способ удаления растворителя из сырых материалов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ удаления растворителя из сырых материалов, включающий загрузку сырого материала в содержащий расширитель верхний чан колонного испарителя, передачу его в нижерасположенные чаны, последовательную обработку материала в нижерасположенных чанах пропариванием острым паром при перемешивании и выгрузку обработанного материала из нижнего чана испарителя с одновременно осуществляемым отводом в аспирационную трубу образующейся в чанах смеси паров воды и растворителя, содержащей частицы материала, подачу струи этой смеси паров из аспирационной трубы через патрубок в расширитель, осаждение частиц материала из смеси паров на стенках расширителя, удаление частиц материала со стенок расширителя вращающимися скребками и возвращение этих частиц в массу сырого обрабатываемого материала, находящуюся в верхнем чане, отличающийся тем, что струю отводимой из чанов смеси паров воды и растворителя с частицами материала подают в расширитель из аспирационной трубы через наклонный тангенциальный патрубок, частицы материала осаждают в кольцевом зазоре, образованном стенкой расширителя и установленной в нем цилиндрической перегородкой, и удаляют со стенок расширителя скребками, вращающимися в сторону подачи струи смеси паров воды и растворителя, причем этой струе в кольцевом зазоре сообщают скорость, превышающую окружную скорость вращения скребков.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что струе смеси паров воды и растворителя в кольцевом зазоре между корпусом и перегородкой расширителя сообщают скорость, превышающую скорость скребков в 2 - 4 раза.

3. Устройство для удаления растворителя из сырых материалов, содержащее блок расположенных один над другим и образующих колонну чанов, имеющих цилиндрические, снабженные греющими рубашками стенки с патрубками для отвода из чанов пара и днища с перепускными отверстиями, снабженными автоматическими перепускными клапанами, приспособления для перемешивания материала, перемещения его из чана в чан и ввода в массу материала острого пара, расположенный сверху колонны расширитель, имеющий цилиндрический корпус, открытый снизу и закрытый сверху крышкой, в которой закреплен патрубок для выпуска пара, вертикальную аспирационную трубу, к которой присоединены все патрубки для отвода из чанов пара и которая имеет сверху патрубок для подвода от нее пара в расширитель, скребковое устройство для очистки от частиц материала стенок корпуса расширителя и приспособления для загрузки сырого и выгрузки готового материала, расположенные соответственно в верхней и нижней частях колонны, отличающееся тем, что расширитель имеет прикрепленную снизу к крышке цилиндрическую перегородку, расположенную коаксиально корпусу под патрубком, служащим для отвода из расширителя пара, патрубок для подвода пара в расширитель присоединен к корпусу расширителя тангенциально и наклонно, при этом тангенс угла его наклона к горизонтальной плоскости составляет 0,45-0,55 от отношения d/D_К, где d и D_К- внутренний диаметр патрубка, подводящего пар к расширителю, и внутренний диаметр корпуса расширителя соответственно.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что величина внутреннего диаметра D_П цилиндрической перегородки, прикрепленной снизу к корпусу расширителя, выбирается из интервала значений 0,9-1,0 от величины (D_K-2d), где d и D_K- внутренний диаметр патрубка, подводящего пар к расширителю, и внутренний диаметр корпуса расширителя соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства пищевой промышленности и может быть использовано на маслоэкстакционных заводах для отгонки бензина из шрота, а также на сахарных заводах для сушки свекловичного жома.

