Установка для модификации крахмала газообразным окислителем

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ КРАХМАЛА ГАЗООБРАЗНЫМ ОКИСЛИТЕЛЕМ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Поздняков Владимир Михайлович Будека Юрий Фдорович Литвяк Владимир Владимирович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Установка для модификации крахмала газообразным окислителем, содержащая устройство для нагнетания рабочей среды (1), связанное трубопроводом (2) с камерой смешения (5), емкость-мерник, связанный с камерой смешения (5), впускную камеру (8),соединенную с реактором, корпус которого выполнен протяженной формы с криволинейным или многоугольным поперечным сечением замкнутой конфигурации, включающий по меньшей мере одну петлеобразную трубу, с соединительным циркуляционным каналом(30) и участком (35) для отвода газокрахмальной смеси с модифицированным крахмалом на выгрузку или на очистку, устройство (36) для выделения модифицированного крахмала из газо-крахмальной смеси, соединенное с узлом выгрузки (39) модифицированного крахмала, пылеуловитель (41), причем в корпусе реактора за выпускной камерой (8) установлены последовательно по ходу движения потока турбулизатор (9) пластинчатый поперечный, выполненный в виде перфорированной пластины и соединенный с встряхивателем (10), турбулизатор (14), соединенный с встряхивателем (13), патрубок (15) для ввода газообразного окислителя, два продольных турбулизатора (16) и (17), расположенных на противоположных сторонах внутренней поверхности корпуса реактора с продольным смещением относительно друг друга, предохранительный клапан (19),18335 1 2014.06.30 отрегулированный на рабочее давление внутри корпуса реактора, турбулизатор (20) пластинчатый поперечный с встряхивателем (21), патрубки (22) и (23) для ввода газообразного окислителя, турбулизатор (24) с встряхивателем (25), турбулизатор (27) с встряхивателем (28), патрубок (29) для ввода газообразного окислителя, шибер (31) с приводом (32), установленные в соединительном циркуляционном канале (30), шибер (33) с приводом (34), установленные в участке (35), соединенном с устройством (36) для выделения модифицированного крахмала, связанным с узлом выгрузки (39) модифицированного крахмала и с пылеуловителем (41), соединенным с устройством для нагнетания рабочей среды (1), причем в корпусе реактора выполнены сужение (12), расположенное за турбулизатором (9) по ходу движения потока, сужение (18), расположенное за продольным турбулизатором (17) и соединенное трубопроводом (3) с трубопроводом (2), сужение(26), расположенное за турбулизатором (24) и соединенное трубопроводом (4) с трубопроводом (2), а патрубки (15, 22, 23, 29) для ввода газообразного окислителя установлены под углом от 0 до 90 относительно оси корпуса реактора и направлены навстречу образуемому в корпусе реактора газокрахмальному потоку. Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к технологии крахмалопаточного и пищеконцентратного производства, и может быть использовано в технологии производства модифицированного крахмала, а также в различных производствах химической промышленности. Известна установка 1 для проведения модификации крахмала путем его окисления,предусматривающая наличие емкости для приготовления крахмальной суспензии, электролизной камеры, в которой анодное и катодное пространство разделены ионообменной мембраной, графитовый анод и катод из нержавеющей стали, сборник католита, сборник анолита и емкость для приготовления водного раствора солей. В этой установке крахмал обрабатывают в виде суспензии в водном растворе соли, прокачивая ее через анолитную камеру. При окислении крахмал находится во взвешенном состоянии в потоке анолита в анолитной камере. Недостатками установки-аналога являются низкая производительность, высокая энергоемкость вследствие необходимости перекачивания большого количества жидкости в течение длительного периода времени, сложность в изготовлении и эксплуатации. К тому же в этой установке нельзя получить крахмал высокого качества вследствие загрязнения его солями. Также известен пенно-вихревой газожидкостной реактор 2 для проведения химических реакций, в которых основное сопротивление процессу связано с массопереносом реагентов из газа в жидкость. Реактор содержит вихревую камеру с направляющим аппаратом, сепарационную камеру со сливными трубками для вывода жидкости, торцевой крышкой с центральным отверстием для отвода газов, емкостью для сбора жидкости и подачи ее в реакционный объем. Недостатками второго аналога - пенно-вихревого газожидкостного реактора - являются конструктивная сложность, а также существенный вынос жидкости из вихревой камеры с выходящим потоком газа, причем увеличение расхода газа приводит к увеличению выноса жидкости из вихревой