ВОПРОС 6. УСТРОЙСТВО КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ

 

Кристаллизаторы по принципу действия делятся на аппараты периодического и непрерывного действия с отгонкой части ра­створителя и с охлаждением раствора. Как уже отмечалось, крис­таллизацию с частичной отгонкой воды осуществляют в вакуум-аппаратах. Интересной их разновидностью являются кристаллиза­торы с псевдоожиженным слоем.

Вакуум-аппарат с естественной циркуляцией периодического действия с подвесной греющей камерой показан на рис. 2. Гре­ющая камера состоит из двух конических трубчатых решеток, в которых развальцованы греющие трубы. По оси греющей камеры расположена циркуляционная труба. Между корпусом греющей камеры и стенками аппарата имеется кольцевое пространство, в котором циркулирует утфель.

 

Рис. 2. Вакуум-аппарат с подвесной греющей камерой:

1—корпус; 2— греющая камера; 3—устройство для ввода пара; 4—циркуляционная труба; 5—днище; 6 — греющая труба; 7— сепаратор инерционного типа

 

В вакуум-аппаратах применяют специальное устройство для подвода пара в греющую камеру, которое воспринимает темпера­турные деформации, возникающие при расширении греющей ка­меры и корпуса аппарата, и обеспечивает герметичность. Это уст­ройство представляет собой конический патрубок, жестко соеди­ненный с греющей камерой; с корпусом аппарата он соединен при помощи мембраны, воспринимающей температурные дефор­мации.

Для улучшения циркуляции утфеля используют способ вдува­ния пара в нижнюю часть греющей камеры. Для этого под основ­ной греющей камерой встраивают дополнительную греющую ка­меру с отверстиями для выхода пара. Пар, выходящий из трубок, поступает в греющие трубы основной камеры с большой скорос­тью, дробится на мелкие пузырьки и смешивается с утфелем, ин­тенсифицируя тем самым циркуляцию.

Конструкция греющих камер вакуум-аппаратов, применяемых в сахарном производстве, может быть различной.

Распространение получили вакуум-аппараты с подвесными греющими камерами, верхние и нижние решетки которых выпол­няют коническими, сферическими, двускатными и др. Пар посту­пает в межтрубчатое пространство греющих камер, а увариваемый продукт перемещается внутри труб.

Диаметр греющей камеры в большинстве конструкций вакуум-аппаратов меньше диаметра корпуса аппарата. Между стенками греющей камеры и корпусом вакуум-аппарата образуется кольце­вое пространство, по которому циркулирует утфель.

На рис. 3 показаны конструкции наиболее распространенных в сахарной промышленности греющих камер вакуум-аппаратов.

Сепарирующие устройства в вакуум-аппаратах, как и в выпар­ных аппаратах, предназначены для отделения от вторичного пара капель продукта. В вакуум-аппаратах продукт имеет большую вяз­кость, поэтому используют сепараторы инерционного типа, кото­рые устанавливают над утфельным пространством в верхней части корпуса аппарата. К нижней части корпуса аппарата приваривают днище со спускным устройством для утфеля с гидравлическим и механическим управлением. Лучшими являются устройства кла­панного типа.

Кристаллизаторы непрерывного действиясостоят из концентра­тора, кристаллогенератора и камеры роста кристаллов. Конструк­ция аппарата должна обеспечивать интенсивную циркуляцию, препятствующую осаждению кристаллов в аппарате, улучшающую теплопередачу и обеспечивающую получение равномерных по ве­личине кристаллов.

На рис. 4 представлен вакуумный кристаллизатор непрерыв­ного действия, применяемый в сахарном производстве. Концентратор и кристаллогенератор выполнены в виде кольцевых сег­ментов с трубчатой поверхностью нагрева.

 

Рис.3. Схемы греющих камер вакуум-аппаратов:

а — с коническими трубными решетками (1—верхняя трубная решетка; 2—греющая труба; 3 — нижняя трубная решетка; 4—циркуляционная труба); б— конической двускатной фор­мы (1 — трубная решетка; 2 - труба для ввода продукта; 3 — наружная часть греющей каме­ры; 4—внутренняя часть греющей камеры; 5—труба для отвода конденсата; 6—карман для конденсата; 7— штуцер для подвода пара; 8—окно); в — без трубных решеток (1 — надстав­ка; 2 — средняя часть греющей камеры; 3 — устройство для спуска утфеля; 4—труба для от­вода конденсата; 5— карман; б— штуцер для подвода пара)

 

Рис. 4. Кристаллизатор непрерывного действия:

1—концентратор; 2—труба; 3 — штурвал для регулирова­ния положения трубы; 4—кристаллогенератор; 5—слив­ная труба; 6—барботер; 7—выгрузочное устройство; 8— камера роста кристаллов

 

Концентратор герме­тически отделен от других узлов аппарата, что позволяет созда­вать в нем избыточное давление, не зависящее от давления в дру­гих частях аппарата. Кристаллогенератор верхней открытой час­тью соединен с надутфельным пространством камеры роста кристаллов. Камера роста кристаллов выполнена в виде цилинд­ра, снабженного типовой поверхностью нагрева. При помощи цилиндрической и радиальных перегородок она разделена на че­тыре секции.

