Общий вид колонного диффузионного аппарата КДА-25-59М представлен на рис. 6.2.
Внутри корпуса аппарата к верхней опоре 25 подвешен вал 15, по высоте которого расположены лопасти 16. На внутренней поверхности корпуса смонтированы контрлопасти 12. Лопасти и контрлопасти корпуса установлены в разных плоскостях таким образом, чтобы они не мешаои лруг другу при вращении вала. В двух верхних рядах на внутренней поверхности корпуса расположено по пять контрлопастей.
Лопасти и контрлопасти разрыхляют стружку и помогают перемещению стружки снизу вверх.
6.2. Колонный диффузионный аппарат КДА-25-59М:
1 – сегментные сниматели жома; 2 – окна; 3 – выгрузные лопасти; 4 – лестница; 5 – сетчатые контролопасти; 6 – шипы; - 7 – центрирующий валик; 8 – кольцевая труба; 9 – труба для подвода свеклостружечной смеси; 10 – каркас; 11 – патрубок отвода сока из контрлопастей; 12 – контрлопасти; 13 – горизонтальное сито; 14 – распределитель стружки; 15 – лопастной вал; 16 – лопасти; 17 – контрлопасти для подвода воды; 18 – опора; 19 –царга корпуса; 20 – корпус; 21 – крепление контролопастей; 22 – площадка; 23 – привод скребкового транспортера; 24 – скребковый транспортер; 25 – верхняя опора; 26 – цилиндрические шестерни; 27 – маслоносная установка; 28, 29 – червячные редукторы; 30 – редуктор; 31 – клиноременная передача; 32 - электродвигатель
Нижняя часть аппарата оборудована устройством для отвода диффузионного сока. Она состоит из горизонтального щелеобразного сита 13, дополнительной фильтрующей поверхности, расположенной в десяти контрлопастях 5-го и 1-го нижних рядов и двух вращающихся ситоочистительных лопастей. Площадь щелеобразного сита 13 составляет 14,4 м2, площадь дополнительной фильтрующей поверхности – 9,3 м2, площадь ситоочистительных лопастей - 3,5 м2, общая площадь сит – 27,2 м2.
Лопастной вал сопряжен с нижним коротким валом при помощи центрирующего валика 7 и четырех шипов 6. На нижнем валу расположены две вращающиеся ситоочистительные лопасти и распределитель стружки 14. Ошпаренная стружка с соком поступает от насоса по трубе 9 в распределитель и равномерно располагается на поверхности горизонтального сита.
Для удаления жома из аппарата в верхней его части имеется специальное выгрузное устройство. Оно состоит из выгрузных лопастей 3, укрепленных на лопастном валу, пяти окон 2 для выхода жома, вырезанных в верхней царге, и пяти сегментных снимателей 1, расположенных у каждого окна. Ниже окон в желобе установлен ротационный скребковый транспорт ер 24 для удаления жома. Транспортер приводится в движение от привода 23.
Лопастной вал вращается т электродвигателя 32 постоянного тока мощностью 70 кВт через клиноременную передачу 31, редуктор 30, сдвоенные червячные редукторы 28 и 29 и цилиндрическую пару шестерен 26. Частота вращения лопастного вала изменяется в пределах 0,199…0,596 мин-1.
Привод с регулируемой частотой вращения представлен на рис. 6.3. Устанавливают два, четыре или шесть индивидуальных редукторов 2 с регулируемой частотой вращения. Это позволяет равномерно передавать усилие на ведомую шестерню лопастного вала в нескольких точках, что значительно уменьшает размеры ведомой шестерни и улучшает условия ремонта и эксплуатации привода.
Рис. 6.3. Привод с индивидуальными мотор-редукторами:
1 - электродвигатель; 2 – редуктор; 3, 4 – ведущая и ведомая шестерни
Аппарат работает следующим образом. Ошпаренная свекловичная стружка подается насосом в нижнюю часть аппарата. Напор насоса и подъёмная сила распределителя и лопастей транспортирующего устройства поднимают стружку в колонне. Жом из аппарата удаляется при помощи скребкового транспортера 24 (см. рис. 6.2).
В верхнюю часть колонны поступает экстрагирующая жидкость (жомопрессовая и свежая вода) с расходом около 100% к массе свеклы. Жидкость перемещается в межстружечном пространстве аппарата, насыщается сахаром и удаляется из него в виде диффузионного сока.
