Вапняне молоко та сатураційний газ як основні реагенти фізико-хімічного очищення

Вплив якості цукрових буряків та дифузійного соку на вибір технологічної схеми очищення та її ефективність

Звісно, говорячи про очищення дифузійне соку, потрібно починати з вибору схеми очищення. На більшості цукрових заводів України схема очищення класична – холодно - гаряча або ж з поверненням на попередню дефекацію нефільтрованого соку І карбонізації та з вапнуванням перед ІІ карбонізацією. Завдяки своїй гнучкості схема дозволяє з успіхом переробляти буряки досить різної технологічної якості. Проте, як показали дослідження, якщо в буряках міститься більше 0,5 % азоту та редукованих речовин до маси сухих речовин, менше 0,08 % до маси буряків фосфору, понижена натуральна лужність, то ця схема не завжди може компенсувати дефекти в хімічному складі буряків, що веде до одержання цукру підвищеної забарвленості, ускладнень при кристалізації і центрифугуванні.

На декількох цукрових заводах України існує схема з відділенням осаду соку попереднього вапнування і карбонізації. Перевага такого способу полягає у відсутності пептизації коагульованих нецукрів і, як наслідок, підвищення швидкості фільтрування соку І карбонізації, підвищення загального ефекту очищення з одночасним зниженням витрат вапна. Але, як показали наші дослідження, ефективність такого способу не підлягає сумніву за умов очищення дифузійного соку чистотою 85 % і менше. Із збільшенням чистоти дифузійного соку та за умов правильного проведення попереднього вапнування приріст чистоти очищеного соку із застосуванням способу відділення осаду соку попереднього вапнування незначний. А враховуючи досить значні капітальні затрати на встановлення додаткового обладнання та збільшення тривалості технологічного процесу мінімум на 30 хвилин, його економічна доцільність взагалі проблематична.

Сьогодні в Україні майже на 95% цукрових заводів кальцій-карбонатне очищення дифузійного соку проводиться за класичною тепло-гарячою схемою з повертанням на попереднє вапнування суспензій соку І та ІІ карбонізацій чи не фільтрованого соку І карбонізації. Зараз і в Україні і за кордоном ведуться інтенсивні дослідження щодо підвищення ефективності очищення соку як за рахунок застосування додаткових хімічних реагентів, так і за рахунок впровадження нових фізико-хімічних способів обробки соку та сучасних пристроїв для розділення суспензій – центрифуг-декантерів та мембранних і іонітних установок.

В 2004 році виповнилось два сторіччя, як Яків Степанович Єсіпов на Аляб’євському цукровому заводі Тульської губернії вперше застосував вапно для очистки дифузійного соку. Відтоді було багато спроб замінити вапно на якусь іншу речовину: випробувались кізельгур, крейда, молота цегла, навіть яєчний білок. Але тільки вапно виявилось найуніверсальнішим та найдешевшим реагентом з усіх запропонованих речовин.

Удосконалення схем очистки дифузійного соку сьогодні вимагає суттєвого поліпшення якості основного реагенту, яке ми застосовуємо у вигляді вапняного молока, а саме: підвищення його активності, густини, та ступеню очистки від домішок, що не погасилися. Недостатньо очищене вапняне молоко зумовлює до швидкого зношування насосів та підвищення лужності нормально відсатурованого соку І сатурації у коритах вакуум-фільтрів; збільшує кількість продувок апаратів вапно-карбонізації; кількість осаду, який треба відділити на фільтрах, та втрати цукру в ньому. Це порушує технологічний режим та ритм роботи заводу і призводить в результаті до зниження виходу цукру.

Густина вапняного молока, як відомо, повинна бути не менше 1,18…1,20 г/см³, але цієї межі не дотримуються майже ні на одному заводі. Більшість заводів працює з густиною 1,10…1,13 г/см³, а то й і нижче, що частково пояснюється неможливістю добре очистити та транспортувати по трубопроводах вапняне молоко, яке одержують з м’ягковипаленого вапна. У тих випадках, коли завод, дотримуючись сучасної технології випалу, що відповідає вимогам технологічного процесу очистки соку, одержує м’ягковипалене вапно, при гасінні його гарячою водою утворюється суспензія з високою динамічною в’язкістю. Щоб транспортувати та очищати таку суспензію від домішок виробничники розбавляють її водою. Це забезпечує необхідну для технології очистки соку високу дисперсність Са(ОН)₂, що утворився з м’ягковипаленого високодисперсного вапна, але постачає занадто багато води на верстат сокоочисного відділення. Краще при гасінні м’ягковипаленого вапна перейти на воду з більш низькою температурою, наприклад, 60…70 ˚С.

З точки зору сьогоденних потреб технологічного процесу очистки соку вапняне молоко повинне відповідати трьом основним вимогам: бути максимально густим (1,18…1,20 г/см³); мати максимальну активність (95…98 %); максимальну ступінь очищення від домішок, що не погасилися, та домішок, що не вміщують вапна. Щоб зрозуміти, чому не все вапно, що міститься у вапняному молоці, реагує з водою, треба уявляти собі, з чого складається пічне вапно взагалі.

Пічне вапно являє собою кристалічну речовину білого кольору, що кристалізується у формі куба. І хоч ми вивантажуємо із вапняної печі вапно у комковому вигляді, комки являють собою великі конгломерати кристалів СаО, розміри яких коливаються від 0,1 до 100 мкм. Подрібненість, тобто дисперсність вапна, залежить головним чином від температури випалу та природи карбонатної сировини, що випалюється. Випалюючи, наприклад, крупнокристалічні мармури, одержують вапно з крупним кристалом; випалюючи високодисперсні крейди при тій же самій температурі одержують високодисперсне вапно. Температура дисоціації карбонату кальцію, як відомо, становить 898 ˚С. Випалюючи вапно при температурах близьких до температури диссоціації СаСО₃, наприклад, 900…1000 ˚С, одержують високодисперсне, високоактивне вапно, що гаситься навіть холодною водою за декілька хвилин. При зростанні температури випалу до 1250 ˚С та вище ідуть процеси рекристалізації вапна, тобто зростання крупних кристалів за рахунок дрібних, після чого починається процес спікання. Під час спікання пори вапна, що утворилися за рахунок видалення СО₂, заростають, це заважає доступу води до частинок СаО під час гасіння, і вапно, залишаючись хімічно вільним стає неактивним до реакції з водою.

Для умов цукрового виробництва важливою умовою є відсутність розплавів під час випалювання вапняку. В такому разі випалене вапно буде мати губчату структуру, добре гаситися, а отримане вапняне молоко буде високоактивним. Оскільки вапняк завжди містить домішки, то необхідно слідкувати, щоб температура випалювання не досягала значень, при яких сплав домішок утворить перепал. Основною умовою недопущення такого явища є в першу чергу рівномірний розподіл коксу між кусками вапняку в кожному окремому місці печі.

Дисперсність та форма одержаних часток Са(ОН)₂, що утворюються під час гасіння, залежить ще й від надлишку води, що подається на гасіння [5]. При великому надлишку води, що має місце у нашій галузі (СаО: Н₂О = 1: 4 і більше) при гасінні виникають сфероліти, голкоподібні утворення, гексагональні кристали та утворення Са(ОН)₂ з розщіпленими кінцями. Але все це має відношення тільки до активного вапна. Неактивне вапно без попереднього подрібнення не реагує навіть і з гарячою водою.

Склад пічного вапна відображано на схемі:

Вапно пічне
СаО вільне		СаО зв’язане		Домішки, що не вміщують СаО
СаО акт.		СаО неакт.
СаСО3, 2СаО·SiО2 2СаО·Аl2O3, 2СаО·Аl2O3, 2СаО·Fe2O3, СаО·Fe2O3	SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaSO4
При подрібнені

Як видно із схеми, підвищити вміст у вапняному молоці активного вапна можна за рахунок вільного, але неактивного вапна. Типова технологічна схема приготування вапняного молока та очищення його від домішок не передбачає розтирання та подрібнення вапна. Тому вапно, що не погасилося, видаляється з домішками, складаючи безповоротні втрати СаО для цукрового виробництва. При жорсткому випалі (t більше 1350 °С) кількість неактивного вапна досягає 25 % до маси всього випаленого вапна, видаляючи у відвал щонайменше 3 т на добу потенційно активного вапна.

Для ефективного видалення з вапняного молока завислих дрібних домішок (піску), які спричиняють складність у дозуванні молока, зумовлюють до частих “продувок” апаратів дефекації та додаткових витрат цукрози з “піском”, існують ряд схем та пристроїв, серед яких найефективнішим слід вважати використання гідроциклонів на другому етапі очистки в дві стадії з організацією промивання нижнього сходу циклонів у спеціальному пристрої. З цією метою нами розроблений спеціальний шнек-промивач, в який подається вода, що йде на гасіння вапна, а утворена вапняна вода теж використовується для гасіння. Останнє зумовлює до часткового підвищення активності вапняного молока. Експлуатація такого пристрою на 5 цукрових заводах впродовж трьох сезонів показала, що додатково із заводу видаляється 3…6 т промитого піску за добу.

Вимоги до сатураційного газу відомі: вміст СО₂ – не менше 28 %, кисню – не більше 2,0 %, оксиду вуглецю – не більше 1,0 %. За інших показників погіршується якість соку. Тому необхідно звести до мінімуму підсмоктування повітря в піч та підтримувати мінімальну питому витрату палива на випалювання.

Дата добавления: 2014-01-04