По значению выполняемых функций, сложности и стоимости в тепловой схеме центральное место занимает выпарная установка, которая состоит из отдельных аппаратов.
Сок II сатурации должен быть сгущен до сиропа с содержанием сухих веществ до 65÷70% при первоначальном значении этой величины 14÷16%.
Выпарная установка позволяет расходовать на сгущение сока 40÷50% пара к массе всего сока за счет многократного использования парового тепла.
Сок поступает в I корпус, а затем проходит все корпуса установки последовательно и из концентратора удаляется сироп.
Ретурный пар используется только в I корпусе выпарной установки. Последующие корпуса обогреваются вторичными парами предыдущих корпусов. Из последнего корпуса соковый пар поступает на концентратор, а с него на конденсатор.
Число ступеней выпарной установки выбирается на основании технико-экономического расчета, в котором учитывается: капитальные затраты, эксплуатационные расходы. Увеличение числа ступеней выпарной установки (ВУ) приводит, с одной стороны, к уменьшению расхода греющего пара, что влечет за собой уменьшение эксплуатационных расходов, с другой стороны, к увеличению суммарной поверхности нагрева выпарных аппаратов, что приводит к увеличению капитальных затрат.
На выбор числа ступеней существенное влияние оказывает температурный режим ВУ, т.е. условие, что полезная разность температур в каждом корпусе должна быть не менее 6-8оС.
Образующийся в выпарных аппаратах и других теплообменниках конденсат систематически выводится в сборники через конденсатные колонки. Конденсат отработавшего пара используется для питания паровых котлов, а конденсат вторичных паров - для нагрева различных промежуточных продуктов.
Необходимо постоянно отводить некондесирующиеся газы из паровых камер, которые накапливаясь в верхней части греющих камер, препятствуют потоку притекать к поверхности теплообменника. Неконденсирующиеся газы из верхней части греющих камер по трубопроводам выводятся в пространство с давлением пара на одну ступень ниже, чем давление греющего пара. При таких условиях отводимый с газами пар не теряется бесполезно; кроме того, из-за разности давлений создается непрерывное движение газа от I корпуса к кондесатору смешения.
Для создания разрежения в последнем корпусе и концентраторе и удаления неконденсирующихся газов из системы в схему включена вакуум-конденсационная установка, состоящая из двух ступеней: предконденсатора, основного конденсатора, каплеловушек, сборников барометрической воды и вакуум-компрессора.
При выпаривании в соке происходят химические превращения: снижение рН, нарастание цветности, образование осадков. Эти процессы протекают наиболее интенсивно в термолабильном соке, т.е. соке, неустойчивом к темпера-турному воздействию.
Снижение рН обусловлено разложением в соке 0,04÷0,06% сахарозы, до 30% редуцирующих веществ и образованием органических кислот. Чтобы поддерживать необходимый рН в ВУ (примерно 7,5÷8,0), в сок перед II сатурацией добавляют тринатрийфосфат.
Цветность сиропа нарастает в результате разложения редуцирующих веществ и их взаимодействиями с аминокислотами, а также карамелизации сахарозы. Интенсивность этих реакций зависит от рН, t, концентрации реагирующих веществ, реагентов, продолжительности выпаривания, наличия ионов железа и прочих факторов.
Результатом образования осадков в сиропе при выпаривании является снижение растворимости солей Са, когда они оказываются в пересыщенном состоянии и их избыток выкристаллизовывается.
Одним из эффективных способов торможения реакции образования красящих веществ в ВУ является достижение достаточного полного разложения редуцирующих сахаров в процессе очистки сока и минимального разложения сахарозы при выпаривании. Немаловажное значение имеют также содержание оптимального уровня в кипятильных трубках и равномерное распределение греющего пара в греющих камерах выпарных аппаратов, что предохраняет поверхности нагрева в местах ввода пара от пригорания сахара.
Образование накипи на внутренней поверхности трубок выпарных аппаратов вследствие выделения и осаждения солей минерального происхождения постоянно снижает коэффициент теплопередачи и приводит к понижению производительности станции. Для восстановления нормальной работы выпарной станции применяются механические методы или химические методы очистки поверхности нагрева.
Иногда используют деминерализацию сока перед выпариванием путем пропускания его через ионообменные смолы.
Борьба с накипеобразованием в теплообменной аппаратуре возможна с помощью ультразвуковых колебаний, которые нарушают обычный процесс образования накипи и действуют разрушающе на нее.
4.8. Уваривание, кристаллизация и центрифугирование утфелей.
Кристаллизация сахара - завершающий этап в его производстве. Здесь выделяют практически чистую сахарозу из многокомпонентной смеси, которой является сироп.
