Центрифуга непрерывного действия - RU2279319C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к центрифуге непрерывного действия.

Изобретение относится также к ротору центрифуги.

Изобретение особенно относится, но не ограничено этим применением, к центрифуге непрерывного действия и к ротору центрифуги для отделения кристаллического сахара от густой массы, например мелассы или утфеля, во время обработки в центрифугах в производстве кристаллического сахара.

В описании под термином «центрифуга» понимают также центрифугу-машину.

В последние годы центрифуги периодического действия начали заменять центрифугами непрерывного действия. Одна из причин этого заключается в том, что при работе центрифуги непрерывного действия происходит более равномерное распределение потребляемой мощности в отличие от «пикового» потребления мощности центрифугой периодического действия. Это позволяет значительно сократить капитальные и эксплуатационные затраты на энергоснабжение и энергопередающее оборудование.

Очистка утфеля в центрифугах включает два четко определенных отдельных этапа. Первый этап заключается в первичном удалении всего избыточного количества мелассы и в «освобождении» поверхностной мелассы от кристаллов сахара. Второй этап заключается в окончательной промывке и частичной сушке кристаллов сахара перед их выгрузкой из ротора центрифуги. Эти этапы в настоящее время выполняют, используя роторы центрифуг, содержащие одну секцию.

Было предложено применение обычной центрифуги непрерывного действия с двумя отдельными роторами центрифуги. Подача утфеля осуществлялась в первый верхний ротор для удаления утфеля первой кристаллизации и полученная смесь кристаллов сахара и мелассы направлялась посредством отклоняющих средств во второй нижний ротор для промывки и удаления оставшейся мелассы из кристаллов сахара.

При отделении кристаллов сахара от утфеля основной целью является снижение до минимума повреждений кристаллов сахара. Поврежденные или поломанные кристаллы сахара повторно смешиваются с сиропом из мелассы и воды, и этот сироп следует подвергать повторной кристаллизации, что неэффективно.

Подача утфеля в первый ротор и передача его во второй ротор, в результате чего происходят столкновения кристаллов сахара с роторами и отклоняющими средствами внутри центрифуги, приводит к увеличению вероятности повреждения кристаллов сахара.

Вероятность повреждения в результате столкновений увеличивается из-за больших центробежных сил, генерируемых центрифугой, например, порядка 300-1000 g. Такие большие силы требуются для того, чтобы заставить мелассу проходить через сетки из нержавеющей стали ротора (роторов) и проталкивать ее через сливные отверстия в роторе (роторах).

Наиболее близким аналогом заявленной центрифуги является центробежное устройство непрерывного действия, которое содержит корпус центрифуги, ротор центрифуги, установленный с возможностью вращения в корпусе и приводимый посредством привода, впуск утфеля для подачи утфеля в ротор центрифуги, выпуск для мелассы, выпуск для сахара, при этом ротор включает первую часть, предназначенную для отделения рециркулируемого утфеля первой кристаллизации от кристаллов сахара, и вторую часть для отделения промытых кристаллов сахара от остальной мелассы и сточной воды, и сетчатые средства (SU 1061844, кл. В 04 В 3/00, 23.12.1983).

Наиболее близким аналогом заявленного ротора является ротор центрифуги, который содержит по меньшей мере одну часть стенки, имеющую множество радиально проходящих сливных канавок на внутренней поверхности стенки и проходящих вверх к выпускной части около или рядом с верхним концом стенки или части стенки, сетку (фильтрующую ткань), уложенную поверх сливных канавок, имеющую сквозные отверстия или пазы для обеспечения возможности отделения мелассы от кристаллов сахара утфеля, средства, с помощью которых сетка (фильтрующая ткань) отделена от сливных канавок и поддерживается над сливными канавками для обеспечения возможности прохода мелассы через отверстия или пазы в сетке и поступления в сливные канавки (ЕР 0625374, кл. В 04 В 3/00, 23.11.1994).

