Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 19
Л е к ц і я 6
Теоретичні та практичні аспекти вдосконалення технології кристалізації цукрози
Кристалізаційне відділення цукрового заводу є одним з найважливіших, тому що від його роботи залежить не тільки вихід готової продукції, але й її якість. У кристалізаційному відділенні відбувається практично перекристалізація, яка, як відомо, є потужним засобом очищення речовини. Тому якість цукру в значній мірі залежить від того, в якій послідовності проводиться процес кристалізації, та з яких продуктів кристалізується цукроза і як ведеться процес кристалізації.
На сьогоднішній час відомо декілька способів покращання якості цукру, що можна застосувати в продуктовому відділенні:
В основі всіх перерахованих способів закладено принцип зменшення кількості та підвищення якості плівки маточного розчину на поверхні кристалів цукру. Зменшення кількості плівки можливо досягнути покращанням гранулометричного складу цукру, тобто отриманням більш крупних та однорідних кристалів, що мають меншу поверхню в порівнянні з дрібними або за рахунок більш повного відділення її шляхом використання афінації та пробілювання водою. Покращання якості плівки досягається шляхом використання для уварювання утфелів продуктів більш високої якості.
До основних заходів щодо підвищення ефективності роботи кристалізаційних відділень в першу чергу потрібно віднести:
Стратегічним напрямком є уварювання утфелі за понижених температур, коли розчинність цукрози менша. Необхідний для цього вакуум досягається шляхом підтримування температури барометричної води в конденсаторі для утфелі І та ІІ кристалізації 50о С, а утфеля ІІІ кристалізації - 45 о С.
Ще одним заходом, що сприяє зменшенню вмісту цукру в мелясі, є ретельний контроль за роботою центрифуг, особливо утфеля останньої кристалізації. Відомо, що при відхиленнях в роботі центрифуг чистота меляси може збільшитись на 0,3...2,0%. Г7оловною причиною такого є прохід через сито дрібних кристаликів цукру. Експериментально встановлено, що через сито з комірками в 40 мкм проходить від 0,2 до 1,3% дрібних кристалів, а через сито з розмірами комірок в 60 мкм – 0,4...2,2%, тобто лише заміна сита на густіше сприяє пониженню чистоти меляси на 0,1...0,3%.
6.1. Причини різної розчинності цукрози.
6.2. Основні параметри, що впливають на ефективність кристалізації цукрози у вакуум-апаратах.
Розглядаючи параметри, котрі впливають на ефективність кристалізації цукрози, потрібно відзначити, що багато з них не можуть бути зміненими, тому що вони зв’язані з роботою попередніх відділень цукрового заводу або ж можуть змінюватися лише в неширокому діапазоні. Так, витрата та якість сиропу визначається якістю та кількістю останнього, котрий отриманий на ВУ, а відтоків – якістю роботи окремих станцій кристалізації. Як правило, ці параметри відносяться до числа незалежних. Тиск та температуру граючої пари можна також змінювати в рамках дуже вузького діапазону, тому що це зв’язано з технічними можливостями генерування пари та його перерозподілу між окремими корпусами ВУ та споживачами по заводу.
Тому особливу увагу потрібно звертати на рівень утфелю у в/а періодичної дії. Висота цього шару впливає на залишковий тиск та температуру всередині в/а, а відповідно, і на величину швидкості кристалізації цукрози, швидкість термічного розкладу її та витрату граючої пари.
Швидкість кристалізації цукрози залежить від температури утфелю, в’язкості та густини міжкристального розчину і відносної швидкості руху кристалів в ньому. Всі ці параметри прямо чи опосередковано залежать від висоти (товщини) шару утфелю у в/а. Крім цього, на величину швидкості кристалізації цукрози суттєво впливає також і відносний відсоток кристалів цукрози в утфелі. Значить, за допомогою цього параметру можна інтенсифікувати процес кристалізації цукрози.
Величина гідростатичного тиску туфельної маси впливає також на величину температури кипіння утфелю, підвищуючи чи знижуючи її, а відповідно і на процес термічного розкладу цукрози. Професором Бугаєнко І.Ф. встановлено, що величина розкладу цукрози за рН утфелю І та ІІ кристалізації в межах 8,0...6,5 та температурі в 75°С в середньому складає 0,03% від к.б. з підвищенням температури на 10°С втрати збільшуються в два рази.
Гідродинамічна обстановка у в/а періодичної дії постійно змінюється. При цьому швидкість циркуляції утфелю коливається та поступово знижується до кінця варки до мінімуму. За звичайних умов єдиною рушійною силою циркуляції є різниця в’язкості утфелю при стінках кип’ятильних трубок та всередині їх. Оскільки температура граючої пари у в/а як правило не регулюється, то підвищення термічного опору і зменшення швидкості циркуляції супроводжується зниженням теплового потоку, що в свою чергу зумовлює до зниження паровмісту та рухомої сили циркуляції.
На заключних стадіях уварювання утфелі можливі такі режими роботи в/а, коли кипіння утфелю не відбувається, останній тільки нагрівається. Тому з метою підвищення циркуляції запропоновано ряд способів:
6.2.1. Сучасні та перспективні технології уварювання утфелю І кристалізації
Процес отримання утфелю І кристалізації можна розділити на наступні етапи: набір вакуум-апарат сиропом і згущення його до проби; утворення центрів кристалізації; нарощування кристалів, згущення утфелю, вивантаження утфелю в мішалку і пропарювання вакуум-апарата.
Найбільш розповсюдженим методом проведення цих етапів процесу є робота з періодичним веденням сиропу. Періодичне введення сиропу здійснюється звичайно при досягненні коефіцієнта пересичення міжкристалевого розчину 1,15-1,18 і закінчується при коефіцієнті пересичення 1,02-1,05.
Дуже часто введення сиропу починають при більшому значенні коефіцієнта пересичення - на межі появи вторинних центрів , а іноді і після початку їх появи. Нічого, крім шкоди, такий спосіб роботи не дає. Значні коливання пересичення збільшують тривалість процесу, що зменшує масову швидкість кристалізації.
Спеціалістами УкрНДІЦП на Яготинському цукровому заводі випробуваний спосіб отримання утфелю 1 кристалізації при безперервному вводі сиропу у вакуум-апарат, який полягає в наступному: спочатку у вакуум-апарат набирається така кількість сиропу, щоб після згущення його до потрібної концентрації він повністю покривав поверхню нагріву, далі згущення сиропу ведеться при максимальному розрідженні, тобто при мінімальній температурі кипіння.
Після досягнення коефіцієнта пересичення сиропу 1,25 у вакуум-апарат вводиться біля 20 г цукрової пудри. Через 1-2 хв. відбирають пробу для спостереження за кількістю утворених кристалів. Після утворення достатньої кількості кристалів у вакуум-апарат вводять сироп для зменшення коефіцієнта пересичення міжкристалевого розчину до 1,1 та припинення подальшого виділення центрів кристалізації. В подальшому кристали цукру нарощують при безперервному надходженні сиропу у вакуум-апарат. Процес регулюється так, щоб коефіцієнт пересичення міжкристалевого розчину утримувався на постійному рівні ( біля 1,1). При такому значенні коефіцієнта пересичення забезпечується досить висока швидкість кристалізації та не утворюються нові центри кристалізації.
Впровадження способу отримання утфелю І кристалізації при безперервному способі введення сиропу у вакуум-апарат дозволяє значно зменшити тривалість процесу ( приблизно на 22,5 % ) при одночасному покращенні якості білого цукру (гранулометричний склад, забарвленість ).
Майже на всіх бурякоцукрових заводах при отриманні утфелю І кристалізації у вакуум-апаратах періодичної дії на початковій стадії у вакуум-апарат вводять велику кількість води або соку для запобігання пересиченню сиропу. Це значно збільшує витрати пари при отриманні утфелю, і, відповідно, витрати палива. Наступною причиною великих витрат палива є низька концентрація сиропу (48-56%), що використовується пр отриманні утфелю І кристалізації.
Спеціалістами УкрНДІЦП розроблений спосіб отримання утфелю І кристалізації із сиропу підвищеної концентрації ( 70-73%), який включає водні та сокові підкачки. Спосіб полягає в наступному.
Після ретельно пропарки апарат і з'єднування його з конденсатором у вакуум-апарат набирають мінімальну кількість сиропу. Коли вакуум-апарат набрався сиропом, подають пару і вакуум-апарат виконує функції випарної установки, тому випарювання повинне здійснюватись при повністю відкритому повітряному вентилі, при можливо низькій для даного вакуум-апарат температурі. Коли сироп досягне пересиченого стану наближається момент утворення центрів кристалізації, повітряний вентиль закривають
Внаслідок чого температура киплячої маси поступово підвищується до 84-86°С. В апарат вводять цукрову пудру, причому бажано утворення кристалів проводити при невисокому коефіцієнті пересичення. За кількістю утворюваних центрів кристалізації необхідно постійно слідкувати .
Коли необхідна кількість центрів кристалізації утворилася, процес переривають, знижуючи пересичення між кристального розчину введенням свіжого сиропу. При утворенні центрів кристалізації потрібно уникати занадто великого введення сиропу. Необхідно уникати також різкого коливання температури у вакуум-апараті, оскільки підвищення температури може призвести до розчинення утворених центрів кристалізації, а зниження температури - викликати моментальне виділення кристалів цукру у великій кількості.
Сироп, що надходить в апарат, повинен мати температуру на кілька градусів вищу за температуру утфелю у вакуум апараті. Перегрітий сироп, потрапляючи у вакуум-апарат, швидко закипає, виділення бульбашок пари посилюється, що підвищує циркуляцію утфелю і сприяє процесу нарощування кристалів. Після утворення центрів кристалізації, температуру кипіння утфелю знижують до 80-82°С, поступово відкриваючи повітряний вентиль.
При необхідності підвищення температури кипіння утфелю з метою розчинення дрібних кристалів цукру може здійснюватися багаторазово. В подальшому подача сиропу повторюється до тих пір, поки утфелем не заповниться весь об'єм апарата. На цій стадії температура утфелю поступово знижується і досягає 78-79°С, при якій утфель остаточно згущується до вмісту в ньому 92,5-93 % сухих речовин.
