Методы интенсификации технологических процессов свеклосахарного производства. Лабораторный практикум. Учебное пособие

величину – фильтрационное сопротивление отложившегося на фильтре слоя осадка. Чем меньше сопротивление, тем меньше коэффициент Fк и тем лучше фильтрационные свойства сатурационного сока.

На заводах, применяющих вакуум-фильтрование, производят это определение в случаях затрудненного фильтрования.

Схема прибора изображена на рис. 6.

Рис. 6. - Прибор для определения скорости фильтрования сока I сатурации под разрежением: 1 – микрофильтр; 2 – стеклянная бюретка; 3 – штатив; 4 – буферная емкость; 5 – вакуумметр; 6 – стеклянный стакан; 7 – магнитная мешалка; 8 – термометр

Микрофильтр 1 с поверхностью фильтрования 2 см2 соединен резиновой трубкой со стеклянной бюреткой 2 емкостью 10 см3, имеющей шкалу с делениями в 2 см3 и укрепленной на штативе 3. Бюретка в свою очередь соединена вакуумными резиновыми трубками через трехходовой кран с буферной емкостью 4, служащей для поддержания постоянного разрежения, которое создается с помощью насоса и измеряется вакууметром 5.

Исследуемый сок объемом 300 – 500 см3 с температурой около 75 ºС наливают в стеклянный стакан 6, который устанавливают на магнитную мешалку 7, не допускающую осаждение

51

осадка. В стакане поддерживают постоянную температуру посредством электроподогрева, который имеется в мешалке.

Микрофильтр 1 состоит из двух основных частей: полого болта и навинчивающейся на него гайки. Наружное отверстие гайки должно быть диаметром точно 15,96 мм. Это позволяет получить фильтрующую поверхность 2,0 см2.

Микрофильтр подготавливают для работы следующим образом. На наружный бортик болта в месте соединения его с гайкой надевают для уплотнения резиновое кольцо. На внутренний бортик гайки помещают кружок из фильтровальной бумаги, на нее медное или латунное сито (центрифужное) и для уплотнения

– резиновое кольцо, после чего гайку плотно навинчивают на болт. Рекомендуется сразу заготовить требуемое число кружков для фильтра из одинаковой по качеству бумаги. Это позволяет исключить влияние качества фильтровальной бумаги на результаты анализа.

Фильтрование проводят при температуре 65 ºС и разрежении 400 мм ртутного столба.

Коэффициент фильтрования вычисляют по продолжительности прохождения фильтрата в бюретке в секундах между метками 2 – 4 и 6 – 8 см3, обозначая его соответственно через τ1 и τ2. Искомый фильтрационный коэффициент будет равен

Fк = (τ2 - τ1)/2 с/см2,

где 2 – поверхность фильтрования, см2.

При Fк менее 3 обеспечивается хорошее фильтрование на вакуум-фильтрах, от 3 до 6 – удовлетворительное, а при Fк больше 6 – фильтрование плохое.

Исследуемый сок нагревают до температуры 65 ºС, ставят на магнитную мешалку и поддерживают температуру сока около 65 ºС. Собранный микрофильтр плотно вставляют в бюретку. При этом следует обращать внимание на то, чтобы нулевое деление шкалы бюретки было отчетливо видно. Когда температура сока достигнет 65 ºС и разрежение будет 400 мм ртутного столба, начинают измерение. Поворотом краника создается разрежение в бюретке. Прозрачный сок начинает подниматься вверх. По се-

52

кундомеру отмечают время, в течение которого уровень сока в бюретке достигнет меток от 2 до 4 см3 (τ1) и от 6 до 8 см3 (τ2). Определение повторяют не менее трех раз.

Определение скорости осаждения осадка в соке I сатурации проводится также как в преддефекованном соке.

По результатам определения фильтрационно-седиментационных показателей сока I сатурации делают заключение по оптимальным параметрам проведения процесса.

Вопросы для самоподготовки

1.Какие факторы влияют на качество сатурационного сока?

2.Почему не следует проводить сатурацию при высокой температуре (90 – 95 ºС) и ниже 70 ºС?

