Технічне переоснащення сокоочисного відділення

Осадження карбонату  кальцію. У вапнованому соку більша частина вапна знаходиться в осаді і тільки близько 0,2% - в розчині. При продуванні СО₂ в соку з високою концентрацією лужності він спочатку переходить з газової фази в розчин, а потім взаємодіє з іонами ОН¯.

Механізм взаємодії  СО₂ з вапном можна охарактеризувати наступними рівняннями:

СО₂ (газ) → СО₂ (розчин) ;

СО₂ (розчин) + Н₂О ↔ Н₂СО₃ ;

СО₂ (розчин) + ОН¯ ↔ НСО₃¯ ;

 

або Н₂СО₃  ↔ Н¯ + НСО₃¯ ;

НСО₃¯ ↔ Н⁺ + СО₃ ²^- ;

або НСО3¯ + ОН¯ ↔ СО₃ ²^- + Н₂О;

Н⁺ + ОН¯ ↔ Н₂О ;

СО₂  +2 ОН¯ ↔ СО₂ ²¯ + Н₂О;

де перше рівняння характеризує масообмінний процес, інші рівняння – хімічні рівняння. Швидкість хімічних реакцій значно вища за швидкість масообмінних процесів, тому швидкість карбонізації буде визначатися швидкістю найповільнішого масо обмінного процесу. Найповільнішим масообмінним процесом, що визначає швидкість карбонізації є перехід сатураційного газу із газового середовища в рідинне.

 Отже, для утворення  іону карбонату кальцію необхідно, щоб був надлишок лугу в розчині. Процес адсорбції СО₂ вапняною суспензією буде продовжуватися до тих пір, поки  не вичерпається джерело поповнення гідроксильних іонів за рахунок розчинення твердої фази Са(ОН) ₂ – надлишок вапна вапнованого соку:

І карбонізація закінчується тоді, коли в розчині залишається невелика кількість Са(ОН) ₂ (лужність 0,09-0,11% СаО, рН 10,8-11,6), тобто при тій же лужності, що і перед дефекацією. При цьому в осаді залишається незначна кількість гідроксиду кальцію.

На І карбонізації при лужності 0,09-0,11% СаО осаджені вапном нецукри дають щільний осад і майже не переходять в розчин.

При нормальній карбонізації вапнованого соку зі збільшенням ступеня карбонізації швидкість фільтрування зростає. Але при глибокому пересатуруванні якість фільтрації погіршується, швидкість осадження при пересатуруванні поступово зростає, однак декантант виходить мутний і його контрольна фільтрація ускладнюється. Причиною погіршення фільтрації при значному пересатуруванні соку (до рН 9,5 і нижче) є перехід з осаду в розчин речовин колоїдної дисперсності, які забивають пори фільтраційного шару і фільтраційної тканини. Тому лужність соку І карбонізації слід підтримувати не нижче 0,09-0,11% СаО. І карбонізацію проводять при 80-85ºС, так як сік, нагрітий перед основним вапнуванням до 85-90ºС, охолоджується на 4-5ºС. Більш ефективно проводити адсорбцію нецукрів при понижених температурах (40-60ºС), але карбонізувати сік в такому режимі дуже важко внаслідок його сильного пінення.

        На заводі встановлено карбонізатор - 1С-20 модернізований 2001 р., корисний об'єм 20,6 м³. Висота рівня соку над штуцером для входу сатураційного газу 3,5 м, з рециркуляцією 20% соку.

      Вапнований сік самопливом надходить на I карбонізацію. Активна лужність вапнованого соку становить 1,0 – 1,2 % СаО, а загальна лужність 1,4-1,6% СаО.

       I карбонізація поділяється на дві стадії:

1. Передсатурація проводиться до вмісту активного вапна в соці по ф/ф – 0,7 – 0,75 % СаО. Тривалість процесу – 0,5 хв. Апарат розроблений і встановлений фірмою «Саркара» у 2001 р.

2. Карбонізація в каскадному карбоні заторі.

Параметри цієї стадії: лужність 0,09-0,11% СаО, рН= 11,0.

Тривалість I карбонізації становить 41 хв., вміст СО₂ в карбонізаційному газі 28-30%, коефіцієнт використання СО₂ карбонізаційного газу - 65-67%.

       Сік  подається в передсатуратор знизу  в прямоточному режимі з газом.  Далі самопливом переливається  потоком на тарілку і каскадно  опускається вниз, де зустрічається з великим потоком газу, який вводиться в нижню частину апарата.

       Рівень соку  в апараті регулюється за допомогою переливної коробки.

       Основні  показники  якості соку після проведення процесу:

- лужність  -  0,11-0,12 %CaO

- рН            -  11

- швидкість відстоювання  - 5 см/хв.

