Будова і принцип дії горизонтальної мішалки-кристалізатора

Для прийому I і II утфеля застосовується утфелезмішувалка РОЗУМ-1, показана на мал. 3. У її ночвоподібному сталевому корпусі 9 в підшипниках ковзання 3 з частотою 0,011 с-1 (0,65 об/хв) обертається вал 4 із спіральними встановленими на нім лопатями 6 і витками 5 із сталевої стрічки, що доходять майже до напівциліндрового днища мішалки. Привід мішалки здійснюється від електродвигуна 11 потужністю 4 кВт через редуктор 1 і передачу, що складається з черв'яка 12 і черв'ячного колеса 2.

Утфель подається через верх мішалки, стрічковим витком переміщається уздовж мішалки і виходить через отвір, що закривається шибером 8 з ручним приводом 7.

 

Мал. 3. Утфелезмішувалка РОЗУМ-1

При аварійній зупинці електродвигуна, для того, щоб маса утфеля не застигла і кристали цукру не осіли на дно мішалки, що приведе до поломки приводу у момент пуску електродвигуна, вал мішалки провертається ручним механізмом 10, який складається з храпового колеса і рукоятки. За допомогою цього механізму вал із стрічковим витком провертають уручну до повного вивантаження утфеля з мішалки або до пуску електродвигуна.

Корисна місткість мішалки 30 м3, маса 7 т. Випускається утфелезмішувалка для заводів великої потужності; вона має повну місткість 65 м3, корисну місткість 59 м3, довжину 9600 мм, ширину 3610 ним, висоту 3520 мм, частоту обертання валу 0,011 с-1 (0,65 об/хв), електродвигун потужністю 7,5 кВт, масу 17,24 т.

Приймальня утфелезмішувалка УІІІС-35 для III утфеля принципово не відрізняється від мішалки РОЗУМ-1, але нижче останньою (з метою зменшення загальної висоти установки «вакуум-апарати – приймальна мішалка – кристалізатори – центрифуги») і тому ширше. У зв'язку з більшою шириною в ній обертаються два паралельно розташованих в горизонтальній площині лопатевих валу.

Утфелезмішувалка УІІІС-35 має повну місткість 35 м3, корисну місткість 31 м3, частоту обертання валів 0,011 с-1 (0,65 об/хв), електродвигун потужністю 4 кВт, довжину 12500 мм, ширину 3680 мм, висоту 1740 мм. Маса 8,85 т. Випускається для заводів великої потужності утфелезмішувалка ПУМ-65, яка має повну місткість 65 м3, корисну місткість 59 м3, частоту обертання валів 0,011 с-1 (0,65 об/хв), електродвигун потужністю 22 кВт, довжину 24510 мм, ширину 2915 мм, висоту 1750 мм, масу 19,34 т.

Зварений у вакуум-апаратах III утфель піддається додатковій кристалізації охолоджуванням в спеціальних апаратах – кристалізаторах. При охолоджуванні утфеля підвищується коефіцієнт пересичення міжкристального розчину утфеля, внаслідок чого цукор з цього розчину викристалізовується на кристали цукру, що вже існують в утфелі.

Для проведення процесу додаткової кристалізації застосовується установка з чотирьох кристалізаторів, схема якої показана на мал. 4.

Мал. 4. Апаратурно-технологічна схема кристалізаційної установки III утфеля

 

Утфель з температурою 76-78 °С з вакуум-апаратів, що періодично діють, спускається в приймальну мішалку /, з якої безперервно поступає в перший кристалізатор 2. З протилежного кінця цього апарату утфель по перехідному жолобу перетікає в початок другого кристалізатора 3, з кінця цього апарату – в початок третього кристалізатора 4. Вода для охолоджування з початковою температурою 20 °С поступає в порожнистий вал третього кристалізатора 4 з кінця, протилежного входу утфеля. З іншого кінця вона виходить і поступає в другий кристалізатор, також в кінець, протилежний входу утфеля в цей апарат. Потім вода таким же чином проходить перший кристалізатор. Таким чином противоточного потоку утфеля, проходячи через кристалізатори, вода поступово охолоджує утфель від температури 70 °С (на початку першого кристалізатора) до 35 °С (в кінці третього кристалізатора), а сама нагрівається від температури 20 °С (на вході в третій кристалізатор) до 45 °С (на виході з першого кристалізатора).

З першого кристалізатора вода поступає в збірку 9, з якого вона насосом 8 подається в теплообмінник 7, де відбувається її охолоджування холодною водою. Після теплообмінника охолоджена циркулююча вода знов поступає в кінець третього кристалізатора.

Для того, щоб декілька знизити в'язкість утфеля перед центрифугуванням, він підігрівається до температури 40-45 °С. Для цього, з третього кристалізатора 4 він перетікає в четвертий кристалізатор 5, в теплообмінну поверхню якого подається гаряча вода (температурою 75 °С). Підігрітий утфель з цього кристалізатора поступає в розподільник 6, а з нього – на центрифуги. Розгойдування утфеля в кристалізаторах проводиться конденсатом із спеціальних мірників.

Існує декілька конструкцій кристалізаторів з штучним охолоджуванням, що відрізняються в основному пристроєм метальних механізмів і поверхонь теплообміну. До них відносяться кристалізатори з нерухомою поверхнею теплообміну у вигляді вертикальних трубчастих змійовиків і стрічковою мішалкою, з циліндровою і дисковою поверхнями теплообміну.

У вітчизняній промисловості найбільш поширений кристалізатор ПМК-30 (мал. 5) з дисковою поверхнею теплообміну.

 

Мал. 5. Кристалізатор ПМК-30

 

Цей кристалізатор має теплообмінну поверхню, що обертається, у вигляді тонких дисків. Завдяки цьому утфель чинить лише незначний опір поверхні теплообміну, а кристалізатор володіє великим коефіцієнтом теплопередачі. Зниження температури утфеля в такому кристалізаторі відбувається поступово, що перешкоджає утворенню нових дрібних кристалів цукру («мука»), і відбувається лише зростання вже наявних кристалів. Укріплені на дисках лопаті перемішують утфель, перешкоджаючи осіданню кристалів на дно кристалізатора.

Кристалізатор складається з горизонтального ночвоподібного корпусу 14, в якому в передньому 2 і задньому 8 підшипниках з частотою 0,011 с-1 (0,65 об/хв) обертається порожнистий вал 16, на кінцях якого усередині встановлені глушки 4 і 11. На валу укріплено дві перемішуючі лопаті 17 і 6 і дванадцять елементів теплообміну (дисків) 15 загальною площею поверхні 52 м2. Вхід і вихід води з дисків проводиться через ніппелі. На дисках встановлені перемішуючі лопаті 13. Диски сполучені між собою зовнішніми перехідними трубками 12 так, що вода проходить через них послідовно. Диски мають секторні вирізи і встановлені на валу так, що кожен подальший диск повернений своїм вирізом на 180° по відношенню до попереднього. Таким чином, якщо вирізи всіх парних дисків в даний момент обернені вниз, то непарних – вгору. При цьому забезпечується прохід утфеля уздовж апарату.

Утфель поступає в кристалізатор зверху в лівий кінець його і просувається уздовж нього в протилежний кінець. Тут встановлена перегородка 5, яка з правою торцевою стінкою апарату утворює спускову секцію. У цій торцевій стінці корпусу зроблений отвір, до країв якого під'єднується жолоб для переходу утфеля з цього кристалізатора в іншій. Для остаточного спуску утфеля з апарату в нижній частині правої торцевої стінки є отвір, що закривається шибером 10 з ручним рейковим механізмом 9.

Протилежно руху утфеля рухається вода, що охолоджує, тиском 0,15 Мпа (1,5 кгс/см2). Вона по патрубку 7 через підшипник 8 входить в правий кінець валу. Тут перед заглушкою 11 у валу є отвір, з якого вода по перехідній трубці 12 поступає в перший диск. Перетікаючи по таких трубках з диска в диск, вода через отвір перед заглушкою 4 поступає в протилежний кінець валу і через підшипник 2 і патрубок 1 віддаляється з апарату.