В диффузионный аппарат поступает сокостружечная смесь из ошпаривателя с расходом около 405%, аммиачная вода с расходом 60% и жомопрессовая вода с расходом 40% к массе свеклы. В среднем жом, удаляемый из аппарата, составляет 80% к масса свеклы. Следовательно, из аппарата отбирается 425% диффузионного сока по отношению к масса перерабатываемой свеклы. Из этого количества сока около 325…360% находится в циркуляционном контуре установки и используется для подогрева свекловичной стружки. Схема потоков в установке КДА представлена на рис. 6.4.
Рис. 6.4. схема потоков в установке КДА:
1 – диффузионный аппарат; 2, 4 – подогреватели; 3 – ошпариватели; 5, 6 , 7- насосы; 8 – мезголовушка
После подогревателя 2 поток сока разделяется. Одна его часть с расходом 290% к массе свеклы поступает в концевую часть ошпаривателя 3, а вторая часть с расходом около 135% смешивается с соком, выходящим изи аппарата, с расходом 360% массы свеклы и температурой 69°С. Средняя температура сока после смешивания 71,5°С. Одна часть этого сока с расходом 135% к массе свеклы направляется в шахту ошпаривателя 3, а другая с расходом 360% массы свеклы – в подогреватель 4, где подогревается до 78°С и поступает в нижнюю часть ошпаривателя.
Часть сока, поступившего в ошпариватель, равная количеству сока, отбираемому в производство, проходит через слой стружки, нагревает ее до 47°С и охлажденная до этой же температуры отделяется через сито в левой части ошпаривателя. Далее она насосом 6 направляется в производство.
В противоточных диффузионных аппаратах непрерывного действия необходимо соблюдать определенную дозировку поступающей стружки, следить за равномерной подачей экстрагента и отбором диффузионного сока, а также соблюдать определенный температурный режим. Все эти параметры аппарата поддерживаются при помощи приборов автоматического контроля.
В нижней части колонного аппарата КДА-25-59М с ситами и распределителем стружки (рис. 6.5) находится днище, имеющее верхний 1 и нижний 2 конусы, верхнюю 3 и нижнюю 4 опоры полого вала 5, две вращающиеся ситчатые лопасти 6, распределитель стружки 7 и горизонтально сито. Горизонтально сито составлено из отдельных секций 8.
Рис. 6.5. Нижняя часть установки КДА-25-59М:
1, 2 – верхний и нижний корпуса днища; 3, 4 – верхняя и нижняя опоры; 5 – полый вал; 6 – ситчатые лопасти; 7 – распределитель стружки; 8 – секции горизонтального сита
Вращающаяся ситчатая лопасть (рис. 6.6) состоит из каркаса 1, сваренного из листов, ребер жестокости 2 и 4, ножей 5, установленных в основании 3, ситчатой поверхности 6 и пластины 7, при помощи которой вращающееся сито крепится к лопастному валу 8 диффузионного аппарата. Сок отводится через отверстие 9.
Фильтрующие сита изготовлены из пластин листовой стали толщиной 8 мм, в которых имеются конические отверстия; меньший диаметр отверстий равен 3мм, больший – 4,5мм. Живое сечение сит составляет 21,3%, общая площадь двух вращающихся лопастей 3,5 м.
Рис. 6.6. Вращающаяся ситчатая лопасть:
1 – каркас; 2, 4 – ребра жестокости; 3 – основание; 5 – ножи; 6 – ситчатая поверхность; 7 – пластины; 8- лопастной вал; 9 – отверстие
Сита на каркасе устанавливают таким образом, чтобы в отверстия с меньшим диаметром входил сок. Образующая отверстий составляет с их осью угол, тангенс которого больше коэффициента трения пульпы о внутреннюю поверхность отверстий сит. Благодаря этому сита саморегенерируются. Если в процессе работы отверстия сит на входе забиваются кусочками стружки, то при вращении они очищаются в результате трения поверхности сит о слой стружки.
В передней части каркаса вращающейся ситчатой лопасти установлены латунные ножи 5, предназначенные для очистки горизонтального сита.