3.Что такое оптимальная щелочность сока I сатурации?

4.Какие приборы используют для определения скорости фильтрования сока I сатурации? Как определяют Fк?

5.Какова методика определения скорости осаждения осадка в соке I сатурации?

Лабораторная работа № 7.

Определение рационального расхода извести на очистку диффузионного сока

Цель работы: освоить методику определения рационального расхода извести на очистку диффузионного сока с целью ресурсосбережения.

Теоретические сведения

Выход и качество готовой продукции зависят в значительной степени от эффективности очистки диффузионного сока. Диффузионный сок состоит из сахарозы и несахаров, представленных растворимыми пектиновыми и белковыми веществами и продуктами их распада, редуцирующими сахарами, солями органических и неорганических кислот, аминокислотами, амидами

53

кислот, слабыми азотистыми основаниями. Кроме того, в диффузионном соке содержится до 3 г/дм3 мезги.

При очистке диффузионного сока гидроксидом кальция и диоксидом углерода протекают реакции коагуляции, осаждения, разложения, двойного обмена, гидролиза, адсорбции и ионного обмена. В существующих схемах очистки диффузионного сока введение извести и обработка соков угольной кислотой проводятся в 2 – 3 приема с промежуточным выводом образовавшегося осадка.

На очистку диффузионного сока расходуется 2,0 – 2,5 % СаО по массе свеклы, что составляет свыше 100 % извести по массе несахаров диффузионного сока.

Эффективностью очистки сока (Эф) называют массу несахаров, удаляемых из диффузионного сока, отнесенную к первоначальной их массе, и вычисляют по формуле

где Ч1 – чистота диффузионного сока, %;

Ч2 – чистота фильтрованного сока II сатурации, %.

При переработке свеклы хорошего качества эффективность очистки составляет 30 – 35 %.

При повышении чистоты сока II сатурации на 1 % содержание сахарозы в мелассе снижается на 0,3 % к массе свеклы.

Массу очищенного сока х (% к массе свеклы) можно рассчитать по уравнению баланса сахарозы

х 100 СХсв Пд Пф.о. Пн / СХоч.с. ,

где СХсв – сахаристость свеклы, % к массе свеклы; Пд – потери сахара на диффузии, % к массе свеклы;

Пф.о. – потери сахара в фильтрационном осадке, % к массе свеклы;

Пн – неучтенные потери сахара в свеклоперерабатывающем и сокоочистительном отделениях, % к массе свеклы;

СХоч.с. – содержание сахара в очищенном соке, % к массе сока.

54

Удаление несахаров в процессе очистки сока по данным П.М. Силина характеризуется следующими данными, приведенными в табл. 14.

Отсутствие постоянного состава несахаров в свекле, поступающей в переработку, требует изменения расхода извести на очистку диффузионного сока.

Устойчивость несахаров в продуктах сахарного производства характеризуется величиной -потенциала и зависит от рН, температуры и концентрации электролитов. Чем больше величина -потенциала карбоната кальция, тем активнее протекают реакции адсорбции и осаждения несахаров. При расходе извести менее 80 % к массе несахаров, противоионы несахаров полностью компенсируют потенциалопределяющие ионы на поверхности как карбоната кальция, так и Са(ОН)2, и осадок имеет отрицательный электрокинетический потенциал. При добавлении извести на очистку более 80 % к массе несахаров, часть потенциалопределяющих ионов остается свободной и электрокинетический потенциал становится положительным.

От расхода извести на очистку диффузионного сока зависят фильтрационные свойства соков и их качественные показатели.

Определение рационального расхода извести на очистку сока заключается в нахождении такого количества СаО, %, при котором достигаются хорошие показатели очищенного сока, и

55

дальнейшее увеличение расхода извести не приводит к существенному улучшению качества очищенного сока.