Привід валу з частотою 0,011 с-1 (0,65 об/хв) здійснюється від електродвигуна 20 потужністю 4 кВт через редуктор 19 і передачу, що складається з черв'яка 21 і черв'ячного колеса 22. Зчленування редуктора з електродвигуном і черв'яком проводиться муфтами. За відсутності електроенергії черв'як провертається уручну механізмом 18. Масло для мастила підшипників подається масельничками 3. Повна місткість кристалізатора 32 м3, корисна місткість 30 м3, маса 10,3 т. Випускається кристалізатор ПМК-45 повною місткістю 45 м3 для заводів великої потужності. Замість дисків він має теплообмінні елементи у вигляді концентрично розташованих труб. Корисна місткість кристалізатора 41 м3, частота обертання валу 0,011 с-1 (0,65 об/ мін), потужність електродвигуна 7,5 кВт, довжина 9620 мм, ширина 2765 мм, висота 3315 мм, маса 16,2 т.

Диск кристалізатора ПМК-30 (мал. 6, а) складається з двох листів 4 і 12, стягнутих між собою бобишками 5. Внутрішня товщина диска 16 мм. Між листами встановлено дві фігурні перегородки 2 і 3, службовці для додання потоку води в диску необхідного напряму (напрям руху води показаний стрілками). У перегородці 2 є отвір 1 для виходу повітря. Вода поступає в диск через ніпель 9, а виходить через ніпель 13.

У диску є секторний виріз. Щілини секторного вирізу закриті прутками 8, в яких знаходяться бобишки 6 з пробками у для випуску води з диска. На краю вирізу диска встановлена пластина 14 для кріплення перемішуючої лопаті. За допомогою хомутів 10 диск зміцнюється на валу 11 кристалізатора.

Правий підшипник (мал. 6, би) кристалізатора ПМК-30 складається з чавунного корпусу 5, своїм фланцем що кріпиться до торцевої стінки 7 кристалізатора. У корпусі знаходиться чавунна втулка 6, провертання якої запобігає гвинтом 14. Прядивне сальникове набивання 13 ущільнюється переміщенням по шпильках 9 корпусів 11 сальника, до фланця якого за допомогою шпильок 12 кріпиться трубопровід води. Вода через отвір в цьому фланці і канал в цапфі, що обертається, 10 потрапляє всередину полого валу 1 кристалізатора. Вал з цапфою з'єднується за допомогою фланців 3 і 4, між якими знаходиться прокладка 2. Фланець 4 обертається щодо корпусу 5 підшипника. Мастило підшипника проводиться маслом з масельнички 8.

 

   

Мал. 6. Вузли кристалізатора ПМК-30: а – диск; би – правий підшипник

 

Для охолоджування води, що поступає на батарею кристалізатора, застосовується горизонтальний теплообмінник типу «труба в трубі». Між перехідними коробками теплообмінника затиснуті: труби зі встановленими в них трубками. Гаряча вода, що виходить з кристалізаторів, входить в теплообмінник, протікаючи в міжтрубному просторі, виходить охолодженою і прямує в кристалізатори. Холодна вода з кінця, протилежного входу гарячої води, поступає у внутрішні трубки теплообмінника. Таким чином, здійснюється протитечія холодної і гарячої води. Площа поверхні теплообміну 13,4 м2^, маса 0,6 т.

Обслуговування кристалізаційної станції III утфеля полягає в підтримці рівня утфеля в кристалізаторах, який повинен бути на 150-200 мм нижче за верхнє положення перемішуючих елементів, в регулюванні інтенсивності падіння температури утфеля зміною кількості води, що охолоджує, зміст кристалічного цукру в утфелі і коефіцієнтів пересичення міжкристального оттеку, в регулюванні підігріву утфеля перед фугуванням.

Кристалізацію необхідно проводити так, щоб росли вже наявні в утфелі кристали, а нові не з'являлися, тобто не утворювалася б кристалічна «мука», яка утрудняє фугування. Для цього кристалізація проводиться при коефіцієнтах пересичення 1,20-1,25. Якщо в процесі кристалізації коефіцієнт пересичення значно підвищується, то необхідно уповільнити процес охолоджування, зменшивши кількість води, що охолоджує.