Якісні показники утфелю І кристалізації із сиропів підвищеної концентрації в технологічній схемі заводу необхідно передбачити між корпусну сульфітацію та фільтрування сиропу.
Впровадження способу, розробленого в УкрНДІЦП, дозволить зменшити витрати пари на підігрів вакуум-апаратів на 2,3 % від маси буряку, на 1,7 % зменшити використання води, стабілізувати споживання пари, збільшити продуктивність вакуум-апаратів на 10 %, тому навіть якщо ВУ не забезпечує отримання концентрованих сиропів, застосування його залишається доцільним.
Надійно працювати з високими концентраціями, отримуючи високоякісний утфель 1 кристалізації, дозволяє відносно новий метод з використанням маточного утфелю, широко розповсюджений на цукрових заводах Німеччини, Великобританії та інших країн.[ЛІ]
Рис.1.Апаратурно-технологічна схема роботи за Брауншвейським способом
Процес підготовки маточного утфелю включає три етапи:
Суть Брауншвейгського методу полягає в наступному. Сироп доводиться у спеціальному випарному апараті до концентрації СР 75%, а потім, через проміжний резервуар, потрапляє в кристалізатор-охолоджувач (1.1), ступінь охолодження в якому регулюється контурами охолодження. При температурі біля 50°С пересичення досягає величини 1,1 і з відповідної мішалки подається підготовлена затравочна паста. Після охолодження отриманого продукту розмір кристалів досягає приблизно 0,1 -0,13 мм. Така кристалічна затравка може бут безпосередньо використана для одержання дрібнокристалічного утфелю, або спрямовується на подальшу обробку у вакуум-апарат (2), де розмір затравлювальних кристалів доводиться до 0,3 мм. Кристалічна затравочна суспензія по трубопроводах замкненого контуру з прийомної мішалки 3.1 насосом подається в мішалку 3.2, що встановлена на площадці в/а. Первинний набір у в/а необхідної кількості кристалічної основи (маточного утфелю) проводиться із трубопроводу, що з’єднує ці дві мішалки.
Створення якісної кристалічної затравки сприяє значному полегшенню процесу кристалізації, оскільки критичні фази утворення і нарощування кристалів відбуваються не в апараті для виробництва кінцевого продукту.
Незважаючи на відносну складність одержання маточного утфелю, він має високі якісні показники (рівномірність кристалів, відсутність конгломератів), що дозволяє використовувати сиропи високої концентрації, збільшити продуктивність в/а, зменшити споживання пари та збільшити вихід кристалічного цукру з утфелю за рахунок більшої рівномірності кристалівЮ що сприяє зменшенню води на пробілювання. Виробничі дослідження показують, що впровадження такого способу уварювання утфелю забезпечує збільшення виходу кристалічного цукру з утфелю від 43 до 52%, зменшення витрат води на пробілювання з 2,6 до 1,8% до маси утфелю та зменшення витрат палива на 0,3% до кількості буряків.
Розрахунки показують, що застосування такого способу дозволяє на 20-30% збільшити продуктивність в/а І ступеня кристалізації та на 10-15% - ІІ і ІІІ ступенів,зменшити витрати пари та електроенергії в кристалізаційному відділенні на 10-15%, зменшити втрати цукру від термічного розкладу.
В Україні вперше такий спосіб було впроваджено на Чортківському ц/з.
Для приготування затравочної пасти в МДУХП розроблений новий спосіб, у відповідності до якого мікрозатравку приготували, змішуючи пересичений розчин цукрози з етиловим спиртом, і потім суміш охолоджували до 22-25 °С. Мікро кристали, що самовільно зародилися, розміром 10-50 мкм відділяли в полі відцентрових сил і змішували з гліцерином , насиченим цукрозою. Для нарощування отриманих кристалів мікрозатравки до розмірів 80-120 мкм запропонована конструкція оригінального кристалізатора - охолоджувача, виготовленого із матеріалу, який має низькі адгезійні властивості. Для приготування 35 т утфелю І кристалізації витрати затравочної суспензії з кристалами 0,1 мм складають 400 кг, тому робоча місткість кристалізатора - охолоджувача прийнята 4 т ( на 10 виробничих циклів).
Новий спосіб приготування затравочоної суспензії, на відміну від „Брауншвейгського", дає можливість виключити злипання мікро кристалів. Немає необхідності із затравочної суспензії готувати маточний утфель з кристалами біля 0,3 мм в окремому проміжному апараті. Це обумовлено тим, що затравочна суспензія подається у вже пересичений сироп, і її кристали відразу починають рости у вакуум-апараті.
Маточний утфель для І кристалізації повинен відповідати особливим вимогам, тому метод його підготовки достатньо складний і вимагає додаткового обладнання. Ідея його полягає в тому, що процес початкового кристалоутворення та закріплення кристалів виділяється із циклу отримання утфелю в окремий процес підготовки маточного утфелю.
