本實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化蔗汁澄清的裝置。

背景技術：

澄清工序是制糖過程最關鍵的環(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現(xiàn)蔗汁澄清。在添加助劑后發(fā)生的化學反應、吸附反應過程中，混合、傳遞影響和決定著反應的速度、程度，以及沉淀顆粒的形貌并影響顆粒對非糖分的吸附，因此，強化溶液中組份的傳遞、混合是促進蔗汁澄清效果的關鍵之一。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題是：提供一種自激脈沖撞擊流強化蔗汁澄清的裝置，該裝置通過自激脈沖形成的空化效應產生的壓力脈沖，促進蔗汁撞擊流的傳遞混合作用，從而達到強化蔗汁澄清的效果。

解決上述技術問題的技術方案是：一種自激脈沖撞擊流強化蔗汁澄清的裝置，包括撞擊流管道和至少兩個與撞擊流管道連通的自激脈沖裝置，其中兩個自激脈沖裝置對稱連接在撞擊流管道上，撞擊流管道上開有物料出口。

所述的自激脈沖裝置為管狀結構，沿物料的流動方向，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。

本實用新型的原理：撞擊流最早是1961年由科學家Elperin提出的，是指在兩股氣固兩相流體高速相向撞擊。當兩股流體相互撞擊時獲得很高的相對速度，且由于慣性，固體可以在兩股流體中反復運動，并且撞擊區(qū)的湍流作用非常強烈，大大強化相間傳遞過程，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，從而加快反應速度和加大反應程度，同時使得沉淀顆粒均勻、密實，并加大沉淀顆粒與蔗汁中非糖分接觸的機會，達到提高澄清效果的作用。

自激脈沖是當流體流過一個收縮裝置（如幾何孔板，文丘里管等）時產生壓降，當壓力降至蒸汽壓甚至負壓時，溶解在流體中的氣體會釋放出來，同時流體汽化而產生大量空化泡，空泡在隨流體進一步流動的過程中，遇到周圍的壓力增大時，體積將急劇縮小直至潰滅，伴隨出現(xiàn)強烈的沖擊波和速度高達100m/s微射流，從而產生劇烈的湍流效應。

本實用新型通過自激脈沖作用，對撞擊流進行強化，由于自激脈沖產生的沖擊波，能夠使撞擊流對組合傳遞和混合的促進作用更加強烈，促進蔗汁中組分的化學反應和吸附沉淀作用，從而強化蔗汁的澄清。

本實用新型的強化蔗汁澄清的效果與現(xiàn)有蔗汁澄清技術相比，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)應用的優(yōu)勢。

蔗汁通過自激脈沖撞擊流協(xié)同空化強化裝置進行強化反應，可以達到如下效果：

（1）殘留的Ca²⁺含量低。

糖汁殘留Ca²⁺含量高，一方面會導致產品灰分高，降低產品的質量，同時糖汁中無機物的含量高，會使造蜜率升高，糖分收回率降低；另一方面，糖汁中殘留的Ca²⁺等無機鹽，會使設備管道積垢嚴重，降低傳熱效率，增加能耗和降低生產效率。本實用新型的實施，由于劇烈的湍流效應使得Ca²⁺和蔗汁中的部分陰離子、SO₃^2-等實現(xiàn)快速、充分的反應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⁺較多而導致的諸如產品灰分高、糖分收回率降低、增加設備管道的積垢等不利影響。

（2）殘留的SO₃^2-含量低（對于亞法而言）。

硫熏中和后經過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。隨著國民經濟的發(fā)展和產品質量意識的提高，白砂糖的二氧化硫含量要求有進一步降低的趨勢。因此如何有效減少白砂糖中二氧化硫含量，是糖廠面臨的一個重要問題，尤其在生產出現(xiàn)波動時更加容易產生二氧化硫含量超標的情況。本實用新型的實施，使蔗汁硫熏中和反應在自激脈沖撞擊流協(xié)同空化強化裝置進行，使SO₃^2-和Ca²⁺過飽和溶液在介穩(wěn)區(qū)（較低過飽和度）就可以實現(xiàn)CaSO₃沉淀的形成和長大，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）反應速度快，沉淀顆粒結實，吸附性能好。

