Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование, аппараты и приборы микробиологических производств. Учебное пособие
.pdf
для придания направления движению пара, сбрасываемого в атмосферу. Часть пароотводной трубы, входящую внутрь циклона, лучше
делать в виде усеченного конуса с основанием, обращенным к днищу.
Это улучшает сепарирующую способность циклона и понижает унос
лигнина с паром в атмосферу.
Рис. 1.12. Приемник для лигнина:
1 – стальной корпус; 2 – пароотводящая труба; 3 – футеровка; 4 – металлический пояс; 5 – выгребное устройство; 6 – люк для выгрузки лигнина; 7 – приводной
механизм
Высоту наружной части пароотводной трубы делают с таким
расчетом, чтобы сбрасываемые пары не образовывали наледей на стенах здания, прилегающих к циклонам. С этой целью труба обращена
срезом в противоположную сторону от стены. Для противодействия
ветровым нагрузкам труба укреплена к обечайке циклона стальными
растяжками. На боковой поверхности обечайки внизу, над
31
днищем
имеется плотно закрывающийся прямоугольный лаз высотой до 1,2 м
и шириной 0,6 м для доступа в циклон обслуживающего персонала.
В днище толщиной 10 мм устроены два или три прямоугольных люка
размером 1 000×400 мм, предназначенные для удаления лигнина
из циклона. Люки закрываются поворотными створками, соответствующими форме люка. Движение створок осуществляют дистанционно при помощи пневматического привода или вручную маховиком
через систему передач. Ниже габаритов движения створок имеются
самотечные трубы для осыпания лигнина в кузов автомашины или на
транспортер. В соответствии с этим циклоны устанавливают на высоте, позволяющей подъезд автосамосвалов или монтаж механических
средств транспорта лигнина к месту его потребления. Непосредственно над днищем в параллельной плоскости вращается с частотой 0,5 с–1
лопастное выгребное устройство. Приводной механизм выгребного
устройства, расположен под днищем циклона. Привод осуществляется от электродвигателя мощностью 10–14 кВт через цилиндрический
редуктор с передаточным числом 1:50 и две конические шестерни.
Продолжительность выгрузки лигнина для разных по объему
гидролизаппаратов различна (табл. 1.2)
Таблица 1.2
Продолжительность выгрузки лигнина в зависимости от объема аппарата
Емкость аппарата, м3 18 37 50 70
Продолжительность выгрузки (округленно), с 20 40 60 80
Продолжительность выгрузки, условно отнесенная к 1 м
3
рабо-
чей емкости гидролизаппарата, практически одинакова и лежит
в пределах 1,1–1,2 с/м3.
Наблюдения показали, что в циклоне можно накопить лигнин
в количестве, соответствующем, 25 % общего объема аппарата. Дальнейший прием лигнина может привести к значительному уносу его
с паром и вызвать поломку выгрузочного устройства. Таким образом,
75 % объема аппарата используются собственно как циклон, что
не вызывается необходимостью. Такое несоответствие в распределении
объемов – результат неудачного
совмещения конструкций циклона
и бункера в одном аппарате. Если учесть, что, например, выгрузка
лигнина из гидролизаппарата емкостью 70 м
3
продолжается не доль-
ше 90 с, а разгрузка циклона во много раз дольше, то представляется
32
целесообразным делать раздельно бункер, а над ним сооружать обычной конструкции проходной циклон. Тогда более рационально будут
использоваться объемы обоих аппаратов графики выгрузки лигнина
из гидролизаппаратов и разгрузки бункеров будут почти не связаны
между собой, а пар, сбрасываемый в атмосферу, будет несравненно
чище.
Для того чтобы сократить до минимума унос лигнина с паром
и этим снизить загрязнение воздушного бассейна и прилегающей
территории, следует уменьшить до оптимальных размеров сечение
выдувных клапанов и труб от гидролизаппаратов к циклонам.
С уменьшением диаметра выдувного трубопровода увеличится продолжительность выдувки, уменьшатся размеры циклона, улучшится
эффект разделения пара и лигнина и, весьма вероятно, появится возможность сконденсировать пары и очистить выбросы в атмосферу.
Последнее обстоятельство имеет весьма важное значение в связи
с исключительно возросшими требованиями к сохранению чистоты
воздуха.
Проходные циклоны емкостью 35 м3 успешно применялись для
приемки лигнина из гидролизаппаратов рабочим объемом 50 м3.
Такие циклоны сваривали из углеродистой стали толщиной 8 мм,
диаметром 3,5 м и высотой цилиндрической части 3,2 м. Коническая
часть циклона имела, угол вершины от 30 до 40° с выходным отверстием диаметром 0,9 м.
