Раціональні схеми та експлуатація екстракційних установок

Сучасні та перспективні технології отримання високоякісної бурякової стружки і вилучення з неї цукру

Головна мета роботи ц/з полягає в тому, щоб із наявної сировини вилучити максимальну кількість цукру високої якості та низької собівартості. Досягнення цього суттєво залежить від ступеня досконалості та успішного проведення одного з найважливіших технологічних процесів – сокодобування.

Продуктивність дифузійної установки, вміст цукру в жомі та в певній мірі якість дифузійного соку зумовлені якістю стружки, що оцінюється такими показниками:

- загальною довжиною 100 г стружки;

- величиною шведського фактора (не менше 10);

- кількістю браку та кількістю мезги (не більше 5%).

Крім того, основними технологічними вимогами до стружки є:

- гладкість поверхні:

- рівномірність у перерізі по довжині;

- достатня міцність на розрив, вигин та зминання;

- хороша проникність протягом всього процесу сокодобування;

Зокрема, здоровий кондиційний буряк необхідно зрізувати в дрібну ромбоподібну і квадратну стружку, а для буряка погіршеної якості дозволяються і інші форми, наприклад пластинчаста, рифлена. При зрізуванні ж підгнилих чи підморожених буряків рекомендується товста пластичаста, ромбовидна чи квадратна.

Оптимальною формою поперечного перерізу є ромбовидна і квадратна, що сприяє на відміну від пластинчастої більш високою швидкістю і рівномірністю знецукрення, більшим опором згину і проникнення в шарі.

Для отримання високоякісної бурякової стружки необхідно:

- достатньо повне очищення буряків від сторонніх домішок і забруднень:

- мінімальне пошкодження і подрібнення коренеплодів;

- якісна підготовка бурякорізок до експлуатації;

- забезпечення високої кваліфікації набирача ножів;

- своєчасна заміна бурякорізальних ножів.

Вважається, що відцентрові бурякорізки поступаються дисковим і барабанним за якістю отримуваної бурякової стружки, натомість вони мають такі переваги, як можливість контролю за якістю стружки з кожного ножа, регулювання ножів на ходу, видалення сторонніх предметів без зупинки.

Замість терміну “дифузія“ в інженерній практиці сьогодні викорис-товується термін “екстракція“, що характеризує вилучення зі складної за вмістом речовини одного або декількох компонентів за допомогою розчинника. В цілому це є процес проникнення розчинника в масу твердої частинки, розчинення речовини, що має екстрагуватися, переносу цієї речовини у середині твердої частинки і масо передачі від поверхні частинки до навколишньої рідини.

Не дивлячись на те, що цукроза в клітині є в розчиненому стані, для її екстрагування необхідно забезпечити пористість стінок клітини.

Видалення цукрози з бурякової тканини проводиться способом екстракції (дифузією), який був запропонований у 1833 р. Нашим співвітчизником Д.А.Давидовим, а широкого практичного застосування набув у 1864 р. Завдяки винаходу чеха Юліуса Роберта – конструкції дифузора і дифузійної батареї періодичної дії.

Виходячи із головної мети сокодобування, професор Сілін П.М., впівставляючи умови найкращого знецукрення стружки з умовами пептизації і накопичення в соках шкідливих для виробництва пектинових речовин, зробив відповідні висновки щодо обґрунтування методу роботи на станції сокодобування, а саме: необхідність забезпечення невеликої тривалості процесу (до 70 хв.) за не дуже високої температури; не перевищення об’єму відбору соку (відкачки) в 125% до к.б. та використання по можливості більш тонкої стружки (що суттєво обмежено для безперервно діючих екстракторів). Вимоги для забезпечення нормальної роботи дифузії за важливістю у порядку ступеня впливу на процес дифузії та можливості збільшення продуктивності апарата такі:

· Якість стружки;

· Ритмічна робота;

· Якість живильної води (рН = 5,5-6,0, темпер. – 62-65^о С);

· Ефективне усунення піни шляхом швидкого нагрівання стружки та постійного дозування протипінного препарату;

· Працююча автоматика, що забезпечує регулювання:

- кількості води по співвідношенню вода-стружка;

- температури;

- рівня соку;

- рН живильної води.

- Забезпечення чистоти сита якісним миттям буряків;

- Виведення пульпи з дифузійного соку та з верстату заводу;

- Максимальне скорочення шляху жомопресової води з жомових пресів до дифузійного апарату.

Перспективним і єдиним з точки зору підвищення продуктивності дифузійних апаратів є дифузійно-пресовий спосіб. Досвід показує, що експлуатація дифузійних апаратів із збільшенням продуктивності вище номіналу, що потребує збільшення частоти обертання транспортних шнеків та вивантажувального (черпачного) колеса навантаження на конструктивні вузли транспортної системи і привід не збільшуються, а зменшуються. При цьому досягаються продуктивності в 150-180% від номіналу (звісно ж з використанням пресів глибокого віджиму та повертання ж/п води).

Загальним важливим технологічним недоліком усіх конструкцій наявних дифузійних апаратів є труднощі при створенні й підтриманні температурного режиму, особливо „головного гріву”.

З метою наближення до оптимальних умов проводяться роботи з інтенсифікації процесу плазмолізу й екстракції: електроплазмоліз, електрогідравлічний удар, застосування хімічних реагентів.

2 .4. Особливості сучасних схем очищення дифузійного соку

2.4.1. Загальні положення про очищення дифузійного соку. Однією з найскладніших ланок процесу одержання цукру з буряків є вапняно-вуглекислотне очищення дифузійного соку, від ефективності проведення якого в значній мірі залежить вихід і якість цукру. В останні роки виконані дослідження по видаленню окремих груп нецукрів, що дозволило встановити ряд моментів, які відіграють важливу роль в проведенні вапняно-вуглекислого очищення. Адже відомо, що підвищення чистоти очищеного соку на 1 % зумовлює до збільшення виходу цукру приблизно на 0,3 % до маси буряків.

Очищення дифузійного соку потрібно розглядати у тісному взаємозв’язку із вибором та роботою обладнання для видалення фільтраційного осаду, тому що саме воно визначає вимоги до фізико-хімічних параметрів (властивостей) осаду та технологічних особливостей отримання такого осаду.

Ґрунтуючись на останніх досягненнях в галузі технології вапняно-вуглекислого очищення, є можливість значно підвищити ефективність цього процесу та знизити витрату вапна на очищення. В цілому таке очищення повинно вирішити наступні задачі:

· максимально осадити ВМС;

· шляхом осадження максимально видалити аніони кислот, які з іонами кальцію утворюють малорозчинні солі кальцію, що зумовлюють до збільшення величини “натуральної лужності” на ІІ сатурації та зменшення вмісту залишкових солей кальцію в очищеному соку;

· максимально розкласти РР та аміди для отримання термостійкого соку;

· ефективно використати адсорбційну здатність частинок карбонату кальцію в умовах І та ІІ сатурації;

· по можливості сприяти мінімальному термічному розкладу цукрози;

· отримати сатураційні осади з добрими фільтраційно-седиментаційними властивостями.

Але максимальне однозначне вирішення цих задач неможливе ні теоретично, ні практично, тому що вони настільки взаємозв’язані, що покращення одних показників обов’язково зумовлює до погіршення інших. Тому єдиного оптимального способу (схеми) очищення дифузійного соку до сьогоднішнього дня не розроблено.

Видалення окремих груп нецукрів в процесі вапняно-вуглекислого очищення дифузійного соку залежить, з одного боку, від їх фізико-хімічних властивостей, а з іншого – від умов проведення такого очищення. Саме цим і пояснюється наявність в схемі вапняно-вуглекислотного очищення таких складових елементів як попередня і основна дефекації, І та ІІ сатурації. Підвищуючи ефективність кожного з них, можна досягнути підвищення ефективності і всієї схеми очищення. В такому разі кожна із стадій очищення повинна бути направлена на вирішення трьох основних задач:

ü максимальне видалення нецукрів;

ü отримання очищеного соку мінімальної забарвленості;

ü отримання осаду з добрими фільтраційними властивостями.

Саме з цих позицій і необхідно шукати можливості і шляхи підвищення ефективності кожної ланки, оскільки багатоступеневе вапняно-вуглекислотне очищення дифузійного соку слід розглядати як єдиний технологічний процес з розподіленими функціями на кожному етапі із врахуванням вимог наступного.

Головними елементами вапняно-карбонатного очищення дифузійного соку та завдання, які вони вирішують, є наступні:

Етапи	Мета
Попереднє вапнування (кальційонування)     Основне вапнування (дефекація)	переведення в нерозчинний стан максимально можливої кількості нецукрів та створення оса- ду, стійкого до пептизації в умовах високих температур та лужності   отримання термостійкого соку, властивості якого мало б змінювалися на ВУ

І карбонатація (сатурація)   відділення осаду від соку   ІІ вапнування     ІІ карбонатація     відділення осаду     сульфітація

отримання осаду СаСОз для максимально можливого видалення шляхом адсорбції роз- чинених нецукрів та створення умов для відділення утвореного осаду від соку   видалення осаду з метою недопущення пере- ходу нецукрів в сік на подальших етапах   завершення процесів, розпочатих на етапі основного вапнування   максимально можливе видалення розчинних солей кальцію та додаткове очищення шляхом адсорбції   в противному разі – перехід їх в розчин під час сульфітації   блокування можливості наростання забарвле- ності під час згущення соку на ВУ

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 сатурації та з дефекацією перед ІІ сатурації. 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 функціонує схема з відділенням осаду соку попередньої дефекації. Перевага такого способу заключається у відсутності пептизації коагульованих нецукрів і, як наслідок, підвищення швидкості фільтрування соку І сатурації, 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 попередньої дефекації 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.