Потребляемая мощность известных центрифуг непрерывного действия остается относительно большой, так как роторы должны вращаться со скоростью, например, 700-2000 об/мин, чтобы создать большие гравитационные силы, о которых было сказано выше. Большое потребление мощности при высокой скорости объясняется тем, что мощность центрифуги непрерывного действия пропорциональна величине скорости^1,8-2,0.

Задачей настоящего изобретения является создание центрифуги непрерывного действия, посредством которой можно обеспечить эффективное отделение кристаллов сахара от утфеля при более низких гравитационных уровнях.

Предпочтительной задачей настоящего изобретения является создание такой центрифуги непрерывного действия, которая могла бы работать при меньших скоростях вращения ротора и в следствие этого с меньшей потребляемой мощностью.

Дополнительной предпочтительной задачей настоящего изобретения является создание двухступенчатого ротора центрифуги в виде единого узла.

Еще одной дополнительной предпочтительной задачей настоящего изобретения является создание ротора центрифуги, посредством которого можно отделять мелассу от кристаллов сахара при более низких уровнях гравитационных сил.

Еще одной дополнительной предпочтительной задачей настоящего изобретения является создание центрифуги непрерывного действия, в которой снижен уровень повреждения кристалла (кристаллов) сахара в результате столкновения при выгрузке благодаря более низкой скорости вращения.

Еще одной дополнительной предпочтительной задачей настоящего изобретения является создание центрифуги непрерывного действия, в которой поступающий утфель можно «кондиционировать» путем смешивания его с рециркулируемым утфелем первой кристаллизации.

Еще одной дополнительной предпочтительной задачей настоящего изобретения является создание центрифуги непрерывного действия, в которой снижен объем промывочной воды, добавляемой в мелассу.

Еще одной дополнительной предпочтительной задачей настоящего изобретения является создание центрифуги непрерывного действия, в которой утфель промывается на сетке посредством рециркулируемой мелассой/водой.

Еще одной дополнительной предпочтительной задачей настоящего изобретения является обеспечение такой внутренней поверхности ротора центрифуги, которая образует зоны низкого давления на внутренней поверхности ротора центрифуги.

Другие предпочтительные задачи настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания.

В одном варианте настоящее изобретение представляет собой центрифугу непрерывного действия, содержащую:

- корпус центрифуги;

- ротор центрифуги, установленный с возможностью вращения в корпусе и приводимый посредством привода;

- впуск для утфеля для подачи утфеля в ротор центрифуги;

- по меньшей мере один выпуск для мелассы;

- выпуск для сахара;

при этом ротор центрифуги включает первую часть, предназначенную для отделения утфеля первой кристаллизации от кристаллов сахара, и вторую часть, предназначенную для отделения промытых кристаллов сахара от мелассы, причем по меньшей мере одна из частей ротора центрифуги содержит сетчатые средства, расположенные поверх по существу радиально проходящих сливных канавок, выполненных на внутренней поверхности частей ротора, при этом указанные сливные канавки имеют наклонные назад боковые стенки для образования в стенке ротора зон низкого давления для обеспечения возможности более легкого вытеснения мелассы из кристаллов сахара под действием гравитационной силы.

Утфель, подаваемый в ротор центрифуги, кондиционируется путем смешивания его с рециркулируемым утфелем первой кристаллизации.

Предпочтительно, ротор центрифуги размещается на валу, установленном на опорах с возможностью вращения в корпусе, и соединяется с выходным валом приводного двигателя, составляющего привод, соответствующей муфтой, посредством которой гасится вибрация между ротором и приводным двигателем.

Предпочтительно, в первую, нижнюю часть ротора подается утфель посредством впуска для утфеля через ускоритель, причем нижняя часть ротора включает наклонную боковую стенку, расположенную под углом, например, в пределах 15°-20° к вертикали (т.е. прилежащий угол составляет 40°-50°). Предпочтительно, вторая, верхняя часть включает боковую наклонную стенку, расположенную под углом 20° -30° к вертикали (т.е. прилежащий угол составляет 50°-60°), причем нижняя и верхняя части соединены промежуточной частью.

Предпочтительно, кондиционирование утфеля путем смешивания его с рециркулируемым утфелем первой кристаллизации осуществляется в начальном ускорительном конусе ускорителя.

Предпочтительно, кондиционированный утфель ускоряется до скорости вращения ротора перед подачей на сетчатые средства ротора.

Предпочтительно, боковые стенки верхней и нижней частей ротора снабжены соответствующими сетками, которые перекрывают соответствующие сливные канавки, причем сливные канавки выполнены открытыми у соответствующих верхних концов стенок. Конструкция сеток из нержавеющей стали и сливных канавок более подробно описана ниже.

Предпочтительно, по меньшей мере часть мелассы, выведенной из верхней части, распыляется на сетке нижней части.

Предпочтительно, рециркулируемый утфель первой кристаллизации, отделенный от кристаллов сахара в нижней части ротора, собирается в корпусе и выводится через выпуск для рециркулируемого утфеля первой кристаллизации. При этом по меньшей мере часть рециркулируемого утфеля первой кристаллизации может быть направлена в ускоритель для кондиционирования поступающего утфеля.

Предпочтительно, промытая меласса, отделенная от кристаллов сахара в верхней части ротора, собирается в корпусе и выводится через выпуск для промытой мелассы. При этом по меньшей мере часть промытой мелассы направляется в нижнюю часть ротора для промывки утфеля.

Предпочтительно, промытые кристаллы сахара собираются в корпусе и выгружаются через выпуск для сахара.

Предпочтительно, приводной двигатель обеспечивает вращение ротора со скоростью, например, 300-350 об/мин для создания гравитационных сил в пределах 75-140 g. (Верхний и нижний пределы можно варьировать в соответствии с конкретным количеством вырабатываемого утфеля.)

Во втором варианте настоящее изобретение представляет собой ротор центрифуги непрерывного действия, содержащий:

по меньшей мере одну часть стенки, имеющую множество по существу радиально расположенных на внутренней поверхности стенки сливных канавок, которые проходят вверх к выпускной зоне около или рядом с верхним концом стенки или части стенки;

сетку, расположенную поверх сливных канавок, имеющую сквозные отверстия или пазы для обеспечения возможности отделения мелассы от кристаллов сахара утфеля;

средства, с помощью которых сетка отдалена от сливных канавок и поддерживается над сливными канавками для обеспечения возможности прохода мелассы через отверстия или пазы в сетке и поступления в сливные канавки, которые имеют наклонные назад боковые стенки, причем указанные средства выполнены так, чтобы в сливных канавках с наклонными назад боковыми стенками образовывались зоны низкого давления для обеспечения возможности более легкого вытеснения мелассы из кристаллов сахара под воздействием гравитационной силы.

В роторе центрифуги непрерывного действия, описанной выше, как нижняя, так и верхняя части ротора снабжены соответствующими сливными канавками, сетками и средствами, с помощью которых сетка отдалена от сливных канавок.

Для обеспечения более полного понимания изобретения ниже описан предпочтительный вариант осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 изображен схематический фронтальный разрез центрифуги непрерывного действия согласно настоящему изобретению;

на фиг.2 изображено частичное горизонтальное сечение ротора обычной центрифуги непрерывного действия;

на фиг.3 изображено аналогичное частичное сечение ротора центрифуги непрерывного действия согласно настоящему изобретению.

На Фиг.1 изображена центрифуга 10 непрерывного действия, которая содержит корпус 11 с по существу цилиндрической боковой стенкой 12, съемную верхнюю стенку 13 и конусообразную нижнюю стенку 14 с отверстием 15 для выгрузки кристаллов сахара. Корпус 11 установлен на соответствующей конструкции 16 посредством опорных кронштейнов 17.

Впуск 18 для утфеля расположен в центре в верхней стенке 13, и его нагревают с помощью парового кожуха 19 для регулирования температуры и, таким образом, вязкости утфеля, подаваемого в центрифугу 10.

