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

При кристаллизации утфеля последнего продукта за счет охлаждения и снижения растворимости сахарозы создается пересыщение, таким образом, дополнительно осуществляется кристаллизация.

Цель выпаривания - удаление растворителя и получение сахара в чистом кристаллическом виде. Процесс выпаривания воды из продуктов по технологической схеме проводится в два этапа: основная масса воды выпаривается в МВУ, которая является технологическим парогенератором - вторичный пар используется для обогревания всех технологических станций завода; в вакуум-аппаратах вторичный пар со II корпуса используется для дополнительного выпаривания воды.

Конденсация пара происходит в греющих камерах всех теплопотребителей и технологических аппаратах — от диффузионной установки до вакуум-аппаратов. Здесь при конденсации выделяется скрытая удельная теплота парообразования, которая используется на осуществление всех технологических процессов.

Конденсация пара из ВУ и вакуум-аппаратов и снижение температуры кипения при создании вакуума в выпарной установке и вакуум-аппаратах позволяет обезопасить сахарозу от термического разложения. Конденсация паров из МВУ и ваку- ум-аппаратов происходит в вакуум-конденсационной установке (ВКУ), состоящей из двух барометрических конденсаторов: основного и предварительного.

Принцип действия системы теплоэнергообеспечения

Исходным источником тепловой и электрической энергии является топливо, которое подается в первичный парогенератор - паровой котел. В паровом котле при сгорании топлива выделяется энергия горения, которая расходуется на выпаривание ХВО воды и чистых конденсатов, подаваемых в систему теплообмена парового котла насосами.

При кипении питательной воды образуется пар, и энергия горения превращается в энергию парообразования. При этом на образование 1 кг пара расходуется г ккал/кг теплоты сгорания,

61

которая называется скрытой удельной теплотой парообразования.

При кипении в первичном контуре парового котла образуется насыщенный пар г = 540 ккал/кг. Этот пар поступает в пароперегреватель, где отходящими горячими газами насыщенный пар перегревается. В результате увеличивается его теплосодержание i

iобщ..пер. = r + iпер., ккал/кг

где iпер. — дополнительное количество теплоты, полученное 1 кг пара в перегревателе.

Перегрев пара необходим для получения электрической энергии. Вся энергия перегрева (iпер.) преобразуется в паровой турбине, вначале в кинетическую энергию вращающегося ротор, которая в свою очередь в электрогенераторе превращается в электрическую энергию.

Перегретый пар подается с p = 35-90 атм и t = 400-500 °С в паровую турбину. Основным рабочим органом турбины является рабочее лопастное колесо, вращающееся на валу внутри корпуса, и относится к типу центробежных машин.

Обеспечение сахарного завода тепловой энергией

В схеме обеспечения основного производства тепловой энергией используется второй технологический парогенератор - МВУ, каждый корпус которого является паровым котлом, к которому присоединена определенная группа технологических теплопотребителей.

Внешний подвод тепла в МВУ осуществляется только к I корпусу. Остальные корпуса обогреваются за счет внутреннего самообогрева выпарной установки.

Принцип действия тепловой схемы сахарного завода

Это обеспечение парами теплопотребителей. Технологический пар из ТЭЦ и от термокомпрессора поступает в сборникколлектор технологического пара и из коллектора распределяется по следующим основным потребителям:

62

-95 % пара поступает в греющую камеру I корпуса;

-5 % пара к прочим потребителям (клеровочная мешалка, сушильная установка сахара, продувка свеклорезных ножей - 3

%пара; поэтому целесообразно вместо ретурного пара продувать ножи сжатым воздухом от компрессора).

При расчете тепловой схемы всегда стремятся снизить количество прочих потребителей ретурного пара и максимальное количество пара направить из коллектора на I корпус МВУ.

Все остальные технологические потребители, кроме прочих, обогреваются вторичными парами I-V корпусов. При этом

в I корпус поступает ретурный пар в количестве D1 и сюда же поступает очищенный сок подогретый до температуры кипения.

В I корпус поступает М0, СВ0 - очищенный сок.

Греющий пар D1 конденсируется в паровой камере I корпуса и теплота конденсации греющего пара используется на поддержание кипения сока, в I корпус (на парообразование вторичного пара I корпуса). При этом 1 кг греющего пара вы-

паривает 1 кг воды и D1 = W1.

