Изучение процесса варки утфеля I продукта в вакуум - аппаратах периодического действия

Кинетика процесса кристаллизации отражает скорость протекания процесса в заданных условиях и позволяет определить коэффициенты массопередачи, которые зависят от гидродинамической обстановки процесса, теплофизических свойств сахарных растворов и утфелей, т. е. от макро - и микрокинетических характеристик процесса.

Сравнение различных способов интенсификации процессов тепло - и массообмена должно производиться на основе одновременного учета массообменных, теплообменных и гидродинамических характеристик с экономической оценкой того или иного метода интенсификации.

Продуктовое отделение, как самый мощный потребитель тепловой энергии на сахарном заводе, с учетом постоянного роста стоимости топлива, вынуждает применять более экономичные тепловые схемы и соответствующие вакуум-аппараты. Суть заключается в том, чтобы перенести большую долю выпаривания воды на выпарную станцию, доведя содержание сухих веществ в сиропе до 72% и выше, а при уваривании в вакуум-аппаратах использовать пар более низкого потенциала. Но при этом интенсивность испарения в вакуум-аппаратах снижается и естественная циркуляция становится недостаточной для удовлетворительного перемешивания утфеля, что является необходимым для процесса кристаллизации. Недостаточную естественную циркуляцию в современных вакуум-аппаратах компенсируют установкой механических циркуляторов различных конструкций, увеличением удельной поверхности нагрева и уменьшением уровня утфеля над греющей камерой. Поэтому новые вакуум-аппараты имеют отличные от старых соотношения геометрических размеров и другие конструктивные особенности.

Рассмотрим процесс циркуляции утфеля в вакуум аппаратах различной конструкции

На рисунке 6. изображено распределение потоков утфельной массы в традиционном вакуум аппарате с подвесной паровой камерой.

(1)-Зона пониженной циркуляции утфеля, которая составляет 30% от общего объема вари утфеля. Утфель имеет температуру 68 С, коэффициент пересыщения б=1,5 , здесь идет процесс интенсивного образования мелких кристаллов сахара (муки).

(2)-Зона повышенной температуры и кристаллизации, составляет 70 % объема вари утфеля. Температура утфеля в этой зоне-98єС, здесь также идет образование мелких кристаллов сахара.

На рисунке 7. Зона пониженной циркуляции утфеля (1) составляет 20% от общего объема вари утфеля. На рисунке 7,8. Зона интенсивной циркуляции утфеля (2). Здесь скорость движения утфеля за счет циркуляции достегает 6м/сек.

В этой зоне возможно дробление кристаллов сахара, которые могут являться новыми центрами кристаллизации. Эта зона составляет 5-10%. На рисунке 7. Зона циркуляции (3) составляет 70- 75% от общей массы вари. В этой зоне процессы циркуляции и кристаллизации приближаются к оптимальным, но еще далеки до идеальных.

Предлагается внедрить вакуум-аппараты ТВА-40 с механическими циркуляторами производства компании "Техинсервис".

При этом методе циркуляция утфеля в верхней части увеличится в 4 раза по сравнению с традиционным методом. Температура утфеля будет находится в пределах от 85єC до 90 єC (для утфеля первого продукта) и 80-85єС ( для утфеля второго продукта) , т.е. перепад температур уменьшится в 6 раз по сравнению с традиционным методом (см. рис. 2),

Скорость кристаллизации будет находиться в пределах 2500 -2750мг. мин./м2, что является оптимальной скоростью кристаллизации сахара для утфеля первого продукта (см. рис. 3)

Коэффициент пересыщения будет находиться в пределах 1,04-1,1, что позволит исключить пересыщение межкристального раствора и исключить раскачки утфеля. (см. рис. 4)

Скорость движения утфеля в верхней части за счет работы циркулятора и упорядочения движения утфеля возрастет в 6 раз (с 0,5 до 3 см./сек). За счет работы механического циркулятора, возможно сокращение подачи пара в вакуум- аппарат и снижение разряжения до (-0,6 ати). При этом повысить температуру утфеля в верхней части аппарата до 85 єC, добиться увеличения скорости кристаллизации в 1,5- 1,8 раза и сократить чрезмерно высокую скорость кристаллизации в нижней части вакуум - аппарата (с 3500до 2500) в 1,5 раза.

За счет внедрения вертикальной циркуляции утфеля в вакуум- аппаратах первого и второго продукта увеличится выход кристаллического сахара из утфеля первого продукта на 10 % .