Трубопровод 20 для подачи утфеля содержит клапан 21 для регулирования потока, управляемый посредством пневмоцилиндра 22, для контролирования потока утфеля, подаваемого в центрифугу 10. С помощью датчика тока (не показан) измеряют мощность, необходимую для приводного двигателя (описанного более подробно ниже), причем он связан с пневмоцилиндром 22 и предназначен для увеличения потока утфеля в том случае, когда уровень тока снижается.

Ротор 30 центрифуги, описанный более подробно ниже, установлен с возможностью вращения по существу в центре корпуса 11 на вращаемом опорном элементе 31, который, в свою очередь, смонтирован на верхнем конце приводного вала 32 ротора, установленного на соответствующих опорах (не показаны) в центральной опоре 33, расположенной на внутренней стенке 34 корпуса на демпфированных опорах 35.

Приводной вал 32 ротора соединен с выходным валом 36 приводного электродвигателя 37 демпфирующей муфтой 38.

Ротор 30 содержит внутреннюю стенку 39, проходящую от вращаемого опорного элемента 31, образуя кольцевое пространство с верхним и нижним ускорительными конусами 40, 41 для направления утфеля к дну ротора 30. Ускорительные конусы 40, 41 установлены на внутренней стенке 39 ротора 30, и вращаются вместе с ней; причем благодаря малому расстоянию между нижним концом нижнего ускорительного конуса 41 и примыкающей боковой стенкой ротора 30 сводится к минимуму соударение кристаллов на боковой стенке ротора 30.

Нижняя стенка 42 ротора 30 профилирована таким образом, чтобы создавать плавный поток утфеля в ротор 30 для отделения кристаллов сахара от мелассы.

Ротор 30 содержит нижнюю часть 43 ротора для отделения рециркулируемого утфеля первой кристаллизации и верхнюю часть 44 для отделения промытой мелассы от кристаллов сахара; причем части соединены промежуточной частью 45.

Как показано на фиг.2, ротор обычной центрифуги непрерывного действия в сечении А содержит сетку В из нержавеющей стали и подложку С из тканой проволочной сетки, расположенную поверх радиальных сливных отверстия D, для обеспечения возможности отделения мелассы от кристаллов сахара.

В отличие от сечения ротора обычной центрифуги непрерывного действия, показанного на фиг.2, верхняя и нижняя части 43, 44 ротора имеют профиль сечения, показанный на фиг.3. Наклонные назад радиальные сливные канавки 46, закрытые на их нижних концах, расположены на внутренней поверхности стенки (или листа) частей 43, 44 ротора, и открытые на их верхних концах для выпуска мелассы, поступающей в них.

Сетка 47 из нержавеющей стали, например, с предпочтительными пазами размером 120 мкм, отделена от канавок 46 тканой проволочной сеткой 48, уложенной поверх перфорированной листовой опорной пластины 49. Назначением радиальных сливных канавок 46 с наклонными назад боковыми стенками является обеспечение действия внутренней поверхности части (частей) 43, 44 ротора подобно крыльчатке (крыльчаткам) центробежного диагонального насоса и создание зоны низкого давления, обычно свободной от мелассы, расположенной непосредственно позади сетки 47 из нержавеющей стали и ее опор 48 и 49.

Во время испытаний, проведенных с использованием ротора, конструкция которого показана на фиг.3, меласса отделяется от кристаллов сахара под действием гравитационных сил, составляющих всего 75-140 g, тогда как при стандартной конструкции, изображенной на фиг.2, требуются гравитационные силы порядка 300-700 g.

При применении конструкции ротора, изображенного на фиг.3, меласса легче проходит через сетку 47 из нержавеющей стали в сливные канавки 46 и, таким образом, в сборную камеру (сборные камеры), описанную ниже.