Опыт работы циклонов с бетонным слоем свидетельствует
о возможности и целесообразности сооружать, приемники лигнина
полностью из железобетона. Промышленность вырабатывает широкий
ассортимент
строительных материалов, из которых можно создать
конструкции нужной прочности и устойчивости с меньшими затратами дефицитных сортов металла и меньшими затратами денежных
средств.
Процесс отделения лигнина от пара в циклонах вышеприведенной конструкции значительно отличается от процесса, протекающего
в обычных центробежных инерционных циклонах; При разгрузке
гидролизаппарата лигнин влажностью 70 % и с температурой
кипения
воды поступает в выдувную трубу под давлением 0,8 МПа. В трубопроводе от гидролизаппарата к циклону давление движущейся массы
снижается до 0,6 МПа, благодаря этому часть влаги самоиспаряется.
При входе в циклон, который сообщен с атмосферой, влага дополнительно испаряется в малый промежуток времени, пары заполняют
весь объем циклона и создают в нем подпор около 0,03 МПа. Благодаря
33
значительной разности давлений между гидролизаппаратом и циклоном паролигниновая смесь входит в циклон со скоростью 200 м/с.
Под влиянием энергичного самоиспарения влаги частички лигнина
разрываются, измельчаются, а влажность лигнина снижается на 5 %,
т. е. достигает примерно 65 %. Действие сил, разбрасывающих частицы в разные стороны с одновременным действием инерционных
и центробежных предопределяют особенности и специфичность
действия приемников лигнина типа циклонов. Это диктует необходимость предусматривать в конструкциях циклонов для лигнина:
расширение впускного штуцера в виде диффузора; направляющий
спиральный канал внутри циклона с плавным возрастающим сечением;
увеличенную высоту цилиндрической части.
Из изложенного следует, что процесс отделения лигнина от пара
протекает весьма сложно. Значения различных факторов для данного
случая еще не изучены, поэтому размеры циклонов для лигнина
устанавливают на основе практических результатов эксплуатации
гидролизных заводов и рекомендаций, приводимых в литературных
источниках.
Для практических целей с достаточной точностью размеры
циклона можно определить по формулам:
Средний радиус выхлопной трубы r, м
m
r
где m – производительность циклона, м3/с;
,
(1.4)
– скорость пара в вы-
т
хлопной трубе, м/с, обычно принимают 4–8 м/с.
Радиус цилиндрической части циклона R, м
2,Rr (1.5)
высоту цилиндрической части циклона H, м
m
,
H
(1.6)
()
rrc
где с – средняя окружная скорость массы в циклоне, которую принимают равной 12–14 м/с.
Размер входной части диффузора в циклон определяют исходя
из скорости движения массы, равной 18–20 м/с. Для проходного
циклона высоту конической части устанавливают по вершине угла
конуса, который для лигнина принимают в пределах 30–40°. Диаметр
разгрузочного отверстия не должен превышать 0,5 диаметра выхлопной трубы.
34
Из формул для расчета циклонов следует, что степень очистки
пара от лигнина зависит от окружной скорости, т. е. чем больше
окружная скорость, тем меньше основные размеры аппарата. Однако
чрезмерные скорости приводят к значительным сопротивлениям,
создают местные завихрения, ухудшающие эффект сепарации. Для
правильной и безопасной работы циклона нужно перед очередной
выдувкой полностью
выгрузить лигнин из циклона, осмотреть выдувные трубы и выгребной механизм, закрыть разгрузочные люки
и входной лаз, удалить людей, находящихся в зоне циклонов.
Выдувку лигнина из гидролизаппарата можно производить
только после предупредительного сигнала, выдувать лигнин в один
циклон одновременно из двух гидролизаппаратов запрещается, разгрузку циклона может производить только прикрепленный
обслуживающий
рабочий, действующий строго по инструкции; приводной механизм
выгребного устройства должен быть защищен ограждениями.
Не разрешается входить в циклон при работающем выгребном
механизме.
Профилактический осмотр циклона следует делать после каж-
дой выдувки.
Текущий ремонт циклона нужно производить 1 раз в три месяца.
Ревизию выдувных труб, бетонного защитного слоя, стального пояса,
выхлопной трубы
, выгребного механизма и др. надо проводить 1 раз
в 2 месяца, используя для этого остановки завода. При ревизии необходимо произвести подтяжку болтов и исправить все обнаруженные
дефекты. При совмещении текущего и среднего ремонтов обычно 1 раз
в шесть месяцев ремонтируют выгребной механизм, заменяют металлическое кольцо в днище под лопастью, частично заменяют
защищенный, стальной пояс, ремонтируют выдувные трубы и заменяют
выдувные колена.
Капитальный ремонт циклона делают 1 раз в год. В период
капитальных работ устраняют выявленные дефекты, заменяют выгребные лопасти, исправляют бетонный слой, меняют листы защитного
металлического пояса, ремонтируют шиберы разгрузочных люков
и дверь лаза, вскрывают редуктор, при необходимости ремонтируют
его и
меняют масло.
При остановке циклона на ремонт все присоединенные к нему
гидролизаппараты отключают, электромотор привода выгребного
механизма обесточивают. Приступать к ремонту можно только после
выполнения всех требований инструкции по технике безопасности.
При входе в циклон надо осмотреть стенки и при наличии нависшего
35
лигнина удалить его. Нельзя входить в циклон, если на днище есть
лигнин. Если выгребной механизм испортился, то лигнин можно удалить
вручную, только после того, когда он остынет. Нельзя находиться
в циклоне при открытых дверцах разгрузочных люков.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1.
Назовите аппараты для гидролиза растительного сырья. Рас-
скажите о конструкции и принципе работы гидролизаппарата.
2. Обоснуйте выбор материалов для оборудования предприятий
гидролизных и микробиологических производств. Приведите примеры.
3. Назначение и устройство штуцеров гидролизаппаратов.
4.
Футеровка гидролизаппарата.
5. Фильтрующие устройства гидролизаппарата; их конструкция,
преимущества и недостатки в зависимости от способа перколяции.
6.
Работа быстродействующего клапана для выгрузки лигнина.
7.
Основные узлы гидролизаппарата, их назначение, принцип
работы.
8. Гидравлические и пневматические испытания сосудов рабо-
тающих под давлением. Порядок проведения испытаний. Определение пробного давления гидравлического испытания.
9.
Загрузочное устройство гидролизаппарата. Конструкция его
и принцип работы. Факторы, влияющие на эффективность работы.
10.
Работа механизированной крышки гидролизаппарата.
11.
Выбор материалов для оборудования предприятий гидро-
лизных и микробиологических производств. Примеры.
12.
Назовите вспомогательное оборудование гидролизных це-
хов. Циклон для приёмки лигнина из гидролизаппарата. Конструкция
и принцип работы.
36
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД
2.1. ИСПАРИТЕЛЬ
Гидролиз растительных материалов разбавленной серной кислотой
протекает с большим потреблением тепла. Гидролизат, выходящий
из гидролиз аппаратов, имеет температуру 180–190 °С, т. е. находится
почти в кипящем состоянии. Последующие технологические операции переработки гидролизата начинаются с процесса нейтрализации,
которую ведут при атмосферном давлении и температуре около 80 °С.
Следовательно для нейтрализации гидролизат необходимо охладить.
Охлаждают гидролизат водой, которую направляют на гидролиз.
Такая тепловая схема дает возможность максимально использовать
тепло, затраченное на гидролиз. Наибольший эффект использования
тепла без потери температурного потенциала в данном конкретном
случае можно получить при теплообменнике в поверхностных аппаратах. Первоначально гидролизные заводы были оборудованы кожухотрубными теплообменниками. Гидролизат пропускали через трубки,
а охлаждающую воду в межтрубном пространстве. С первых же дней
после пуска заводов оказалось, что прямой поверхностный теплообмен с нужным эффектом практически осуществить нельзя. У веществ,
находящихся в гидролизате в коллоидном состоянии, при охлаждении
значительно увеличивалась вязкость, они прилипали вместе с частичками лигнина на теплопередающей поверхности трубок, за короткий
срок засмолили трубки, и теплообменники приходилось останавливать
на чистку. Для чистки трубок требовалось много времени и ручного
труда, теплообменники забивались раньше, чем успевали вычистить
другие, и производство нередко останавливалось.
После экспериментов, проведенных в 1939 г. на Ленинградском
гидролизном заводе, в промышленности начали переходить на теплоиспользование путем само испарения гидролизата при понижении
давления и конденсации образующихся паров водой, идущей на гидролиз. В качестве конденсаторов были использованы те же теплообменники, только в трубки были направлены пары само испарения
гидролизата. Хотя при таком теплообмене бывают некоторые потери
температурного потенциала, зато процесс протекает стабильно и вместе с этим заметно улучшается биологическая доброкачественность
сусла. Благодаря удалению из гидролизата таких летучих веществ,
37
как фурфурол, метанол и др. возросли выходы спирта и кормовых
дрожжей с единицы редуцирующих веществ. Испарительное охлаждение гидролизата явилось технически наиболее совершенным и экономически вполне оправданным технологическим приемом, который
применяют теперь все гидролизные заводы. В настоящее время на
заводах применяют теплоиспользование по одноступенчатой и двухступенчатой схемам. Некоторые заводы перешли на трехступенчатое
испарение, которое считают оптимальным вариантом.
Увеличение числа ступеней испарения объясняется стремлением
сохранить тепловой потенциал, так как в тепловом балансе гидролизного завода итак имеется избыток низко потенциального тепла.
