Уваривание утфеля III кристаллизации
30-05-2017, 09:39
Вязкость и понятие о нормальной мелассе. При уваривании утфеля III (последний утфель) в вакуум-аппарат поступают сахарные растворы со значительно большей концентрацией несахаров, чем на уваривание утфелей I и II. Это способствует увеличению вязкости увариваемой массы и снижению скорости кристаллизации сахарозы. В результате цикл уваривания утфеля III в 1,5—2,5 раза длиннее, чем цикл уваривания утфеля II.
С увеличением массы кристаллов сахара в утфеле и массы сухих веществ в межкристальном растворе вязкость быстро растет. В утфеле, охлаждаемом в утфелемешалках-кристаллизаторах от 63—67 до 35—40 °С, допускается содержание кристаллов 40—46%, а вязкость — 240—250 Па*с (при 40 °С). Дальнейшее повышение содержаиия кристаллов в утфеле приводит к поломке метательных устройств. Вязкость оттека последнего утфеля (мелассы) в основном зависит от температуры и содержания в ней сухих веществ: с увеличением концентрации сухих веществ и снижением температуры вязкость его сильно повышается. Несахара по-разному влияют на вязкость мелассы, например, в равных условиях кальциевые и магниевые соли оказывают значительно большее влияние на вязкость (в 1,5—2 раза), чем соли калия и натрия. Влияние катионов на вязкость мелассы большее, чем анионов.
Так как из-за высокой вязкости межкристального раствора последнего утфеля в какой-то момент времени приходится прекращать кристаллизацию сахарозы, что обусловлено техническими возможностями современного оборудования, то содержание некоторого количества сахарозы в мелассе неизбежно. Необходимо только знать этот оптимальный предел, чтобы иметь возможность контролировать технологические процессы и добиваться минимального содержания сахарозы в мелассе.
П.М. Силин, проанализировав состав меласс многих сахарных заводов, работавших на хорошей свекле и имевших минимальное содержание сахарозы, ввел понятие о нормальной мелассе и установил для нее при температуре центрифугирования 40 °С и частоте вращения ротора центрифуги 1000 об/мин следующие параметры: содержание сухих веществ по рефрактометру без разбавления 82%, вязкость 4,4 Па*с. Доброкачественность нормальной мелассы принято называть нормальной.
При температуре 40 °С нормальная меласса является насыщенным раствором, но если ее охладить или сгустить выпариванием, то можно выкристаллизовать еще некоторое количество сахарозы и получить мелассу с большим содержанием сухих веществ, повышенной вязкостью и меньшей доброкачественностью.
С внедрением быстроходных центрифуг с фактором разделения 1200—2200 вместо центрифуг с фактором разделения 640 (частота вращения ротора 1000 об/мин) появилась возможность увеличить в нормальной мелассе содержание сухих веществ до 83,5% (на рефрактометре без разбавления) и вязкость до 7—8 Па*с (при 40 °С), получая дополнительно 0,10—0,15 % сахара-песка к массе свеклы.
Доброкачественность нормальной заводской мелассы определяют экспериментально при 40 °С. Для этого пробу мелассы делят на три образца, в которых устанавливают (сгущеннем или разбавлением) разное содержание сухих веществ, например 80, 82 и 84 %. По 100 г каждого образца помещают в герметично закрывающиеся сосуды, добавляют по 20 г мелкокристаллического сахара-песка, сосуды закрывают, закрепляют во вращающейся станине термостата и выдерживают при 40 °С в течение 2—3 сут. Из насыщенных образцов нормальной мелассы удаляют кристаллы и определяют содержание сахарозы и сухих веществ (на рефрактометре без разбавления), вычисляют доброкачественность и строят график (рис. 66).
Так, для центрифуг с частотой вращения ротора 1450 об/мин нормальная меласса содержит примерно 83,5 % СВ. На экспериментальной прямой из точки, соответствующей 83,5 % СВ, опускают перпендикуляр на абсциссу и получают значение доброкачественности нормальной мелассы для данного завода — 56,9 %.