камеры, что существенно ограничивает возможность управления режимными параметрами вихревой камеры. Наиболее близким к заявляемой полезной модели является аппарат для проведения газожидкостных каталитических реакций 3. Он выбран в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности. Аппарат для проведения газожидкостных каталитических реакций (по прототипу) содержит корпус реактора протяженной формы с установленным в нем монолитным катализатором, расположенным в виде нескольких последовательно установленных ярусов,2 18335 1 2014.06.30 патрубки для ввода газа и жидкости в корпус, устройство для первичного диспергирования и распределения газа по сечению аппарата, а также установленные между ярусами монолитного катализатора патрубки для дополнительной подачи газа между ярусами, в корпусе между ярусами монолитного катализатора за патрубками для дополнительной подачи газа установлены устройства для дополнительного диспергирования и распределения газа по сечению аппарата, причем каждое из устройств для первичного или дополнительного диспергирования и распределения газа выполнено в виде одной или нескольких последовательно соединенных труб Вентури, состоящих из конфузора, горловины и диффузора каждое из устройств для первичного или дополнительного диспергирования и распределения газа выполнено в виде крыльчатки, установленной неподвижно в корпусе аппарата каждое из устройств для первичного или дополнительного диспергирования и распределения газа выполнено в виде одной или нескольких последовательно соединенных труб Вентури, состоящих из конфузора, горловины и диффузора, и крыльчатки, неподвижно закрепленной в корпусе аппарата перед каждой трубой Вентури корпус реактора (аппарата) выполнен негерметичным (с открытым концом), т.е. с возможностью работы только на проток. К недостаткам аппарата по прототипу относятся большие потери напора потока среды на турбулизаторах в виде труб Вентури и неподвижных крыльчатках, отсутствует линия для циркуляции потока рабочей среды, что снижает эффективность использования активного вещества окислителя и модификации крахмала в потоке, т.к. не позволяет обеспечить длительный контакт между реагирующими веществами. Задача изобретения - повышение эффективности использования активного вещества окислителя и работы установки в целом за счет увеличения степени окисления (модификации) крахмала путем увеличения продолжительности и улучшения контакта зерен крахмала с окислителем и поддержания постоянной концентрации последнего в зоне реакции по всей длине корпуса аппарата, увеличение производительности установки по модифицированному крахмалу, предотвращение потерь окислителя в технологическом цикле, а также обеспечение выгрузки модифицированного крахмала и отвода отработанной газо-крахмальной смеси, обеспечение ее очистки от остатков крахмальной пыли и возврата газа после очистки в установку для модификации крахмала окислителем в газовой среде. Поставленная задача решается благодаря тому, что установка для модификации крахмала газообразным окислителем содержит устройство для нагнетания рабочей среды (1),связанное трубопроводом (2) с камерой смешения (5), емкость-мерник, связанный с камерой смешения (5), впускную камеру (8), соединенную с реактором, корпус которого выполнен протяженной формы с криволинейным или многоугольным поперечным сечением замкнутой конфигурации, включающий по меньшей мере одну петлеобразную трубу с соединенным циркуляционным каналом (30) и участком (35) для отвода газо-крахмальной смеси с модифицированным крахмалом на выгрузку или на очистку, устройство (36) для выделения модифицированного крахмала из газокрахмальной смеси, соединенное с узлом выгрузки (39) модифицированного крахмала, пылеуловитель (41), причем в корпусе реактора за выпускной камерой (8) установлены последовательно по ходу движения потока турбулизатор (9) пластинчатый поперечный, выполненный в виде перфорированной пластины и соединенный с встряхивателем (10), турбулизатор (14), соединенный с встряхивателем (13), патрубок (15) для ввода газообразного окислителя, два продольных турбулизатора (16) и (17), расположенных на противоположных сторонах внутренней поверхности корпуса реактора с продольным смещением относительно друг друга, предохранительный клапан (19), отрегулированный на рабочее давление внутри корпуса реактора, турбулизатор (20) пластинчатый поперечный с встряхивателем (21), патрубки(22) и (23) для ввода газообразного окислителя, турбулизатор (24) с встряхивателем (25),турбулизатор (27) с встряхивателем (28), патрубок (29) для ввода газообразного окислителя, шибер (31) с приводом (32), установленные в соединительном циркуляционном канале 3(30), шибер (33) с приводом (34), установленные в участке (35), соединенном с устройством (36) для выделения