Технічне переоснащення сокоочисного відділення

Створені конструкції  багатосекційних сатураторів поки що не знайшли використання в промисловості  перш за все тому, що не розроблено ефективного  автоматичного промислового алкаліметра, з допомогою якого можна було б контролювати і регулювати ступінь відсатурування соку по секціях з відповідним регулюванням подачі сатураційного газу.

Найпоширенішим варіантом  секціонування сатуратора є установка  перед односекційним сатуратором адсорбційної колони із зоною високої лужності соку і гідродинамікою, що наближається до інтенсивного пінного режиму [32].

При вивченні адсорбції  нецукрів карбонатом кальція в процесі сатурації М.І Даішев в своїй роботі [33] відмітив незадовільну гідродинамічну і технологічну обстановку в одноступінчатих решітчатих апаратах, робота яких характеризується низькими якісними показниками соків і утилізацією СО2 . 

За останні роки запропоновано  багато різних варіантів вдосконалення  апаратурного оформлення і способів ведення процесу І сатурації  розподіл соку з допомогою форсунок  чи рухомих дисків, нові конструкції газорозподілюючих пристроїв, дія пульсацій і вібрацій, використання молооб’ємних насадок різного профілю, сатурування під тиском та ін.

 Із врахуванням  досвіду фірми ДДС (Данія) співробітники  УкрНДІЦП разом зі спеціалістами ПО „Укрсахмаш”   здійснили модернізацію апаратів І сатурації типу ІС. Модернізований апарат сатурації марки Ш1-ПАС має внутрішню циркуляційну трубу , яка встановлюється співосно з корпусом

апарату , в ній сік рухається  вверх , а потім опускається по кільцевому просторі між трубою і стінкою апарату, неодноразово і інтенсивно циркулюючи всередені  апарату. Така циркуляція забезпечує високий ефект адсорбційного очищення і утворення компактних агломеративно стійких частинок осаду, що добре відокремлюються відстоюванням чи фільтруванням. Особлива конструкція барботеру сприяє інтенсивному диспергуванню газу в соці при виході його із великої кількості отворів по всій площі барботажу. [20].

Разом з тим адсорбційне очищення осадом карбонату Са, передбачена типовою схемою, передбачає видалення найбільш шкідливих нецукрів, шляхом підвищення ефективності адсорбції на І сатурації. Враховуючи ці обставини, а також результати аналізу сучасного обладнання , автори [34,35] виконали дослідження по створенню двохсекційного сатуратора. При роботі двохсекційного сатуратора  сік основної дефекації по патрубку надходить в нижню частину внутрішньої секції, обробляється в прямотоці газом і піднімається вверх. Частково відсатурований сік із лужністю 0,3...0,5% СаО переливається в зовнішню секцію, де в протитоці  з газом сатурується до оптимального значення рН і лужності , а потім виводиться із сатуратора . Досвід експлуатації двохсекційного сатуратора в промислових умовах показав, що апарат забезпечує більш високі технологічні показники очищення соку в порівнянні з типовим.

На багатьох цукрових заводах встановлена двокотлова І сатурація , яка має ряд переваг по ефективності очищення соку перед однокотловою , але по ряду об’єктивних причин ці переваги не використовуються. Експлуатація  двухкотлової сатурації орієнтована на викладенні в літературі рекомендації по підтримуванні в першому апараті лужності фільтрованого соку 0,15%СаО, що призводить, перш усього, до інтенсивного піноутворення і змушує знижувати лужність на першій ступені , зводячи на нівець всі переваги цього способу [36].

ІІ Сатурація

Головна мета ІІ сатурації  – максимально можливе видалення  катіонів кальцію ,а також додаткове  адсорбційне очищення соку  при  додаванні вапна перед нею.

Для підвищення ефекту очищення соку та зниження вмісту катіону кальцію ІІ сатурацію також доцільно проводити в режимі роботи двоступінчатого сатуратора при додаванні вапна на другу дефекацію 0,5% СаО з наступним поверненням всієї суспензії осаду карбонату кальцію на переддефекацію.

Це підтвердила робота інтенсивної  адсорбційної колонки із зоною підвищеної лужності у двоступінчастій сатурації  на Городоцькому і Велико – Октябрському заводах, спричиняючи значному підвищенню ступеню адсорбційного видалення  нецукрів: ефект видалення солей кальцію в ній був у 1,5…3,0 рази вищий, ніж в основному сатураторі із низькою сумарною лужністю [37].

З метою підвищення ефективності ІІ сатурації, була здійснена модернізація апарата ІІ сатурації та розроблений  новий спосіб проведення процесу. Згідно з ним фільтрований сік І сатурації змішаний з вапняним молоком в кількості 0,15...0,35% СаО до м.б. та підігрітий до 93...95 °С, подається не в дефекатор перд ІІ сатурцією , а на форсунки розташовані у верхній частині апарату ІІ сатурації. За допомогою спеціального пристрою розпилений і частково карбонізований сік збирається у верхній частині апарата , самопливом виводиться з нього , обробляється вапняним молоком в кількості 0,1%СаО і подається в дефекатор , де забезпечується тривалість процесу більше 3 хв. Для максимально можливого розкладу інверту і амідів. З дефекатора сік подається в нижню частину апарата ІІ сатурації, обладнаного внутрішньою циркуляційною трубою і променевим  барботером, де обробляється свіжим сатураційним газом до оптимальної лужності.

