Аппарат для кислотного гидролиза растительного сырья

ОП ИСАНИЕ"ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалмстнцескикРеспублик ии 659622(23) Приоритет(51) М. Кл С 13 К 1/О Гасударстоенний наинтет СССР оо делам нзобретеннй н открытнй(54) АППАРАТ ДЛЯ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯтеи.Основными недоста рата являются высока аппарате из-за возникн сил сопротивления движ его трении о стенки цил во время движения сыр ками данного аппаплотность сырья в 20 вения значительных ению материала при ндрического корпуса я снизу вверх; боль 1Изобретение относится к гидролизной промышленности и может быть использовано для ведения процессов гидролиза раститель.- ного сырья или варки целлюлозы.Известны, например, варочный котел с нижней загрузкой сырья, имеющий устройство для раздельного удаления промывной и варочной жидкостей, и способ варки в таком котле 1.Известный аппарат представляет собой вертикальную цилиндрическую колонну, оборудованную загрузочным устройством в ниж ней части и разгрузочным в верхней части. Загрузочное устройство шнекового типа, а разгрузочное выполнено в виде мешалки со скребками, приспособленными для выгрузки отработанного сырья через отверстия в боковой стенке корпуса, Аппарат оборудован устройствами для раздельного ввода и удаления варочной и промывочной жидкосшие затраты энергии на перемещение сырья снизу вверх, так как шнековое устройство воспринимает всю массу находящегося в аппарате сырья и преодолевает силы трения сырья о стенки цилиндрического корпуса аппарата; ненадежная выгрузка отработанного сырья вследствие неравномерного захвата его с поверхности и забивания им выгрузочного отверстия,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффек ту является аппарат для кислотного гидро- лиза растительного сырья, содержащий вертикальную емкость, загрузочное устройство со шнеком, разгрузочное устройство, устройства для ввода варочной и промывной жидкостей и для отбора гидролизата 2,Недостатками данного устройства являются переуплотнение сырья в аппарате ввиду возникновения значительных сил трения о цилиндрические стенки емкости при движении сырья вверх и наличия в верхней части аппарата подпружиненного диска, препятствующего свободному передвижению сырья в аппарате;наличие больших энергозатрат на преодоление вертикальным транспортирующим659622По вертикальной оси емкости 1 установлена труба 4 для подачи варочной жидкости и коаксиально ей труба 5 для подачи промывной жидкости. Обе трубы перфорированы по высоте соответствующих зон. Кроме того, в аппарате предусмотрен периферийный подвод варочной и промывной жидкостей, для чего в цилиндрической части 2 емкости 1 установлены закрепленные на стенке внутри емкости перфорированные цилиндрические обечайки 6.В реакционной зоне, выполненной в видеконуса 3, в верхней и нижней частях расположены закрепленные на стенках устройства 7 для отбора гидролизата, представляющие собой конические перфорированные обечайки, подкрепленные ребрами жесткости.Загрузочное устройство состоит из дозатора 8 и двух шнеков: вертикального 9 и горизонтального 1 О. Вертикальный шнек 9 расположен в нижней конической части емкости и помегцен в корпус 11. Горизонтальный шнек 1 О и его корпус выполнен сужающимися по направлению к загрузочному отверстию в корпусе 11 и имеют пробкообразователь 12.Разгрузочное устройство представляетсобой ряд выгрузочных труб 13 с заборными насадками 14, эжекционного типа, расположенными по сечению внутри цилиндрической части 2 емкости 1 в зоне выгрузки отработанного сырья. Каждая выгрузочная труоа 13 имеет запирающие приспособления 15, расположенные вне аппарата. Каждая заборная насадка 14 выполнена в виде установленной коаксиально выгрузочной трубе 13 цилиндрической обечайки 16, снабженной сужающимися книзу коническим днишем 17. На входном конце загрузочной трубы 13 имеется расширяюшийся книзу конус 18, который находится над днишем 17 и образует с ним кольцевую щель. Заборные насадки 14 при установке их в зоне выгрузки должны быть заглублены в массу отработанного материала таким образом, чтобы крышки 19 заборных насадок 14, имеюгцие входы для парогазовой среды, находились в надсырьевом пространстве. Загрузочное устройство сблокировано с разгрузочным через датчик 20 регулирования твердой фазы. шнеком значительных сил трения и массысырья при подаче его вверх вдоль цилиндрической стенки корпуса, а так же на осушествление механического привода лопастной мешалки и шнека загрузочного приспособления;конструкция выгрузочного устройства,состоягцая из диска, мешалки, шнека, приемника с тройником малоэффективна, оченьгромоздка, сложна в изготовлении и обслуживании. Кроме того, оно пе обеспечиваетрвномерной выгрузки отработанного матсриала по сечению аппарата и по высоте;пода га нарочной и промывной жидкостейтолько по периферии, через боковые патрубки, не обеспечивает рвномерного распределения их кк по сечению, так и по высотесоответствуюцьих зон:отбор гидролизата в нижней части корпус вертикльного подающего шнека затрудпитслеп ввиду оольшого гидравлическогосопротивления, создаваемого уплотнс инымсырьем в этой зоне,2011 сль изобретения -- повышение эффективности процесса гидролиза за счет создания оптималы ой плотности материала в зонегидролиза и зоне выгрузки, обеспеченис равномерной подчи и распределения варочнойи промывной жидкостей по сечению аппарт и по высоте, а также применение многозопной выгрузки отработанного сырья посечению ппарата. Поставленная цель достигается тем, что емкость выполнена в виде сопряженных 30 цилиндрической верхней части и конической нижней части, высоты которых относятся как 1: 3. устройство для ввода ва р очной и промывной жидкостей состоит из коаксиально расположенных по вертикальной гео 35 метрической оси емкости труб, а разгрузочное устройство представляет собой ряд труб с заборными насадками эжекционпого типа, расположенными по сечению внутри аппарата в зоне выгрузки отработанного сырья и с запирающими приспособлениями вне 40 аппарата.Г 1 ри этом каждая заборная насадка выполнена в виде установленной коаксиально выгрузочной трубе цилиндрической обечайки, снабженной сужающимся книзу конис ческим днишем, над которым установлен с образованием кольцевой гцели расширяющийся книзу конус, а цнек загрузочного устройства расположсн в нижней конической части емкости.На фиг. 1 изображен предлагаемый ап- з 0 парат, вертикальный продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 показана заборная насадка, продольный разрез.Аппарат содержит емкость 1, которая выполнена в виде сопряженных цилиндрической верхней части 2 и конической нижней части 3, высоты которых относятся как 1:3. Аппарат работает следуюшим образом.В верхнюю горловину дозатора 8 непрерывно подают сырье, которое затем горизонтальным шнеком 1 О перемегцается в пробкообразователь 12, служащий для создания надежной пробки из сырья, удер. живаюшей давление в емкости 1. Из пробкообразователя 12 сырье поступает на вертикальный шнек 9, расположенный в нижней части емкости 1 и служаший для перемещения сырья по высоте емкости 1. Конусная форма вертикального шнека 9 обеспечивает снижение удельных ьагрузок на5рабочие витки шнека. Шнек 9 непосредственно передает толкающее усилие на пристенные слои материала, обеспечивая продвижение материала по конусной части 3 емкости 1, исключая взаимное перемещение слоев материала относительно друг друга. Тем самым исключаются потери энергии на взаимное перемещение слоев сырья относительно друг друга. Навстречу сырью идет поток варочной кислоты, поступающий в емкость 1 как по переферии, через перфорированные обечайки 16, так и по центральной трубе 4, перфорированной по высоте.Наличие в аппарате периферийной - через перфорированные цилиндрические обечайки и центральной - через трубу 4 подач варочной жидкости обеспечивает равномерный провар сырья по сечению аппарата и по высоте реакционной зоны. Это способствует наиболее полному смачиванию сырья варочной жидкостью, ускоряет процесс диффузии кислоты во всю массу загружаемого сырья. Кроме того, подача варочной жидкости по центру в конусную часть 3 емкости 1 увеличивает движущую силу процесса диффузии сахаров из сырья в жидкость, ввиду отсутствия сахаров в подаваемой свежей варочной жидкости. При дальнейшем продвижении сырья по высоте аппарата оно, превращаясь в лигнин, поступает в верхнюю цилиндрическую часть 2 емкости 1, здесь заканчивается гидролиз трудногидролизируемых полисахаридов, идет промывка лигнина водой и начинается его выгрузка. Отработанное сырье (лигнин) всасывается заборными насадками 14 и благодаря их расположению по сечению аппарата равномерно выгружается по выгрузочным трубам 13. Г 1 ри этом в зоне выгрузки исключается образование сводов. Выгрузка происходит за счет перепадов давления при открывании запирающих приспособлений 15, расположенных вне аппарата. При этом происходит вскипание жидкости в отработанном сырье и образующиеся пары обеспечивают выброс отработанного сырья через выгрузочные трубы 13 из аппарата. Наличие насадок 14 на концах труб 13 ускоряет захват материала за счет энергии находящегося над сырьем пара, который из надсырьевого пространства через входы на крышках 19 устремляется в кольцевую щель между коническим днищем 17 насадки и расширяющимся книзу конусом 18 на выгрузочной трубе 13. В кольцевой гцели пар значительно увеличивает свою скорость, создается зона пониженного давления и эффект самоиспарения жидкости, находящейся в парах лигнин, усиливается. Происходит более бурное вскипание лигнина и его выброс в выгрузочную трубу 13.Выполнение емкости в виде цилиндра в зонах подачи варочной и промывной жидкостей и выгрузки отработанного сырья35 40 50 55 Таким образом, аппарат обеспечиваетоптимальную плотность сырья во всех рабочих зонах аппарата, равномерность и хорошее качество контактирования варочной жидкости с сырьем. надежную и экономичную работу узлов загрузки и выгрузки, что повышает эффективность процесса непрерывного гидролиза растительного сырья в целом. 5 10 15 2025 30 способствуют некоторому повышению плот ности сырья в этой зоне по сравнению с плотностью сырья в конусной части, а это обеспечивает большое сопротивление для выгрузки лигнина и дает возможность получить отработанное сырье (лигнин) меньшей влажности. Промывная вода, поступающая в эту зону с периферии и по центральной перфорированной трубе 5, разрыхляет лигнин и обеспечивает бесперебойную равномерную работу выгружающих устройств, поскольку не требуется выравнивания выгружаемого слоя с помощью механических приспособлений. Отбор гидролизата осуществляется в верхней и нижней частях реакционной зонин находящейся в конусной части 2 емкости 1.Предлагаемый аппарат имеет преимушества перел известным, так выполнение емкости 1 в виде расширяющегося кверху конуса 3 в реакционной зоне и виле цилинлра 2 в зонах подачи варочной и промывной жидкости и выгрузки отработанного материала обеспечивает оптимальную плотность сырья в перечисленных зонах. При движении сырья вверх исключается его переуплотнение, благодаря чему обеспечивается беспрерывное и равномерное распределение варочной жидкости по всему объему сырья в аппарате. В результате процесс диффузии варочной жидкости в сырье и сахаров из сырья в гилролизат протекает равномерно и интенсивно и, как следствие этого, происходит более полный гилролиз древесины и вывод сахаров из сырья. Известно что переуплотнение сырья создает бо,чьшое гидравлическое сопротивление лвижению жидкости через сырье, а это уменьшает скорость отбора гидролизата, т. е. снижает произволительность аппарата по сахарам и способствует засорению фильтру. ющих и подающих устройств. Размещение же фильтрующих устройств в конусной части емкости способствует равномерной и достаточно высокой скорости прохождения жидкости через сырье. Чем больше эта скорость, тем больше коэффициент сорбции из твердой фазы в гидролизат. Вследствии того, что в конусной части уплотнение сырья несколько меньше, чем в цилиндрической, не будет наб.чкчлаться значительного повышения гидравлического сопротивления движению жидкости.659622 иг.Ю ЦН И И П И Заказ 2144/11 Тираж 40 илиал ППП Патент, г, Ужгород, ул Подписиктнаи,формула изобретенияА,Аппарат для кислотного гидролиза растительного сырья, содержаший вертикальную емкость, загрузочное устройство со шнеком, разгрузочное устройство, устройства для ввода варочной и промывной жидкостей и для отбора гидролизата, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, емкость выполнена в виде сопряженных цилиндрической верхней части и конической нижней части, высоты которых относятся как 1:3, устройство для ввода варочной и промывной жидкостей состоит из коаксиально расположенных по вертикальной геометрической оси емкости труб, а разгрузочное устройство представляет собой ряд выгрузочных труб с заборными насадками эжекционного типа, расположенными по сечению внутри аппарата в зоне 8выгрузки отработанного сырья и с запирающими приспособлениями вне аппарата.2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем,что каждая заборная насадка выполнена ввиде установленной коаксиально выгрузочной трубе цилиндрической обечайки, снаб 3женнои сужающимся книзу коническим днищем, над которым установлен с образованием кольцевой щели расширяющийся книзу конус.3. Аппарат по и. 1, 2, отличающийсятем, что шнек загрузочного устройства расположен в нижней конической части емкости,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3467573,кл. 162 - 19, 1969.1 2. Авторское свидетельство СССР183145, кл. С 13 К 1/02, 1965.