модифицированного крахмала, связанным с узлом выгрузки (39) модифицированного крахмала и с пылеуловителем (41), соединенным с устройством для нагнетания рабочей среды (1), причем в корпусе реактора выполнены сужение (12), расположенное за турбулизатором (9) по ходу движения потока, сужения (18), расположенное за продольным турбулизатором (17) и соединенное трубопроводом (3) с трубопроводом (2), сужение (26), расположенное за турбулизатором (24) и соединенное трубопроводом (4) с трубопроводом (2), а патрубки (15, 22, 23, 29) для ввода газообразного окислителя установлены под углом от 0 до 90 относительно оси корпуса реактора и направлены навстречу образуемому в корпусе реактора газокрахмальному потоку. На фигуре изображена принципиальная технологическая схема установки для модификации крахмала газообразным окислителем. Установка для модификации крахмала газообразным окислителем включает устройство для нагнетания рабочей (транспортной) среды (например, компрессор) (1), трубопроводы (2), (3), (4) для подачи сжатой рабочей среды, камеру смешения (смеситель) (5),емкость (мерник) (6) с крахмалом, линию (7) подачи газокрахмальной смеси в реактор,впускную камеру 8 реактора, турбулизаторы пластинчатые поперечные (9), (13), (20), (24),(27), встряхивающие приспособления (10), (14), (21), (25), (28), корпус протяженной формы реактора (11), сужения (12), (18), (26) корпуса реактора (11), патрубки (15), (22), (23),(29) для ввода окислителя, турбулизаторы продольные (16), (17), предохранительный клапан (19), канал (30) соединительный циркуляционный, шиберы (31), (33), (37), приводы(32), (34), (38) шиберов, участок (35) корпуса реактора для отведения газокрахмальной смеси с модифицированным крахмалом на его выгрузку и очистку отработанной газокрахмальной смеси, устройство (36) для выделения модифицированного крахмала из газокрахмальной смеси, узел (39) выгрузки модифицированного крахмала, линию (40) отвода отработанной газокрахмальной смеси, пылеуловитель (41), линию (42) возврата очищенной отработанной газовой смеси в устройство для нагнетания транспортной среды. Установка для модификации крахмала окислителем в газовой среде работает следующим образом. В качестве примера рассмотрим работу установки при использовании газообразного окислителя, хотя она допускает без каких-либо переделок использование окислителя и в жидком состоянии (например, раствор пероксида водорода, серной кислоты и т.д.). Окислитель в газообразном состоянии (например, кислород воздуха, чистый кислород,озон и т.д.) устройством (1) для нагнетания рабочей (транспортной) среды (например,компрессором) подают трубопроводом (2) для подачи сжатой рабочей среды под давлением в камеру (5) смешения, в которую из емкости (мерника) (6) с крахмалом подают дозированное (необходимое) количество крахмала, образующуюся газокрахмальную смесь по линии (7) подачи газокрахмальной смеси подают во впускную камеру (8) реактора (11),корпус которого протяженной формы и имеет криволинейное или многоугольное поперечное сечение, после которой в корпусе реактора (11) дополнительно установлен турбулизатор (9) пластинчатый поперечный (установлен перпендикулярно движению потока газокрахмальной смеси) с отверстиями произвольной формы, служащий для придания турбулентного характера движению газового потока, причем площадь турбулизатора, состоящего из одной или нескольких пластин, составляет не более чем 65 живого сечения реактора. Турбулизатор (9) соединен со встряхивателем (10), периодическое включение которого позволяет предотвратить засорение (заростание) отверстий турбулизатора (9). После турбулизатора (9) по ходу движения потока корпус реактора (11) имеет сужение(12), в котором газовый поток приобретает дополнительный запас кинетической энергии. В сужении (12) при открывании шибера (31) происходит подсос основного газового потока из зоны реактора (11) после турбулизатора (27). Это позволяет осуществить циркуляцию газокрахмальной смеси по замкнутому контуру в течение времени, необходимого для 4 18335 1 2014.06.30 получения модифицированного крахмала необходимой степени окисления. После сужения (12) газокрахмальный поток дополнительно турбулизуют с помощью турбулизатора(14), соединенного со встряхивателем (13). За турбулизатором (14) установлен патрубок(15) для ввода окислителя (чистого кислорода, обогащенного кислородом воздуха, озона и т.