УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ДИФФУЗИОННОГО СОКА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Установка для очистки диффузионного сока сахарной свеклы
М.кл C13D3/00
Полезная модель относится к сахарному производству, а именно, к устройствам для очистки и обесцвечивания диффузионного сока.
Известны различные установки для очистки диффузионного сока сахарной свеклы, описанные в книге А.Р, Сапронова. Технология сахарного производства. М,КолосД998г., с.251-264. Эти установки содержат большое количество аппаратов со сложной схемой обвязки. Во всех этих установках для очистки применяют поэтапную обработку диффузионного сока известью (процесс дефекации), осаждение ее избытка диоксидом углерода (процесс сатурации), обработка диоксидом серы (процесс сульфитации). От этого зависит аппаратурное оформление установки для очистки диффузионного сока. Установки в основном состоят из сообщенных между собой вертикальных преддефекаторов и горизонтальных, разделенных на секции и имеющих большие габариты, теплообменников, дозаторов известкового молока, сатураторов I и II сатурации, отстойников-осветлителей, фильтров различной конструкции, сульфитаторов. Кроме этого, установки снабжены различным вспомогательным оборудованием: известково-газовыми печами для получения сатурационного газа, печами для сжигания комковой серы и получения диоксида серы для процесса сульфитации, устройствами для приготовления известкового молока. Очень сложная система обвязки оборудования трубопроводами, так как кроме прямого тока, осуществляют возврат части обрабатываемого продукта на предыдущие стадии для повторного процесса очистки. Известные установки обладают существенными недостатками: потребность больщого количества оборудования, сложность обслуживания и больщие энергетические затраты, кроме основных, еще и затраты на приготовление известкового молока, сатурационного газа, диоксида серы. Кроме того, возникают повышенные требования к технике безопасности, так как диоксид серы, а также оксид углерода, содержащийся в сатурационном газе, очень опасны для здоровья человека. Большое внимание надо уделять правильному дозированию веществ, так как от этого зависит качество и выход конечного продукта.
разделе «Схема с прогрессивной предцефекацией (см. книгу А.Р. Сапронов. Технологиясахарного производства.М.Колос,1998г.,с,254-258). Эта
установка состоит из двух сообщенных между собой частей - устройства для очистки от взвесей и устройства для обесцвечивания сока. Первая часть установки содержит трубопровод подачи диффузионного сока из мезголовушки, который через теплообменник соединен с первой секцией преддефекатора, а последняя секция его через дозатор сообщена с емкостью для известкового молока. Выходной патрубок преддефекатора сообщен с холодной ступенью основного преддефекатора, а выходной патрубок сообщен через теплообменник с аппаратом-выдерживателем горячей ступени основного дефекатора. На выходе из этого аппарата в трубопровод, соединяющий его с аппаратом I сатурации, имеется патрубок для подачи известкового молока. В аппарате I сатурации установлен патрубок для подачи сатурационного газа. Аппарат I сатурации сообщен через сборник, насос и теплообменник с напорным сборником, который подсоединен к листовому фильтру. Слив из листового фильтра сообщен трубопроводом через сборник патрубком подачи известкового молока, теплообменник и дефекатор с аппаратом II сатурации. Аппарат II сатурации на выходе сообщен трубопроводом с отстойником-дозатором, а он через насос - с напорным баком, который сообщен с другим листовым фильтром. Патрубки сгущенной суспензии первого и второго листовых фильтров и отстойникадозревателя сообщены с аппаратом с мешалкой и через напорный сборник трубопроводом с I ступенью преддефекатора.