Процес полягає в наступному. Сиропом із вмістом 75-78 % Ср заповнюється спеціальний охолоджуючий кристалізатор, обладнаний пристроєм для інтенсивного перемішування і поверхнею теплообміну, в яку подається охолодна вода. При досягненні сиропом ступеню пересичення 1,1 в нього вводять затравочну пасту з кристалами 10-15 мкм і при подальшому охолодженні та інтенсивному перемішуванні суспензії ( обов'язково при низькому і постійному, в інтервалі 1,05-1,10 пересиченні) нарощують кристали до розмірів 100-120 мкм. Одержаний в охолоджуючому кристалізаторі початковий утфель відрізняється високою рівномірністю кристалів і не містить конгломератів. Для одержання маточного утфелю для 1 кристалізації початковий холодний утфель спрямовують в окремий вакуум-апарат, де нарощують кристали до розмірів 200-350 мкм, і вже після цього використовують в ролі маточного утфелю для одержання утфелю І кристалізації.
Автори показують, що однією із основних умов забезпечення рівномірних кристалів цурку при одержанні утфелю є створення у вакуум-апараті кристалічної основи, що складається із суворо визначеного числа зародків однакового розміру.
Зусиллями працівників УкрНДІЦП та ВНПП „Магмас" була розроблена технологія приготування твердо пластичної затравочної пасти. Цей твердий посівний матеріал являє собою готовий продукт, що не потребує спеціальної підготовки перед внесенням у вакуум-апарат. Містить мікро кристали цукру високого ступеню рівномірності в легкоплавкому твердому наповнювачі, в якості якого використовується поверхнево-активна речовина АМГД ( ацетильований моно гліцерид дистильований). Така „тверда" суспензія сформована у вигляді циліндрів заданої маси, може зберігатись без зміни властивостей до 18 місяців.
Твердопластична затравочна паста дозволяє отримати в утфелі кристали високого ступеню рівномірності з мінімальним вмістом конгломератів, зменшити витрати води на промивання цукру, збільшити вихід кристалічного цурку на 3 %.
Витрати затравочної патси на один цикл визначають із співвідношення 1,0-1,5 г на 1 т готового утфелю у вакуум-апараті ( для утфелю І кристалізації). Для утфелів ІІ і III кристалізації дозу збільшують в 1,5 рази.
Незважаючи на складність процесу підготовки маточного утфелю, його якісні показники ( рівномірність кристалів, відсутність конгломератів) дозволяють збільшити продуктивність вакуум-апаратів, зменшити витрати пари при одержанні утфелів, і, головне, збільшити вихід кристалічного цукру при центрифугуванні.
Одним із напрямків подальшої інтенсифікації процесів, що відбуваються в продуктовому відділенні, є додаткова кристалізація цукру із утфелю його охолодженням в кристалізаторах під вакуумом, яка отримує все більшого розповсюдження в цукровій промисловості Франції, Німеччини, Італії. За рахунок охолодження утфелю і додаткового випарювання води зменшується розчинність цукру, збільшується пересичення розчину, що підвищує ефект кристалізації без додаткових витрат тепла.
Об'єднання трьох факторів, що забезпечують кристалізацію цукрози ( охо-лодження, випарювання води, перемішування утфелю), досягнуто в апаратурному оформленні, яке отримало назву Мultistage ЕЬulism Таnk (МЕТ) або трьохступінчастий вакуумний кристалізатор - охолоджувач.
Вакуумний кристалізатор - охолоджувач має вертикальний корпус, розділений на три секції, кожна з яких обладнана мішалкою , патрубками для введення цукромісних розчинів і води, клапаном для вивантаження утфелю і водяною „ сорочкою" під конічним дном. В кожній секції підтримується автономний тиск і відповідна температура. Кристалізатор-охолоджувач працює в безперервному режимі, який регулюється системою управління, яка підтримує на постійному рівні вихід утфелю, ступінь охолодження, витрати сиропу ат відтоків, вміст сухих речовин в них. Середня тривалість перебування утфелю, необхідна для росту кристалів, складає не більше 35 хв. для всіх трьох секцій, тобто для всієї установки.
Трьохступінчатий кристалізатор - охолоджувач працює за наступним принципом: в умовах поступового зниження тиску відбувається випарювання води і охолодження утфелю. Поступова дегідратація та зниження температура приводять до пересичення , що, в свою чергу, веде до утворення кристалів цукру. При цьому виток останньої фази кристалізації повинен обов'язково повертатися в установку для підтримання кількості кристалів на необхідному рівні. Трьохступінчасті вертикальні вакуумні кристалізатори - охолоджувачі МЕТ встановлені та успішно використовуються на ряді цукрових заводів Італії.
В процесі експлуатації кристалізаторів - охолоджувачів МЕТ встановлені наступні переваги:
збільшення виходу кристалічного цукру в порівнянні з традиційними апаратами, що пов'язане з явищем само випаровування при переході до нового рівноважного стану внаслідок різниці абсолютних тисків між входом і виходом вакуумного кристалізатора - охолоджувача;
зменшення забарвленості цукру внаслідок того, що кристалізація проводиться при понижених температурах;
підвищення виходу цукру завдяки центрифугуванню утфелю з температурою нижчою за звичайну.
Фірмою Берген-Сей розроблена технологія використання горизонтальних вакуумних кристалізаторів - охолоджувачів, яка пройшла попередні випробування на рафінадному заводі Нант. За результатами випробувань була створена двохступінчаста установка безперервних вакуумних кристалізаторів - охолоджувачів. Вона працювала на протязі всього виробничого сезону і замінила одну ступінь кристалізації.
Горизонтальний кристалізатор - охолоджувач заповнюється тільки на 50-60 %, що дозволяє отримати велику поверхню випарювання. Введення витоків в апарат здійснюється в чотирьох місцях: перше - в місці надходження утфелю, три інших розподілені таким чином, щоб уникнути пересичення.
Центрифугуванням відділяється більша частина між кристального розчину, який після центрифугування називають першим відтоком (зелена патока). На відміну від між кристального розчину він містить ще невелику кількість кристалів (різниця чистот не повинна перевищувати 1%). Так як на кристалах цукру ще залишається невелика кількість між кристального розчину, який придає кристалам жовтуватого відтінку, то для його відділення цукор промивають артезіанською водою з t = 85-90С. В результаті утворюється другий відтік (біла патока). На промивання витрачається 3...3,5 % води до маси утфеля, тривалість промивання 15...30 с. Для того, щоб забезпечити необхідну різницю чистоти першого та другого відтоку (5...7%), після початку промивання через 10...15 с автоматично повертається сегрегатор.
Після промивання цукор підсушується до вологості 0,8..1,2%. Після зсипання цукру на фільтрувальному ситі залишається шар цукру товщиною 2...5 мм, який періодично протягом 4...8 с промивають гарячою водою. Промий – у збірник другого відтоку.
Кількість води для промивання на заводах як правило завищують, щоб підвищити якість цукру-піску. Але, як видно з рисунка, кількість видалених красок не пропорційно кількості води. Залежність виходу цукру від кількості води має лінійний характер, а забарвленість змінюється по експоненті.
Вихід Цк,% Забарвл, у.о.
60 1,2
55
0,8
50
45 0,6
40
0 2 4 6 8 Вода,%
Як видно з графіка, збільшуючи витрату води в два рази, ми забарвленість цукру знижуємо на 35%, а вихід кристалічного цукру зменшився на 18%. Можна прийняти, що збільшення витрати промивної води на 1% зумовлює до зменшенню виходу кристалічного цукру на 3,7% до маси утфеля, а на випаровування цієї води потрібно приблизно 0,02% умовного палива до маси буряків.
Таким чином існуючі варіанти пробілювання утфелі мають ряд недоліків, основними з яких є те, що від 20 до 30% цукру розчиняється під час пробілювання водою, а через змішування відтоків (нечітка робота сегрегаторів) підвищується забарвленість та вміст золи у готовій продукції.
З огляду на це заслуговує уваги система ТОВ „ПромОПЕКС”, застосування котрої дозволяє проводити безперервний контроль забарвленості цукру на віброконвейері з метою оптимізації витрат води на пробілювання, автоматичне визначення якості утфелі та корекцію параметрів центрифугування, пробілювання та сушки в кожному циклі, кероване чітке розділення відтоків або їх перерозподіл в залежності від якості проуктів і т.д. (див. схему).
Рис.2. Принципова схема підключення датчиків та приладів автоматичної системи обробки утфелів
Практична цінність вказаної системи автоматизації оброблення утфелі полягає в тому, що враховуються різні ситуації, які зустрічаються в процесі роботи продуктового відділення. Крім цього, вона здійснює автоматичне регулювання режиму комбінованої промивки цукру білою патокою (сиропом) та водою. За рахунок зменшення кількості води на промивку від 20 до 200% збільшується вихід кристалічного цукру на 1,2...2,0 т за один цикл уварювання, що наприклад, для Володимир-Волинського ц/з дозволило для виробітку 10 тис. Т цукру зменшити на кількість зварених вакуум-апаратів на 70!
Найбільш доцільно проводити промивання у два етапи з використанням на першому розбавлений до СР 70...74% та нагрітий до 85С другий відтік І утфеля. Витрата останнього – 2% до маси утфеля, а води після нього – 1,5...2%, тобто кількість води знижується майже в 3 рази.
Перспективне пробілювання парою. Цукор з центрифуг в такому разі виходить з вищою температурою, що не спричиняє до його “розвалу” кристалів в сушильному відділенні, а кількість відтоків зменшується.
6.2.2. Удосконалення уварювання та кристалізації утфелю останнього продукту
Уварювання утфелю останнього ступеню кристалізації характеризується тим, що в вакуум-аппарат поступають відтоки, які мають значно більше нецукрів, ніж на І і ІІ ступенях кристалізації. Це приводить до значного збільшення вмісту сухих речовин, а також в’язкості уварюваної маси при досягненні необхідного пересичення і зниженню швидкості кристалізації. В результаті цього повний цикл уварювання утфеля ІІІ кристалізації в 1,5…2,5 рази довше, ніж цикл уварювання утфеля ІІ кристалізації.