Вторичный пар W при выходе из первого корпуса делится на три части:

D2 - направляется в греющую камеру II корпуса;

Е1 - отбирается на ТП1 и остаток ΔW1 направляется в термокомпрессор, где перегретым паром сжимается до давления технологического пара и направляется снова в греющую камеру I корпуса.

W1 = D2 + Е1 + ΔW1

Использование компрессора позволяет предотвратить сброс пара на барометрический конденсатор при уменьшении отбора экстра-паров с любого корпуса МВУ.

Частично выпаренный сок из I корпуса поступает во II, где продолжает выпариваться за счет тепла вторичного пара I корпуса D2, который поступает в греющую камеру и при этом тепло пара D2 используется на образование вторичного пара W2, который делится на две части:

D2 = W2 = D3 + E2,

где D3 - греющий пар III корпуса; Е2 – экстра-пар, отбираемый теплопотребителями.

63

Дальнейшее образование вторичных паров и их распределение для III-V корпуса осуществляется по аналогичной схеме. Это правило нарушается в последнем корпусе, где

D5 = W5 = Е5, т.е. D5 целиком расходуется на ТП5.

D1 = W1 = D2 + Е1 + ∆W1; D2 = W2 = D3 + Е2;

D3 = W3 = D4 + E3; D4 = W4 = D5 + E4; D5 = W5 = E5. (1)

Чтобы выполнить условие (1), которое реально выражается правилом: каждый корпус выпарной установки при нормальной работе тепловой схемы должен в необходимом количестве обеспечивать экстра-парами технологические потребители, присоединенные к этому корпусу.

Чтобы это условие выполнялось, тепловая схема завода должна быть предварительно рассчитана на заданную производительность завода при условии соблюдения исходных данных по параметрам технологического процесса.

При изменении указанных условий тепловая схема должна быть перепроектирована (реконструирована).

Использование тепла конденсатов

Для оптимальной тепловой схемы предусмотрено полное использование тепла конденсатов, которое осуществляется по следующей схеме. Все конденсаты паров, образовавшиеся в греющих камерах вакуум-аппарата, диффузионных аппаратах, подогревателях и других теплопотребителях, собирается в сбор- ники-самоиспарители.

В одних сборниках собираются чистые конденсаты, незагрязненные аммиаком. В сборник поступает ретурный конденсат из I корпуса, сюда же поступает ретурный конденсат от прочих теплопотребителей.

Сборник соединен паропроводом СИр с греющей камерой II корпуса. Конденсат поступает с давлением p1 и температурой кипения tк1, а в сборнике давление греющего пара = р2, при этом

р2 > p1 и tк2 < tк1.

Так как с понижением давления температура кипения уменьшается, то конденсат оказывается перегретым по отношению к давлению р2 и начинает кипеть без подвода тепла, кипе-

64

ние продолжается до тех пор, пока tк1 не снизится до tк2. Образованный при этом пар СИр называется паром самоиспарения ретурного конденсата. Он отводится в греющую камеру II корпуса, поэтому действительное количество пара, поступающего во II корпус ≠ D2.

D2факт = D2 + Dсир (2)

Условие (2) должно быть учтено при расчете тепловой схемы совместно с условием (1).

После самоиспарения оставшийся ретурный конденсат через перемычку, на которой установлена регулируемая задвижка, самотеком поступает в сборник-испаритель конденсата вторичных паров 1 корпуса. Сюда же из греющей камеры II корпуса и от всех теплопотребителей ТП1 поступает конденсат вторичного пара I корпуса при давлении p1, равном давлению вторичного пара I корпуса.

Сборник паропроводом СИ1 соединен с греющей камерой III корпуса, давление в котором р3, при этом р3 < р2, а температура кипения tк3 < tк2. Поэтому в сборнике без подвода тепла происходит кипение конденсатов пара I корпуса и ретурного конденсата, который перетекает из сборника. Образованный пар самоиспарения конденсата DСИ1 направляется в греющую камеру III корпуса. Поэтому количество паров, поступающих на Ш корпус:

D3=D2 + DСИ1,

где D2 — пар, поступающий из II корпуса, DСИ1 пар самоиспарения.

Смесь самоиспаренных конденсатов ретурного пара I корпуса из сборника откачивается насосом в ТЭЦ для питания паровых котлов.

Конденсаты, откачиваемые в ТЭЦ называются чистыми конденсатами (ЧК). Они являются дистиллированной водой и почти не содержат солей жесткости. Однако при интенсивном кипении пара в I корпусе его брызги, а часто переброс, могут попадать во вторичный пар I корпуса и в конденсатор I корпуса.