Снизится содержание сахара в кормовой патоке. Вертикальный метод циркуляции утфеля позволяет производить варку утфеля первого продукта на густых сиропах с СВ до 74 %,т.к. исключаются из работы зоны повышенной кристаллизации.

Снизится расход топлива.

Суммарный экономический эффект по внедрению метода вертикальной циркуляции превышает стоимость затрат в 4 раза.

Внедрение вакуум - аппаратов с вертикальной циркуляцией утфеля позволит обеспечить перевод работы продуктового отделения по схеме с двумя продуктами, при этом возможно получить "нормальную" кормовую патоку.

Применение механических циркуляторов кроме энергетических преимуществ, дает технологические улучшения: большая равномерность и процентное содержание кристалла в утфеле, возможность снизить скорость испарения в начальной стадии кристаллизации, для достижения стабильных результатов без водных подкачек при автоматизированной варке, переход в перспективе на непрерывную варку и другие.

Попытки оборудовать существующие вакуум-аппараты механическими циркуляторами без существенных переделок для большинства типов аппаратов реальных результатов не дают.

Таким образом, внедрение экономичных тепловых и технологических схем в продуктовых отделениях действующих сахарных заводов может осуществляться заменой вакуум-аппаратов на новые, либо кардинальной реконструкцией существующих.

Фирма 'Техинсервис' разработала и освоила производство типоразмерного ряда вакуум-аппаратов марки ТВА на 15, 40 и 60 т утфеля с механическими циркуляторами. Аппарат ТВА-40 специально разработан для утфелей первого, второго, и третьего продуктов. Отличительной особенностью этих аппаратов является принцип блочной конструкции, позволяющей без ограничений по габаритам транспортировать аппараты автомобильным транспортом к месту назначения. Кроме того, этот принцип дает преимущества при монтаже аппаратов на действующем предприятии.

Вакуум-аппарат марки ТВА-40 является аппаратом периодического действия и предназначен для уваривания утфелей из сиропа и/или оттеков методом выпаривания растворителя (воды) под разрежением.

Вакуум-аппарат состоит из цилиндрического вертикального корпуса (1) с конической верхней частью, встроенной трубчатой паровой камеры (2) с центральной циркуляционной трубой (3), блюдцеобразного днища (4), механического шестилопастного циркулятора (5), снабженного мотор-редуктором с электроприводом (6), который устанавливается на верхней части ловушки-сепаратора (7). Без фланцевое исполнение корпуса обеспечивает надежное поддержание требуемого вакуума в аппарате при работе. Поступающие на уваривание сироп/оттеки подаются в кольцевой коллектор в днище аппарата, из которого поступают в утфельное пространство аппарата. В нижней части днища установлено устройство для выгрузки уваренного утфеля. Паровая камера снабжена патрубками для подвода пара в межтрубное пространство, оттяжками для отвода неконденсирующихся газов (аммиачная оттяжка), патрубками для отвода конденсата. Ловушка-сепаратор оснащена патрубком для подключения аппарата к вакуумной магистрали. Наблюдение за процессом варки ведется через смотровые стекла. Снаружи на корпусе размещаются пробный кран, люк (лаз), патрубки для подвода пропарки, имеются штатные места для установки приборов КИПиА.

Разработанные аппараты имеют большую удельную поверхность нагрева, позволяют получать более качественный товарный сахар и способствуют достижению хороших энергетических показателей сахарного завода.

Преимущества вакуум-аппаратов ТВА с механическими циркуляторами:

* Возможность использования пара более низкого потенциала (-0,1ч0,35 кгс/смІ), уваривание сиропа с СВ>70%;

* Достижение высокого процентного содержания кристалла в утфеле;

* Возможность сокращения времени варки ~ на 30%;

* Возможность непрерывной варки.

Заключение

Среди отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности России свеклосахарное производство, как известно, одно из наиболее высокоиндустриальных и энергоёмких технологических процессов.

Развитие сахарной промышленности на базе отечественного сырья было и остаётся непростой задачей, требующей кроме денежных инвестиций развития научной базы.

Современная оценка состояния свеклосахарного комплекса, показывает, что проблем у российских свекловодов и сахаропроизводителей как и во всем агропромышленном комплексе страны очень много. Главные из них - обеспечить сырьём сахарные заводы, для первых и переработка сахарной свеклы с наименьшими потерями, для вторых.

Основное производство на Мелеузовском сахарном заводе условно делят на отделения:

- свеклоперерабатывающее - включает в себя подачу свеклы в завод, с очисткой от примесей, изрезывание свеклы в стружку, получение диффузионного сока.

- сокоочистительное - куда входят очистка диффузионного сока фильтрованием, сгущение сока, выпаривание, сульфитирование сока и сиропа

- продуктовое - включающее уваривание утфелей, центрифугирование сахара, сушку и упаковку сахара-песка, кристаллизацию последнего продукта.

Кристаллизация имеет большое значение в сахарной промышленности, т.к. без кристаллизации невозможно получить сахар в чистом и удобном для применения виде.

Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: возникновение кристаллов и рост их до необходимого размера. Если процесс образования кристаллов протекает быстро и непрерывно, то в осадок выпадает большое число мелких кристаллов. Если же в начале процесса образуется небольшое число центров кристаллизации и в дальнейшем процесс протекает без дополнительного образования новых центров, то осадок будет состоять из крупных однородных кристаллов.

Движущей силой тепло - и массообмена в процессе кристаллизации является разность температур и соответствующая ей разность концентраций между равновесной и необходимой концентрацией, обеспечивающей процесс массообмена.

При анализе процессов тепло - и массообмена необходимо учитывать три условия:

- условия существования жидкой, кристаллической и паровой фаз;

- рабочие условия, определяемые путем задания начальных и конечных концентраций увариваемого продукта и его количеством; кинетику кристаллизации.

Одновременный учет этих условий позволяет выбрать рациональную конструкцию вакуум-аппарата и определить его размеры, а также интенсифицировать процесс тепло - и массообмена в существующих конструкциях аппаратов.

Рассмотрев процесс циркуляции и массообмена утфеля в вакуум - аппаратах различной конструкции, сделаем выводы что, за счет внедрения вертикальной циркуляции увеличится выход кристаллического сахара из утфеля первого продукта на 10 % , так как скорость движения утфеля в верхней части возрастет в 6 раз (с 0,5 до 3 см./сек).

За счет работы механического циркулятора, возможно сокращение подачи пара в вакуум- аппарат и снижение разряжения до (-0,6 ати). При этом повысить температуру утфеля в верхней части аппарата до 85 єC, добиться увеличения скорости кристаллизации в 1,5- 1,8 раза и сократить чрезмерно высокую скорость кристаллизации в нижней части вакуум - аппарата (с 3500до 2500) в 1,5 раза.

В связи с вышеизложенным предлагается предлагается провести техническое перевооружение на Мелеузовском сахарном заводе с заменой вакуум-аппаратов периодического действия с естественной циркуляцией на вакуум-аппараты периодического действия с механическим циркулятором марки ТВА-40 разработанные фирмой 'Техинсервис' специально для утфелей первого продукта.

Преимущества вакуум-аппаратов ТВА с механическими циркуляторами:

* Возможность использования пара более низкого потенциала (-0,1ч0,35 кгс/смІ), уваривание сиропа с СВ>70%;

* Достижение высокого процентного содержания кристалла в утфеле;

* Возможность сокращения времени варки ~ на 30%;

* Возможность непрерывной варки.

Литература

1. Бугаенко И.Ф., Тужилкин В.И. Общая технология отрасли.

2. Славянский А.А. Сахар: назначение, свойства и производство. - М.: МГУТУ, 2012. - 215 с.

3. Славянский А.А. Проектирование предприятий отрасли. - М.: "Форум", 2009. - 318 с.

4. Славянский А.А., Малкина В.Д. Технология известково-углекислотной очистки диффузионного сока и её совершенствование в свеклосахарном производстве. -М.: ООО "Полиграф", 2008. - 190 с.

5. Славянский А.А., Щеренко А.П., Орехова И.С. Расчет теплопотребления свеклосахарного завода и подбор основного теплоиспользующего оборудования. - М.: МГУПП, 2008. - 118 с.

Дополнительная литература

1. Славянский А.А., Щеренко А.П., Орехова И.С. Расчет теплопотребления свеклосахарного завода и подбор основного теплоиспользующего оборудования. - М.: МГУПП, 2008. - 118 с.

2. Журналы: "Пищевая промышленность", "Хранение и переработка сельхозсырья", "Масложировая промышленность", "Сахар".

3. Ресурсы internet.

Приложение 1

Вакуум-аппарат типа Ж4-ПВА

1-конусное днище. 4- верхняя часть 7-корпус 10-паровая камера 13-циркуляционная труба

2-опоры 5-подвод пара 8-ловушка 11-подача продуктов 14-оттяжка

3-Смотровое окно 6-воздушник 9-подвод пара 12-рорванд 15-клапан 16-спуск конденсата

Размещено на Allbest.ru