При установившемся режиме патока поступает в концентратор и в камеру роста кристаллов. В концентраторе при повышении давления патока сгущается при температуре, превышающей тем­пературу кристаллообразования на 10... 15 °С, поступает в кристал­логенератор, где вскипает. При этом удаляется часть растворителя и понижается температура, что приводит к резкому росту коэффи­циента пересыщения. При циркуляции патоки происходит интен­сивное образование кристаллов. Содержание кристаллов регули­руется величиной перегрева патоки в концентраторе и количе­ством подаваемого в кристаллогенератор пара.

Утфель, полученный в кристаллогенераторе, непрерывно по­ступает в первую секцию камеры роста кристаллов, куда также не­прерывно поступает патока. Он перетекает из первой секции в четвертую, уваривается и через разгрузочное устройство непре­рывно удаляется из аппарата. Управление работой аппарата осу­ществляется автоматически.

Простейшие кристаллизаторы периодического действия— верти­кальные цилиндрические аппараты со змеевиками и механичес­кими мешалками. Кристаллизация в них происходит одновремен­но с охлаждением раствора.

В пищевой технологии применяют в основном два типа крис­таллизаторов: корытного типа и вращающиеся барабанные.

На рис. 5 показан кристаллизатор корытного типа с ленточной мешалкой. Вместо ленточной мешал­ки может быть использована шнековая мешалка, выполненная в виде бесконечного винта. Средний размер кристаллов в таких кристаллизаторах не превышает 0,5...0,6 мм.

Кристаллизаторы корытного типа довольно широко распрост­ранены в промышленности. Они просты в обслуживании и надеж­ны в работе.

Барабанные кристаллизаторы бывают с водяным и воздушным охлаждением. При воздушном охлаждении кристаллы получаются более крупными из-за низкого коэффициента тепло­отдачи от раствора к воздуху, но при этом производительность кристаллизатора значительно ниже, чем при водяном охлаждении.

 

Рис. 5. Кристаллизатор с ленточной мешалкой:

1—корытообразный корпус; 2 — водяная рубашка; 3 — мешалка

 

Барабанный кристаллизатор представляет собой вращающийся цилиндрический барабан, наклоненный по ходу раствора к гори­зонту (рис. 6). Раствор поступает с верхнего конца барабана, а кристаллы выгружаются с нижнего конца. При вращении бараба­на кристаллизатора раствор смачивает стенки, увеличивая тем са­мым площадь поверхности испарения воды.

Барабан заключен в кожух, в который подаются охлаждающая вода либо воздух.

Теплоноситель движется в кожухе противотоком к раствору. Расход охлаждающей воды составляет примерно 5 м³ на 1 м³ ра­створа. Для предотвращения образования кристаллов на стенках в

 

Рис. 6. Барабанный кристаллизатор:

1 — кожух; 2— барабан; 3 — приемник суспензии; 4 — ролик; 5—змеевик; 6 — воронка

Рис. 7. Кристаллизатор с псевдоожиженным слоем:

1 — корпус; 2— труба вскипания; 3—сборник; 4— теплообменник; 5—насос; 6— циркуляционная тру­ба; 7— центральная труба

 

некоторых конструкциях предус­мотрен обогрев нижней части бара­бана. Для этого в кожухе проклады­вают обогревательные трубы.

Кристаллизаторы с псевдоожиженным слоемпозволяют интенси­фицировать процесс кристаллиза­ции, которая может проводиться

как с удалением части растворителя путем его испарения, так и при охлаждении раствора.

Схема кристаллизатора приведена на рис.7. Исходный ра­створ смешивается в циркуляционной трубе с циркулирующим маточным раствором, смесь нагревается в теплообменнике и по­ступает через трубу вскипания в аппарат, где происходит интен­сивное парообразование. Пересыщенный раствор опускается в нижнюю часть кристаллизатора. Здесь в результате циркуляции раствора создается псевдоожиженный слой. Образовавшиеся крупные кристаллы (до 2 мм) оседают на дно и выводятся из ап­парата, а мелкие продолжают расти либо удаляются через сбор­ник 3.

При интенсивном перемешивании суспензии в псевдоожиженном слое увеличивается скорость диффузии вещества в ра­створе и ускоряется процесс роста кристаллов. При этом уменьшается степень пересыщения раствора и скорость роста кристаллов превышает скорость образования центров кристал­лизации. При кристаллизации в псевдоожиженном слое полу­чают кристаллы более узкого фракционного состава, чем при других методах.

Многокорпусная вакуум-кристаллизационная установка(рис. 8) состоит из трех-четырех вакуум-аппаратов с мешалками. Ра­створ из каждого нижерасположенного корпуса разрежения заса­сывается в вышерасположенный корпус. Каждый корпус оснащен поверхностным конденсатором и пароструйным насосом. Вакуум в последнем корпусе создается при помощи барометрического конденсатора. Поверхностные конденсаторы охлаждаются исход­ным раствором. Суспензия выгружается из последнего корпуса. Такие установки просты, экономичны и используются в крупно­тоннажных производствах.

 

Рис. 8. Многокорпусная вакуум-кристаллизационная установка:

1-кристаллизаторы; 2— поверхностные конденсаторы; 3—пароструйный насос; 4— рометрический конденсатор