Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование, аппараты и приборы микробиологических производств. Учебное пособие
.pdf
крепятся на стальных тягах к перекрытию над гидролизаппаратом или
монтируются на легких стальных опорах. При устройстве наклонных
самотечных труб учитывают угол наклона, который зависит от размеров поперечного сечения и состояния сырья. Чем больше содержание
опилок и мелкой стружки в сырье, тем больше должен быть угол наклона трубы. Влажное сырье также требует большего наклона трубы,
чем сухое.
Сыпучий материал по трубам круглого сечения течет более
равномерно. Чем больше угол наклона трубы, тем эффективнее ссыпается сырье. Поэтому на большинстве гидролизных заводов применяют
вертикальные самотечные трубы круглого сечения.
Для того чтобы подавать сырье ленточным транспортером
не запыляя воздух рабочего помещения и не засоряя механизмы верхней механизированной крышки и рабочее место у верхней горловины,
необходимо устанавливать загрузочное устройство, имеющее канал
для удаления паров и газов, вытесняемых из гидролизаппарата при
загрузке. Для этой цели обычно на гидролизных заводах применяют
вертикальные круглые телескопические спускные самотечные трубы
сварной конструкции из нержавеющей стали. Вместо нержавеющей
стали можно применять алюминиевые сплавы. Загрузочное устройство (рис. 1.7) гидролизаппарата представляет собой сочетание верхней
стационарно установленной самотечной трубы диаметром 480 мм
и подвижной нижней диаметром 500 мм, расположенной телескопически и соосно с верхней трубой. Обе трубы заключены соответственно в подвижный и неподвижный кожухи. Между трубами и кожухами образуется кольцевой зазор.
Над стационарной трубой расположена загрузочная воронка
четырехгранной пирамидальной формы. Сверху воронка накрыта
решеткой из круглых стальных прутков для исключения попадания
с сырьем крупных кусков. Опорами для загрузочного устройства
служат два горизонтальных швеллера. Воронка к ним крепится уголками верхнего обрамления.
Вертикальное перемещение подвижной трубы обеспечивается
за счет диаметрально расположенных на неподвижной трубе круглых
направляющих, по которым скользят при перемещении скалки подвижной трубы. Уплотнение между нижним концом кожуха и верхней
горловиной гидролизаппарата осуществляется круглой кольцевой
прокладкой из дюритового шланга. Здесь же расположен штуцер для
подвода воздуха для обдувки горловины после загрузки. Подвижная
21
труба перемещается по направляющим стальным канатам, связанным
через систему блоков со штоком пневмоцилиндра.
Рис. 1.7. Загрузочное устройство гидролизаппарата:
1 – загрузочная воронка; 2 – вентиляционный штуцер;
3 – направляющие; 4 – стационарная самотечная труба;
5 – подвижная самотечная труба; 6 – скалка; 7 – прокладка; 8 – патрубок; 9 – оградительная решетка; 10 – блок;
11 – шток пневмоцилиндра; 12, 13, 14, 15 – штуцера
пневмацилиндра для воздуха; 16 – штуцер для обдувки
воздухом
22
В процессе загрузки пары, газы и воздух, вытесняемые падающим сырьем в гидролизаппарат, поступают в кольцевое пространство
между кожухом и трубой, поднимаются вверх и принудительно удаляются через вентиляционный штуцер в циклон, выбрасывающий
очищенный газ в атмосферу. Подвижная часть загрузочного устройства поднимается над горловиной на 0,6 м, что обеспечивает удобное
и беспрепятственное обслуживание механизированной крышки
гидролизаппарата. При проектировании загрузочного устройства гидролизаппарата определяется площадь поперечного сечения самотечной
трубы, F, м2, обеспечивающая надежную и эффективную загрузку
гидролизаппарата, которая рассчитывается в по формуле (1.1)
F,
(1.1)
ср
где m – требуемая производительность трубы, кг/с; – коэффициент
наполнения трубы, принимают от 0,35 до 0,5; – насыпная плотность
Km
сырья, кг/м3;
– средняя скорость движения сырья в трубе, м/с;
ср
K – коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки сырья.