Вторая часть установки содержит сульфитатор, патронный фильтр, сборник сока. Сульфитатор, сообщенный трубопроводом через насос и сборник со вторым листовым фильтром, на входе снабжен трубопроводом подачи диоксида серы. Выходной патрубок сульфитатора сообщен трубопроводом через патронный фильтр со сборником осветленного сока. Па известной установке проводят поэтапно процессы очистки от взвесей и осветления сока. Сок из мезголовушки с рП 5,5-6,5 через сборник и подогрев подают на первую секцию преддефекатора, а в последнюю из дозатора подают известковое молоко. Здесь важен контроль рП, который должен быть 10,8-11,4. При этих значениях рП значительная часть веществ коллоидной дисперсности и высокомолекулярных соединений коагулируются. При увеличении рП происходит частичная пептизация осадка, то есть он переходит в раствор. Продолжительность теплой преддефекации равна 15 минутам. На выходе из преддефекатора вновь подают порцию известкового молока и проводят холодную основную дефекацию в течение 30-60 минут. Затем диффузионный сок нагревают до температуры 85-88°С и выдерживают в аппарате-выдерживателе в течение 10 минут - это основная ступень горячей дефекации. При основной дефекации происходит разложение части несахаров. Обрабатываемый сок направляют на I сатурацию, перед этим в поток вводят следующую порцию известкового молока для повышения фильтрационных свойств осадка. После обработки сока диоксидом углерода (I сатурация) в течение 10 минут до рН 10,8-11,4
его подогревают до температуры 80-85°С и направляют на фильтрацию. На
Iсатурации проводят физико-химическую очистку сока адсорбцией. Однако надо иметь в виду, что в «недосатурированном соке накапливается гель углекальциевых сахаратов, что затрудняет фильтрование, а в «пересатурированом соке из-за пептизации части несахаров цветность очищенного сока и содержание солей кальция повышены. Поэтому требуется жесткий контроль щелочности по рН. Фильтрованный сок I сатурации смешивают со следующей порцией известкового молока, нагревают до температуры 92-97 °С и проводят дефекацию в течение 3-5 минут. Затем сок направляют на аппарат II сатурации, где обрабатывают диоксидом углерода в течение 10 минут до оптимальной щелочности (рН 9,2-9,5) и направляют в отстойник-дозреватель. Цель II сатурации - перевод гидроксидов кальция, калия, натрия в углекислые соли и вывод кальция в осадок. Отстойникдозреватель работает при интенсивном перемещивании сока в течение 10-15 минут, для облегчения удаления кальция из сока. Осуществляют также многократную рециркуляцию сока в сатураторах по внешнему контуру. Сгущенную суспензию плотностью 1,15-1,2 г/см из отстойника-дозревателя и фильтров непрерывно отводят на преддефекацию. Фильтрованный сок
IIсатурации направляют на осветление в сульфитатор. В нем сок обрабатывают диоксидом серы, получаемом сжиганием комовой серы в печи. При этом вещества, являющиеся непредельными, восстанавливаются и превращаются в бесцветные соединения. Однако сок при этом не очищается, так как бесцветные вещества остаются в растворе. Видимая эффективность обесцвечивания сахарных растворов составляет 15-30 %, а истинная 8-10%. Осветленный сок фильтруют в патронных фильтрах и подают в сборник очищенного сока. В процессе сульфитации нужна система поддержания постоянного значения рП, так как при «глубокой сульфитации происходит разложение сахарозы, что увеличивает потери готового продукта, повышает цветность, приводит к трудной варке сахара. Недостаточная сульфитация приводит к снижению термоустойчивости сока. Сульфитации следует подвергать очищенные соки II сатурации только после удаления избытка солей кальция. Иначе получающийся сульфит кальция в дальнейшем при сгущении сока в выпарной установке легко выпадает в осадок и может привести к «загоранию выпарной установки и увеличению содержания золы в сахаре-песке. Кроме того, сульфит кальция препятствует снижению цветности сока. Недостатком известной установки является то, что очистка диффузионного сока на ней является очень длительным процессом, при этом необходим постоянный контроль рН среды и адекватное дозирование реагентов, иначе снижается степень очистки, что ведет к ухудшению качества и понижению выхода конечного продукта. К недостаткам известной установки относится также большая энергоемкость, наличие большого количества оборудования, как основного, так и дополнительного, что приводит к большим материальным затратам и требуются большие производственные площади, а также сложность
обслуживания и повышенные требования к технике безопасности из-за использования в процессе ядовитых для здоровья человека газов.
Перед полезной моделью поставлена задача создать установку для очистки диффузионного сока сахарной свеклы без вышеуказанных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что в установке для очистки диффузионного сока сахарной свеклы с трубопроводом подачи сока из мезголовушки, содержаш;ей устройство для очистки от взвесей, включаюш;ей сообш;енные между собой трубопроводами теплообменники, аппаратвыдерживатель, фильтр-осадитель, сборники сока, фильтр тонкой очистки, а также сообш;енное с ним устройство для обесцвечивания сока, согласно полезной модели устройство для очистки от взвесей содержит два теплообменника, сообщенные между собой и аппаратом-выдерживателем последовательно, выходной патрубок выдерживателя соединен трубопроводом с межтрубным пространством первого теплообменника, выходной патрубок межтрубного пространства этого теплообменника сообш;ен с фильтром-осадителем, межтрубное пространство второго теплообменника сообш;ено с системой подачи теплоносителя. Трубопровод от фильтра-осадителя через сборник сока сообп1,ен с фильтром тонкой очистки, который через сборник отфильтрованного сока трубопроводом сообш;ено с устройством для обесцвечивания сока. Оно выполнено в виде, по меньшей мере, одного анионообменного реактора, связанного системой трубопроводов с выпарной установкой.
Кроме того, фильтр тонкой очистки выполнен в виде ультрафильтрационного аппарата, у которого выходной патрубок фильтрованного осадка сообш;ен со сборником сока, а также через емкость для регенерации с трубопроводом подачи сока на ультрафильтр.
Другое отличие заключается в том, что установка снабжена вторым анионообменным реактором, установленным параллельно первому, и оба реактора снабжены средством переключения трубопровода подачи сока на обесцвечивание либо в один, либо в другой реактор.
Кроме того, анионообменные реакторы снабжены системой трубопроводов подключаюш,их их попеременно к емкостям с регенерирующим составом.
Благодаря предлагаемой конструкции полезной модели уменьшено количество используемого оборудования почти в 3 раза, снижается ее энергоемкость, уменьшаются материальные затраты, снижаются требования к технике безопасности, упрощается обслуживание установки. Кроме того, сокращается время проведения процесса очистки, повышается ее эффективность с сохранением качества конечной продукции.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема установки для очистки, на фиг. 2 - упрощенная схема подключения анионообменных реакторов на регенерацию.
из мезголовушки через сборник сока 3. Теплообменник 1 сообщен последовательно с теплообменником 4 и аппаратом-выдерживателем 5. В межтрубное пространство теплообменника 4 подведен теплоноситель трубопроводом 6. К аппарату-выдерживателю 5 подведен из теплообменника 4 трубопровод 7, выходная труба 8 выдерживателя 5 сообщена с межтрубным пространством теплообменника 1, а выход из межтрубного пространства - трубопроводом 9 с фильтром-осадителем 10, который имеет слив осадка 11. Фильтр-осадитель 10 соединен трубопроводом 12 со сборником сока 13, который через трубопровод слива 14 и рециркуляционный насос 15 сообщен с ультрафильтрационным аппаратом 16. Слив отфильтрованного концентрата трубопроводом 17 сообщен с емкостью для регенерации 18 и сборником 13. Емкость 18 через трубопровод 19 подсоединена к трубопроводу 14 до насоса 15 на вход ультрафильтра 16. Ультрафильтр 16 снабжен трубопроводом 20 для слива состава после регенерации. Выходной патрубок ультрафильтра 16 сообщен трубопроводом 21 со сборником фильтрата 22. Сливной трубопровод сборника 22 сообщен с трубопроводами подачи осветляемого сока 23, 24 под анионообменные реакторы 25 и 26, установленные параллельно друг другу, один из которых является работающим, а другой - установлен на регенерацию. Сливные трубы 27, 28 этих реакторов сообщены с трубопроводом 29, имеющим выход на выпарной аппарат. Установка снабжена трехходовыми кранами, установленными на трубопроводах. Трубопроводы 23, 24 для переключения подачи осветляемого сока в один из работающих анионообменных реакторов сообщены между собой трехходовым краном 30. Трубопроводы 27 и 28 соединены друг с другом и сливным трубопроводом 29 через трехходовой кран 31 для обеспечения слива обработанного продукта с работающего реактора. На трубопроводе 21 установлен трехходовой кран 32 для переключения сливного патрубка с трубопровода подачи продукта на слив отработанного состава после регенерации. Трубопровод 17 подсоединен к емкости для регенерации 18 через трехходовой кран 33. На трубопроводе 14 установлен до подсоединения трубопровода 19 запорный кран 34. Анионообменные реакторы 25, 26 снабжены системой трубопроводов для переключения их попеременно к емкостям с регенерирующим составом: емкость для воды 35, емкость 36 - для регенеранта (фиг.2). Реакторы 25, 26 подсоединены к емкостям 35, 36 трубопроводами 37, 38, соответственно. Для попеременной подачи жидкости из емкостей 35, 36 в один из реакторов трубопроводы 37, 38 подсоединены к ним через трехходовые краны 39, 40. Для промывания водой реакторов 25, 26 во время регенерации они снабжены трубопроводами 41, 42, соответственно, сообщенные между собой и емкостью 35 трехходовым краном 43. Для слива отработанного при регенерации состава сверху реакторов 25, 26 установлены трубопроводы 44, 45, а снизу 46, 47, соответственно.