Из технической литературы известны способы и устройства, применяемые для удаления растворителя из сырых материалов. Например, в кн. Копейковский В.М. и др. "Технология производства растительных масел". -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с. 324-325 [1] описана технология обработки материала перегретым паром в чанных колонных испарителях. Согласно этой информации увлажненный материал подают в аппарат колонного типа, состоящий из нескольких расположенных один над другим чанов. Стенки чанов обогреваются паровыми рубашками. Перемещаясь сверху вниз из одного чана другой, масса материала перемешивается и обрабатывается острым паром. Образующиеся при такой обработке пары собирают из чанов в аспирационную трубу, а из нее подают в расположенный наверху колонны расширитель. Вместе с парами из чанов увлекаются частицы материала, которые, попадая из аспирационной трубы через специальный патрубок в расширитель, оседают на стенках расширителя и возвращаются в обрабатываемую массу материала. При этом значительная доля частиц материала, содержащихся в этих отработанных парах, не улавливается в расширителе. Такие частицы, увлекаемые потоком паров, через выпускной патрубок расширителя по трубопроводу поступают в т.н. мокрую шротоловушку, представляющую собой циклон, снабженный водяными форсунками. Отделение от паров частиц материала в этом мокром циклоне и их переработка на прессе перед возвратом в технологическую линию связаны с дополнительными расходами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ удаления растворителя из сырых материалов, который раскрыт в описании к патенту РФ № 2178867, кл. F 26 В 21/04, 17/22, опубл. 27.01.2002 г.[2] (прототип), включающий загрузку сырого материала в содержащий расширитель верхний чан колонного испарителя, передачу его в нижерасположенные чаны, последовательную обработку материала в нижерасположенных чанах пропариванием острым паром при перемешивании и выгрузку обработанного материала из нижнего чана испарителя с одновременно осуществляемым отводом в аспирационную трубу образующейся в чанах смеси паров воды и растворителя, содержащей частицы материала, подачу струи этой смеси паров из аспирационной трубы через патрубок в расширитель, осаждение частиц материала из смеси паров на стенках расширителя, удаление частиц материала со стенок расширителя вращающимися скребками и возвращение этих частиц в массу сырого обрабатываемого материала, находящуюся в верхнем чане.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство по патенту РФ [2] (прототип), содержащее блок расположенных один над другим и образующих колонну чанов, имеющих цилиндрические, снабженные греющими рубашками стенки с патрубками для отвода из чанов пара и днища с перепускными отверстиями, снабженными автоматическими перепускными клапанами, приспособления для перемешивания материала, перемещения его из чана в чан и ввода в массу материала острого пара, расположенный сверху колонны расширитель, имеющий цилиндрический корпус, открытый снизу и закрытый сверху крышкой, в которой закреплен патрубок для выпуска пара, вертикальную аспирационную трубу, к которой присоединены все патрубки для отвода из чанов пара и которая имеет сверху патрубок для подвода от нее пара в расширитель, скребковое устройство для очистки от частиц материала стенок корпуса расширителя и приспособления для загрузки сырого и выгрузки готового материала, расположенные соответственно в верхней и нижней частях колонны.

Способ удаления растворителя из сырых материалов, описанный в патенте [2], можно эффективно использовать только для сушки жома на сахарных заводах, где основным теплопотребителем является выпарная станция и где не хватает ретурного пара, и поэтому для покрытия его дефицита вынуждены использовать редукционно-охладительные установки, что приводит к большим потерям тепла. Кроме того, реализация способа [2] не решает проблему больших отходов, связанных с потерями обрабатываемого материала в виде частиц, выносимых вторичным паром из расширителя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение отходов материала путем сокращения выноса его частиц через выпускной патрубок расширителя при одновременном расширении области применения за счет возможности его эффективной реализации не только на сахарных, но и на маслоэкстракционных заводах.

Указанный выше технический результат достигается в известном способе удаления растворителя из сырых материалов, включающем загрузку сырого материала в содержащий расширитель верхний чан колонного испарителя, передачу его в нижерасположенные чаны, последовательную обработку материала в нижерасположенных чанах пропариванием острым паром при перемешивании и выгрузку обработанного материала из нижнего чана испарителя с одновременно осуществляемым отводом в аспирационную трубу образующейся в чанах смеси паров воды и растворителя, содержащей частицы материала, подачу струи этой смеси паров из аспирационной трубы через патрубок в расширитель, осаждение частиц материала из смеси паров на стенках расширителя, удаление частиц материала со стенок расширителя вращающимися скребками и возвращение этих частиц в массу сырого обрабатываемого материала, находящуюся в верхнем чане, отличительной особенностью является то, что струю отводимой из чанов смеси паров воды и растворителя с частицами материала подают в расширитель из аспирационной трубы через наклонный тангенциальный патрубок, частицы материала осаждают в кольцевом зазоре, образованном стенкой расширителя и установленной в нем цилиндрической перегородкой, и удаляют со стенок расширителя скребками, вращающимися в сторону подачи струи смеси паров воды и растворителя, причем этой струе в кольцевом зазоре сообщают скорость, превышающую окружную скорость вращения скребков.

В предлагаемом изобретении предусмотрен частный случай его выполнения, характеризующийся тем, что струе смеси паров воды и растворителя в кольцевом зазоре между корпусом и перегородкой расширителя сообщают скорость, превышающую окружную скорость скребков в 2 - 4 раза.

