Технологічні аспекти енерго- та ресурсозбереження у виробництві цукру з буряків

Суттєве подорожчання паливно-енергетичних ресурсів за останнє півріччя заставляє виробників цукру вишукувати нові резерви та можливості до зменшення витрат палива у технологічному процесі. Якщо прийняти за 100% всі можливі заходи, що сприяють енергозбереженню, то лише близько 30% з них стосуються впровадженню теплоенергетичних рішень, а решта - суто технологічних.

Проблему енергозбереження за сучасної складної економічної ситуації доцільно вирішувати у два етапи:

· на першому етапі забезпечити обов’язкову економію палива та енергії у виробничому процесі за рахунок максимальної реалізації організаційно-технічних заходів, які не потребують значних капіталовкладень, що дозволить зменшити питомі витрати умовного палива на рівні 0,6…0,8% до кількості буряків (к. б.);

· на другому етапі здійснити комплексне впровадження взаємозбалансованих технічних рішень, які за рахунок удосконалення технологічного процесу і раціонального розподілу вторинної пари корпусів ВУ забезпечать отримання сиропу необхідної концентрації, а також ефективне використання вторинних енергоресурсів (туфельної пари та конденсатів), що дозволить зменшити питомі витрати умовного палива додатково на 1,0…1,2 % до к.б.

Враховуючи той факт, що на випаровування 10% води до к.б. за кратності випаровування 2,5 необхідно витратити 4% пари з ТЕЦ та не менше 0,4% умовного палива до кількості буряків, першим і головним етапом робіт по економії палива повинно стати виконання заходів, що зменшують введення води на верстат до рівня:

· з дифузійним соком – до 100% до к.б. (має факт 110-130%);

· з вапняним молоком – до 8% до к.б. (факт 10-15%);

· з промивками та розливами – до 2% до к.б. (факт 4 – 15%).

Розглянемо більш конкретно вклад окремих чинників технологічного процесу одержання цукру з буряків на зменшення витрати палива.

5.2. 1. Основний фактор ресурсо- та енергозбереження в бурякоцукровій галузі – підвищення технологічних якостей цукрових буряків. Особливо це стосується підвищення їх цукристості та зменшення зольності (до 0,4% проти існуючої 0,55%) шляхом налагодження закупівлі буряків за цукристістю та організації комплексного обслуговування буряководів (забезпечення якісним насінням, консультації, нагляд, оцінка пестицидів, прогноз якості буряків до виробничого сезону і т. д.). Певним чином це відобразиться і на якості дифузійного соку, що означатиме менший вміст нецукрів а ньому та відповідно менші витрати вапна на його очищення [].

5.2. 2. Якщо почати з „технології”, тобто з технічних рішень по зменшенню відбору соку з дифузії та надходження води в соковий потік, то результат по зменшенню витрат палива буде одержано в перший же рік роботи заводу. Звісно, основним критерієм в такому разі буде слугувати вихід цукру до кількості перероблених буряків та його собівартість. Добрим помічником в цьому слугуватиме розроблена в НУХТ комп’ютерна програма з визначення економічної доцільності знецукрювання бурякової стружки в екстракторах [].

У зв’язку з цим актуальним стає питання стосовно повертання в екстрактор жомопресової води, основним критерієм якого є чистота останньої. Вважаю, що основною причиною низької чистоти жомопресової води є дуже довгий час проведення екстрагування у дифузійному апараті та низький вміст цукрози у „сирому” жомі []. Другий аспект – дуже довгий шлях повертання такої води. Наприклад, на цукровому заводі „Люблін” (Польща) жомопресова вода зразу ж після пресів глибокого віджимання без відділення пульпи та збірників направляється в дифузійний апарат. Практика роботи Крижопільського, Чортківського та ряду заводів Білорусі доказала, що таке рішення вигідне та результативне, але за умови сталої високої якості бурякової стружки. Тому сьогодні критерієм реального ресурсозбереження є максимальне використання потужності дифузійної установки у поєднанні з обов’язковим використанням пресів глибокого віджимання жому та повертання отриманої води в дифузійний апарат. Застосування дифузійно-пресової технології не тільки дозволяє реально знизити відбір соку на виробництво на 12...15 % (а це рівноцінно зменшенню надходження на верстат заводу продуктивністю 3000 т буряків від 360 до 450 т води за добу), але й підвищити якість дифузійного соку (звісно питання не стоїть про перероблення гнилих буряків).

