CC BY
51
УДК 664.1
В. Н. Шекуров, С. Н. Михайлова, К. В. Шекуров
ЭКСТРАКТОР ПОЛУЧЕНИЯ САХАРНОГО ПЕСКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОБЕСПЕЧЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА САХАРА
Ключевые слова: экстрактор, аппарат, диффузия, экстрагирование, блок управления, датчик, клапан, патрубок, монтаж, контроль, обслуживание, режим работы, стружка сахарной свёклы, жом.
В статье дано описание устройства, производящего свекольный сок из стружки сахарной свёклы и используемого в составе технологической линии получения сахара. Это устройство решает комплекс экологических проблем таких, как исключение использования ядохимикатов, замену горячей воды на теплую, что сокращает выбросы продуктов сгорания в атмосферу и т.д.
Keywords: the extractor apparatus, diffusion, extraction, control unit, sensor, valve, pipe, installation, inspection, maintenance, operation, chips sugar beet, juice, pulp.
The article describes a device that produces beet juice from sugar beet shavings and used in the process line making sugar. This device solves the com-Plex environmental issues such as eliminating the use of toxic chemicals, replacement of hot water to warm, which reduces emissions of combustion products into the atmosphere, etc.
В предыдущей работе [1], изучив состояние сахаропроизводящей отрасли на рынке сахара и проанализировав оборудование по производству сахара, была сформулирована задача получения экстрактов из растительного сырья, решением которой авторы занимаются несколько лет [2-7]. В результате был создан аппарат, предназначенный для экстрагирования свекольного сока из стружки сахарной свёклы. Экстрактор разработан как устройство по производству готового продукта сока сахарной свёклы, так и в составе технологической линии получения сахарного песка. В настоящее время его применяют на предприятиях переработки сахарной свёклы. Экстрактор имеет следующие параметры и характеристики:
- производительность составляет 1-50 т/час;
- температура воды (экстрагента) порядка 15-
86°С;
- подача по воде от 0,2 до 2.5 м3/ч;
- рабочее давление воздуха не менее 405,3
кПа;
- рабочее давление острого пара не менее 304507 кПа;
- температура сока в пределах 25^35°С;
- напряжение питания частотой 50 Гц (переменное, трёхфазное) - 380В;
- мощность электродвигателя равна 1,7 кВт;
- габаритные размеры с максимальным допуском ± 5мм для экстрактора 1 -ой модификации не более 2740 х 1870 х 6300, а для экстрактора 2-ой модификации не более 4200 х 2500 х 7200. При этом масса экстрактора 1 -ой модификации не превышает 2000кг, масса экстрактора 2-ой модификации -4250кг.
По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха экстрактор соответствует климатическому исполнению УХЛ 4 по ГОСТ 15150.
Нормальными условиями эксплуатации экстрактора являются:
- температура окружающего воздуха порядка 10-35°С;
- относительная влажность от 60% при 20°С до 80% при температуре 25°С;
- атмосферное давление в пределах 630-800 мм рт. ст.
Устройство и принцип работы
Схема устройства экстрактора показана на
рис.1.
2740
Рис. 1
Экстрактор представляет собой корпус 1, разделенный не доходящей до его дна вертикальной перегородкой 2 на закрытую и открытую зоны 3, 4
соответственно. К закрытой зоне 3 примыкает труба 5 для загрузки сырья (свекольной стружки). Сито 6 служит для отвода сока из сокостружечной смеси, а патрубок 11 - для отбора диффузионного сока. Через патрубок 13 сок направляют на дальнейшую переработку. Для нагрева сока применяют блок 14. В патрубок 7 подают острый пар для очистки сита.
Патрубок 10, установленный на крышке закрытой зоны, служит для подачи и стравливания воздуха. Через клапан КНЗ1 происходит подача воздуха, а через клапан КНО - стравливание. Управление клапанами КНЗ1 и КНО осуществляют через «Блок управления» по сигналам с датчиков уровня 9А, 9Б, 9В.
По трубе 8, соединенной с открытой зоной 4 в верхней части, выгружают проэкстрагированное сырьё - жом свёклы, на которой расположен патрубок 12 для подачи экстрагента - воды. Для слива используют блок 15.
Жидкой фазой в процессе экстракции являются: вода (исходный экстрагент) и отбираемый в процессе экстракции сок.
Элементы диффузионного аппарата выполнены из нержавеющей стали.
Принцип работы экстрактора в рабочем режиме
Экстрактор - это диффузионный аппарат противоточного непрерывного выхолаживания.
Процесс экстракции происходит за счёт диффузии свекольного сока из стружки сахарной свёклы.
Экстрактор представляет собой агрегат, в котором происходит в технологической последовательности подача воды, стружки сахарной свёклы, острого пара, сжатого воздуха, и где сахарную свёклу подвергают пульсационным воздействиям, в результате чего сахароза растворяется в воде и в виде сока сахарной свёклы покидает экстрактор, а обессахаренную стружку в виде жома выводят из экстрактора.
Свёкольную стружку, предварительно нагретую до температуры 60-80°С, подают в трубу 5. Стружку свёклы опускают по загрузочной трубе в зону 3. Сокостружечная смесь перемещают из зоны 3 в зону 4 и трубу 8 под действием подачи сжатого воздуха через патрубок 10. Сжатый воздух, поступающий через клапан КНЗ1 в патрубок 10, в процессе работы стравливают клапаном КНО в трубу 5. Работу клапанов КНЗ1 и КНО координируют «Блоком управления».
По управляющему сигналу с «Блока управления» открывают клапан КНЗ1, в зону 3 поступает воздух, который вытесняет сокостружечную смесь. При достижении сокостружечной смеси уровня датчика 9В, «Блок управления» закрывает клапан КНЗ1 и открывает клапан КНО, воздух через клапан КНО стравливают в загрузочную трубу 5. Сокостружеч-ная смесь совершает возвратно-поступательные движения. Выдерживают паузу 10-60 секунд (период задают вручную), после чего колебания сокост-ружечной смеси прекращаются, система приходит в равновесие и при достижении клапана 9Б всё повто-
ряют: посылают сигнал на закрытие клапана КНО и открытие клапана КНЗ1.
Сок отбирают через патрубок 11. Часть сока отправляют на откачку и для дальнейшей его переработки через патрубок 13, другую часть направляют в загрузочный карман трубы 5, предварительно его нагрев в блоке 14.
Если система приходит в равновесие на уровне срабатывания датчика 9А, изменяют объём подаваемой воды через патрубок 12 или объём отбираемого сока через патрубок 11. Проэкстрагированное сырьё - жом выгружают через трубу 8.
Сок поступает в патрубок 11 из зоны 3 через сито 6, которое предназначено для отбора сока из соко-стружечной смеси аппарата. Для очистки сита через патрубок 7 подают острый пар. Затем он попадает через клапан КНЗ2 в патрубок 7. Управляющие сигналы на клапан поступают с «Блока управления». Частоту продувки и продолжительность устанавливает оператор через «Блок управления» (период задают вручную: 1-60 минут).
Поступление воды через патрубок 12 корректируют количеством поступающей твёрдой массы (свекольной стружки) в аппарат. Соотношение твёрдой массы к жидкой поддерживают в пределах 1: (1,05-1,20).
Время контакта стружки с экстрактом в аппарате составляет 20-30 минут. Температура воды, поступающая для экстракции через патрубок 12 на трубе 8, равна 10-40°С. Температура сока, отбираемого из патрубка 11, примерно 25-35°С.
Отсутствие механического перемешивания сырья в диффузионном аппарате и пульсационное воздействие способствует формированию равномерного по плотности фильтрационного слоя стружки, сохранению её структуры в процессе экстракции. Это положительно сказывается на качестве конечного диффузионного сока, поскольку снижает образование коллоидной фазы в диффузионном соке.
Экстрактор имеет три режима работы: режим запуска; рабочий режим; режим остановки.
Для обеспечения проведения профилактических и ремонтно-восстановительных работ экстрактор приводят в режим остановки.
Экстрактор монтируют на месте эксплуатации в соответствии с технологической схемой производства и удобством облуживания. При монтаже изделия необходимо предохранять его от механических повреждений. Экстрактор устанавливают на устойчивую горизонтальную поверхность (допустимое отклонение ±0,5°). Тепло излучающее оборудование располагают не ближе 1 м к экстрактору. Помещение, где находится экстрактор, оснащают при-точно-вытяжной вентиляцией. Теплый воздух удаляют принудительно при помощи вентилятора, приток свежего воздуха осуществляют произвольно, через воздуховоды. Следует отметить, что производительность вытяжного вентилятора должна превышать или соответствовать расходу теплого воздуха, выбрасываемого вентиляторами конденсатора.
Подачу исходных растворов и свекольной стружки осуществляют дозирующими устройствами с автоматическим или ручным контролем расхода.
Предельное отклонение дозирования расходов не превышает 5%. Допустимое содержание твердой фазы в исходном экстрагенте составляет не более 50 мг/л.
Электропитание оборудования экстрактора осуществляют от сети переменного 3-х фазного тока напряжением 380 В с частотой 50 Гц через блок управления. Корпус экстрактора заземляют с сопротивлением не более 4 Ом.
При монтаже, который производят на месте эксплуатации в соответствии с технологической схемой производства, экстрактор устанавливают на раму и крепят болтовым соединением. При этом отклонение корпуса экстрактора от вертикали не должно превышать 2 мм по высоте 1000 мм. Экстрактор соединяют с технологическими трубопроводами ввода и вывода растворов и твердой массы с помощью фланцевых соединений. Трубопроводы вывода растворов из экстрактора имеют уклон в сторону слива не менее 1:50.
Требования к управлению и контролю работой аппарата
Управления экстрактором осуществляют с блока управления по следующей схеме:
- пуск и остановка подачи воздуха в экстрактор;
- контроль потребляемого давления острого
пара;
- контроль подачи экстрагента в экстрактор;
- контроль подачи стружки сахарной свёклы (массы).
Пульт управления имеет световую индикацию подачи напряжения питания от сети. В случае превышения величины потребляемого тока срабатывает управление системой автоматической остановки экстрактора. После монтажа и подключения экстрактора к пульту управления проводят обкатку режима холостого хода без стружки сахарной свёклы и испытывают систему управления.
Эксплуатация экстрактора
К эксплуатации допускают лица, прошедшие обучение и получившие допуск к работе.
Пуск экстрактора в работу осуществляют в следующем порядке:
- подают электропитание на блок управления;
- включают парогенератор;
- экстрактор заполняют горячей водой (1=80 °С) У=1,6 тонн до срабатывания датчик 9Б;
- включают центробежный насос откачки;
- запускают компрессор и включают систему подачи сжатого воздуха через клапан КНЗ1;
- подают стружку сахарной свёклы до 2 тонн/час;
- включают подачу холодной воды объёмом до 2,2 тонн/час;
- включают процесс откачки диффузионного сока объёмом 2,2 тонн/час, и экстрактор начинает работать в рабочем режиме.
Оборудование в составе экстрактора имеет такое расположение, которое обеспечивает техническое обслуживание и возможность разработки составных частей с демонтажём отдельных узлов.
При обнаружении неисправностей (появление посторонних звуков при работе, превышении величины номинальных токов, повреждении соединительных кабелей, разгерметизации арматуры, ослаблении крепления болтовых соединений) экстрактор незамедлительно отключают.
Остановку экстрактора проводят в следующем порядке:
- прекращают подачу стружки сахарной свёклы;
- выключают парогенератор;
- выключают компрессор и систему подачи сжатого воздуха;
- прекращают подачу холодной воды;
- отключают центробежный насос откачки через 5-10 минут после срабатывания датчика 9В;
- отключают электропитание на блоке управления;
- сливают остатки жидкой массы через блок слива 15.
Техническое обслуживание
Техническое обслуживание экстрактора ежесменное и ежедневное. Его проводят перед началом работы. Ежесменное техническое обслуживание выполняет обслуживающий персонал и включает в себя наблюдение за выполнением правил эксплуатации, очистку экстрактора от пыли и грязи, проверку электрических контактов и устранение мелких неисправностей, а также проведение:
- внешнего осмотра экстрактора на отсутствие подтёков жидкости по всем разъёмным соединениям и арматуре;
- проверки на отсутствие посторонних шумов и стуков в работающих электродвигателях;
- осмотра водного контура (уровня воды в ёмкости и её качества);
- осмотра и очистку от загрязнения теплооб-менных поверхностей ошпаривателя;
- проверки вентилей на всасывающем и напорном трубопроводах;
- проверки положение вентилей на трубопроводах подачи.
В процессе эксплуатации по мере необходимости проводят замену стандартных изделий.
Заключение
При решении традиционных производственных задач предложенный экстрактор отличается рядом технологических преимуществ, направленных на решение экологических проблем производства сахара.
Так, предлагаемый аппарат позволяет достичь:
- сокращения время диффузии до 30 минут, в то время как в существующих аппаратах оно составляет 1,5 часа;
- замену горячей воды с температурой 75-85°С на воду с температурой 10-40°С (на производстве наибольшее распространение имеет теплая вода с температурой 40°С);
- улучшения качества конечного продукта (чистота сока достигает 92-96%);
- работы аппарата в режиме поршневого вытеснения (в нём отсутствуют застойные зоны, которые являются источником зарождения и развития посторонних микроорганизмов, снижающих качество продукции);
- отмены ядохимикатов (гербицидов), что делает производство экологически привлекательным;
- сокращение металлоёмкости в два раза.
Литература
1. Шекуров В.Н., Михайлова С.Н., Шекуров К.В. Технические инновации в сахаропроизводящей отрасли //Вестник Казан. технол. ун-та. - 2014. - №13. - с.380-386.
2. Шекуров В.Н., Агафетова Г.П. Устройство для получения экстрактов растительного сырья // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - №8. - с.161-167.
3. ШекуровВ.Н., Шекуров К.В. Аппарат для получения диффузионного сока из сахарной свёклы. Патент №55365 с.5, 2006.
4. Шекуров В.Н. Диффузионный аппарат для экстракции свёклы. Патент №151897 с.5, 2015.
5. Шекуров В.Н., Аухадеев Ф.Ф., Хусаинов И.А. Технологическая линия для получения диффузионного сиропа высокой чистоты из сахарной свеклы. Патент №55366 с.8, 2006.
6. Шекуров В.Н., Аухадеев Ф.Ф., Хусаинов И.А. Устройство для получения диффузионного сока из сахарной свеклы. Патент №2324741 с.8, 2006.
7. Шекуров В.Н., Аухадеев Ф.Ф., Хусаинов И.А. Способ получения диффузионного сока из сахарной свеклы. Патент №2342436 с.9, 2006.
© В. Н. Шекуров - канд. техн. наук, доц. каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ, 6a1@mail.ru; С. Н. Михайлова - канд. техн. наук, доцент каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ, snmkazan@yandex.ru; К. В. Шекуров - канд. экон. наук, доц. каф. менеджмента и предпринимательской деятельности КНИТУ, shekurov@list.ru.
© V. N. Shekurov - associate Professor, DEP. ECG and AP, KNRTU, 6a1@mail.ru; S. N. Mikhailova - associate Professor, DEP. ECG and AP, KNRTU, snmkazan@yandex.ru; K V. Chekurov - associate Professor, DEP. management and entrepreneurship KNRTU, shekurov@list.ru.
Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 01.03.15. по 25.04.15.
