RU2184783C1

RU2184783C1 - Apparatus for sulfitation of sugar house waste liquids

Info

Publication number: RU2184783C1
Application number: RU2001100321A
Authority: RU
Inventors: Владимир Борисович Выскребцов; Ю.И. Молотилин; В.О. Городецкий; В.В. Сыщиков
Original assignee: Северо-Кавказский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара; Владимир Борисович Выскребцов
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2002-07-10

Abstract

FIELD: sugar industry. SUBSTANCE: apparatus has sulfur burning furnace connected through pipeline to device for removing dust from sulfur dioxide and for afterburning of sulfur, and jet-type sulfiter having casing equipped with ejector. Mixing chamber of ejector has sulfited liquid supplying device and sulfur dioxide supplying branch pipe. Sulfited liquid supplying device has centrifugal-jet sprinkler. Device for removing dust from sulfur dioxide and for sulfur afterburning is made in the form of cyclone covered with heat-insulation. Sprinkler has cylindrical vortex chamber equipped with nozzle for liquid to be sulfited and with supplying branch pipe, which is connected thereto so that its longitudinal axis is offset with respect to chamber transverse axis. One part of branch pipe internal surface is positioned tangentially to internal surface of chamber and other part - radially thereto. Such construction provides for reliable operation of apparatus within wide range of flow rates of liquid to be sulfited, i.e., 50-120% of nominal flow rate, reduced consumption of sulfur by 20-25%. Apparatus is used for sulfiting liquids, such as juices, syrups and process water. EFFECT: increased efficiency in sulfiting liquids within mentioned flow rates and enhanced reliability in operation. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно к оборудованию для сульфитации жидкостей - соков, сиропов и воды для технологических нужд. The invention relates to the sugar industry, and in particular to equipment for the sulfation of liquids - juices, syrups and water for technological needs.

В процессе сульфитации образуются сульфит-ионы, которые ингибируют карбонильные группы образующегося инвертного сахара и продуктов его распада в соках и сиропах, препятствуя нарастанию их цветности при дальнейших операциях, а также снижают рН обрабатываемых жидкостей. In the process of sulfitation, sulfite ions are formed, which inhibit the carbonyl groups of the resulting invert sugar and its decomposition products in juices and syrups, preventing the growth of their color during further operations, and also reduce the pH of the processed liquids.

В сахарном производстве применяют сульфитацию жидкостей с целью обесцвечивания соков и сиропов, снижения показателя рН до оптимального, удаления избыточных солей кальция, снижения вязкости продуктов, а также в качестве антисептика для обработки воды. Оптимальные величины показателя рН в течение сезона переработки сахарной свеклы или сахара-сырца определяются в зависимости от принятой технологической схемы и свойств сырья. Оборудование для проведения сульфитации должно обеспечивать поглощение такого количества сернистого ангидрида, которое необходимо для достижения сульфитируемой жидкостью заданного оптимального значения рН. Sugar liquids are used in the sugar industry to discolor juices and syrups, lower the pH to the optimum, remove excess calcium salts, reduce the viscosity of products, and also as an antiseptic for water treatment. The optimal pH values during the processing season of sugar beets or raw sugar are determined depending on the adopted technological scheme and the properties of the raw materials. Equipment for carrying out sulfitation should ensure the absorption of such an amount of sulfur dioxide as is necessary for the sulfitated liquid to reach a predetermined optimal pH value.

Однако для работы сахарных заводов характерна существенная неритмичность технологических потоков. Например, относительные расходы (отношение действительного расхода к номинальному) сульфитируемых жидкостей могут изменяться в пределах от 50 до 120%, что особенно характерно для сульфитации сиропов. Такая неритмичность связана как с технико-технологическими факторами (сложность и многостадийность производственных процессов, переменное качество сырья), так и с организационными факторами (перебои в подаче сырья). However, the operation of sugar factories is characterized by a significant irregularity of technological flows. For example, the relative costs (the ratio of the actual flow rate to the nominal flow rate) of sulfitated liquids can vary from 50 to 120%, which is especially typical for sulfation of syrups. Such irregularity is associated both with technical and technological factors (complexity and multi-stage production processes, variable quality of raw materials), and with organizational factors (interruptions in the supply of raw materials).

Известна установка для сульфитации жидкостей сахарного производства, включающая печь для сжигания серы, связанное с ней трубопроводом средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы, и струйный сульфитатор, содержащий корпус, снабженный эжектором, камера смешивания которого снабжена средством подвода сульфитируемой жидкости и патрубком подвода сернистого газа. Средство для подвода сульфитируемой жидкости представляет собой патрубок, поперек которого установлен диск с отверстиями, через которые под давлением поступает жидкость и распыляется, создавая разрежение в камере смешивания, а средством для очистки сернистого газа от пыли и дожигания частиц серы служат гравитационная золоотделительная камера и охладитель. Заданное значение рН сульфитируемой жидкости поддерживается путем изменения степени открытия заслонки на трубопроводе подачи сернистого газа (Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. М.: Колос, 1998. - с.210-211). A known installation for sulfitation of liquids in sugar production, including a furnace for burning sulfur, a means associated with it for cleaning sulfur dioxide from dust and afterburning sulfur, and a jet sulfitator comprising a body equipped with an ejector, a mixing chamber of which is provided with means for supplying sulfitated liquid and a supply pipe sulfur dioxide. The means for supplying sulfitated liquid is a branch pipe, across which there is a disk with holes through which liquid flows under pressure and is sprayed, creating a vacuum in the mixing chamber, and the gravity ash separation chamber and cooler serve as a means for cleaning sulfur dioxide from dust and afterburning sulfur particles. The preset pH value of the sulfitated liquid is maintained by changing the degree of opening of the damper on the sulfur dioxide gas supply pipeline (Sapronov A.R. Sugar production technology. M .: Kolos, 1998. - p.210-211).

К недостаткам следует отнести то, что такая установка может обеспечивать высокую интенсивность массообменных процессов и соотношение расходов сульфитируемой жидкости и сернистого газа (коэффициент эжекции), необходимое для достижения оптимальной концентрации сульфит-ионов в жидкости, только при относительных расходах жидкости в диапазоне 80-100%. За пределами этого диапазона эффект сульфитации значительно снижается. The disadvantages include the fact that such an installation can provide a high intensity of mass transfer processes and the ratio of the flow rate of sulfitated liquid and sulfur dioxide (ejection coefficient), necessary to achieve the optimal concentration of sulfite ions in the liquid, only with relative flow rates in the range of 80-100% . Outside this range, the effect of sulfation is significantly reduced.

Так, при расходе жидкости ниже 80% от номинального коэффициент эжекции уменьшается, так как при истечении из отверстий диска струи уже не обладают скоростью и энергией, необходимой для образования мелкодисперсного факела распыла и заполнения всего сечения камеры смешивания. Вследствие уменьшения суммарной поверхности образующихся капель снижается растворимость сернистого газа, что приводит к паданию концентрации сульфит-ионов в жидкости ниже оптимального уровня. So, at a liquid flow rate below 80% of the nominal, the ejection coefficient decreases, since when the jets expire from the holes of the disk, the jets no longer have the speed and energy needed to form a finely dispersed spray jet and fill the entire cross section of the mixing chamber. Due to the decrease in the total surface of the droplets formed, the solubility of sulfur dioxide decreases, which leads to a decrease in the concentration of sulfite ions in the liquid below the optimal level.

При расходах жидкости больше номинального наблюдается перерасход сернистого газа и серы, растет коэффициент эжекции, что приводит к повышению концентрации сульфит-ионов выше оптимального. В этом случае используется заслонка на трубопроводе сернистого газа. Однако увеличение скорости газа приводит, с одной стороны, к увеличению уноса несгоревших частиц серы и пыли из сернистых печей, а с другой стороны, к снижению эффективности пылеулавливания в гравитационной золоотделительной камере. At liquid flow rates greater than the nominal, an overspending of sulfur dioxide and sulfur is observed, the ejection coefficient increases, which leads to an increase in the concentration of sulfite ions above the optimum. In this case, a damper is used in the sulfur dioxide pipeline. However, an increase in gas velocity leads, on the one hand, to an increase in the entrainment of unburned sulfur particles and dust from sulfur furnaces, and, on the other hand, to a decrease in the efficiency of dust collection in a gravitational ash separation chamber.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении надежности работы сульфитационной установки при изменениях расхода сульфитируемой жидкости в диапазоне 50-120% от номинального, в снижении расхода серы и повышении эффекта сульфитации при указанном диапазоне расхода жидкости. The technical result of the invention is to ensure the reliability of the sulphitic installation with changes in the flow rate of sulfitated liquid in the range of 50-120% of the nominal value, in reducing the consumption of sulfur and increasing the effect of sulfitation at the specified range of fluid flow rate.

Для достижения этого результата предложенная установка включает печь для сжигания серы, связанное с ней трубопроводом средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы, и струйный сульфитатор, содержащий корпус, снабженный эжектором, камера смешивания которого снабжена средством подвода сульфитируемой жидкости и патрубком подвода сернистого газа. Средство подвода сульфитируемой жидкости представляет собой центробежно-струйную форсунку, а средство для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы - циклон, корпус которого снабжен теплоизоляцией. Конструкция центробежно-струйной форсунки может быть различной. Как оптимальный вариант, предлагаемая форсунка содержит цилиндрическую камеру закручивания с соплом для распыла сульфитируемой жидкости. Камера закручивания снабжена подводящим патрубком, подключенным к ней таким образом, что его продольная ось смещена относительно поперечной оси камеры и часть внутренней поверхности этого патрубка расположена тангенциально относительно внутренней поверхности камеры, а часть ее - радиально к последней. To achieve this result, the proposed installation includes a furnace for burning sulfur, a pipe connected to it for cleaning sulfur dioxide from dust and afterburning sulfur, and a jet sulfitator comprising a body equipped with an ejector, a mixing chamber of which is provided with means for supplying sulfitated liquid and a pipe for supplying sulfur dioxide . The means for supplying sulfitated liquid is a centrifugal jet nozzle, and the means for cleaning sulfur dioxide from dust and afterburning sulfur is a cyclone, the casing of which is provided with thermal insulation. The design of the centrifugal jet nozzle may be different. As an optimal option, the proposed nozzle contains a cylindrical swirl chamber with a nozzle for spraying sulfitated liquid. The twisting chamber is equipped with a supply pipe connected to it in such a way that its longitudinal axis is offset relative to the transverse axis of the chamber and a part of the inner surface of this pipe is tangentially relative to the inner surface of the chamber, and part of it is radially to the latter.

Предлагаемая установка поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3. The proposed installation is illustrated by the drawings shown in figures 1-3.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид установки для сульфитации жидкостей сахарного производства; на фиг.2 - продольный разрез эжектора с центробежно-струйной форсункой; на фиг.3 - поперечный разрез по А-А фиг.2. In FIG. 1 schematically depicts a General view of the installation for sulfation of liquids in sugar production; figure 2 is a longitudinal section of an ejector with a centrifugal jet nozzle; figure 3 is a cross section along aa of figure 2.

Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства содержит печь для сжигания серы 1, связанный с ней трубопроводом 2 через патрубок 3 циклон 4, покрытый снаружи теплоизоляцией, содержащий цилиндрическую часть 5, коническую часть 6 и бункер 7 для сбора осевших частиц пыли. Установка также содержит струйный сульфитатор 8, состоящий из корпуса 9, соединенного через камеру смешивания 10 с эжектором 11, частью которого является средство подвода сульфитируемой жидкости 12 с патрубком 13. Камера смешивания 10 снабжена патрубком подвода сернистого газа 14, который расположен за пределами конуса распыла жидкости. Корпус 9 струйного сульфитатора 8 имеет отводящий патрубок 15 для сульфитированной жидкости и патрубок 16 для отвода отработанного газа в атмосферу. Эжектор 11 содержит средство для подвода сульфитируемой жидкости 12, которое представляет собой центробежно-струйную форсунку. The sugar production liquids sulfitation installation comprises a sulfur combustion furnace 1, connected to it by a pipe 2 through a pipe 3, a cyclone 4, which is insulated externally and contains a cylindrical part 5, a conical part 6 and a hopper 7 for collecting settled dust particles. The installation also contains a jet sulfitator 8, consisting of a housing 9 connected through a mixing chamber 10 with an ejector 11, part of which is a means for supplying sulfitated liquid 12 with a nozzle 13. The mixing chamber 10 is equipped with a nozzle for supplying sulfur dioxide 14, which is located outside the liquid spray cone . The housing 9 of the jet sulfitator 8 has a discharge pipe 15 for sulfitated liquid and a pipe 16 for exhaust gas to the atmosphere. The ejector 11 comprises means for supplying a sulfitated liquid 12, which is a centrifugal jet nozzle.

Могут быть использованы центробежные форсунки различной конструкции, дающие мелкодисперсный заполненный факел распыла, например, цельнофакельные форсунки (см. Головачевский Ю.А. Оросители и форсунки скрубберов химической промышленности. - М.: Машиностроение, 1974, с.240-242 или Пажи Д.Г., Галустов В. С. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: Химия, 1984, с.132-135). Оптимальным является использование центробежно-струйной форсунки, в которой цилиндрическая камера закручивания 17 и сопло 18 соосно присоединены к камере смешивания 10 (фиг.2 и 3). Камера закручивания 17 снабжена подводящим патрубком 13 для жидкости, подключенным к ней таким образом (см. фиг. 3), что его продольная ось смещена относительно продольной оси камеры закручивания и часть внутренней поверхности 19 этого патрубка расположена тангенциально относительно внутренней поверхности камеры, а другая, противоположная ей часть 20 - радиально к последней. Centrifugal nozzles of various designs can be used, giving a finely dispersed filled spray torch, for example, solid torch nozzles (see Golovachevsky Yu.A. Sprinklers and nozzles of scrubbers of the chemical industry. - M .: Mashinostroenie, 1974, p. 240-242 or Pazhi D. G., Galustov V. S. Fundamentals of the technique of spraying liquids. - M .: Chemistry, 1984, p.132-135). It is optimal to use a centrifugal jet nozzle in which a cylindrical swirl chamber 17 and a nozzle 18 are coaxially connected to the mixing chamber 10 (FIGS. 2 and 3). The swirl chamber 17 is equipped with a fluid inlet 13 connected to it in such a way (see Fig. 3) that its longitudinal axis is offset from the longitudinal axis of the swirl chamber and part of the inner surface 19 of this nozzle is tangentially relative to the inner surface of the chamber, and the other part 20 opposite to it - radially to the latter.

В зависимости от вязкости сульфитируемой жидкости соотношение диаметра сопла 18 к диаметру камеры закручивания 17, а также диаметру камеры смешивания 10, подобрано таким образом, что обеспечивает постоянный угол распыла жидкости и, следовательно, оптимальную величину коэффициента эжекции, не зависящую от переменного расхода сульфитируемой жидкости. Depending on the viscosity of the sulfitated liquid, the ratio of the diameter of the nozzle 18 to the diameter of the swirl chamber 17, as well as the diameter of the mixing chamber 10, is selected in such a way that provides a constant angle of spray of the liquid and, therefore, the optimal value of the ejection coefficient, independent of the variable flow rate of sulfitated liquid.

Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства работает следующим образом. Installation for sulfation of liquids in sugar production works as follows.

В печь 1, где сжигается сера, поступает воздух из атмосферы. В результате сгорания серы он обогащается сернистым ангидридом. По трубопроводу 2, покрытому теплоизоляционным материалом, сернистый газ через патрубок 3 тангенциально поступает в циклон 4, также покрытый теплоизоляцией. Вращаясь в цилиндрической части 5 и конической части 6 циклона, газ под действием центробежных сил освобождается от пыли и частиц серы, которые догорают благодаря сохранению высокой температуры газа (около 400^oС). Таким образом, циклон выполняет роль средства для очистки сернистого газа от пыли и дожигания серы. Очищенный сернистый газ под действием разрежения поступает в камеру смешивания 10 через патрубок 14.In furnace 1, where sulfur is burned, air enters from the atmosphere. As a result of the combustion of sulfur, it is enriched with sulfur dioxide. Through the pipeline 2, covered with a heat-insulating material, sulfur dioxide through the pipe 3 tangentially enters the cyclone 4, also covered with thermal insulation. Rotating in the cylindrical part 5 and the conical part 6 of the cyclone, the gas under the action of centrifugal forces is freed from dust and sulfur particles, which burn out due to the high temperature of the gas (about 400 ^o C). Thus, the cyclone acts as a means for purifying sulfur dioxide from dust and afterburning sulfur. Purified sulfur dioxide gas under the influence of rarefaction enters the mixing chamber 10 through the pipe 14.

Жидкость, подлежащая сульфитации, насосом подается через патрубок 13 в камеру закручивания 17 центробежно-струйной форсунки. Часть жидкости поступает тангенциально вдоль внутренней поверхности 19 этого патрубка и приобретает максимальный момент вращения относительно оси камеры закручивания, а часть жидкости, поступающая в камеру радиально, - вдоль внутренней поверхности 20 - имеет нулевой момент вращения и движется в центральной части камеры прямолинейно вдоль ее оси. В результате взаимодействия закрученного и осевого потоков на выходе из сопла 18 формируется заполненный конус распыла жидкости по всему сечению камеры смешивания 10. Струя распыленной жидкости, взаимодействуя с газовой фазой, передает ей кинетическую энергию. В результате интенсивного тепло- и массообмена сернистый газ практически мгновенно охлаждается до температуры жидкости и поглощается ею с образованием сульфит-ионов. В камере смешивания 10 образуется разрежение, которое обеспечивает поступление сернистого газа из печи 1 через циклон 4. The liquid to be sulfitated is pumped through the nozzle 13 into the swirl chamber 17 of the centrifugal jet nozzle. Part of the fluid flows tangentially along the inner surface 19 of this pipe and acquires the maximum torque relative to the axis of the swirling chamber, and part of the fluid flowing into the chamber radially along the inner surface 20 has zero rotation moment and moves in the central part of the chamber in a straight line along its axis. As a result of the interaction of the swirling and axial flows at the exit from the nozzle 18, a filled liquid spray cone is formed over the entire cross section of the mixing chamber 10. The jet of atomized liquid, interacting with the gas phase, transfers kinetic energy to it. As a result of intense heat and mass transfer, sulfur dioxide is almost instantly cooled to the temperature of the liquid and is absorbed by it with the formation of sulfite ions. In the mixing chamber 10, a vacuum is formed, which ensures the flow of sulfur dioxide from the furnace 1 through the cyclone 4.

Полученная газожидкостная смесь тангенциально поступает в корпус 9 жидкостно-струйного сульфитатора 8, где под действием центробежных сил смесь разделяется на жидкую и газовую фазы. Сульфитированная жидкость по патрубку 15 подается на следующие стадии обработки, а отработанный газ, практически не содержащий сернистого ангидрида, удаляется через патрубок 16 в атмосферу. The resulting gas-liquid mixture tangentially enters the housing 9 of the liquid-jet sulfitator 8, where, under the action of centrifugal forces, the mixture is divided into liquid and gas phases. Sulfonated liquid through the pipe 15 is supplied to the following processing stages, and the exhaust gas, practically free of sulfur dioxide, is removed through the pipe 16 into the atmosphere.

Если в известной сульфитационной установке эффективность пылеулавливания в гравитационной золоотделительной камере обратно пропорциональна скорости газа, проходящего через нее, то в предлагаемой установке для пылеулавливания используют циклон, принцип действия которого основан на прямой зависимости гидравлического сопротивления от скорости проходящего через него газа, и, следовательно, эффективность пылеулавливания остается высокой даже при увеличении скорости газа. If in a known sulphitational installation, the efficiency of dust collection in a gravity ash separation chamber is inversely proportional to the speed of the gas passing through it, then the proposed installation for dust collection uses a cyclone, the principle of which is based on the direct dependence of hydraulic resistance on the speed of gas passing through it, and, therefore, the efficiency dust collection remains high even with increasing gas velocity.

Кроме функций пылеосадителя и дожигателя серы циклон выполняет также роль регулятора расхода сернистого газа, поддерживая постоянный коэффициент эжекции и оптимальную концентрацию сульфит-ионов в широком диапазоне изменения расхода жидкости. При низких расходах жидкости, когда мало разрежение, создаваемое эжектором, и, следовательно, малы расход и скорость газа, гидравлическое сопротивление циклона тоже незначительно, так как находится в прямой зависимости от скорости газа. При относительных расходах жидкости 100% и более вследствие роста скорости жидкости растет и разрежение в камере смешивания, увеличиваются расход сернистого газа и его скорость. Однако при этом повышается гидравлическое сопротивление циклона, которое ограничивает избыточный расход газа, поддерживая постоянным коэффициент эжекции и высокий эффект сульфитации. Поэтому в сульфитационной установке, снабженной циклоном для очистки газа, отпадает необходимость в механическом регуляторе расхода сернистого газа. In addition to the functions of a dust separator and a sulfur afterburner, the cyclone also acts as a regulator of the flow of sulfur dioxide, maintaining a constant ejection coefficient and an optimal concentration of sulfite ions in a wide range of fluid flow rate changes. At low liquid flow rates, when the vacuum created by the ejector is small and, therefore, the gas flow rate and velocity are small, the hydraulic resistance of the cyclone is also insignificant, since it is directly dependent on the gas velocity. At relative liquid flow rates of 100% or more, due to an increase in the fluid velocity, the vacuum in the mixing chamber also increases, and the flow rate of sulfur dioxide increases. However, this increases the hydraulic resistance of the cyclone, which limits the excess gas flow, while maintaining a constant ejection coefficient and a high effect of sulfitation. Therefore, in a sulphitic installation equipped with a cyclone for gas purification, there is no need for a mechanical regulator of the flow of sulfur dioxide.

Использование данной установки для сульфитации жидкостей сахарного производства позволяет повысить надежность работы всей установки при изменении расхода сульфитированной жидкости в более широком диапазоне 50-120% от номинального, снизить расход технической серы на 20-25% и повысить эффект сульфитации при указанном диапазоне расхода жидкости. The use of this unit for the sulfation of liquids in sugar production makes it possible to increase the reliability of the entire installation when the flow rate of sulfitated liquid changes over a wider range of 50-120% of the nominal, reduce the consumption of technical sulfur by 20-25% and increase the effect of sulfitation at the specified range of liquid flow rate.

Предлагаемая установка применима в сахарном производстве для сульфитации соков, сиропов с клеровкой и воды на диффузию при переработке сахарной свеклы и сахара-сырца. The proposed installation is applicable in the sugar industry for the sulfation of juices, syrups with klerovka and water for diffusion in the processing of sugar beets and raw sugar.

Claims

1. Installation for sulfitation of liquids in sugar production, including a furnace for burning sulfur, a means for cleaning sulfur dioxide from dust and afterburning sulfur, and a jet sulfitator comprising a body equipped with an ejector, the mixing chamber of which is equipped with a means for supplying sulfitated liquid and a nozzle supply of sulfur dioxide, characterized in that the means for supplying sulfitated liquid is a centrifugal jet nozzle, and a means for cleaning sulfur dioxide from dust and afterburning sulfur - a cyclone, the body of which is provided with thermal insulation.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the centrifugal jet nozzle comprises a cylindrical swirl chamber with a nozzle for sulfitated liquid, equipped with a supply pipe connected to it in such a way that its longitudinal axis is offset relative to the transverse axis of the chamber, and part of the inner surface this pipe is located tangentially relative to the inner surface of the chamber, and part of it is radially to the latter.