CC BY
108
664.123.6.034.6
НАКЛОННЫЙ ДИФФУЗИОННЫЙ АППАРАТ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАГРЕВОМ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ
Е.Г. СТЕПАНОВА, ТВ. МГЕБРИШВИЛИ, С.Ю. МИНЕНКО
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: k-mapp@kubstu. гы
Доказана необходимость интенсификации процесса экстрагирования сахара путем предварительного нагрева свекло -вичной стружки в специальной секции диффузионного аппарата. Приведен анализ тепловых режимов проведения экс -трагирования в аппаратах наклонного типа. Описана конструкция модернизированного аппарата, которая может быть использована на типовом сахарном заводе.
Ключевые слова: экстрагирование сахара, секция ошпаривания, электрохимический активатор, диффузионный сок.
Экстрагирование сахара из свекловичной стружки - сложный нестационарный процесс, находящийся под влиянием ряда технологических, эксплуатационных, конструктивных параметров [1, 2]. В настоящее время на большинстве сахарных заводов России применяют -ся наклонные диффузионные аппараты (НДА), в которых подогрев стружки осуществляется неэффективно, что снижает выход сахара за счет повышения неучтенных потерь в производстве и потерь сахара в жоме, образования застойных зон и «пробок» в аппарате, сокращения времени активной диффузии [3-5].
При выполнении работ по гранту РФФИ № 08-08-99072 поставлены следующие задачи:
оснащение НДА дополнительным питающим устройством для быстрого (в течение 3 мин) подогрева стружки до температуры 60°С предварительно подготовленным электроактивированным водным раствором;
установка дополнительной трубы для подачи воды со стороны откачки сока на сито и снижения нагрузки на верхние приводы аппарата.
Проанализированы конструктивные схемы существующих диффузионных аппаратов, выявлены недостатки при их эксплуатации, изучен производственный опыт использования НДА. На основе проведенных работ в конструкцию аппарата ПДС внесены изменения. Предложено дооснастить НДА питающим двухшнековым устройством для быстрого нагрева стружки до температуры денатурации протоплазмы свекловичной ткани. Дополнительно в проекте решался вопрос о повышении надежности работы питающего устройства за счет упрощения конструкции и снижения металлоемкости путем уменьшения его габаритов.
Модернизированный диффузионный аппарат имеет питающее устройство, корпус которого выполнен в виде наклонного двухжелобчатого корыта, установленного под углом 20-25° к горизонту для обеспечения высокой скорости взаимодействия фаз. Выгрузочное отверстие для нагретой стружки выполнено в виде окна в днище приподнятой части корпуса. Уровень сока в секции подогревателя повышается и соответствует его
заполнению на 73-77% (до выгрузочного окна). При установке перед выгрузочным отверстием двух порожков высотой 1/2-1/3 радиуса шнека уровень жидкости в подогревателе повышается и будет соответствовать 83-87% заполнения его соком. При перемещении стружки вверх по желобу в сторону выгрузочного отверстия жидкость будет увлекаться шнеками и стружкой по ходу движения, фактическая наполняемость подающего устройства жидкостью будет 93-97%, т. е. близкой к 100%. Наличие порожка перед выгрузочным отверстием уменьшает площадь поперечного сечения для прохода стружки. Это может привести к некоторой ее подпрессовке и отжатию сока из стружки, который будет стекать обратно в подогреватель. Лишь небольшое количество сока на поверхности стружки из питателя попадает внутрь аппарата. Поэтому в питающее устройство подается около 3-5% подогретого диффузионного сока для компенсации тепловых потерь. За счет этого откачка сока составляет 123-125% при нормативном показателе 120%. Избыток сока 3-5% отбирается, нагревается в решефере и направляется в питающее устройство для подогрева стружки, а в производство откачивается 120% сока.
На рис. 1 изображена схема диффузионной уста -новки с устройством для подачи и нагрева стружки. На рис. 2 показан общий вид и поперечный разрез предлагаемого устройства.
Свекловичная стружка подается транспортером 1 в загрузочное устройство нагревателя 2. Сюда же подается 3-5% нагретого диффузионного сока. Подогретая стружка после нагревателя поступает в диффузионный аппарат 3.
Нагреватель свекловичной стружки состоит из корпуса 4 с паровой рубашкой 5, крышки 6, на которой размещается загрузочный бункер 7 с патрубками 8 для подачи раствора, двух параллельных шнеков 9 и 10, двух приводов 11, двух порожков 12 и двух рыхлителей 13, расположенных в выгрузочном устройстве 14. Каждый шнек установлен на двух опорах, размещенных в торцевых стенках нагревателя. Шнеки вращаются в противоположные стороны.
Рис. 1
Рис. 2
Нагреватель работает следующим образом. Стружка поступает в нагреватель через загрузочный бункер 7 сверху. Сюда же через патрубок 8 подается диффузионный сок в количестве, необходимом для компенсации уменьшения его количества в результате уноса на поверхности стружки, уходящего из нагревателя через выгрузочное устройство 14. После загрузочного бункера 7 стружка погружается в жидкость, находящуюся в подогревателе, и перемещается шнеками 9 и 10, вращающимися в противоположные стороны, вдоль корпуса 4 по направлению к порожкам 12. В паровую камеру 5 подается пар. Конденсируясь, пар передает тепло через стенку корпуса 4 к сокостружечной смеси, находящейся в подогревателе, чем обеспечиваются наиболее благоприятные условия теплопередачи. Шнеки 9 и 10, приводимые во вращение от двух индивидуальных приводов, и вращающиеся навстречу друг другу, обеспечивают перемещение стружки вдоль корпуса к порожкам 12. При прохождении порожков 12 стружка выходит из сока, а в результате уменьшения площади поперечного сечения подогревателя в этом месте происходит некоторый отжим жидкости от стружки, жидкость возвращается в подогреватель, а частично вместе со стружкой направляется в диффузионный аппарат. После прохождения порожка 12 стружка попадает в выгрузочное устройство 14, где вместо шнека на валу расположена лопасть рыхлителя 13 для облегчения высыпания стружки из нагревателя в диффузионный аппарат.
Предварительный нагрев свекловичной стружки в предлагаемом устройстве за пределами диффузионного аппарата от температуры 0-15°С до температуры 55-60°С способствует интенсификации процесса экстракции сахарозы в головной части диффузионного аппарата за счет увеличения активного пути диффундирования в самом диффузионном аппарате. Это позволит снизить потери сахара в жоме, а также увеличить производительность диффузионного аппарата. Подогретая стружка, поступая в диффузионный аппарат и соприкасаясь с горячим диффузионным соком перед ло-
бовым диффузионным ситом, охлаждает его до температуры 45-50°С, а не до 30°С, как указано в [6-9], и при этом сама быстрее нагревается до температуры плазмолиза . Таким образом, активная зона экстракции увеличивается, что уменьшает потери сахара в жоме и приводит к увеличению выхода сахара.
На наш взгляд, преимущества предлагаемого нагревателя по сравнению с существующими [1, 3] состоят в следующем:
предлагаемое устройство весьма компактно, так как полностью заполнено сокостружечной смесью, благодаря чему максимально используется внутренний объем;
транспортный орган - два шнека, вращающихся в противоположных направлениях, - прост по конструкции и надежен в работе;
привод более простой по сравнению с существующими аналогами и представляет из себя 2 одинаковых мотор-редуктора, по одному на каждый шнек;
в устройстве не нужно фильтрующее сито, что значительно упрощает его конструкцию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Силин П.М. Технология свеклосахарного и рафинадно-го производства. - М.: Пищепромиздат, 1958.
2. Иванов С.З. К 100-летию диффузионного способа извлечения сахара из свеклы // Сахарная пром-сть. - 1964. - № 8. -С. 10-16.
3. Полищ ук Н.К. Работа диф фузио нной устано вки А1-ПДС-20 // Сахарная пром-сть. - 1980. - № 4. - С. 31-32.
4. Гребенюк С .М. Некоторые вопр осы те хноло гии пр и эксплуатации диффузионного аппарата DdS-20 // Сахарная пром-сть. -1979. - № 4. - С. 25-27.
5. Лупашенко В.А. Влияние качества свекловичной стружки на работу двухшнекового диффузионного аппарата // Сахарная пром-сть. - 1976. - № 12. - С. 12-14.
6. Gudban A., Maccgridi R. Sugar // Jour. of the American society of Sugar Beet Technologists. - 1965. -V. 13. -№ 7.
7. Гусятинская Н.А. Повышение эффекта очистки с ока при экстрагировании сахарозы из свекловичной свеклы // Сахар. -2006. - № 10. - С. 30.
8. Даишев М.И. Теоретические основы технологии саха -ра. Ч. 1: Технология получения диффузионного сока (современное состояние и перспективы развития). - Краснодар, 1997. - 70 с.
9. Верхола Л.А., Пушанко Н.Н. Критерии оценки эффективности процесса в диффузионных установках // Сахар. - 2007. -№ 5. - С. 25.
Поступила 29.09.08 г.
INCLINED DIFFUSOR WITH PRELIMINARY HEATING OF BEETROOT CHIP
E.G. STEPANOVA, TV. MGEBRISHVILI, S.YU. MINENKO
Kuban State Technologycal University,
2, Moscovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: k-mapp@kubstu.ru
Proof has been given to the necessity of sugar extraction intensification by preliminary heating of beetroot chip in the diffusor section of special purpose. The analysis of extraction thermal modes in inclined diffusors has been presented. The design of the updated diffusor which can be used at the standard sugar-mill has been described.
Key words: sugar extraction, scalding section electrochemical activator, diffusion juice.
665.3.048
ТЕПЛООБМЕН В ТЕПЛООБМЕННИКАХ С ПОЛИМЕРНЫМИ ПОЛОВОЛОКОННЫМИ МЕМБРАНАМИ
А.А. СХАЛЯХОВ 1, А.Г. ВЕРЕЩАГИН 2, КС. КОСАЧЕВ 2, Е.П. КОШЕВОЙ 2
1 Майкопский государственный технологический университет,
385000, г. Майкоп, ул. Первомайская, 191; электронная почта: info@mkgtu.т 2Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: intrel@kubstu.ru
Определены коэффициенты теплоотдачи, включающие объединенное тепловое сопротивление стенки полипропиле -новых половолоконных непористых мембран. Установлена высокая эффективность полимерных половолоконных теп -лообменников.
Ключевые слова: полипропиленовые половолоконные непористые мембраны, полимерные теплообменники, тепло -вые свойства.
Полипропиленовые половолоконные непористые мембраны (ППНМ), изготовленные из полимерных материалов, могут применяться в качестве элементов теплообменной аппаратуры [1].
Преимущества применения полимерных половолоконных мембран, как с непроницаемыми, так и проницаемыми стенками, показаны в работах [1, 2]. Полимерные половолоконные теплообменники (ППТ) по конструкции идентичны с мембранными контакторами. Основное их преимущество в чрезвычайно высоких отношениях поверхностной площади к объему. Для широко применяемых мембран это отношение достигает величины 3900 м2/м3 [1], что более чем на порядок выше этого показателя для кожухотрубных или пластинчатых теплообменников. Можно ожидать, что ППТ превзойдут металлические кожухотрубные или пластинчатые теплообменники, особенно в области применения при низких температурах и невысоких давлениях. Накоплен определенный опыт [3] в конструировании, масштабировании и эксплуатации контакторов с половолоконными мембранами, который практически может быть использован при создании ППТ
Для определения тепловых характеристик ППНМ была создана экспериментальная установка, представленная на рис. 1. В качестве вещества была выбрана сетевая водопроводная вода. Установка состоит из мембранного модуля 1, термостата вместимостью до 3 л 2, источника подачи воды 3, напорной емкости с поддер-
живаемым постоянным уровнем 4, источника слива в канализацию 5, термодатчиков Т1, Т2, Т3, Т4 с диапазоном измерения от 0 до 130°С, установленных на вхо -де и выходе в мембранный модуль и имеющих выход на преобразователь с дисплеем для считывания результатов измерений 6, трубопроводов, запорной арматуры и расходомеров. Мембранный модуль состоит из полипропиленового половолоконного мембранного пучка, состоящего из 1376 мембранных волокон, диаметром 0,0025 м и длиной 0,76 м, расположенного внутри стеклянного кожуха диаметром 0,05 м, закрепленного между фланцами, имеющими два сквозных отверстия с резьбой диаметром 1/2 дюйма, одно центральное - для
Рис. 1