Чем больше число ступеней само испарения, тем больше процесс
теплоиспользования приближается к эффекту прямого поверхностного
теплообмена. В состав каждой ступени испарительного охлаждения
гидролизата должны входить дросселирующий орган, разделитель,
паросушитель, конденсатор и конденсатоотделитель. При нескольких
ступенях испарительного охлаждения дроссели и разделители соединены последовательно. Несмотря на разницу давлений в испарителях
в зависимости от ступени охлаждения, аппараты каждой ступени
устанавливают одинаковых размеров и конструкции, рассчитанные
на наибольшее давление и температуру, т. е. для первой ступени.
Некоторое увеличение стоимости аппаратов в данном случае полностью компенсируется вследствие унификации при изготовлении
аппаратов и удобств маневрирования и эксплуатации.
В качестве дросселирующего органа на заводах применяют
стандартные запорные кислотоупорные вентили. Дроссельным органом одновременно регулируют отбор гидролизата из гидролизаппарата
или из разделителя предшествующей ступени охлаждения. Для этих
операций следовало бы создать специальную конструкцию арматуры.
В дросселирующем вентиле гидролизат частично самоиспаряется
в результате понижения давления и вместе с образовавшимися
парами в виде парожидкостной смеси выбрасывается в разделитель.
Разделитель ошибочно называют испарителем, что не соответствует характеру процесса, протекающего в аппарате. Однако
в промышленности твердо укоренилось название разделителя –
«испаритель» и потому в дальнейшем тексте сохранено такое условное наименование аппарата.
Испаритель представляет собой аппарат, предназначенный для
снижения давления и температуры гидролизата, отбираемого в процессе гидролиза из гидролизаппаратов, методом его самоиспарения.
38
По принципу действия применяемые испарители бывают комбинированной конструкции объемного и инерционного центробежного сепараторов. В зависимости от производительности заводов применяют
3
испарители емкостью округленно 5; 8; 10; 18 и 40 м
одинаковой
конструкции.
Испаритель (рис. 2.1) представляет собой стальной сварной
вертикальный цилиндрический сосуд с эллиптической верхней
частью и коническим днищем из стали марок Ст 3, ВМСт 3сп, сталь 20
и др. Внутри аппарат футерован термокислотоупорными плитками
или кирпичом (в зависимости от объема) на бетонном слое. Для обеспечения необходимой сепарации поступающей парожидкостной
смеси по
трубопроводу подачи в испаритель ввод гидролизата производится тангенциально через диффузор прямоугольного сечения,
который присоединен посредством колена к штуцеру. Штуцер для
ввода гидролизата расположен на расстоянии 1/3 высоты цилиндрической части корпуса аппарата от места соединения с коническим
днищем. Для защиты футеровки в зоне входа парожидкостной смеси
в аппарат из диффузора установлен
лист из меди или нержавеющей
стали. Аппарат опирается на несущую конструкцию двумя опорамилапами. Так как аппарат работает в закрытом помещении при высокой
температуре, то корпус его изолирован теплоизоляционным материалом, например, совелитом. По правилам эксплуатации сосудов работающих под давлением и при высоких температурах неизолированными здесь остаются опоры-
лапы, горловины и штуцеры.
Испаритель снабжен штуцерами из кислотоупорной бронзы
БрАЖ9-4 в центре конического днища – для выхода гидролизата,
на корпусе – для установки датчиков контрольно-измерительных
приборов и автоматических устройств, предохранительного клапана.
В верхней части – штуцер для выхода паров самоиспарения, который
установлен в крышке бронзовой горловины. Крышка здесь служит
лазом для доступа
в аппарат.
В нижней части испарителя поддерживают постоянный уровень
жидкости не менее 2–3 м
3
. Жидкость создает гидравлический затвор
для исключения проскока паров из одной ступени охлаждения
в последующую, а также предотвращает разбрызгивание жидкости
при ударе о твердое днище.
В процессе эксплуатации испарителей необходимо следить
за исправностью запорной и регулирующей арматуры и предохранительного клапана.
39
Остановку испарителей на ревизию делают 1 раз в 3 месяца.
Во время текущего ремонта освобождают аппарат от отложений
смолы, заменяют прокладки, регулируют предохранительный клапан,
исправляют дефекты футеровки, при необходимости заменяют колено,
диффузор и защитный лист.
Рис. 2.1. Испаритель:
1 – штуцер для входа гидролизата; 2 – стальной корпус;
3 – штуцер для выхода паров самоиспарения; 4 – предохра-
нительный клапан; 5 – штуцер для указателя уровня жидкости; 6 – футеровка; 7 – теплоизоляция; 8 – защитный лист;
9 – опорные лапы; 10 – штуцер для выхода охлажденного
гидролизата
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]