Міжкристальний розчин утфеля ІІІ кристалізації намагається знецукрити найбільш повно, тому що зниження його чистоти в кінці процесу на 1 % дає можливість збільшити вихід цукру-піску на 0,07-0,1 % до маси буряків. Всього в відтоку утфеля останньої кристалізації залишається біля 2,5 % Цк до маси буряків.
Варочно-кристалізаційна станція цукрового заводу, яка працює по двох-чи трьохпродуктовій схемі, ставить перед собою завдання отримати максимально можливу кількість цукру при найбільшому знецукренні меляси.
6.2.2.1. Раціональний спосіб кристалізації утфеля ІІІ продукту, розроблений Жвирблянським.
– Утфель ІІІ продукта уварюють до різного вмісту СР в залежності від доброякості зеленої патоки – чим вона вища, тим більш повно уварюється утфель.
Жвирблянський, аналізуючи роботу на станції кристалізації ІІІ продукту по використанню раціонального метода кристалізації, відмічає наступне.
Цей спосіб не є методом, в якому використовуються тільки паточні розкачки. Цей метод включає ряд мір по уварюванні утфеля в вакуум-апаратах, обприскування його водою при спуску, розкачування в утфелемішалках і підігрів перед фуговкою.
Автор вказує, що можуть використовуватися розкачки з допомогою розбавленої патоки і навіть води в залежності від доброякісності утфеля і в’язкості міжкристальної патоки.
Недоліки способу:
6.2.2.2. Спосіб розкачування утфеля ІІІ продукту, запропонований Фелером.
6.2.2.4. Спосіб Акіндінова. Новий метод кристалізації утфеля останнього продукту є одним з варіантів розробки і уточнення режиму кристалізації по Красильщикову і Жвирблянському. Ними запропоновано для зниження вмісту кристалів в утфелі до прийнятої норми при кристалізації його в мішалках використовують паточні чи водні розкачки. Запропонували використовувати проміжну фуговку останнього утфеля з метою розрідження кристалізаційного утфеля в мішалках отриманим міжкристальним розчином. Спосіб Акіндінова заключається в тому, що зменшення кількості кристалів в утфелі роблять не паточними розкачками, а попередньою фуговкою утфеля з поверненням міжкристальної патоки, причому починати попередню фуговку утфеля треба не одразу після спуску, а тільки при досягненні в утфелі допустимої кількості кристалів цукру, під час кристалізації його в мішалках.
Повернення після попередньої фуговки утфеля міжкристальної патоки дозволяє при розжижені утфеля залишити в ньому максимально допустиму кількість кристалів цукру.
Для більш глибокого знецукрення міжкристалевого розчину автор нового методу рекомендує направляти міжкристальну патоку після попередньої фуговки утфеля не в наступну, а в ту ж мішалку кристалізатор.
У випадку тяжкої фуговки, яка викликана підвищенням в’язкості утфеля, треба знизити в’язкість міжкристального розчину шляхом нагрівання відтоку від попередньої фуговки відкритою парою. Якщо природна в’язкість міжкристального розчину висока, то міжкристальний розчин розбавляють гарячою водою.
6.2.2.5. Спосіб уварювання утфеля ІІІ кристалізації на кристалічній основі утфеля ІІ кристалізації. Завданням цієї схеми є:
Для збереження стабільних показників кристалізацій і центрифугування утфеля ІІІ кристалізації чистоту утфеля треба підтримувати постійною 76-77 % незалежно від якості переробленого цукрового буряка. Це досягається зміною кількості утфеля ІІ кристалізації, який відбирається для кристалічної основи і відтоків, що поступають на уварювання утфеля ІІІ кристалізації. Кількість перетягнутого утфеля визначається технологічною лабораторією заводу і складає 30-45 % об’єму вакуум-апарата. Утфель ІІ кристалізації уварюється на мілкій кристалічній основі 0,25-0,30 мм. Чистота його в межах 83-84 %.
Опит роботи цукрових заводів показує, що введення трьохкристалізаційної схеми з використанням кристалізаційної основи для уварювання утфеля ІІІ кристалізації дозволяє знизити вміст цукру в мелясі на 0,1-0,3 % до маси цукрового буряка.
6.2.2.6. Спосіб отримання утфеля останньої кристалізації з проведенням кінцевого згущення в кожному вакуум-апараті в 2 стадії. Спосіб отримання утфеля полягає в згущенні цукровмісного розчину в вакуум-апараті, заведення кристалів, їх нарощування до отримання кристалічної основи, відбір частини останньої і подачу її в другий вакуум-аппарат, послідуюче нарощування кристалів в вакуум-апараті і кінцеве згущення утфелів. Нарощування кристалів в вакуум-апаратах здійснюють при підтримці вмісту кристалів в утфелі 30-35 %, а кінцеве згущення утфеля в кожному апараті проводять в дві стадії: першу з яких при розрідженні 660-670 мм рт.ст. до вмісту СР-89,0-91,0, а другу при розрідженні 600-615 мм рт.ст. до досягнення заданого вмісту СР. цей спосіб зменшує тривалість уварювання на 40 хв, підвищує вміст кристалів цукру в утфелі перед спуском на 0,8-1,6 % і дозволяє отримати цукор кращої якості.
6.3. Використанням ПАР для уварювання утфелі.
У цукрових буряках містяться речовини, що мають поверхнево-активні властивості: сапоніни, білки, продукти розкладу білків (амінокислоти та бетаїн), ПР, жири. Всі вони в основному мають колоїдний характер . накопичуються в сиропі і з ним приходять в кристалізаційне відділення. Таким чином вони спричиняють утворенню піни, адсорбуються на поверхні кристалів, уповільнюють швидкість кристалізації, погіршують якість продукції.
В останнє десятиліття виник новий напрямок інтенсифікації процесів кристалізації цукру шляхом застосування синтетичних ПАР. Існує дві великі групи ПАР, що відрізняються характером адсорбції та механізмом стабілізації дисперсних систем. До першої групи можна віднести низькомолекулярні сполуки дифільного характеру, що мають гідрофільну головну частину (-ОН, SOзH, -COOMe, і т.д.) та гідрофобну хвостову частину. За застосуванням ПАР цієї групи поділяються на змочувачі, емульгатори, миючі агенти, піноутворювачі. До другої групи належать ПАР, в яких має місце чергування гідрофільних та гідрофобних груп, рівномірно розподілених по довжині полімерного ланцюжка (поліакриламід, желатин та ін.). найбільший інтерес представляє застосування ПАР для інтенсифікації процесів кристалізації цукрози.
Утфелі ІІ і ІІІ кристалізації відрізняються підвищеною в’язкістю і властивостями до піноутворення і пониженою швидкістю кристалізації. Використання ПАР може мати значний вплив на пониження в’язкості і збільшення текучості утфелів. При поганій якості утфеля оптимальна величина додавання ПАР досягає 100 мг/кг утфеля. Якщо уварювання утфелів останньої кристалізації з чистотою 76-80 % не супроводжується піненням, величина добавки ПАР може бути знижена до 50 мг/кг утфеля.
Особливо великий вплив ПАР є при переробці буряків пониженої технологічної якості. При введені ПАР в утфель зникає пінення, зменшується в’язкість, підвищується антиадгезійні властивості. В зв’язку з цим значно покращується гранулометричний склад утфелів. Центрифугування утфелів останнього ступеня кристалізації з високою в’язкістю при двох чи трьох кристалізаційній схемах пов’язано з збільшенням водними розкачками в утфелемішалках чи використанням закожушної пари, що сприяє збільшенню вмісту цукру в мелясі.
Додавання емульсії ПАР (АМГСК-100) до утфеля останньої кристалізації перед центрифугуванням скорочує цикл центрифугувння, покращує якість цукру, запобігає залипанню сит, полегшує вигрузку цукру з центрифуг. Приготування емульсії виконують шляхом змішування ПАР з водою. При неперервній кристалізації утфеля емульсію ПАР вводять в останню мішалку-кристалізатор перед подаванням утфеля в розподільник. Заводка емульсії ПАР в утфель перед центрифугуванням треба використовувати в тих випадках, коли різко погіршується відокремлення меляси від кристалів в центрифугах, наприклад при надмірному зниженні чистоти утфеля, його переохолодженні і накопиченні утфеля через зупинки центрифуг, які є вимушеними. При введені ПАР в вакуум-апарати останньої кристалізації добавку його до утфеля перед центрифугуванням виконують з урахуванням раніше введеного в вакуум-апарат, в сумарній кількості, яка не перевищує 80-100 мг/кг утфеля.
У зв’язку з тим, що дія ПАР короткострокова, доцільно подавати їх у в/а не менше чотирьох разів за цикл уварювання. Для цього ПАР розчиняють у сиропі у співвідношенні 1:1 за температури 60оС.
Спосіб інтенсифікації процесу кристалізації шляхом застосування ПАР показав такі переваги:
6.4. Способи підвищення ефективності кристалізації цукрози.
На цукрових заводах Німеччини для отримання цукру рафінадної якості використовується 4-х кристалізаційна схема:
Рис.3. Схема отримання цукру високої якості шляхом перекристалізації жовтих цукрів
Така схема базується на звичайній 3-х кристалізаційній, але відрізняється тим, що клеровка цукру ІІ не направляється на уварювання утфелю І, а уварюється разом з частиною (20...30%) клеровки афінованого цукру останнього продукту на утфель 0. Враховуючи той факт, що клеровка ІІ утфеля по своїй якості значно краще суміші сиропу з клеровкою, в результаті отримують цукор більш високої якості.
Із сиропу, частини клеровки афінованого цукру ІІІ та першого відтоку утфеля 0 уварюється утфель І, з якого отримують цукор-пісок, якісні показники якого дещо гірші, ніж цукру 0. обидва ці цукри змішують – 75% цукру 0 та 25% цукру-піску та направляють на зберігання.
Враховуючи той факт, що чистота сиропу в Німеччині близька до такової в Україні (92%), така схема представляє безсумнівно інтерес при реконструкції заводів, котрі ставлять своєю задачею отримання цукру високої якості.