Фактично процес ІІ сатурації здійснюється у дві стадії. Здійснення ІІ сатурації  за розробленим способом дозволяє поліпшити  ступінь використання СО2 до 82...85% і підвищити частоту соку ІІ сатурації. Завдяки високому ступеню дисперсності попердньо утвореного СаСО3 та його активації гідроксидом кальцію перед подачею в дефекатор збільшується електрокінетичний потенціал частинок осаду , що сприяє адсорбції новоутворених в процесі дефекації меланоїдів та солей Са²⁺ і їх „екстрагуванню” свіжоутвореним  карбонатом Са на другій стадії сатурації. Тому наступне зниження лужності до оптимальної для соку ІІ сатурації не зумовлює їх десорбції. 

Фільтрування 

Одним із основних процесів при виробництві цукру, який значно впливає на якість готової продукції, являється розділення нефільтрованого соку на рідку і тверду фази шляхом фільтрування чи відстоювання з метою збільшення масової частки в згущеній суспензії для максимально можливого її знецукрення. Фільтрувальне обладнання на більшості цукрових заводах фізично і морально застаріле, і тому проблема фільтрування соків в останні роки стала дуже актуальною.

Для фільтрування соків  І та ІІ сатурації створено новий  автоматизований фільтр – згущувач МВЖ – 70 і мікропроцесорну систему управління групою фільтрів МВЖ 70. Для фільтрування згущеної суспензії, промивання й зневоднення осаду створено новий автоматичний фільтрпрес РКО – 25.

Обидва типи фільтрувального  устаткування можуть працювати у  складі єдиної комплексної установки Ш1-ПКУ або незалежно як окремі станції. Фільтр – згущувач МВЖ – 70 відрізняються від фільтрів ФІЛС, що застосовуються у цукровій промисловості, вищою продуктивністю та має такі переваги: наявність реверсивної регенерації фільтрувальних елементів зворотнім потоком фільтрату; можливість фільтрування при підвищеному тиску (до 0,2 МПа) при поліпшенні фільтраційних властивостей соку; Наявність вмонтованого індивідуального вимірювача витрат фільтрату на кожному фільтрі; оптимальне управління процесом фільтрування по заданому об’єму фільтрату на кожному фільтрі.

Фільтри МВЖ – 70 дозволяють виключити контрольне фільтрування соків.

Фільтрпрес РКО – 25 має ряд переваг порівняно  з барабанними вакуум – фільтрами  БОУ – 40 і Бсх – 40 – 3: вищу швидкість фільтрування за рахунок роботи при підвищеному перепаді тисків – до 0,6 МПа; зниження втрат цукрози в осаді до 0,05% від маси буряків і вище; одержання осаду в сухому вигляді з масовою часткою сухих речовин 62 – 70%; виключення витрати води на розбавлення осаду при його транспортуванні; зниження витрати аміачної води на промивання осаду та можливість використання промию для приготування вапняного молока [38].

При фільтруванні соку на листових фільтрах МВЖ швидкість фільтрування становить 12∙10^-3 м³/(м²хв) і вміст твердої фази у фільтраті менший ніж при фільтрування на фільтрах типу ФіЛС (1∙10^-3 г/см³) і становить 0,5∙10^-3 г/см³. Фільтри листові П9-УФЛ розроблені спеціалістами ВНДІЦП і „Укрцукрмаш” як універсальні, і використовуються для фільтрування соків І та ІІ сатураці. При використанні їх для фільтрування соку ІІ сатурації перші каламутні порції фільтрату повертають. При фільтруванні соку І сатурації вміст твердої фази у фільтраті становить 0,5∙10^-3 г/см³ , а при фільтруванні соку ІІ сатурації - 1∙10^-4 г/см³ .

Треба зазначити що фільтри  типу ФіЛС та МВЖ також використовують для фільтрування соку ІІ сатурації. Відміна в тому що при використанні фільтрів ФіЛС сік ІІ сатурації перед фільтруванням не підігрівається, а фільтраційний осад без промивання  направляють в напірний збірник перед фільтрами-згущувачами  типу ФіЛС соку І сатурації. При використанні фільтрів МВЖ теж передбачено повернення перших мутних порцій фільтрату.

Для фільтрування соків  І та ІІ сатурації на деяких заводах  з невеликою потужністю ще використовують дискові фільтри. Але їх бажано замінювати, оскільки швидкість фільтрування становить 4∙10^-3 м³/(м²хв), крім того час на допоміжні операції досягає 30хв, і значні затрати ручної праці.

