Перспективы применения, прессово-диффузионной технологии экстрагирования сахара из свекловичной стружки

сезон переработки сахара-сырца в 1989 г. по схеме, представленной на рисунке.

Схема комбинированной пробелки кристаллов сахара утфеля I содержит: 1 — сборник-мешалку пробеливающего раствора; 2 — фильтр; 3 — насос; 4 - центрифугу; 5 — форсунки.

При фуговке утфеля I после отделения межкристального оттека в центрифугу подавалась клеровка желтого сахара утфеля второй кристаллизации, имеющая температуру 75—80°С и содержание сухих веществ 70—73%. Продолжительность про-беливания сахарным раствором составляла от 5 до 15 с, затем через вторую отдельную (такую же щелевую) форсунку подавалась горячая (96°С) вода. Общий цикл фуговки составлял 20—21 с. Расход пробеливающего раствора составлял 2,5— 3,5% к массе утфеля, расход воды 1,3—1,7%.

Пробеливающий раствор подавался на четыре оборудованных форсунки для пробеливающего раствора центрифуги ФПН—1251—Т—01. При работе центрифуг четко выдерживался заданный режим.

Для учета выхода кристаллического сахара из одной вари утфеля пользовались показаниями ленточных весов, установленных на транспортере влажного сахара. В результате определений было выявлено, что выход кристаллического сахара из одной вари утфеля I при комбинированном пробеливании увеличился на 10—12% к массе утфеля.

При увеличении выхода кристаллического сахара на 8—10% количество увариваемого утфеля первой кристаллизации уменьшается на 15—20%, а следовательно, уменьшаются потери сахара от разложения и снижается расход пара на вакуум-аппараты, сокращается расход электроэнергии на станции фуговки.

Следует отметить, что в результате значительного сокращения расхода воды на пробеливание при таком способе пробелки получали сахар-песок стандартного качества с более крупными и равномерными кристаллами

Наконец, о проведении углекислотной очистки в мягком режиме. Для достижения такого режима необходимо, чтобы высокощелочная первая ступень одновременной дефекосатурации проходила возможно более быстро. В этом случае наиболее подходящим является работа с быстротечной первой сатурацией в трубе [4].

В производственных условиях Выселковского сахарного завода нами было проведено определение степени разрушения РС при работе в мягком режиме без основной дефекации с быстротечной первой ступенью сатурации.

Опыты показали, что в таком исполнении разрушение РС не превышает 10% от его содержания в исходной клеровке, а работа с рециркуляцией уже обработанного сиропа в соотношении ~2:1 к свеже му весьма существенно, при полной ликвидации воз врата первого оттека утфеля I на очистку, облегчает фильтрацию обработанных клеровок.

ВЫВОДЫ

Резервами совершенствования схемы переработки сахара-сырца на свеклосахарных заводах являются: уваривание утфеля III с отбором; комбинированное пробеливание сахара утфеля I в центрифуге кле ровкой желтого сахара второй кристаллизации и малым количеством воды, которые могут полностью ликвидировать возврат первого оттека утфеля I на очистку.

При использовании двухступенчатой сатура ции с быстротечной первой ступенью и ликвидации возврата может быть осуществлен мягкий режим обработки с весьма малым разрушением редуцирующих сахаров

ЛИТЕРАТУРА

1 Бугаенко И Ф Михатова Г Н Совершенствование технологии переработки тростникового сахара-сырца: Обз. ЦНИИТЭИПищепром.— М., 1977.—39 с

2 А. с. № 257368. Бюл. изобретений № 35.11.11 69. Способ варки утфеля. И. Н. Акиндинов, М. И. Даишев, К П. Захаров, Н. А. Люсый.

3. А к и и д и н о в И. Н., Люсый Н. А., Колесников Б. Ф. Оптимальный технологический режим кристаллизации уварива’нием и охлаждением утфелей последнего продукта: Обз. ЦНИИТЭИпищепром.—М.—

! 976.— 44 с.

4. Молот и лин Ю И,Даишев М. И. Быстротечная сатурация при очистке продуктов сахарного производ-ства//Тезисы докл. науч.-технич. конф молодых ученых к специалистов/ВНИИСП.— Киев, 1984 — С 61 62

Кафедра технологии сахаристых веществ

Технологический отдел Поступила 1106.90

664 12.035 I 003 1

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕССОВО-ДИФФУЗИОННОИ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ САХАРА ИЗ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ

Ю. А. ЗАЯЦ, А. В. ЛЫСИКОВ, В. М. ЛЫСЯНСКИЙ

Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

В комплексе мер по повышению эффективности всего, сократить длительность сезона переработки до

производства сахара предусматривается, прежде 100—95 сут, также на 3,5—5,3% снизить расход

топливно-энергетических ресурсов, которые во многом определяются откачкой диффузионного сока при экстрагировании.

Поэтому особую актуальность приобретает вопрос совершенствования процесса экстрагирования сахара из свекловичной стружки, так как он определяет суточную производительность завода, является одним из наиболее энергоемких в свеклосахарном производстве и характеризуется значительными потерями сахара в жоме, часто составляющими до 50% всех потерь сахара в производстве. Нерешенной остается в сахарной промышленности и проблема создания высокоэффективной экстракционной установки большой единичной мощности.

Процесс экстрагирования сахара в настоящее время базируется целиком на диффузионном методе извлечения сахара из свекловичной стружки, получившем признание во всех странах, производящих свекловичный сахар. В то же время длительная (около 100 лет) эксплуатация диффузионных аппаратов позволила выявить целый ряд недостатков, присущих диффузионному методу, из которых важнейшие следующие:

а) сложность осуществления эффективной тепловой обработки (ошпаривание) стружки за короткое время (до 10 мин);

б) высокие требования к качеству свекловичной стружки, ее длине и форме;

в) большая продолжительность процесса, что отрицательно сказывается на качестве получаемого диффузионного сока;

г) сложность аппаратурного оформления процесса.

В настоящее время совершенствование экстрагирования в свеклосахарном производстве осуществляется по двум направлениям:

а) интенсификация технологического процесса, основой которой является установление и использование новых физических эффектов (гидродинамических, вибрационно-акустиче-ских, электромагнитных и т. д.);

б) разработка новых технологий (электрохимическая, суперкавитационная, мембранная, комплексная интенсификация на основе совмещения процессов и т. д.).

Однако анализ эффективности практического применения результатов научно-исследовательских работ, выполненных по этим направлениям, показал, что проводимые в промышленности работы по интенсификации процесса экстрагирования направлены в основном на устранение недостатков существующих экстракционных установок [1].

Создание эффективных экстракционных установок должно базироваться на строгом учете сопротивлений всех стадий процесса экстрагирования (денатурация протоплазмы клетки, молекулярная и конвективная диффузии) и поиске путей их эффективного снижения, т. е. интенсификация процесса должна носить комплексный характер [2].

Анализ известных методов проведения процесса экстрагирования показывает, что промышленную проверку, наряду с диффузионным, прошел только прессовый метод извлечения сахара, применяющийся сейчас как дополнение к диффузионному при работе установки с возвратом жомопрессовой воды. Основное возражение против применения чисто прессового способа извлечения сахара состоит в относительно низкой доброкачественности получаемого сока и больших потерях сахара в жоме. Однако при этом следует отметить такие его достоинства, как малая чувствительность к качеству свеклы, незначительная продолжительность процесса, получение относительно небольшого количества жома в

отжатом виде, а также более высокое содерж сахара в соке, поступающем на очистку.

Рассматривая достоинства и недостатки фузионного и прессового методов, несложно : тить, что большинство из них взаимно компенси друг друга. Следовательно, совмещение в одном нологическом процессе обоих методов дает воз ность осуществить комплексную интенсифик, процесса экстрагирования путем разработки сово-диффузионной технологии извлечения са

С целью установления наиболее эффекти направлений создания прессово-диффузионной нологии ПДТ рассмотрим основные тенденции р, тия этого метода.

Впервые ПДТ в 1990-х годах предложил С фен [3]. Сущность технологии состояла в об: вании свекловичной стружки 6—7-кратным 1 чеством сока, подогретого до ?= 95° С, в течение с После отделения от этого сока стружка подв лась прессованию, а полученные выжимки в 1 честве 30% по массе свеклы экстрагировали батарее периодического действия.

Использование диффузионной батареи пер! ческого действия, характеризующейся достап хорошими технологическими показателями, ом крайне тяжелыми условиями эксплуатации, < ничивало применение ПДТ. Поэтому практиче интерес могут представлять варианты ПДТ на ос экстракторов непрерывного действия.

