книги из ГПНТБ / Попов В.Д. Основы теории тепло- и массообмена при кристаллизации сахарозы

личестве WK поступает в конденсатор, унося неисполь­ зованное тепло.

Сироп из МВУ в смеси с растворенным желтым са­ харом, пройдя через подогреватель Яг и дополнительно осветляясь на станции очистки с сульфитацией Сф, по-

Сироп

}s

мл 4-6%

дается в качестве исходного прод>кта на I ступень кристаллизации в количестве около 40% от массы свеклы. Применяют 2—3 ступени кристаллизации. Каж­ дая ступень состоит из вакуум-аппаратов ВА, мешалоккристаллизаторов М с водяным охлаждением и центри­

ром. Сваренный утфель выгружают для докристаллизации в мешалку с охлаждением, затем вакуум-аппа­ рат пропаривают, промывают и загружают новой пор­ цией исходного раствора.

Так процесс повторяется циклически, причем время цикла для разных ступеней различно. На последующую ступень в качестве исходного продукта подаются оттеки с предыдущей ступени, содержащие примеси (несахара), концентрация которых от ступени к ступени возра­ стает, затрудняя кристаллизацию и удлиняя цикл про­

эта часть составляет основные потери сахара на кри­ сталлизационной станции.

Белый сахар I ступени Сх является конечным про­ дуктом, к фракционному составу и чистоте которого ГОСТ предъявляет определенные требования. Промежу­

щаются на очистку и перекристаллизацию в I ступень, причем для растворения используется часть очищенного

нему зеленой патоки I ступени, поглощающей часть не-

Количество исходных, промежуточных и конечных продуктов, а также выпариваемой воды (и соответст­ венно греющего пара) уменьшается от I к последней ступени кристаллизации, как показано на рис. 1—1 (цифры означают массовые потоки в % к массе свеклы).

Варианты схем кристаллизации разнообразны; они описаны в курсах технологии свеклосахарного произ­ водства (4, 30, 36, 39, 88, 195, 261 и др.]. Схема сахаро­ рафинадного производства отличается отсутствием МВУ и большим числом ступеней кристаллизации [78]. Еще более усложнены схемы комбинированного песочнорафинадного производства [195].

(МКУ) для выращивания кристаллов сахара в пересы­ щенных растворах при выпаривании воды в вакуумаппаратах и охлаждении утфелей в мешалках-кристал­ лизаторах;

в) центрифуги для разделения готовых утфелей на кристаллический сахар и оттеки;

г) вспомогательное оборудование (подогреватели, сборники, конденсаторы, насосы и др.).

Эти элементы комплекса взаимно зависимы в работе и при переходе к непрерывному процессу должны обес­ печить неразрывные потоки продуктов и энергии. При

выгоднейшими по различным признакам: эффекту истощения маточного раствора, расходу тепла, энергии, удобству управления процессом и т. д.

Поэтому конструктивное решение проблемы непре-

рывной кристаллизации сахара неоднозначно и допуекает различные варианты. Наиболее отличаются реше­

логией.

При переходе к непрерывному увариванию должны сохраниться основные элементы технологического про­ цесса, обеспечивающие получение нормального кристал­ лического сахара в кипящем утфеле.

Рассмотрим процессы, происходящие на одной сту­ пени кристаллизации.

При уваривании продукта в вакуум-аппарате перио­ дического действия исходная порция сиропа, подлежа­ щего увариванию на кристалл, делится на две части:

собные к росту кристаллы наращивают, постепенно по­ давая в аппарат вторую часть исходного сиропа. Когда эта часть использована, некоторое время продолжается удаление воды для докристаллизации сахара из маточ­ ного раствора. Затем аппарат опорожняется. Весь цикл, состоящий из указанных трех периодов, совершается в одном реакционном объеме аппарата, который посте­ пенно заполняется увариваемой массой до определен­ ного уровня и объема. Все параметры процесса изме­ няются во времени цикла.

В вакуум-аппарате непрерывного действия должно происходить такое же деление сиропа на два потока: начальный и питающий. Первый поток протекает через концентратор для сгущения сиропа до состояния пере­ сыщения, затем через кристаллогенератор для образо­ вания (генерации) и закрепления кристаллов. Молодой

утфель первого потока и питающий сироп второго пото­ ка соединяются в камере для роста кристаллов, в кото­

параметрах процесса, изменяющихся не во времени, а. вдоль проточной части вакуум-аппарата. Таким обра­

рождения и закрепления кристаллов; камере для роста кристаллов. Молодой утфель с регулируемым содержа­ нием кристаллов поступает в проточную систему непре­ рывного действия той или иной конструкции [23, 73, 270].

