ОТХВ (курс лекцій)2012

(H2SO3), що є сильним відновником. Вона частково переходить у сірчану кислоту (H2SO4), а водень, що при цьому виділяється, відновлює органічні барвні речовини. Дія SO2 продовжується на випарній установці, це сприяє меншому потемнінню сиропу. Сульфітація зменшує лужність соку, також після неї значно зменшується в’язкість сиропів, покращуються умови фільтрування соку і сиропу, полегшуються кристалізація цукру і фугування.

Доволі складний комплекс заходів з очищення дифузійного соку (сатурація, сульфітація, фільтрування) дає змогу відділити тільки 35…40% нецукрів соку. Решта 60…65% переходять до складу меляси, зменшуючи вихід цукру і утримуючи від кристалізації 1,8…2,2% сахарози до маси переробленого буряку.

14.2. Концентрування соку

Для виділення сахарози слід насамперед згустити сік. Для цього з соку треба видалити воду. Воду випарюють з соку на багатокорпусній випарній установці, а потім з сиропу на вакуум-апаратах. Всього під час згущення з соку видаляють 110...115% води до маси переробленого буряку.

Сульфітований сік має вміст сухих речовин СР=12...13% (сахарози – 11...12%), тому в’язкість його невелика. Це дає змогу проводити перший етап уварювання (до СР=65...72%) на багатокорпусних випарних установках. При цьому питома витрата палива зменшується приблизно в 2,5 рази порівняно з уварюванням у випарному апараті. Отриману під час уварювання соку пару різних тисків використовують для нагрівання теплових споживачів підприємства: дифузійної установки, підігрівників соку та ін.

Кожен корпус випарної установки являє собою випарний апарат: з природною циркуляцією (рис. 55), однопрохідний, пластинчастий чи іншого типу

Рис. 55. Принципова схема випарного апарата з природною циркуляцією

141

Для того, щоб відбувався теплообмін між нагрівною парою та соком, температура конденсації нагрівної пари має бути вищою за температуру кипіння соку. Таким чином, тиск вторинної пари завжди буде меншим за тиск нагрівної. У випарній установці сік по черзі проходить всі корпуси, киплячи за дедалі меншого тиску (при нижчій температурі). Вторинна пара, утворена у першому корпусі є нагрівною для другого і т.д.

14.3. Схеми випарних установок

На багатьох цукрозаводах України використовують чотирьохкорпусну випарну установку з концентратором (4кк). Її принципова схема із зазначеними температурами кипіння наведена на рис.56.

Рис 56. Принципова схема чотирьохкорпусної випарної установки з концентратором

У останньому корпусі – концентраторі – що має малу площу поверхні нагріву, відбувається самовипаровування сиропу за рахунок зниження тиску. Нагрівну пару на нього подають лише тоді, коли потрібно збільшити продуктивність випарної установки, тоді концентратор працює як 5 корпус.

Також існують випарні установки п’ятита шестикорпусні, з підвищеним температурним режимом, зі стисненням вторинної пари у механічному чи пароструминному компресорі та ін.

Під час уварювання сироп перебуває при високих температурах, тому відбувається розкладення сахарози. Для зменшення тривалості перебування соку в апараті, а отже і зменшення розкладу сахарози (особливо на перших корпусах) замість апаратів з природною циркуляцією використовують однопрохідні плівкові випарні апарати з гравітаційно стікаючою плівкою, у яких тривалість перебування соку мала

Випарна установка не лише згущує сік до стану сиропу, але і постачає теплову енергію у вигляді відборів пари майже на всі споживачі, що є на цукрозаводі. На схемі відбори пари з відповідних корпусів позначені Е1, Е2, Е3, Е4. Причому тиск, а отже і температура пари відбору зменшуються по мірі

142

пересування від першого до останнього корпуса. Температурний режим впродовж сезону змінюється, щоб забезпечити потрібну концентрацію сиропу.

Традиційно відбори пари з корпусів на основні споживачі розподіляють таким чином:

2 корпус – 114...115ºС – вакуум-апарати; 3 корпус – 101...105ºС – дифузійна установка;

4 корпус – 82...85ºС – пароконтактний підігрівник барометричної води; Крім того парою з корпусів випарної установки нагрівають сік у групах

підігрівників.

Сік, що надходить на випарну установку ще містить значну кількість солей кальцію, тому під час роботи випарної установки на її поверхні нагріву відкладатиметься накип – тверді відклади солей кальцію. Через це знижується коефіцієнт теплопередачі у трубках випарних апаратів та зростає їх гідравлічний опір. Для підтримання продуктивності випарної установки доводиться піднімати тиск і температуру нагрівної пари на перший корпус.

Раніше раз на сезон проводили зупинку заводу для виварювання випарної установки з використанням кислот, що спричиняло значні фінансові втрати. Сучасні технології передбачають додавання до соку інгібіторів накипоутворення (“антинакипін”), що не дають утворюватися накипу і дають змогу працювати без зупинок і значного підвищення тиску нагрівної пари.

14.3. Розрахунки випарних установок

Кількість води, яку потрібно випарувати з соку (потрібну продуктивність випарної установки) у кг/c, визначають за формулою:

æ		ö
ç		СРп ÷		(25)
Wвип = Sпву ç1	-		÷
è		СРк ø

де Sпву – витрата соку на випарювання, кг/с; СРп, СРк – відповідно початковий та кінцевий вміст сухих речовин у соці (сиропі), %.

Кількість води, випареної на випарній установці (її фактичну продуктивність) у кг/c, визначають за формулою:

n
WВУ = åiEі + nDK	(26)

і=1

де Ei – відбір пари з і-того корпуса, кг/с; n – кількість корпусів; DK – вихід пари на конденсатор, кг/с.

Витрата нагрівної пари на випарну установку становить (кг/c):

n
DВУ = åEі + DK	(27)

і=1

Якщо на конденсатор виходить пара самоскипання з концентратора, то у формулі для DВУ її не враховують

143

Таким чином, чим ближче до конденсатора підключений споживач пари, тим вища продуктивність випарної установки. З іншого боку, якщо продуктивність має залишитися сталою, то за сталих відборів Еі можна зменшити витрату пари на конденсатор DK, що призведе до зменшення споживання нагрівної пари випарною установкою.

Але на останніх корпусах випарної установки менший тиск пари, а отже і її температура. Це призводить до зменшення наявного температурного напору у підігрівниках, що є споживачами вторинної пари, і змушує підвищувати їх ефективність (підвищувати коефіцієнт тепловіддачі чи площу поверхні нагріву).

14.4. Використання конденсатів

Конденсати пари з усіх корпусів випарної установки, а також з інших споживачів пари збирають і використовують. Конденсат з першого корпусу (конденсат ретурної пари), що не містить забруднень цукром, повертають на ТЕЦ для забезпечення живлення парогенераторів, тому що він не містить солей жорсткості і має високу температуру (130...140ºС). Витрата конденсату ретурної пари на 20...25% менша ніж отримується пари, бо частина конденсату втрачається (на пропарюваннях, у підігрівниках змішування тощо). Цю нестачу поповнюють, повертаючи відповідну кількість конденсату вторинної пари першого корпусу.

Конденсати з інших корпусів забруднені цукром та аміаком, тому їх використовують для потреб підприємства або (після деамонізації) на живлення дифузійної установки. Теплоту конденсатів використовують для нагрівання соку у підігрівниках або знижують тиск для їхнього самовипаровування, а утворену пару подають до нагрівної камери відповідного корпусу випарної установки.

Запитання для самоперевірки

1.Якими реагентами очищують дифузійний сік на попередній та основній дефекації? Навіщо проводити попередню дефекацію перед основною?

2.Для чого потрібна сатурація? Як її проводять? Навіщо нагрівати сік після першої сатурації?

3.На яких фільтрах проводять фільтрування соку?

4.Для чого і яким чином проводять сульфітацію соку?

5.Чому вигідніше проводити концентрування соку на багатокорпусній випарній установці ніж у випарному апараті? Опишіть принципову схему чотирьохкорпусної випарної установки з концентратором. Що таке відбори пари і для чого їх здійснюють?