5.2.3. Попереднє вапнування (п/в) ( попередня дефекація). Впроваджувалась в шістдесяті роки минулого століття у зв’язку з необхідністю підвищення седиментаційно-фільтраційних властивостей сатураційного соку під час переходу заводів від прес-фільтрів до відстійників та дискових фільтрів. Є сьогодні однією з найважливіших ланок в системі очищення соку. Здійснюється в різних режимах, але з обов’язковим поверненням не менше 60% соку І карбонізації та суспензії соку ІІ карбонізації. Таке проведення процесу п/в не тільки погіршує ефект адсорбційного очищення соку під час наступної карбонізації за рахунок розбавлення концентрації не цукрів, але й зумовлює до суттєвого підвищення витрати вапна на очищення. Так, наприклад, для підтримання лужності соку основного вапнування 1% СаО на кожні 100 т соку необхідно добавити 1 т чистого СаО, що складає 4 т вапняного молока густиною 1,19, якого реально на заводах немає, а фактично для густини 1,16 це 4,6 т, в якому 3,6 т – це просто вода. Якщо ж разом з повертаннями кількість соку стане 160 т, то для підтримання такої ж лужності необхідно добавити 1,6 т чистого СаО, що складає 7,36 т вапняного молока, з яким в сік буде введено 5,76 т води. Таким чином на кожні 10% повертань приходиться додатково добавляти вапна в кількості 0,1% СаО до к. б., що становить 0,46 % вапняного молока, в якому 0,36% води. В реальних цифрах це значить, що на кожні 10% повертань для заводу А=3000т/д на верстат за добу додатково з вапняним молоком вливається 10,8 т води, а для 60% повертань це становить додатково 64,8т води за добу!

Чи існує альтернатива такому становищу? Так, це проведення попереднього вапнування дифузійного соку в режимі ступінчастої прогресивної вапно карбонізації (дефекосатурації) із зовнішньою рециркуляцією. Тобто в якості повертань буде використовуватися лише суспензія соку ІІ карбонізації в кількості 5...8% до кількості буряків, а для доведення загальної лужності соку п/в до 0,7% СаО застосовується контур зовнішньої рециркуляції. За рахунок зменшення кількості соку на ОВ такий захід сприятиме зменшенню витрат вапна на очищення на 0,5% СаО до кількості буряків, або 1,0% вапнякового каменю, що на добу складає 30т каменю та зменшення кількості води на верстат на 54 т! Такі дослідження завершуються на кафедрі технології цукристих речовин НУХТ і ми готові пропонувати заводам відповідні розробки для реального впровадження. Більш того, попередні аналізи показали, що виконання п/в за таким принципом сприяє ще й додатковому підвищенню ефекту очищення за рахунок більшого ступеня видалення азотистих речовин та зменшенню пептизації утвореного осаду в умовах основного вапнування (в схемі без відділення осаду п/в)

5.2. 4. Для зниження лужності провапнованого (дефекованого) соку на 0,1% СаО за коефіцієнта використання СО₂ k=72% потрібно подати в карбонізатор (сатуратор) приблизно 2 м³ газу на 1м³ соку. Таким чином для І карбонізації витрата газу становить близько 20 м³ газу на 1м³ соку, а для ІІ карбонізації – приблизно 6 м³ газу на 1м³ соку. Як правило, на заводах використовуються решітчасті проти плинні карбоні затори зі ступенем утилізації газу 65% і менше, що спричиняє до додаткової витрати 4-5 м³ газу на 1м³ соку, що не тільки вимагає додаткової електроенергії для його перекачування, але й зумовлює до додаткового охолодження соку на 1-2^о С. Тому реальний вихід із становища – модернізація апаратів І та ІІ карбонізації із організацією прямоточно-рециркуляційного режиму проведення, що не тільки підвищує ступінь використання СО₂ до 75-78%, а значить сприяє меншому охолодженню соків, але й різко підвищує ефективність адсорбційного очищення соку карбонатом кальцію та покращує фільтраційну здатність сатураційного осаду. Ще оптимальніший варіант – проведення двоступеневої першої карбонізації, що окрім всього сприяє ще й багатоваріантності схеми за перероблення буряків різної якості. Накопичений нами досвід по модернізації цукрових заводів за таким принципом є яскравим підтвердженням цього (Саливінківський, Чортківський, Іваничівський, Чернянський та ін.).

5.2.5. Розділення суспензій. Використання фільтрів типу ФІЛС крім суттєвої витрати тканини вимагає частого контролювання стану між рамкового простору та вимивання утвореного осаду вручну. Останнє зумовлює до неконтрольованої витрати води, що надходить на верстат, тому якщо вже приходиться мити їх, то краще це робити соком, а не водою. Але кращим варіантом є модернізація способу підведення не фільтрованого соку у фільтр, що практично виключає необхідність такого промивання.

Враховуючи наявність на більшості цукрових заводів синтетичних флокулянтів та існуючих і незадіяних корпусів відстійників, надто привабливим постає питання їх використання для розділення суспензій після відповідної модернізації відстійників, що не тільки зменшить витрати тканини та матеріальних затрат на автоматику, але й за рахунок зниження пересичення по карбонату кальцію зумовлює до підвищення якості очищеного соку, особливо соку ІІ карбонізації.

Безальтернативним є питання щодо придбання фільтр-пресів, немає значення, чи на пряме фільтрування, чи на роздільне. І головна причина з точки ресурсозбереження не стільки у зменшенні втрат цукрози з осадом та зменшенні кількості води на промивання осаду (у 2-3 рази у порівнянні з вакуум-фільтрами), скільки в уможливленні відділення осаду від соку навіть при значенні фільтраційного коефіцієнту F_k більше 6,0, що практично неможливо для іншого роду фільтрів (F_k для яких не повинен перевищувати 4). А це реальна можливість спрощення схеми очищення та зменшення витрат вапна на 0,3% СаО до к.б..

5.2.6. Вапняне молоко. Один із самих вагомих недоліків вітчизняної технології бурякоцукрового виробництва є використання вапна у вигляді вапняного молока, при цьому на його приготування майже не використовуються промивки, а лише аміачна вода. Таким чином, за витрати вапна на очищення 2,5% СаО для заводу А =3000 т/д щодобово приходиться вливати на верстат 2,5*4,6 = 11,5% вапняного молока. що містить 9% води, тобто 270 т за добу (в кращому разі), а це приблизно 0,45% додаткового палива. Один із виходів з метою зменшення кількості води –приготування вапняного молока у дві стадії із застосуванням промивку сатураційного осаду, що дозволить для такого заводу зменшити кількість води на верстат приблизно на 200-220т за добу!

Витрата вапна залежить, як відомо від якості дифузійного соку, а отже в достатній мірі від якості цукрових буряків. Так, за чистоти дифузійного соку 85% за теоретичної витрати вапна 100% до кількості не цукрів його кількість складе 2,34% СаО до кількості буряків, а за чистоти 88% - 1,87% СаО. Велике значення має і активність вапняного молока. Так, зниження активності на 5% зумовлює до збільшення витрати вапна на очищення на 0,12% СаО до к.б., що еквівалентно 0,23% вапнякового каменю до к.б. (7 т за добу)! Нами розроблений спосіб та пристрій пароконденсаційної активації вапняного молока, застосування яких дозволяє підтримувати стабільну активність вапняного молока в межах 92…95%, що підтверджується практикою роботи Дубнівського, Ржевського, Валуйського, Саливінківського та ін.. ц/з.

5.2.7. Накип, що утворюється на поверхні теплообмінної апаратури, відноситься до типу лужноземельних. Накип на перших корпусах ВУ складається в основному із карбонатів та залежить від правильності виконання ІІ карбонізації (сатурації). Накип на 3 корпусі ВУ складається в основному із малорозчинних солей кальцію і її кількість залежить від правильності проведення попереднього вапнування та І карбонізації і станції фільтрування. Накип же на останніх корпусах ВУ та в/а більш ніж на 50 % складається із трудно розчинних солей органічних кислот (щавлевої, лимонної, винної та ін.) і її кількість залежить в основному від якості цукрового буряку (чистоти клітинного соку) та правильності проведення процесу екстрагування.

Відомо, що наявність накипу на поверхні нагріву призводить до зниження коефіцієнту теплопередачі: продуктивність чистої поверхні нагріву знижується з 100 до 40...48% за товщини накипу в 1 мм та до 30% за товщини накипу 2 мм.