Горизонтальное неподвижное сито (рис. 6.7) состоит из отдельных секций. Секция имеет рамку 1, в пазы 2 которой вкладывают и приваривают стержни сита 3. Прежде чем уложить и приварить стержни, на них навивают проволоку 4 трапецеидального сечения. Изготовленное таким образом сито имеет щели, расширяющиеся по ходу движения сока. В начале ширина щели составляет 1,9 мм, на выходе сока – 2,8 мм. Живое сечение сита равно 33%. Для жестокости сита под его стержнями устанавливают ребра 5. Их приваривают к передней и задней стенкам каркаса и к виткам проволоки на стержнях прерывистым швом. Стержни и проволоку сит изготавливают и из нержавеющей стали марки IXI8H9T. Рамку сита и ребра изготавливают из углеродистой стали Ст.3.
Чтобы при чистке сит ножи ситчатых лопастей не цеплялись за торцы проволоки отдельных секций сита, проволоку приваривают к боковым стенкам рамы. Для этого стенки имеют необходимую фаску. После сварки концы проволоки тщательно зачищают.
Ребра 5 рамки в нижней части имеют пазы для установки секций сита на каркасе нижней части аппарата.
После сборки и сварки секции сита раму необходимо править и обрабатывать. Все пазы для установки секции сита изготовляют после сварки и обработки рамы. Вследствие большого количества сока, рециркулирующего в аппарате и выполняющего роль теплоносителя, ситовые пояса аппарата работают с большой нагрузкой. Уменьшить нагрузку на ситовые пояса можно устройством дополнительной поверхности фильтрования в нижней части колонны, совершенствованием конструкции ножа для очистки горизонтального сита и некоторыми другими мероприятиями.
1 – рамка; 2 – пазы; 3 – стержни сита; 4 – проволока; 5 – ребра
Наиболее эффективный прием – создание постоянного слоя соконстружечной смеси над горизонтальным ситом высотой 1 м, который образуется при помощи сифонного устройства для отбора сока.
Распределитель стружки предназначен для равномерного раскладывания свекловичной стружки на горизонтальном сите при поступлении ее из насоса в аппарат и для очистки сита при помощи специальных очистителей – ножей.
Корпус 8 распределителя стружки (рис. 6.8) сварен из пластин листовой стали толщиной 25 мм. Во избежание коррозии и эрозии в процессе работы верхняя часть корпуса покрыта латунным листом 7 толщиной 5мм.
В передней части распределителя установлен нож 6 для очистки горизонтального сита. Он состоит из отдельных пластин 1, устанавливаемых в держателях 11, которые могут свободно перемещаться в вертикальной плоскости в гнездах 10, что предотвращает порчу сита и ножей в случае попадания твердых частиц или задевания пластин ножа о сито. Пластины ножей и гнезда держателей изготавливают из бронзы.
На выходной части распределителя на шарнирах 3 установлен клапан 5. Для ограничения его открывания предусмотрены полосы 4.
Клапан закрывается и не позволяет сокостружечной смеси поступать обратно в насос в случае его остановки.
Рси. 6.8. Распределитель свекловичной стружки:
1, 2 – пластины; 3 – шарнир; 4 – полоса; 5 – клапан; 6 – нож; 7 – латунный лист; 8 – корпус; 9 – боковая пластина; 10 – гнездо; 11 - держатель
Распределитель прикреплен к лопастному валу аппарата (рис. 6.9) при помощи пластины 2. Диаметр полого вала 1 лопастного устройства равен 1/3 диаметра корпуса аппарата. Благодаря этому уменьшается разница между окружными скоростями на конце лопасти и у наружной поверхности вала, что обеспечивает более равномерное перемещение свекловичной стружки по сечению аппарата. Лопастной вал, или вал с лопастями, состоит из отдельных пластин 2, соединенных при помощи фланцев 3 и болтов 4. Герметичность вала обеспечивается прокладками 5. Для увеличения жестокости вала в каждой секции установлены распорки.
На валу установлены лопасти 6, как показано на его развертке. Наклон лопастей к горизонтальной плоскости равен 20°. Для увеличения жесткости лопасть снабжена ребрами 8 и 9. Лопастной вал в верхней части имеет цапфу 11, при помощи которой он устанавливается в опорно-подвесной головке аппарата. В нижней части при помощи гнезда 7 вал соединяется с центрирующим полым валом. Для его монтажа предусмотрены скобы 10.
В транспортных системах колонных диффузных аппаратов форма поперечного сечения лопастей предельно упрощена. Площадь лопастей по длине постоянна. Кроме того, лопасти размещены с постоянным шагом по высоте вала и с постоянным углом наклона.
