell 3.

Затем камера 7 подключается на слив гидропульсатором 21 к гидролинии 20, давление в камере падает, и днище 4 вместе с раствором перемещается вниз (в исходное положение) за счет действия силы тяжести. В результате работы нижней рабочей камеры в режиме пульсаторного гидравлического вибратора днище 4 обечайки 3 совершает колебательные движения, передавая тем самым находящейся в аппарате дисперсной системе силовые импульсы, а под их воздействием в ней распространяются во всем объеме раствора волны деформации. При этом вертикальная ось 9 с перфорированными лопастями играет роль виброперемешивающего устройства, работающего по принципу инверсии, вибрационное движение кристаллизующегося раствора происходит относительно неподвижных перемешивающих элементов. В результате достигается тот же эффект, что и при вибрационной работе штока, происходят интенсивное перемешивание и направленная циркуляция дисперсной системы (утфеля). Форма лопастей в виде сферических дисков обеспечивает наряду с вертикальным пульсирующим транспортированием вверх потока одновременно и выравнивание скоростей в поперечном сечении из-за различной длины коноидальных сопл 13 и, следовательно, разного их сопротивления потоку в горизонтальной плоскости. Возникающие при этом силовые импульсы способствуют более интенсивному межфазному трению граней растущих кристаллов во всем растворе и приводят к увеличению массопередачи. Then the chamber 7 is connected to the drain by a hydro pulsator 21 to the hydraulic line 20, the pressure in the chamber drops, and the bottom 4, together with the solution, moves down (to its original position) due to the action of gravity. As a result of the operation of the lower working chamber in the pulsatory hydraulic vibrator mode, the bottom 4 of the shell 3 vibrates, thereby transmitting power pulses located in the apparatus of the dispersed system, and under their influence, the deformation waves propagate in it throughout the volume of the solution. In this case, the vertical axis 9 with perforated blades plays the role of a vibro-mixing device operating on the inversion principle, the vibrational movement of the crystallizing solution occurs relative to the stationary mixing elements. As a result, the same effect is achieved as with the vibrational operation of the stem, intensive mixing and directional circulation of the dispersed system (massecuite) occur. The shape of the blades in the form of spherical disks provides, along with the vertical pulsating upward transport of the flow, at the same time, equalization of velocities in the cross section due to the different lengths of the conoidal nozzles 13 and, consequently, their different flow resistance in the horizontal plane. The resulting force pulses contribute to more intense interfacial friction of the faces of the growing crystals throughout the solution and lead to an increase in mass transfer.

Кроме того, пространственная форма лопастей способствует турбулентному перемешиванию раствора на расстояниях, соизмеримых с толщиной лопастей, что уменьшает декремент затухания колебаний в кристаллизате. In addition, the spatial shape of the blades promotes turbulent mixing of the solution at distances commensurate with the thickness of the blades, which reduces the damping decrement in the crystallizate.

Вертикальное движение кристаллизующегося раствора происходит через коноидальные сопла 13, которые позволяют создать в центральной зоне корпуса восходящее движение раствора в сторону крышки 14. The vertical movement of the crystallizing solution occurs through conoidal nozzles 13, which make it possible to create an upward movement of the solution in the central zone of the housing toward the cover 14.

У поверхности поток разворачивается на 180^о и переходит в нисходящий поток, движующийся в кольцевом зазоре между обечайкой и лопастями.At the surface flow is set at ¹⁸⁰ and enters the descending flow, moving in the annular space between the shroud and blades.

Наличие в конструкции аппарата кольцевых мембран 5, 26 и сильфонного уплотнения 8 обеспечивает вертикальную подвижность днища 4 и возможность вибрационных перемещений. Кроме того, мембрана 26 обеспечивает герметичность горловины клапана устройства 25 для выгрузки кристаллизата во время вибраций днища 4. The presence in the design of the apparatus of the annular membranes 5, 26 and the bellows seal 8 provides vertical mobility of the bottom 4 and the possibility of vibrational movements. In addition, the membrane 26 ensures the tightness of the neck of the valve of the device 25 for unloading crystallizate during vibration of the bottom 4.

По окончании процесса кристаллизации осуществляют выгрузку кристаллизата из аппарата посредством устройства 25 при работающем гидропульсаторе 21. At the end of the crystallization process, the crystallizate is discharged from the apparatus by means of the device 25 with the operating hydropulsator 21.

Подвижное днище и объемные лопасти в виде примыкающих друг к другу сферических дисков обеспечивают высокоинтенсивное, с малым затуханием по мере удаления от лопастей перемешивание на межфазной границе кристалл-раствор, что способствует более глубокому истощению межкристального раствора и увеличению выхода готового продукта. При этом улучшается и равномерность кристаллов за счет выравнивания физико-химических условий в объеме кристаллизата. The moving bottom and volumetric blades in the form of spherical disks adjacent to each other provide high-intensity mixing with a small attenuation as the distance from the blades increases at the crystal-solution interface, which contributes to deeper depletion of the intercrystal solution and increases the yield of the finished product. At the same time, the uniformity of the crystals is improved due to the equalization of physicochemical conditions in the volume of the crystallizate.

Кроме того, исключение в конструкции аппарата сложной в изготовлении подвижной обечайки и специального вибропривода перемешивающего устройства, а также использование для этой цели в качестве перемешивающего элемента подвижного днища обечайки позволяют упростить аппарат. In addition, the exception in the design of the apparatus difficult to manufacture a movable shell and a special vibratory drive of the mixing device, as well as the use for this purpose as a mixing element of the moving bottom of the shell allow to simplify the apparatus.

Claims

CRYSTALIZER, including a vertical cylindrical body with a spherical bottom, equipped with technological nozzles, a shell located inside it of a similar shape with the formation of a heat exchange jacket between them, a circulation device of the crystallization mass, consisting of a vertical axis and blades fixed along its height, having conoidal nozzles, a hydro-pulsator, a bellows connecting the bottom of the shell with its side wall, and a device for unloading the crystalline mass, characterized in that in the heat exchange jacket in its lower part, formed by spherical bottoms, a flexible partition is strengthened to form a working chamber, and a hydro-pulsator is connected to it to create vertical vibrations of the crystalline mass, with each blade of the circulating device formed by two spherical disks attached to each other with the formation of a cavity between them, and conoidal nozzles are placed in it so that their outlet openings face up.