В зависимости от качества диффузионного сока на основании экспериментальных данных был рекомендован примерный расход извести (рис. 10).При низкой чистоте диффузионного сока (79…80 %) расход извести составляет около 4 % к массе свеклы. Но повышенный расход извести может привести к перегрузке фильтрационного оборудования, повышенным потерям сахара с фильтрационным осадком и нарушению режима работы извест- ково-обжигательной печи. Поэтому не следует выходить за пределы общего расхода извести свыше 3 %, а надо искать другие дополнительные пути повышения эффективности очистки сока.

При расходе 0,25 % СаО на предварительной дефекации удаляется примерно 20,5 % несахаров, т.е. больше половины несахаров, удаляемых при общем расходе извести 2,5 %. Эффект очистки возрастает не прямо пропорционально увеличению количества физически активной извести, а по закону гиперболической кривой. Повышение расхода извести свыше 2,3 % СаО нецелесообразно, для данного примера, так как эффективность очистки повышается незначительно.

Порядок выполнения работы

Объектом исследования может служить заводской диффузионный сок, или полученный в лаборатории. Можно также истереть свеклу на мелкой терке, отжать из нее сок и проводить очистку свекловичного сока. Перед началом работы диффузионный сок необходимо профильтровать через несколько слоев марли. Для определения оптимального расхода извести получают, или отбирают, 1,3 дм3 сока свекловичного или диффузионного. Определяют в общей пробе сока СВ (%), СХ (%), Ч (%) и по рис. 10 определяют примерный расход извести, который затем проверяют опытным путем.

Весь исходный сок подогревают до температуры 55 – 60 С и проводят прогрессивную преддефекацию в течение 20 мин, вначале возвратом нефильтрованного сока I сатурации (80 – 100 % к массе сока), а затем известковым молоком до оптималь-

56

ного рН (10,8 – 11,6), которое предварительно устанавливают. Затем проводят основную дефекацию в течение 10 мин (каждой пробы) при температуре 85 С. Количество добавляемой извести на основную дефекацию в отдельные пробы должно соответство-

вать 1,75; 2,0; 2,5; 2,75; 3,0 % СаО по массе сока.

Пробы дефекованного сока сатурируют углекислым газом, в качестве индикатора используют универсальные индикаторные бумажки, окончательное значение рН 10,8…11,4 устанавливают по рН-метру. Затем определяют щелочность отсатурированного сока с помощью прибора Каппуса (0,08…0,12 % СаО).

Полученный сок I сатурации подогревают до температуры 80 С, фильтруют, добавляют 0,3 % СаО в виде известкового молока (дефекация перед II сатурацией), подогревают до температуры 85…92 С и проводят II сатурацию до оптимальной предварительно установленной щелочности (0,035 – 0,05 % СаО) или рН 9,4…9,8. Полученный сок фильтруют, в фильтрате определяют пок5азатели качества (табл. 15).

На основании полученных данных строят график зависимости эффекта очистки для данного сока от расхода извести и определяют рациональный ее расход.

Вопросы для самоподготовки

1. Какие реакции протекают при очистке диффузионного

сока?

2. Как можно рассчитать эффективность очистки сока?

57

3.Какова эффективность очистки различных групп несахаров диффузионного сока?

4.Почему необходимо определять расход извести на очистку сока?

5.Как зависит расход извести от чистоты диффузионного

сока?

6.Почему не следует для очистки сока добавлять более 3 % извести?

7.Как устанавливают расход извести на очистку сока?

Лабораторная работа № 8.

Разработка варианта тепловой схемы с минимальным потреблением пара

Цель работы: освоить методику теплового расчета для оптимизации распределения пара между потребителями и снижения энергетических затрат на производство.

Теоретические сведения

Весь комплекс машин и аппаратов, вырабатывающих электрическую энергию и пар различных параметров с возвратом конденсата минимально возможной температуры, оборудование многоступенчатой выпарной станции со всеми аппарата- ми-подогревателями, вакуум-аппаратами и другими теплоиспользующими машинами продуктового, сокоочистительного и свеклоперерабатывающего отделений принято называть теплосиловым хозяйством сахарного завода. Сюда же относят и различные вспомогательные коллекторы, например, для отвода конденсата, гидравлические колонки, конденсатные насосы.