д.), причем поток окислителя подают навстречу газокрахмальному потоку, что способствует лучшему их смешиванию, дополнительной турбулизации газокрахмального потока,более равномерному распределению окислителя по сечению корпуса реактора (11) и увеличению степени окисления крахмала. Далее по ходу движения потока на противоположных сторонах внутренней поверхности корпуса реактора (11) установлены с продольным смещением друг относительно друга продольные турбулизаторы (16) и (17), представляющие собой пластины любой формы с отверстиями, ширина каждой из которых составляет 15-30 от размера периметра корпуса реактора (11) (или 15-30 от его диаметра, если корпус реактора (11) имеет круглое сечение), а площадь живого сечения отверстий составляет при этом 20-50 от площади поверхности пластины. Продольные турбулизаторы (16) и (17) установлены в корпусе реактора (11) в количестве по крайней мере двух штук. После турбулизатора (17) корпус (11) имеет сужение (18), в которое подают сжатую газообразную рабочую среду по трубопроводу (3). Сужение (18) способствует снижению потерь энергии в установке, увеличивает степень смешивания газокрахмального потока с окислителем и степень окисления крахмала. Далее на прямолинейном участке корпуса реактора (11) на расстоянии 2-4 периметров реактора (11) от сужения дополнительно установлен предохранительный клапан (19), отрегулированный на рабочее (допустимое) давление внутри корпуса реактора (11). По пути дальнейшего движения газокрахмального потока дополнительно установлен турбулизатор (20) пластинчатый поперечный со встряхивателем (21). После выхода из турбулизатора (21) газокрахмальный поток смешивают с окислителем, который подают через патрубки (22) и (23), направленные навстречу движению основного потока, причем патрубок (23) расположен между патрубком (22) и турбулизатором (24), соединенным со встряхивателем (25). После турбулизатора (24) корпус реактора (11) имеет сужение (26), в которое осуществляют дополнительную подачу сжатой рабочей среды по трубопроводу (4). После сужения (26) расположен турбулизатор(27) со встряхивателем (28), после которого газокрахмальный поток смешивают с окислителем, поступающим ему навстречу из патрубка (29) для ввода окислителя. Патрубки (15),(22), (23), (29) для ввода окислителя открытым концом установлены навстречу газокрахмальному потоку под углом от 0 до 90 относительно оси корпуса реактора (11). Все турбулизаторы установлены с возможностью совершения колебательных движений. Корпус реактора (11) протяженной формы имеет замкнутую конфигурацию (например, в виде вытянутых в две или более петлеобразных линий труб), которая реализована с помощью дополнительного соединительного циркуляционного канала (30) между двумя ветвями корпуса реактора (11). Для организации движения газокрахмального потока или по замкнутому контуру, или к узлу (39) выгрузки модифицированного крахмала в канале (30) соединительном циркуляционном и на участке (35) корпуса реактора (11) для отведения газокрахмальной смеси с модифицированным крахмалом на выгрузку или на очистку дополнительно установлены шибер (31) с приводом (32) и шибер (33) с приводом (34) соответственно. При открытом шибере (31) и закрытом шибере (33) газокрахмальная смесь циркулирует внутри корпуса (11) и происходит модификация (окисление) крахмала. После завершения процесса модификации шибер (31) с помощью привода (32) закрывают(частично или полностью) и открывают (частично или полностью) шибер (33) с помощью привода (34). При этом газокрахмальная смесь с готовым модифицированным крахмалом направляют в устройство (36) для выделения модифицированного крахмала из газокрахмальной смеси. Выделенный модифицированный крахмал через шибер (37), открытый с помощью привода (38), поступает в узел (39) выгрузки модифицированного крахмала и далее к потребителю. Отработанная газо-крахмальная смесь, освобожденная от крахмала,5 18335 1 2014.06.30 поступает по линии (40) в пылеуловитель (41), освобождается от остатков пыли крахмала и по линии (42) возврата очищенной отработанной газовой смеси возвращается в устройство для нагнетания транспортной среды. Цикл работы установки для модификации крахмала окислителем в газовой среде повторяется требуемое количество раз. Результатом изобретения является простая, эффективная и надежная в эксплуатации,энерго- и ресурсосберегающая, экологически чистая, работающая по замкнутому циклу установка для модификации крахмала окислителем в газовой среде, которую можно использовать в технологиях, требующих окисления дисперсных веществ без загрязнения посторонними примесями продуктов реакции. За счет проведения процесса окисления крахмала в замкнутом цикле и обеспечения поддержания оптимальной концентрации окислителя в различных зонах протекания процесса достигнуто снижение расхода окислителя, снижение потерь готового продукта при требуемой степени окисления исходного крахмала, создана возможность получения чистого продукта при высокой производительности установки. Источники информации 1. Патент Украины 69183, МПК 723 1/10, 2004. 2. А.с. СССР 519911, МПК 764 13/08, 2005. 3. Патент России 2348451, МПК 701 8/04, 2008 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6