Одну из первых непрерывнодействующих . сово-диффузионных установок разработали Гир Рак [4]. Здесь экстрагирование свекловичной ст ки производилось в горизонтальных аппар снабженных шнековыми элементами. В целях г шения эффективности процесса стружка после дого аппарата отпрессовывалась на вертикал прессах и только после этого направлялась в с. ющий. Причем в каждый данный сосуд пост сок, полученный при отжиме стружки в пос» ющем сосуде, т. е. в целом по установке дви» фаз было противоточным. В результате в т установке возможно достигнуть обессахариЕ стружки до желаемого предела, получить конце: рованный сок, значительно снизить величину оти и получить прессованный жом.

Другие прессово-диффузионные установки н> рывпого действия, разработанные в 30—40-е 1 имели аналогичные конструктивные и техно, ческие решения. Все они основывались на приг сильного ошпаривания стружки соком, после рого следовало несколько прессований ее вкль ными между ними процессами смешения, как вило, в прямоточном режиме взаимодействия Некоторые отличия были в способе Боссе [5], тоящие в ошпаривании стружки паром, в резул чего несколько снижалось повреждение струж! время ее прессования. По способу Бэдбурга п сматривалось применение комбинированного с ривания стружки перед ее прессованием при по! горячего циркуляционного сока и пара

Дальнейшее развитие ПДТ пошло по пути менения отжима стружки в центробежном поле а также с наложением электрического пол процесс прессования [7]. Однако большие уде/ энергозатраты и крайне низкая производитель этих установок делает их применение проблем ным.

Анализируя результаты применения вышеук ных вариантов ПДТ для извлечения сахар свекловичной стружки, можно отметить, что жительными сторонами являются:

а) сокращение в среднем на 30% объема аппаратуры, диаметра трубопроводов, п

шие

водительности насосов и выпарной станции;

б) снижение на 15—30% откачки сока;

в) сокращение времени процесса извлечения сахара, т. е. уменьшение времени пребывания сока и стружки в установке. По-видимому, этим можно объяснить, что при эксплуатации практически всех вышеуказанных установок доброкачественность получаемых соков не уступала доброкачественности соков, полученных диффузионным методом.

К основному недостатку можно отнести ограниченную производительность установок и сложность 'эксплуатации. В предложенных вариантах ПДТ не нашла широкого практического применения. Это объясняется, в первую очередь, тем, что при создании установок были допущены нарушения некоторых основных принципов конструирования оборудования и интенсификации технологических процессов:

а) при совмещении в одном аппарате процессов прессования и диффузии, которые определяются взаимоисключающими друг друга факторами, невозможно обеспечить их эффективное протекание, в частности из-за значительного ухудшения гидродинамических условий контакта фаз;

о1

б) применение большого количества последовательно установленного оборудования, помимо повышения металло- и энергоемкости процесса, существенно снижает надежность работы и ухудшает условия эксплуатации;

в) применение отдельных прямоточных ступеней контакта фаз кроме снижения эффективности процесса экстрагирования вызывает необходимость установки дополнительных устройств для сепарации сока.

Таким образом, совершенствование ПДТ доЛжно идти в направлении устранения вышеуказанных недостатков и сохранения при этом основных его достоинств.

Поэтому весьма перспективными являются варианты ПДТ, разработанные на базе ротационных диффузионных установок — наиболее производительных и эффективных на сегодняшний день. В связи с этим практический интерес вызывает ПДТ, разработанная на базе ротационной установки и внедренная в 1982 году на сахарном заводе Франс-неслец (Бельгия).

Сущность способа состоит в том (рис. 1), что свежая свекловичная стружка ошпаривается горячим диффузионным соком и подвергается прессо-

прес ю ш и! •руж атазЦ ювы кажи 1ЬНЫХ! л еду гупа^ лёду-кенич! таком вани-б нтри-' качки

лепре годыЩ алоги шципе;

кото-: іючен к пра-!

В фаз.і

льтате ККИ ВО: преду-І ошпа-і омощи)

- [2] и приИ ле [6]| >ля на ельныа

ІЬНОСТЬі

‘матич-

Рис. 1 Схема прессово-диффузионного способа на базе диффузионной установки типа ИТ-2

зан I ИЗ;

ОЛО'

всей

роиз

ванию. Затем отпрессованная стружка поступает на диффузионную установку. На очистку направ ляется сок, который содержит 56% сока, полученного прессованием стружки, и 44%—диффузией [8]. Применение этого метода позволило повысить 1 производительность диффузионной установки на 20%, снизить откачку сока на 9%, потери сахара в жоме на 10% и расход топлива на 8%. Подогрев свекловичной стружки с 12 до 73°С осуществляется горячим диффузионным соком, подогретым паром низкого потенциала последних корпусов выпарной [установки и станции кристаллизации. Применение (этого способа не ухудшает качества сока, сиропа, доо снижает содержание сухих веществ в жоме. Однако этот способ, по нашему мнению, имеет [целый ряд недостатков.-Во-первых, из стружки на [стадии прессования отжимается до 60% свеклович-Ьюго сока, следовательно, в диффузионную установку Ьоступает стружка в количестве 40—50% от первоначального ее количества, т. е. при работе диффузионной установки с откачкой 120—130% к количеству поступающей в нее стружки на подогрев свежей свекловичной стружки направляется диф-Ьузионный сок в количестве 50 70% к ее массе,

Г

Заказ 027

что даже при температуре сока 90—95 °С делает проблематичным подогрев свежей стружки с 10— 15°С до 70—75°С и связано со значительным временем нагрева.

Во-вторых, использование сока для подогрева свекловичной стружки перед ее прессованием связано с необходимостью установки дополнительного устройства для отделения этого сока от стружки.

При этом, естественно, стружка теряет часть тепла и поступает в диффузионную установку при температуре значительно ниже 70°С, до которой она прогревается перед прессованием. Поэтому для нормальной работы диффузионной установки, т. е. для поддержания в ней температуры в интервале 70—73°С, необходимо нагревать до высокой температуры барометрическую воду, поступающую в установку, что вызывает повышенный выход несахаров из стружки в сок в хвостовой части установки.

Более совершенным является прессово-диффу-зионный способ, разработанный итальянской фирмой Реггіапі БрА на базе диффузионной установки ИТ-4, схема которого представлена на рис. 2. Особенность способа заключается в том, что, во-первых, перед прессованием стружка подогревается горячим

Соко-

Рис. 2.

St

Ml

соком последовательно в трех подогревателях и тщательно смешивается с соком в гомогенизаторе и, во-вторых, стружка подвергается относительно легкому отжиму на одношнековых прессах до содержания СВ в стружке порядка 21—22% [9 [. В

результате внедрения данного способа на сахарном заводе Ponte Longe (Италия) были получены следующие показатели:

1. Откачка диффузионного сока снизилась со 145 до 116—131%.

2.. Производительность диффузионного аппарата повысилась более чем на 10%.

3. Потери сахара в жоме уменьшились на 0,05— 0,1 %

4. Доброкачественность сырого сока повысилась на 1%.

5. Содержание сухих веществ в жоме снизилось на 1%-

6. Расход топлива на 1 т свеклы снизился с 5,2 до 4,6%.

Авторами разработан и проверен в производственных условиях на Кременецком сахарном заводе прессово-диффузионный способ извлечения сахара на базе ротационного диффузионного аппарата «Дункан Стьюарт» производительностью 2500 т

Рис. 3.

свеклы в сутки [10]. Схема представлена на ри

В отличие от вышеописанных способов в дан варианте.нагрев стружки перед прессованием I ществляется в пароконтактном подогревателе стружка отжимается до содержания сухих вещ( в ней порядка 25—27%. Это связано с тем, что ной из особенностей экстрагирования в сист твердое тело — жидкость является сравнительно строе убывание средней концентрации извлекав?, вещества в частицах твердой фазы на началь стадии процесса. Так, при противоточной экст] ции (например, в промышленных диффузион аппаратах) половина вещества извлекается время, соответствующее примерно четвертой Чс всей длительности процесса. Следовательно, чт при прессово-диффузионном способе получить С( высоким содержанием сахара, целесообразно прг нять пароконтактный подогрев стружки перед п сованием, т. к. в случае нагрева ее соком ч; сахара перейдет в сок и на стадии прессова будет отжиматься свекловичный сок с мены содержанием сахара и пониженной доброкачест! ностью.

Испытания данного способа выявили следую: результаты:

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-

ІИЄ

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 Vудовлетворительной работы является малоэф-ктивная предварительная тепловая обработка ;екловичной 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 = ;

я/?

т

массообмен

ві =М

* д ’

(О

где

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

X — 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,

В!м « 10 -г 100, т. е. В1м > 1. Следовательно, принципиальное различие в ме-