Указанный выше технический результат достигается также в известном устройстве для удаления растворителя из сырых материалов, содержащем блок расположенных один над другим и образующих колонну чанов, имеющих цилиндрические, снабженные греющими рубашками стенки с патрубками для отвода из чанов пара и днища с перепускными отверстиями, снабженными автоматическими перепускными клапанами, приспособления для перемешивания материала, перемещения его из чана в чан и ввода в массу материала острого пара, расположенный сверху колонны расширитель, имеющий цилиндрический корпус, открытый снизу и закрытый сверху крышкой, в которой закреплен патрубок для выпуска пара, вертикальную аспирационную трубу, к которой присоединены все патрубки для отвода из чанов пара и которая имеет сверху патрубок для подвода от нее пара в расширитель, скребковое устройство для очистки от частиц материала стенок корпуса расширителя и приспособления для загрузки сырого и выгрузки готового материала, расположенные соответственно в верхней и нижней частях колонны, отличительной особенностью является то, что расширитель имеет прикрепленную снизу к крышке цилиндрическую перегородку, расположенную коаксиально корпусу под патрубком, служащим для отвода из расширителя пара, патрубок для подвода пара в расширитель присоединен к корпусу расширителя тангециально и наклонно, при этом тангенс угла его наклона к горизонтальной плоскости составляет от 0,45 до 0,55 от отношения d/D_К, где d и D_к - внутренний диаметр патрубка, подводящего пар к расширителю, и внутренний диаметр корпуса расширителя соответственно.

В частном случае предлагается выбирать величину внутреннего диаметра D_п цилиндрической перегородки, прикрепленной снизу к крышке расширителя, из интервала отношений от 0,9 до 1,0 от величины (D_К-2d), где d и D_к - внутренний диаметр патрубка, подводящего пар к расширителю, и внутренний диаметр корпуса расширителя соответственно.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.

Фиг.1. Общий вид устройства для удаления растворителя из сырых материалов, частичный разрез по А-А на фиг.2.

Фиг.2. Узел расширителя, вид сверху, сечение по Б-Б на фиг.1.

Фиг.3. Узел расширителя разрез по В-В на фиг.2.

Представленное на фиг.1, 2 и 3 устройство для удаления растворителя из сырых материалов состоит из нескольких чанов, образующих колонну. Чаны имеют цилиндрические стенки 1 с патрубками 2, служащими для отвода пара. Плоские днища 3 чанов имеют колосниковые решетки для прохода паров и перепускные отверстия 4, которые снабжены автоматическими перепускными клапанами (решетки и клапаны на чертежах условно не показаны). В чанах имеются средства для перемешивания материала и для обработки его острым паром. В верхней части верхнего чана расположен расширитель 5, имеющий цилиндрический корпус, который открыт снизу, а сверху закрыт крышкой 6. На крышке 6 расширителя 5 под выпускным патрубком 7 прикреплена коаксиально корпусу расширителя 5 цилиндрическая перегородка 8. Рядом с колонной установлена аспирационная труба 9, с которой чаны сообщаются посредством патрубков 2. В своей верхней части аспирационная труба 9 сообщается с расширителем посредством патрубка 10, который расположен по отношению к корпусу расширителя 6 тангенциально с наклоном к горизонтальной плоскости под углом . Тангенс угла составляет от 0,45 до 0,55 от отношения d/D_К, где d и D_к - внутренний диаметр патрубка 10 и внутренний диаметр корпуса расширителя 5 соответственно. С учетом этих обозначений величина внутреннего диаметра D_п цилиндрической перегородки, прикрепленной снизу к крышке расширителя, определяется из интервала значений от 0,9 до 1,0 от величины (D_к-2d). Как видно из фиг.1 и 2, при D_п= D_к-2d плоскость, в которой лежит геометрическая ось патрубка 10, касательна по отношению к цилиндру с диаметром D, равным полусумме диаметров D_к и D_п.

Устройство имеет приспособление 11 для загрузки сырого материала и приспособление 12 для выгрузки готового материала. В расширителе 5 установлены приводные вращающиеся скребки 13, служащие для удаления частиц материала со стенок корпуса расширителя.

Устройство работает следующим образом.