Использование ЧК с примесью сахарозы недопустимо в ТЭЦ, поэтому из трубопровода ЧК регулярно отбираются пробы с качественным методом с помощью α-нафтола контролируется

65

присутствие сахарозы. При обнаружении сахарозы подача ЧК в ТЭЦ прекращается.

Сбор и использование аммиачных конденсатов

Значительное количество аммиака наблюдается во вторичных парах II, III и т.д. корпусов. Поэтому конденсаты со II и до последнего корпуса собираются в отдельные сборникисамоиспарители. Сборники соединены перемычками, на которых установлены задвижки, поэтому конденсаты перетекают из сборника в сборник, в результате чего происходит последовательное самоиспарение аммиачных конденсатов.

Всборник поступает конденсат вторичного пара II корпуса, откуда из греющей камеры III корпуса и от всех теплопотребителей ТП2.

Всборник поступает также часть конденсата ЧК, оставшегося от питания паровых котлов или весь ЧК, когда в нем обнаружена сахароза. В этом случае задвижка А закрывается, Б открывается и весь чистый конденсат поступает в сборник. Сборник соединен с паропроводом СИ2 с греющей камерой аппарата на корпус ниже. За счет разности давлений в конденсатном трубопроводе и трубопроводе самоиспарения в сборнике происходит кипение конденсатов, и пар самоиспарения конденсатов поступает в греющую камеру IV корпуса, увеличивая общее количество паров, поступающих в камеру.

Самоиспарение конденсата II корпуса по перемычке поступает в следующий сборник, куда собираются все конденсаты вторичного пара III корпуса и в сборнике происходит самоиспарение конденсатов пара III корпуса, затем оставшийся конденсат пара II корпуса и чистые конденсаты. После самоиспарения

всборнике конденсаты по перемычке поступает в сборник, где происходит следующий этапа самоиспарения. Из сборника конденсат по перемычке поступает в сборник, а из него аммиачный конденсат АК, имеющий температуру 85 °С откачивается насосом в подогреватель диффузионного сока перед дефекацией и в подогреватель, в систему бытового отопления, где температура конденсата снижается до 65 °С и аммиачный конденсат возвра-

66

щается в сборник аммиачной воды. Из сборника основная масса аммиачной воды направляется на питание диффузионного аппарата.

Таким образом, в тепловой схеме завода происходит практически полное использование тепла, как ретурных конденсатов, так и конденсатов вторичных паров МВУ:

1)тепло ЧК ретурного пара и пара I корпуса возвращается

вТЭЦ и через парогенератор и паровую турбину снова поступает в производство (по замкнутому контуру);

2)тепло аммиачных конденсатов на 30 % отдается диффузионному соку перед дефекацией и на 65-70 % остается в аммиачной воде и вместе с аммиачной водой поступает в диффузионный аппарат, т.е. направляется в технологический тепловой цикл;

3)все конденсаты ступенчато самоиспаряются и пары самоиспарения используются для выпаривания сока в МВУ. За счет этого расход пара из ТЭЦ на I корпус D, уменьшается на сумму паров самоиспарения конденсатов.

Таким образом, экономится расход пара и топлива в тепловой схеме.

Схема обеспечения сахарного завода тепловой и электрической энергией

Технологические процессы сахарного производства являются одними из наиболее энергоемких. На осуществление технологических процессов на отечественных заводах используют 40-50 % технологического пара к массе переработанной свеклы.

На осуществление технологических процессов на отечественных сахарных заводах до 30 кВт*ч энергии на 1 т свеклы. На зарубежных предприятиях расход электроэнергии - 1215 кВт часов на 1 т переработанной свеклы.

Тепловая энергия затрачивается на поддержание температурного режима технологических процессов, электрическая энергия на привод механизмов.

67

Нормальное функционирование сахарного завода требует сбалансированного соотношения между требуемым расходом тепловой и электрической энергии.

Такое соотношение удобнее всего достигается при комбинированном получении тепловой и электрической энергии на самом заводе. Поэтому 98 % всех мировых предприятий сахарной промышленности использует комбинированный способ.

Комбинирование следует понимать как максимальное использование различных тепловых отходов: тепла конденсатов и вторичных паров выпарных аппаратов, тепла барометрической воды.

Следует иметь ввиду, что в настоящее время экономия топливно-энергетических ресурсов в сахарном производстве за счет совершенствования парогенераторных установок практически исчерпана. Поэтому особое внимание уделяется рациональному использованию вторичных ресурсов - важному источнику дальнейшего расхода топлива.

По тепловой схеме для обогрева 1 корпуса и теплообменников сока последней группы перед выпарной установкой (нужно для подогрева сока до температуры кипения) используют отработавший пар паровых турбин и редуцированный пар паровых котлов (технологический пар), смесь которых отбирают из парового коллектора. Ретурный пар подводится к смотровым стеклам вакуум-аппаратов, для пропарки после выгрузки утфеля, в сборник сиропа с клеровкой. Перегрев технологического пара ликвидируют, распыляя воду в потоке перегретого пара с помощью редукционно-охладительного устройства

(РОУ).

Отработавший пар из паросборника поступает только в паровую камеру первого корпуса, а следующие корпуса обогреваются вторичным паром предшествующих корпусов, который предварительно освобождается от капель сока в сепараторах. В концентраторе происходит самоиспарение воды за счет перепада давления. Избыток другие технологические нужды, поступает в паровую камеру концентратора. Часть вторичного пара из корпуса 1 можно вернуть с помощью пароструйного насоса в

68

коллектор пара и использовать в качестве греющего пара в 1 корпусе.

Технологическими потребителями ретурного пара также являются:

теплообменники 3 группы сока перед МВУ; пропарка вакуум-аппаратов и центрифуг; обогрев клеровочной мешалки;

для обдувки ножей свеклорезок (при высокой загрязненности свеклы).

Основная масса теплопотребителей обогреваются экстрапарами, отбираемыми с МВУ, чтобы увеличить нагрузку на последние 3 и 4 корпуса, где пар имеет низкие потенциалы.

Вторичный пар с 1 корпуса МВУ используется: для обогревания вторых корпусов выпарки;

для обогрева теплообменников 2 группы перед выпаркой; сборника сиропа с клеровкой и сборника оттеков;

для пропаривания вакуум-аппаратов I и II продукта после каждого цикла уваривания; для подогревания сборника сиропа с клеровкой и сборников зеленой и белой паток.

Пар вторичный 2 корпуса необходимо использовать в минимальном количестве (только там, где необходимо):

для подогревания I, II зоны диффузионного аппарата;

для обогрева теплообменников сульфитированного сока перед МВУ 1 группы; обогрев вакуум-аппаратов (при возможности, вакуум-

аппараты 2 и 3 продуктов желательно обогревать паром 3 корпуса); теплообменники 2 группы сока перед 2 сатурацией.

Оставшаяся масса экстра-пара 2 корпуса поступает в греющую камеру 3 корпуса.

Потребителями экстра-пара 3 корпуса являются большинство технологических аппаратов:

теплообменники 1 группы сока перед 2 сатурацией; теплообменники сока 1 сатурации перед фильтрованием; теплообменники диффузионного сока перед дефекацией;

69

теплообменники жомопрессовой воды;

для подогревания III, IV зон диффузионного аппарата; теплообменники сульфитированного сиропа с клеровкой пе-

ред фильтрованием.

для обогревания пароконтактного подогревателя;

для обогревания теплообменников сока I сатурации и сока основной дефекации.

Оставшееся количество вторичного пара 3 корпуса поступает в камеру 4 корпуса. Экстра-пар 4 поступает в пароконтактный подогреватель, а остальное количество – в греющую камеру концентратора.

Вторичный пар с концентратора направляется в предконденсатор.

Около 25 % тепла, используемого на заводе, принадлежит конденсатам. Они образуются в греющих камерах всех технологических установок.

Конденсат ретурного пара поступает в I гидравлическую колонку, а через насос возвращается в ТЭЦ. Конденсатом ретурного пара обогреваются теплообменники сока I группы перед выпаркой.

Конденсат пара I корпуса направляется во вторую гидравлическую колонку и через насос в ТЭЦ.

Конденсат пара II корпуса выпарной станции поступает в III гидравлическую колонку и через насос в сборники аммиачной воды. Конденсат пара III корпуса выпарной установки поступает в IV гидравлическую колонку и через насос в сборники аммиачной воды.

Особенности тепловой схемы: конденсат из теплоиспользующих аппаратов отводится на гидравлические колонки: конденсат отработанного пара и вторичного пара I и II ступеней выпарной станции направляется в деаэраторы ТЭЦ для питания парогенераторов.

Недостатки тепловой схемы:

невозможность использования утфельного пара с вакуумаппаратов, который содержит около 10 % тепла, потребляемого на заводе;

70