В сокоочистительном отделении из диффузионного сока удаляется около 1/3 несахаров, остальные несахара вместе с сахарозой поступают в продуктовое отделение, где большая часть сахарозы выкристаллизовывается в виде сахара-песка, а несахара остаются в межкристальном растворе.
Выход сахара на 75% зависит от потерь сахара в мелассе. Потери в продуктовом отделении определяют технико-экономические показатели завода. Качество сахара прямо связано с потерями его в мелассе. Задачей оптимизации технологического процесса является выбор между глубоким истощением мелассы и качеством песка.
Задача получения сахара стандартного качества решается с помощью многоступенчатой кристаллизации, при этом потери будут минимальны.
Наибольшее распространение получили двухступенчатая и трехступенчатая схемы продуктового отделения. Для получения сахара хорошего качества используют гибкие схемы, предусматривающие оперативное перераспределение потоков в соответствии с ситуацией на заводе.
Рациональная технологическая схема продуктового отделения должна иметь столько ступеней кристаллизации, чтобы суммарный эффект кристаллизации составлял 30¸33%, а коэффициент завода составлял бы 80% при среднем качестве свеклы.
В достоинство трехпродуктовой схемы можно включить более высокий выход (37%) и высокое качество получаемого товарного продукта. От прочих схем она отличается прямоточностью, существует один рециркуляционный контур - возврат клеровки.
Исходным сырьем для продуктового отделения является сульфитированная смесь сиропа с клеровкой сахаров II кристаллизации и сахара-аффинада III кристаллизации с чистотой не менее 92%.
Из этой смеси в вакуум-аппаратах I продукта уваривают утфель I кристаллизации до массовой доли сухих веществ 92,5%, при этом содержание кристаллов в утфеле составляет 55%.
Уваривание осуществляют в вакуум-аппаратах периодического действия, поэтому после уваривания утфель выгружается в буферную промежуточную емкость приемной мешалки. После выгрузки аппарат пропаривается экстра-паром I корпуса выпарной установки и пропарка направляется в клеровочную мешалку. Если пропарка проводится ретурным паром, то ее можно направлять в приемную мешалку, где при смешивании с утфелем растворяется около 2÷3% кристаллов.
Утфель центрифугируют нагорячо (t=70÷75оC), при этом рекомендуется использовать центрифуги с фактором разделения 1000. При фуговке отделяем 2 оттека. На первой стадии выделяется "зеленая" патока I, которая направляется в сборник под центрифугой и перекачивается в сборник перед вакуум-аппаратами, для создания запаса зеленой патоки для уваривания утфеля II.
По окончании отделения зеленой патоки в ротор центрифуги подается горячая артезианская вода в количестве 3,0÷3,5% по массе сахара, проводится пробелка сахара и выделяется II оттек утфеля I кристаллизации, который направляется в сборник под центрифугами, а затем перекачивается в сборник перед вакуум-аппаратами, где создается запас для уваривания утфеля II.
Разность доброкачественности оттеков должна быть 5÷7 единиц.
Выгруженный из центрифуг сахар-песок транспортируют для высушивания, охлаждения, отделения ферромагнитных примесей, комков сахара и пудры. Затем он поступает в бункеры, откуда в склад бестарного хранения или на упаковку.
Уловленную циклонами сахарную пыль, а также комочки сахара с вибро-конвейера и из сушильного барабана растворяют в очищенном соке и подают в клеровочные мешалки.
Белая и зеленая патоки используются для уваривания утфеля II (проме-жуточного) продукта. В процессе уваривания в начале в вакуум-аппарат забирается белая патока и в конце зеленая патока. Утфель II продукта уваривают до массовой доли сухих веществ 93÷94%, при этом содержание кристаллов в утфеле достигает 45%. Используют вакуум-аппараты периодического действия. После уваривания утфель выгружают в приемную мешалку. Вакуум-аппараты пропаривают экстра-паром I корпуса, пропарку направляют в приемную мешалку. Из приемной мешалки утфель II кристаллизации нагорячо (70÷75оС) направляют на центрифугирование. Для этого рекомендуется использовать центрифуги непрерывного действия с коническим ротором, снабженным сегрегатором. Центрифугирование может проводиться с пробеливанием или без него. В любом случае после пробеливания оба отека соединяются в одном сборнике под центрифугами, а затем перекачиваются в сборник перед вакуум-аппаратами, для создания запаса для уваривания утфеля III продукта.
Желтый сахар II шнеком направляют в клеровочную мешалку, где растворяют сульфитированным соком II сатурации или сиропом.
Клеровка с массовой долей сухих веществ 65÷72% направляется в сборник сиропа после выпарной установки, где смешивается с сиропом и направляется на сульфитацию, а затем используется для уваривания утфеля I.
Из белой и зеленой патоки II уваривают утфель III кристаллизации в вакуум-аппаратах периодического действия до значения массовой доли СВ=94÷96%, при этом содержание кристаллов в утфеле 35÷37%. Дальнейшее сгущение и кристаллизация в вакумм-аппаратах невозможна, т.к. вязкость утфеля становится чрезмерно высокой, но межкристальный раствор утфеля в вакуум-аппаратах недостаточно истощен. Чистота раствора составляет 65÷67%. Из него еще можно выделить сахарозу. Истощение раствора считается нормальным, когда чистота его уменьшается до 55÷58%. т.е. для дальнейшего истощения необходимо провести второй этап кристаллизации утфеля III методом охлаждения - для этого утфель выгружают в приемную мешалку утфеля III.
Вакуум-аппараты пропаривают экстра-паром I корпуса выпарки, пропарка направляется в приемную мешалку и перемешивается с утфелем. Из прием-ной мешалки утфель направляют в батарею кристаллизаторов с вращающейся поверхностью охлаждения, при движении по кристаллизатору температура утфеля уменьшается с 70оС до 35оС. За счет уменьшения растворимости сахароза выделяется из раствора на поверхности кристаллизатора, за счет этого чистота межкристалльного раствора уменьшается примерно на 10 единиц (от 65 до 55%), а содержание кристаллов в утфеле повышается от 35÷37% до 44÷48%. Из последнего кристаллизатора утфель непрерывно подается в утфелераспре-делеитель с вращающейся поверхностью теплообмена. В утфелераспределителе осуществляется подготовка утфеля III продукта к центрифугированию методом подогрева, раскачки при подогреве с 30÷35 до 40÷45оС, при раскачке температура постоянна.
Разделение утфеля III кристаллизации осуществляется в центрифугах периодического действия с фактором разделения 1500 или центрифугах непрерывного действия с двумя коническими роторами, при этом в первом роторе выделяется меласса, во втором проводится аффинация желтого сахара. При переходе желтого сахара с первого ротора на слой желтого сахара подается аффинирующий раствор: зеленая патока I, разбавленная до массовой доли сухих веществ 75% и подогретая до t=80оC. Со второго ротора отводится аффинационный оттек, который собирается в сборник под центрифугой и перекачивается в сборник перед вакуум-аппаратами. Из сборника перед вакуум-аппаратом отбирается на уваривание утфеля III на последние подкачки.
При использовании центрифуг периодического действия в центрифуге выделяется меласса, желтый сахар выгружается в аффинационную мешалку, куда подается аффинирующий раствор (разбавленная зеленая патока I в количестве 60% по массе желтого сахара). В мешалке желтый сахар 10 минут перемешивается с аффинирующим раствором и насосом подается на центрифугирование. Рекомендуется использовать центрифуги непрерывного действия с коническим ротором. При центрифугировании выделяется один аффинационный оттек. Желтый сахар III выгружается и шнеком подается в клеровочную мешалку, где растворяется с желтым сахаром II сульфитированным соком II сатурации или сиропом.
Меласса - отход производства, взвешивается и направляется в мелассо-хранилище.
При изменении качества перерабатываемой заводом свеклы необходимо производить соответствующую корректировку трехкристаллизационной схемы:
а) при переработке свеклы с полученным сиропов из ВУ доброкачественностью 91÷92% часть первого оттека утфеля I направляют на уваривание утфеля III кристаллизации;
б) при получении сиропа с Дб=90% переходят на работу по двухкристаллизационной схеме.
Целесообразно также применять трехкристаллизационную схему ВНИИСП, которая имеет следующие отличительные особенности:
- утфель III уваривают на кристаллической основе утфеля II из общего оттека утфеля II и аффинационного оттека;
- аффинационный утфель центрифугируют совместно с утфелем II.
При поступлении на уваривание должны выполняться следующие качественные требования к продуктам: сироп в смеси с клеровкой должен содержать не менее 65% массовой доли СВ, быть прозрачным и иметь рН 7,8÷8,2, содержание солей Са 0,12÷0,5% СаО к массе сиропа, цветность не более 40 усл. ед.
Получаемый сахар-песок должен соответствовать требованиям ГОСТ 21-78.
Эффект кристаллизации утфеля I должен составлять 12÷13 ед., утфеля II - 5-7 ед., утфеля III - 10÷12 ед.