рН равным 5,5-6,5 поступает в сборник сока 3. Из сборника 3 диффузионный сок, содержащий высокомолекулярные соединения и сложную смесь веществ коллоидной дисперсности, под напором подают в трубное пространство предварительного теплообменника 1, где он подогревается потоком горячего сока из аппарата-выдерживателя 5, поданным в межтрубное пространство предварительного теплообменника 1 трубопроводом 8. Далее подогретый сок подают в трубное пространство теплообменника 4, в межтрубное пространство которого через трубопровод 6 подают пар. Сок нагревают до температуры 85-100°С после чего начинается процесс пастеризации сока. Поток сока направляют трубопроводом 7 в аппарат-выдерживатель 5, где при времени выдержки 10-15 секунд происходит окончательная термическая обработка сока. При нагревании белки коагулируются, адсорбируя при этом темно-окрашенные вещества сока. Из выдерживателя 5 трубопроводом 8 сок направляют в межтрубное пространство теплообменника 1, где он охлаждается до 50-55 °С, при этом рН среды практически не меняется и равно 6,3-6,4. Таким образом, три аппарата: теплообменник 1, теплообменник 4 и выдерживатель 5, последовательно связанных между собой, являются как бы пастеризационноохладительным устройством, предназначенным для быстрого нагревания и пастеризации в закрытом потоке и последующего охлаждения после кратковременной выдержки. Использование такого теплообмена, так называемого «регенеративного, способствует экономии энергоресурсов до 75-80%. Поток с хлопьями скоагулировавшихся белков поступают по трубопроводу 9 на фильтр-осадитель 10, где хлопья осаждаются. Сгущенный осадок удаляют из фильтра 10 через трубу 11. Далее отфильтрованный сок поступает через трубопровод 12 в сборник 13 для его накопления. Последующее разделение, очистка и повышение доброкачественности сока проводят в ультрафильтрационном аппарате 16 с применением блочных трубчатых мембранных фильтрующих элементов. Удаление высокомолекулярных белков и пектина в ультрафильтре 16 адекватно по эффективности обработке сока известью. В аппарат 16 неосветленный сок подают из сборника-накопителя 13 через насос 15 по трубопроводу 14 при открытом вентиле 34. Ультрафильтрацию в аппарате 16 проводят при температуре 50-55°С и рекомендуемом рабочем давлении 0,1-0,5 МПа. Ультрафильтрация происходит с селективностью по взвешенным и коллоидным веществам не менее 92-95%, при этом рН среды практически не меняется. В процессе ультрафильтрации неосветленный сок разделяется на 2 потока: первый - концентрат, обогащенный примесями, по трубопроводу 17 подают через трехходовой кран 33 на вход сборника сока 13, а далее по трубопроводу 14 через насос 15 при открытом кране 34 на вход ультрафильтрационного аппарата 16; второй ультрафильтрат, который отводится из ультрафильтра по трубопроводу 21, трехходовой кран 32 и сборник 22 на последующую переработку в один из анионообменных реакторов 25 или 26 на обесцвечивание. В процессе разделения неосветленного сока на ультрафильтре 16 происходит
постепенное загрязнение ультрафильтрационных мембран и, соответственно, падение скорости ультрафильтрации. При снижении производительности установки ультрафильтрации по фильтрату более чем на 25% по сравнению с производительностью после 10 часов от начала эксплуатации, необходима регенерация аппарата. Для этого кран 34 перекрывает подачу потока сока из сборника 13 на ультрафильтр 16, а кран 33 отсекает трубопровод 17 от сборника 13 и соединяет его с емкостью для регенерации 18. При этом создается замкнутый контур с объединяющим трубопроводом 19, насосом 15, ультрафильтром 16 и трубопроводом 17. В емкость 18 последовательно подают регенерирующие составы, которые прогоняют по замкнутому циклу в течение определенного времени и сливают отработанный состав через трубопровод 20 при открытом для него кране 32. Необходимость регенерации может возникнуть после 20-30 часов работы ультрафильтра. Время регенерации составляет от 1,0 до 1,5 часа.