За рахунок лише утворення накипу цукрові заводи України за сезон перевитрачають до 100 тис. т умовного палива. Тому можна вважати, що вміст залишкових солей кальцію в соку ІІ карбонізації, котрі крім іншого впливають також і на уварювання та центрифугування утфелів, є одним з найважливіших показників його якості. Оцінюючи соки ІІ карбонізації за цим показником, можна вважати, що за вмісту в соку менше 0,3% СаО на 100 сухих речовин (СР) вони мають високу якість, до 0,7% на 100 СР – середнє, більше 1,0% на 100 СР – низьке.

Вміст залишкових розчинних солей кальцію в очищеному соку залежить в основному від якісного та кількісного складу аніонів кислот. Головними джерелами таких аніонів є:

· цукрові буряки, а саме їх сорт, добрива, що вносилися, умови зберігання;

· живильна вода;

· мікробіологічні процеси на дифузійній установці;

· реакції розкладу РР, формаліну, пептизації білкових речовин.

Однією з причин підвищеного вмісту солей кальцію в очищеному соку є також кількість вапна, що витрачається на очищення. Орієнтирно можна вважати, що зміна на 10% кількості вапна на очищення відповідно змінює вміст солей кальцію в очищеному соку на 7...8%.

Методи зниження вмісту солей кальцію:

- добавлення соди чи тринатрійфосфату. Недоліком є утворення високодисперсних осадів, що погано фільтруються, та збільшення виходу меляси;

- організація рециркуляційного контуру в апараті ІІ карбонізації та використання відстійників для соку ІІ карбонізації. За цих умов відбувається зниження пересичення соку по карбонатах та укрупнюються частинки осаду, що сприяє ще й покращенню фільтрації.

- Застосування спеціальних хімічних реагентів, як правило на основі полімерів акрилової кислоти, котрі мають значну кількість вільних карбоксильних груп, що з’єднуються з іонами Са.

5.2.8. Вважається, що під час пробілювання утфелю 1 кГ промивної води розчиняє в середньому 2,5 кГ цукру. Тому кількість промивної води повинна бути мінімальною в залежності від фактору розділення центрифуги, температури води та якості утфелю та повинна складати 2,0...3,5% від кількості утфелю (для заводу А=3000 т/д це складає від 12 до 15,5 т води на добу). Значного зменшення розчинення кристалів цукру можна досягнути комбінованою промивкою цукру: спочатку насиченим цукровим розчином, а тоді зменшеною кількістю води. В якості цукрового розчину можуть бути сироп, клеровка жовтого цукру ІІ кристалізації, другий відтік І утфелю. В такому разі кількість води на пробілювання зменшується в два рази.

5.2. 9. За даними паспортизації ц/з України витрати свіжої води в середньому складають 420% до кількості буряків, а кількість стічних вод – 220% до к.б. Це дуже великі показники. Підвищення витрати свіжої води і скидів – це результат порушення температурного і водного режимів оборотних систем. Наприклад, недоохолодження оборотної води І категорії на 1^о С призведе до збільшення витрат її на 40% до к.б. Тому необхідно підвищувати ефективність роботи охолоджувача, звернувши увагу на роботу вентиляторів.

5.2.10. Підсумовуючи сказане, вважаю, що основними технологічними критеріями ефективного ресурсозберігаючого проведення процесу одержання цукру з буряків є:

· ритмічна робота заводу з ефективним очищенням сировини та відповідною підготовкою ножів і бурякорізок та заміна ножів за погодинним графіком;

· відбір соку з дифузії в межах 112-115% за максимальної різниці між цукристістю стружки та СР соку 1%;

· – пресування сирого жому до вмісту сухих речовин 26 - 28 %, термічну стерилізацію жомопресової води при температурі 90^оС, охолодження її до 70^оС в регенеративному циклі з нагріванням вихідної жомопресової води і повне її використання для живлення дифузійних апаратів;

· мінімальне розбавлення соку до випарної установки (максимум 1,4%) за рахунок підготовки вапняного молока високої активності та максимально можливої з точки зору текучості густини і зменшення кількості промивків;

· одержання сиропу не менше 65% СР для звичайних вакуум-апаратів та 71% СР - для вакуум-апаратів з механічними циркуляторами;

· проведення процесу уварювання утфелів без сокових та водних підкачок за рахунок маніпуляції розрідженням;

· пробілювання цукру у два ступені із впровадженням системи фірми „Опекс”.

Для досягнення витрати палива в межах 3,6...4,1% до к.б. цукровий завод повинен дотримуватися наступних вимог:

1. Відбір соку (відкачка)..................до 115% до к.б.

