Изучение процесса варки утфеля I продукта в вакуум - аппаратах периодического действия
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Филиал
Московского государственного университета технологий и управления
им.
К.Г. Разумовского (Первый казачий университет) в г. Мелеуз
Кафедра
"Технологии пищевых производств"
КУРСОВАЯ
РАБОТА
По
дисциплине: "Проектирование предприятий"
На
тему: "Изучение процесса варки утфеля I
продукта в вакуум - аппаратах периодического действия"
Выполнил студент 4
курса
Олейник Д.С.
Преподаватель:
Батракова Т.В.
Мелеуз
2015
Содержание
сахарный свекла сырец утфель
Введение
. Краткая характеристика предприятия
. Технологическая часть
.1 Описание продуктового отделения
.2 Продуктовый расчет отделения
.3 Расчет оборудования отделения
.4 Описание площадей
.5 Описание технологического
процесса варки утфеля I
продукта
. Индивидуальное задание
Заключение
Литература
Приложение
Введение
Сахар занимает важное место в рационе питания
человека. Примерно половина энергии, расходуемой человеком, восполняется
углеводами, из них 1/3 - сахаром. Сахар и сахаристые вещества используются и
как сырьё в кондитерской, хлебопекарной, консервной и других отраслях
промышленности, при производстве напитков, мороженого. Основным сырьём для производства
сахара являются сахарная свёкла и сахарный тростник. В мире насчитывается свыше
1500 тростниково-сахарных и около 1000 свеклосахарных заводов, в настоящее
время наблюдается тенденция к уменьшению числа предприятий за счёт роста их
суточной производительности.
Среди отраслей пищевой и перерабатывающей
промышленности России свеклосахарное производство, как известно, одно из
наиболее высокоиндустриальных и энергоёмких технологических процессов.
Являясь монопольным потребителем сахарной свёклы
(наиболее массовой технической культуры), сахарная промышленность в
значительной степени зависит от её производства, поставляя, в свою очередь,
кормовые ресурсы для животноводства.
Пожалуй, нельзя найти другой отрасли пищевой
промышленности, которая для обеспечения эффективной работы требовала бы такого
тесного взаимодействия на всех стадиях производства - от семеноводства до
выращивания, уборки и транспортировки свёклы на сахарные заводы с последующей
технологической переработкой и применением высоко аппаратурных процессов,
обеспечивающих выработку одного из важнейших продуктов питания.
Развитие сахарной промышленности на базе
отечественного сырья было и остаётся непростой задачей, требующей кроме
денежных инвестиций развития научной базы. В то же время это значительно
дешевле ввоза готового продукта или сырья для его производства. Исторически
сложившимися центрами сахарного производства в России являются Краснодарский
край и центрально-черноземный район, имеющие все необходимые климатические и
социальные условия для возделывания свёклы и производства сахара. Именно в этих
регионах сахарная промышленность в ближайшее время будет развиваться наиболее
интенсивно.
Современная оценка состояния свеклосахарного
комплекса, показывает, что проблем у российских свекловодов и сахаропроизводителей
как и во всем агропромышленном комплексе страны очень много. Главные из них -
обеспечить сырьём сахарные заводы, для первых и переработка сахарной свеклы с
наименьшими потерями, для вторых.
В сложных условиях работают
предприятия пищевой промышленности, но труднее всего приходится тем из них, кто
непосредственно связан с сельским хозяйством и обязан в максимально короткие
сроки переработать всё, что выращено сельскими тружениками.
Следует особо отметить, что
развитие свеклосахарного комплекса оказывает положительное влияние на экономику
сельскохозяйственного производства. В целом по России рентабельность
производства свёклы колеблется в разные годы от 40 до 58%, а во многих
хозяйствах, где урожайность достигла 40 и более т с гектара, рентабельность
превышает 100%.
Обеспечение сахарных заводов сырьём - это
важная, но не единственная проблема в сахарной промышленности. По техническому
уровню отечественные сахарные заводы значительно уступают зарубежным.
Коэффициент извлечения сахара из свёклы не превышает 70-72%, в то время как на
предприятиях западноевропейских сахаропроизводящих стран он достигает 82-85%.
Расход условного топлива по России составляет 5,1%, в то время как во Франции,
Германии он равен 3,1-3,3%. Такая же ситуация и с расходом технологического
известняка: Россия - 8%, Запад - 2,6-3,0. И все это, в конечном счёте,
увеличивает себестоимость производимого сахара. Главнейшие перспективы развития
сахарной промышленности России:
. Восстановление сырьевой базы сахарной
промышленности до уровня 1990 года. При этом имеется в виду не просто
восстановление всех посевных площадей, имевшихся в тот период, а лишь доведение
валовых сборов сахарной свёклы до такого уровня, который позволит полностью
загрузить имеющиеся производственные мощности свеклосахарных заводов и сделать
выработку сахара на подавляющем большинстве сахарных заводов рентабельным
производством. Практика последних лет свидетельствует о том, что даже в
условиях сокращения посевных площадей под сахарной свёклой сбор её в ряде регионов
сначала стабилизировался, а затем даже несколько возрос за счет заметного роста
сахаристости и урожайности.
. Дальнейшее развитие и совершенствование
селекционной работы в свекловодстве. Известно, что продуктивность свекловичных
плантаций в значительной мере зависит не только от почвенно-климатических
условий и уровня агротехники, но также и от генетического потенциала
используемого сорта или гибрида сахарной свёклы и качества посевного материала.
Поэтому, естественно, следует развивать и совершенствовать селекционную работу,
в частности:
создавать и внедрять в производство новые
высокопродуктивные сорта и гибриды сахарной свеклы, устойчивые к болезням и
неблагоприятным факторам среды, отвечающих требованиям интенсивной технологии,
конкурирующих по сахаристости с лучшими зарубежными аналогами;
осваивать новейшие технологии обработки семян
сахарной свёклы на семенных заводах в целях повышения качества семенного
материала, реализуемого свекловодческим хозяйствам.
. Совершенствование материально-технической базы
и технологии переработки сахарной свёклы и сахара-сырца. Применяемые на
российских сахарных заводах технологические схемы производства и имеющееся
оборудование не позволяют снижать ресурсопотребление и уменьшать вредное
воздействие производства сахара на окружающую среду. Это касается, в первую
очередь, затрат тепловой энергии, воды, известнякового камня и др. Такие
затраты, по мнению Департамента пищевой промышленности Министерства сельского
хозяйства Российской Федерации вдвое превышают аналогичные затраты на
европейских сахарных заводах. Поэтому довольно сложной является и проблема
технического перевооружения сахарных заводов с целью снижения издержек
производства и выработки рентабельной продукции. Решение этой проблемы связано
с необходимостью разработки современной технической политики на основе
достижений науки и техники.
Реконструкция и техническое перевооружение
сахарных заводов, по-видимому, тоже должны проходить поэтапно, исходя при этом
из реальных возможностей развития свекловодства в зонах свеклосеяния каждого
конкретного региона.
Техногенное воздействие сахарных заводов
наиболее отрицательно сказывается на водных ресурсах, т.к. по расходу воды на
единицу выпускаемой продукции свеклосахарная промышленность занимает одно из
первых мест в экономике страны. В связи с этим необходимы разработка и
внедрение новых схем водоснабжения, позволяющих свести к минимуму использование
в производственном цикле свежей воды и сброс сточных вод.
Для обжига известняка в печах сахарные заводы
обычно используют кокс или антрацит. В связи с нынешней дороговизной твёрдого
топлива представляется целесообразной его замена природным газом.
Наряду с выработкой сахара-песка и
сахара-рафинада необходима организация производства таких новых видов
продукции, как чистая жидкая сахароза, инвертированные сиропы, а также
различные сорта сахаров, получаемые с использованием добавок.
Всё более очевидным становится и то, что рано
или поздно наше свеклосахарное производство придется реструктурировать и
приводить в соответствие с требованиями времени.
. Снижение экологической опасности сахарного
производства. Путем использования комплекса мероприятий по совершенствованию
технологии переработки свеклы и водного хозяйства заводов, перерабатывающих
сахарную свеклу, можно достичь высокой степени эффективности и инновационной
гарантии экологической стабильности и защищенности. К числу таких мероприятий
можно отнести: использование жомопрессовой воды и конденса-
тов для получения диффузионного сока; утилизация
всего жома; утилизации всего фильтрационного осадка; создания замкнутой системы
оборота воды.
5. Совершенствование
национальной системы стандартизации и сертификации продукции сахарной
промышленности.
Наиболее стабильными регионами производства
сахарной свёклы остаются республики Башкортостан и Татарстан.
Башкортостан - один из традиционных регионов
производства сахарной свеклы.
Сегодня сырьевая зона сахарных заводов
охватывает 29 районов республики, где возделыванием "сладких"
корнеплодов занимаются 400 сельскохозяйственных предприятий. Заготовка сахарной
свеклы ведется на десяти свеклоприемных пунктах.
Республика насчитывает на своей территории
четыре сахарных завода: Мелеузовский, Чишминский, Раевский, и временно
законсервированный Карламанский.
Подъём отечественного свеклосахарного производства
на новый конкурентоспособный технический уровень - задача капиталоемкая и
сложная по многообразию накопившихся в отрасли проблем. Она может быть решена в
рамках комплексной программы технологического перевооружения сахарных заводов,
сбалансированной с темпами развития сырьевого обеспечения.
Целью курсовой работы является изучение процесса
варки утфеля I продукта в вакуум
- аппаратах периодического действия.
Основными задачами курсовой работы являются:
. Изучение процесса варки утфеля I
продукта.
. Продуктовый расчет отделения.
. Расчет оборудования.
1. Краткая характеристика предприятия
В середине 50-х годов на юге республики было
освоено новое сельхозпроизводство - выращивание сахарной свеклы. Тогда и
возникла необходимость в своем перерабатывающем предприятии. В 1958 году
строительное управление N6 треста "Салаватстрой" начало возведение
сахарного завода в городе Мелеузе, что в 220 километрах от столицы
Башкортостана города Уфы, ориентированного на переработку местного сырья. Свой
первый производственный сезон завод начал 21 октября 1960 года. 25 октября 1960
года ОАО "Мелеузовский сахарный завод" предприятие выдало первую
продукцию.
Основной целью Мелеузовского сахарного завода
является получение прибыли. Основными видами деятельностью являются:
производство и реализация сахара из сахарной
свеклы;
производство жома, мелассы;
оказание автотранспортных услуг.
Завод имеет один призаводской свеклопункт
площадью 15 га. Свеклопункт снабжен 13 кагатными, и одним центральным
гидротранспортерами.
Электроснабжение и теплоснабжение осуществляется
в период переработки сахарной свеклы и сырца от собственной ТЭЦ, в межсезонье
от городских сетей. На промышленные нужды сахарный завод использует воду
артезианских скважин расположенных в двух километрах в пойме реки Белой.
Основное производство условно делят на
отделения:
свеклоперерабатывающее - включает в себя подачу
свеклы в завод, с очисткой от примесей, изрезывание свеклы в стружку, получение
диффузионного сока.
сокоочистительное - куда входят очистка диффузионного
сока фильтрованием, сгущение сока, выпаривание, сульфитирование сока и сиропа
продуктовое - включающее уваривание утфелей,
центрифугирование сахара, сушку и упаковку сахара-песка, кристаллизацию
последнего продукта.
жомосушильное - в котором производиться сушка и
гранулирование жома.
склады готовой продукции.
склады материально-технического снабжения.
К вспомогательным цехам относятся цеха, отдел
главного механика, где выполняется ремонт оборудования, электроцех, цех КИПиА,
механическая мастерская, цех механизации и автотранспортный цех.
На Мелеузовском сахарном заводе внедрена и
действует классическая трехпродуктовая технологическая схема без аффинации
желтого сахара.
Наиболее характерными технологическими
операциями являются: подготовка свеклы к переработке; получение свекловичной
стружки; извлечения сахара из свекловичной стружки и получение диффузионного
сока; очистка диффузионного сока; выпаривание сока; уваривание и получение
белого сахара, кристаллизация утфеля последнего продукта.
Промышленная площадка сахарного завода занимает
обширную территорию, в связи счем завод имеет множественные транспортные связи,
в частности асфальтные, бетонные, грунтовые дороги, железнодорожные пути,
транспортные коммуникации.
Завод находится в трех километрах от железнодорожной
станции, что способствует удобной, своевременной транспортировке сырья, кокса,
известкового камня, оборудования, материалов, готовой продукции и других
грузов.
Свекла поступает от свекловодов Мелеузовского,
Федоровского, Кугарчинского, Куюргазинского, Стерлибашевского, Ишимбайского,
Аургазинского и Гафурийского районов, а также от НПО Мелеуз и фермерских
хозяйств этих районов с общей посевной площадью в 12,5 тысяч гектар и
урожайностью до 233 центнеров с гектара.
Мелеузовский сахарный завод украшал Доску Почету
на ВДНХ СССР целых три пятилетки! Коллективу трижды присуждались переходящие
Красные знамена ЦК КПСС и Верховного совета, совета Министров РСФСР и ВЦСПС, 17
раз - Министерства пищевой промышленности и ЦК Профсоюза.
За истекшие десятилетия на заводе переработано
13,3 млн. тонн сахарной свеклы, из которой получено 2,425 млн. тонн белого
сахара. Проведенные реконструкции позволили повысить более чем в 3 раза
среднесуточную производительность с 960 тонн в сутки в 1960 г. до 3250 тонн .
Выход сахара за этот период увеличился с 7,8% до 14,5%, а общие потери сахара
существенно снизились.
Сегодня завод работает в непростых экономических
условиях. Перед ним стоят серьезные задачи ведения эффективного, прибыльного
производства.
На заводе непрерывно ведется поиск путей и
резервов повышения эффективности и роста производства, совершенствования
технологического процесса, увеличения мощности. Реконструкция завода, внедрение
и освоение новых видов оборудования, автоматизация и механизация трудоемких процессов,
дали возможность повысить использование производственной мощности завода до 95%
и обеспечить ритмичную работу в течение всего сезона.
2. Технологическая часть
Кристаллизация сахара - завершающий этап в его
производстве. Здесь выделяют практически чистую сахарозу из многокомпонентной
смеси, которой является сироп.
В сокоочистительном отделении из диффузионного
сока удаляется около 1/3 несахаров, остальные несахара вместе с сахарозой
поступают в продуктовое отделение, где большая часть сахарозы выкристаллизовывается
в виде сахара-песка, а несахара остаются в межкристальном растворе.
Выход сахара на 75% зависит от потерь сахара в
мелассе. Потери в продуктовом отделении определяют технико-экономические
показатели завода. Качество сахара прямо связано с потерями его в мелассе.
Задачей оптимизации технологического процесса является выбор между глубоким
истощением мелассы и качеством песка.
Задача получения сахара стандартного качества
решается с помощью многоступенчатой кристаллизации с наименьшими потерями.
2.1 Описание продуктового отделения
На Мелеузовском сахарном заводе внедрена и
действует классическая трехпродуктовая технологическая схема без аффинации
желтого сахара.
В достоинство трехпродуктовой схемы можно
включить более высокий выход и высокое качество получаемого товарного продукта.
От прочих схем она отличается прямоточностью, существует один рециркуляционный
контур - возврат клеровки.
Исходным сырьем для продуктового отделения
является сульфитированная смесь сиропа с клеровкой сахаров II
продукта кристаллизации и сахара III
продукта с чистотой не менее 92%.
Из этой смеси в вакуум-аппаратах I
продукта уваривают утфель I
кристаллизации до массовой доли сухих веществ 92-93%, при этом содержание
кристаллов в утфеле составляет 55%.
Уваривание осуществляют в вакуум-аппаратах
периодического действия Ж4-ПВА, поэтому после уваривания утфель выгружается в
буферную промежуточную емкость приемной мешалки-распределителя. После выгрузки
аппарат пропаривается экстра-паром I
корпуса выпарной установки и пропарка направляется в приемную мешалку, где при
смешивании с утфелем растворяется около 2-3% кристаллов. Утфель центрифугируют
с температурой 70-75°C,
при этом используются центрифуги ВМА-1200 и Zangerhausen.
При фуговке отделяется два оттека. На первой стадии выделяется I
оттек , который направляется в сборник под центрифугой и перекачивается в
сборник перед вакуум-аппаратами, для создания запаса на уваривание утфеля II
продукта.
По окончании отделения I
оттека в ротор центрифуги подается горячая вода в количестве 3.0-3,5% по массе
сахара, проводится пробелка сахара и выделяется II
оттек утфеля I кристаллизации,
который направляется в сборник под центрифугами, а затем перекачивается в
сборник перед вакуум-аппаратами, где создается запас для уваривания утфеля II
продукта.
Разность чистоты оттеков должна быть 5-7 единиц.
После центрифуг сахар-песок влажностью 0.8-1.8%
подают виброконвейером к элеватору. Влажный сахар поднимается элеватором и
попадает в сушильную часть установки, где высушивается горячим воздухом с
температурой 105°C. Сушка
производится в прямотоке, что позволяет не превышать критическую температуру
разложения сахарозы которая составляет 85°С. Охлаждение сахара осуществляется в
противотоке, температура сахара понижается до 20°С.
Целью сушки сахара-песка является удаление
поверхностной влаги и обеспечение длительного хранения кристаллического сахара.
Высушенный и охлажденный сахар-песок подается на
виброконвейер с ситом, где отделяются конгломераты и мелкие фракции. После
рассева сахар-песок направляется в бункера, находящиеся в упаковочном
отделении, из которых затаривается в мешки, взвешивается, зашивается и
ленточным транспортером направляется в склад на хранение.
Уловленную циклонами сахарную пыль, а также
комочки сахара с виброконвейера и из сушильного барабана растворяют в очищенном
соке и подают в клеровочные мешалки.
I и II
оттеки используются для уваривания утфеля II
продукта. В процессе уваривания в начале в вакуум-аппарат забирается белая
патока и в конце зеленая патока. Утфель II
продукта уваривают до массовой доли сухих веществ 93-94%, при этом содержание
кристаллов в утфеле достигает 45%. Используют вакуум-аппараты периодического
действия Ж4-ПВА.
После уваривания утфель выгружают в приемную
мешалку. Вакуум-аппараты пропаривают экстра-паром I
корпуса, пропарку направляют в приемную мешалку, Из приемной мешалки утфель II
кристаллизации с температурой 70-75°С направляют на центрифугирование. Для
этого используются центрифуги ФПИ-1231 непрерывного действия с коническим
ротором. Оттек собирается в сборнике под центрифугами, а затем перекачиваются в
сборник перед вакуум-аппаратами, для создания запаса для уваривания утфеля III
продукта.
Желтый сахар II
продукта шнеком направляют в клеровочную мешалку, где растворяют соком II
сатурации.
Клеровка с массовой долей сухих веществ 65-72%
направляется в сборник сиропа после выпарной установки, где смешивается с
сиропом и направляется на сульфитацию, а затем используется для уваривания
утфеля I.
Из I
и II оттеков II
продукта уваривают утфель III
кристаллизации в вакуум-аппаратах Ж4-ПВА периодического действия до значения
массовой доли СВ=93-94%, при этом содержание кристаллов в утфеле 35-37%.
Дальнейшее сгущение и кристаллизация в вакумм-аппаратах невозможна, так как
вязкость утфеля становится чрезмерно высокой, но межкристальный раствор утфеля
в вакуум-аппаратах недостаточно истощен. Чистота раствора составляет 65-67%. Из
него еще можно выделить сахарозу. Истощение раствора считается нормальным,
когда чистота его уменьшается до 55-58%. т.е. для дальнейшего истощения
необходимо провести второй этап кристаллизации утфеля III
продукта методом охлаждения - для этого утфель выгружают в приемную мешалку
утфеля III продукта.
Вакуум-аппараты пропаривают экстра-паром I
корпуса выпарки, пропарка направляется в приемную мешалку и перемешивается с
утфелем. Из приемной мешалки утфель направляют в батарею кристаллизаторов с
змеевидной поверхностью охлаждения, при движении по кристаллизатору температура
утфеля уменьшается с 70°С до 35°С. За счет уменьшения растворимости сахароза
выделяется из раствора на поверхности кристаллизатора, за счет этого чистота
межкристалльного раствора уменьшается примерно на 10 единиц с 65 до 55%, а
содержание кристаллов в утфеле повышается с 35-37% до 44-48%. Из последнего
кристаллизатора утфель непрерывно подается в утфелераспределеитель. В
утфелераспределителе осуществляется подготовка утфеля III
продукта к центрифугированию методом подогрева, раскачки при подогреве с
30-35°С до 40-45°С, при раскачке температура постоянна.
Разделение утфеля III
кристаллизации осуществляется в центрифугах непрерывного действия ВМА К-2300.
При центрифугировании выделяется один оттек. Желтый сахар III
продукта выгружается и шнеком подается в клеровочную мешалку, где растворяется
с желтым сахаром II
продукта сульфитированным соком II
сатурации.
Меласса - отход производства, взвешивается и
направляется в мелассохранилище.
2.2 Продуктовый расчет отделения
Технологическая схема продуктового отделения
трехпродуктовая без аффинации желтого сахара последнего продукта. Из сиропа и
клеровок сахара II и III продуктов уваривают утфель I продукта. В результате
центрифугирования получают белый сахар и два оттека. Часть I оттека I продукта
поступает на аффинацию желтого сахара III продукта. Остальное количество I
оттека I продукта и весь II оттек поступают на уваривание утфеля II продукта. В
результате центрифугирования получают желтый сахар II продукта и два оттека II
продукта. Оба оттека и оттек от аффинации желтого сахара III продукта
направляют на уваривание утфеля III продукта. При центрифугировании получают
мелассу и неаффинированный желтый сахар III продукта. Желтый сахар III продукта
клеруют вместе с сахаром II продукта фильтрованным соком II сатурации, а
клеровку присоединяют к сиропу нетто.
Сироп получают из очищенного сока.
Принимаем, что при выпаривании теряется 0,03 кг
сахара, а содержание СВ повышается до 65%. В сиропе нетто содержится:
сахара: 16,95 - 0,03 = 16,92 кг;
сухих веществ: 
18,19кг;
несахаров: 18,19 - 16,92 = 1,27 кг.
Масса сиропа равна 
=28кг.
В процессе выпаривания удаляется воды: 119,92 -
28 = 91,92% к массе свеклы. Состав сиропа нетто:
Сх = 
60,45%;
СВ = 65%.
Чистота сиропа: Ч =
=93,0.кристаллизация
В начале производства, когда возвратов еще нет,
утфель I кристаллизации уваривают из сиропа нетто. В нем содержится: сахара
16,92кг, сухих веществ 18,19 кг, несахаров 18,19 - 16,92 = 1,27 кг.
При СВ = 92% масса утфеля равна 
Состав утфеля I кристаллизации: Сх = 
СВ = 92%.
Чистота утфеля: Ч = 
В утфеле содержится 19,77 - 18,19 = 1,58 кг
воды. Пусть при температуре 75ºС
коэффициент пересыщения межкристального раствора равен 1,06.
Растворимость сахара при этой температуре -
3,477.
Следовательно, в растворенном состоянии в утфеле
находится
1,58 ∙ 1,06 ∙ 3,477 = 5,814 кг
сахара.
В виде кристаллов в утфеле содержится сахара
16,92 - 5,814 = 11,106 кг, т.е. 
В межкристальном растворе содержится
сахара: 5,814 кг;
несахаров: 1,27 кг;
сухих веществ: 5,814 + 1,27 = 7,084 кг.
Масса его равна 7,084 + 1,58 = 8,664 кг.
Принимаем, что при центрифугировании на
кристаллах сахара остается 20% межкристального раствора, а 80% поступает в I
оттек.
В I оттеке содержится:
сахара: 5,814 ∙ 0,8 = 4,651 кг;
сухих веществ: 7,084 ∙ 0,8 = 5,667 кг;
несахаров: 1,27 ∙ 0,8 = 1,016 кг.
При спуске из вакуум-аппаратов утфель
обрызгивают водой. Расход воды составляет 0,3% к массе утфеля, т.е
Масса межкристального раствора перед
центрифугированием равна 8,764 ∙ 0,8 = 7,011 кг. Состав I оттека
(анализ):
Сх = 
;
СВ = 
;
Ч = 
Пробеливание утфеля производится водой, ее берут
3% к массе утфеля, т.е. 
Пусть при пробеливании каждым килограммом воды
растворяется 2,4 кг сахара. Часть воды остается на кристаллах сахара, который
поступает на сушку.
Принимаем, что в белый оттек поступает 68%
использованной для пробелки воды, т.е. 0,494 ∙ 0,68 = 0,336 кг. При
пробеливании растворится кристаллов 0,336×
2,4 = 0,806 кг.
Во II оттеке I продукта содержится:
сахара: (5,814 - 4,651) + 0,806 = 1,969 кг;
сухих веществ: (7,084 - 5,667) + 0,806 = 2,223
кг;
несахаров: 1,27 - 1,016 = 0,254 кг.
Масса его равна: (8,754 - 7,011) + 0,806 + 0,336
= 2,892 кг.
Состав II оттека I продукта:
Сх = 
СВ = 
Чистота оттека: Ч = 
В белом сахаре содержится 11,106 - 0,806 = 10,3
кг сахара.кристаллизация
Утфель II продукта уваривают из II и I оттеков
утфеля I продукта.
В утфеле содержится
сахара: 4,651 + 1,969 = 6,620 кг;
несахаров: 1,016 + 0,254 = 1,27 кг;
сухих веществ: 5,667 + 2,223 = 7,890 кг.
Чистота смеси оттеков, она же и
доброкачественность утфеля II продукта, составляет: Ч 
.
Содержание несахаров в утфеле на 1 кг воды
выражается уравнением
Нс =
Принимаем чистоту межкристального раствора
равной 75,7%. Тогда при коэффициенте
пересыщения 1,25
Нс 
,
где: 3,477 - растворимость сахара при
температуре утфеля.
СВ = 
Масса утфеля: 
В утфеле содержится 8,816 - 7,89 = 0,926 кг
воды, в которой растворено 1,25 ∙ 3,477 ∙ 0,926 = 4,019 кг сахара.
В виде кристаллов в утфеле содержится сахара: 6,620 - 4,019 = 2,601 кг, или
29,5% к массе утфеля
Состав утфеля II кристаллизации: Сх = 
75,1%;
СВ =93,3%.
Чистота утфеля: Ч =
83,9.
В межкристальном растворе содержится
сахара: 4,019 кг;
сухих веществ: 4,019 + 1,27 = 5,289 кг.
Масса его равна: 5,289 + 0,926 = 6,215 кг.
При спуске из вакуум-аппарата утфель опрыскивают
водой. Расход воды - 0,3% к массе утфеля, т.е. 
0,040кг.
Масса межкристального раствора перед центрифугированием равна 6,215 + 0,040 =
6,255 кг.
Принимаем, что на кристаллах после
центрифугирования остается 20% межкристального раствора, а 80% его поступает в
I оттек.
В I оттеке содержится
сахара: 4,019 ∙ 0,8 = 3,215 кг;
несахаров: 1,27 ∙ 0,8 = 1,016 кг;
сухих веществ: 5,289 ∙ 0,8 = 4,231 кг.
Масса оттека II продукта равна 6,255 ∙ 0,8
= 5,004 кг.
Состав I оттека:
Сх =
64,3%;
СВ = 
84,5%.
Чистота I оттека: Ч =
76,0.
При расходе воды на пробеливание 2% к массе
утфеля и при условии, что в каждом килограмме ее растворяется 2,4 кг сахара,
расход воды на 100 кг свеклы будет равен 
0,176кг;
в ней растворится 2,4 ∙ 0,176 = 0,422 кг кристаллов сахара.
Во II оттеке содержится
сахара: (4,019 - 3,215) + 0,422 = 1,226 кг;
сухих веществ: (5,289 - 4,231) + 0,422 = 1,480
кг;
несахаров: 1,27 - 1,016 = 0,254 кг.
Масса его равна (6,255 - 5,004) + 0,422 + 0,176
= 1,849 кг.
Состав II оттека:
Сх = 
66,3%;
СВ =
80%.
Чистота II оттека: Ч =
82,9.
Принимаем, что при центрифугировании на
кристаллах желтого сахара
остается 50% II оттека.
Во II оттеке, отделенном на центрифуге,
содержится:
сахара 
;
сухих веществ: 
0,740кг;
несахаров: 
0,127кг.
Масса его равна
0,925кг.
В желтом сахаре II продукта содержится сахара:
(2,601 - 0,422) + 0,613 =2,792 кг;
несахаров: 0,254 - 0,127 = 0,127 кг;
сухих веществ: 1,480 - 0,740 + (2,601 - 4,22) =
2,919 кг.
Масса желтого сахара равна (2,601 - 0,422) +
(1,849 - 0,925) = 3,103 кг.
Состав желтого сахара:
Сх = 
90,1%;
СВ = 
94,2%.
Чистота желтого сахара: Ч = 
95,7.кристаллизация
Утфель III продукта уваривают из I и II оттеков
II продукта. В утфеле содержится:
сахара: 3,215 + 0,613 = 3,828 кг;
сухих веществ: 4,231 + 0,740 = 4,971 кг;
несахаров: 1,016 + 0,127 = 1,143 кг.
Чистота утфеля III продукта Ч= 
77,1.
Принимаем чистоту межкристального раствора
равной 58,5.
Нс= 
2,41,
где: 3,4 - соотношение сахар:вода в
межкристальном растворе утфеля III продукта.
СВ = 
91,3%.
Масса утфеля перед центрифугированием равна 
5,444кг.
В утфеле содержится 5,444 - 4,971 = 0,473 кг
воды, в которой растворено 3,4∙0,473 = 1,608 кг сахара.
Сахара в виде кристаллов в утфеле содержится
3,828 - 1,608 = 2,22 кг, т.е. 
40,8% к массе
утфеля.
Состав утфеля перед центрифугированием:
Сх = 
70,4%;
СВ = 
93,6%.
Чистота утфеля: Ч= 
77,1.
В межкристальном растворе содержится
сахара: 1,608 кг;
сухих веществ: 1,608 + 1,143 = 2,751 кг;
Масса его равна 2,751 + 0,473 = 3,224 кг.
Принимаем, что при центрифугировании на
кристаллах остается 15% межкристального раствора, т.е.
сахара: 1,608 ∙ 0,15 = 0,241 кг;
сухих веществ: 2,751 ∙ 0,15 = 0,412 кг;
несахара: 1,143 ∙ 0,15=0,171 кг.
Масса раствора остающегося на кристаллах: 3,224 ∙
0,15 = 0,483 кг.
В желтом сахаре III содержится
сахара: 2,22 + 0,241 = 2,461 кг;
сухих веществ: 2,22 + 0,412 = 2,632 кг;
несахаров 0,171 кг.
Масса его равна 2,22 + 0,483 = 2,703 кг.
Состав желтого сахара III:
Сх =
91,2%;
СВ = 
97,4%.
Чистота его: Ч = 
93,6.
В мелассе содержится
сахара: 1,608 - 0,241 = 1,367 кг;
сухих веществ: 2,751 - 0,412 = 2,339 кг;
несахаров: 1,143 - 0,171 = 0,972 кг.
Масса мелассы равна 3,224 - 0,483 = 2,741 кг.
Состав мелассы:
Сх = 
=
50%;
СВ = 
85,5%.
Чистота мелассы: Ч = 
58,5.
Таблица. Результаты расчета продуктов
продуктового отделения в первом обороте
|
Продукт
|
Масса,
кг
|
Количество,
кг
|
Состав,
%
|
Ч
|
|
|
сахара
|
сухих
веществ
|
несахара
|
Сх
|
СВ
|
|
|
Сироп
нетто
|
28
|
16,92
|
18,19
|
1,27
|
60,4
|
65,0
|
93,0
|
|
Утфель
I продукта
|
19,77
|
16,92
|
18,19
|
1,27
|
85,6
|
92,0
|
93,0
|
|
I оттек I
продукта
|
7,011
|
4,651
|
5,667
|
1,016
|
66,4
|
81,0
|
82,0
|
|
II оттек I
продукта
|
2,892
|
1,969
|
2,223
|
0,254
|
68,1
|
77,0
|
88,5
|
|
Белый
сахар
|
10,3
|
10,3
|
10,3
|
0,00
|
100
|
100
|
100
|
|
Утфель
II продукта
|
8,816
|
6,62
|
7,89
|
1,27
|
75,1
|
93,3
|
83,9
|
|
I оттек II
продукта
|
5,004
|
3,215
|
4,231
|
1,016
|
64,3
|
84,5
|
76,0
|
|
II оттек
II
продукта
|
0,924
|
0,613
|
0,740
|
0,127
|
66,3
|
80,0
|
82,9
|
|
Желтый
сахар |II продукта
|
3,109
|
2,792
|
2,919
|
0,127
|
90,1
|
94,2
|
95,7
|
|
Утфель
III продукта
|
5,444
|
3,828
|
4,971
|
1,143
|
70,4
|
93,6
|
77,1
|
2,703
|
2,461
|
2,632
|
0,171
|
91,2
|
97,4
|
93,6
|
|
Меласса
|
2,741
|
1,367
|
2,339
|
0,972
|
50,0
|
85,5
|
58,5
|
Неучтенные потери сахара в продуктовом отделении
принимаем равными 0,1% к массе свеклы. Выход сахарозы в первом обороте: 10,30 -
0,1 = 10,20%.
Проверочный баланс сахара
Поступило сахара с сиропом, % 16,92
Получено сахара, %
в белом сахаре 10,20
в желтом сахаре II 2,272
в желтом сахаре III 2,461
в мелассе 1,367
Неучтенные потери 0,100
_______________________________________
Итого 16,92%
Клеровка желтых сахаров II и III продуктов
На клеровку поступает сахар II продукта - 3,103 ∙
1,45 = 4,5% и сахар III продукта = 3,91% к массе свеклы. Клерование
производится очищенным соком до содержания сухих веществ раствора 65%.
Необходимое для этого количество сока из баланса сухих веществ клеровки равно
Х=5,13%
На эту величину уменьшится количество сока,
поступающего на
выпаривание. С этим количеством сока в клеровку
поступает:
сахара 
0,725%;
сухих веществ 
0,777%.
Масса клеровки: 4,5 + 3,91 + 5,13 = 13,54% к
массе свеклы.
В ней содержится (в % к массе свеклы):
сахара: 3,66 + 2,792 ∙ 1,45 + 0,725 =
8,435;
сухих веществ: 3,784 + 2,919 ∙ 1,45 +
0,777 = 8,801.
Состав клеровки:
Сх = 
62,1%;
СВ = 
65%.
Чистота ее: Ч =
95,8.
Масса сиропа с клеровкой составит
28 + 13,54 - 
+
13,54 - 1,195 = 40,345% к массе свеклы.
В нем содержится (в % к массе свеклы):
сахара: 16,92 + 3,66 + 2,792 ∙ 1,45 =
24,63;
сухих веществ: 18,19 + 3,784 + 2,919 ∙
1,45 = 26,204.
Состав сиропа с клеровкой:
Сх = 
61,0%;
СВ = 
65,0%.
Чистота сиропа: Ч = 
94,0.
Такой же чистотою будет утфель I продукта при
установившемся режиме.
2.3 Расчет оборудования отделения
Вакуум аппараты
Техническая производительность вакуум-аппаратов
Ж4-ПВА периодического действия
, т/сут,
где М - масса одной вари утфеля всех аппаратов
данного продукта, т;
а - выход сваренного утфеля данного продукта, %
к массе свеклы;- длительность одного полного оборота аппарата данного продукта,
мин -
Z = Z1 + Z2;
Z2 - длительность вспомогательных операций,
мин;- длительность активной работы аппарата.
Нормативы:
|
Вакуум
аппараты
|
Чистота
увариваемых продуктов,%
|
Z₁
мин
|
Z₂
мин
|
|
Утфель
I продукта
|
94
и выше 92-93 90-91
|
145
160 195
|
15
15 15
|
|
Утфель
II продукта
|
85-87
83-84
|
275
305
|
25
25
|
|
Утфель
III продукта
|
78-77
76-75 74 и ниже
|
375
555 795
|
45
45 55
|
|
Техническая
характеристика вакуум аппарата
|
Ж4-ПВА
|
|
Полезная
емкость аппарата, мᵌ
|
28
|
|
Масса
утфеля, сваренного за одну варку, т
|
40
|
|
Рабочее
давление в паровой камере, МПа
|
0,3
|
|
Масса,
кг
|
19992
|
Вакуум аппарат I
кристаллизации
= 3602,44 т/сут,
Вакуум аппарат II
кристаллизации
= 6385,8 т/сут,
Вакуум аппарат III
кристаллизации
= 3364,5 т/сут,
Утфелемешалки
Полная вместимость утфелемешалок
V = 1,2 Vβ , мᵌ,
где Vβ
- полезная вместимость наибольшего вакуум-аппарата
соответствующего утфеля, мᵌ.
V = 1,2х40=48 мᵌ,
Полезная вместимость утфелемешалки
Vn = ƒ*V,
мᵌ.
где f - коэффициент заполнения.
Нормативы: ƒ = 0,9.
I продукт
= 0,9х48=43,2 мᵌ.
продукт
Vn =
0,9х48=43,2 мᵌ.
III продукт
Vn =
0,9х48=43,2 мᵌ.
Кристаллизаторы
Техническая производительность кристаллизаторов
горизонтального
Типа.
, т/сут,
где V - общая полная вместимость всех
кристаллизаторов, мᵌ;- коэффициент заполнения;
ρ - плотность утфеля
при температуре кристаллизации, т/мᵌ; 1,506
а - количество утфеля, % к массе свеклы;- общая
длительность кристаллизации, ч.
Нормативы: ƒ = 0,9;
при трёхкристаллизационный схеме Z = 34;
Техническая характеристика утфелемешалки: ПМК-30
Полезная вместимость, мᵌ 30
Частота вращения вала, с¯¹
0,011
Установленная мощность, кВт 4,6
Потребляемая электроэнергия, кВтч 3,1
Занимаемая площадь, м²
21,45
Габаритные размеры, мм 6100х3100х2720
Масса, кг 8200
= 2682,5 т/сут,
Утфелераспределители
Техническую характеристику утфелераспределителей
принимать по паспортным данным с учётом габарита фронта центрифуг данной группы
(с резервом) и из условия
V = (1,5 - 2,0)* Vц , мᵌ,
где V - полная вместимость утфелераспределителя,
мᵌ;ц - объём разовой загрузки утфеля в ротор центрифуг данной группы (с
резервной), мᵌ.
V = 2,0х2=4мᵌ,
Клеровочные аппараты
Техническая производительность клеровочных
аппаратов
А =
,
т/сут,
где V - полная вместимость аппарата, мᵌ;-
коэффициент заполнения;
ρ - плотность продукта,
т/мᵌ;
а - количество продукта, % к массе свеклы;-
длительность процесса, мин.
Нормативы: для клеровочного аппарата Z = 28; f =
0,9
Клеровочный аппарат II
продукта
А =
=
4906 т/сут,
Клеровочный аппарат III
продукта
А =
=
4322 т/сут,
Центрифуги
Техническая производительность центрифуг
периодического действия
, т/сут,
где М - разовая загрузка ротора всех центрифуг
данного утфеля , без учёта резервных, принимать по паспортным данным, т;
а - количество утфеля данной кристаллизации, % к
массе свеклы;
η - эксплуатационный
коэффициент;- длительность одного цикла работы центрифуги, мин.
Нормативы:
Для утфеля I кристаллизации:
при 1000 об/мин. Z = 4,0 мин;
Для утфеля промежуточной кристаллизации
Z = 8,0 мин;
Для утфелей последней кристаллизации
при 1450 об/мин:
при трёх кристаллизациях Z = 16 мин;
Для утфеля I и промежуточной
кристаллизации η = 0,9;
Для утфеля последней
кристаллизации η = 0,8.
Для утфеля I кристаллизации:
= 4728 т/сут,
Техническая производительность центрифуг
непрерывного действия
II продукта
= 2128 т/сут,
где М - часовая производительность всех
центрифуг данного утфеля, без учёта резервных, принимать по паспортным данным,
т/час;
а - количество утфеля данной кристаллизации, % к
массе свеклы.
Техническая производительность центрифуг
непрерывного действия
III продукта
= 2145 т/сут,
Виброконвейеры для сахара
Техническая производительность конвейеров для
сахара-песка под центрифугами
, т/сут,
где В
- ширина желоба конвейера, м;
а - количество сахара, % к массе
свеклы (принимать по расчету продуктов, но не менее 15 %);- средняя толщина
слоя сахара в желобе, м;
ρ - плотность
влажного сахара, 800 кг/мᶾ- скорость движения сахара u 0.21
м/с,
Нормативы: h = 0,05 м.
4682 т/сут,
Сахаросушильная установка
Техническую производительность сахаросушильной
установки принимаем по паспортным данным. А= 620т/сут.
Бункера для сахара-песка
Число бункеров следует принимать в зависимости
условий компоновки и требований посменного учёта, принимаем 4 штуки.
Техническая производительность бункеров
, т/сут,
где V - полная вместимость всех бункеров, м³;
ρ - насыпная плотность
сахара, т/м³;
а - выход сахара, % к массе свеклы ( принимать
по расчёту продуктов, но не менее 15 % к массе свеклы );
К - коэффициент запаса, с учётом неполного
заполнения объёма бункеров.
Нормативы: К = 1,4.
626 т/сут,
Установлено 4 бункера по 40 мᶾ каждый.
Весы для расфасовки в мешки сахара-песка из
бункеров
К установке принимать весы со средней
погрешностью из 10 порций не выше 0,1 %. Техническая производительность
упаковочного отделения должна обеспечить упаковку суточной выработки
сахара-песка в 2 смены (количество сахара принимать по расчёту продуктов, но не
менее 15,0 % к массе свеклы).
Техническую производительность весов принимаем
по паспортным данным. Весы Норма-Т производительностью 40мᶾ/час - 4шт
Машины для зашивания мешков
Количество зашивочных мешков принимать равным
количеству полуавтоматических весов для сахара, соответственно -4шт
2.4 Описание площадей
Продуктовое отделение I
и III кристаллизации
находится в кирпичном здании основного технологического цеха и составляет 1130
м².
Отделение включает в себя три этажа с
промежуточными площадками, на которых располагаются:
. Насосный парк, клеровочное отделение III
продукта, виброконвейер сырого сахара- отм.0,000 площадью 180м².
2. Центрифуги, утфелераспределители I
и III продуктов, бытовые
помещения, слесарная - отм. 3,400 площадью 180м².
3. Кристаллизаторы III
продукта - отм. 5,400 площадью 240м².
4. Приемная мешалка III
продукта - отм. 7,000 площадью 170 м².
5. Вакуум аппараты I
и III продуктов - отм.
11,400 площадью 360 м².
Несущую конструкцию отделения составляют
железобетонные колонны, перекрытия произведены плитами ПК, здание покрыто
мягкой кровлей, освещение естественное через остекленные окна и искусственное
светильниками, имеется центральное отопление и коммуникации холодного и горячего
водоснабжения.
Площадка вакуум-конденсаторов находится с торца
здания вне помещения и представляет собой сборную металлоконструкцию с
лестницами.
Здание II
продукта площадью 1242м² пристроено
к отделению I и III
продукта и основному технологическому цеху, представляет собой несущую
металлоконструкцию с закрепленными на ней железобетонными плитами с
промежуточными площадками на которых распологаются:
. Насосный парк, сборники, клеровочная
мешалка - отм.0,00 площадью 492 м².
2. Центрифуги - отм. 4,200 площадью 180м².
3. Приемная мешалка - отм. 7,200 площадью
210м².
4. Вакуум - аппараты, сборники оттеков -
отм. 13,200 площадью 360 м².
Перекрытия произведены плитами ПК, здание
покрыто мягкой кровлей, освещение естественное через остекленные окна и
искусственное светильниками.
.5 Описание технологического процесса варки
утфеля
Процесс кристаллизации имеет большое значение в
сахарной промышленности, т.к. без кристаллизации невозможно получить сахар в
чистом и удобном для применения виде. Кристалл является наиболее
высокоорганизованным представителем неживой природы. Он характеризуется тем,
что его атомы расположены в строгом пространственном порядке. Расстояние между
атомами в кристалле являются постоянными и характерными для этого вещества.
Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: возникновение кристаллов и рост
их до необходимого размера. Если процесс образования кристаллов протекает
быстро и непрерывно, то в осадок выпадает большое число мелких кристаллов. Если
же в начале процесса образуется небольшое число центров кристаллизации и в
дальнейшем процесс протекает без дополнительного образования новых центров, то
осадок будет состоять из крупных однородных кристаллов.
При периодическом проведении процесса, если
желательно получить однородные по величине кристаллы, целесообразно
образовывать, как можно больше центров кристаллизации в начальный момент.
Образование центров кристаллизации можно достигнуть путем добавления в
кристаллизатор с насыщенным или перенасыщенным раствором необходимого
количества зародышей, чаще всего виде раздробленных кристаллов. Зародыши могу
образовываться на месте в ходе процесса. Новые центры кристаллизации могут
возникать различными путями.
.Образование центров кристаллизации в результате
истирания кристаллов находящихся в растворе. При сильном перемешивании
кристаллизующейся жидкости от кристаллов могут отламываться не большие куски;
дробление кристаллов может также происходить в результате растрескивания под
влиянием нагрева. Куски и обломки кристаллов быстро восстанавливают свою первоначальную
форму, являются, таким образом, центрами кристаллизации.
.Образование центров кристаллизации в результате
механического воздействия.
Энергичное перемешивание, соударения кристаллов
в растворе друг с другом или со стенками кристаллизатора, с паровой камерой
также могут вызвать образование новых центров.
. Образование центров кристаллизации в
результате затравочного влияния кристаллов, уже находящихся в растворе. Этот
метод кристаллообразования является, по-видимому, наиболее важным для практики.
. Образование центров кристаллизации в
ограниченных зонах раствора в результате локального изменения концентрации.
Например, отвод тепла через стенку сосуда приводит к возникновению
температурных градиентов вблизи них, что способствует пересыщению раствора;
последнее, в свою очередь, ускоряет процесс образования зародышей. Сильному
пересыщению концентрации вблизи поверхности раствора и образованию центров
кристаллизации способствует и процесс испарения. Процессы образования
кристаллов в результате истирания, локального понижения температуры и
концентрации раствора нужно по возможности подавлять. Влияние механического
воздействия перемешивающих устройств на кристаллизацию зависит от скорости
перемешивания, числа и размера кристаллов. Перемешивание необходимо проводить
без значительных динамических нагрузок на образовавшиеся кристаллы сахара.
Перемешивание оказывает значительно более важный эффект - эффект затравки. Так,
например, повышение скорости перемешивания способствует более однородному
распределению кристаллов в растворе, что, в свою очередь, увеличивает их
затравочное воздействие. Перемешивание повышает скорость образования центров
кристаллизации больше, чем скорость роста кристаллов. В большинстве случаев
промышленного ведения процессов кристаллизации для получения однородного
продукта используют растворы с затравкой. Затравка вносится в момент, когда
концентрация раствора достигнет определенного пересыщения ,соответствующая
образованию новых зародышей. После первого внесения в раствор затравки, следует
избегать дальнейшего образования центров кристаллизации в процессе роста
кристаллов. Это дает возможность получить однородные по величине кристаллы.
Скорость осаждения кристаллического материала
зависит от поверхности растущих кристаллов и от степени пересыщения раствора.
Эта скорость должна быть равномерной по всему объему кристаллизатора и
соответствовать скорости удаления растворителя, чтобы степень пересыщения
оставалась ниже точки интенсивного образования центров кристаллизации. Рост
кристаллов и образование центров кристаллизации идут одновременно и
продолжаются на протяжении всего цикла работы вакуум-аппарата. При малых
степенях пересыщения раствора рост кристаллов будет проходить быстрее, чем
образование зародышей, хотя скорость обеих процессов будет оставаться низкой.
Эти процессы в значительной мере зависят от таких факторов, как скорость
перемешивания, температура, концентрация, размер и число кристаллов,
присутствующих в растворе, наличие примесей и образование центров
кристаллизации на поверхностях раздела. Обычно стремятся обеспечить
максимальную скорость роста кристаллов, совместимую с низкой скоростью
образования центров кристаллизации. Такой процесс проводят при степенях
пересыщения, близких к зоне резкого возрастания скорости образования центров
кристаллизации, т.е. приблизительно там, где на кривой скорости образования
центров кристаллизации указана точка В (смотри рис. 1).Однако не всегда выгодно
работать при таких условиях, т.к. другие факторы могут оказаться более важными.
При степенях пересыщения, соответствующих
быстрому возрастанию скорости образования зародышей, имеется тенденция к
агломерации, кристаллы значительно менее прочные по сравнению с кристаллами,
полученными при производительности, отвечающей меньшей степени пересыщения.
Рассмотрим процесс варки утфеля первого продукта
в вакуум - аппарате периодического действия Ж4-ПВА.
При заполнении до 50-55 % объема (уровня) в
вакуум - аппарате идет интенсивная циркуляция, теплопередача и процесс уваривания
в это время можно назвать оптимальным. Температура утфеля в нижней и верхней
части вари имеет близкую по значению величину, перепад составляет не более 5ºC
и
колеблется от 73 ºC ( низ вакуум -
аппарата) до 68 ºC( верхняя
часть утфеля). Разрежение верхней части вакуум - аппарата составляет( - 0,8
атм). Скорость кристаллизации невысокая (1500-2000мг(мин./м2). Вязкость
сравнительно высокая и не отличается большой разницей по высоте вари. В это
время идет процесс первой стадии наращивания кристалла сахара.
При увеличении уровня вари выше 70 % параметры
утфеля и процессы начинают резко меняться.
Циркуляция утфеля верхней части ухудшается.
Скорость движения утфеля в верхней части постепенно сокращается и становится
равной 0,5 см/сек. (см. рис. 5)
За счет повышения гидростатического давления,
снижения циркуляции и теплопередачи увеличивается разность температур утфеля в
верхней и нижней части вакуум - аппарата. Температура утфеля в нижней части и
по всей высоте паровой камеры составляет 98 ºC,а
в верхней части вари температура становиться равной 68 ºC
(см.
рис. 2).
Вязкость утфеля в верхней части при температуре
68 ºC
становится
максимальной, коэффициент пересыщения межкристального раствора равняется 1,5
В зоне паровой камеры при температуре 98 ºC
вязкость
утфеля снижается, скорость кристаллизации резко возрастает до
4000мг(мин./м2).Здесь коэффициент пересыщения находится в пределах
1,04-1,06.(см. рис. 3 и рис.4)
Здесь идет образование "муки" т.к.
скорость кристаллизации очень большая, а поверхность образовавшихся ранее
кристаллов еще не велика.
В верхней части вакуум - аппарата за счет того,
что температура утфеля снижается с 98 ºC до
68 ºC,
коэффициент
пересыщения возрастает с 1,04 до 1,5, идет интенсивный процесс образования
"муки".
Циркуляцию утфеля можно разделить на две части:
· 70% в зоне паровой камеры за счет
интенсивного кипения (подъем через кипятильные трубы и опускание через
циркуляционную трубу, и кольцевое пространство между паровой камерой и
корпусом)
Здесь скорость подъема утфеля составляет 20 см./сек.,
а опускание по циркуляционной трубе - 35 см./сек
· 30% в верхней зоне вакуум аппарата
за счет теплового напора и разрежения в верхней части вакуум- аппарата. Здесь
скорость подъема утфеля выше уровня 70 % постепенно снижается и составляет в
верхней части аппарата- 0,5 см./сек.
В верхней части вакуум-аппарата идет выделение
пара из утфеля, утфель густеет, вязкость увеличивается, циркуляция снижается.
Для улучшения процесса циркуляции и снижения
пересыщения приходится добавлять в утфель аммиачную воду.
Только в верхней части вари происходит
интенсивное выделение тепла и пара из утфеля. Чтобы это компенсировать
приходится производить раскачку утфеля.
Чем хуже циркуляция утфеля в аппарате и больше
разница температур утфеля в верхней и нижней части, тем больше надо воды на
раскачку утфеля, а следовательно и пара на выпаривание этой воды.
Здесь получается замкнутый круг.
Без раскачки утфеля, будет образовываться "
мука", а это самый "неприятный" процесс для аппаратчика, т.к.
утфель с большим количеством "муки" будет плохо фуговаться.
Процесс раскачки утфеля первого продукта идет в
течение второй половины вари и продолжается 1-1,5 часа.
При уровне в 85-90% вводят белую патоку. Белая
патока, нагретая до 80-83 ºC имеет
значительное количество "муки" и мелких кристаллов сахара, которые
будут также ухудшать гранулометрический состав утфеля. Аппаратчик с целью
улучшения циркуляции держит вентиль пара максимально - открытым, т.к. пар
является главным двигателем процесса циркуляции наряду с максимальным
разряжением в вакуум - аппарате.
Поэтому и приходится добавлять воду в утфель для
растворения "муки" , чтобы получить ровный кристалл сахара. Иного
пути получения более- менее равномерного кристалла сахара при традиционном
методе варки утфеля - нет. Все это увеличивает расход пара в 1,5-2,5 раза.
Время варки также увеличивается на 40 мин. Необходимо нагревать белую патоку
дотемпературы 90-95ºC ,что
позволяет сократить водные раскачки.
На рис. 2-5-(→) - движение утфеля в вакуум
- аппарате.
3. Индивидуальное задание
Развитие сахарной промышленности требует
внедрения в производство достижений науки и техники, совершенствования,
интенсификации и оптимизации технологических процессов, разработки нового
высокопроизводительного оборудования и систем автоматического управления,
повышения технического уровня и эффективности производства. Возрастающий
технический уровень развития сахарной промышленности ставит перед работниками
производства, научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций
важные задачи.
Одной из основных задач сахарного производства
является получение качественного сахара в процессе кристаллизации в
вакуум-аппаратах. Наряду с созданием высокоэффективных вакуум-аппаратов
непрерывного действия для уваривания утфелей первой и последующих
кристаллизации необходимо продолжать работы по интенсификации процессов тепло -
и массообмена в аппаратах периодического действия, которыми оснащены все
сахарные заводы страны, а также по созданию вакуум-аппаратов большой единичной
мощности.
Движущей силой тепло - и массообмена в процессе
кристаллизации является разность температур и соответствующая ей разность
концентраций между равновесной и необходимой концентрацией, обеспечивающей
процесс массообмена.
При анализе процессов тепло - и массообмена
необходимо учитывать три условия:
условия существования жидкой, кристаллической и
паровой фаз;
рабочие условия, определяемые путем задания
начальных и конечных концентраций увариваемого продукта и его количеством;
кинетику кристаллизации.
Одновременный учет этих условий позволяет
выбрать рациональную конструкцию вакуум-аппарата и определить его размеры, а
также интенсифицировать процесс тепло - и массообмена в существующих
конструкциях аппаратов. Гидродинамическая обстановка, создаваемая в процессе
кристаллизации, в свою очередь зависит от конструктивных особенностей аппарата
и налагает определенные условия на геометрические соотношения определяющих
размеров. Поэтому, если два первых условия процессов тепло - и массообмена
могут быть рассмотрены вне связи с конструктивными особенностями аппарата, то
последнее условие - кинетика кристаллизации - должно непосредственно
увязываться с конкретной конструкцией аппарата.
Кинетика процесса кристаллизации отражает
скорость протекания процесса в заданных условиях и позволяет определить
коэффициенты массопередачи, которые зависят от гидродинамической обстановки
процесса, теплофизических свойств сахарных растворов и утфелей, т. е. от макро
- и микрокинетических характеристик процесса.
Сравнение различных способов интенсификации
процессов тепло - и массообмена должно производиться на основе одновременного
учета массообменных, теплообменных и гидродинамических характеристик с
экономической оценкой того или иного метода интенсификации.
Продуктовое отделение, как самый мощный
потребитель тепловой энергии на сахарном заводе, с учетом постоянного роста
стоимости топлива, вынуждает применять более экономичные тепловые схемы и
соответствующие вакуум-аппараты. Суть заключается в том, чтобы перенести
большую долю выпаривания воды на выпарную станцию, доведя содержание сухих
веществ в сиропе до 72% и выше, а при уваривании в вакуум-аппаратах
использовать пар более низкого потенциала. Но при этом интенсивность испарения
в вакуум-аппаратах снижается и естественная циркуляция становится недостаточной
для удовлетворительного перемешивания утфеля, что является необходимым для
процесса кристаллизации. Недостаточную естественную циркуляцию в современных
вакуум-аппаратах компенсируют установкой механических циркуляторов различных
конструкций, увеличением удельной поверхности нагрева и уменьшением уровня
утфеля над греющей камерой. Поэтому новые вакуум-аппараты имеют отличные от
старых соотношения геометрических размеров и другие конструктивные особенности.
Рассмотрим процесс циркуляции утфеля в вакуум
аппаратах различной конструкции
На рисунке 6. изображено распределение потоков
утфельной массы в традиционном вакуум аппарате с подвесной паровой камерой.
(1)-Зона пониженной циркуляции утфеля, которая
составляет 30% от общего объема вари утфеля. Утфель имеет температуру 68 С,
коэффициент пересыщения α=1,5 , здесь
идет процесс интенсивного образования мелких кристаллов сахара (муки).
(2)-Зона повышенной температуры и
кристаллизации, составляет 70 % объема вари утфеля. Температура утфеля в этой
зоне-98ºС,
здесь также идет образование мелких кристаллов сахара.
На рисунке 7. Зона пониженной циркуляции утфеля
(1) составляет 20% от общего объема вари утфеля. На рисунке 7,8. Зона
интенсивной циркуляции утфеля (2). Здесь скорость движения утфеля за счет
циркуляции достегает 6м/сек.
В этой зоне возможно дробление кристаллов
сахара, которые могут являться новыми центрами кристаллизации. Эта зона
составляет 5-10%. На рисунке 7. Зона циркуляции (3) составляет 70- 75% от общей
массы вари. В этой зоне процессы циркуляции и кристаллизации приближаются к
оптимальным, но еще далеки до идеальных.
Предлагается внедрить вакуум-аппараты ТВА-40 с
механическими циркуляторами производства компании "Техинсервис".
При этом методе циркуляция утфеля в верхней
части увеличится в 4 раза по сравнению с традиционным методом. Температура
утфеля будет находится в пределах от 85ºC до
90 ºC
(для
утфеля первого продукта) и 80-85ºС
( для утфеля второго продукта) , т.е. перепад температур уменьшится в 6 раз по
сравнению с традиционным методом (см. рис. 2),
Скорость кристаллизации будет находиться в
пределах 2500 -2750мг. мин./м2, что является оптимальной скоростью
кристаллизации сахара для утфеля первого продукта (см. рис. 3)
Коэффициент пересыщения будет находиться в
пределах 1,04-1,1, что позволит исключить пересыщение межкристального раствора
и исключить раскачки утфеля. (см. рис. 4)
Скорость движения утфеля в верхней части за счет
работы циркулятора и упорядочения движения утфеля возрастет в 6 раз (с 0,5 до 3
см./сек). За счет работы механического циркулятора, возможно сокращение подачи
пара в вакуум- аппарат и снижение разряжения до (-0,6 ати). При этом повысить
температуру утфеля в верхней части аппарата до 85 ºC,
добиться увеличения скорости кристаллизации в 1,5- 1,8 раза и сократить
чрезмерно высокую скорость кристаллизации в нижней части вакуум - аппарата (с
3500до 2500) в 1,5 раза.
За счет внедрения вертикальной циркуляции утфеля
в вакуум- аппаратах первого и второго продукта увеличится выход
кристаллического сахара из утфеля первого продукта на 10 % .
Снизится содержание сахара в кормовой патоке.
Вертикальный метод циркуляции утфеля позволяет производить варку утфеля первого
продукта на густых сиропах с СВ до 74 %,т.к. исключаются из работы зоны
повышенной кристаллизации.
Снизится расход топлива.
Суммарный экономический эффект по внедрению
метода вертикальной циркуляции превышает стоимость затрат в 4 раза.
Внедрение вакуум - аппаратов с вертикальной
циркуляцией утфеля позволит обеспечить перевод работы продуктового отделения по
схеме с двумя продуктами, при этом возможно получить "нормальную"
кормовую патоку.
Применение механических циркуляторов кроме
энергетических преимуществ, дает технологические улучшения: большая
равномерность и процентное содержание кристалла в утфеле, возможность снизить
скорость испарения в начальной стадии кристаллизации, для достижения стабильных
результатов без водных подкачек при автоматизированной варке, переход в
перспективе на непрерывную варку и другие.
Попытки оборудовать существующие вакуум-аппараты
механическими циркуляторами без существенных переделок для большинства типов
аппаратов реальных результатов не дают.
Таким образом, внедрение экономичных тепловых и
технологических схем в продуктовых отделениях действующих сахарных заводов
может осуществляться заменой вакуум-аппаратов на новые, либо кардинальной
реконструкцией существующих.
Фирма 'Техинсервис' разработала и освоила
производство типоразмерного ряда вакуум-аппаратов марки ТВА на 15, 40 и 60 т
утфеля с механическими циркуляторами. Аппарат ТВА-40 специально разработан для
утфелей первого, второго, и третьего продуктов. Отличительной особенностью этих
аппаратов является принцип блочной конструкции, позволяющей без ограничений по
габаритам транспортировать аппараты автомобильным транспортом к месту
назначения. Кроме того, этот принцип дает преимущества при монтаже аппаратов на
действующем предприятии.
Вакуум-аппарат марки ТВА-40 является аппаратом
периодического действия и предназначен для уваривания утфелей из сиропа и/или
оттеков методом выпаривания растворителя (воды) под разрежением.
Вакуум-аппарат состоит из цилиндрического
вертикального корпуса (1) с конической верхней частью, встроенной трубчатой
паровой камеры (2) с центральной циркуляционной трубой (3), блюдцеобразного
днища (4), механического шестилопастного циркулятора (5), снабженного
мотор-редуктором с электроприводом (6), который устанавливается на верхней
части ловушки-сепаратора (7). Без фланцевое исполнение корпуса обеспечивает надежное
поддержание требуемого вакуума в аппарате при работе. Поступающие на уваривание
сироп/оттеки подаются в кольцевой коллектор в днище аппарата, из которого
поступают в утфельное пространство аппарата. В нижней части днища установлено
устройство для выгрузки уваренного утфеля. Паровая камера снабжена патрубками
для подвода пара в межтрубное пространство, оттяжками для отвода
неконденсирующихся газов (аммиачная оттяжка), патрубками для отвода конденсата.
Ловушка-сепаратор оснащена патрубком для подключения аппарата к вакуумной
магистрали. Наблюдение за процессом варки ведется через смотровые стекла.
Снаружи на корпусе размещаются пробный кран, люк (лаз), патрубки для подвода
пропарки, имеются штатные места для установки приборов КИПиА.
Разработанные аппараты имеют большую удельную
поверхность нагрева, позволяют получать более качественный товарный сахар и
способствуют достижению хороших энергетических показателей сахарного завода.
Преимущества вакуум-аппаратов ТВА с механическими
циркуляторами:
• Возможность использования пара более низкого
потенциала (-0,1÷0,35 кгс/см²),
уваривание
сиропа с СВ>70%;
• Достижение высокого процентного содержания
кристалла в утфеле;
• Возможность сокращения времени варки ~ на 30%;
• Возможность непрерывной варки.
Заключение
Среди отраслей пищевой и перерабатывающей
промышленности России свеклосахарное производство, как известно, одно из
наиболее высокоиндустриальных и энергоёмких технологических процессов.
Развитие сахарной промышленности на базе
отечественного сырья было и остаётся непростой задачей, требующей кроме
денежных инвестиций развития научной базы.
Современная оценка состояния свеклосахарного
комплекса, показывает, что проблем у российских свекловодов и
сахаропроизводителей как и во всем агропромышленном комплексе страны очень
много. Главные из них - обеспечить сырьём сахарные заводы, для первых и
переработка сахарной свеклы с наименьшими потерями, для вторых.
Основное производство на Мелеузовском сахарном
заводе условно делят на отделения:
свеклоперерабатывающее - включает в себя подачу
свеклы в завод, с очисткой от примесей, изрезывание свеклы в стружку, получение
диффузионного сока.
сокоочистительное - куда входят очистка
диффузионного сока фильтрованием, сгущение сока, выпаривание, сульфитирование
сока и сиропа
продуктовое - включающее уваривание утфелей,
центрифугирование сахара, сушку и упаковку сахара-песка, кристаллизацию
последнего продукта.
Кристаллизация имеет большое значение в сахарной
промышленности, т.к. без кристаллизации невозможно получить сахар в чистом и
удобном для применения виде.
Процесс кристаллизации состоит из двух стадий:
возникновение кристаллов и рост их до необходимого размера. Если процесс
образования кристаллов протекает быстро и непрерывно, то в осадок выпадает
большое число мелких кристаллов. Если же в начале процесса образуется небольшое
число центров кристаллизации и в дальнейшем процесс протекает без
дополнительного образования новых центров, то осадок будет состоять из крупных
однородных кристаллов.
Движущей силой тепло - и массообмена в процессе
кристаллизации является разность температур и соответствующая ей разность
концентраций между равновесной и необходимой концентрацией, обеспечивающей
процесс массообмена.
При анализе процессов тепло - и массообмена
необходимо учитывать три условия:
условия существования жидкой, кристаллической и
паровой фаз;
рабочие условия, определяемые путем задания
начальных и конечных концентраций увариваемого продукта и его количеством;
кинетику кристаллизации.
Одновременный учет этих условий позволяет
выбрать рациональную конструкцию вакуум-аппарата и определить его размеры, а
также интенсифицировать процесс тепло - и массообмена в существующих
конструкциях аппаратов.
Рассмотрев процесс циркуляции и массообмена утфеля
в вакуум - аппаратах различной конструкции, сделаем выводы что, за счет
внедрения вертикальной циркуляции увеличится выход кристаллического сахара из
утфеля первого продукта на 10 % , так как скорость движения утфеля в верхней
части возрастет в 6 раз (с 0,5 до 3 см./сек).
За счет работы механического циркулятора,
возможно сокращение подачи пара в вакуум- аппарат и снижение разряжения до
(-0,6 ати). При этом повысить температуру утфеля в верхней части аппарата до 85
ºC,
добиться увеличения скорости кристаллизации в 1,5- 1,8 раза и сократить
чрезмерно высокую скорость кристаллизации в нижней части вакуум - аппарата (с
3500до 2500) в 1,5 раза.
В связи с вышеизложенным предлагается
предлагается провести техническое перевооружение на Мелеузовском сахарном заводе
с заменой вакуум-аппаратов периодического действия с естественной циркуляцией
на вакуум-аппараты периодического действия с механическим циркулятором марки
ТВА-40 разработанные фирмой 'Техинсервис' специально для утфелей первого
продукта.
Преимущества вакуум-аппаратов ТВА с
механическими циркуляторами:
• Возможность использования пара более низкого
потенциала (-0,1÷0,35 кгс/см²),
уваривание
сиропа с СВ>70%;
• Достижение высокого процентного содержания
кристалла в утфеле;
• Возможность сокращения времени варки ~ на 30%;
• Возможность непрерывной варки.
Литература
1. Бугаенко И.Ф., Тужилкин В.И.
Общая технология отрасли.
2. Славянский А.А. Сахар:
назначение, свойства и производство. - М.: МГУТУ, 2012. - 215 с.
3. Славянский А.А.
Проектирование предприятий отрасли. - М.: "Форум", 2009. - 318 с.
. Славянский А.А., Малкина
В.Д. Технология известково-углекислотной очистки диффузионного сока и её
совершенствование в свеклосахарном производстве. -М.: ООО "Полиграф",
2008. - 190 с.
. Славянский А.А., Щеренко А.П.,
Орехова И.С. Расчет теплопотребления свеклосахарного завода и подбор основного
теплоиспользующего оборудования. - М.: МГУПП, 2008. - 118 с.
Дополнительная литература
1. Славянский
А.А., Щеренко А.П., Орехова И.С. Расчет теплопотребления свеклосахарного завода
и подбор основного теплоиспользующего оборудования. - М.: МГУПП, 2008. - 118 с.
2. Журналы:
"Пищевая промышленность", "Хранение и переработка
сельхозсырья", "Масложировая промышленность", "Сахар".
. Ресурсы internet.
Приложение 1
Вакуум-аппарат типа Ж4-ПВА
-конусное днище. 4- верхняя часть 7-корпус
10-паровая камера 13-циркуляционная труба
-опоры 5-подвод пара 8-ловушка 11-подача
продуктов 14-оттяжка
-Смотровое окно 6-воздушник 9-подвод пара
12-рорванд 15-клапан 16-спуск конденсата