本實(shí)用新型涉及一種蔗汁澄清的裝置，特別涉及一種自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置。

背景技術(shù)：

澄清工序是制糖過(guò)程最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，澄清的目的是將混合汁中的膠體、色素等非糖份除去。傳統(tǒng)澄清方法主要有石灰法、亞硫酸法、碳酸法。

在這三種澄清工藝中，都是通過(guò)添加助劑（如石灰法：石灰乳、磷酸等；亞硫酸法：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從蔗汁中離從而實(shí)現(xiàn)蔗汁澄清。在添加助劑后發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、吸附反應(yīng)過(guò)程中，混合、傳遞影響和決定著反應(yīng)的速度、程度，以及沉淀顆粒的形貌并影響顆粒對(duì)非糖分的吸附，因此，強(qiáng)化溶液中組份的傳遞、混合是促進(jìn)蔗汁澄清效果的關(guān)鍵之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置，該裝置通過(guò)自激脈沖形成的空化效應(yīng)產(chǎn)生的壓力脈沖，促進(jìn)蔗汁撞擊流的傳遞混合作用，從而達(dá)到強(qiáng)化蔗汁澄清的效果。

解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置，包括撞擊流管道和至少兩個(gè)與撞擊流管道連通的自激脈沖裝置，其中兩個(gè)自激脈沖裝置對(duì)稱連接在撞擊流管道上，撞擊流管道上開(kāi)有物料出口。

所述的自激脈沖裝置為管狀結(jié)構(gòu)，沿物料的流動(dòng)方向，依次為入口管、入口段和出口段，出口段與撞擊流管道連通，入口管的直徑與入口段的直徑比值為0.1～0.4，入口管的直徑與出口管的直徑比值為0.9～1.1。

所述自激脈沖裝置的入口段與出口段之間還設(shè)置有收縮段，所述的收縮段是錐形，收縮段的角度β為50°～80°，收縮段的大端與入口段連接，小端與出口段連接。

本實(shí)用新型的原理：撞擊流最早是1961年由科學(xué)家Elperin提出的，是指在兩股氣固兩相流體高速相向撞擊。當(dāng)兩股流體相互撞擊時(shí)獲得很高的相對(duì)速度，且由于慣性，固體可以在兩股流體中反復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且撞擊區(qū)的湍流作用非常強(qiáng)烈，大大強(qiáng)化相間傳遞過(guò)程，從而使蔗汁中各種成分極快混合，如使中和汁中磷酸根、鈣離子、亞硫酸根離子或碳酸根離子快速混合，從而加快反應(yīng)速度和加大反應(yīng)程度，同時(shí)使得沉淀顆粒均勻、密實(shí)，并加大沉淀顆粒與蔗汁中非糖分接觸的機(jī)會(huì)，達(dá)到提高澄清效果的作用。

自激脈沖是當(dāng)流體流過(guò)一個(gè)收縮裝置（如幾何孔板，文丘里管等）時(shí)產(chǎn)生壓降，當(dāng)壓力降至蒸汽壓甚至負(fù)壓時(shí)，溶解在流體中的氣體會(huì)釋放出來(lái)，同時(shí)流體汽化而產(chǎn)生大量空化泡，空泡在隨流體進(jìn)一步流動(dòng)的過(guò)程中，遇到周圍的壓力增大時(shí)，體積將急劇縮小直至潰滅，伴隨出現(xiàn)強(qiáng)烈的沖擊波和速度高達(dá)100m/s微射流，從而產(chǎn)生劇烈的湍流效應(yīng)。

本實(shí)用新型通過(guò)自激脈沖作用，對(duì)撞擊流進(jìn)行強(qiáng)化，由于自激脈沖產(chǎn)生的沖擊波，能夠使撞擊流對(duì)組合傳遞和混合的促進(jìn)作用更加強(qiáng)烈，促進(jìn)蔗汁中組分的化學(xué)反應(yīng)和吸附沉淀作用，從而強(qiáng)化蔗汁的澄清。

本實(shí)用新型的強(qiáng)化蔗汁澄清的效果與現(xiàn)有蔗汁澄清技術(shù)相比，澄清效果有明顯的提高，至少提高60%以上，具有大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

蔗汁通過(guò)自激脈沖撞擊流協(xié)同空化強(qiáng)化裝置進(jìn)行強(qiáng)化反應(yīng)，可以達(dá)到如下效果：

（1）殘留的Ca²⁺含量低。

糖汁殘留Ca²⁺含量高，一方面會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品灰分高，降低產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)糖汁中無(wú)機(jī)物的含量高，會(huì)使造蜜率升高，糖分收回率降低；另一方面，糖汁中殘留的Ca²⁺等無(wú)機(jī)鹽，會(huì)使設(shè)備管道積垢嚴(yán)重，降低傳熱效率，增加能耗和降低生產(chǎn)效率。本實(shí)用新型的實(shí)施，由于劇烈的湍流效應(yīng)使得Ca²⁺和蔗汁中的部分陰離子、SO₃^2-等實(shí)現(xiàn)快速、充分的反應(yīng)大大降低了溶液體系中Ca²⁺的含量，從而避免了由于蔗汁中殘留Ca²⁺較多而導(dǎo)致的諸如產(chǎn)品灰分高、糖分收回率降低、增加設(shè)備管道的積垢等不利影響。

（2）殘留的SO₃^2-含量低（對(duì)于亞法而言）。

硫熏中和后經(jīng)過(guò)沉降澄清得到的蔗汁中SO₃^2-的含量，直接影響到白砂糖中二氧化硫的含量。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)的提高，白砂糖的二氧化硫含量要求有進(jìn)一步降低的趨勢(shì)。因此如何有效減少白砂糖中二氧化硫含量，是糖廠面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，尤其在生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)更加容易產(chǎn)生二氧化硫含量超標(biāo)的情況。本實(shí)用新型的實(shí)施，使蔗汁硫熏中和反應(yīng)在自激脈沖撞擊流協(xié)同空化強(qiáng)化裝置進(jìn)行，使SO₃^2-和Ca²⁺過(guò)飽和溶液在介穩(wěn)區(qū)（較低過(guò)飽和度）就可以實(shí)現(xiàn)CaSO₃沉淀的形成和長(zhǎng)大，大大降低了溶液體系中SO₃^2-的含量，從而為最終降低白砂糖成品中的殘硫量提供了必要條件。

（3）反應(yīng)速度快，沉淀顆粒結(jié)實(shí)，吸附性能好。

在制糖澄清過(guò)程，主要是靠Ca²⁺和SO₃^2-或蔗汁中的其它部分陰離子反應(yīng)形成CaSO₃沉淀以及PO₄^3-和Ca²⁺反應(yīng)形成Ca₃(PO₄)₂沉淀或其它沉淀，從而將糖汁中的膠體、色素吸附而除去。亞硫酸鈣沉淀和磷酸鈣沉淀對(duì)膠體色素的吸附能力直接影響到澄清脫色效果，而沉淀顆粒的結(jié)實(shí)程度，即密度大小又直接影響到其沉降性能。在自激脈沖撞擊流協(xié)同強(qiáng)化條件下，形成的高度湍流等效應(yīng)，使得反應(yīng)體系具有良好的混合作用，加速反應(yīng)離子的充分接觸，從而使得反應(yīng)速度加快，同時(shí)使得生成的沉淀顆粒結(jié)實(shí)，沉降速度快，泥汁體積少，過(guò)濾性能好。另一方面，由于反應(yīng)速度快，形成的沉淀顆粒表面新鮮，顆粒對(duì)蔗汁中膠體、色素等雜質(zhì)等吸附能力強(qiáng)，提高了蔗汁的澄清脫色效果。

（4）產(chǎn)生的沉淀顆粒均勻。

部分陰離子和Ca²⁺反應(yīng)形成沉淀顆粒的大小均勻性影響到顆粒在沉降器中沉降的穩(wěn)定性及均衡性。如果顆粒不均勻，會(huì)造成沉降器中沉降不均勻，局部沉降過(guò)快或過(guò)慢，嚴(yán)重時(shí)還可能使沉降器中出現(xiàn)對(duì)流翻滾情況，造成沉降效果變差，降低清凈效率。因而，沉淀顆粒大小均勻性是保證或提高沉降效果從而提高清凈效率的關(guān)鍵因素之一。本實(shí)用新型的實(shí)施，使得硫熏中和反應(yīng)體系在高湍流狀態(tài)下，反應(yīng)形成沉淀顆粒尺寸范圍分布較窄，顆粒均勻，增加了蔗汁澄清過(guò)程的穩(wěn)定性，提高澄清效果。

本實(shí)用新型實(shí)施效果如下：

本實(shí)用新型應(yīng)用于強(qiáng)化蔗汁澄清的工藝中，使沉淀的反應(yīng)更加充分，同時(shí)反應(yīng)速度大大加快，使沉淀顆粒比常規(guī)情況下更加大且致密，結(jié)果一方面使得糖汁中殘留的SO₂、Ca²⁺等降低，提高成品白砂糖的質(zhì)量；另一方面又使糖汁的色值顯著降低。相比于傳統(tǒng)的工藝，蔗汁通過(guò)本實(shí)用新型自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置后，取得如下效果：

（1）糖汁中殘留的Ca²⁺降低30%以上；

（2）糖汁中殘留的SO₂降低30%以上（亞硫酸法）；

（3）清汁純度提高1.5%以上；

（4）脫色率提高60%以上。

附圖說(shuō)明

圖1：采用本實(shí)用新型強(qiáng)化蔗汁澄清的工藝流程圖之一（石灰法）。

圖2：采用本實(shí)用新型強(qiáng)化蔗汁澄清的工藝流程圖之二（石灰法）。

圖3：采用本實(shí)用新型強(qiáng)化蔗汁澄清的工藝流程圖之一（亞硫酸法）。

圖4：采用本實(shí)用新型強(qiáng)化蔗汁澄清的工藝流程圖之二（亞硫酸法）。

圖5：本實(shí)用新型實(shí)施例1之自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6：本實(shí)用新型實(shí)施例2之自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7：本實(shí)用新型自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置變化結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中箭頭表示蔗汁的流動(dòng)方向。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：一種自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置，如圖5所示，包括撞擊流管道和對(duì)稱設(shè)置在撞擊流管道上并與撞擊流管道連通的兩個(gè)自激脈沖裝置，蔗汁同時(shí)通過(guò)兩個(gè)自激脈沖裝置進(jìn)入到撞擊流管道內(nèi)產(chǎn)生撞擊流，撞擊流管道上開(kāi)有物料出口11。所述的自激脈沖裝置為管狀結(jié)構(gòu)，沿物料的流動(dòng)方向，依次為入口管21、入口段22、收縮段23和出口段24，出口段與撞擊流管道連通，入口管的直徑與入口段的直徑比值為0.1～0.4，入口管的直徑與出口管的直徑比值為0.9～1.1。所述的收縮段23是錐形，收縮段的角度β為50°～80°，收縮段的大端與入口段連接，小端與出口段連接。

實(shí)施例2：一種自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置，如圖6所示，包括撞擊流管道和對(duì)稱設(shè)置在撞擊流管道上并與撞擊流管道連通的兩個(gè)自激脈沖裝置，蔗汁同時(shí)通過(guò)兩個(gè)自激脈沖裝置進(jìn)入到撞擊流管道內(nèi)產(chǎn)生撞擊流，撞擊流管道上開(kāi)有物料出口11。所述的自激脈沖裝置為管狀結(jié)構(gòu)，沿物料的流動(dòng)方向，依次為入口管21、入口段22和出口段24，出口段與撞擊流管道連通，入口管的直徑與入口段的直徑比值為0.1～0.4，入口管的直徑與出口管的直徑比值為0.9～1.1。

作為實(shí)施例1、實(shí)施例2的一種變換，所述的自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置中的兩個(gè)自激脈沖裝置的結(jié)構(gòu)可以不相同，其中一個(gè)自激脈沖裝置沿物料的流動(dòng)方向，依次為入口管21、入口段22和出口段24，另一個(gè)自激脈沖裝置沿物料的流動(dòng)方向，依次為入口管21、入口段22、收縮段23和出口段24（如圖7所示）。

作為本實(shí)用新型各實(shí)施例的一種變換，所述的自激脈沖裝置的數(shù)量還可以根據(jù)實(shí)際情況增加，可以是三個(gè)、四個(gè)或是更多個(gè)。自激脈沖裝置的具體結(jié)構(gòu)也可以相應(yīng)變化，只要能夠產(chǎn)生自激脈沖效應(yīng)即可。

本實(shí)用新型適用于傳統(tǒng)的石灰法澄清工藝中，將加灰后的蔗汁通入本實(shí)用新型自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置，對(duì)硫熏中和反應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)化；本實(shí)用新型可以設(shè)置在加灰之后、二次加熱之前（如圖1所示）；也可以設(shè)置在二次加熱之后、進(jìn)入沉降器之前（如圖2所示）。

本實(shí)用新型還適用于傳統(tǒng)的亞硫酸法澄清工藝中，將硫熏中和后的蔗汁通入自激脈沖撞擊流強(qiáng)化裝置，對(duì)硫熏中和反應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)化，本實(shí)用新型可以可以設(shè)置在硫熏中和反應(yīng)之后、二次加熱之前（如圖3所示）；也可以設(shè)置在二次加熱之后、進(jìn)入沉降器之前（如圖4所示）。

亞硫酸法工藝中，采用本實(shí)用新型的蔗汁澄清工藝與傳統(tǒng)工藝、水力空化強(qiáng)化工藝對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

上表中，水力空化強(qiáng)化蔗汁澄清的工藝是采用水力空化裝置（如文丘里管，僅有一個(gè)入口，不能產(chǎn)生撞擊流）替代本實(shí)用新型之自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置，其他參數(shù)均與亞硫酸法工藝中相同。

石灰法工藝中，采用本實(shí)用新型的蔗汁澄清工藝與傳統(tǒng)工藝、水力空化強(qiáng)化工藝對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

上表中，水力空化強(qiáng)化蔗汁澄清的工藝是采用水力空化裝置（如文丘里管，僅有一個(gè)入口，不能產(chǎn)生撞擊流）替代本實(shí)用新型之自激脈沖撞擊流強(qiáng)化蔗汁澄清的裝置，其他參數(shù)均與石灰法工藝中相同。