2. Температура диф. соку................ близько 30^о С

3. СР диф. соку.................................близько 15%

4. СР перед ВУ (падіння до 1,4% СР)………14%

5. Вода з промивками................................ до 2%

6. Кількість повернень на п/в.......... до 25% до к.б.

7. Втрати температ. від диф. до ВУ... макс.12^о С

8. Ефективність ВУ.............................не менше 2,5

9. Температура конденсату від заводу – 95 ^о С.

Потенційно можлива енерготехнологічна схема для умов вітчизняної цукрової промисловості повинна передбачати максимальне використання комплексу наступних науково-технічних рішень які на сучасному етапі забезпечують роботу з мінімально-необхідними питомими витратами тепла на перероблення цукрових буряків, а саме:

– деамонізацію всіх надлишкових (понад потреб ТЕЦ або промислової котельні) конденсатів при температурі 104 - 105 ^оС з відбором випарів із деамонізатора для обігрівання підігрівачів (наприклад, циркулюючого соку при колонних дифузійних апаратах) і використання для· приготування вапняного молока;

– охолодження деамонізованих конденсатів до температури 85 ^оС, в теплообмінниках 2- ї групи, для нагрівання соку перед дефекацією
І використання конденсатів з цією температурою для знецукрювання
осаду в фільтрах та інших технологічних потреб, а також подальше охолодження решти конденсатів до температури· 56 ^оС в теплообмін-­
никах 1-ї групи для нагрівання, соку перед дефекацією і використання
необхідної кількості конденсатів з цією температурою для знецук­рювання і охолодження жому у вигрузочній частині дифузійного апарата;

- нагрівання дифузійного соку в теплообмінннках до переддефекатора за рахунок охолодження до 27-28 ^оС конденсатів, які зали­шились після відборів на знецукрювання осаду і живлення дифузійних апаратів;

– застосування для нагріву очищеного соку перед випарного установкою підігрівачів пластинчастого типу, які забезпечують недогрів соку до температури гріючої пари не більше 3 ^оС;

– використання у якості 1-го корпусу випарної установки принципово-нових випарних апаратів (плівкових, пластинчастих, прямоточно-плівкових, тощо) з метою зменшення нарощування забарвленості сиропу і втрат цукрози від розкладання при згущенні соку від 20 до 30 % сухих речовин при температурі 127-130 ^оС.

– згущення соку у випарній установці до концентрації 65 % сухих речовин, сульфітування і фільтрування цього сиропу та використання для клерування жовтого цукру 2-ї кристалізації і афінаційного цукру з одержанням сиропу з клеровкою з вмістом сухих речовин 72-74 %.

– Удосконалення технологічної схеми і модернізацію устаткування кристалізаційного відділення з метою одержання високоякісного цукру з максимальним виходом та мінімальними витратами пари на одержання утфелю 1,2,3-ї кристалізації;

– здійснення закритої конденсаційної схеми, яка забезпечує збирання всіх конденсатів і раціональне їх використання після деамонізації.

Важливо підкреслити, що всі за­ходи по підвищенню виходу цукру із звареного утфелю одночасно зменшують як вміст цукру в мелясі, так і витрати пари на уварю­вання утфелю, тобто вони одночасно є технологічні і теплотехнічні. Затра­ти на їх впровадження окупаються одночасно як за рахунок збільшення виходу цукру, так і економії палива. Ці заходи можуть доповнювати ком­плекс робіт по підвищенню концентрації сиропу з клеровкою.

Таким чином, на перших етапах впровадження енергозберігаючих за­ходів найдоцільніше зосередитися на впроваджені енергозберігаючих захо­дів комплексного характеру, які ма­ють високу ефективність. Так, збільшення концентрації сиропу та клеровки на 10 % СР зменшує витра­ти пари на технологічні потреби на 6,5% до маси буряків, що еквівалентно витратам палива на виробництво електричної енергії, яка споживаєть­ся заводом, або на отримання вапна в газових печах. При досягненні кон­центрації сиропу близької до гранич­них, необхідно ширше впроваджува­ти енергозберігаючі заходи, які ство­рюють потенціал економії пари. Одночасно слід впроваджувати компен­суючі заходи, що дозволить підвищи­ти їх ефективність за рахунок повної реалізації створюваного ними потен­ціалу економії.

Дата добавления: 2014-01-07