Устройство для кристаллизации сахаросодержащего раствора

 

Использование: изобретение относится к оборудованию для кристаллизации веществ в пищевой промышленности. Сущность: устройство для кристаллизации сахаросодержащего раствора включает вертикальный цилиндрический корпус с днищем, размещенный внутри него по оси многозаходный шнек с переменным шагом витков, установленную внутри корпуса концентрично с зазором относительно витков шнека цилиндрическую обечайку, имеющую в верхней части отверстия для прохода кристалломассы и снабженную поршнем, упруго соединенным в верхней части с корпусом, и привод шнека. Нижняя часть обечайки выполнена конусообразной, сужающейся к днищу, и имеет срез от оси вращения к стенке. Шаг витков шнека уменьшается к верхней части обечайки. Один из витков шнека выполнен разомкнутым. 3 ил.

Изобретение относится к оборудованию для кристаллизации различных веществ в пищевой промышленности и может быть использовано в сахарной и молочной отраслях промышленности.

Известно устройство для кристаллизации сахаросодержащего раствора, в частности раствора лактозы (а.с. N 1296581, кл. C 13 K 5/00, Б.И. N 10, 1987), включающее цилиндрический корпус со сферическим днищем, соосно расположенную обечайку с образованием теплообменной рубашки, снабженной патрубками для подачи и отвода теплоносителя, установленное в корпусе виброперемешивающее устройство, состоящее из вертикального вала и укрепленных на нем по высоте лопастей, имеющих коноидальные отверстия, и устройство для выгрузки кристаллизата, при этом обечайка выполнена из упругого материала, при этом теплообменная рубашка разделена вертикальными перегородками на две отдельные секции, патрубки для отвода теплоносителя которых подключены к гидропульсатору для созданий колебаний обечайки. Лопасти, кроме нижней, виброперемешивающего устройства выполнены в виде отдельных винтовых витков.

Устройство имеет недостатки, заключающиеся в снижении надежности и работоспособности конструкции вследствие повышения износа и снижения прочности, жесткости и стойкости на смятие стенки обечайки в обеих секциях, обусловленные воздействием знакопеременных колебаний.

Устройство имеет также повышенные энергозатраты, обусловленные его работой в режиме пульсаторных гидравлических вибраторов и преодоления упругих свойств деформируемого при пульсациях материала обечайки. Полученная в устройстве кристалломасса недостаточно однородна.

Ближайшим техническим решением к предложенному является устройство для кристаллизации сахаросодержащего раствора, включающее вертикальный цилиндрический корпус с днищем, размещенный внутри него по оси шнек для перемешивания кристалломассы и его привод (SU автор. свидет. N 1461761, C 13 K 5/00, 1989). Цилиндрический корпус снабжен теплообменной рубашкой, образованной упругой обечайкой и разделенной перегородками на две камеры, сообщенные с гидропульсатором для отвода теплоносителя. Шнек состоит из вала и укрепленных на нем отдельных винтообразных витков.

Недостатками известного устройства являются недостаточная надежность работы конструкции вследствие повышенного износа перегородок, имеющих компенсационные участки, повышенные энергозатраты, необходимые для обеспечения колебаний обечайки, и высокая степень неоднородности кристалломассы, вследствие образования агломератов кристаллов.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности работы устройства, улучшении циркуляции кристалломассы и повышении ее однородности, а также в снижении энергозатрат на работу устройства.

Это достигается тем, что в предложенном устройстве для кристаллизации сахаросодержащего раствора, включающем вертикальный цилиндрический корпус с днищем, размещенный внутри него по оси шнек для перемешивания кристалломассы и его привод, внутри корпуса концентрично ему и с зазором относительно витков шнека установлена цилиндрическая обечайка, имеющая в верхней части отверстия для прохода кристалломассы и снабженная поршнем, упруго соединенным в верхней части с корпусом, при этом нижняя часть обечайки выполнена конусообразной, сужающейся к днищу, и имеет срез от оси вращения к стенке. Шнек выполнен многозаходным с переменным шагом витков, уменьшающимся к верхней части обечайки, и его вал представляет собой трубовал, а один из витков шнека выполнен разомкнутым.

На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез устройства, на фиг. 2 - вид по стрелке А-А; на фиг. 1 и на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 1.

Устройство для кристаллизации сахаросодержащего раствора включает вертикальный цилиндрический корпус 1 с охлаждающей рубашкой 2 и сферическим днищем 3, размещенный внутри него по оси многозаходный шнек 4 для перемешивания кристалломассы с переменным шагом витков 5, установленную внутри корпуса концентрично ему и с небольшим зазором относительно витков шнека цилиндрическую обечайку 6, имеющую в верхней части отверстия 7 для прохода кристалломассы и снабженную поршнем 8, упруго соединенным в верхней части при помощи пружин 9 с корпусом, и привод 10 шнека. Вал шнека представляет собой трубовал 11, состоящий из отдельных секций и установленный с возможностью его вращения. Шаг витков 5 шнека уменьшается к верхней части обечайки и один из витков в верхней части шнека выполнен разомкнутым. Нижняя часть 12 обечайки выполнена конусообразной, сужающейся к днищу, и имеет срез 13 от оси вращения к стенке. На нижней части трубовала 11, расположенной в конусообразной части 12 обечайки укреплена лопасть 14, кромки которой имеют форму, аналогичную форме днища.

Корпус 1 снабжен шлюзовым затвором 15, штуцерами 16 и 17 для подвода и отвода теплоносителя в охлаждающую рубашку, патрубками 18 и 19 для подачи пересыщенного сахаросодержащего раствора и соединения с контрольно-измерительной аппаратурой (на чертеже не изображена).

Устройство для кристаллизации работает следующим образом.

При вращении трубовала 11 при помощи привода 10 нижними витками 5 шнека 4 кристаллизуемый раствор нагнетается через конусообразную нижнюю часть 12 обечайки в полость последней. При вращении шнека 4 вследствие переменного шага витков обеспечивается изменение давления на кристаллизуемый раствор по высоте цилиндрической обечайки 6. Касательная составляющая силы воздействия на кристалл при этом способствует более интенсивному межфазному трению граней кристаллов во всем растворе и увеличению массопередачи. Кристаллы, увеличивающиеся в пересыщенном растворе, совместно с маточным раствором под действием осевой составляющей скорости перемещаются в цилиндрической обечайке к верхней ее кромке. При достижении величины силы давления, равной силе сжатия пружин 9, происходит перемещение поршня 8 и открываются отверстия 7 цилиндрической обечайки 6, что обеспечивает изменение направления восходящего потока кристаллизуемой массы и перемещение ее в кольцевое пространство между корпусом 1 и цилиндрической обечайкой 6. Следует отметить, что вследствие выполнения витка на одной из многозаходных винтовых линий разомкнутым, давление на поршень периодически изменяется. Это способствует периодическому перемещению его по оси трубовала и переток кристаллизуемого раствора через отверстия 7 цилиндрической обечайки. Вращение трубовала и перемещение поршня обеспечивают колебательное движение кристаллизуемого раствора в осевом направлении и его выталкивание в радиальном направлении. При этом обеспечивается наряду с пульсирующим перемещением потока по оси обечайки и его одновременное тангенциальное перемещение и вращение в поперечном направлении. Такое перемещение продукта способствует изменению относительной скорости кристаллов и маточного раствора, при этом кристаллизуемый раствор интенсивно перемешивается вследствие различной плотности жидкой и твердой фаз. Это интенсифицирует процесс массообмена на межфазной границе жидкость твердое тело, что увеличивает скорость кристаллизации и перемешивания. Улучшение перемещения кристаллизуемого раствора по оси обечайки обеспечивается наличием конусообразной нижней части обечайки.

Частота колебаний кристаллизуемого раствора определяется частотой вращения трубовала и поверхностью разомкнутости витка шнека. Амплитуда колебаний обусловлена параметрами упругой связи поршня, углом подъема витков шнека и размерами конусообразной части обечайки.

Конструктивное выполнение нижней части 12 обечайки 6 позволяет получить различные местные гидравлические сопротивления в направлении движения продукта от ее нижней кромки. При возрастании этих сопротивлений по направлению к поршню снижается скорость потока продукта, что способствует возрастанию давления в конусообразной нижней части обечайки, а также внутри цилиндрической ее части. Изменение скорости потока кристаллизата и сопротивления в обечайке 6 обусловливает различное воздействие на кристаллы продукта ввиду переменной их массы. Это повышает интенсивность перемешивания и скорость перемещения кристаллов относительно маточного раствора, что способствует тепло- и массообмену на межфазной границе и увеличению скорости процесса.

Выполнение шнека многозаходным с витком, разомкнутым на одной из винтовых линий, позволяет снизить удельное давление на витки шнека, что способствует повышению прочности и жесткости конструкции, и обеспечивает периодическое перемещение поршня за счет изменения рабочего давления.

Турбулентный режим движения раствора в обечайке и периодическая его циркуляция интенсифицируют рост кристаллов в результате улучшения тепло- и массообмена и изменения гидродинамики. При этом предотвращается инкрустация на поверхностях корпуса и обечайки и оседание кристаллов в нижней части корпуса. Дробление кристаллов повышенных размеров витками шнека, а также прохождение их через отверстия обечайки предотвращает агломерацию частиц и обеспечивает их однородность.

При содержании кристаллов 40 42% к массе кристаллизата наращивание кристаллов прекращают и выключают привод 10. Продукт через шлюзовый затвор 15 направляется на дальнейший технологический процесс производства.

Загрузка исходного раствора осуществляется через патрубок 18. Охлаждение корпуса осуществляется при помощи охлаждающей рубашки 2 со штуцерами 16, 17.

Предложенная конструкция устройства для кристаллизации позволяет улучшить циркуляцию раствора и гранулометрические показатели кристаллов, повысить надежность работы устройства по сравнению с известным устройством, интенсифицировать массообмен на межфазной границе вследствие изменения скорости кристаллов относительно маточного раствора и, следовательно, существенно повысить скорость кристаллизации и перемешивания, что сокращает продолжительность технологического процесса.

Формула изобретения

Устройство для кристаллизации сахаросодержащего раствора, включающее вертикальный цилиндрический корпус с днищем, размещенный внутри него по оси шнек для перемешивания кристалломассы и его привод, отличающееся тем, что внутри корпуса концентрично ему и с зазором относительно витков шнека установлена цилиндрическая обечайка, имеющая в верхней части отверстия для прохода кристалломассы и снабженная поршнем, упруго соединенным в верхней части с корпусом, при этом нижняя часть обечайки выполнена конусообразной, сужающейся к днищу, и имеет срез от оси вращения к стенке, а шнек выполнен многозаходным с переменным шагом витков, уменьшающимся к верхней части обечайки, и его вал представляет собой трубовал, причем один из витков шнека выполнен разомкнутым.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3