6.Чому утворюється накип на випарній установці? До чого призводить накипоутворення? Які заходи вживають для боротьби з накипоутворенням?

7.Як розраховують потрібну і фактичну продуктивність багатокорпусної випарної установки та витрату пари на неї?

8.Як на цукровому заводі використовують конденсати від споживачів пари?

144

15. ТЕХНОЛОГІЯ ЦУКРИСТИХ РЕЧОВИН. ПРОДУКТОВЕ ВІДДІЛЕННЯ ЦУКРОЗАВОДУ

15.1. Уварювання у вакуум-апаратах

Сироп, що містить 65…72% сухої речовини, уварювати далі на випарній установці не можна, бо він має високу в’язкість і не буде циркулювати у довгих трубах випарної установки. Тому сироп фільтрують на дискових вакумних фільтрах та подають з випарної установки на подальше уварювання у вакуумапаратах (рис. 57), мета якого – кристалізувати цукор з сиропу.

Рис. 57. Вакуум-апарат для уварювання утфелю:

1 – вентиль подавання сиропу; 2 – корпус; 3 – підвісна нагрівна камера; 4 – повітряний вентиль; 5 – сепаратор; 6 – циркуляційна труба;

7 – пробний кран; 8 – спускний клапан.

Сироп з клеровкою (розчин цукру) заливають у апарат через вентиль 1 до такого рівня, щоб у стані кипіння він повністю покрив нагрівну камеру. Пара, конденсуючись у нагрівній камері 3, підігріває сироп, конденсат відводиться на збірник. Доведений до кипіння сироп починає циркулювати: піднімається у нагрівних трубах та опускається у циркуляційній трубі 6 і кільцевому зазорі між нагрівною камерою та корпусом 2. За рахунок цієї циркуляції сироп перемішується і збільшується коефіцієнт теплопередачі у апараті. Пара, що

145

утворюється внаслідок кипіння, відводиться на конденсатор через сепаратор 5, де від неї відділяються краплі сиропу та повертаються у апарат. Завдяки роботі конденсатора у апараті підтримується абсолютний тиск близько 20 кПа, відповідно температура кипіння сиропу становить 67...72ºС. Під час уварювання зростає концентрація (до 80...82%) та відповідно температура кипіння сиропу (до 73...75ºС). Розчин стає пересиченим сахарозою, нестійким. На цьому етапі до апарату через пробний кран 7 вводять затравочну пасту, що містить центри кристалізації (мікрокристали). Цей процес зветься заводкою кристалів. За нею стежать, через 1 хв після введення затравки відбираючи проби з апарата на скло. Для утворення цукру-піску нормальної якості потрібно, щоб на 1 мм довжини скла розміщувалося 5...6 кристаликів затравки. Коли в утфелі набереться достатня кількість центрів кристалізації, введення пасти припиняють.

На мікрокристалах кристалізується сахароза – йде нарощування кристалів. Його ведуть за тиску близько 20 кПа і при температурі 75ºС. При цьому періодично подають сироп, щоб підтримати концентрацію сахарози у маточному розчині, потрібну для забезпечення наростання утворених кристалів. Коли кристали цукру досягнуть потрібної величини подавання сиропу припиняють і продовжують згущення утфелю до вмісту сухих речовин СР = 92,5%. Важливо під час уварювання утфелю стежити за температурою утфеля, контролюючи тиск нагрівної пари. Якщо температура буде зависока, то кристали цукру почнуть розчинятися, а якщо занизька – то почнуть утворюватися нові дрібні кристали, що погіршить хід уварювання. Кристалоутворення контролюють візуально або засобами автоматики.

Коли кристали сахарози досягнуть потрібної величини, утфель доводять до максимально можливої концентрації сухої речовини – 92,5%, при цьому його температура не повинна перевищувати 75ºС. Готовий утфель одразу випускають з вакуум-апаратів до утфелемішалок або кристалізаторів.

Перед випусканням утфелю відключають подавання пари і систему розрідження, відкривають повітряний вентиль 4 та спускний клапан 8. Утфель виходить до утфелемішалки, звідки потім подається на центрифуги. Орієнтовна тривалість окремих стадій уварювання утфелю 1 продукту з суміші сиропу та

клеровки чистотою 92%:
Заповнення апарата сиропом	– 5 хв
Згущення сиропу до заводки кристалів	– 30 хв
Заводка кристалів	– 3 хв
Нарощування кристалів	– 115 хв
Згущення кристалічної маси	– 10 хв
Випускання утфелю та пропарювання апарата	– 12 хв
Разом	– 175 хв

146

Продукт, отриманий після уварювання сиропу – утфель 1-го продукту – призначений для отримання товарного білого цукру. Він містить близько 55% кристалів цукру та міжкристальний (маточний) розчин – в’язкий розчин, у містить всі нецукри і насичений розчин сахарози. Вміст сахарози у утфелі 1-го продукту становить Сх=83,7...85%, чистота Ч = 89....91%.

15.2. Центрифугування, висушування та пакування цукру

Утфель 1-го продукту розділяють на кристалічний цукор та міжкристальний розчин (патоку) на центрифугах. За рахунок відцентрових сил, що виникають внаслідок обертання центрифуги зі швидкістю 1000…2000 об/хв перші порції міжкристального розчину (перший відтік, зелена патока) відділяються від кристалів і виводяться з центрифуги у збірник першого відтоку. На поверхні кристалів цукру ще залишається плівка міжкристального розчину з великим вмістом нецукрів, що надає кристалам жовтого відтінку. Щоб видалити цю плівку цукор у центрифугах пробілюють – промивають гарячою питною водою (витрата 3...3,5% до маси утфелю), яка розчиняє поверхневий шар кристалів (у ньому міститься більшість нецукрів, що залишилися) і також виводиться з центрифуги (другий відтік, біла патока). Очищений білий цукор з воловмістом 0,8...1,2% вивантажується з центрифуг на вібротранспортер і подається на висушування.

Цукор висушують до вологовмісту 0,1% та охолоджують у двобарабанній конвективно-сушильній установці, що складається з двох барабанів, розташованих на одній осі. На внутрішніх стінках барабанів за гвинтовою лінією прикріплені залізні лопатки. При обертанні барабана цукор пересипається, просушується і просувається вздовж барабана. До першого сушильного барабана вентилятором подається гаряче повітря, до другого – очищене холодне. Охолоджений цукор-пісок йде на пакування.

Цукор-пісок, пакують у поліпропіленові або джутові мішки з поліетиленовими вкладками. Короткострокове зберігання цукру ведуть у штабелях на складах цукрозаводів (здебільшого неопалюваних). Для тривалого зберігання цукор перевозять до складів (зокрема Держрезерву), де підтримують температуру не нижче 18ºС та відносну вологість повітря не вище 60%.

15.3.Схеми уварювання

Відтоки, що виводяться з центрифуг, є насиченими розчинами сахарози, отже ще містять велику кількість сахарози, яку теж доцільно вилучити. Їх використовують для варки утфелів другого та третього продуктів, які уварюють у вакуум-апаратах подібно до утфеля першого продукту.

Зараз цукрозаводи найчастіше проводять уварювання утфелю за трипродуктовою схемою (рис. 58) або за двопродуктовою (рис.59). Перевагою трипродуктової схеми є повніше вилучення сахарози, а отже менші її втрати у мелясі, недоліками – складність, вища вартість, вищі витрати пари.

147

С ироп з клеровкою

1

21

2

9

15

Гаряча

вода

18

22

3	4	5	6	7	8
						12	14
		10		Сік
			11				13
Гаряча
вода
ію		16			17	14	Меляса
на ітац	19					20
Сироп усльф
	23
24		Сік				25

26

Рис. 58. Трипродуктова схема уварювання утфелю:

1 – збірник сиропу; 2,5,8 – вакуум-апарати 1-го,2-го,3-го продукту; 3,4,6,7– збірники відтоків; 9,10,12, – утфелемішалки; 11 – афінаційна мішалка; 13 – ваги; 14 – кристалізатори; 15,16, 17 – утфелерозподільники; 18,19,20 – центрифуги; 21 – елеватор цукру; 22 – вібротранспортер; 23 – шнек; 24 – клерувальний апарат; 25 –

збірник меляси; 26 – афінатор.

148

Рис. 59. Двопродуктова схема уварювання утфелю.

Варку утфеля останнього продукту проводять без пробілювання цукру і відводять тільки один відток (мелясу). При цьому на поверхні цукру залишається шар меляси і доброякісність цукру не перевищує 96%. Для підвищення доброякісності цього цукру проводять афінацію – цукор змішують з більш доброякісним розбавленим першим відтоком утфеля першого продукту до вмісту сухої речовини 89...90% і перемішують в утфелемішалці 20 хвилин при температурі 65ºС. Внаслідок цього частина нецукрів, які містяться в плівці на кристалах цукру, переходить до афінуючого розчину, і під час центрифугування утфеля буде отриманий більш чистий цукор-афінад. Його клерують очищеним соком при 80...85ºС до СР = 65...67%, змішують з сиропом і подають на уварювання утфелю першого продукту.

15.4.Використання відходів цукрового виробництва

З25 кг сухої речовини, що містяться в 100 кг буряку, отримують лише 15 кг цукру-піску, а 10 кг (40% сухої речовини) переходять до відходів виробництва. До найбільш цінних відходів виробництва належать меляса і жом.

149

Меляса – густа в’язка рідина темно-коричневого кольору зі специфічним запахом карамелі. Її отримують як відтік при кристалізації утфелю-3. Вихід меляси в середньому складає 4,5...5,5% до маси переробленого буряку. Хімічний склад тростинної і бурякової меляси різний. Містить 76...84% сухої речовини, з них 46...51% сахарози. Мелясу використовують в ряді галузей харчової та мікробіологічної промисловості (виробництво етилового спирту, дріжджів, молочної та лимонної кислот, гліцерину); в комбікормовій промисловості – як добавка до кормів для тварин.

Жом – м’якоть буряку, знецукрена стружка. Вихід жому становить близько 5 кг на 100 кг буряку. Сухі речовини жому складаються з пектинових речовин (45%), целюлози і геміцелюлози (приблизно по 20%), білків, золи і цукру (по 2...4%). Жом використовують в якості корму для тварин, для виробництва харчового пектину і пектинового клею.

15.5. Показники ефективності цукрового виробництва

Ефективність цукрового виробництва оцінюють за багатьма показниками. Одним з основних таких показників є вихід цукру – маса отриманого з буряків товарного білого цукру у відсотках до їх маси. Для цукрозаводів України цей показник (залежно від якості сировини) становить 11…15%. Недоліком цього показника є його залежність від якості сировини, що не дає можливості оцінити саме якість переробки буряків. Тому введений ще один показник – ступінь вилучення цукру з буряків – маса отриманого з буряків товарного білого цукру у відсотках до сахарози, що у них містилася. Для цукрозаводів України цей показник у 2011 році становив 79%.

Для теплоенергетиків важливими є показники енергоефективності цукрових заводів:

- витрата пари на технологічні потреби , кг/т буряків:

Dтехн= Dву + Dінші.	(28)
- витрата теплової енергії на технологічні потреби, кДж/т буряків
Qтехн= Dтехн h'' – Gзк hзк ,.	(29)

де Dву , Dінші – витрати пари з ТЕЦ відповідно на випарну установку та на інші споживачі (пропарювання, окремі підігрівники та ін.), кг/т буряків; Gзк – витрата

зворотнього конденсату, кг/т буряків; h'' , hзк – питомі ентальпії насиченої технологічної пари та зворотнього конденсату

Цукрові заводи мають у складі ТЕЦ, що постачає теплову та електричну енергію. Тому енергоефективність частіше оцінюють для комплексу «завод+ТЕЦ». Показником енергоефективності є витрата умовного палива на

перероблення буряків, bтехн – у % до маси буряків або у кг ум. пал./т буряків. При цьому витрата палива на вапняковипалювальну піч враховується окремо.

150