6.4. Номограма для встановлення технологічного режиму кристалізації цукрози, оцінки ефективності його проведення та прогнозування роботи продуктового відділення.
Через суттєву зміну технологічної якості цукрових буряків під час виробничого сезону приходиться достатньо часто корегувати не тільки технологічний режим роботи продуктового відділення, а й саму технологічну схему роботи, тобто кількість ступенів кристалізації. Як правило, такі зміни проводять, опираючись на виробничий досвід або ж на складні технологічні розрахунки (які ніхто не робить).
З метою вибору ефективної роботи продуктового відділення та оперативного контролю його роботи проф.. Люсим М.А. розроблена номограма, в яку включені наступні показники: чистота утфелю Чу та міжкристального розчину Чм.р. , вміст сухих речовин в утфелі СВу і в міжкристальному розчині СВм.р. , вміст кристалів цукрози в утфелі К [13] та котра представляє собою графічне зображення процесів уварювання і кристалізації утфелі цукрового виробництва.
На осі ординат розташована шкала відсоткового вмісту кристалів цукрози в утфелі від 13 до 59%. На нижній осі абсцис розташовані значення чистоти між кристального розчину в діапазоні від 50 до 92%. У верхній частині номограми на осі абсцис розташована шкала вмісту СР (СВ) у між кристальному розчині в діапазоні 89,5-82,5%.
Криві, що понижаються справа наліво, характеризують зміну вмісту СР в утфелі від 89 до 93% за відповідного вмісту кристалів цукрози в ньому в залежності від вмісту СР у між кристальному розчині. Криві, що підвищуються справа наліво, характеризують зміну чистоти утфелю від 66 до 95% в залежності від чистоти між кристального розчину, вмісту кристалічного цукру та СР у між кристальному розчині.
Контроль ефективності уварювання утфелі проводять наступним чином. У напівпродуктах, що направляються на уварювання, визначають вміст СР та чистоту. У процесі уварювання вимірюють миттєве значення СР утфелю, при цьому чистота утфелю залишається величиною постійною та залежить тільки від чистоти напівпродуктів, а задане кінцеве значення вмісту СР утфелю залежить від вибраної технологічної схеми. За допомогою номограми знаходять точку перетину кривих вмісту СР в утфелі СВу та чистоти утфелю Чу
...............................
Представлена номограма дозволяє оперативно приймати рішення, направлені на покращання технологічної ситуації у продуктовому відділенні. Вона враховує взаємозалежність основних технологічних параметрів продуктів та напівпродуктів. Тому її використання дозволяє не тільки своєчасно коректувати технологічний режим, але й прогнозувати можливі зміни в процесі виробництва.
Література:
1. Белостоцкий Л.Г. Кот Ю.Д, Рациональные типы вакуум - аппаратов периодического действия //Сахарная промышеленность. - 1972.- №6 . -с. 19-22.
2. Кот Ю.Д., Белостоцкий Л.Г., Сущенко А.К. Интенсификация процессов кристаллизации сахарозы //Сахарная промышленность. -1977.-№5. -с. 29-33.
3. Интенсификация процесса уваривания утфелей /В.Т. Гаряжа, В.Р.
Кулинченко, Ю.Г. Артюхов и др. М: Легкая и пищевая
промышленность, 1981, 152с.
4.Бажал И.Г., Куриленко О.Д. Переконденсация в дисперсных
системах. - К. : Наукова думка, 1975. - 216 с.
5. Кристаллизация утфеля в вертикальных мешалках / М.С Фрицкий, Ю.Д. Кот, А,В. Власенко, М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1985 . сер 23.
вып. 17.-24 с.
6. Ропотенко Я.Г. применение поверхностно-активных веществ для интенсификации процесса кристаллизации сахара. Обзор. - М: ЦНИИТЭИПищепром, 1973 . - 24 с.
7. Зинченко Л.И. белостоцкий Л.Г. Ропотенко Я. Г. определение потребности ацетомоноглицеридов на производственный период для сахарных заводов // Пищевая промышленность.- 1984. №4. - с.39-40.
8. Ропотенко Я.г. кот Ю.Д. Бажал И.Г. Варианты технологического режима уваривания утфелей с добавками ПАВ //Сахарная промышленность. - 1982 . №3-с.9-12
9. Инструкция по применению поврехностно-активных веществ при уваривании утфелей. К. ВНИИСП, 1985.
10. Белостоцкий Л.Г, интенсификация технологических процессов свеклосахарного производства. -М. : Агропромиздат, 1989.- 224с.
11. Лехтер А.Е. Объякова Г.С. Парамошина В.Н. Ацетоглицериды / Труды Всесоюзного научно-исследовательского института жиров. -1978. №1.-с.29-33.
12. Скорик К.Д. Промислова кристалізація цукрози. – К.:ТОВ”Сталь”, 2004. – 202 с.
13. Люсый Н.А., Люсый И.Н., Молотилин Ю.И. Кристаллизация сахарозы. Краснодар. – 2004. – 303 с.
14