Нарастание цветности на выпарной установке
24-05-2017, 11:31
Нарастание цветности при сгущении сока на выпарной установке зависит:
• от качества сгущаемого сока;
• режима работы выпарной установки;
• типа выпарных аппаратов и их компоновки.
Высокое нарастание цветности обычно наблюдается при сгущении сока пониженного качества, особенно содержащего значительное количество редуцирующих веществ. Это имеет место при переработке свеклы пониженного качества и при недостаточном разложении редуцирующих веществ в процессе известково-углекислотной очистки. Происходящее затем разложение редуцирующих веществ на выпарной установке в присутствии азотсодержащих веществ при повышенной температуре в результате реакции Майяра приводит к образованию интенсивно окрашенных красящих веществ - меланоидинов. Последние интенсивно включаются в кристаллы сахара, и именно за счет них и обусловлена главным образом цветность сахара-песка.
При отклонениях при проведении очистки, в частности - не выдерживания оптимальной щелочности на II сатурации и неудовлетворительной фильтрации сока II сатурации, происходит загорание поверхности нагрева выпарной установки. В результате этого увеличивается время пребывания сока в аппаратах и соответственно увеличивается количество разлагаемой сахарозы и возрастает цветность.
При сгущении сока одинакового качества нарастание цветности зависит главным образом от выдерживания оптимальных параметров при выпаривании, а именно поддержания давления пара в греющей камере, уровня сока в корпусах, равномерной подачи сока на выпарную установку, контроля температуры в корпусах, правильного отвода конденсата и отбора экстра-паров. Отклонение указанных параметров от оптимальных величин влияет на продолжительность пребывания сока в аппаратах и его температуру, и именно от последних и зависит величина нарастания цветности. Оба этих фактора оказывают влияние и на разложение сахарозы. Чем меньше сок пребывает в выпарной установке, тем меньше разлагается сахароза, и это в меньшей степени сказывается также и на нарастании цветности.
Время пребывания сока и температура выпаривания, кроме указанных выше факторов, зависит от конструкции и принципа работы применяемых выпарных аппаратов и их компоновки в схеме выпарной установки.
По принципу работы выпарные аппараты условно можно разделить на два типа:
• циркуляционные, в которых по трубкам движется паро-соковая смесь, при выбросе которой из греющих трубок на верхнюю трубную решетку происходит удаление влаги в виде пара;
• пленочные выпарные аппараты, в которых процесс удаления влаги (выпаривания) происходит в пленке, перемещающейся по поверхности греющих трубок.
В пленочных выпарных аппаратах процесс выпаривания происходит в тонкой пленке толщиной 2...3 мм. Вследствие этого в таких аппаратах коэффициент теплопередачи выше и соответственно меньше время пребывания сока в аппарате, и за счет этого сокращается время выпаривания. Именно за счет значительного сокращения продолжительности выпаривания сока в пленочных аппаратах достигается существенное улучшение качества получаемого сиропа.
Преимуществом выпарной установки, состоящей из пленочных выпарных аппаратов, кроме более высокого качества получаемого сиропа, является возможность эффективной работы при более низкой разнице температур и меньших поверхностях нагрева.
Недостатком таких выпарных установок является их высокая чувствительность к равномерности потока сока, поступающего на выпарную установку, так как колебания потока сока могут привести к срыву пленки и образованию накипи. Кроме того, резкое изменение величины отбора экстра-паров приведет к резкому изменению величины давления на установке и, соответственно, также к срыву пленки.
Поддержание планки сгущаемого сока по всей длине греющих трубок пленочных выпарных аппаратов возможно при условии равномерной подачи сока. При изменении количества поступающего на выпаривание сока происходит «срыв» пленки, что приводит к образованию накипи. Пленочная выпарная установка более чувствительна к колебанию потока сока, а также к отбору экстра-паров, т. е. она сложнее в эксплуатации и регулировании. Но этот ее недостаток полностью перекрывается ее экономной работой, с одновременным получением сиропа более высокого качества.