С помощью приспособления 11 сырой материал загружают в верхний чан и из него последовательно передают во все нижерасположенные чаны. Равномерный сход материала от верхнего чана до самого нижнего обеспечивается наличием в днищах чанов перепускных отверстий, снабженных автоматическими перепускными клапанами. Таким образом обеспечивается постоянство толщины слоя материала во всех чанах. Слой материала в каждом из чанов перемешивают с помощью вращающихся лопаток и обрабатывают острым паром. В результате этого в пространстве чанов образуется смесь паров воды и растворителя, содержащая частицы обрабатываемого материала. Эту смесь отводят из чанов посредством патрубков 2 в аспирационную трубу 9. Наиболее крупные частицы материала оседают в нижней части аспирационной трубы, откуда их удаляют специальным устройством, а остальные частицы материала, увлекаемые парами, подаются посредством тангенциального патрубка 10 в кольцевой зазор, образованный стенкой корпуса расширителя 5 и расположенной в расширителе цилиндрической перегородкой 8. Благодаря действию центробежных сил частицы материала, двигаясь в упомянутом зазоре в потоке паров по нисходящей спирали, оттесняются к внутренней поверхности корпуса расширителя 5. Затем, двигаясь внутри цилиндрической перегородки 8 по восходящей спирали, оставшиеся в потоке паров частицы материала оттесняются к внутренней поверхности цилиндрической перегородки 8. В обоих случаях слой накопившихся на поверхности частиц оседает вниз под действием силы тяжести и смешивается с поступающим из узла загрузки сырым материалом. Кроме того, задержавшиеся на внутренней поверхности корпуса расширителя и не осевшие вниз под действием силы тяжести частицы материала удаляются с этой поверхности посредством вращающихся скребков 13. Из внутреннего пространства цилиндрической перегородки 8 пары удаляются через выпускной патрубок 7 и направляются в мокрый циклон.

Перемещение осевших на внутренней поверхности корпуса расширителя 5 частиц по направлению вниз (т.е. в массу сырого материала, поступающего с помощью приспособления 11 в верхний чан) ускоряется, если окружная скорость струи пара в кольцевом зазоре между стенкой 1 расширителя 5 и перегородкой 8 превышает окружную скорость вращения скребков. В этом случае перед скребками и за ними образуются локальные вихри, способствующие нисходящему перемещению частиц материала. Особенно этот эффект проявляется в случае, если скорость струи смеси паров в упомянутом кольцевом зазоре превышает окружную скорость вращения скребков в 2 - 4 раза.

Ниже приведены примеры реализации изобретения. Опыты проводили на установке с изменяемым положением патрубка, подающего смесь паров воды и растворителя в расширитель диаметром 2 м.

Пример 1. Из загрузочного приспособления в верхний чан подавали влажный материал (свекольный жом). Слой материала в чанах поддерживали на уровне 350 мм. Глухой пар подавали по трубопроводам в греющие рубашки, а острый пар подавали в перемешиваемый в чанах материал через полый приводной вал мешалок и смонтированные на мешалках трубки. Процесс удаления растворителя продолжался около 60 мин. Угловая скорость вращения скребков составляла 28 об. в 1 мин. С помощью приспособления для выгрузки готового материала сухой жом выгружали из нижнего чана. Результаты опытов с различными скоростями струи паров, поступающих в расширитель (в кольцевой зазор между стенками расширителя и цилиндрической перегородкой), показали, что в случаях, когда скорость струи паров начинает превышать окружную скорость скребков, очищающих стенки расширителя, доля улавливаемых в расширителе частиц материала возрастает на 35-45%, а в случаях, когда скорость струи паров превышает окружную скорость скребков в 2 - 4 раза, доля улавливаемых частиц материала возрастает до 60-65%. При дальнейшем повышении скорости струи паров доля улавливаемых частиц снижается.

Пример 2. По методике примера 1 проводили серию опытов с различными значениями диаметров D_п перегородок и различными положениями патрубка, через который струя смеси паров воды и растворителя поступает в кольцевой зазор расширителя. Патрубок был присоединен к расширителю тангенциально. Опыты показали, что максимальная доля улавливаемых частиц материала имеет место в случаях, когда tg находится в пределах от 0,45 d/D_к до 0,55 d/D_к, где - угол наклона патрубка, подводящего пары в расширитель, к горизонтальной плоскости, а d и D_к - внутренний диаметр этого патрубка и внутренний диаметр корпуса расширителя соответственно. Выход в экспериментах за указанные пределы приводил к снижению доли улавливаемых частиц материала на 10-15%. Выход размера D_п за пределы интервала значений от 0,9 до 1,0 от величины (D_к-2d) приводил к снижению доли улавливаемых частиц материала на 15-20%.

После проведения экспериментально-теоретических исследований описанный выше способ был опробован и внедрен в промышленных условиях и показал возможность существенного снижения отходов материала путем сокращения выноса его частиц через выпускной патрубок расширителя.

Изобретение может быть эффективно использовано не только на сахарных, но и на маслоэкстракционных заводах, что расширяет область его применения.