自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置的制作方法

本实用新型涉及一种蔗汁澄清的装置，特别涉及一种自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置。

背景技术：

澄清工序是制糖过程最关键的环节，澄清的目的是将混合汁中的胶体、色素等非糖份除去。传统澄清方法主要有石灰法、亚硫酸法、碳酸法。

在这三种澄清工艺中，都是通过添加助剂（如石灰法：石灰乳、磷酸等；亚硫酸法：石灰乳、二氧化硫、磷酸等；碳酸法：石灰乳、二氧化碳等），中和、形成沉淀吸附蔗汁中的非糖分并从蔗汁中离从而实现蔗汁澄清。在添加助剂后发生的化学反应、吸附反应过程中，混合、传递影响和决定着反应的速度、程度，以及沉淀颗粒的形貌并影响颗粒对非糖分的吸附，因此，强化溶液中组份的传递、混合是促进蔗汁澄清效果的关键之一。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置，该装置通过自激脉冲形成的空化效应产生的压力脉冲，促进蔗汁撞击流的传递混合作用，从而达到强化蔗汁澄清的效果。

解决上述技术问题的技术方案是：一种自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置，包括撞击流管道和至少两个与撞击流管道连通的自激脉冲装置，其中两个自激脉冲装置对称连接在撞击流管道上，撞击流管道上开有物料出口。

所述的自激脉冲装置为管状结构，沿物料的流动方向，依次为入口管、入口段和出口段，出口段与撞击流管道连通，入口管的直径与入口段的直径比值为0.1～0.4，入口管的直径与出口管的直径比值为0.9～1.1。

所述自激脉冲装置的入口段与出口段之间还设置有收缩段，所述的收缩段是锥形，收缩段的角度β为50°～80°，收缩段的大端与入口段连接，小端与出口段连接。

本实用新型的原理：撞击流最早是1961年由科学家Elperin提出的，是指在两股气固两相流体高速相向撞击。当两股流体相互撞击时获得很高的相对速度，且由于惯性，固体可以在两股流体中反复运动，并且撞击区的湍流作用非常强烈，大大强化相间传递过程，从而使蔗汁中各种成分极快混合，如使中和汁中磷酸根、钙离子、亚硫酸根离子或碳酸根离子快速混合，从而加快反应速度和加大反应程度，同时使得沉淀颗粒均匀、密实，并加大沉淀颗粒与蔗汁中非糖分接触的机会，达到提高澄清效果的作用。

自激脉冲是当流体流过一个收缩装置（如几何孔板，文丘里管等）时产生压降，当压力降至蒸汽压甚至负压时，溶解在流体中的气体会释放出来，同时流体汽化而产生大量空化泡，空泡在随流体进一步流动的过程中，遇到周围的压力增大时，体积将急剧缩小直至溃灭，伴随出现强烈的冲击波和速度高达100m/s微射流，从而产生剧烈的湍流效应。

本实用新型通过自激脉冲作用，对撞击流进行强化，由于自激脉冲产生的冲击波，能够使撞击流对组合传递和混合的促进作用更加强烈，促进蔗汁中组分的化学反应和吸附沉淀作用，从而强化蔗汁的澄清。

本实用新型的强化蔗汁澄清的效果与现有蔗汁澄清技术相比，澄清效果有明显的提高，至少提高60%以上，具有大规模工业应用的优势。

蔗汁通过自激脉冲撞击流协同空化强化装置进行强化反应，可以达到如下效果：

（1）残留的Ca²⁺含量低。

糖汁残留Ca²⁺含量高，一方面会导致产品灰分高，降低产品的质量，同时糖汁中无机物的含量高，会使造蜜率升高，糖分收回率降低；另一方面，糖汁中残留的Ca²⁺等无机盐，会使设备管道积垢严重，降低传热效率，增加能耗和降低生产效率。本实用新型的实施，由于剧烈的湍流效应使得Ca²⁺和蔗汁中的部分阴离子、SO₃^2-等实现快速、充分的反应大大降低了溶液体系中Ca²⁺的含量，从而避免了由于蔗汁中残留Ca²⁺较多而导致的诸如产品灰分高、糖分收回率降低、增加设备管道的积垢等不利影响。

（2）残留的SO₃^2-含量低（对于亚法而言）。

硫熏中和后经过沉降澄清得到的蔗汁中SO₃^2-的含量，直接影响到白砂糖中二氧化硫的含量。随着国民经济的发展和产品质量意识的提高，白砂糖的二氧化硫含量要求有进一步降低的趋势。因此如何有效减少白砂糖中二氧化硫含量，是糖厂面临的一个重要问题，尤其在生产出现波动时更加容易产生二氧化硫含量超标的情况。本实用新型的实施，使蔗汁硫熏中和反应在自激脉冲撞击流协同空化强化装置进行，使SO₃^2-和Ca²⁺过饱和溶液在介稳区（较低过饱和度）就可以实现CaSO₃沉淀的形成和长大，大大降低了溶液体系中SO₃^2-的含量，从而为最终降低白砂糖成品中的残硫量提供了必要条件。

（3）反应速度快，沉淀颗粒结实，吸附性能好。

在制糖澄清过程，主要是靠Ca²⁺和SO₃^2-或蔗汁中的其它部分阴离子反应形成CaSO₃沉淀以及PO₄^3-和Ca²⁺反应形成Ca₃(PO₄)₂沉淀或其它沉淀，从而将糖汁中的胶体、色素吸附而除去。亚硫酸钙沉淀和磷酸钙沉淀对胶体色素的吸附能力直接影响到澄清脱色效果，而沉淀颗粒的结实程度，即密度大小又直接影响到其沉降性能。在自激脉冲撞击流协同强化条件下，形成的高度湍流等效应，使得反应体系具有良好的混合作用，加速反应离子的充分接触，从而使得反应速度加快，同时使得生成的沉淀颗粒结实，沉降速度快，泥汁体积少，过滤性能好。另一方面，由于反应速度快，形成的沉淀颗粒表面新鲜，颗粒对蔗汁中胶体、色素等杂质等吸附能力强，提高了蔗汁的澄清脱色效果。

（4）产生的沉淀颗粒均匀。

部分阴离子和Ca²⁺反应形成沉淀颗粒的大小均匀性影响到颗粒在沉降器中沉降的稳定性及均衡性。如果颗粒不均匀，会造成沉降器中沉降不均匀，局部沉降过快或过慢，严重时还可能使沉降器中出现对流翻滚情况，造成沉降效果变差，降低清净效率。因而，沉淀颗粒大小均匀性是保证或提高沉降效果从而提高清净效率的关键因素之一。本实用新型的实施，使得硫熏中和反应体系在高湍流状态下，反应形成沉淀颗粒尺寸范围分布较窄，颗粒均匀，增加了蔗汁澄清过程的稳定性，提高澄清效果。

本实用新型实施效果如下：

本实用新型应用于强化蔗汁澄清的工艺中，使沉淀的反应更加充分，同时反应速度大大加快，使沉淀颗粒比常规情况下更加大且致密，结果一方面使得糖汁中残留的SO₂、Ca²⁺等降低，提高成品白砂糖的质量；另一方面又使糖汁的色值显著降低。相比于传统的工艺，蔗汁通过本实用新型自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置后，取得如下效果：

（1）糖汁中残留的Ca²⁺降低30%以上；

（2）糖汁中残留的SO₂降低30%以上（亚硫酸法）；

（3）清汁纯度提高1.5%以上；

（4）脱色率提高60%以上。

附图说明

图1：采用本实用新型强化蔗汁澄清的工艺流程图之一（石灰法）。

图2：采用本实用新型强化蔗汁澄清的工艺流程图之二（石灰法）。

图3：采用本实用新型强化蔗汁澄清的工艺流程图之一（亚硫酸法）。

图4：采用本实用新型强化蔗汁澄清的工艺流程图之二（亚硫酸法）。

图5：本实用新型实施例1之自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置结构示意图。

图6：本实用新型实施例2之自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置结构示意图。

图7：本实用新型自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置变化结构示意图。

图中箭头表示蔗汁的流动方向。

具体实施方式

实施例1：一种自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置，如图5所示，包括撞击流管道和对称设置在撞击流管道上并与撞击流管道连通的两个自激脉冲装置，蔗汁同时通过两个自激脉冲装置进入到撞击流管道内产生撞击流，撞击流管道上开有物料出口11。所述的自激脉冲装置为管状结构，沿物料的流动方向，依次为入口管21、入口段22、收缩段23和出口段24，出口段与撞击流管道连通，入口管的直径与入口段的直径比值为0.1～0.4，入口管的直径与出口管的直径比值为0.9～1.1。所述的收缩段23是锥形，收缩段的角度β为50°～80°，收缩段的大端与入口段连接，小端与出口段连接。

实施例2：一种自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置，如图6所示，包括撞击流管道和对称设置在撞击流管道上并与撞击流管道连通的两个自激脉冲装置，蔗汁同时通过两个自激脉冲装置进入到撞击流管道内产生撞击流，撞击流管道上开有物料出口11。所述的自激脉冲装置为管状结构，沿物料的流动方向，依次为入口管21、入口段22和出口段24，出口段与撞击流管道连通，入口管的直径与入口段的直径比值为0.1～0.4，入口管的直径与出口管的直径比值为0.9～1.1。

作为实施例1、实施例2的一种变换，所述的自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置中的两个自激脉冲装置的结构可以不相同，其中一个自激脉冲装置沿物料的流动方向，依次为入口管21、入口段22和出口段24，另一个自激脉冲装置沿物料的流动方向，依次为入口管21、入口段22、收缩段23和出口段24（如图7所示）。

作为本实用新型各实施例的一种变换，所述的自激脉冲装置的数量还可以根据实际情况增加，可以是三个、四个或是更多个。自激脉冲装置的具体结构也可以相应变化，只要能够产生自激脉冲效应即可。

本实用新型适用于传统的石灰法澄清工艺中，将加灰后的蔗汁通入本实用新型自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置，对硫熏中和反应进行强化；本实用新型可以设置在加灰之后、二次加热之前（如图1所示）；也可以设置在二次加热之后、进入沉降器之前（如图2所示）。

本实用新型还适用于传统的亚硫酸法澄清工艺中，将硫熏中和后的蔗汁通入自激脉冲撞击流强化装置，对硫熏中和反应进行强化，本实用新型可以可以设置在硫熏中和反应之后、二次加热之前（如图3所示）；也可以设置在二次加热之后、进入沉降器之前（如图4所示）。

亚硫酸法工艺中，采用本实用新型的蔗汁澄清工艺与传统工艺、水力空化强化工艺对比实验结果如下：

上表中，水力空化强化蔗汁澄清的工艺是采用水力空化装置（如文丘里管，仅有一个入口，不能产生撞击流）替代本实用新型之自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置，其他参数均与亚硫酸法工艺中相同。

石灰法工艺中，采用本实用新型的蔗汁澄清工艺与传统工艺、水力空化强化工艺对比实验结果如下：

上表中，水力空化强化蔗汁澄清的工艺是采用水力空化装置（如文丘里管，仅有一个入口，不能产生撞击流）替代本实用新型之自激脉冲撞击流强化蔗汁澄清的装置，其他参数均与石灰法工艺中相同。