По меньшей мере одна форсунка 50 распыляет повторно используемую мелассу с водой, составляющую некоторую часть мелассы и воды, выводимых из верхней части 44 ротора, на сетку 47 из нержавеющей стали нижней части 43 ротора, а рециркулируемый утфель первой кристаллизации выходит из верхних концов радиальных канавок через проход (проходы) или отверстие (отверстия) 51 в сборную камеру 52 для утфеля первой кристаллизации, из которой утфель первой кристаллизации протекает по трубопроводу 53 для отвода утфеля первой кристаллизации.

Кристаллы сахара и меласса затем перетекают поверх сетки 47 из нержавеющей стали верхней части 44 ротора, и кристаллы сахара промывают водой из форсунки (форсунок) 54 для воды, направленной на сетку 47.

Следует отметить, что сетка 47 верхней части ротора наклонена под большим углом, например под углом 25°, к вертикали, чем сетка 47 нижней части ротора, наклоненная под углом, например, составляющим 18°. Увеличение угла и увеличение основного диаметра верхней части ротора приводит к возникновению больших гравитационных сил и больших сил радиальных потоков, воздействующих на кристаллы сахара и мелассу, для преодоления высокой вязкости и коэффициента трения смеси в верхней части 44 ротора. Соответствующие углы выбираются для обеспечения продолжения потока кристаллов сахара и мелассы поверх верхней и нижней сеток 47 из нержавеющей стали до их обычных мест выпуска, если приток утфеля в центрифугу 10 прерывается, до тех пор, пока не завершится отвод всего возможного количества кристаллов сахара и мелассы.

«Промытую» мелассу (и воду) отводят через проход (проходы)/отверстие (отверстия) 55 у верхнего конца верхней части 44 ротора в сборную камеру 56 мелассы для выпуска ее через выпускной трубопровод 57 для промытой мелассы.

С помощью отклоняющей стенки 58 промытые кристаллы сахара направляются в сборную камеру 59 для кристаллов сахара для выгрузки их через выпуск 15 для кристаллов сахара.

Благодаря относительно низкой скорости выгрузки кристаллов сахара минимизировано их повреждение в результате столкновения с отклоняющей стенкой 58.

Для поддержания температуры приводного двигателя 37 в диапазоне его рабочих температур по впускному трубопроводу 51 и выпускному трубопроводу 62 через корпус 60 двигателя прогоняется охлаждающий воздух.

Благодаря применению конструкции частей 43, 44 ротора со сливными канавками 46 обеспечивается возможность отделения мелассы при низких гравитационных силах и, таким образом, при низкой потребляемой мощности центрифуги; и в то же время обеспечивается осуществление двухстадийного процесса отделения при использовании частей 43, 44 ротора, выполненных в одном роторе 30.

При использовании обычной центрифуги непрерывного действия кондиционирование утфеля путем смешивания его с мелассой и водой выполняется вне центрифуги. При применении настоящего изобретения такое кондиционирование, где утфель смешивается с повторно используемым рециркулируемым утфелем первой кристаллизации, может быть выполнено в самой центрифуге. Для выполнения процесса кондиционирования утфеля путем смешивания смеси поступающего утфеля и повторно используемого рециркулируемого утфеля первой кристаллизации в центрифуге для получения более легко очищаемого утфеля могут быть использованы ускорительные конусы 40, 41.

Кондиционирование утфеля с помощью ускорительных конусов 40 и 41 позволяет улучшить равномерное распределение утфеля на сетке центрифуги и является основным фактором в процессе улучшения очистки утфеля на сетке центрифуги.

Кондиционирование утфеля выполняется следующим образом.

Подаваемые струи утфеля и мелассы или воды поступают в камеру 63, образованную верхним ускорительным конусом 40. При контакте с ускорительным колпаком 31 струи утфеля и мелассы или воды отклоняются под действием сил инерции к внутренней поверхности верхнего ускорительного конуса 41, при этом утфель и меласса или вода ускоряются приблизительно до скорости вращения центрифуги.

Верхний ускорительный конус 40 увеличивается в диаметре по направлению к его нижнему концу, это способствует улучшению потока смеси утфеля, мелассы или воды по направлению вниз.