У цукровій промисловості  достатньо широко використовують відстійники, які прості в обслуговуванні, на потребують фільтрувальних тканин. З метою визначення ефективності роботи відстійників соків І та ІІ сатурації, а також технологічних показників соків та сиропу були проведені дослідження на цукрових заводах, які мають різні модифікації такого устаткування.

Осадження представляє  собою процес розділення суспензій, при якому завислі в рідині або газі тверді часточки відділяються від рідкої фази під дією сили тяжіння, сил інерції (відцентрова) або електростатичних сил. Суспензія – неоднорідна система, яка складається з рідини і завислих в ній твердих частинок.

  Сік І сатурації  − суспензія цукрового розчину  з концентрацією твердої фази 40-60  кг/см²   і вмістом СР 11...14%, з t = 85...90 °С, лужністю 0,08...0,10% СаО, забарвленістю 10...20 °Шт. Тверда фаза соку І сатурації на 80% складається з агломератів часток карбонату кальцію з адсорбованими на них нецукрами і забарвленими сполуками. В склад твердих часток входять також азотисті речовини, що представляють собою зкоагульований білок, а також кальцієві солі кислот, які дали з  Са²⁺ нерозчинний осад.

В цукровій промисловості  процеси осадження здійснюються в обмеженому об’ємі при великій  концентрації дисперсної фази, тобто в умовах, коли осідаючі частинки впливають на рух один одного. При відстоюванні неоднорідних систем спостерігається поступове збільшення  концентрації диспергованих частинок в апараті в напрямку зверху в низ. Над шаром осаду утворюється зона згущеної суспензії, в якій проходить стиснене осадження часток, що супроводжується тертям між частинками і їх взаємне зіткнення, При цьому більш мілкі частинки гальмують рух більш крупних, а часточки більших розмірів тягнуть за собою малі часточки, прискорюючи їх рух. В результаті спостерігається тенденція до зближення швидкостей

осадження часток різних розмірів . Поступове  ущільнення обумовлено зменшенням швидкості  часток по мірі приближення до дна  апарату . уповільнення пояснюється гальмуючою дією рідини, яка витісняється осадом і руху від нерухомої перегородки в напрямку, протилежному руху часток . В процесі відстоювання виникає явно виражена межа між зоною стиснутого осадження і зоною вільного осадження, над якою розташовується рідина. Відстійники проектуються в розрахунку на осадження самих мілких часток. Вданий час на цукрових заводах використовуються відстійники з встановленням в горизонтальному потоці, відстійники з вертикально підіймаючим і тонкошаровим потоком.

Відстійники з тонкошаровим потоком. У відстійнику цього типу в результаті установки ряду паралельних перегородок в нахиленій камері виникають нахилені плоскі канали , які ділять суспензію на багато потоків , в результаті чого збільшується в декілька раз поверхня седиментації і цім скорочується   тривалість седиментації . Збільшення поверхні осадження при таких же потужностях апарата, гідравлічних умовах і седиментаційних якостях суспензії дозволяє зменшити висоту  осадження і відповідно  тривалості осадження. Можливість скорочення часу осадження, а також ріст потужності апарата за рахунок збільшення питомої поверхні седиментації є перевагами цього типу відстійників.

Фільтрування сиропу чи суміші його з клеровкою відбувається на патронних чи дискових фільтрах . В останні роки для цього використовують листові фільтри МВЖ-60  з намивом допоміжного фільтруючого матеріалу. Фільтри марки Ш1-ПФФ призначені для фільтрування під тиском до 0,4МПа сиропів і клеровки цукрового виробництва. Установка для фільтрування включає патронні фільтри, мішалки намиву і текучого дозування допоміжного матеріалу, збірників нефільтрованого і фільтрованого сиропів і осаду; системи пульсації з ресивером і повітрезбірником, а також системи автоматичного регулювання. Тривалість циклу фільтрування складає 16...24 години , після чого відбувається повна регенерація фільтру , і цикл

фільтрування повторюється.                  

Відстійники з відстоюванням  у горизонтальному потоці. Такий  відстійник являє собою вертикальний циліндричний корпус Д=5500 мм  і корисною ємкістю 140 м³. По висоті корпус розділений чотирма нахиленими конічними перегородками загальною площею 95 м² . В центрі відстійника розташований вал, в якому є отвори для переходу сатураційного соку, розташовані проти кожної секції апарату. До вала закріплюються лопаті зі скребками що зрізають осідаючий осад до центра відстійника . Сік надходить спочатку в верхню підготовчу секцію, де від нього відокремлюється піна. Далі сік надходить через верхній отвір всередину  вала і опускаючись , розподіляється  по секціям і відстоюється. Освітлений в верхній частині секції декантат відводиться на контрольну фільтрацію. Згущена суспенція подається на вакуум-фільтри. Недолік відстійника РМ3: нерівномірне завантаження секцій осадом; час перебування соку в відстійнику  близько 2,5 год.