2.4.2. Попереднє оброблення дифузійного соку. Основний об’єкт очищення – дифузійний сік – потрібно розглядати не як простий розчин цукрози та нецукрів, а як складну систему, в якій більшість сухих речовин перебуває у формі складних з’єднань – комплексів або асоціатів, із яких більшість – це гідрати різного ступеня стійкості. Під час очищення соку відбувається їх руйнування, для чого витрачається теплова та хімічна енергія. Але, як показали дослідження, виконані свого часу у ВНДІЦП і на кафедрі ТЦ УДУХТ, таке руйнування можливе і за рахунок застосування ефектів гідродинамічної кавітації чи вдування водяної пари, при конденсації добре диспергованих бульбашок якої в рідині відбуваються ефекти, аналогічні наслідкам кавітації. Утворені за рахунок перетворення асоціатів проміжні частинки надзвичайно реакційно здатні. Тому, якщо в момент їх утворення в систему ввести певну кількість хімічного реагенту (вапняного молока чи суспензії соку ІІ сатурації), що містить іони Са²⁺, відбувається їх взаємодія та проходять процеси сенсибілізації, тобто підготовки частинок речовин колоїдної дисперсності до коагуляції. Утворений за цих умов осад досить стійкий до пептизуючої дії високої лужності та температури в умовах основної дефекації, що сприяє зниженню вмісту солей кальцію в очищеному соку, покращенню фільтраційної здатності сатураційних осадів та як наслідок зумовлює до зниження витрат вапна на очищення.

На основі цього розроблений спосіб одночасного оброблення дифузійного соку до попередньої дефекації парою (вторинна пара 2-го чи 3-го корпусів ВУ, витрата пари – 0,7…0,9 % до маси буряків) та суспензією соку ІІ сатурації з витратою вапна на другу дефекацію не менше 0,25 % СаО до маси буряків. Для реалізації такого способу розроблений спеціальний пристрій (рис.1.), що дозволяє добре диспергувати пару та рівномірно розподілити її разом із суспензією в оброблюваному сокові. Такий спосіб впроваджено на 7 цукрових заводах. Наприклад, на Чортківському цукровому заводі після введення в експлуатацію розробленого способу різко підвищилась швидкість седиментації соку попередньої дефекації та швидкість фільтрації соку І сатурації, знизився вміст солей кальцію в очищеному соку на 18 %. Одночасно, завдяки покращенню загального ефекту очищення, вдалося знизити загальні витрати вапняку на 0,2 % СаО до м.б. Додаткове розбавлення соку за рахунок конденсації пари повністю компенсується зменшенням витрат вапняного молока (0,2 % СаО = 1,0 % Н₂О).

В літературі приведені дані і по ефективному застосуванню ефектів ГД кавітації (суперкавітація), але при її застосуванні робочий орган швидко заноситься мезгою, що різко змінює коефіцієнт стиснення потоку та ступінь кавітації. В результаті цього різко змінюються фізико-хімічні властивості обробленого соку, а саме – подрібнюються ВМС та РКД, що негативно впливає на їх коагуляцій ну здатність в умовах ПД.

Рис. 1. Пароконденсаційний кавітаційний пристрій:

1 – патрубок підведення дифузійного соку; 2 – патрубок підведення згущеної суспензії соку ІІ сатурації; 3 – патрубок підведення водяної пари; 4 - колектор пари; 5 – камера змішування; 6 – реакційна камера; 7 – патрубок відведення обробленого соку.

2.4.3. Попереднє вапнування (преддефекація). Одним із важливих елементів схеми очищення є попередня дефекація (ПД). Її поява була викликана необхідністю одержання на І сатурації осаду з високими седиментаційними-фільтраційними властивостями, у зв’язку з переходом на безперервний спосіб відділення осаду від соку (відстійники - вакуум-фільтри). Але подальші дослідження показали, що ПД сприяє і більш ефективному видаленню нецукрів.

Інколи вважають, що одним із головних критеріїв ефективності ПД є ступінь видалення ВМС. Проте, не зважаючи на те, що цей критерій і відіграє на ПД важливу роль, все ж визначальним моментом ПД слід вважати формування такої структури осаду, від якої залежить стійкість його до пептизації в умовах основної дефекації та фільтраційно-седиментаційні властивості осаду соку І сатурації.

Відомо, що не видалені в процесі очищення ВМС погіршують не тільки якість соку І сатурації, але і його фільтраційну здатність. Під видаленням ВМС на ПД розуміється осадження пектинових сполук та білків.

Ефективне видалення Нцк на ПД як правило пов’язують з поступовою зміною рН, що сприяє більш повному видаленню окремих Нцк. Але в останній час доказано, що в процесі ПД під впливом вапна не відбувається поступове осадження ВМС, як це вважалося раніше. Підтвердження цього служать дані осадження ПР та білків (див. рис.)

ПР

Рис. 2. Осадження ПР та

білків в процесі очищення соку

білки

Дата добавления: 2014-01-07