在制糖澄清過程，主要是靠Ca²⁺和SO₃^2-或蔗汁中的其它部分陰離子反應形成CaSO₃沉淀以及PO₄^3-和Ca²⁺反應形成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，而沉淀顆粒的結實程度，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)同強化條件下，形成的高度湍流等效應，使得反應體系具有良好的混合作用，加速反應離子的充分接觸，從而使得反應速度加快，同時使得生成的沉淀顆粒結實，沉降速度快，泥汁體積少，過濾性能好。另一方面，由于反應速度快，形成的沉淀顆粒表面新鮮，顆粒對蔗汁中膠體、色素等雜質等吸附能力強，提高了蔗汁的澄清脫色效果。

（4）產生的沉淀顆粒均勻。

部分陰離子和Ca²⁺反應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，會造成沉降器中沉降不均勻，局部沉降過快或過慢，嚴重時還可能使沉降器中出現(xiàn)對流翻滾情況，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鍵因素之一。本實用新型的實施，使得硫熏中和反應體系在高湍流狀態(tài)下，反應形成沉淀顆粒尺寸范圍分布較窄，顆粒均勻，增加了蔗汁澄清過程的穩(wěn)定性，提高澄清效果。

本實用新型實施效果如下：

本實用新型應用于強化蔗汁澄清的工藝中，使沉淀的反應更加充分，同時反應速度大大加快，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，蔗汁通過本實用新型自激脈沖撞擊流強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。

附圖說明

圖1：采用本實用新型強化蔗汁澄清的工藝流程圖之一（石灰法）。

圖2：采用本實用新型強化蔗汁澄清的工藝流程圖之二（石灰法）。

圖3：采用本實用新型強化蔗汁澄清的工藝流程圖之一（亞硫酸法）。

圖4：采用本實用新型強化蔗汁澄清的工藝流程圖之二（亞硫酸法）。

圖5：本實用新型實施例1之自激脈沖撞擊流強化蔗汁澄清的裝置結構示意圖。

圖6：本實用新型實施例2之自激脈沖撞擊流強化蔗汁澄清的裝置結構示意圖。

圖7：本實用新型自激脈沖撞擊流強化蔗汁澄清的裝置變化結構示意圖。

圖中箭頭表示蔗汁的流動方向。

具體實施方式

實施例1：一種自激脈沖撞擊流強化蔗汁澄清的裝置，如圖5所示，包括撞擊流管道和對稱設置在撞擊流管道上并與撞擊流管道連通的兩個自激脈沖裝置，蔗汁同時通過兩個自激脈沖裝置進入到撞擊流管道內產生撞擊流，撞擊流管道上開有物料出口11。所述的自激脈沖裝置為管狀結構，沿物料的流動方向，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。

實施例2：一種自激脈沖撞擊流強化蔗汁澄清的裝置，如圖6所示，包括撞擊流管道和對稱設置在撞擊流管道上并與撞擊流管道連通的兩個自激脈沖裝置，蔗汁同時通過兩個自激脈沖裝置進入到撞擊流管道內產生撞擊流，撞擊流管道上開有物料出口11。所述的自激脈沖裝置為管狀結構，沿物料的流動方向，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。

作為實施例1、實施例2的一種變換，所述的自激脈沖撞擊流強化蔗汁澄清的裝置中的兩個自激脈沖裝置的結構可以不相同，其中一個自激脈沖裝置沿物料的流動方向，依次為入口管21、入口段22和出口段24，另一個自激脈沖裝置沿物料的流動方向，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）。

作為本實用新型各實施例的一種變換，所述的自激脈沖裝置的數(shù)量還可以根據(jù)實際情況增加，可以是三個、四個或是更多個。自激脈沖裝置的具體結構也可以相應變化，只要能夠產生自激脈沖效應即可。

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

本實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化裝置，對硫熏中和反應進行強化，本實用新型可以可以設置在硫熏中和反應之后、二次加熱之前（如圖3所示）；也可以設置在二次加熱之后、進入沉降器之前（如圖4所示）。

亞硫酸法工藝中，采用本實用新型的蔗汁澄清工藝與傳統(tǒng)工藝、水力空化強化工藝對比實驗結果如下：

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

石灰法工藝中，采用本實用新型的蔗汁澄清工藝與傳統(tǒng)工藝、水力空化強化工藝對比實驗結果如下：

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