Рис. 6.9. Лопастное транспортирующее устройство:
1 – полый вал; 2 – пластина; 3 – фланцы; 4 – болты; 5 – прокладки; 6 – лопасти; 7 – гнездо; 8, 9 – ребра; 10 – скобы; 11 – шапфа.
Рис. 6.10. форма модернизированной лопасти:
а – контуры лопасти; б – поперечное сечение
Из-за постоянной площади сечения лопастей по длине и неизменного расположения их центра тяжести при перегрузке лопасть прогибается и зацепляется за контрлопасть, что приводит к поломкам транспортной системы. Для поддержания неразрывности и однородности ръпотока твердой фазы, создания повышенной прочности, надежности и уменьшения металлоемкости лопасти изготовляют с переменной площадью сечения по длине (рис. 6.10).
Удаление жома из аппарата КДА кольцевым цепным транспортером ненадежно в эксплуатации, его монтаж и ремонт сложны.
Рис. 6.11. Усовершенствованное устройство для удаления жома из установок КДА:
1 – бункер; 2 – желоба прямоугольного сечения; 3 – желоба круглого сечения; 4 – общий желоб
На рис. 6.11 представлено усовершенствованное устройство для удаления жома из аппарата.
У выгрузных окон аппарата для удаления жома устроены небольшие бункера 1, переходящие в желоба 2 прямоугольного сечения с размерами 620х620мм и желоба круглого сечения 3 диаметром 500мм, которые затем объединяются один общий желоб 4. Модернизированная система работает надежно и уменьшает затраты на обслуживание и ремонт.
К основным узлам колонных аппаратов типа КДА относится выносной ошпариватель.
Рис. 6.12. Ошпариватель для установок типа КДА
1 – червичная передача; 2 – цилиндрический корпус; 3 – шахта; 4 – шнек; 5 – пеногаситель; 6 – сита; 7, 12 – труба; 8 – вал; 9 – мешалка; 10 – привод; 11 – смесительная камера; 13 – штуцеры; 14 – боковое сито
Ошпариватель (6.12) представляет собой горизонтальный цилиндрический корпус 2, на котором установлена шахта 3 переменного прямоугольного сечения. В шахту подается свекловичная стружка для предварительного подогрева. Она поступает в сок, находящийся на определенном уровне в шахте, и это предотвращает попадание воздуха со стружкой в ошпариватель.
В корпусе вращается шнек 4, перемещающий стружку из шахты к смесительной камере 11. При перемещении стружки она омывается поперечным током через слой стружки, отделяется через верхние сита 6. Мешалка 9 предназначена для окончательного смешивания стружки и сока, которые по трубе 12 отводятся в колонный аппарат. Через боковое сито 14 сок отбирается в производство.
Пена и воздух из ошпривателя по трубе 7 поступают в пеногаситель 5, где пена гасится паром.
Шнек ошпаривателя вращается с переменной частотой 0,55…0,9 мин-1 и приводится во вращение от электродвигателя мощность 21 кВт через червячную передачу 1. Мешалка 9 насажена на вал 8 и вращается от привода 10.
Ошпариватель типа КД не обеспечивает полную и быструю денатурацию белков протоплазмы свекловичной стружки и необходимую степень извлечения сахара из нее. Объясняется это тем, что в нем не союлюдается принцип противотока свекловичной стружки и диффузионного сока, а осуществляется перемешивание фаз.
Разработан ошпариватель противоточного типа А2-ПОБ-30 (рис. 6.13), в котором устранены вышеуказанные недостатки. Он состоит из корпуса 1, в котором установлены два вращающихся шнека 2, перегородки 3 и мешалки 4. Для подачи стружки предусмотрен бункер 9, а для подвода и отвода диффузионного сока и удаления сокостружечной смеси – соответствующие коммуникации. Принцип действия ошпаривателя такой же, как и у ошпаривателя КДА.
Из колонного аппарата отбирается около 425% диффузиооного сока с учетом циркуляционного сока, идущего на плазмолиз свекловичной стружки, поэтому ситовой пояс, расположенный в нижней части аппарата, имеет сложное устройство.