Уваривание утфеля III в вакуум-аппарате. Утфель III уваривают из второго и первого оттеков утфеля II и оттека, полученного от промывки сит в центрифугах утфеля III. Процесс уваривания разделен на две ступени: на первой оттеки сгущают выпариванием и обессахаривают в вакуум-аппарате, затем, когда содержание сухих веществ в утфеле достигнет 94—95 % и дальнейшая кристаллизация сахарозы сгущением из-за высокой вязкости утфеля становится невозможной, утфель выгружают в кристаллизационную установку, и выкристаллизовывание сахарозы продолжается охлаждением при перемешивании (вторая ступень).
Цикл уваривания утфеля в вакуум-аппарате состоит из набора оттека и сгущения его до пробы, заводки кристаллов, наращивания кристаллов, окончательного сгущения утфеля. В начале цикла в вакуум-аппарате создается остаточное давление, 060—0,067 МПа и набирается нагретый до 80 °С второй оттек утфеля II до уровня, покрывающего поверхность нагрева. Затем включают подачу пара в греющую камеру, и остаточное давление понижается до 0,012—0,017 МПа. Сгущение оттека проводится при полностью открытых воздушном и паровом вентилях при температуре 64—67 °С до содержания 83—85 % сухих веществ, что соответствует коэффициенту пересыщения 1,35—1,40. О готовности раствора к заводке кристаллов судят по показаниям прибора, а также по подвижности утфеля и скорости стекания брызг по зрительному стеклу.
Кристаллы заводят при повышенном остаточном давлении, соответствующем температуре 70—75 °С. Для этого в вакуум-аппарат вместимостью 40 т утфеля через пробный кран вводят 150—200 г сахарной пудры, кран ополаскивают водой, чтобы оставшиеся кристаллы не исказили картины при взятий проб. Через 1—2 мин после заводки кристаллов начинают отбирать пробы на стекло и просматривать их на свет. Когда обнаружено, что заведено нужное количество центров кристаллизации, коэффициент пересыщения снижается подкачкой свежего оттека, и зарождение новых центров кристаллизации прекращается. Затем кристаллы закрепляются 2—3 небольшими подкачками с интервалом 2—4 мин, и остаточное давление в вакуум-аппарате снижается до 0,012—0,017 МПа. На первые подкачки забирают оттек, разбавляемый до 55— 60 % СВ.
Наращивание кристаллов проводится при истинном коэффициенте пересыщения 1,15—1,25 путем непрерывного или частого подкачивания первого оттека утфеля II, нагретого на 5—10 °С выше температуры уваривания утфеля. К концу наращивания кристаллов интервалы между подкачками и объем их постепенно увеличиваются. Время начала и окончания подкачек определяют по показаниям прибора или визуально отбором пробы на стекло.
Разделка кристаллов (снижение их количества в единице объема утфеля) в вакуум-аппарате осуществляется оттеком, разбавленным до 55—60 % СВ и нагретым на 5—10 °С выше температуры уваривания утфеля.
Утфели доброкачественностью 79—81 % уваривают до 95—96 % СВ, с меньшей доброкачественностью — до 94—95 % СВ. Чем выше содержание сухих веществ в утфеле, тем больше выкристаллизовывается сахарозы. Пределом сгущения утфеля в вакуум-аппарате является ухудшение текучести, вызывающее затруднения при выгрузке. Смысл такого глубокого сгущения (до потерн текучести) состоит в том, чтобы перед спуском в кристаллизационную установку утфель можно было разбавить горячей водой (раскачать) и таким образом снизить вязкость и пересыщение межкристального раствора.
Эффект кристаллизации утфеля III в вакуум-аппарате определяют по разности доброкачественности утфеля и межкристального раствора, он составляет 8—12 %.
Цикл уваривания утфеля III в вакуум-аппарате при доброкачественности увариваемых продуктов 77—79 % составляет 420 мин, при 75—76 % — 600 мин, при 74 % и ниже — 840 мин. Время на вспомогательные операции включено в цикл и не превышает 45 мин.
При переработке свеклы низкого качества и для интенсификации процесса применяется способ уваривания утфеля III на кристаллической основе утфеля II. Для этого 25—30 % утфеля II перетягивают по трубопроводу в вакуум-аппарат утфеля III и уваривание начинается с наращивания кристаллов, минуя стадию заводки кристаллов. Оставшаяся масса горячего утфеля II (70—75%) центрифугируется с отбором одного оттека.
Работая по схеме с перетяжкой, необходимо поддерживать относительно постоянную доброкачественность утфеля III (примерно 77—78%), независимо от качества перерабатываемого сырья. Это достигается изменением массы перетягиваемого утфеля II и оттека утфеля II, забираемого на наращивание кристаллов.
Массу утфеля II, используемого в качестве кристаллической основы, определяют по формуле
Кристаллизация сахарозы в утфеле III при охлаждении. Из вакуум-аппарата утфель III поступает в приемную утфелемешалку и оттуда в кристаллизационную установку, состоящую обычно из шести утфелемешалок-кристаллизаторов с дисковой поверхностью теплообмена (рис. 67).
Аппараты первый и второй, третий и четвертый, пятый и шестой соединены между собой переходными трубами в нижней части, а аппараты второй и третий, четвертый и пятый соединены желобами в верхней части. Суммарная полезная вместимость и площадь поверхности теплообмена кристаллизационной установки рассчитаны так, чтобы обеспечивалось охлаждение утфеля с 63—67 до 35—40 °С за 24—26 ч (при трехкристаллизационной схеме). Предусмотрена еще одна утфелемешалка-кристаллизатор для нагревания утфеля перед центрифугированием. Полезная вместимость одной утфелеме-шалки-кристаллизатора соответствует полезной вместимости вакуум-аппарата.
Утфель, поступающий в корыто 5 утфелемешалки-кристаллизатора, с помощью дисков 2 и перемешивающих лопастей 6 и 1 перемешивается и передвигается вдоль оси вала к перегородке 4, образующей с торцевой стенкой корпуса секцию. Из этой секции через проем 8 утфель переходит в следующий кристаллизатор, где движется в обратном направлении. Навстречу потоку утфеля через полый вал 7 в диски 2 подается холодная вода, которая после прохождения через систему охлаждения кристаллизационной установки выводится в трубчатый теплообменик, где охлаждается и используется повторно.
Внутри пустотелых дисков, соединенных между собой трубками 3, имеются две фигурные перегородки 10, придающие потоку охлаждающей воды нужное направление (см. рис. 67, на разрезе А—А показано стрелками).
Перегородки 9 способствуют зигзагообразному движению утфеля вдоль оси мешалки.
При противоточном охлаждении утфеля важное значение имеет сохранение оптимального перепада температур между утфелем и охлаждающей водой, при котором коэффициент пересыщения межкристального раствора у теплообменной поверхности не должен быть выше 1,25. При таких условиях новые центры кристаллизации не зарождаются. Исходя из этого, определяется оптимальный перепад температуры для каждой утфелемешалки (12—18 °С).
Заданная температура утфеля на всем пути его движения в кристаллизационной установке регулируется изменением массы и температуры охлаждающей воды. Для контроля температуры в утфель на глубину не менее 20 см погружают термометры в металлической оправе с хвостовиками, заполненными машинным маслом.
Раскачка утфеля в кристаллизационной установке осуществляется разбавленным оттеком, подаваемым снизу через несколько патрубков в ту часть установки, где температура утфеля 55—60 °С.
В кристаллизационной установке уровень утфеля необходимо поддерживать на 150—200 мм ниже верхнего обреза перемешивающих элементов (при этом добавляемый оттек лучше смешивается с утфелем), а также регулировать оптимальный перепад температур между утфелем и водой, содержание кристаллов и значение истинного коэффициента пересыщения межкристального раствора.
Примерный состав утфеля III перед центрифугированием следующий:
Основные параметры кристаллизации сахарозы в утфеле
III. Основными показателями утфеля III являются содержание сухих веществ, обусловливающее вязкость и доброкачественность мелассы, и допустимая доброкачественность, выше которой в нем образуется много кристаллов, повышающих вязкость. Эти показатели определяют в конце процесса уваривания в вакуум-аппарате с помощью данных, приведенных в табл. 9.
С увеличением массы кристаллов сахара в утфеле и массы сухих веществ в межкристальном растворе вязкость быстро растет. В утфеле, охлаждаемом в утфелемешалках-кристаллизаторах от 63—67 до 35—40 °С, допускается содержание кристаллов 40—46%, а вязкость — 240—250 Па*с (при 40 °С). Дальнейшее повышение содержаиия кристаллов в утфеле приводит к поломке метательных устройств. Вязкость оттека последнего утфеля (мелассы) в основном зависит от температуры и содержания в ней сухих веществ: с увеличением концентрации сухих веществ и снижением температуры вязкость его сильно повышается. Несахара по-разному влияют на вязкость мелассы, например, в равных условиях кальциевые и магниевые соли оказывают значительно большее влияние на вязкость (в 1,5—2 раза), чем соли калия и натрия. Влияние катионов на вязкость мелассы большее, чем анионов.
Так как из-за высокой вязкости межкристального раствора последнего утфеля в какой-то момент времени приходится прекращать кристаллизацию сахарозы, что обусловлено техническими возможностями современного оборудования, то содержание некоторого количества сахарозы в мелассе неизбежно. Необходимо только знать этот оптимальный предел, чтобы иметь возможность контролировать технологические процессы и добиваться минимального содержания сахарозы в мелассе.
П.М. Силин, проанализировав состав меласс многих сахарных заводов, работавших на хорошей свекле и имевших минимальное содержание сахарозы, ввел понятие о нормальной мелассе и установил для нее при температуре центрифугирования 40 °С и частоте вращения ротора центрифуги 1000 об/мин следующие параметры: содержание сухих веществ по рефрактометру без разбавления 82%, вязкость 4,4 Па*с. Доброкачественность нормальной мелассы принято называть нормальной.
При температуре 40 °С нормальная меласса является насыщенным раствором, но если ее охладить или сгустить выпариванием, то можно выкристаллизовать еще некоторое количество сахарозы и получить мелассу с большим содержанием сухих веществ, повышенной вязкостью и меньшей доброкачественностью.
С внедрением быстроходных центрифуг с фактором разделения 1200—2200 вместо центрифуг с фактором разделения 640 (частота вращения ротора 1000 об/мин) появилась возможность увеличить в нормальной мелассе содержание сухих веществ до 83,5% (на рефрактометре без разбавления) и вязкость до 7—8 Па*с (при 40 °С), получая дополнительно 0,10—0,15 % сахара-песка к массе свеклы.
Доброкачественность нормальной заводской мелассы определяют экспериментально при 40 °С. Для этого пробу мелассы делят на три образца, в которых устанавливают (сгущеннем или разбавлением) разное содержание сухих веществ, например 80, 82 и 84 %. По 100 г каждого образца помещают в герметично закрывающиеся сосуды, добавляют по 20 г мелкокристаллического сахара-песка, сосуды закрывают, закрепляют во вращающейся станине термостата и выдерживают при 40 °С в течение 2—3 сут. Из насыщенных образцов нормальной мелассы удаляют кристаллы и определяют содержание сахарозы и сухих веществ (на рефрактометре без разбавления), вычисляют доброкачественность и строят график (рис. 66).
Так, для центрифуг с частотой вращения ротора 1450 об/мин нормальная меласса содержит примерно 83,5 % СВ. На экспериментальной прямой из точки, соответствующей 83,5 % СВ, опускают перпендикуляр на абсциссу и получают значение доброкачественности нормальной мелассы для данного завода — 56,9 %.
Уваривание утфеля III в вакуум-аппарате. Утфель III уваривают из второго и первого оттеков утфеля II и оттека, полученного от промывки сит в центрифугах утфеля III. Процесс уваривания разделен на две ступени: на первой оттеки сгущают выпариванием и обессахаривают в вакуум-аппарате, затем, когда содержание сухих веществ в утфеле достигнет 94—95 % и дальнейшая кристаллизация сахарозы сгущением из-за высокой вязкости утфеля становится невозможной, утфель выгружают в кристаллизационную установку, и выкристаллизовывание сахарозы продолжается охлаждением при перемешивании (вторая ступень).
Цикл уваривания утфеля в вакуум-аппарате состоит из набора оттека и сгущения его до пробы, заводки кристаллов, наращивания кристаллов, окончательного сгущения утфеля. В начале цикла в вакуум-аппарате создается остаточное давление, 060—0,067 МПа и набирается нагретый до 80 °С второй оттек утфеля II до уровня, покрывающего поверхность нагрева. Затем включают подачу пара в греющую камеру, и остаточное давление понижается до 0,012—0,017 МПа. Сгущение оттека проводится при полностью открытых воздушном и паровом вентилях при температуре 64—67 °С до содержания 83—85 % сухих веществ, что соответствует коэффициенту пересыщения 1,35—1,40. О готовности раствора к заводке кристаллов судят по показаниям прибора, а также по подвижности утфеля и скорости стекания брызг по зрительному стеклу.
Кристаллы заводят при повышенном остаточном давлении, соответствующем температуре 70—75 °С. Для этого в вакуум-аппарат вместимостью 40 т утфеля через пробный кран вводят 150—200 г сахарной пудры, кран ополаскивают водой, чтобы оставшиеся кристаллы не исказили картины при взятий проб. Через 1—2 мин после заводки кристаллов начинают отбирать пробы на стекло и просматривать их на свет. Когда обнаружено, что заведено нужное количество центров кристаллизации, коэффициент пересыщения снижается подкачкой свежего оттека, и зарождение новых центров кристаллизации прекращается. Затем кристаллы закрепляются 2—3 небольшими подкачками с интервалом 2—4 мин, и остаточное давление в вакуум-аппарате снижается до 0,012—0,017 МПа. На первые подкачки забирают оттек, разбавляемый до 55— 60 % СВ.
Наращивание кристаллов проводится при истинном коэффициенте пересыщения 1,15—1,25 путем непрерывного или частого подкачивания первого оттека утфеля II, нагретого на 5—10 °С выше температуры уваривания утфеля. К концу наращивания кристаллов интервалы между подкачками и объем их постепенно увеличиваются. Время начала и окончания подкачек определяют по показаниям прибора или визуально отбором пробы на стекло.
Разделка кристаллов (снижение их количества в единице объема утфеля) в вакуум-аппарате осуществляется оттеком, разбавленным до 55—60 % СВ и нагретым на 5—10 °С выше температуры уваривания утфеля.
Утфели доброкачественностью 79—81 % уваривают до 95—96 % СВ, с меньшей доброкачественностью — до 94—95 % СВ. Чем выше содержание сухих веществ в утфеле, тем больше выкристаллизовывается сахарозы. Пределом сгущения утфеля в вакуум-аппарате является ухудшение текучести, вызывающее затруднения при выгрузке. Смысл такого глубокого сгущения (до потерн текучести) состоит в том, чтобы перед спуском в кристаллизационную установку утфель можно было разбавить горячей водой (раскачать) и таким образом снизить вязкость и пересыщение межкристального раствора.
Эффект кристаллизации утфеля III в вакуум-аппарате определяют по разности доброкачественности утфеля и межкристального раствора, он составляет 8—12 %.
Цикл уваривания утфеля III в вакуум-аппарате при доброкачественности увариваемых продуктов 77—79 % составляет 420 мин, при 75—76 % — 600 мин, при 74 % и ниже — 840 мин. Время на вспомогательные операции включено в цикл и не превышает 45 мин.
При переработке свеклы низкого качества и для интенсификации процесса применяется способ уваривания утфеля III на кристаллической основе утфеля II. Для этого 25—30 % утфеля II перетягивают по трубопроводу в вакуум-аппарат утфеля III и уваривание начинается с наращивания кристаллов, минуя стадию заводки кристаллов. Оставшаяся масса горячего утфеля II (70—75%) центрифугируется с отбором одного оттека.
Работая по схеме с перетяжкой, необходимо поддерживать относительно постоянную доброкачественность утфеля III (примерно 77—78%), независимо от качества перерабатываемого сырья. Это достигается изменением массы перетягиваемого утфеля II и оттека утфеля II, забираемого на наращивание кристаллов.
Массу утфеля II, используемого в качестве кристаллической основы, определяют по формуле
Кристаллизация сахарозы в утфеле III при охлаждении. Из вакуум-аппарата утфель III поступает в приемную утфелемешалку и оттуда в кристаллизационную установку, состоящую обычно из шести утфелемешалок-кристаллизаторов с дисковой поверхностью теплообмена (рис. 67).
Аппараты первый и второй, третий и четвертый, пятый и шестой соединены между собой переходными трубами в нижней части, а аппараты второй и третий, четвертый и пятый соединены желобами в верхней части. Суммарная полезная вместимость и площадь поверхности теплообмена кристаллизационной установки рассчитаны так, чтобы обеспечивалось охлаждение утфеля с 63—67 до 35—40 °С за 24—26 ч (при трехкристаллизационной схеме). Предусмотрена еще одна утфелемешалка-кристаллизатор для нагревания утфеля перед центрифугированием. Полезная вместимость одной утфелеме-шалки-кристаллизатора соответствует полезной вместимости вакуум-аппарата.
Утфель, поступающий в корыто 5 утфелемешалки-кристаллизатора, с помощью дисков 2 и перемешивающих лопастей 6 и 1 перемешивается и передвигается вдоль оси вала к перегородке 4, образующей с торцевой стенкой корпуса секцию. Из этой секции через проем 8 утфель переходит в следующий кристаллизатор, где движется в обратном направлении. Навстречу потоку утфеля через полый вал 7 в диски 2 подается холодная вода, которая после прохождения через систему охлаждения кристаллизационной установки выводится в трубчатый теплообменик, где охлаждается и используется повторно.
Внутри пустотелых дисков, соединенных между собой трубками 3, имеются две фигурные перегородки 10, придающие потоку охлаждающей воды нужное направление (см. рис. 67, на разрезе А—А показано стрелками).
Перегородки 9 способствуют зигзагообразному движению утфеля вдоль оси мешалки.
При противоточном охлаждении утфеля важное значение имеет сохранение оптимального перепада температур между утфелем и охлаждающей водой, при котором коэффициент пересыщения межкристального раствора у теплообменной поверхности не должен быть выше 1,25. При таких условиях новые центры кристаллизации не зарождаются. Исходя из этого, определяется оптимальный перепад температуры для каждой утфелемешалки (12—18 °С).
Заданная температура утфеля на всем пути его движения в кристаллизационной установке регулируется изменением массы и температуры охлаждающей воды. Для контроля температуры в утфель на глубину не менее 20 см погружают термометры в металлической оправе с хвостовиками, заполненными машинным маслом.
Раскачка утфеля в кристаллизационной установке осуществляется разбавленным оттеком, подаваемым снизу через несколько патрубков в ту часть установки, где температура утфеля 55—60 °С.
В кристаллизационной установке уровень утфеля необходимо поддерживать на 150—200 мм ниже верхнего обреза перемешивающих элементов (при этом добавляемый оттек лучше смешивается с утфелем), а также регулировать оптимальный перепад температур между утфелем и водой, содержание кристаллов и значение истинного коэффициента пересыщения межкристального раствора.
Примерный состав утфеля III перед центрифугированием следующий:
Основные параметры кристаллизации сахарозы в утфеле
III. Основными показателями утфеля III являются содержание сухих веществ, обусловливающее вязкость и доброкачественность мелассы, и допустимая доброкачественность, выше которой в нем образуется много кристаллов, повышающих вязкость. Эти показатели определяют в конце процесса уваривания в вакуум-аппарате с помощью данных, приведенных в табл. 9.