Оскільки з пониженням температури утфеля в'язкість його різко збільшується, то для зниження в'язкості утфель необхідно розгойдати водою температурою, рівній температурі утфеля. Вся кількість води для розгойдування утфеля, як правило, вводять у відсік, відокремлений зануреною в утфель перегородкою в кінці другого або початку третього кристалізатора, в місці, де температура утфеля складає 60-65 °С.

У всіх випадках припинення обертання метальних механізмів (зупинка двигуна, поломка зубів шестерень і ін.) необхідно припинити подачу води, що охолоджує, в кристалізатори. У разі сильного загусання утфеля він може бути розігрітий подачею в поверхню теплообміну гарячої води.

Для проведення процесу афінації жовтого цукру III утфеля застосовується аффінаційна мішалка ПМА-5,5 (мал. 7). Мішалка складається з трьох відділень 2, 5 і 6. Відділення 5 я 6 розділені перегородкою, що не доходить до дна. Що поступає зверху у відділення 6 цукор перемішується з тим, що поступає сюди ж розбавленим до 75% СВ першим оттеком I утфеля за допомогою ряду лопатей 7, укріплених на двох валах 4, таких, що обертаються в різні боки. Потім маса переходить у відділення 5, де цукор перемішується протягом тривалішого часу, причому тут і відбувається найефективніше процес афінації. Цукор пересувається по напряму вихідного патрубка 9 за допомогою стрічкових шнеків 17 і лопатей 15, укріплених на валах 4, таких, що обертаються з частотою 0,25 с-1 (15 об/хв). Такий принцип подвійного перемішування забезпечує рівномірність і однакову щільність продукту (89-90% СВ).

Мал. 7. Аффінаційнна мішалка ПМА-5,5.

Вали мішалки обертаються в підшипниках 1 і 8 і приводяться в дію електродвигуном 12 потужністю 3 кВт через редуктор 13 і шестерні 11 і 10, закриті кожухом 14. Регулювання тривалості афінації (в середньому 20 мін) здійснюється зміною за допомогою важеля 16 положень шибера 3. Мішалка встановлюється на опорних лапах, а її привід – на рамі. Повна місткість мішалки – 5,5 м3, маса 3,2 т. Випускається аффинационная мішалка АМД-6 принципово такій же конструкції. Вона має корисну місткість 5,3 м3, частоту обертання валів 0,091 с-1 (5,5 об/хв), електродвигун потужністю 7,5 кВт, довжину 5870 мм, ширину 2280 мм, висоту 1505 мм, масу 5,5 т.

З утфелезмішувачів, кристалізаторів і аффінационних мішалок утфель поступає в утфелераспределители, що розподіляють утфель по центрифугах. Комплектно з батареєю автоматизованих швидкохідних центрифуг типу ФПН поставляється утфеле-розподілювач, показаний на мал. 8.

Мал. 8. Утвелерозподілювач.

Ночвоподібний корпус 15 його має три або чотири (по числу центрифуг в комплектній батареї) патрубки 14, через яких утфель прямує в центрифуги. У розподільник утфель поступає зверху. Усередині корпусу в кінцевих 4 і 11 і проміжних 7 підшипниках ковзання, підтримуваних стягуваннями 20, з частотою 0,05 с-1 (3 об/хв) обертається вал 6 з насадженими на нім шкрябаннями 5. Мастило підшипників проводиться маслом, що поступає по трубках 8 з масельничок 3.

Для запобігання охолоджуванню утфеля корпус розподільника має сорочку 19, в яку по патрубку 9 подається гаряча вода.

Пройшовши сорочку, вода віддаляється з неї по патрубку 10.

Вал приводиться в обертання електродвигуном 30 потужністю 4,5 кВт через редуктор 29 і передачу, що складається з черв'яка 38 і черв'ячного колеса 2. Зчленування редуктора з черв'яком проводиться муфтою 36, осьове переміщення якої обмежене шайбою 35. Черв'як обертається в масляній ванні 41. Кінці валу 31 черв'яка обертаються в підшипниках ковзання 34 і в наполегливому шарикопідшипнику 32. Осьове переміщення валу черв'яка запобігає кільцем 37, закріпленим на валу гвинтом 33. Обертання черв'яка щодо валу запобігає шпонкою 39. Для спуску масла з ванни служить бобишка, що закривається пробкою 40. Для ручного провертання черв'яка служить рукоятка 42, насаджена на вал 31.

Спусковий патрубок 14 розподільника закривається шибером 25, переміщуваним гвинтом 28 за допомогою електродвигуна 18 потужністю 1,5 кВт через ланцюгову передачу 17. Електродвигун відключається в крайніх положеннях шибера за допомогою кінцевих вимикачів 27. Ручне переміщення шибера можливе за допомогою рукоятки 16 обертанням гвинта 28. До патрубка 14 кріпиться спусковий жолоб 26, що закривається шибером 24, штоком, що приводиться в рух, 23 пневматичні циліндри 22. Цей циліндр кріпиться до опорної конструкції 21 центрифуги.

Утвелерозподілювач спирається стійками 12 на балки, а електродвигун і редуктор встановлені на кронштейні 1. Для контролю температури утфеля служить термометр 13. Утвелерозподілювач, показаний на мал. 116, призначений для подачі утфеля в три центрифуги. Його повна місткість 3,3 м3, площа поверхні нагріву водяної сорочки 12,6 м2 і маса 3,8 т. Утвелерозподілювач для чотирьох центрифуг має загальну довжину 7700 мм, місткість 4,5 м3, площа поверхні нагріву 16,6 м2 і масу 4,7 т.

Для I утфеля на багатьох заводах застосовується також міксер-апарат, в якому об'єднані функції як мішалки, так і розподільника, завдяки чому знижується загальна висота установки «вакуум – апарати – центрифуги» і скорочуються втрати тепла під час переходу утфеля з одного апарату в іншій.

Розчинення жовтого цукру II утфеля і афінованого цукру в бурякоцукровому виробництві, білого, рафінадного і продуктових Сахаров в рафінадному виробництві здійснюється в клеровочних мішалках. На вітчизняних заводах в основному застосовується двохкотельна клеровочна установка, що складається з двох спарених мішалок.

Клеровочна мішалка (мал. 9) є вертикальним сталевим циліндровим корпусом 11, в центрі якого проходить вал 7 з насадженими на нім верхньою 10 і нижней 12 лопатями змішувального пристрою. Вал спирається на підп'ятник 13 і обертається з частотою 0,33 с-1 (20 об/хв). Привід валу здійснюється через муфту 4 від вертикального електродвигуна 6 потужністю 1,7 кВт і редуктор 5.

 

Мал. 9. Клеровочна мішалка.

 

Мішалка має подвійне дно: нижнє – суцільне і внутрішнє 1, виготовлене з штампованого сита з квадратними отворами 8x8 мм (живий перетин 50%). Жовтий цукор, що поступає в мішалку зверху через люк 15, потрапляє на ситчате дно і перемішується планками 2, привареними до нижньої лопаті 12. Отримана при перемішуванні і розчиненні цукру у фільтрованому соку II сатурації або воді клеровка через сито потрапляє в нижню секцію і через патрубок 17 віддаляється з мішалки. Цукор і особливо великі грудки його в нижню секцію потрапити не можуть, оскільки вони затримуються ситом. Сік або вода поступають в мішалку по патрубку 8. Для нагріву клеровки в нижній секції мішалки встановлений барботер 14, пара в який подається через патрубок 16. Гази, що не конденсуються, і пара відводяться через патрубок 18. Мішалка закрита кришкою 9, в якій є люк 3.

Такі мішалки працюють періодично. Спочатку готується клеровка в одній мішалці і готова викачується насосом з нижньої секції. Потім клеровку готують в другій мішалці. Ці дві мішалки, що періодично діють, можуть бути перекладені на безперервну, роботу. Для цього цукор подають тільки в одну мішалку і в ній готує клеровку підвищеної щільності (70-75% СВ). З нижньої секції цієї мішалки густа клеровка по перепускній трубі поступає в другий апарат, де щільність клеровки доводиться до нормальної (65% СВ). З другої мішалки нормальна клеровка викачується насосом на подальшу переробку.

За кордоном експлуатуються як вертикальні, так і горизонтальні клеровочні апарати.

У Польщі, наприклад, застосовується апарат горизонтального типу, що безперервно діє. Він є ночвоподібним корпусом, розділеним вертикальною ситчатою перегородкою на дві нерівні частини. У більшій секції обертається горизонтальний вал зі встановленим на нім стрічковим шнеком як змішувальний пристрій. У цю секцію подаються цукор і сік або вода. Підігрівши клеровки проводиться парою, що входить в парову сорочку. Клеровка фільтрується через сито і з другої секції віддаляється з апарату. Механічні домішки через край сита потрапляють на ситчатий лоток, з якого і віддаляються.

Перед початком роботи мішалок, кристалізаторів, розподільників слід перевірити місця мастила всіх частин, що обертаються, і переконатися в наявності мастила. Під час роботи необхідно стежити, щоб температура нагріву підшипників електродвигуна і редуктора не перевищувала 50 °С, а підшипників ковзання 60 °С. Не допускається попадання сторонніх предметів в робочу зону апарату. Необхідно остерігатися опіків гарячим продуктом.

При експлуатації всі відкриті елементи приводу, що обертаються, повинні бути захищені щитками. Ремонт апарату під час його роботи не вирішується. Перед пуском апарату необхідно дати попередження. Ремонт електродвигуна, приводу і пускової апаратури можна проводити тільки при вимкненій електромережі. Корпус електродвигуна повинен бути надійно заземлений.

Підшипники електродвигуна і редуктора набиваються мастилом двічі в сезон, а підшипники ковзання змащуються двічі в зміну. У черв'ячні передачі двічі в сезон заливається масло.

Приймальні утфелезмішувачі встановлюються під вакуум-апаратами уздовж них. Нижче утфелезмішувачів I і II утфелів, позаду фронту центрифуг, встановлюються утфелерозподілювач. Під приймальнею утфелезмішувачем III утфеля встановлюється батарея кристалізаторів, теплообмінник, збірка і насоси якої розташовуються, як правило, на першому поверсі. З кристалізаторів утфель самоплив поступає в утфелерозподілювач, встановлений позаду фронту центрифуг.

Аффінаційнна мішалка встановлюється на першому поверсі. Жовтий цукор III утфеля з центрифуг подається в неї шнеком, а готова аффінаційна маса подається з аффінационної мішалки насосом в утфелерозподілювач. Клеровочні мішалки і насоси до них встановлюються на першому поверсі.

Повна місткість утфелезмішувача (у м³) розраховується по формулі

 

,

 

де  – маса одного вару найбільшого вакуум-апарата даної кристалізації, т;

 – щільність утфеля, кг/м3; для I утфеля  кг/м3, для II утфеля – 1501 кг/м3, для III утфеля – 1505 кг/м3;

 – коефіцієнт заповнення мішалки .

Повна місткість кристалізаторів III утфеля, аффінационних і клеровочних мішалок (у м3) визначається по формулі

 

,

 

де  – кількість даного продукту % до маси буряка;

 – щільність продукту, кг/м3;  III утфеля рівна 1505 кг/м3, аффінационної маси – 1450, клеровки –1310 кг/м3 (при 65% СВ);

 – тривалість процесу, мін; у кристалізаторах III утфеля  мін (32 ч), в аффінационних і клеровочних мішалках – 20 мін;

 – коефіцієнт заповнення апарату .

Повна місткість утфелерозподілювача (у м3) визначається по формулі

 

 

де  – об'єм разового завантаження утфеля у всі центрифуги (з резервною) даної групи.

Приклад. Визначити повну місткість аффінаційної мішалки для цукрового заводу потужністю 3000 т буряка в добу при кількості аффінаційної маси 5% до маси буряка.

 

 м3.