 

 

Вапнування перед ІІ карбонізацією

    Вапнування перед ІІ карбонізацією забезпечує підвищення загального ефекту очистки соку за рахунок додаткового розчинення нецукрів, покращення умов адсорбційної очистки на II карбонізації, підвищення термостійкості очищеного соку і полегшує уварювання  утфелів. Цей процес дозволяє підвищити якість очищеного соку без підвищення додаткових витрат вапна. Звичайно на вапнування витрачається від 10 до 30 % загальної кількості вапна, призначеного для очищення соку.

Метою вапнування соку перед ІІ карбонізацією є:

1. Розклад моносахаридів,  що залишилися в соку після  основного вапнування, за умов  високої концентрації гідрооксиду  кальцію

2. Утворення значної  маси карбонату кальцію, що забезпечує очищення соку та зменшення коефіцієнта перенасичення карбонату кальцію в соку.

Свідченням неповного  розкладу моносахаридів під час  основного вапнування є високий  вміст редукувальних речовин  в соку після І карбонізації більше 0,02 % від маси соку.

Витрати вапна на цей  процес – 0,3-0,4 % від маси соку, а з  погіршенням якості сировини цей  показник може зростати до 0,8-0,9 %.

Фільтрований сік I карбонізації безперервно подається насосом через підігрівачі в дефекатор перед II карбонізацією. Вапняне молоко вводять в трубопровід перед насосом в заданому технологічному режимі і кількості, витрати його регулюються по лужності вапнованого соку.

Технологічні параметри  процесу:

1. Температура, ⁰ С – 90-96.
2. Тривалість, хв. – 2-5.
3. Лужність вапнованого соку по м/о, % СаО – 0,7.

На заводі для вапнування перед II карбонізацією використовують апарат розробки фірми “ Саркара , корисний об'єм якого становить 5 м³, а тривалість перебування соку – 2 хв.

 

 

II карбонізація

Мета ІІ карбонізації: нейтралізація вапна та досягнення мінімального вмісту іонів Са всоку.

   На другу карбонізацію поступає фільтрований сік першої карбонізації, який містить в розчині Ca(OH)₂ ,KOH, NaOH, CaAn₂, сахарозу, нецукри. Повторну обробку диоксидом вуглецю проводять для того, щоб перевести вільні гідроксиди кальцію, калію, натрію, а також вивести в осад розчинні солі кальцію. Неповне видалення з соку гідроксиду кальцію і магнію, солей  кальцію призводить до швидкого утворення накипу на поверхні теплообміну випарної установки і до збільшення втрат сахарози в мелясі. Адсорбція нецукрів на поверхні частинок карбонату кальцію найбільш повно проходить при рН 10,8...11,2  тобто на І карбонізації, а осадження солей кальцію – при рН 9,2...9,5 (ІІ карбонізація).

Для проведення процесу II карбонізації використовують карбонізатор марки 2С-2,0. Висота рівня соку в апараті над штуцером для входу газу – 3,25 м. Тривалість перебування соку – 12 хв..

Оптимальні  параметри і основні вимоги до процесу:

1. Тривалість, хв. – 12.
2. Значення рН – 9,2-9,5.
3. Лужність,% Сао 0,02-0,03
4. Вміст СО₂ в сатураційному газі, % – 28-30.
5. Тиск карбонізаційного газу – 0,44 МПа.
6. Кольоровість, умов. од. – не більше 18.

Для отримання очищеного  соку з заданими технологічними параметрами  потрібно постійно витримувати встановлену оптимальну лужність (рН) соку.

Оптимальна  лужність соку ІІ карбонізації - це та лужність соку, за якої в соку міститься мінімальна кількість іонів Са, що забезпечує отримання сиропу з випарної установки з рН не нижче 8,0-8,5.

Оптимальну лужність, обумовлену присутністю в соку К₂СО₃ і Na₂СО₃, визначають карбонізацією 1л фільтрованого соку І карбонізації

температурою 80...85 °С до нейтрального по фенолфталеїну реакції, відбирають по ходу сатуруванням 8...10 проб. Проби фільтрують, а потім в них визначають рН і вміст солей кальцію. Оптимально лужністю соку буде величина, яка відповідає мінімальному вмісту солей кальцію в розчині.

Оптимальну лужність соку ІІ карбонізації  краще контролювати по значенням рН , які в залежності від якості переробленого буряку знаходяться в межах 8,6...9,8.

