Аналіз витрат вапна на технологічні потреби

Зниження витрат вапна для очищення дифузійного соку є однією з найважливіших задач цукрової промисловості. Загальна витрата вапна залежить від якості цукрових буряків, схеми очищення та її апаратурного оформлення та від типу фільтраційного обладнання.

Професором Бугаєнко І.Ф. на основі рівняння адсорбції Фрейндліха розроблено алгоритм та програма розрахунку необхідної кількості вапна на очистку дифузійного соку в залежності від його якості і отримано графічну залежність витрати вапна від вмісту не цукрів у дифузійному соку:

Для ефективного проведення процесу ОВ витрата вапна на цьому ступені не повинна бути нижче 0,9…1,0 % СаО до м.б., оскільки при такій витраті величина рН соку досягає значення 12,2, необхідного для успішного протікання реакції розкладу. Оптимальна економічно доцільна витрата вапна на очищення, як відомо, залежить від якості дифузійного соку, а точніше від кількості нецукрів в цьому, і приймається 90…120 % СаО від кількості нецукрів.

					1120СаО,%

1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Нцк_д.с.

5.4.1.Активність, дисперсність та густина вапняного молока. Вимоги до сатураційного газу. Ефективність вапняно-вуглекислого очищення дифузійного соку в значній мірі залежить від якості вапняного молока, що є єдиним і основним хімічним реагентом процесу очищення, та складу сатураційного газу.

Основні вимоги цукрового виробництва до технологічної якості вапняного молока зводяться до трьох основних пунктів: вапняне молоко повинне бути максимально густим, максимально очищеним від домішок та мати високу активність [5].

Максимальна густина вапняного молока забезпечує мінімум води, що потрапляє на верстат сокоочисного відділення, а потім підлягає випаровуванню на ВУ. Звичайно густина, або концентрація СаО, яка її забезпечує, мають бути стабільними, щоб не порушувати стабільність процесу очищення соку та його автоматизації.

Як можна вищий ступінь очищення від домішок, які не погасилися, забезпечить зменшення кількості продувок апаратів дефекосатурації, втрати цукру з продувками та буде гарантією утримання стабільного рН нормально відкарбонізованих соків І та ІІ карбонізації.

Висока активність вапна у вапняному молоці – це запорука підвищеної здатності гідроксиду кальцію до переходу у розчин, що забезпечить більш повне осадження та розклад нецукрів під час вапнування та рівномірність протікання процесів карбонізації за всіх інших рівних умов. Висока активність вапна у вапняному молоці це також гарантія скорочення витрати вапна на очищення дифузійного соку.

Але на сьогоднішній день цих вимог до технологічної якості вапняного молока недостатньо. Із аналізу першоджерел та висновків із практичного досвіду цукрових заводів слідує, що необхідно визначитись із межами в'язкості водно-вапняної суспензії, за яких вона не втрачатиме своєї текучості та стабільності.

Основними показниками якості вапняного молока є його активність, тобто вміст СаО, що розчиняється в соку, густина та відсутність завислих домішок (“піску”).

Активність вапняного молока зумовлена багатьма факторами, найважливішим з яких є якість випаленого вапна. 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.

Якість вапняного молока залежить не тільки від якості випаленого вапна, але і від умов його гасіння, де визначальним фактором є температура води, що для вищевикладених умов (t _випал. = 1250 °С) повинна бути 80 °С, а тривалість гасіння – не більше 15 хв. Потрібно пам’ятати, що для м’яко випаленого вапна (t_випал. = 950 °С) температура води для гасіння повинна бути низькою (t_води= 30°С), оскільки м’яко-випалене високоактивне вапно, загашене гарячою водою, діє на соки негативно.

можна дійти висновку, що при встановленні оптимального режиму випалу вапняку необхідно враховувати вихідну кристалічну структуру випалюваної сировини. А саме, для отримання вапна з оптимальною питомою поверхнею 0,165 – 0,185м²/г, що забезпечить оптимальну питому поверхню Са(ОН)₂ вапняного молока в межах 4,1 – 4,43м²/г, випал дрібнозернистих вапняків проводити за більш жорстких температурних умов (1150 … 1250°С), а крупнокристалічних карбонатних порід та середньозернистих вапняків – в м'якому режимі. Враховуючи те, що цукрова галузь використовує для випалу на вапно переважно дрібнозернисті вапняки (крейдоподібні, мармуроподібні, ракушняки) та середньозернисті металургійні, в разі погіршення реологічних властивостей вапняного молока, згідно даних наших досліджень, слід переводити випал вапняків на більш жорсткий режим.

Такий підхід підтримують фахівці з технології випалу, обґрунтовуючи це більш економічним використанням вапняку. За середньожорсткого випалу майже на 1/3 зменшиться кількість недопалу, з¢явиться можливість без перешкод отримувати вапняне молоко із густиною 1,18 – 1,20г/см³ та можливість уникати тих негативних явищ, які були наведені вище. Тому середньожорсткий режим випалу слід розглядати як оптимальний для нашої галузі.

Сьогодні в цукровій галузі з метою економії палива на випал вапняку всі вапняні печі переведені на випал за низьких температур, який зветься м'яким.

Такий режим при всій його привабливості має негативні технологічні наслідки, які з¢являються вже у вапняному відділенні. Це пов’язано з тим, що вапну, яке випалене за невисоких температур, притаманна висока дисперсність (п. 4.1.). А так як оксид кальцію характеризується високою гідрофільністю, то при гасінні високодисперсного вапна утворюється водно-вапняна суспензія, в якій майже не залишається вільної води, так як більша частина її переходить у зв’язаний стан. Така суспензія втрачає свої реологічні властивості (п. 3.4.). Щоб транспортувати подібне вапняне молоко по трубопроводах, очистити від домішок та дозувати у сік виробничники вимушені розбавляти його в 2 – 2,5 рази водою майже до густини 1,1г/см³, що значно збільшує кількість води, яка з реагентом потрапляє на верстат сокоочисного відділення, а потім і на випарну установку.

Потрапляючи в сік, рідке вапняне молоко штучно збільшує загальний об’єм потоку, який повинен оброблятися вапном. А так як дозування вапна здійснюється за об’ємом соку, то для підтримання в ньому сталої загальної оптимальної лужності, необхідно додавати вапна більше в середньому на 0,33% до маси буряків, ніж за використання вапняного молока з густиною 1,2г/см³. Для отримання цієї кількості вапна необхідно випалити на 0,7% більше вапняку, на що потрібно на 0,05% більше палива. Там, де вапняні печі за потужністю не задовольняють потужність цукрового заводу, потрібно форсувати їх роботу.

Штучне збільшення кількості вапна на очищення дифузійного соку призводить до збільшення кількості фільтраційного осаду. Так, при збільшенні кількості вапна на 0,33% до маси буряків кількість фільтраційного осаду після I карбонізації при 50% його вологості збільшиться на 1,33% до маси буряків. Це збільшить на 2,66% кількість води, що дається на промивання осаду, та втрати цукрози в ньому на 0,013% до маси буряків (із розрахунку, що на знецукрювання осаду витрачається 200% води до його маси, а цукру навіть при ретельному знецукренні осаду залишається до 1% до його маси). Зниження густини вапняного молока з 1,2 до 1,1г/см³ призведе в подальшому до збільшення кількості води, яка підлягає випарюванню на випарній установці, та витрат палива і природного газу, що підтверджується даними, наведеними у табл. 3.12.

Якщо до перевитрат палива, які виникають у зв¢язку із зниженням густини вапняного молока від 1,2 до 1,1г/см³, додати вартість цукру, який втрачається у фільтраційному осаді та витрати на випал додаткової кількості вапняку, тоді загальні витрати зростуть у 1,5 рази. Тому переваги м¢якого випалу з технологічної та економічної точок зору дуже сумнівні.

Проведені вище дослідження (п. 3.1.) засвідчили вплив кристалічної структури вапняку в разі його м¢якого випалу на кристалічну структуру вапна та гідроксиду кальцію вапняного молока. Це пояснюється тим, що за умов м¢якого випалу розвиваються температури, які не перевищують 1150°С. За таких температур ідуть тільки процеси дисоціації карбонату кальцію, а побічні процеси: рекристалізація вапна, спікання його та реакції з домішками, відсутні. Тому кристали карбонату кальцію після дисоціації та перебудови ромбоедра кальциту у куб оксиду кальцію зберігають розміри, притаманні розмірам вихідного СаСО₃ у вапняках.

Велика тривалість перебування вапняного молока в резервуарах-дозрівачах дещо негативно впливає на активність внаслідок утворення агрегатів частинок Са(ОН)₂ та води (гекса-аква-комплекси), внаслідок чого активність понижується. У свій час у ВНДІЦП був розроблений спосіб суперкавітаційної активації вапняного молока, який давав прекрасні результати, але не набув широкого розповсюдження внаслідок швидкого “зношування” робочої насадки кавітатора. Нами розроблений спосіб пароконденсаційного кавітаційного підвищення активності вапняного молока, який передбачає оброблення останнього ретурною парою в кількості 0,12…0,15 % до маси буряків у спеціально розробленому пристрої. Результати дворічної експлуатації його на Валуйскому і Ржевскому цукрових заводах (Росія) показали, що активність вапняного молока підвищилася на першому заводі на 5 % (початкова – 87 %) і на другому - на 14 % (початкова – 78 %). Апарат простий у виготовленні і надійний в експлуатації, встановлюється безпосередньо на трубопроводі подачі вапняного молока перед дозаторами.

Лабораторні дослідження впливу активності вапна на швидкість реакцій розкладу нецукрів в умовах ОД показали, що підвищення активності водно-вапняної суспензії на 10% сприяє підвищенню швидкості розкладу глюкози на 15%.

Важливим показником вапняного молока є його концентрація, яку вважають густиною і міряють на заводі денсиметром, що неправильно, оскільки останній призначений для дійсних розчинів, а вапняне молоко – це суспензія. Для таких розчинів правильнішим є ваговий спосіб. Але потрібно пам’ятати, що зниження густини вапняного молока на 0,01 г/см³ зумовлює до додаткового введення на верстат 0,6 % Н₂О до м.б. та додаткової витрати пари на випаровування її 0,2 % до м.б.

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: 2014-01-07