Технологические параметры процесса кристаллизации.
При уваривании утфелей происходит:
- увеличение цветности в результате разложения редуцирующих веществ, в основном, меланоидинов. В конце уваривания цветность утфеля III увеличивается в несколько раз, а утфеля I и II - в 1,5÷2 раза.
Целью сушки является удаление поверхностной влаги и обеспечение длительного хранения кристаллическго сахара. На сушку направляется сахар с t=60оC после центрифугирования и влажностью 0,8÷1,2%.
Для обеспечения длительного хранения влажность должна соответствовать относительной влажности хранилища. Влажность и температуру нормируют в зависимости от способа хранения.
Существуют два способа хранения: тарный в мешках 50 кг влажность до 0,14% и температура до 25оС и бестарный - в силосах емкостью 10000÷20000 т влажностью не более 0,04% и t до 22оС.
После центрифуг сахар-песок влажностью 0,8÷1,8% подают виброконвейером к элеватору. Влажный сахар поднимается элеватором и попадает в сушильную часть установки, где высушивается горячим воздухом (t=105оC). Сушка производится в прямотоке, что позволяет не превышать критическую температуру разложения сахарозы (85оС). Охлаждение сахара осуществляется в противотоке, температура сахара понижается до 20оС.
Высушенный и охлажденный сахар-песок подается на машину рассева, где отделяются конгломераты и мелкие фракции. Для бестарного хранения формируются фракции с коэффициентом однородности до 10%. После рассева сахар направляется в бункера, находящиеся в упаковочном отделении, из которых затаривается в мешки, взвешивается, зашивается и ленточным транспортером направляется в склад.
При бестарном хранении сахар подается в дозреватель для удаления внутренней влаги из объема кристалла за счет диффузии приблизительно на 10 суток, после чего сахар направляется в силос.
4.10. Получение известкового молока и сатурационного газа.
Известь (СаО) и сатурационный газ, используемые при очистке диффузионного сока и клеровки тростникового сахара-сырца, получают непосредственно на свеклосахарном заводе путем обжига известнякового камня в вертикальных известково-газовых печах. Такая печь работает непрерывно: известняковый камень и топливо поступают в нее сверху, печную известь отбирают снизу, а сатурационный газ - из верхней части через коллектор.
Из склада хранения известняк конвейером подают на сортировку. Отсортированный известняк конвейером подают в бункер-накопитель топлива. Топливо подают через дозатор. Известняк вместе с ковшом скипового подъемника взвешивают на весах.
Перед использованием известняковый камень дробят на щековой дробилке до размера кусков 80÷200 мм, отсеивают от них мелочь и смешивают с топливом в соотношении: 92,0÷92,5 % известнякового камня и 7,5÷8,0 % условного топлива. Такую смесь называют шихтой.
После дозировки порции шихты ковш по направляющим поднимается к верху печи. При опрокидывании его шихта высыпается в загрузочную воронку. Герметичность загрузочной воронки обеспечивает клапан.
Полученный в результате обжига известняка сатурационный газ из балки отсоса газа попадает в сухую ловушку, а затем в газопромыватель для окончательной очистки и охлаждении водой. Затем через каплеулавливатель газ поступает в компрессор, который подает его в завод. Для поддержания разрежения в газопромывателе и каплеулавливателе удаление воды в них осуществляется через гидрозатвор.
Обожженная известь по направляющему желобу поступает в известегаситель, куда из сборника подают воду. Полученное известковое молоко поступает на вибросито, где отделяются частицы размером более 1,2 мм, затем в мешалку, гидроциклоны - для отделения частиц от 1,2 до 0,3 мм - и в мешалку известкового молока. Из мешалки насосом подают на дефекацию. Цикл обжига известняка составляет 24 ч. При этом из 1785 кг СаСО3 получают 1000 кг СаО и 400 м3 СО2.
Контрольные вопросы.
Расскажите современное состояние и перспективы развития сахарного производства.
Расскажите основные положения технологии свекловичного сахара.
Расскажите основные положения технологии тростникового сахара.
Какое сырьё используется для производства сахара?
Какие разновидности сахара вырабатываются на современных заводах?
Как производят приемку сахарной свеклы?
Как хранят свеклу?
Как производят подачу свеклу в завод?
Как производят мойку свеклы?
Расскажите процесс получения свекловичной стружки и диффузионного сока.
Расскажите процесс очистки диффузионного сока.
Как проводят сгущение сока выпариванием?
Как проводят уваривание, кристаллизацию и центрифугирование утфелей?
Как проводят сушку, охлаждение и хранение сахара?
Как получают известковое молоко и сатурационный газ?