Трехходовой кран 30 регулирует подачу потока на один из реакторов. Например, в работающий ректор 25 подают сок на обесцвечивание по трубопроводу 23. В это время другой реактор 26 работает в режиме регенерации, и вход на него краном 30 перекрыт. В реакторе 25 сок с рН 6,3-6,5 проходит снизу через слой анионообменной смолы, в режиме «кипящего слоя происходит процесс обменной адсорбции анионов. Анионит удаляет кислоты из раствора, повышается рН среды до 8,9-9,4, сок обесцвечивается. Продукт освобождается от солей, являющихся главными патокообразователями, а также от коллоидов и окрашенных веществ. Обесцвеченный сок из реактора 25 по трубопроводу 27 сливается при открытом кране 31 и трубопроводу 29 на выпарку. Аналогично работает реактор 26 после регенерации. Сок из сборника 22 по трубопроводу 24 подают в реактор 26, осветленный сок по трубопроводу через кран 31 и трубопроводу 29 сливают на выпарку. Таким образом, один из реакторов работает на обесцвечивание сока, а другой в это время подвергается регенерации. Регенерацию осуществляют следующим образом (фиг. 2). Реактор 26 с перекрытым краном 30 на трубопроводе 24 подключают к емкостям с регенерирующим составом: емкость 35 для воды, емкость 36 для регенеранта. Сначала снизу реактора 26 подают воду из емкости 35 по трубопроводу 38 и перепускным клапанам 39, 40. Вода вытесняет сок, высолаживает ионит и выводится из реактора 26 по трубопроводу 28, а через открытый кран 31 и трубопровод 29 на выпаривание. Затем краны 39, 40 закрывают и подают воду по трубопроводу 42 при открытом для него кране 43. В реакторе 26 промывают ионит обратным током воды сверху для удаления механических загрязнений и тонких осадков. Отработанный состав удаляют из реактора 26 по трубопроводу 47. Последующей операцией является восстановление ионообменной способности ионита, для чего его обрабатывают регенерантом. Для этого открывают краны 39, 40 и трубопроводом 38 сообщают емкость 36 с реактором 26. Отработанный состав отводят по трубе 45 на слив. В последующем для вытеснения регенеранта из анионообменной смолы подают воду из емкости 35
по трубопроводу 38 при помощи кранов 39, 40, которую затем отводят на слив по трубопроводу 45. Затем отмывают смолу от регенеранта подачей воды из емкости 35 сверху по трубопроводу 42 через кран 43 при закрытом кране 39, Процесс регенерации протекает около 2,0-2,5 часов, но при наличии двух параллельно установленных анионообменных реакторов 25, 26 процесс обесцвечивания сока протекает непрерывно. Предлагаемая установка практически работает непрерывно, так как в схеме установки предусмотрены еще и сборники накопители сока.
Применение предлагаемой в качестве полезной модели установки для очистки диффузионного сока сахарной свеклы по сравнению с известной установкой, взятой в качестве прототипа, позволит сократить материальные затраты на проведение процесса очистки, так как количество используемого основного оборудования уменьшается почти в 3 раза. Кроме того, исключаются материальные затраты на приобретение и доставку известняка и серы, на дополнительное оборудование (обжиговые печи, емкости для приготовления известкового молока), сокращается используемая производственная площадь. Применение предлагаемой установки позволяет сократить энергоемкость и время проведения процесса очистки. Исключение химических реагентов, опасных для здоровья человека, из процесса очистки позволяет уменьшить требования к технике безопасности и упростить технологический цикл производства, что способствует эффективности очистки при сохранении качества конечной продукции.