Поэтому вопрос об установке пленочной выпарной установки в технологической схеме для строящихся заводов или для заводов, на которых предусматривается полная замена выпарной установки, должен решаться в пользу пленочной выпарной установки.
При частичной же реконструкции выпарной установки с заменой части циркуляционных аппаратов на пленочные, т. е. при комбинировании аппаратов, возможны два варианта, а именно замена первых корпусов или последних. При выборе одного из этих вариантов необходимо исходить из технологических и теплотехнических аспектов.
Известно, что влияние температуры и продолжительности сгущения сока на качество сиропа в наибольшей степени проявляется в первых корпусах выпарной установки. Поэтому с технологической точки наиболее выгодным является монтирование в качестве первых корпусов пленочных аппаратов, а последних - циркуляционных. Однако при такой комбинации основной недостаток пленочных выпарных аппаратов - высокую чувствительность к равномерности потока поступающего сока - не удается решить.
С теплотехнической точки зрения и надежности управления работой выпарной установки более выгодным является второй вариант, в котором первые корпуса - выпарные аппараты циркуляционного типа, а последние - пленочные.
Дело в том, что в первых корпусах уровень сока ниже, соответственно и время пребывания сока меньше, чем в последних. Вследствие этого в первых корпусах в этом случае даже и при повышенной температуре ухудшение качества сока будет не столь значительным в сравнении с пленочными выпарными аппаратами.
Кроме того, применение в качестве первых корпусов циркуляционных выпарных аппаратов с большим объемом сгущаемого сока в аппарате позволяет выравнивать колебание поступления сока на выпарную установку. Далее, неравномерный отбор экстра-пара, обычно имеющий место на I и II ступенях выпарной установки, в циркуляционных выпарных аппаратах будет в меньшей степени сказываться на изменении давления на выпарной установке, чем при наличии пленочных аппаратов. Немаловажным является и то, что во втором варианте и такие преимущества пленочных выпарных аппаратов, как более высокая величина коэффициента теплопередачи и меньшая величина повышения температуры кипения (за счет концентрации и высоты столба жидкости) пленочных выпарных аппаратов проявляются в большей степени при применении их в качестве последних корпусов выпарной установки.
Из опыта эксплуатации различных выпарных установок известно, что наименьшее нарастание цветности (ниже 20%) имеет место на пленочной выпарной установке. Цветность сиропа после комбинированной установки, состоящей из циркуляционных и пленочных аппаратов примерно на 25% лучше, чем на установке, состоящей из одних циркуляционных аппаратов, но значительно хуже, чем после выпарной установки, состоящей из одних пленочных аппаратов.
Процесс сгущения сока на выпарной установке сопровождается отложением накипи на греющей поверхности выпарных аппаратов. Накипь значительно снижает коэффициент теплопередачи, что приводит к снижению производительности оборудования, увеличению времени пребывания сока и нарастанию цветности.
В последние годы разработаны химические препараты для уменьшения образования накипи в выпарных аппаратах и вакуум-аппаратах, что очень важно для повышения качества продуктов и в конечном итоге улучшения качества сахара.
К таким препаратам относится, например, Busperse 2139, разработанный Вuckman Laboratories (США). Особенностью этого препарата, по данным разработчика, является его комплексное действие: он препятствует образованию накипи, улучшает качество производимого сахара путем снижения содержания зольных элементов в кристаллах, снижает цветность.
Препарат растворим в воде. Для предупреждения образования накипи на выпарной установке его дозировка составляет от 13...17 до 20...40 мг/кг сока.
Во избежание накипи в вакуум-аппаратах его дозировка в сироп с клеровкой составляет 10...13 мг/кг. Добавление препарата Busperse 2139 в сироп с клеровкой не только препятствует отложению на греющей поверхности вакуум-аппаратов CaSО4, но и снижает содержание оксалата кальция и сульфата кальция в сахаре.
