CC BY
22УДК 664.1.039
doi.org/10.24412/2413-5518-2022-7-20-27
Повышение эффективности процесса сатурации на основе использования эжекторных систем^
С.М. ПЕТРОВ, д-р техн. наук, профессор (e-mail: petrovsm@mail.ru) Н.М. ПОДГОРНОВА, д-р техн. наук, профессор А.В. ШАХОВСКОЙ, канд. техн. наук, доцент Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (ПКУ)
Введение
Типовым оборудованием для проведения первой сатурации являются модернизированные барботёр-ные аппараты Ш1-ПАС-3,0 (3 тыс. т свёклы в сутки) и Ш1-ПАС-6,0 (6 тыс. т свёклы в сутки), в которых процесс сатурации сопровождается выбросами в атмосферу отработавшего газа, содержащего диоксид углерода, оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, аммиак. Как известно, диоксид углерода относится к парниковым газам и должен быть сокращён в промышленных выбросах в углеродно-нейтральных энергетических системах.
Для решения данной проблемы предложены следующие конструктивные решения сатураторов.
Аппараты с рециркуляцией. В сатураторе такого типа используется циркуляционный насос для обеспечения принудительной рециркуляции через промежуточный сборник со средним временем пребывания в нём сока 5 мин, в котором частицы суспензии Са(ОН)2 из сока основной дефекации растворяются. Рекомендуется шести- или семикратная степень рециркуляции сока в сатураторе. Такой способ имеет преимущество по сравнению с аппаратами с естественной внутренней рециркуляцией при движении газа, поскольку циркулирующий сок можно подать на форсунки над поверхностью жидкой фазы внутри сатуратора и за счёт этого предупредить пенообразо-вание в случае, когда щёлочность становится слишком высокой. Обычно сатураторы с рециркуляцией позволяют получать крупный сатурационный осадок с хорошими седиментационными и фильтрационными свойствами [1].
Аппараты без рециркуляции. В отдельных случаях используются сатураторы, в которых специально предотвращают рециркуляцию с целью получения режима прямо- или противотока. Типовым решением является цилиндрическая ёмкость, снабжённая распределителем газа в нижней части, который зани-
мает большую часть площади днища ёмкости. Однако это не обеспечивает режим идеального прямо- или противотока, поскольку некоторое перемешивание создаётся при движении газовых пузырей.
Системы для распределения газа. Существует два
типа систем для распределения сатурационного я
газа: §
о
— трубы барботёрного типа с прорезями и механи- | ческими скребками, которые очищают прорези при ° медленных колебательных движениях (трубки Рих- 5 тера). Этот тип распределителей газа достаточно эф- а фективен и позволяет нормально работать в течение | всего производственного сезона без дополнительной « очистки [10]; |
— распределители газа без механических устройств 1 для очистки. В этом устройстве барботёр представ- | ляет собой конический колокол с зубчатым гибким | кольцом из тонкого металлического листа для пред- £ отвращения отложения осадков; газ проходит под | зубчатым кольцом [8]. |
В качестве основного метода для уменьшения вы- ! бросов СО2 и СО предложено ведение процесса, обеспечивающего интенсивное диспергирование газа в | соке за счёт создания условий многократной цирку- | ляции сока и принудительного барботирования газа ° [3]. £
Целью работы являлся поиск решений аппаратурно - |
го оформления процесса сатурации, перспективных с | в позиций энергоэффективности, ресурсосбережения, |
экологической и экономической целесообразности. | §
Л |
Условия и методы исследования
Сатуратор рассматривается как массообменный ||
аппарат, в котором химической реакции взаимодей- * I
го х
ствия в жидкой среде ионов кальция Са2+ с угольной ° |
кислотой и образования карбоната кальция 11
Са2+ + С02" = СаС03 11
20 САХАР № 7 . 2022
MARI ВО® ГИБРИДЫ (&HILLESHÖG
your partner in sugar beet... f AX A P НО И CR F К/1 hl ^^
www.mariboseed.com/russia I I IV/r I V^ULIV IUI www.hilleshog.com/ru
предшествует массоперенос СО2 из газовой фазы в реакционную систему, который подчиняется законам массопередачи при абсорбции.
Скорость образования СаС03, т. е. процесса сатурации, обусловлена реакцией, протекающей с минимальной скоростью. Как показано, скорость физической абсорбции (растворения) углекислого газа в соке с последующим образованием угольной кислоты сравнительно небольшая, зависит от величины рН среды и концентрации сахарозы, присутствующей в растворе, и поэтому является лимитирующей стадией всего многостадийного процесса сатурации [2].
Следовательно, наряду с кинетикой массообмена при абсорбции СО2 и последующих химических реакций, на скорость процесса сатурации существенное влияние оказывает гидродинамическая обстановка в сатураторе, к основным показателям которой относят размер газовых пузырей (что коррелируется с поверхностью контакта фаз), газосодержание, скорость движения взаимодействующих фаз, высоту барботажно-го слоя, распределение времени пребывания элементов потока жидкости в сатураторе [10].
В работе рассмотрены возможности повышения эффективности процесса сатурации на основе эксплуатации различных эжекторных систем.
Эжекторы (струйные насосы) применяются во многих отраслях промышленности: энергетической, металлургической, машиностроительной, нефтяной, химической. Широкое распространение они получили благодаря исключительной простоте конструкции, отсутствию подвижных механических частей, простоте их изготовления, высокой надёжности в работе и низкой стоимости. Действие эжектора основано на способности высокоскоростной струи жидкости или газа инициировать вокруг себя движение окружающей среды (жидкость, газ, твёрдый сыпучий материал либо их смеси) и увлекать её за собой. В эжекторе одновременно протекают два взаимосвязанных процесса: передача части энергии от активного потока пассивному и их смешение. Поэтому если эжектор в ги-дро-пневмосистеме является насосом-смесителем, то его эффективность оказывается наивысшей, так как с пользой расходуется не только энергия пассивного потока, но и остаточная энергия активного потока. В противном случае,
к , %
ут >
90 80 70 60 50 40 30 20 10
если эжектор используется только в качестве насоса, его эффективность невысокая.
Результаты и обсуждение
Исследования утилизации СО2 осуществляли при двухступенчатой инжекционно-барботажной сатурации. В качестве абсорбентов использовали заводской дефекованный сок щёлочностью 1,3—1,5 % СаО, модельные сахарсодержащие растворы щёлочностью 1,1—1,5 % СаО и растворы клеровок сахара-сырца щёлочностью 1,9—2,5 % СаО [4].
Лабораторные опыты проводили при температуре 80 °С. При инжекционной сатурации воздушным компрессором в аппарате создавали противодавление Рс = 0,02—0,04 МПа и устанавливали расход диоксида углерода по материальному балансу реакции Са(ОН)2 и СО2 исходя из расхода извести, подаваемой с раствором.
Экспериментально было показано, что на инжек-ционной ступени сатурации существует зависимость коэффициента утилизации диоксида углерода от величины противодавления газовой фазы (рис. 1), заключающаяся в том, что при повышении противодавления газовой фазы с Рс = 0,02 до Рс = 0,04 МПа при равных расходах СО2 коэффициент утилизации существенно возрастает. При этом коэффициент утилизации СО2 наиболее увеличивается при сатурации вязких растворов клеровок сахара-сырца (см. рис. 1а).
U , м3/м3
< • /2 > <
, ♦ '__—
1
12
10
2 < \ 1
3у Л
0,01
0,02
0,03
0,04 , МПа
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
Р , МПа
1 — сатурация клеровок сахара-сырца; 2 — сатурация дефекованного сока и модельных растворов
1 - f//f
k' p
2 - f//f
k' p
3 - f//f
k' p
= 12,9, z = 6; = 10, z = 6; = 7, z = 6
Рис. 1. Влияние противодавления газовой фазы на коэффициент утилизации СО2 (а) и величину объёмной пддачи инжектора (б):
/// — отношение площади ееенния камерЫ1 смешения и жидеостного сопла инжектора;
z — число отверстий в жидкостном сопле
№ 7. 2022 CAXAP 21
HILLESHOG'
При малых давлениях подачи жидкости на сопло форсунки (до 0,25 МПа) коэффициент эжекции зависит от свойств жидкости: увеличение концентрации растворов приводит к снижению эжектирующей способности. При увеличении давления, под которым происходит распыление жидкости, влияние её физических свойств на работу эжектора прекращается [7].
Сделанные на инжекторной ступени оценки скорости поглощения СО2 позволяют прийти к заключению, что при максимальном увеличении межфазовой поверхности контакта СО2 и щелочного сахарсо-держащего раствора в пенном потоке, обеспечении непрерывного обновления поверхности контакта фаз, их усиленной турбулизации и поддержании избыточного давления можно более эффективно вести процесс первой сатурации двухступенчатым инжек-ционно-барботажным способом.
Промышленные испытания двухступенчатой ин-жекционно-барботажной сатурации безрециркуляционным способом выполнены на пилотной установке (рис. 2) в условиях ЗАО «Кристалл-Бел».
Инжекционная ступень сатурации дефекованного сока осуществлялась при давлении высоконапорного
16
Отсатурированный/ раствор
Рис. 2. Пилотная инжекционно-барботажная установка: 1, 2 — инжекционная и барботажная ступень; 3 — конусное днище; 4 — камера смешения; 5 — инжектор; 6, 7 — подвод дефекованного раствора и сатурационного газа; 8, 10, 13 — клапаны; 9 — трубопровод; 11 — манометр; 12 — коллектор сатурационного газа; 14 — газораспределитель; 15 — отвод отсатурированного раствора; 16 — сифон; 17—19 — пробоотборники
потока на инжекторе 0,5 МПа и противодавлении низконапорного потока сатурационного газа 0,05— 0,06 МПа, что позволило сократить двукратно время процесса при сохранении седиментационных показателей осадка.
В период переработки сахара-сырца инжекционная сатурация клеровки производилась при давлении рабочего потока клеровки на инжекторе 0,15—0,18 МПа и противодавлении сатурационного газа 0,03— 0,04 МПа. При этом достигнуто повышение степени адсорбционного удаления красящих веществ из клеровки сахара-сырца с 40—45 до 65—70 %.
При поиске решения задачи снижения выбросов СО2 в атмосферу изучена кинетика поглощения диоксида углерода щелочными сахарсодержащими растворами в условиях инжекционно-барботажной сатурации дефекованного сока и клеровки сахара-сырца. Установлена возможность увеличения коэффициента использования СО2 с 60—65 до 68—72 % в свеклосахарном производстве и с 42—50 до 60—65 % при переработке сахара-сырца, что приводит к уменьшению расхода известняка на 0,9 и 3,0 % соответственно к массе сырья [5].
Можно показать, что при фиксированных значениях расхода извести на очистку, содержания СаСО3 в известняке, степени обжига известняка и его влажности сокращение расхода известняка Мизв и пропорцио -нальное ему сокращение выброса СО2 в атмосферу на сатурации происходит пропорционально изменению соотношения коэффициентов утилизации: ат — теоретического, ад — действительного в типовом аппарате и адинб — действительного в инжекционно-барбо-тажном сатураторе. Таким образом, при инжекцион-но-барботажной сатурации сока сокращение выброса СО2 в атмосферу составляет
(а>д) : (а>динб) = (72,7/55) : (72,7/70) = в 1,27 раз на 1 т свёклы, а при сатурации клеровки сахара-сырца соответственно
(а>д) : (а>динб) = (65/46) : (65/62,5) = в 1,36 раз на 1 т сахара-сырца.
Проведено также исследование инжекционной ступени предварительной сатурации клеровки сахара-сырца с наложением на поток жидкостно-газовой смеси пульсационных воздействий интенсивностью 5 — 25 • 10-3 м2/с3, приводящих к увеличению межфазной турбулентности, обновлению межфазной поверхности и, соответственно, увеличению коэффициента массоотдачи в жидкой фазе и поверхности контакта фаз. Оценка эффективности воздействия пульсаций на сатурацию осуществлена по технологическим эффектам очистки, которые увеличились на 18—20 %, и коэффициенту утилизации, возросшему на 35—38 %.
Технологические результаты проверки способа инжекционной сатурации с пульсационными воз-
2
22 САХАР № 7 • 2022
М ARI ВО® ГИБРИДЫ (&HILLESHOG
your partner in sugar beet... AX A P НО И CR F К/1 hi ^^
www.mariboseed.com/russia I I IV/r I V^ULIV I Ul www.hilleshog.com/ru
действиями указанной интенсивности подтвердили, что при одинаковых энергетических затратах, выражающихся диссипируемой турбулентной энергией, пульсационные воздействия являются более эффективными, чем стационарный процесс. При этом часть энергии идёт на образование поверхности дисперсий и, главным образом, на её возобновление, компенсирующее коалесценцию, а другая часть идёт на деформацию этой поверхности под действием турбулентных пульсаций.
Показано, что скорость поглощения N диоксида углерода раствором клеровки в инжекционной части сатуратора на выходе из камеры смешения, работающего в пульсационном режиме, можно определить по формуле
лж=к.ф.ря.^.(ср-св),
где К — коэффициент, учитывающий влияние интенсивности пульсационных воздействий на скорость процесса поглощения (экспериментальная оценка К = 1,6); Ф — фактор ускорения абсорбции химической реакцией; Рх — коэффициент массоот-дачи в жидкой фазе, м/с; ¥ — площадь поверхности раздела фаз, м2; Ср — растворимость СО2 в клеровке, Со — концентрация газа в основной массе жидкости, кмоль/м3.
Оценки скорости поглощения диоксида углерода при рассмотрении кинетики инжекционной сатурации растворов клеровок сахара-сырца при пульса-ционных воздействиях показали N = 3,2 — 3,6 • 10-3 кмоль/(с • м3).
Проведённые теоретические и экспериментальные исследования инжекционно-барботажной сатурации дефекованного сока и клеровки сахара-сырца позволили разработать способ двухстадийного процесса с 60%-ной карбонизацией на инжекционной ступени при повышенном давлении. На основе струйной технологии предложены варианты конструкций инжек-ционно-барботажных сатураторов с высокими эффектом адсорбционной очистки и степенью утилизации диоксида углерода, представленные в разделе «Описание конструктивных решений».
Обсуждение и анализ полученных результатов
Как известно, в настоящее время эффективность использования газа при сатурации сока и клеровки тростникового сахара-сырца в типовых сатураторах составляет 40—55 %. Это значительно ниже минимально допустимой величины около 73 % при сбалансированном потреблении известкового молока и са-турационного газа для очистки диффузионного сока и клеровки сахара-сырца. Вследствие этого заводы вынуждены перерасходовать топливо при дополнительном обжиге известняка и выводить часть извести
как товарную. Кроме того, при низком коэффициенте использования диоксида углерода увеличиваются тепловые потери, время сатурации, повышается цветность соков и нарушается экологическая обстановка атмосферы из-за излишних выбросов диоксида углерода с отработанным сатурационным газом.
Известно, что при постоянных физико-химических свойствах дисперсной системы «жидкость — газ» объёмный коэффициент массоотдачи в жидкой фазе при турбулизации зависит от мощности перемешивания и газосодержания. Исходя из анализа процесса сатурации, был сделан акцент на повышении мощности механического перемешивания в инжекторах, которая пропорциональна скорости диссипации энергии — чем она больше, тем выше скорость рассеивания энергии в аппаратах, реализующих процесс турбулизации. Для этого использовались следующие эффекты:
— режим инжектирования с противодавлением по газовой фазе;
— многоструйный режим инжектирования;
— наложение на поток жидкостно-газовой смеси пульсационных воздействий.
В проведённых экспериментах скоростные режимы течения потока составляли 25 м/с, что соответствует критерию Рейнольдса 15,5 • 105. Для сопоставления можно отметить, что конструкция аппарата, имеющего последовательные периодические сужения типа «конфузор — диффузор» для системы «газ — жидкость» при значении критерия Re = 3,56 • 104 позволяет интенсифицировать тепло-массообмен в 1,5 раза.
В предложенных сатураторах с инжекционной ступенью влияние эффектов нестационарности и инерционности на межфазовый перенос приводит к обновлению межфазной поверхности, увеличению межфазной турбулентности, что увеличивает основные составляющие переноса — коэффициент массоотдачи и межфазную поверхность ¥.
Положительное влияние противодавления на эффективность инжекционной сатурации связано со смещением зоны активного перемешивания из диффузора инжектора в камеру смешения, что увеличивает реакционное время и способствует более полному поглощению диоксида углерода щелочным сахарсодержащим раствором. Однако дальнейшее повышение противодавления уменьшает эжекцию (см. рис. 1б) и создаёт скачок давления в начале камеры смешения, после чего в ней движется уже не жидкостно-газовая эмульсия (пена), а жидкость с пузырьками газа.
Показано, что при отношении площади сечения камеры смешения и жидкостного сопла инжектора / // = 12,9; Р = 0,52 МПа; Р = 0,04 и 0,06 МПа существует максимум коэффициента объёмной по-
№ 7* 2022 САХАР
23
HILLESHOG'
U0, m3/M3 10
1
к 2 1 -—ч
10 11 12
Рис. 3. Влияние числа отверстий Zв рабочем сопле инжектор а на объёмны й коэффициент подачи U
1 - Щ = 12,9, Р = 0,52МПа, Рс = 0,04МПа;
2 - f/f о 12,91, Р = 0,52 МПа,, Рс = 0,04 МПа
дачи инжектора от числа отверстии в жидкостном сопле г = 6 (3 < г < 12), что объясняется характером обновления поверхности струй при спутном течении на участке распада и взаимодействия с газовой фазой (рис. 3). Полученные при исследовании инжекцион-ной сатурации результаты являются предиктивной аналитикой использования струйной техники и позволяют усовершенствовать процесс сатурации дефе-кованных сахарсодержащих растворов.
Экономическая эффективность при использовании инжекционно-барботажной сатурации определяется сокращением расходов на уголь (13 тыс. р/т) и известняк (900 р/т). Средний расход каменного угля на обжиг 1 т известняка принимаем 8,0 % к его массе.
Тогда при сатурации сока сокращение расхода известняка составит 0,9 %, или 0,009 т, на 1 т свёклы, а угля соответственно 0,009 х 0,08 = 0,00072 т на
1 т свёклы. Суммарная экономия затрат на известняк и каменный уголь за 1 месяц переработки свёклы на сахарном заводе производственной мощностью по переработке свёклы А = 6 000 т/сут составит по топливу Э = 0,00072 • 13 000 • 6 000 • 30 = 1 685 000 р., а по
^ топ ' г '
известняку Эизв = 0,009 • 900 х 6 000 • 30 = 1 460 000 р. Суммарная экономия затрат на известняк и каменный уголь за 1 месяц переработки свёклы равна Э = 1 685 000 + 1 460 000 = 3 145 000 р. (см. табл.).
сум -Г \ /
Описание конструктивных решений
Предлагаемый сатуратор (рис. 4) может быть применён в качестве аппарата первой или второй сатурации. Использование эжектора 7 в качестве первой ступени сатуратора позволяет в течение нескольких секунд предварительно обработать сок с 20%-ной степенью карбонизации, что приводит к образованию центров кристаллизации карбоната кальция с высокой адсорбционной способностью. В барботажной секции сатуратора продолжается рост этих кристаллов с одновременной адсорбцией несахаров. Таков механизм получения соков высокой степени очистки.
В качестве газа для сатурации сахарного сока на первой ступени сатуратора является отработанный сатурационный газ из барботажной части сатуратора, концентрация СО2 в котором составляет 12-15 %.
Повышение коэффициента использования СО2 из сатурационного газа снижает загрязнение воздуха и тепловые выбросы в атмосферу.
Предлагаемый сатуратор для сахаросодержащего раствора (рис. 5) имеет цилиндрический корпус с коническим днищем, где расположены система рециркуляции сока (позиции 6, 7, 8) и инжектор 9, подключённый к системе рециркуляции сока и трубопроводу для подвода сатурационного газа 13. С целью повышения коэффициента использования углекислого
Экономические аспекты реализации НДТ сатурации растворов при производстве сахара на сахарном заводе
производственной мощностью по переработке свёклы 6 тыс. т/сут
Наименование мероприятия Капитальные затраты, млн р. Эксплуатационные затраты, млн р. Обоснование экономического эффекта Экономия затрат по топливу и известняку, млн р. Примечание
Проведение процессов первой и второй сатурации инжекци-онно-барботажным способом 5,0 (модернизация действующего сатуратора) 3,0 Увеличение степени утилизации сатураци-онного газа на 15%, уменьшение расхода известнякового камня на 0,9% к массе свёклы 3,145 в месяц Результаты производственных испытаний
Проведение процессов первой и второй сатурации на основе многоступенчатого контакта газа и сока [3] 14,0 (модернизация действующего сатуратора) 20,0 (приобретение сатуратора) 2,0 Увеличение степени утилизации сатураци-онного газа на 15 %, уменьшение расхода известнякового камня на 0,2 % к массе свёклы 0,698 в месяц п. 4.2.4 ИТС 44-2017 «Производство продуктов питания», табл. 5.12
24 САХАР № 7 . 2022
MARI ВО® ГИБРИДЫ (&HILLESHÔG
your partner in sugar beet... f AX A P НО И CR F К/1 hi ^^
www.mariboseed.com/russia I I IV/r I V^ULIV I Ul www.hilleshog.com/ru
Обработанный сок
Сатурационный
Рис. 4. Аппарат первой сатурации с первой эжекционной ступенью [6]:
1 — цилиндрический корпус; 2 — коническое днище; 3 — расширенная верхняя часть; 4 — циркуляционная труба; 5 — отверстия; 6 — трубопровод подачи сокогазовой смеси; 7 — эжектор; 8 — подвод дефекованного сока в эжектор; 9 — патрубок подвода отработанного сатурационного газа в эжектор; 10 — патрубок подвода сатурационного газа с печи; 11, 12 — каплеотбойники; 13 — патрубок удаления отработанного сатурационного газа в атмосферу; 14 — патрубок вывода обработанного сока; 15 — переливной ящик
газа в сопле инжектора установлены под углом 10—15° к вертикальной оси ребра для завихрения сока, а трубопровод для подвода сатурационного газа подключён к приёмной камере инжектора под углом 35—50° к её оси. Устройство, согласно изобретению, позволяет повысить коэффициент использования углекислого газа до 95 %.
Сатуратор (рис. 6) включает в себя вертикальный цилиндрический корпус 1, снабжённый распределителями сатурационного газа (5, 6, 7), циклоном 3 для отделения газа от раствора. Снаружи корпуса установлена вертикальная цилиндрическая обечайка 13 с днищем и крышкой, сообщённая переливным трубопроводом 22 с циклоном. На крышке обечайки установлен жидкостно-газовый инжектор (16—18) для предварительного сатурирования сахаросодержаще-го раствора. Обечайка снабжена системой управления пульсациями давления внутри неё, содержащей
Рис. 5. Сатуратор с инжекционной ступенью ^и1150269]: 1 — корпус; 2 — днище; 3 — патрубок для подвода дефекованного сока; 4, 5 — патрубки отвода отсатурированного сока и отработанного газа; 6 — насос; 7, 8 — трубопроводы; 9 — инжектор; 10 — патрубок нагнетательный; 11 — камера смешения инжектора; 12 — сепаратор газа и отбойник; 13 — трбопровод подачи газа; 14 — дозировочный вентиль; 15 — регулятор; 16 — прибор для измерения рН; 17— патрубок для подачи сатурационного газа в инжектор; 18 — приёмная камера инжектора; 19 — газораспределительные решётки; 20 — газоабсорбер; 23 — трубопровод отбора отсатурированного сока; 24 — устройство регулирования уровня; 25 — распределительное устройство для известкового молока и дефекованного сока; 28 — патрубок отводной
датчик давления 25 и связанный с ним регулятор 26. На переливном трубопроводе установлен клапан 23 с исполнительным механизмом 24. В сатураторе обеспечивается повышение эффекта очистки сахарсо-держащего раствора и увеличение коэффициента использования диоксида углерода сатурационного газа.
Установка для сатурации сахарсодержащего раствора (рис. 7) состоит из снабжённых газораспределителями и соединённых друг с другом трубопроводом две ёмкости — 1 и 2 , одна из которых служит для обработки раствора свежим, а другая — отработанным сатурационным газом. Ёмкости снабжены расположенными в их нижней части газораспределителями 18, 3. Ёмкость для обработки раствора отработанным сатурационным газом выполнена герметичной и
№ 7. 2022 САХАР 25
HILLESHOG'
газ
^ Пар 1
.iws
Iws l»W4 /vyhx,
В ёмкости 1 за счёт избыточного давления по газовой фазе достигается интенсификация процесса абсорбции диоксида углерода. Во-первых, изначально в струйном насосе, работающем с противодавлением, и, во-вторых, при барботировании пузырьков диоксида углерода, выходящих из газораспределителя, через слой раствора. При этом происходит интенсивное и равномерное образование мелких кристаллов карбоната кальция (СаСО3), обладающих высокой адсорбционной способностью. В результате высокоразвитой поверхности кристаллов карбоната кальция несахара более полно адсорбируются на их поверхности.
Сатуратор обеспечивает увеличение степени использования диоксида углерода сатурационного газа, улучшение эффекта адсорбционной очистки сахарсо-держащего раствора, улучшение фильтрационных и седиментационных свойств сатурационного осадка, уменьшение уноса воды и потерь теплоты с водяным паром.
Газ
Осадок
Рис. 6. Сатуратор для сахарсодержащегораствора [Яи 2292400]:
I — корпус; 2, 14 — днище; 3 — циклон; 4 — зонт;
5, 6 — сплошные и кольцевые тарелки; 7 — диспергидующие элементы; 8, 12 — патрубки отвода отсатурированного раствора и удаления осадка; 9 — контрольный ящик;
II — коллектор; 13 — цилиндрическая обечайка;
15 — крышка; 16 — приёмная камера инжектора; 17— рабочее сопло; 18 — камера смешения; 10, 19, 20 — патрубки подвода сатурационного газа и дефекованногораствора; 21 — насос; 22 — переливной трубопровод; 23 — клапан; 24 — исполнительный механизм; 25 — датчик давления; 26—регулятор; 27—рециркуляционный трубопровод
снабжена струйным насосом 8 для смешивания этого газа с подаваемым на сатурацию сахарсодержащим раствором, подключённым к её газораспределителю 3, и трубопроводом 30 для подачи обработанного раствора из этой ёмкости в ёмкость для его обработки свежим сатурационным газом. Эта ёмкость снабжена расположенным в наджидкостном пространстве зонтом 24 для улавливания отработанного сатурацион-ного газа и размещённой под ним и прикреплённой к стенке ёмкости конической тарелкой 26 для стекания раствора в нижнюю часть ёмкости. Ёмкость для обработки сахарсодержащего раствора отработанным сатурационным газом снабжена системами автоматического регулирования откачки обработанного раствора и давления в её наджидкостном пространстве.
у Осадок
Рис. 7. Установка для сатурации сахарсодержащего раствора [9]:
1, 2 — ёмкости; 3, 18 — газораспределители; 4, 5 — патрубки для подвода и отвода предсатурированного раствора; 6 — каплеотбойник; 7 — патрубок отвода отработанного сатурационного газа; 8 — струйный насос; 9, 10 — патрубки подвода дефекованного раствора и отработанного сатурационного газа; 11, 22, 25, 29, 30 — трубопроводы; 12 — датчик уровня; 13 — регулятор; 14 — исполнительный механизм; 15 — датчик давления; 16—регулятор; 17 — исполнительный механизм; 19 — кольцевой коллектор; 20 — патрубок подвода свежего газа; 21 — патрубок; 23 — контрольный ящик для отвода отсатурированного раствора; 24 — зонт для улавливания отработанного сатурационного газа; 26 — коническая тарелка; 27— каплеоотбойник; 28 — патрубок отвода отработанного газа
1
26 САХАР № 7 • 2022
М ARI ВО® ГИБРИДЫ (&HILLESHOG
your partner in sugar beet... AX A P H О И CR F К/1 hi ^^
www.mariboseed.com/russia I I IV/r I V^ULIV I Ul www.hilleshog.com/ru
Выводы
Учитывая, что эффективность адсорбционной очистки осадком СаСО3 определяется адсорбционной способностью адсорбента и адсорбтива, этот процесс более интенсивно реализуется в прямоточных секционных сатураторах с эжекционной первой ступенью, где соблюдается последовательное снижение щёлочности до оптимальной. При этом непрерывно изменяются свойства адсорбента и адсорбтива, в результате чего на определённых этапах протекания процесса реализуются условия, в которых происходит интенсивная адсорбция того или иного адсорбтива.
Для достижения эффекта снижения эмиссии диоксида углерода в атмосферу разработаны технические решения инжекционно-барботажных сатураторов и сатуратора с пульсационными воздействиями на ин-жекционной ступени, в которых обеспечивается заданный эффект утилизации СО2. Модернизация аппаратов сатурации может быть осуществлена силами сахарного завода.
Аппаратурное оформление процесса сатурации с использованием эжекторных систем на предварительной сатурации является перспективным с позиций энергоэффективности, ресурсосбережения, экологической и экономической целесообразности.
Список литературы
1. Van der Poel, P.W. Sugar technology. Beet and cane sugar manufacture / P.W. van der Poel, H. Schiweck, T. Schwartz // Berlin : Verlag Dr. Albert Bartens KG, 1998.
2. Бугаенко, И.Ф. Общая технология отрасли: научные основы технологии сахара /И.Ф. Бугаенко, В.И. Тужилкин. - Ч. I. - СПб. : ГИОРД, 2007. -512 с.
3. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 44-2017 «Производство продуктов питания» (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 декабря 2017 г. № 2784).
4. Струйно-инжекционная сатурация с пульсаци-онными воздействиями / С.М. Петров, Н.М. Подгор-нова, С.К. Воинов, В.Е. Игнатов // Сахар. — 2007. — № 9. - С. 33-36.
5. Петров, С.М. Экологическая оценка выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух свеклосахарными заводами / С.М. Петров, Н.М. Подгорно-ва, В.И. Тужилкин // Экология и промышленность России. - 2022. - Т. 26. - № 3. - С. 10 -16. https://doi. org/10.18412/1816-0395-2022-3-10-16
6. Пономаренко, В. Уменьшение загрязнения окружающей среды от выбросов сатурационного газа в сахарной промышленности / В. Пономаренко, В. Димитров, Ц. Пушанко // Научни трудове на русенския университет. - 2014. - Т. 53. - Сер. 10.2. - С. 71-74.
7. Пономаренко, В.В. Вплив фiзичних властиво-стей рщин на роботу рщинно-газових ежектор1в / В.В. Пономаренко М.М. Пушанко, А.М. Слюсен-ко, О.А. Сщенко // Науковi пращ Нащонального ушверситету харчових технологш. - 2019. - № 25. -№ 2. - С. 111-120.
8. Технологическое оборудование сахарных заводов / С.М. Гребенюк, Ю.М. Плаксин, Н.Н. Малахов, К.И. Виноградов. - М. : КолосС, 2007. - 520 с.
9. Патент № 2236470 Российская Федерация, МПК C13D3/04 C13D3/06. Установка для сатурации са-харсодержащего раствора : № 2003104212/13 : заявл. 12.02.2003 : опубл. 20.09.2004 / Яцковский П.В., Усы-ченко В.Н., Петров С.М., Подгорнова Н.М., Фурсов В.М., Гудзь Ю.А. ; ГОУ «Воронежская государственная технологическая академия»
10. Штангеев, В.О. Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства / В.О. Штангеев, В.Т. Кобер, Л.Г. Белостоцкий [и др.]. - Киев : Цукор Украши, 2003. - С. 352.
Аннотация. Для повышения эффективности процесса сатурации предложено осуществлять предсатурацию соков и клеровок прямоточным способом на эжекционной первой ступени двухсекционных сатураторов. При этом образование центров кристаллизации и рост кристаллов СаСО3 происходит в гидродинамических условиях с контролируемым изменением щёлочности, что приводит к образованию осадка с наибольшей адсорбционной способностью и обусловливает высокую эффективность очистки сахарного раствора от несахаров. Приведено обоснование и сделаны оценки двухступенчатой сатурации с использованием эжекторной системы, сопровождающейся снижением выбросов в атмосферу. Заданный эффект очистки растворов и утилизации СО2 обеспечивается за счёт увеличения межфазной поверхности и уменьшения времени её обновления в системе «жидкость - газ». Рассмотрены различные варианты аппаратурного оформления для практической реализации эжекционной ступени процесса сатурации.
Ключевые слова: свеклосахарное производство, прямоточная предсатурация, эжекторные системы, диоксид углерода, повышение утилизации СО2.
Summary. To improve the efficiency of the saturation process, it is proposed to carry out the pre-saturation of juices and clerks in a direct-flow way at the ejection first stage of two-section saturators. At the same time, the formation of crystallization centers and the growth of CaCO3 crystals occur under hydrodynamic conditions with a controlled change in alkalinity, which leads to the formation of a precipitate with the highest adsorption capacity and determines the high efficiency of cleaning the sugar solution from non-sugars. The substantiation and estimates of two-stage saturation using an ejector system, accompanied by a reduction in emissions into the atmosphere, are given. The desired effect of cleaning solutions and utilizing CO2 is provided by increasing the interfacial surface and reducing the time of its renewal in the liquid-gas system. Various options for hardware design for the practical implementation of the ejection stage of the saturation process are considered. Keywords: sugar beet production, once-through presaturation, ejector systems, carbon dioxide, increased CO2 utilization.
№ 7. 2022 САХАР 27
HILLESHÖG'