Нижняя поверхность камеры 63 образована верхней частью нижнего ускорительного конуса 41. Эта часть нижнего ускорительного конуса 41 включает фасонные наклонные отверстия 64, благодаря которым поток утфеля, мелассы и воды делится на несколько отдельных струй. Эти струи вновь соединяются при входе в камеру 65, образованную нижним ускорительным конусом 41.

Нижней ускорительный конус 41 имеет форму, обеспечивающую дальнейшее смешивание смеси утфеля, мелассы или воды посредством изменений профиля, например, как в месте 66 перед выпуском утфеля в кондиционированном состоянии в нижнюю часть 43 ротора центрифуги.

Применение расщепленного цикла работы согласно настоящему изобретению позволяет уменьшить количество промывочной воды, добавляемой в центрифугу.

Основная проблема в отношении работы других центрифуг непрерывного действия заключается в том, что в других случаях при использовании центрифуг непрерывного действия добавляется значительно больше промывочной воды для вывода мелассы, чем при использовании центрифуг периодического действия. Возможность разделения двух потоков мелассы (рециркулируемого утфеля первой кристаллизации и «промытой» мелассы) в конструкции центрифуги согласно настоящему изобретению позволяет уменьшить количество добавляемой промывочной воды, так как и начальное кондиционирование утфеля, и начальная промывка в роторе производятся при употреблении рециркулируемой мелассы. Уменьшение количества воды, добавляемой в мелассу, полученную на центрифуге, приводит к уменьшению объема работы по выпариванию воды в цехах кристаллизации сахарозавода.

Кроме того, использование «противотока» продуктов промывки, добавляемого в поток утфеля, позволяет уменьшить растворение кристаллов сахара в утфеле (и потерю сахарозы в потоке утфеля).

Центрифуга действует следующим образом:

Часть рециркулируемого утфеля первой кристаллизации, выводимая из выпуска 53, повторно используется посредством добавления к первичной мелассе, подаваемой по трубопроводу 67, проходит по полой трубе 68 в поступающий утфель ниже клапана 21. Этот состав вместе с любым количеством воды, которое может быть также добавлено в трубопровод 67, смешивается с утфелем в центрифуге перед впуском в нижнюю часть 43 ротора.

Промывочная вода добавляется в верхнюю часть ротора через форсунку 54. Часть смеси мелассы и промывочной воды, выводимой через выпуск 57 для промытой мелассы, распыляется (через форсунку 50) в верхней области нижней части 43 ротора для того, чтобы начать процесс промывки и обогащения потока кристаллов сахара, подаваемого в верхнюю часть 44 ротора.

Могут быть произведены различные изменения и модификации в вариантах исполнения, описанных и проиллюстрированных здесь, без отступления от объема настоящего изобретения, заявленного в формуле изобретения.

Реферат

Предложенное решение относится к центробежным устройствам, а также к роторам центробежных устройств и используется в производстве кристаллического сахара. Устройство содержит корпус центрифуги, ротор центрифуги, установленный с возможностью вращения в корпусе и приводимый посредством привода, впуск утфеля для подачи утфеля в ротор центрифуги, по меньшей мере один выпуск для мелассы и выпуск для сахара. При этом ротор центрифуги включает первую часть, предназначенную для отделения рециркулируемого утфеля первой кристаллизации от кристаллов сахара, и вторую часть, предназначенную для отделения промытых кристаллов сахара от остальной мелассы и сточной воды. Кроме этого по меньшей мере одна из частей ротора центрифуги содержит сетчатые средства, расположенные поверх по существу радиально проходящих сливных канавок, выполненных на внутренней поверхности частей ротора. Указанные сливные канавки имеют наклонные назад боковые стенки для образования зон низкого давления, обеспечивающих возможность более легкого вытеснения мелассы из кристаллов сахара под действием гравитационной силы. Данная конструкция устройства позволяет обеспечить эффективное отделение кристаллов сахара от утфеля при более низких гравитационных условиях. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула