CC BY
25
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 664.2.03
Энергосберегающая гидроциклонная установка
в картофелекрахмальном производстве
Н.Р. Андреев, чл.-корр. РАСХН, д-р техн. наук, Ю.А. Холмянский, канд. техн. наук, Т.Р. Карпенко ВНИИ крахмалопродуктов
В картофелекрахмальном производстве эффективно работают муль-тициклонные установки на выделении крахмала из картофельной кашки (измельченный картофель), содержащие 15 ступеней разделения (мультициклонов), соединенных между собой по противоточной схеме. Большое количество ступеней -существенный недостаток этих установок, так как требует повышенного
Не меняя конструктивные размеры микроциклонов, манипулируя схемой соединения их в установке, можно получить требуемый технологический результат с улучшенными экономическими показателями.
расхода металла и электроэнергии, увеличения расходов на изготовление установки, на приобретение насосов и электродвигателей.
жидкий сход
"1 М[ - количество жидкого схода г
V—1 1 / Р| - количество сухого
исходный продукт I_\ / вещества (в основном / лёгкий компонент и / растворимые вещества)
Мо - количество \ /
исходного \ /
продукта \ /
Ро - количество \ /
сухого вещества \ /
(крахмал + мезга \ /
растворимые \ /
вещества) \ сгущенный сход
Ро — количество сухого Мг — количество
вещества сгущенного схода
(в основном крахмал) сЬ - диаметр отверстия для выхода
Рис. 1. Микроциклон сгущенного схода
Ключевые слова: гидроциклонная установка; микроциклон; мультициклон; картофельная кашка; крахмал.
Key words: hydrocyclone unit; microcyclone; multi-cyclone; pulped potato; starch.
Большое количество ступеней вызвано необходимостью максимально исключить потери крахмала при выделении мезги и растворимых веществ. Для этого в микроциклонах, которые установлены в мультициклонах, увеличивают диаметр отверстия для выхода сгущенного схода С2 (рис. 1), содержащего в основном крахмал, что уменьшает количество его уноса с жидким сходом. При этом ухудшается качество промывания крахмала, так как вместе с ним через отверстие С2 в сгущенный сход попадает увеличенное количество жидкой фазы суспензии, содержащей растворимые вещества и мезгу. Ухудшение промывания в одной ступени компенсируется применением большего количества ступеней и наличием имеющей технологические преимущества про-тивоточной промывки, при которой выделенные с жидким сходом на каждой ступени примеси вновь возвращаются в установку на предыдущую ступень и вновь требуется их выделение. Поэтому важная задача для подобных установок - уменьшение количества ступеней обработки исходного продукта с получением качественного крахмала при его максимальном выходе. Уменьшение количества ступеней обработки возможно только за счет более качественной работы каждой ступени. Повышение качества работы может быть достигнуто увеличением выхода крахмала из ступени при уменьшении выхода жидкой фазы.
Поясним этот вывод примером, для чего введем некоторые определения и обозначения, принятые в крахма-
лопаточном производстве. Работа одного микроциклона, как и ступень разделения (мультициклонов), характеризуется двумя коэффициентами - ф и 5. Коэффициент 5 показывает, какая часть от исходного количества продукта (крахмал + жидкая фаза с примесями) Мо (рис.1) поступает в сгущенный сход М2:
5 = М2/Мо.
Коэффициент ф характеризует часть исходного крахмала Ро, поступающего в сгущенный сход Р2 (см. рис.1):
ф = Р2 / Ро.
Значения этих коэффициентов у микроциклона зависят от его конструктивных параметров. Наиболее легко эти параметры изменяются при изменении диаметра отверстия микроциклона С2, коэффициенты ф и 5 микроциклона определяются экспериментально. Эти коэффициенты связаны между собой функционально: ф = f (5), увеличение или уменьшение 5 микроциклона всегда ведет соответственно к увеличению или уменьшению коэффициента ф. Иными словами, желание выделить в микроциклоне как можно больше крахмала обязательно приводит к увеличению выхода всего продукта вместе с примесями. На практике для уменьшения потерь крахмала применяют микроциклоны с ф = 0,8-0,9, что приводит к высоким коэффициентам 5, равным 0,3-0,4. Для изменения этой нежелательной функциональной связи за ступень разделения приняли не отдельный мультициклон, а соединение трех мультициклонов по перекрестной схеме (рис.2), в которой возможно увеличение ф ступени при уменьшении коэффициента 5 ступени, что доказано расчетами и опытной проверкой. Иными словами, возможно увеличение выхода крахмала в сгущенном сходе при уменьшении жидкой фазы в этом сходе. Это изменение в перераспределении компонентов суспензии происходит за счет конструктивного решения ступени разделения, в которой (рис.2) жидкие сходы соединяются только с жидкими сходами, а сгущенные сходы только со сгущенными. У такой ступени разделения, состоящей из трех мультициклонов с коэффициентами, например ф = 0,8; 5 = 0,3, фст и 5ст определяются по следующим формулам:
фст = 2ф2 + ф3/1 + ф2 - ф;
5ст = 252 - 53/1 + 52 - 5,
откуда ф = 0,914, а 5 = 0,194.
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Таким образом, в данной ступени получено увеличение выхода крахмала в сгущенном сходе на 11,4 % (с 80 до 91,4 %) при уменьшении выхода всего продукта на 10,6 % (с 30 до 19,4 %). В одной ступени получен более качественный крахмал, так как его стало больше в сгущенном сходе ступени. Однако и при таком соединении мультициклонов не удается выделить 100 % крахмала, и он попадает в жидкий сход каждой ступени. Поэтому жидкий сход каждой ступени необходимо дополнительно сгустить для выделения крахмала. Такое соединение, состоящее из четырех мультициклонов (рис. 3), будем считать ступенью разделения.
Новая многоступенчатая мульти-циклонная установка (рис. 4) состоит из 12 мультициклонов (с насосами), объединенных в три блока I; II; III, которые в установке соединены противоточно по жидкому сходу. Общее уменьшение мультициклонов в установке обеспечивается более эффективной работой каждой ступени, которое стало возможным при увеличении коэффициента фст и понижении коэффициента 8ст. Использование для процесса 12 мультициклонов вместо 15 экономит энерго- и металлозатраты, что уменьшает капитальные и эксплуатационные расходы.
Установка работает следующим образом (рис. 4). Исходная суспензия, картофельная кашка через патрубок 24 поступает в патрубок 20 насоса 7 и через патрубок 19 подается в мультициклон 1 блока I. Под действием центробежной силы, которая развивается в микроциклонах, установленных в мультициклоне, происходит разделение продукта на сходы - сгущенный, обогащенный крахмалом, и жидкий, обогащенный мезгой и растворимыми примесями. Сгущенный сход с мультициклона 1 смешивается со сгущенным сходом мультициклона 1а и насосом 8 подается в мультициклон 2 блока I; жидкие сходы мультициклонов 1 и 2 смешиваются и насосом 13 подаются в мультициклон 1а для выделения крахмала из жидкого схода. Жидкий сход мультициклона 1а смешивается с жидкими сходами мультициклонов 5а и 6а. Эта смесь насосом 16 подается в мультициклон 4а для дополнительного выделения крахмала во избежание его потерь. Жидкий сход мультициклона 4а, содержащий мезгу и растворимые вещества, выводится из установки. Сгущенный сход мультициклона 4а соединяется с исходным продуктом, несколько разбавляя его, чем уменьшает содержание растворимых веществ в
исходном продукте, поступает в насос 20 и далее по схеме.
Сгущенный сход блока I, он же сгущенный сход мультициклона 2 смешивается со сгущенным сходом мультициклона 6а блока III, который разбавляет его, и насосом 9 этот продукт подается для разделения в блок II. Распределение продуктов в нем происходит аналогично блоку I. Густой сход мультициклона 5а блока II для создания противотока возвращается на вход ступени I.
Густой сход блока II, он же густой сход мультициклона 4, содержащий крахмал, очищенный от примесей, соединяется с чистой водой, поступающей из патрубка 23, разбавляется и насосом 11 для окончательной очистки подается в блок III. Густой сход блока III (мультициклона 6) представляет собой суспензию, содержащую крахмал с незначительным (до-
пустимым) количеством примесеи. Густой сход ступени 6а в соответствии с принципом противотока поступает на вход блока II. Распределение продуктов внутри блока III происходит аналогично блокам I и II.
Таким образом, возможно, не меняя конструктивные размеры микроциклонов, манипулируя схемой соединения их в установке, получить требуемый технологический результат с улучшенными экономическими показателями.
Мультициклонная установка защищена патентом РФ № 2412765 от 27.02.11 г. (авторы Ю.А. Холмянский, Н.Р. Андреев, В.А. Дегтярев), изготовлена на экспериментальном заводе ВНИИ крахмалопродуктов и установлена для проведения заводских испытаний в цехе по переработке некондиционного картофеля на овощной базе в Липецкой обл.