случаях происходит аналогично и реализуется в непре­ рывном потоке.

управление за счет отказа от кипения утфеля; однако процесс становится мало интенсивным по сравнению с существующим процессом кристаллизации в кипящем утфеле, что потребует особых мер по уменьшению раз­ меров кристаллизаторов [199, 200, 201].

Активно работающий концентратор МВУ превра­ щается в самостоятельную, возможно, многокорпусную установку для сгущения сиропа до пересыщения; при этом кристаллогенератором становится первая из не­ скольких последовательно включенных мешалок — кри­ сталлизаторов-' с охлаждением.

Из нескольких вариантов предложений приведем для примера схему Гулого, основанную на технологических данных Жвирблянского [54] {рис. 1—3). Как видно на схеме, перенос основного процесса в мешалки приво-

ляется из цикла как гото­ вый продукт. Процесс может быть реализован на уста­

новке с вакуум-аппаратами непрерывного действия, к которым не предъявляют жестких требований в отноше­ нии фракционного состава кристаллов. Фракционирова­ ние утфеля возможно различными методами, например, отстойной или принудительной сепарацией; осуществле­

уровень утфеля воздуха и прочие поисковые методы, не определившиеся достаточно четко.

Каждый из упомянутых способов имеет свои преи­ мущества и недостатки и не может быть безоговороч­ но отвергнут или принят без тщательного анализа тео­ ретических и экспериментальных данных. Сейчас эти данные имеются в недостаточном объеме. Поэтому предпочтение фактически отдается привычному методу основной кристаллизации в вакуум-аппаратах, сложно­ му, но высокоинтенсивному, хорошо освоенному в пе­ риодическом цикле. Наряду с этим ведутся подготови­ тельные работы и в других направлениях.

Для решения инженерных задач проблемы непре­ рывной кристаллизации любым из упомянутых способов требуются расчетные формулы и кинетические соотно­ шения, основанные на правильной физической модели процесса, отражающие многообразие явлений тепло- и массообмена в движущемся потоке утфеля. Требуется знание теплофизических, реологических, диффузионных, физико-химических и других свойств исходного сырья, полупродуктов, потоки которых вступают в тепловое, силовое и физико-химическое взаимодействие между собой и с конструктивными элементами кристаллиза­ ционной аппаратуры. Необходимо наличие ряда других сведений — о динамических свойствах аппаратов как объектов автоматического регулирования; о расходных коэффициентах; гидродинамических свойствах аппара­ тов и т. д.

Однако в первую очередь необходимы данные о теп- , ло- и массообмене при кристаллизации сахарозы, что и составляет предмет изложения настоящей работы.

В Ы В О ДЫ

Таким образом, можно предполагать различные ва­ рианты непрерывного процесса кристаллизации, отли­ чающиеся интенсивностью тепло- и массообмена на различных его стадиях. Наиболее интенсивен процесс кристаллизации в кипящем утфеле, когда скорость испарения воды может быть доведена до предела, соответствующего наибольшей скорости роста кристал­ лов при данных условиях. Но такой процесс, проте­ кающий в многофазной системе раствор — кристаллы — пар, при наличии температурных, скоростных и концен-

трационных полей трудно организовать и регулировать, что приводит к поискам других вариантов. Кристалли­ зация некипящего утфеля легче поддается управлению, однако она менее интенсивна, более громоздка в аппа­ ратурном оформлении, требует существенного увеличе­

от наращивания кристаллов в кипящем растворе дол­ жен быть обоснован и компенсирован соответствующей интенсификацией процесса другим способом (вибра­ цией поверхности нагрева; перемешиванием массы воз­ духом или паром; переходом к взвешенному слою кри­ сталлов; распылением раствора для генерации кристал­

лов и их наращивания.

Г л а в а II.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА САХАРНЫХ РАСТВОРОВ И УТФЕЛЕЙ

О Б Щ И Е СВЕДЕНИЯ

Все расчеты и анализ рабочих процессов кристалли­ зации сахарозы начинаются с определения числовых значений физических параметров сахарных растворов.

Теплофизические и реологические параметры завод­ ских продуктов (сиропов, паток и утфелей) не являются константами, так как они изменяются в зависимости от

ЭКЗЕМПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА