CC BY
53
664.1.003.13
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТРАДИЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ САХАРА
М. И. ДАИШЕВ
Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт
Теоретические и прикладные исследования поздних лет показывают, что в традиционной ГГт ологии, используемой на сахарных заводах г~эаны, имеются значительные возможности интен-с гнкации и ресурсосбережения. Ниже приведен втаткий обзор результатов теоретических и при-е^здных разработок, использование которых может ; лественно улучшить количественные и качествен--: т результаты работы.
I. Извлечение сахара.
. .1. Эффективность возврата жомопрессовой воды. | Технологические аспекты извлечения сахара из ггужки получили наиболее полное отражение г теории диффузии П. М. Силина, разрабаты-Назшейся в 20-х годах и уточнявшейся им все к:следующие годы. Несмотря на то, что вне конкрет-ш “о рассмотрения им были оставлены многие с~:роны процесса, как «внешняя диффузия»,
- с массоотдача от поверхности стружки к омы-ваощему соку (она действительно мала по сравне-Ье-'-о с «внутренней», т. е. с массопереносом в самой с - уж&е, при работе на стружке той толщины, »:~орая фактически имеет место в современных аппаратах), и сделан ряд других упрощающих к лущений, эта теория отражает реальную взаимосвязь между основными технологическими факторами работы диффузионных установок [1]. К сожалению, среди них нет одного из непременных векторов работы современных непрерывнодейству-|с'тих диффузионных установок — возврата жомо-ггессовой воды ЖПВ.
Г Между тем методика П. М. Силина может быть к?именена и к работе с возвратом ЖПВ, если все
- асчеты относить не к массе, а к объему клеточного с:ка в исходной стружке. Получаемая формула
1,:я случая, совместного со свежим вводом ЖПВ, е-:лючает в себя долю этого возврата по отношению к объему клеточного сока, а при нулевом значении возврата она переходит в формулу П. М. Сили-
. [2] Расчет показывает, что при отжатии жома СВ 16% и возврате всей ЖПВ потери сахара
I отжатом жоме снижаются на 1/3 (до 67%), до СВ 24—наполовину (до 49%> в сравнении с работой без возврата (СВ 7, выход свежего жома 80%). На практике при работе без возврата чаще прибегают к повышенной откачке. Возврат ЖПВ шляется действенным средством ее, уменьшения: гри тех же условиях и неизменных потерях сахара ? отжатом жоме она составит соответственно 125 и 116% вместо 136. А уменьшение количества выпариваемой воды на 20% при кратности испарения 2,5 — это экономия 8% пара, или почти I% топлива. Таким образом, глубокое отжатие лома и возврат всей ЖПВ — большой резерв экономии топливно-энергетических ресурсов.
1.2. Совместный или раздельный возврат?
Необходимо отметить, что применение теории Г.М. Силина к случаю раздельного возврата не вполне корректно: теория предполагает, что гидродинамическая обстановка, предопределяющая «внеш-рою» диффузию, т е массоотдачу от поверхности
стружки к экстрагенту, одинакова по всей длине аппарата. Между тем в хвостовой части диффузии от ввода чистой воды до точки возврата ЖПВ количество экстрагента и соответственно скорость омывания стружки и коэффициент массоотдачи существенно меньше. Расчетное преимущество раздельного возврата, получаемое без учета этого явления, составляет всего лишь 3—7% от величины потерь в жоме при совместном вводе [3]. Поэтому для утверждения о каких-либо решающих преимуществах раздельного ввода перед совместным нет никаких оснований.
1.3. Подготовка питательной воды.
Типовой схемой предусмотрена термическая ^стерилизация ЖПВ. Опыт показывает, что этого недостаточно. В результате длительного (1,5—2 ч) пребывания стружки в аппарате происходит частичная пептизация протопектина. Образующийся пектин и сопутствующие гемицеллюлозы (арабан, галактан) из вскрытых клеток внешней поверхности переходят в клеточный сок, однако большая их часть накапливается в обессахаривающемся клеточном соке — в этом основная причина низкой доброкачественности ЖПВ (до 60 и ниже). По этой же причине, а также присутствию в ЖПВ белков и сапонина ее возврат при переработке хранившейся свеклы приводит к обильному пене-нию, из-за чего очень часто прекращают возврат. Поэтому возвращаемая ЖПВ должна быть не только стерилизована, но и очищена.
Потенциальным внутренним источником питательной воды для диффузии является так называемая аммиачная вода, всегда имеющаяся в избытке, которая, однако, должна быть деаммо-низирована, так как присутствие аммиака в питательной воде даже после ее нейтрализации до оптимального значения pH при-водит к накоплению в диффузионном соке высокомолекулярных соединений ВМС клеточных стенок стружки [4]
Возможность совместного ввода на диффузию свежей и жомопрессовой вод позволяет совместить их подготовку с помощью извести в единой технологической схеме. Сущность способа сводится к тому, что подщелоченная известью аммиачная вода подвергается самоиспарению под разрежением, что освобождает ее от аммиака, а затем смешивается с ЖПВ, после чего подвергается сатурированию до pH 6,4 — 6,8 с помощью эжекторного устройства. При этом ЖПВ полностью стерилизуется, ее ВМС оказываются в осадке, а в питательной воде накапливается гидрокарбонат кальция, препятствующий накоплению в диффузионном соке ВМС клеточных стенок, что повышает его доброкачественность. Способ успешно апробирован на Новокубанском и ряде других сахарных заводах Краснодарского края [5].
2. Известково-углекислотная очистка.
2.1. Предварительная обработка диффузионного сока.
Существенные изменения в представления о предварительной обработке диффузионного сока
вносит подтверждаемая экспериментом предпосыл ка о том, что в качестве источника осаждающего иона кальция может служить не только гидроксид, но и гидрокарбонат кальция [6]. Недостаток его в том, что он существует лишь в виде разбавленного раствора Поэтому представляется рациональным сочетание прогрессивной известковой пред дефекации с последующим глубоким пересату рированием до значений pH 8 и ниже: гидроксид кальция осаждает основную массу кесахаров, а в глубоко пересатурированном соке реакции осаж дения несахаров, образующих с ионом кальция малорастворимые соли и соединения, проходят до конца, так как в этом случае отсутствует высокая концентрация ионов гидроксила, препятствующая полному осаждению на преддефекации. Доброкачественность очищенного с использованием глубокого пересатурирования преддефекованного сока на 0,5—0,8 ед. выше, чем без него.
Другим чрезвычайно важным следствием глубокого пересатурирования преддефекованного сока является формирование высоких седиментационно-фильтрационных свойств осадка. По мере снижения pH уменьшается диссоциация карбоксильных и полностью ликвидируется диссоциация гидроксильных групп оксисоединений, а заряд поверхности амфо-терного по своему характеру белково-пектинового осадка приближается к изоэлектрической точке с соответствующей минимальной гидратирован-ностью Поэтому скорость осаждения осадка преддефекованного сока, пересатурированного до pH 7,8—8,0, составляет 6—8 см/мин при объеме сгущенной суспензии через 10 мин осаждения 12—15%. Осадок может быть отделен от сока отстаиванием при «теоретических» затратах извести на преддефекацию — 0,25—0,3% СаО.
2.2. Взаимодействие несахаров и гидроксида кальция на оснозной дефекации.
Пептизирующее влияние высокой щелочности на осадок несахаров в условиях основной дефекации известно давно. Однако механизм этого явления становится понятным, если учитывать двухступенчатую диссоциацию гидроксида с образованием одноосновного комплексного иона СаОН + и двухосновного Са2+, причем малорастворимыми являются лишь соли последнего. Соотношение между ними изменяется в пользу первого «растворяющего» катиона тем больше, чем выше pH и больше концентрация сахарозы, с которой он образует комплексное соединение — полусахарат С ] 2Н21О11-СаОН [7] При этом растворяющее воздействие сказывается в первую очередь на осадке низкомолекулярных кальциевых солей Единственным способом предотвращения этого является отделение осадка сока предварительной ступени обработки до основной дефекации, причем делать это целесообразно при очистке не только низко-доброкачественных соков, как это иногда считают
2.3. Отделение осадка сока предварительной ступени обработки.
Из сказанного видно, что глубокое пересату-рирование преддефекованного сока и отделение его осадка до основной дефекации должны стать непременными элементами рациональной схемы очистки диффузионного сока. При реализации одного из вариантов подобной схемы [8] пред-дефекованный сок подвергается пересатурированию до pH 7,8—8,2 в быстродействующем каскадно-противоточном сатураторе [9], обеспечивающем степень утилизации диоксида углерода сатурацион-ного газа до 90% Разделение осадка и сока осуществляется в гравитационном отстойнике [10]
время пребывания сока в котором состав/ 15—20 мин. Осветленный сок направляется дг на очистку по типовой схеме, а сгущенная < пензия фильтруется на вакуум-фильтрах в см с суспензией осадка сока I сатурации.
Использование схемы на Малороссийском и Не кубанском сахарных заводах увеличило при[ доброкачественности на очистке на 1,5—2 Содержание сахара в мелассе снизилось 0,5—0,6% при улучшенном качестве сахг Переход на возврат суспензии осадка сока II турации (вместо сока I сатурации) позво снизить расход известнякового камня до 5,5— (вместо плановых 7,9).
2.4. Адсорбционная очистка карбонатом каль
Двухстадийный механизм образования осадка i боната кальция в очищаемом растворе с образ нием мицелл карбоната коллоидной степени дис сности, являющихся первопричиной адсорбци! их агрегатирование в конечный осадок с части1 десорбцией несахаров адсорбционного слоя достаточно четко предопределяет основные уело обеспечивающие высокую эффективность адсорб Это:
высокая щелочность в период проведения турации;
возможно более высокая скорость арегатир ния в присутствии частиц конечного осадка ка ната кальция;
обработка растворов с возможно более в кой концентрацией адсорбируемых несахаров, на мер, сиропа.
С этих позиций типовой решетчатый сатура представляющий собой, по существу, реа идеального смешения, во всем объеме кото щелочность близка к конечной, наименее эффе вен из всех возможных конструкций. Наиб предпочтительными в этом смысле являются госекционные конструкции с постепенным жением щелочности по секциям с противоточ движением сока и газа
Однако опыт подтверждает, что любая сат ция должна быть, как минимум, двухступенч с быстротечной первой ступенью типа «сатур: в трубе» [12], которая позволяет, наряду с п шенными адсорбцией и утилизацией сатуран ного газа, улучшить также и фильтрационн* диментационные свойства осадка, как резул безнасосной рециркуляции уже обработанного с
К сожалению, в производственных условия: удается реализовать известково-углекислотную с тку густых сахарных растворов (сиропа из выпа; станции) ввиду малой степени утилизации диок углерода сатурационного газа в этих услов Однако последнее не является помехой при очи клеровок сахара-сырца, где расходы извести ь лики.
Наконец, резервами повышения зффективн адсорбционной очистки карбонатом кальция явj ся проведение известково-углекислотной очи при значениях pH 7,5—8,5 [13]. Оно основанс появлении заряда поверхности частиц в присутс гидрокарбоната кальция при этих значе: pH [14]. Первые производственные опыты г зывают обнадеживающие результаты в этом правлении.
2.5. Приготовление известкового молока.
К сожалению, включение в схему очи вакуум-фильтров привело к отказу от гаш извести промоями. высокая концентрация саха них приводит к обильному пенению в извес'
сильных барабанах Гашение производится водой, промой направляются по потоку, что ведет к повышенному разбавлению соков и увеличению расхода топлива.
Однако пенениё является следствием кипения из-за экзотермического характера образования гидроксида кальция из его оксида. Оно может быть полностью ликвидировано, если приготовление известкового молока. вести з дзе стадии с предварительным гашением печной извести расчетным количеством воды до пушонки гидроксида, после чего приготовление молока с сахаросодержащими растворами не Еедет к пенообразованию [15] Производственный эксперимент показывает перспективность такого решения вопроса
3. Кристаллизационное отделение.
Основным недостатком работы в кристаллизационном отделении сахарных заводов являются так называемые возвраты «на себя», значительно увеличивающие как количество продуктов на ве'рстате, так и их качество Недостатки связаны не только со способами проведения технологических процессов в кристаллизационном отделении, но и с недостатками используемого оборудования Многие из них могут быть устранены
3.1 Уваривание последнего утфеля с отбором.
Сущность его сводится к увариванию началь
ного утфеля с доброкачественностью на 4—6 ед. вы ше конечной, спуску (отбору) из аппарата № 1/2—2/3 начального утфеля, его фуговке и довариванию оставшейся части на оттеке отбора [16]. Способ дает возможность получать конечный утфель с крупными равномерными кристаллами, что облегчает последующее истощение межкристального раствора утфеля и его фуговку. Другим достоинством является существенное повышение истощающих возможностей двухкристаллизационной схемы: снижение или полная ликвидация
возвратов оттеков «на себя» Способ заслуживает более широкого использования.
Дальнейшее развитие способа уваривания утфеля при пониженном его уровне в аппарате достигается путем систематического отбора [17].
3.2 Крупнейшим недостатком центрифуг является конструкция их сегрегаторов, ведущая к взаимному смешиванию оттеков, что повышает доброкачественность первого с соответствующим ухудшением истощающей способности кристаллизационных схем и снижает доброкачественность второго, ухудшающего качество белого сахара. Этот недостаток устраняется устройством сегрегаторов четкого деления оттеков [18], полностью исключающих смешивание первых и вторых оттеков. При использовании таких сегрегаторов, которые могут быть смонтированы в кожухе периодических центрифуг любой конструкции, пробеливание сахаров может быть применено при центрифугировании любых утфелей-без опасения повышения доброкачественности первого оттека или ее .снижения у второго Особенно привлекательно их использование при проведении такой рациональной операции, как аффинация в центрифугах.
3.3. Еще одним недостатком современных автоматизированных центрифуг с четко зафиксированными положениями форсунок для пробеливания кристаллов утфеля I является неравномерность промывки слоя по высоте барабана, что приводит к повышенному расходу пробеливающей воды и низкому выходу сахара из утфеля; около 40% вместо 48—49% при старой ручной промывке. Этот недостаток полностью устраняется при комбинированной промывке сахара клерсом, приготовленным из пробеленных сахароз утфеля II или отбора последнего утфеля
с концентрацией, близкой к насыщению, с после дующей легкой промывкой водой для смыва ос татков пробеливающего клерса Опыт показывает, что выход сахара по утфелю может быть повышен на 8- 10%, что снижает количество увариваемого утфеля I на 15—20% [19]
3 4 Еще одним, к сожалению, почти забытым резервом в кристаллизационном отделении являет ся так называемая «русская паровая пробелка»,' обеспечивавшая в свое время возможность полу чения потребительского сахара непосредственно при переработке свеклы (до этого получали, как и при переработке сахарного тростника сахар-сырец, тре бующий дополнительной переработки) При пропа ривании сахар выгружается из центрифуг с влаж ностью около 0,5%, для удаления которого можно обойтись без использования горячего воздуха либо значительно увеличить производительность сушиль но-охладительной установки при пониженных темпе ратурах горячего воздуха, что, кстати, улучшает товарный вид сахара ввиду ликвидации резкого перепада температуры на переходе из сушильной части в охладительную.
Аналогичного результата можно добиться при пробеливании сахара перегретой водой
4. Переработка сахара-сырца.
Уваривание последнего утфеля с отбором и комби нированная пробелка кристаллов утфеля I, повышая истощающую способность трехкристаллизационной схемы, позволяют практически ликвидировать ис пользуемый в настоящее время возврат большей части первого оттека утфеля I на очистку. А переход на «мягкий» (без основной дефекации) режим очистки с использованием двухступенчатой сатура ции с быстротечной первой ступенью может свести разложение редуцирующих сахаров клеровки сырца до 5—10%, что позволит вывести их в составе ме лассы с пользой для микробиологической про мышленности. Кроме того, «мягкий» режим позволит вдвое сократить расход извести на очистку без ущерба для цветности очищенной клеровки, так как нет необходимости удалять окрашенные продукты разложения редуцирующих сахаров на основной де фекации. Расход известнякового камня, составляю щий в настоящее время 12% и более к массе сырца, может быть снижен до 5—6% [19]
ВЫВОДЫ
Обзор, проведенный по результатам теоретических и прикладных разработок кафедры технологии са харистых веществ КПП и Северо-Кавказского НИИ сахарной свеклы и сахара, а также опыта работы сахарных заводов Краснодарского края по реализа ции их рекомендаций, позволяет сделать вывод о том, что в традиционной технологии сахара при соответствующем аппаратурном оформлении зало жены большие возможности интенсификации и ре сурсосбережения
ЛИТЕРАТУРА
1 С и л и н П М Технология сахара - М. Пищ. пром-сть 1967 — С. 188- 191
2 Даишев М И, Городецкий О. В Диффузи онный процесс при возврате жомопрессовой воды // Изв. вузов СССР, Пищевая технология — 1983 -№ 4 С 98
3 Даишев М И, Родобер нитцки Г Способ возврата жомопрессовой воды и потери сахара в жоме// Изв. вузов СССР, Пищевая технология.—1988.— № 4 — С 108
4 Д а и ш е в М И., Т р о я н о в а Н Л Влияние pH
на переход пектиновых веществ в диффузионный сок Сахарная пром-ст'-. 1971 № 7
5. Деаммонизация избыточных аммиачных конденсатов, / Городецкий В. О., Молотилин Ю. И. и др. // Изв вузов СССР, Пищевая технология.—1990.— № 2.
6. Глубокое иересатурирование при очистке сахарных соков // Даишев М. И., Решетова Р. С и др. // Изв. вузов СССР, Пищевая технология. —1984.— № 6.— С. 75 вузов СССР, Пищевая технология, —1984 — № 6.— С. 75.
7. Д а и ш е в а Н. М., Молотилин Ю. И Взаимодействие гидроксида кальция с несахарами диффузионного сока // Изв. вузов СССР в Пищевая технология.—1990.— № 4.
8. Авт. свид. № 1118675. Способ очистки диффузионного сока / Даишев М. И., Даишева Л. М. и др.—1984.
9. Авт. свид. № 1280881. Сатуратор для сахаросодержащих растворов / Даишев М. И., Молотилин Ю. И., Решетова Р. С.—1983.
10. Авт. свид. № 1503110 / Даишев М. И., Молотилин Ю. И. и др. —1987.
11. Д а и ш е в М. И. Адсорбционная очистки карбонатом кальция в сахарном производства // Изв. вузов СССР, Пищевая технология.—1972.— № 6.
12. Даишев М. И., Молотилин Ю. И. Рециркуляция сока 1 сатурации устройством типа «сатурация в трубе» // Сахарная пром-сть. —1984.— № 7.— С. 24.
13. Даишев М. И., Р е ш е т о в а Р С., М а м а д у С.
Кулибали. Адсорбция несахаров в процессе сатуриров; ния при низких значения pH // Сахарная пром-сть 1987 — № 4,— С. 15.
14. X о м и ч а к Л. М., Решетова Р С., Д а I
ш е в М. И. Электрохимические характеристики осади карбоната кальция при сатурировании // Изв. вузе СССР, Пищевая технология. —1985.—№ 1,—С. 3
15. Приготовление известкового молока с использование сахаросодержащих продуктов / Белохвостиков В. И Савостин А. В. и др. //Изв. вузов СССР, Пищевг технология. —1990.— № 4.
16. Авт. свид. № 257368. Способ варки утфеля / Аки! динов И. Н., Даишев М. И. и др. —1969.
17. Способ уваривания последнего утфеля при минимал] ном его уровне в вакуум-аппарате /Тужилкин В. И Люсый Н. А. и др. // Изв. вузов СССР, Пищевг технология, —1990.—№ 4.
18. Авт. свид. № 822423. Центрифуга для разделена утфелей /Люсый Н. А., Сильванюк И. И. и др.—197
19. Возможности совершенствования схемы перерабо™ тростникового сахара-сырца / Даишев М. И., Ску| на Л. Г. и др. // Изв. вузов СССР, Пищевая технол* гия. —1990.— № 4.
Кафедра технологии сахаристых
веществ Поступила 29.Об.1
664.1.002.2;
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВН; САХАРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
О. В. ШТАНГЕЕВ, М. П. ГРИГОРАШ, В А. ШЕСТАКОВСКИЙ, А. Я ГЕРБУТ
Всесоюзный научно-исследовательский институт сахарной промышленности
Материально-техническая база сахарной промышленности не соответствует современному техническому уровню. Доля морально и физически изношенного оборудования превышает 40%, почти третья часть машин, аппаратов и механизмов эксплуатируется более 20 лет. Если в начале десятой пятилетки коэффициент износа основных фондов составлял около 38%,к началу двенадцатой — 50%, то сейчас — более половины.
Почти четвертая часть выпускаемого отечественным машиностроением оборудования по своим характеристикам не отвечает требованиям сахарной отрасли, нередко поставляется предприятиям без комплектующих изделий, средств автоматизации, имеет низкую эксплуатационную надежность.
Не дало существенных результатов и привлечение к изготовлению недостающего оборудования предприятий оборонной и других машиностроительных отраслей промышленности. По-прежнему не удовлетворяются потребности отрасли в оборудовании при значительном повышении его стоимости, не увеличивается выпуск запасных частей.
Темпы технического перевооружения сахарной промышленности остаются крайне низкими. Особенно большие трудности ощущаются в обновлении парка диффузионных аппаратов из-за их нехватки и низкого качества изготовления, в результате чего при эксплуатации не достигаются проектные характеристики.
В нашей стране выпускаются прессы со степенью отжима свекловичного жома до 12—16% сухих веществ. Лишь частично покрывается закупками по импорту острая потребность в прессах глубокого отжима—до 20—25%, производство которых нашей промышленностью до сих пор не налажено.
Сахарные заводы в основном оснащены цирку-
ляционными выпарными аппаратами отечественн го производства, большая часть которых не сос ветствует предъявляемым требованиям. Не в лу шем состоянии и оборудование кристаллизацио ного отделения, где три четверти вакуум-аппар тов и утфелемешалок также не отвечают уровь современного производства.
Неудовлетворительным остается положение оснащением сахарорафинадных заводов. Испол зуемые здесь автоматические линии, в основж фирмы «Шамбон» — 50—100 т в сутки, с неполнь технологическим циклом морально устарели, IV таллоемки, конструктивно несовершенны. Для ме коштучной завертки прессованного сахара-раф нада применяются автоматы фирмы «Хессер» отечественные автоматы производительностью вс го лишь 1,5 т в сутки, требующие больших затр ручного труда и производственных площадей.
На предприятиях отрасли необходимы полн замена устаревших приборов выпуска 1960 1970 гг., решение вопросов по обеспечению сахг ного производства контрольно-измерительной г паратурой и лабораторным оборудованием.
Такое положение требует от соответствующ хозяйственных, плановых, научно-исследовате; ских и проектных организаций более глубоко анализа состояния материально-технической ба отрасли, выполнения ранее принятых постанови ний, особенно в части конверсии оборонных пр( приятий, использования капитальных вложений реконструкцию наиболее перспективных предпр!-тий.
Учитывая зарубежный опыт, представляет целесообразным осуществление конкретных мер расширению ассортимента и повышению качест сахара-песка: выпуск продукции на автоматизи[