Схема распределения отдельных видов теплоносителей между различными потребителями тепла с указанием генераторов тепловой энергии называется тепловой схемой сахарного завода. Тепловая схема промышленного предприятия отличается от тепловой схемы ТЭЦ детализацией генераторов тепла. Поэтому в тепловую схему сахарного завода не включаются обычно тепловые машины, в которых тепло преобразуется в механи-

58

ческую энергию. В ней отсутствуют и вспомогательные устройства теплосиловой установки, непосредственно связанные с работой парогенератора и турбогенератора.

Основными элементами тепловой схемы являются различные теплоиспользующие аппараты и установки. Кроме того, в тепловую схему входят соответствующие коллекторы-сборники, автоматоотводчики, гидравлические колонки - оборудование, предназначенное для отвода конденсата из теплоиспользующих аппаратов.

Таким образом, тепловая схема сахарного завода, включая в себя схему распределения отдельных первичных теплоносителей и тепловых отходов (вторичных теплоносителей) между технологическими потребителями, со всеми относящимися к ним вспомогательными устройствами, служит основой для целесообразного выбора и контроля эксплуатации всего оборудования. Тепловая схема сахарного завода тем совершеннее, чем в большей степени соответствует экономическому критерию оптимальности, учитывающему наиболее существенные показатели работы технологического и теплоэнергетического комплексов сахарного завода, чем в большей степени предусматривается использование вторичных энергетических ресурсов (тепловых отходов). При этом предельное сокращение таких отходов более выгодно, чем поиск путей их рационального использования.

Применение в технологии нашли четыре вида тепловых процессов: нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация.

Нагревание происходит на всех стадиях технологического процесса получения сахара, начиная от процесса экстракции и заканчивая вакуум-аппаратами.

На диффузии нагревание выполняет следующие функции: разрушение клеточной стенки путем термоплазмолиза (температура денатурации 55-60 °С). Сокостружечная смесь нагревается до 70-72 °С с целью торможения микробиологической деятельности в диффузионном аппарате и для повышения скорости молекулярной диффузии.

В теплообменниках для поддержания необходимой температуры процесса:

диффузионного сока перед преддефекацией до 55 °С;

59

перед горячей дефекацией до 85-90 °С;

сока I сатурации перед фильтрованием до 90 °С - чтобы снизить вязкость раствора и интенсифицировать процесс сгущения и фильтрования;

перед дефекацией перед II сатурацией до 90-95 °С;

перед выпарной установкой - довести раствор до температуры кипения в первом корпусе и сократить за счет этого время пребывания сока в выпарной установке при высокой температуре 126 °С, что снизит термическое разложение сахарозы и повышение цветности; сульфитированного сиропа перед фильтрованием до 90 °С - для снижения вязкости

перегрев сиропа перед вакуум-аппаратом первого продукта - до 85 °С при температуре кипения 70 °С необходим, чтобы интенсифицировать перемешивание утфеля в вакуум-аппарате, ликвидировать застойные зоны в аппарате и сделать пересыщение равномерным по всему объему вакуум-аппарата с целью получения равномерной кристаллоструктуры утфеля. При поступлении перегретого сиропа с клеровкой в вакуум-аппарат он мгновенно вскипает под камерой и пар самоиспарения, поднимаясь вверх, перемешивает весь объем утфеля; за счет этого также сокращается расход воды на пробеливание; перегрев оттеков перед поступлением их в вакуум-аппарат

второго и третьего продукта производится с той же целью, что и в первом утфеле, а также для растворения мелких кристаллов имеющихся в I и II оттеках.

Охлаждение наблюдается во всех паропроводах, технических трубопроводах для транспортировки продуктов, от стенок аппаратов. За счет этого происходят потери тепловой энергии в окружающую среду, повышается расход топлива на технологические нужды и создается антисанитарное состояние в основном производстве. Чтобы уменьшить или исключить это нежелательное явление все паропроводы, выпарную установку, ваку- ум-аппараты, конденсатопроводы должны обязательно покрываться теплоизолирующими материалами.

60