Скорость движения сырья может быть принята по условиям
производства или определена как среднеарифметическая между
начальной скоростью и скоростью в конце трубы. Скорость сырья
в конце трубы, , м/с, определится по формуле (1.2)
gh
21 ,
tg
f
2
(1.2)
0
где g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2; h – высота спуска, м;
– начальная скорость движения сырья, м/с; – угол наклона трубы
0
к горизонту, º; f – коэффициент трения сырья по плоскости, который
принимают по опытным данным.
Тогда
= ( –
ср
) / 2. (1.3)
0
Горловины. Горловины гидролизаппаратов (рис. 1.8) делали
литыми, выполненными совместно со штуцерами и фланцами.
В настоящее время применяют горловины в виде фасонного
утолщенного фланца, что проще в изготовлении и дешевле. Горловины
гидролизаппаратов обрамляются кольцами или стаканами из кислотоупорной бронзы, которые крепятся шурупами через прокладку
из прографиченного асбеста. Для более надежной защиты стальной
23
горловины от агрессивной среды предпочтительнее устанавливать
стаканы. Бронзовые стаканы или кольца, также как и штуцеры, устанавливают перед футеровочными работами.
Рис. 1.8. Узел крепления стакана
нижней горловины
При бетонировании кольцевой зазор между стенкой стакана или
кольца и корпусом нижней горловины заполняют жидким бетоном.
Кольцевой зазор в верхней горловине заливают цементным раствором
через отверстия, которые затем закрывают бронзовыми пробками
и пропаивают.
1.6. СПОСОБЫ ПЕРКОЛЯЦИИ
Основное назначение фильтрующих устройств – выведение гидролизата из реакционного пространства во время перколяционного
гидролиза с максимально возможной скоростью и минимально возможным содержанием в нем взвешенных частиц в начале варки сырья
(опилок, щепы), а в конце варки – нерастворимого остатка гидролизуемого материала – лигнина.
Для этих целей в промышленности применялись различного
типа фильтрующие устройства: плоские, секционные трехслойные,
сетчатые с зернистым слоем в подсеточном пространстве, из перфорировнных или пористых силикатных плиток. Но такие конструкции
24
фильтров не применяются в промышленности, так как они мало
производительны, быстро засоряются и неудобны в обслуживании.
Более широкое распространение получили трубчатые фильтры
(рис. 1.9). Фильтрующие устройства состоят из 8–10 перфорированных
металлических труб диаметром 70–100 мм, с отверстиями диаметром
от 3 до 6 мм с общей фильтрующей поверхностью до 5–7) м2 и более
в зависимости от емкости гидролизаппарата. Площадь живого сечения отверстий в них составляет 3 % от площади поверхности труб.
Верхние концы труб заглушены, а нижние соединены с коллектором
и через него сообщаются с трубопроводом для отбора гидролизата.
Рис. 1.9. Трубчатый фильтр гидролизаппарата
Трубчатый фильтр прост в изготовлении, монтаже, демонтаже
и легко очищается от нагара. Фильтрующие лучи изготавливают
из титановых сплавов и технически чистой меди. Опыт эксплуатации
различных фильтрующих устройств показал, что в процессе выдачи
гидролизат фильтруется через лигнин, прилегающий к трубам, и через
отверстия проникает внутрь труб.
Как показала практика, скорость отбора гидролизата из гидролизаппарата главным образом зависит от состояния среды, прилегающей к фильтрующей поверхности. Через малоуплотненный гидролизуемый материал отбор гидролизата происходит интенсивно.
25
Разность давлений над фильтрующей поверхностью и под ней сравнительно невелика. При уплотнении гидролизуемого материала
скорость фильтрации постепенно отстает от скорости отбора, создается
значительный перепад давлений, что ведет к дальнейшему спресовыванию гидролизуемого материала и сильному уменьшению отбора
гидролизата. Ограниченная скорость фильтрации гидролизата лимитирует возможность применения гидролизаппаратов емкостью 100–150 м3
и более. Поэтому обеспечение высоких скоростей отбора гидролизата
является одной из серьезных проблем развития гидролизного производства.
Для отбора гидролизата в промышленности применялись различные типы фильтров. До пятидесятых годов для отбора гидролизата
применяли способ вертикальной перколяции (рис. 1.10, а). Конструктивно фильтрующее устройство состояло из 8–10 металлических перфорированных труб диаметром 80–100 мм с отверстиями диаметром
3–6 мм, расположенных в нижней части корпуса аппарата.
а б
Рис. 1.10. Схемы расположения фильтрующих
устройств в гидролизаппаратах:
а – при вертикальной перколяции;
б – при горизонтальной перколяции
26
Верхние концы труб заглушены и соединены жестким кольцом,
нижние прикреплены к коллектору трубопровода отбора гидролизата.
Горячая разбавленная серная кислота подается через штуцер, расположенный в верхней горловине. В этом случае готовый гидролизат
отбирается через фильтрующее устройство, расположенное в нижнем
конусе аппарата. В этих условиях перколирующая жидкость через
слой сырья проходит сверху вниз.
При вертикальной перколяции скорость выдачи гидролизата
неуправляема и ограничена, причем это ограничение проявляется тем
сильнее, чем больше емкость гидролизаппарата.
Большие гидравлические сопротивления в нижней части способствуют спрессовыванию лигнина и образованию трудноудаляемых
остатков в нижней части корпуса. Постепенное накопление этих
остатков приводит к уменьшению полезной емкости аппарата и требует периодической остановки для ручной чистки.
С целью снижения гидравлических сопротивлений при удалении гидролизата из гидролизаппаратов большой емкости было предложено применять горизонтальную перколяцию. Расположение труб,
подающих варочную кислоту и отводящих гидролизат (рис. 1.10, б).
Здесь фильтрующее устройство представляет собой удлиненные
фильтрующие трубы. С противоположной стороны вдоль внутренней
стенки опускается вертикальная подающая труба, имеющая перфорацию в нижней части до уровня несколько выше середины цилиндрической части аппарата.
Кроме того, подающая труба постепенно забивается лигнином,
что также снижает скорость отбора гидролизата, увеличивает время
варки, повышает распад сахаров. Для исключения этого недостатка
была применена схема перколяции с переменным потоком жидкости.
Способ горизонтальной перколяции также не нашел широкого
применения и был заменен на более прогрессивный метод совмещенной перколяции. Конструктивная особенность метода состоит в том,
что удлиненные фильтрующие лучи расположены с одной стороны
гидролизаппарата, а короткие – с противоположной, на которой смонтирована перфорированная вертикальная труба подачи варочной кислоты. На всей ее поверхности имеются
отверстия диаметром 4 мм.
На ряде заводов подающую трубу располагают в центре – по оси аппарата, а фильтрующие трубы – симметрично вдоль стенок (рис. 1.11).
Движение жидкой фазы здесь как горизонтальное, так и верти-
кальное через слой твердого сырья. Способ также имеет недостатки:
27
подающая труба постепенно забивается лигнином, нисходящим потоком жидкости идет постоянное спрессовывание твердой фазы в периферийных зонах отбора гидролизата – у стенок нижнего конуса. Это
снижает скорость отбора гидролизата, увеличивает время варки,
повышает распад сахаров; при «выстреле» лигнин не полностью
удаляется, что уменьшает полезный объем аппарата.
Рис. 1.11. Совмещенная перколяция
с центральной подающей трубой:
1 – подача кислоты на загрузку сырья;
2 – подача варочной кислоты на пер-
коляцию; 3 – отбор гидролизата
28
В последнее время для дальнейшего совершенствования
перколяционного гидролиза и его интенсификации был предложен
принципиально новый метод перколяции – с восходящим потоком
гидролизата и с подвесными фильтрующими лучами. При таком
методе гидролизаппарат имеет центральную гладкую медную подающую трубу диаметром 110×5 мм. Для фильтрации встроены боковые и нижние фильтры в виде труб-чешуек диаметром 110×5 мм.
Перколяцию проводят, подавая варочную кислоту через центральную
подающую трубу в нижнюю зону аппарата с одновременным отбором
гидролизата только через боковые фильтрующие лучи в коллектор
выдачи гидролизата.
Остаточный гидролизат на стадии отжима отбирают вначале
через боковые фильтры, а затем через нижние. При такой перколяции
с восходящим потоком необходимо, чтобы боковые фильтры находились
в слое сырья и жидкости. Для этого боковые фильтры монтируют так,
чтобы их верхняя часть была примерно на 300–500 мм ниже уровня
сырья при максимальной его усадке. Особенность работы гидролизаппарата здесь в том, что он на стадиях перколяции и промывки
работает при постоянном уровне жидкости в аппарате и постоянном
перепаде давлений, что облегчает условия ведения процесса гидролиза.
Работа гидролизаппарата по методу восходящего потока с подвесными фильтрующими устройствами при высокой скорости перколяции
и малом времени пребывания сахаров в реакционном пространстве
аппарата резко улучшает качество гидролизата, а, следовательно,
увеличивает выход дрожжей и спирта. Данный способ позволяет
сократить продолжительность варки,
уменьшить остатки лигнина
в аппарате после «выстрела», уменьшить затраты ручного труда
на чистку и ремонт аппарата, сократить простои.
1.7.
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ГИДРОЛИЗНЫХ ЦЕХОВ
На первых промышленных гидролизных заводах предусматривалась выгрузка технического лигнина через нижнюю горловину гидролизаппарата путем высверливания бормашиной или размывания
гидромонитором, перемещающимся на тележке вдоль нижних горловин. В обоих случаях лигнин должен был попадать на гидротранспортер и далее через мешалку на барабанный вакуум-фильтр. Использованная вода возвращалась для гидротранспорта, а лепешка отжатого
29
лигнина направлялась ленточным транспортером в бункер, установленный вне здания. Такой способ выгрузки и удаления лигнина
не привился из-за неправильного конструктивного оформления
и вскоре после пуска заводов оборудование было демонтировано.
Начиная с 1938 г. технический лигнин выгружают из гидролизаппаратов, выдувкой под давлением 0,8 МПа в специальные приемники
по стальному трубопроводу диаметром 400 мм. В качестве приемников
сначала применяли дощатые закрома площадью около 30 м2, снабженные дренажным устройством для отвода стоков, пароотбойными
щитами и воротами для выгрузки лигнина на автомашины. Лигнин
при выходе из выдувной трубы в закром резко терял скорость и сосредотачивался на противоположном конце закрома вблизи ворот.
Неорганизованное удаление пара, ручная погрузка лигнина на автомашины и громоздкость сооружения при недостаточной прочности
заставили отказаться от осаждения лигнина под действием только
силы тяжести и перейти к инерционным центробежным осадителям,
т. е. к циклонам.
Современный приемник для лигнина (рис. 1.12) представляет
совмещенную конструкцию собственно циклона и буккера с механическим выгружателем. Такой аппарат служит для приемки массы,
выдуваемой из гидролизаппарата, отделение лигнина от пара, образующегося в результате самоиспарения влаги и является сборником
лигнина. Циклоны устанавливают вне здания на кирпичных или
железобетонных фундаментах. Это стальной сварной цилиндрический
вертикальный резервуар емкостью 60–100 м3 с плоским днищем
и слегка конической крышкой, в центре которой укреплена сквозная
труба большого диаметра для сообщения внутренней полости циклона
с атмосферой. В верхней части обечайки толщиной 10 мм приварено
на разной высоте по касательной к корпусу несколько штуцеров диаметром 400 мм, через которые поступает лигнин по самостоятельным
выдувным трубам от каждого гидролизаппарата. Внутренняя цилиндрическая поверхность циклона футерована монолитным бетоном
толщиной 75–80 мм.
Бетон применяют такого состава, как и для гидролизаппаратов.
В зоне штуцеров над бетонным слоем укреплен пояс из листовой
кислотостойкой стали толщиной 10 мм, воспринимающий усилия,
возникающие при входе лигнина.
Нижняя часть пароотводной, трубы, диаметром 1,8–1,5 м опущена внутрь аппарата на 40 % от общей высоты циклона, а верхняя
часть, возвышающаяся над крышкой аппарата, усечена под углом 45°
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]