Сатураторная установка включает емкость 1 для обработки дефекованного раствора отработанным сатурационным газом и емкость 2 для обработки свежим сатурационным газом [1].
Емкость 1 выполнена герметичной и снабжена в нижней части газораспределителем 3 с патрубком 4 для подвода жидкостно-газовой смеси дефекованного раствора с отработанным сатурационым газом, а также патрубком 5 для отвода предварительно отсатурированного раствора. В верхней части емкости установлен каплеотбойник 6, над которым расположен патрубок 7 для отвода, отработанного сатурационного газа вместе с уносимыми каплями раствора. Емкость 1 снабжена снаружи струйным насосом 8, имеющим патрубки 9 для подвода дефекованного раствора и 10 для подвода отработанного сатурационного газа. Выходной трубопровод 11 струйного насоса 8 присоединен через патрубок 4 к газораспределителю 3. При этом емкость 1 снабжена системой автоматического регулирования откачки предварительно отсатурированного раствора, включающей датчик уровня раствора 12, соединенный с регулятором 13 и исполнительным механизмом 14 регулирующего органа, смонтированного на патрубке 5 для отвода предварительно отсатурированного раствора. Кроме того, емкость 1 снабжена также системой автоматического регулирования давления в наджидкостном пространстве, включающей датчик давления отработанного сатурационного газа 15, соединенный с регулятором 16 и исполнительным механизмом 17 регулирующего органа, смонтированного на технологическом патрубке 7 отвода отработанного сатурационного газа.
Емкость 2 снабжена газораспределителем 18, расположенным в ее нижней части. Для подачи газа в газораспределитель 18 предназначен кольцевой коллектор 19, имеющий патрубок 20 для подвода свежего сатурационного газа. Патрубок 21 и трубопровод 22 с контрольным ящиком 23 служат для отвода отсатурированного раствора. В наджидкостном пространстве емкости 2 установлен с зазором относительно нее зонт 24 для улавливания отработанного сатурационного газа, полость которого сообщена трубопроводом 25 с патрубком 10 для подвода отработанного сатурационного газа к струйному насосу 8. Под нижней кромкой зонта 24 и с зазором относительно нее установлена коническая тарелка 26, закрепленная верхней кромкой к внутренней поверхности емкости 2, предназначенная для стекания раствора в нижнюю часть емкости. В верхней части емкости 2 имеются каплеотбойник 27 и патрубок 28 для отвода, отработанного сатурационного газа, возвращаемого из емкости 1.
Емкости 1 и 2 соединены друг с другом трубопроводом 29 для перелива предварительно отсатурированного раствора и трубопроводом 30 для возвращения не отделенных каплеотбойником 6 капель раствора, уносимых из емкости 1 вместе с отработанным сатурационным газом. Выходные концы обоих трубопроводов 29 и 30 расположены над вершиной зонта снаружи.
Установка работает следующим образом. Дефекованный раствор подают в струйный насос 8 под давлением через патрубок 9. В струйном насосе раствор приобретает большую скорость, кинетическая энергия раствора возрастает, а потенциальная уменьшается. При этом давление снижается и становится меньше атмосферного, то есть в трубопроводе 25 возникает разрежение. Вследствие разрежения отработанный сатурационный газ, улавливаемый под зонтом 24 в емкости 2, отсасывается и поступает через патрубок 10 в струйный насос 8, где происходит интенсивное смешивание потока дефекованного раствора с засасываемым отработанным сатурационным газом. В результате образования пенной структуры газожидкостного потока достигается высокий коэффициент массопередачи. Эффект использования диоксида углерода из отработанного сатурационного газа усиливается за счет интенсификации процесса абсорбции, осуществляемого при избыточном давлении как в струйном насосе 8, так и в емкости 1, работающей как пневмогидравлический ресивер. Избыточное давление поддерживается с одной стороны на выходе струйного насоса, поскольку газожидкостный поток по трубопроводу 11 подается через патрубок 4 в газораспределитель 3, находящийся под слоем раствора, создающим гидростатическое давление. Гидростатическое давление поддерживается системой автоматического регулирования [3, 4] откачки из емкости 1 предварительно отсатурированного раствора. Сигнал уровня в емкости 1, измеренный датчиком уровня 12, поступает на регулятор 13, воздействующий на откачку предварительно отсатурированного раствора посредством исполнительного механизма 14. С другой стороны, избыточное давление обеспечивается системой автоматического регулирования давления в наджидкостном пространстве емкости 1. Давление стабилизируют путем измерения его датчиком 15, выходной сигнал которого подается на регулятор 16, воздействующий на отвод отработанного сатурационного газа через патрубок 7 посредством исполнительного механизма 17.
Таким образом, в емкости 1 за счет избыточного давления по газовой фазе достигается интенсификация процесса абсорбции диоксида углерода [2, 5] двумя приемами. Во-первых, собственно в струйном насосе, работающем с противодавлением, и, во-вторых, при барботировании пузырьков диоксида углерода, выходящих из газораспределителя, через слой раствора. При этом происходит интенсивное и равномерное образование мелких кристаллов карбоната кальция (СаСО3), обладающих высокой адсорбционной способностью. В результате высокоразвитой поверхности кристаллов карбоната кальция несахара более полно адсорбируются на их поверхности.
Неоднократно использованный сатурационный газ проходит каплеотбойник 6 и вместе с частично уносимыми капля ми раствора отводится из емкости 1 через патрубок 7 по трубопроводу 30, выходной конец которого расположен над вершиной зонта 24. Таким способом не отделенная каплеотбойником 6 от газовой фазы часть раствора также возвращается в емкость 2. Остаток сатурационного газа проходит через каплеотбойник 27 и выбрасывается в атмосферу через патрубок 28.
Предварительно отсатурированный раствор с центрами осадка СаСО3 собирается в нижней части емкости 1, где происходит стабилизация частичек карбоната кальция. Из емкости 1 предварительно отсатурированный раствор переливается за счет разности давлений по трубопроводу 29 в емкость 2, поступает на вершину зонта и, переливаясь через зонт 24 и коническую тарелку 26, заполняет нижнюю часть емкости 2. При этом раствор стекает с зонта 24 на коническую тарелку 26 в виде цилиндрической завесы и создает тем самым преграду для непосредственного удаления отработанного сатурационного газа, выходящего из слоя раствора, в атмосферу через патрубок 28. В результате близкого расположения зонта 24 и конической тарелки 26 отработанный в емкости 2 сатурационный газ полностью улавливается под зонтом 24 и по трубопроводу 25 за счет разрежения засасывается на струйный насос 8.
Свежий сатурационный газ на основную обработку раствора поступает в емкость 2 через патрубок 20, кольцевой коллектор 19 и равномерно распределяется по поперечному сечению емкости газораспределителем 18. Отсатурированный раствор через патрубок 21 по трубопроводу 22 поступает в контрольный ящик 23.
Поступающий в емкость 2 раствор энергично контактирует с барботирующими ему навстречу пузырьками свежего сатурационного газа. При этом завершается процесс сатурирования, происходит дальнейший рост кристаллов СаСО3 и щелочность отсатурированного раствора доводится до заданной конечной величины.
Таким образом, в сатураторе происходит последовательное - трехступенчатое снижение щелочности до оптимальной сатурируемого дефекованного раствора по потоку “струйный насос - емкость 1 - емкость 2”. При этом карбонат кальция формируется в условиях постепенного снижения щелочности, что дает возможность более полно адсорбировать вещества, проявляющие максимальную способность к адсорбции при различном значении рН.
Конструкция сатуратора позволяет повысить степень использования диоксида углерода до 90-95% за счет абсорбции СО2 из уже отработанного сатурационного газа в емкости 1 при избыточном давлении. При этом абсорбируемый из сатурационного газа диоксид углерода используется для образования в дефекованном растворе уже на входе в емкость 1 центров осадка СаСО3. Обеспечение необходимого количества центров осадка СаСО3 может быть достигнуто за счет регулирования расхода раствора на установку.
Наличие центров осадка СаСО3 в растворе ускоряет кристаллизацию образующегося при сатурации карбоната кальция, что препятствует образованию золя, а затем и геля СаСО3 и обеспечивает получение растворов с хорошими фильтрационно-седиментационными свойствами.
Использование предлагаемой установки дает возможность:
- повысить степень использования диоксида углерода сатурационного газа за счет интенсификации процесса абсорбции СО2 при избыточном давлении и добиться практически полной его утилизации;
- улучшить эффект адсорбционной очистки сахарсодержащего раствора в результате лучшей адсорбции несахаров дефекованного сока или клеровки сахара-сырца при трехступенчатой сатурации;
- улучшить фильтрационные и седиментационные свойства сатурационного осадка;
- значительно уменьшить унос воды и потери теплоты из сатуратора в атмосферу вместе с водяным паром, удаляемым с отработанным сатурационным газом.