Плотность препарата 1,12...1,16 г/мл, температура воспламенения выше 100°С. Величина рН в водном растворе концентрации 100 мг/кг 9...11.
Требования к качеству продуктов, поступающих на уваривание утфеля I кристаллизации. Смесь сиропа с клеровкой, направляемая на уваривание утфеля I кристаллизации, должна быть прозрачной, иметь рН 7,8...8,2, содержать солей кальция - 0,12...0,5% СаО к массе сиропа и иметь цветность не более 40 условных единиц (усл. ед.).
Считается, что для получения стандартного сахара цветность сиропа должна быть не выше 30 усл. ед. Исходя из приведенных выше данных на основании баланса цветности можно определить величину цветности желтого сахара II (например, при работе завода по двухпродуктовой схеме) и соответственно его клеровки.
Пусть на уваривание утфеля I кристаллизации поступает 28 кг сиропа с СВ = 60% и цветностью 30 усл.ед., и 5,5 кг желтого сахара с СВ = 98 % (в виде его клеровки).
Нужно определить, какую цветность должен иметь желтый сахар, чтобы цветность смеси сиропа с клеровкой была не выше 40 усл. ед.
Составим баланс цветности:
откуда Цвж.с = 57,5 усл. ед.
Если же цветность желтого сахара выше данной величины (для данного конкретного случая), то для получения сахара стандартного качества необходимо уменьшить цветность желтого сахара, соответственно его клеровки.
Поскольку цветность смеси сиропа с клеровкой зависит от цветности каждого из компонентов, то ее суммарную величину можно регулировать путем изменения величины одного из этих компонентов. Так, если цветность сиропа, например 45 усл. ед., то цветность желтого сахара должна быть порядка 20 усл. ед.
Из этого следует, что в том случае, когда цветность смеси выше 40 усл. ед. или требуется получить сахар-песок более высокого качества, необходима дополнительная очистка одного из компонентов смеси или их обоих.
• от качества сгущаемого сока;
• режима работы выпарной установки;
• типа выпарных аппаратов и их компоновки.
Высокое нарастание цветности обычно наблюдается при сгущении сока пониженного качества, особенно содержащего значительное количество редуцирующих веществ. Это имеет место при переработке свеклы пониженного качества и при недостаточном разложении редуцирующих веществ в процессе известково-углекислотной очистки. Происходящее затем разложение редуцирующих веществ на выпарной установке в присутствии азотсодержащих веществ при повышенной температуре в результате реакции Майяра приводит к образованию интенсивно окрашенных красящих веществ - меланоидинов. Последние интенсивно включаются в кристаллы сахара, и именно за счет них и обусловлена главным образом цветность сахара-песка.
При отклонениях при проведении очистки, в частности - не выдерживания оптимальной щелочности на II сатурации и неудовлетворительной фильтрации сока II сатурации, происходит загорание поверхности нагрева выпарной установки. В результате этого увеличивается время пребывания сока в аппаратах и соответственно увеличивается количество разлагаемой сахарозы и возрастает цветность.
При сгущении сока одинакового качества нарастание цветности зависит главным образом от выдерживания оптимальных параметров при выпаривании, а именно поддержания давления пара в греющей камере, уровня сока в корпусах, равномерной подачи сока на выпарную установку, контроля температуры в корпусах, правильного отвода конденсата и отбора экстра-паров. Отклонение указанных параметров от оптимальных величин влияет на продолжительность пребывания сока в аппаратах и его температуру, и именно от последних и зависит величина нарастания цветности. Оба этих фактора оказывают влияние и на разложение сахарозы. Чем меньше сок пребывает в выпарной установке, тем меньше разлагается сахароза, и это в меньшей степени сказывается также и на нарастании цветности.
Время пребывания сока и температура выпаривания, кроме указанных выше факторов, зависит от конструкции и принципа работы применяемых выпарных аппаратов и их компоновки в схеме выпарной установки.
По принципу работы выпарные аппараты условно можно разделить на два типа:
• циркуляционные, в которых по трубкам движется паро-соковая смесь, при выбросе которой из греющих трубок на верхнюю трубную решетку происходит удаление влаги в виде пара;
• пленочные выпарные аппараты, в которых процесс удаления влаги (выпаривания) происходит в пленке, перемещающейся по поверхности греющих трубок.
В пленочных выпарных аппаратах процесс выпаривания происходит в тонкой пленке толщиной 2...3 мм. Вследствие этого в таких аппаратах коэффициент теплопередачи выше и соответственно меньше время пребывания сока в аппарате, и за счет этого сокращается время выпаривания. Именно за счет значительного сокращения продолжительности выпаривания сока в пленочных аппаратах достигается существенное улучшение качества получаемого сиропа.
Преимуществом выпарной установки, состоящей из пленочных выпарных аппаратов, кроме более высокого качества получаемого сиропа, является возможность эффективной работы при более низкой разнице температур и меньших поверхностях нагрева.
Недостатком таких выпарных установок является их высокая чувствительность к равномерности потока сока, поступающего на выпарную установку, так как колебания потока сока могут привести к срыву пленки и образованию накипи. Кроме того, резкое изменение величины отбора экстра-паров приведет к резкому изменению величины давления на установке и, соответственно, также к срыву пленки.
Поддержание планки сгущаемого сока по всей длине греющих трубок пленочных выпарных аппаратов возможно при условии равномерной подачи сока. При изменении количества поступающего на выпаривание сока происходит «срыв» пленки, что приводит к образованию накипи. Пленочная выпарная установка более чувствительна к колебанию потока сока, а также к отбору экстра-паров, т. е. она сложнее в эксплуатации и регулировании. Но этот ее недостаток полностью перекрывается ее экономной работой, с одновременным получением сиропа более высокого качества.
Поэтому вопрос об установке пленочной выпарной установки в технологической схеме для строящихся заводов или для заводов, на которых предусматривается полная замена выпарной установки, должен решаться в пользу пленочной выпарной установки.
При частичной же реконструкции выпарной установки с заменой части циркуляционных аппаратов на пленочные, т. е. при комбинировании аппаратов, возможны два варианта, а именно замена первых корпусов или последних. При выборе одного из этих вариантов необходимо исходить из технологических и теплотехнических аспектов.
Известно, что влияние температуры и продолжительности сгущения сока на качество сиропа в наибольшей степени проявляется в первых корпусах выпарной установки. Поэтому с технологической точки наиболее выгодным является монтирование в качестве первых корпусов пленочных аппаратов, а последних - циркуляционных. Однако при такой комбинации основной недостаток пленочных выпарных аппаратов - высокую чувствительность к равномерности потока поступающего сока - не удается решить.
С теплотехнической точки зрения и надежности управления работой выпарной установки более выгодным является второй вариант, в котором первые корпуса - выпарные аппараты циркуляционного типа, а последние - пленочные.
Дело в том, что в первых корпусах уровень сока ниже, соответственно и время пребывания сока меньше, чем в последних. Вследствие этого в первых корпусах в этом случае даже и при повышенной температуре ухудшение качества сока будет не столь значительным в сравнении с пленочными выпарными аппаратами.
Кроме того, применение в качестве первых корпусов циркуляционных выпарных аппаратов с большим объемом сгущаемого сока в аппарате позволяет выравнивать колебание поступления сока на выпарную установку. Далее, неравномерный отбор экстра-пара, обычно имеющий место на I и II ступенях выпарной установки, в циркуляционных выпарных аппаратах будет в меньшей степени сказываться на изменении давления на выпарной установке, чем при наличии пленочных аппаратов. Немаловажным является и то, что во втором варианте и такие преимущества пленочных выпарных аппаратов, как более высокая величина коэффициента теплопередачи и меньшая величина повышения температуры кипения (за счет концентрации и высоты столба жидкости) пленочных выпарных аппаратов проявляются в большей степени при применении их в качестве последних корпусов выпарной установки.
Из опыта эксплуатации различных выпарных установок известно, что наименьшее нарастание цветности (ниже 20%) имеет место на пленочной выпарной установке. Цветность сиропа после комбинированной установки, состоящей из циркуляционных и пленочных аппаратов примерно на 25% лучше, чем на установке, состоящей из одних циркуляционных аппаратов, но значительно хуже, чем после выпарной установки, состоящей из одних пленочных аппаратов.
Процесс сгущения сока на выпарной установке сопровождается отложением накипи на греющей поверхности выпарных аппаратов. Накипь значительно снижает коэффициент теплопередачи, что приводит к снижению производительности оборудования, увеличению времени пребывания сока и нарастанию цветности.
В последние годы разработаны химические препараты для уменьшения образования накипи в выпарных аппаратах и вакуум-аппаратах, что очень важно для повышения качества продуктов и в конечном итоге улучшения качества сахара.
К таким препаратам относится, например, Busperse 2139, разработанный Вuckman Laboratories (США). Особенностью этого препарата, по данным разработчика, является его комплексное действие: он препятствует образованию накипи, улучшает качество производимого сахара путем снижения содержания зольных элементов в кристаллах, снижает цветность.
Препарат растворим в воде. Для предупреждения образования накипи на выпарной установке его дозировка составляет от 13...17 до 20...40 мг/кг сока.
Во избежание накипи в вакуум-аппаратах его дозировка в сироп с клеровкой составляет 10...13 мг/кг. Добавление препарата Busperse 2139 в сироп с клеровкой не только препятствует отложению на греющей поверхности вакуум-аппаратов CaSО4, но и снижает содержание оксалата кальция и сульфата кальция в сахаре.
Плотность препарата 1,12...1,16 г/мл, температура воспламенения выше 100°С. Величина рН в водном растворе концентрации 100 мг/кг 9...11.
Требования к качеству продуктов, поступающих на уваривание утфеля I кристаллизации. Смесь сиропа с клеровкой, направляемая на уваривание утфеля I кристаллизации, должна быть прозрачной, иметь рН 7,8...8,2, содержать солей кальция - 0,12...0,5% СаО к массе сиропа и иметь цветность не более 40 условных единиц (усл. ед.).
Считается, что для получения стандартного сахара цветность сиропа должна быть не выше 30 усл. ед. Исходя из приведенных выше данных на основании баланса цветности можно определить величину цветности желтого сахара II (например, при работе завода по двухпродуктовой схеме) и соответственно его клеровки.
Пусть на уваривание утфеля I кристаллизации поступает 28 кг сиропа с СВ = 60% и цветностью 30 усл.ед., и 5,5 кг желтого сахара с СВ = 98 % (в виде его клеровки).
Нужно определить, какую цветность должен иметь желтый сахар, чтобы цветность смеси сиропа с клеровкой была не выше 40 усл. ед.
Составим баланс цветности:
откуда Цвж.с = 57,5 усл. ед.
Если же цветность желтого сахара выше данной величины (для данного конкретного случая), то для получения сахара стандартного качества необходимо уменьшить цветность желтого сахара, соответственно его клеровки.
Поскольку цветность смеси сиропа с клеровкой зависит от цветности каждого из компонентов, то ее суммарную величину можно регулировать путем изменения величины одного из этих компонентов. Так, если цветность сиропа, например 45 усл. ед., то цветность желтого сахара должна быть порядка 20 усл. ед.
Из этого следует, что в том случае, когда цветность смеси выше 40 усл. ед. или требуется получить сахар-песок более высокого качества, необходима дополнительная очистка одного из компонентов смеси или их обоих.