Рис. 6.13. Ошпариватель типа А2-ПОБ-30:
1 – корпус; 2 – шнеки; 3 – перегородка; 4 – мешалка; 5, 6, 7 – трубопроводы; 8 – привод; 9 - бункер
Техническая характеристика ошпаривателей
| А2-ПОБ-30 | КДА | |
| Производительность по свекле, т/сут | 3130 | 2544 |
| Отбор диффузионного сока, % | 120 | 130 |
| Сахаристость свекловичной стружки, % | 16,6 | 16,74 |
| Потери сахара в жоме, % | 0,185 | 0,424 |
| Продолжительность пребывания свекловичной стружки в ошпаривателе, мин | 23 | 18 |
| Потребляемая мощность для привода, кВт | 11,2 | 7 |
Кроме аппаратов типа КДА в отечественной сахарной промышленности работают аппараты БМА фирм «Брауншвейгише Машиненбауанштальт» и «Буккау - Вольф» (ФРГ).
Принцип действия аппаратов БМА не отличается от принципа действия отечественных аппаратов типа КДА, однако они имеют некоторые конструктивные различия.
Для ошпаривания стружки, поступающей в аппарат, установлены два ошпаривателя – предошпариватель и ошпариватель. Жом из аппарата удаляется при помощи двух параллельно расположенных шнеков с индивидуальными приводами. Лопастной вал имеет опору в нижней части, а его верхняя часть установлена в управляющем подшипнике. Сок из аппарата отбирается через горизонтальные и боковые сита, установленные в нижней царге. Суточная производительность аппарата составляет 1…4 тыс. т свеклы в сутки при диаметре колонн 3300…6300 мм.
Диффузионные аппараты фирмы «Буккау - Вольф» отличаются от описанных выше более обтекаемой формой лопастей и расположением контрлап на внутренней поверхности колонны. Производительность аппаратов 1,5; 2,0; 2,5; и 5,0 тыс. т свеклы в сутки при диаметре колонн 4000…6000 мм.
Технические характеристики диффузионных аппаратов представлены в табл. 6.1.
6.1. Технические характеристики диффузионных аппаратов
| Производительность по свекле, т/сут | 1500 | 2500 | 3000 |
| Насыпная плотность свекловичной стружки, кг/м2 | 600…700 | 600…700 | 650…700 |
| Полезный объем аппарата, м1 | 93 | 211 | 208 |
| Высота активной зоны аппарата, мм | 16590 | 13390 | 13320 |
| Внутренний диаметр, мм | 3980 | 5000 | 5000 |
| Площадь фильтрующих сит, м2 (общая) | - | 27,2 | 24,2 |
| Частота вращения лопастного вала, мин-1 |
0,3…0,7 |
0,199…0,596 | 0,2…0,6 |
| Наружный диаметр лопастного вала, мм | 1800 | 2000 | 2000 |
| Привод лопастного вала | АД2 8/4 | ПН-100 | - |
| Мощность электродвигателя, кВт | 40/55 | 70 | |
| Габаритные размеры, мм: | |||
| высота |
16950 |
21097 |
20000 |
| длина | - |
8320 |
8600 |
| ширина | - | 7068 | 5500 |
| Масса аппарата, кг: | |||
| в рабочем состоянии |
187000 |
421800 |
410000 |
| сухого | 94207 | 193451 | 202000 |
Одноколонные диффузионные аппараты имеют небольшую металлоемкость и у них более полно по сравнению м аппаратами других типов используется активный объем. Сравнительно большая нагрузка свекловичной стружки на единицу объема аппарата ухудшает ее перемешивание по высоте колонны.
Развитая площадь ситового пояса, особенно у аппаратов типа КДА, позволяет обессахарить стружку плохого качества и стружку, полученную из долголежащей и подпорченной свеклы. Аппараты занимают небольшую производительную площадь.
При нормальных отбора диффузионного сока и использовании жомопрессовых вод содержание сахара в жоме составляет 0,3…0,4% массы свеклы. Внутренние части аппарата мало подвергаются коррозии.
К недостаткам одноколонных аппаратов относятся: необходимость предварительного ошпаривания свекловичной стружки, которое требует установки сложных ошпаривателей, занимающих дополнительную производственную площадь; применение ошпаривателей со сложными перемешивающими устройствами и центробежных насосов приводит к значительному измельчению свекловичной стружки. Это не позволяет обессахарить тонкую свекловичную стружку; обессахаривание в аппаратах стружки длиной 10…15 мм в 100 г приводит к увеличению времени экстрагирования, а последнее ухудшает технологические качества диффузного сока.