Хімічні реакції  на ІІ карбонізації. На другій карбонізації, як і на першій, при контакті лужного соку з СО₂  відбувається утворення СаСО₃  :

           Са(ОН) ₂  +  Н₂СО₃  = СаСО₃   + 2 Н₂О

 Після осадження гідроксиду кальцію карбонатна кислота, взаємодіє з КОН і NaOH, також перетворює їх у карбонати. Перетворення гідроксидів Са, К, Na в карбонати називається стадією отримання „ оптимальної лужності ”.

В результаті попередніх  обмінних  реакції К₂СО₃ і Na₂СО₃  з солями кальцію відбувається осадження карбонату кальцію.

Окрім того, якщо після  перетворення гідроксидів кальцію, калію і натрію в карбонати  продовжувати карбонізацію, то сік буде перекарбонізованим, в ньому підвищиться кількість розчинних солей кальцію.

В результаті цих реакцій  в розчині збільшується концентрація аніона НСО3¯ і знижується концентрація аніона СО3²¯, що погіршує осадження солей кальцію з соку.

Апарат II карбонізації оснащують надійно працюючими засобами автоматизації, які забезпечують постійний контроль і підтримання заданих параметрів по технологічному режиму оптимального значення рН шляхом автоматичного регулювання подачі карбонізаційного газу.

Параметри соку після ІІ карбонізації:

1. Загальний вміст вапна в соці по м/о – 0,6-0,75 % СаО
2. Лужність фільтрованого соку по ф/ф – 0,02-0,03
3. рН нефільтрованого соку – 9
4. Лужність вапнованого соку ІІ карбонізації по ф/ф – 0,7

 

Фільтрування  соку і сиропу

  Фільтрування — гідродинамічний процес, швидкість його прямо пропорційна різниці тиску, що створюється по обох сторонах фільтруючої перегородки (рушійна сила процесу), і обернено пропорційна опору, що випробовується рідиною при її русі через пори перегородки і шар осаду, що утворився.

Різницю тиску  створюють за допомогою вакууму-насос  і рідинних насосів різних систем, використовують також гідростатичний тиск суміші, що розділяється, що самої розділяється.

Опір фільтруючої перегородки  залежить від складу суспензії, структури і товщини шару осаду, температури рідини.

Тиск, при якому досягається  максимальна швидкість фільтрування (критичне), для соків I і II карбонізації складає приблизно 0,3—0,4 Мпа.

З підвищенням  тривалості фільтрування на фільтруючій перегородці збільшується шар осаду і росте його опір, внаслідок чого сповільнюється процес фільтрування. На підставі цього для періодично діючих фільтрів складають графік очищення фільтруючої поверхні. У безперервно діючих вакуум-фільтрах осад знімається безперервно, а оптимальну товщину його регулюють зміною частоти обертання барабана.

При високих  температурах в'язкість цукрових розчинів знижується і вони швидше фільтруються. Тому перед фільтруванням соки і сироп підігрівають до 85—90 °С.

 Для  фільтрування соку І сатурації застосовуються дискові фільтри (ДФ) з площею поверхні 80 м², що працює під тиском 0,15-0,20 МПа.

Нефільтрований сік поступає в корпус 3 дискові фільтри через жолоб шнека 6, фільтрується під тиском через тканину усередині дисків  4 і виходить через соковіддівні трубки 1 в приймач 2. На поверхні фільтруючої тканини поступово осідає осад. Досягши певної товщини шару або різкому підвищенні тиску подача нефільтрованого соку припиняється і що залишилася сік спускається в збірку перед насосом  нефільтрованого соку. Фільтруючий осад змивається з поверхні дисків, що обертаються, фільтрувальним соком І або ІІ сатурації, що поступає у форсунки  соплового апарату 9. Внизу фільтраційний осад проходить через поперечні щілини в корпусі фільтра  в жолоб шнека і виводяться із збірки згущуючої суспензії.

  Дискові фільтри призначенні для фільтрування соку I карбонізації і промивки фільтраційного осаду.

Нефільтрований сік I карбонізації із збірника подають відцентровим насосом на дискові фільтри. Відфільтрований сік із збірника насосом через підігрівач направляється на вапнування перед II карбонізацією. Дискові фільтри працюють циклічно. Після закінчення активного фільтрування проводять очистку фільтрів. При цьому закривають вентиль подачі і відводу фільтрату, із корпусу фільтра випускають в збірник нефільтрованого соку I карбонізації залишки соку, а для попередження зниження осаду в корпусі

 

подають стиснене повітря  під тиском 0,07-0,08 Мпа. Далі проводиться  промивка осаду чистим промоєм і  аміачною водою. Промий з масовою  часткою сухих речовин 4-5 % збирають в збірник і використовують для  промивки осаду на першому етапі  на фільтрі, який зупинений на очищення. Промий з масовою часткою СР=1-3% збирають в збірник об'ємом 7-8 м³ і використовують для виготовлення вапняного молока.