Некоторые особенности предварительной тепловой обработки свекловичной стружки в секционных аппаратах

1. Потери сахара в жоме снизились на 0,1—0,15%.

2. Расход барометрической воды уменьшился на 20—25%.

3. Содержание сахара в отжатом соке составляло 14,5—15% при содержании его в стружке 15,7— 16%.

4. Доброкачественность прессового сока составляла 88,1—90,8%, диффузионного сока — 86,4—88,5%, доброкачественность диффузионного сока из параллельно работавшей по типовой схеме такой же диффузионной установки составляла 86,6—87,1%.

5. Величина pH для прессового сока составляла

6.2—6,7%, а для диффузионного сока —

6.2—6,4%.

Следует также отметить, что применение прессово-диффузионного способа извлечения сахара из стружки возможно только при наличии диффузионного аппарата, малочувствительного к качеству стружки (количество брака стружки после прессования повышается в среднем в 4—5 раз при одновременном резком снижении шведского фактора в 6—8 раз).

Таким образом, наиболее перспективным направ-1 лением совершенствования ПДТ извлечения сахара

из свекловичной стружки является разработка 1 экстрактора, эффективно работающего в широком иапазоне свойств поступающего сырья, независимо зт параметров свекловичной стружки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Заяц Ю. А. О рациональных методах интенсификации процесса экстрагирования в свеклосахарном

производстве: Деп. науч. работы.— М.: ВИНИТИ.— 1988,— № П.— С. 151.

2. 3 а я ц Ю. А., Лыс и ков А. В., Лысян-

с к и й В. М. Роль прессования в повышении эффективности процесса экстрагирования.— Деп. науч. работы,—М.: ВИНИТИ,—1988,—№ 12,— С, 134.

3. 3 у е в М. Д. Энциклопедия свеклосахарного производства.— Киев: Сахаротрест, 1924.— 1.— 302 с.

4. Минц И. Б., Красильщиков Б. Э. К проблеме замены диффузии прессовым способом: Науч. зап. по сахарной пром-сти.— 1931.— 13.— Вып. 2.— С. 447—460.

5. Вогрызек О. Химия сахарной промышленности.— Киев: Сахаротрест, 1922.— 410 с.

6. К о н д а к М. А. Непрерывная диффузия центро-фугальным способом и сушка жома: Науч. зап. по сахарной пром-сти.— 1931.— 14.— Вып. 24.— С. 49—• 58.

7. Карташев А. К., К о в а л ь Е. Т. Результаты исследования и применения плазмолиза при извлечении сахара из свеклы/Тр. ЦИНС, 1956.— Вып. IV,— С. 44—67.

8. Способ извлечения сахара из сахарной свеклы. Патент №2489840. Изобр. за' рубежом.— 1982.— № 7.— Вып. 63.

9. 51епд1 И. Рогпа1:гу г пау51еуу Иа1узкусИ сикгоуа-ги//Ь1б1у сикгоуагшске. —1986.— № 102.— $. 14—21.

10. Заяц Ю. А., Л ы с и к о в А. В., Л ы с я н-ский В. М. Совершенствование процесса экстрагирования на основе прессово-диффузионной технологии/ Повышение эффективности совершенствования процессов и аппаратов химических производств: Тез докл. VII Республиканской конференции,—Львов, 1988 —

3,— С. 36.

Кафедра технологического оборудования пищевых производств

Поступила 31.05.89.

664.123.4.012.45

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ В СЕКЦИОННЫХ АППАРАТАХ

. з.

ом су-а 1 :тв

эд-ме )ы- ; иго юй ак-ых за :ти бы к с-ме-ес-сть шя

ІИМ

ен-

1ИЄ

Ю. А. ЗАЯЦ, Б. А. КУЦЕНКО, В. Д. МАРТЫНЮК

Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности Институт повышения квалификации Госагропрома УССР

] Одним из наиболее эффективных направлений интенсификации процесса экстрагирования сахара е свеклосахарном производстве является обеспечение еадежной предварительной тепловой обработки Твекловичной стружки [1]. Это объясняется тем, что вз трех стадий процесса экстрагирования сахара «денатурация протоплазмы клеток, молекулярная цнффузия и- конвективный массоперенос) лимитирует процесс в его начальный период именно тепловая обработка стружки, определяющая проницаемость свекловичной ткани. Анализ процесса экстра-рования в установках различного типа позволил тановить, что одной из главных причин их .довлетворительной работы является малоэф-ктивная предварительная тепловая обработка «кловичной стружки [2].

Как известно, экстрагирование сахара из свекло-ичной стружки представляет собой сложное со-тание взаимосвязанных между собой процессов пло- и массообмена. Наиболее полно можно ценить интенсивность каждого из этих процессов по ритерию Био В1, который определяется следующим : ыражением:

теплообмен — Віт = ;

а/?

т

массообмен

ві =М

* д ’

(О

где

а — коэффициент теплоотдачи от сока к стружке, Вт/(м2-К);

А. — коэффициент теплопроводности стружки, Вт/ (М-К);

Р — коэффициент массообмена, м/с\

Д — коэффициент молекулярной диффузии, м2/с;

Я — эквивалентный радиус свекловичной стружки, м.

В начальной стадии процесса экстрагирования сахара из свекловичной стружки значения В1г и В1м существенно различаются между собой, причем, как правило [3]:

В \т « 0,01 -г- 0,05, т. е. В1г < 1,

В1М « 10 Ч- 100, т. е. В1м > 1. Следовательно, принципиальное различие в ме-

ханизме протекания тепло- и массообмена при экстрагировании сахара состоит в различном соотношении между молекулярной и конвективной составляющими при теплообмене и массообмене в начальный период процесса. Поэтому, если в основу интенсификации массообмена необходимо закладывать принцип ускорения молекулярной диффузии, то повышение эффективности процесса предварительной тепловой обработки наиболее рационально можно достигнуть путем интенсификации конвективного теплообмена, в частности за счет: создания гидродинамической неустойчивости межфазной поверхности контакта (развитие и обновление ее); повышения времени контакта фаз при стабильной гидродинамической структуре потоков; сохранения структурно-механических свойств свекловичной стружки.

Кроме того, обширные исследования влияния различных факторов на процесс тепловой обработки свекловичной стружки показали [1, 3], что основными факторами, определяющими денатурацию протоплазмы, являются температура и продолжительность тепловой обработки, которые, в свою очередь, определяются качеством свеклы.

На основании результатов работ [1, 3, 4] можно сделать вывод о том, что надежная денатурация протоплазмы при одновременном сохранении высокой доброкачественности получаемого диффузионного сока будет обеспечена, если предварительную тепловую обработку стружки провести при I = 70—75° С в течение 2—3 мин, а затем подвергнуть ее кратковременному нагреву в течение не более одной минуты до ( = 75—80° С, при этом общая продолжительность тепловой обработки не должна превышать 10 мин.

Следует отметить, что применение такого режима тепловой обработки мало сказывается на изменении модуля упругости стружки, т. е. при этом структур-но-механические свойства стружки практически остаются без изменения [5].

Нарушение вышеуказанных условий явилось причиной ограниченного применения в свеклосахарном производстве противоточного подогревателя стружки типа А2-ПОБ-30, так как за счет продолжительного времени нагрева (около 25—30 мин) происходит значительное снижение модуля упругости стружки. Слой частиц, потерявший упругость, сжимается в большей степени, активная поверхность уменьшается, что влечет снижение интенсивности процесса коэффициент теплоотдачи по длине аппарата уменьшается с 52 до. 8 Вт/м2- К [6].

В то же время интенсивная предварительная тепловая обработка стружки позволяет увеличить время активного экстрагирования в общем процессе и тем самым повысить, при прочих равных условиях, степень извлечения сахара из стружки, т. е. снизить потери его в жоме. По данным работы [7],внедрение этих мероприятий позволяет обеспечить повышение' на 20—25% производительности экстрактора без дополнительных затрат.

Кроме того, осуществление интенсивной тепловой обработки стружки в виде противоточного теплообмена между поступающей холодной стружкой и нагретым соком дает возможность не только улучшить технологические показатели работы экстракторов, но и более рационально использовать теплоносители низких потенциалов для подогрева теплого (25 30° С) диффузионного сока перед очисткой по схеме с прогрессивной преддефекацией и холодно-горячей дефекацией. Снижение расхода топлива при этом, составляет от 0,3 до 0,5% к массе свеклы [8].

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для повышения эффективности процесса

экстрагирования сахара, а также последуй технологических процессов необходимо: про] предварительную тепловую обработку cвeклoв^ стружки в отдельном аппарате противоточного с активным гидродинамическим режимом взаим( ствия фаз; обеспечить независимость продолжи ности тепловой обработки от производитель! аппарата; обеспечить возможность регулиров температуры процесса и его продолжительн достигнуть полной денатурации за короткий п] жуток времени (до 10 мин), при этом продо тельность нагрева при /^75° С не должна вышать одной минуты.

По нашему мнению, наиболее перспективный реализации указанных требований — это разра£ секционного противоточного аппарата с п(: точным взаимодействием фаз в пределах с секции, т. е. на базе ротационного диффузио! аппарата, модернизированного с целью созд активного гидродинамического режима (устаь дополнительных перемешивающих элементов, у) чение фильтрующей поверхности сит и т. д. таком аппарате реализуется комбинированны: жим теплообмена: противоточное движение ф; длине аппарата с прямоточным взаимодейст фаз в пределах секции.

Процессы тепло- и массообмена, протекаюида экстрагировании сахара, сопровождаются из! нием соотношения расхода фаз и физич< свойств взаимодействующих фаз. Поэтому р; процесса теплообмена необходимо проводить и вальным методом, который состоит в том, что пс мени (длине аппарата) весь процесс делится интервалов такой величины, чтобы на каждом и значения кинетических коэффициентов и соотн ния расхода фаз можно было считать постоянн Расчетная схема комбинированного процесса лообмена между стружкой (кривая 1) и с (кривая 2) представлена на рис. 1. Матеи

ческая модель, описывающая данный прс имеет вид [3]:

4В іт

01 = - ехр ^ 1 (А І СМ-.-і Т Оі Ті) 9>

где в, безразмерная относительная темпера на (-м интервале:

Є, =

Ї2і — Г її

температуры стружки на границах расчетного интервала, ° С

Г2/ — температуры диффузионного сока на границах ('-го интервала, ° С.

— соотношение расхода фаз на г-м интервале;

РоГ — тепловой критерий Фурье на интервале:

Fox

:

~R*'

А путь іботка рямо-одной

>ННОГО:

дания іновка

і'ВЄЛИ-

L). В ЇЙ ре->аз по

:твием

не при змене--іеских расчет интер* ю вре-[ на А из них

'НОШЄ-1НЫМИ.

а теп-

СОКОМІ

шматин ю~

а\ — коэффициент температуропроводности стружки, м2/с; т-, — время контакта фаз на интервале, с; цп — корни характеристического уравнения:

$ 1

$ о(м,'т) М'л ^о(|Х,ч), /1 (р-л) — функции Бесселя.

Из теплового баланса следует, что —^1

12(7-1)—І2І

I:*

70

60

SO

7О

SO

SO ISO (50 %C

~20 SO io cL'Sm/MiK

Рис 2

/4

,^2

работы аппарата создавать активный режим взаимодействия фаз для достижения значения а порядка 40—60 Вт/(м2-К) при времени контакта фаз в секции в диапазоне 60—90 с.

Влияние числа секций на конечные температуры стружки (кривая 1) и сока (кривая 2) при значениях т=60 с и а=50 Вт/(м2-К) представлены на рис. 3. Для достижения эффективной денатурации протоплазмы вполне достаточно 6 секций. Однако с учетом необходимости загрузки и выгрузки стружки, а также для возможности переработки стружки различного качества и проведения процесса в форсированном режиме при конструировании подогревателя целесообразно предусматривать 8—10 секций.

ВЫВОДЫ

Обоснована перспективность применения секционных противоточных аппаратов с прямоточными контактными ступенями для осуществления предварительной тепловой обработки свекловичной стружки. При этом в аппарате, состоящем из 8—10 секций, должен создаваться активный гидродинамический режим взаимодействия фаз, обеспечивающий значение коэффициента теплообмена не менее 40 Вт/м2-К, а продолжительность контакта фаз в пределах одной секции не менее одной минуты.

роцесс

По уравнениям (1) — (7) было проведено аналитическое исследование процесса теплообмена между стружкой и соком с целью определения основных режимных и конструктивных параметров подогревателя свекловичной стружки. Результаты модели-гования представлены на рис. 2 и 3. При этом число интервалов было принято равным числу прямоточных ступеней (секций), начальные температуры стружки и сока были равны, соответственно, г’* = 5° С и /20 = 80° С.

На рис. 2 показаны температурные кривые, порученные для числа секций N = 8 и характеризующие влияние коэффициента теплообмена (кривые 2 и 3 при т = 60 с) и продолжительности контакта фаз в секции (кривые 1 и 4 при а = 60 Вт/м2-К)- на конечные температуры стружки Iкривые 1 и 2) и сока (кривые 3 и 4).

Как следует из рис. 2, необходимо в процессе

ЛИТЕРАТУРА

1. Кухар Н. С., Липец А. А., Лыс я некий В. М. Предварительная тепловая обработка свекловичной стружки (Обзор).—М.: ЦНИИТЭИПП, 1974,—28 с.

2 Заяц Ю. А. О рациональных методах интенсификации процесса экстрагирования в свеклосахарном производстве.— Деп. научн. работы.— М.: ВИНИТИ, 1988, № П.— С. 151.

3 Лысянский В. М., Гребенюк С. М. Экстраги-

6 8 (ОН рование в пищевой промышленности М.: Агропромиз-

дат, 1987, —188 с.

Рис. 3 4 Карташов А. К., Коваль Е. Т. Результаты ис-

следования и применения плазмолиза при извлечении сахара из свеклы//Тр. ЦИНС, 1956.— Вып. . 4.— С. 44—67.

5. Погорелова Н. В. Исследование массообмена в ротационных диффузионных аппаратах и разработка методов повышения эффективности экстрагирования в них. Автореф; дис. ... канд. техн. наук.— Киев: КТИПП, 1978,—24 с.

6 С е г а й А. М. Исследование процесса тепло-массообме-на в типовых промышленных экстракторах свеклосахарного производства с целью создания высокоэффекти’в-ного экстрактора секционного типа. Автореф. дйс. ... канд техн. наук.— Киев: КТИПП, 1986.—24 с.

7. W i t h е г s R., Р о 1 1 г a d D. Development of extraction systems for beet in the Uk.//International Sugar Journal, 1982,— 84,—№ 1003.

8. Силин П. М. Технология сахара.— М.: Пищепром-издат, 1967.—624 с.

Кафедра технологического оборудования

пищевых производств

Поступила 30.06.£

Использование ЭВМ при расчетах оборудования РатУРа свеклосахарных заводов/Т у н т и я Г. К,' Ред. жури.

Изв. вузов. Пищ. технолог.» — Краснодар, 1988.— 9 с.— Библиогр. 4 назв. Рус.— Деп. в АгроНИИТЭИпище-'пом 22 сент. 1989 г., № 2108-пщ.

Предложена методика проведения расчетов оборудования свеклосахарного производства с использованием ах /.программируемых микрокалькуляторов типа МК 56. При проведении расчетов предусматривается использование унифицированных формул ' и деление основного оборудо-

681.3:664.1.002.5

вания на две группы. К первой группе относят оборудование, где основным показателем выбора его производительности является объем аппаратов и машин, ко второй - оборудование, где определяющий фактор его работы — площадь рабочей поверхности. На основании проведенных расчетов на МК можно подобрать , по справочнику новое типовое оборудование и проверить его соответствие существующему.

[Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова]