Преимущества непрерывного уваривания утфеля Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 664.1.054

Преимущества непрерывного уваривания утфеля

С.М. ПЕТРОВ,д-р техн. наук, проф. (e-mail:[email protected]) Н.М. ПОДГОРНОВА, д-р техн. наук, проф.

B.И. ТУЖИЛКИН, д-р техн. наук, проф.

Московский государственный университет пищевых производств (МГУПП)

C.Л. ФИЛАТОВ ООО «НТ-ПРОМ»

Известно, что цикличность процесса промышленного получения сахарных утфелей в вакуум-аппаратах периодического действия (ВАПД) нарушает непрерывность технологического потока современного сахарного завода, вызывает пиковые расходы греющего пара, ограничивает внедрение комплексной автоматизации одного из основных процессов — промышленной кристаллизации сахарозы, тормозит совершенствование технологических процессов центрифугирования утфелей и сушки сахара, снижает эффективность всего производства в целом.

Процесс кристаллизации в ВАПД сопровождается градиентами температур и неоднородности физических свойств утфелей (пересыщения, вязкости, плотности), перегревом в пристенном слое кипятильных труб и протекает с 5-10-кратным замедлением циркуляции в течение цикла уваривания.

Наиболее интенсивно данный процесс протекает в кипящем утфеле, однако в периодическом варианте аппаратурной реализации в многофазной системе «раствор — кристаллы — пар» при наличии температурных, скоростных и концентрационных полей он трудно регулируется. Это определяет необходимость перехода к технологии непрерывного уваривания в вакуум-аппаратах непрерывного действия (ВАНД), которая является кардинальным шагом в направлении экономии энергоносителей.

Конструктивные особенности и недостатки ВАПД:

— низкая производительность вследствие того, что все стадии уваривания утфеля выполняются только в одном аппарате;

— дополнительное повышение температуры кипения утфеля на 4—5 оС из-за гидростатического напора (депрессии) слоя утфеля — от 1,2 до 2,2 м над поверхностью нагрева;

— повышение температуры кипения всей массы утфеля в вакуум-аппарате, приводящее к нарастанию цветности утфеля на 20—30 ед. ICUMSA;

— потери текучести всей массы утфеля, особенно ближе к окончанию периодического цикла уваривания; при этом вязкость утфеля возрастает от 0,1 до 5 Па-с (даже до 100 Па-с для низкой чистоты), а скорость циркуляции уменьшается от 0,5 до 0,01 м/с;

— высокая гидростатическая температурная депрессия, которая приводит к снижению теплового потока при заданной интенсивности парового обогрева;

— значительный перерасход пара из-за неравномерности времени вспомогательных стадий циклов уваривания: первоначального набора аппарата, выгрузки утфеля и пропаривания вакуум-аппарата, а также простоя между циклами и «удержания аппарата» на воде при отсутствии возможности выгрузки утфеля в приёмную мешалку.

Недостатки технологии уваривания утфелей в ВАПД, вытекающие из периодического характера процесса и конструктивных особенностей аппаратов:

— нестабильные результаты уваривания по выходу кристаллической фазы;

— нестабильные результаты по гранулометрическому составу кристаллов и высокий, как правило, коэффициент неоднородности (СУ>30—34%);

— отсутствие стандартных принципов управления увариванием утфельной массы на основе измерения движущей силы процесса кристаллизации — степени пересыщения межкристального раствора, особенно на стадии наращивания кристаллов;

— использование косвенного контроля состояния увариваемой массы утфеля даже при использовании микроволновых анализаторов-концентратомеров;

— несовершенный в большинстве случаев способ заводки кристаллов, кроме уваривания утфелей с маточным утфелем, требующим создания дополнительного термостатируемого циркуляционного контура для маточного утфеля и системы дозирования в вакуум-аппарат;

— возможность образования «муки», т.е. вторичного кристаллообразования при неточностях в управлении варкой утфеля;

— дискретный, как правило, способ подкачки увариваемого сиропа и оттёков, приводящий к колебаниям пересыщения в межкристальном растворе и удлиняющий цикл варки;

— обязательное и постоянное участие квалифицированного оператора-варщика в управлении (корректировке) работой АСУ ВАПД с периодическим

КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАВОДОВ

наблюдением образования «муки» и роста кристаллов анахроничным визуальным способом — «пробой на стекле»;

— переменная нагрузка: меняющееся потребление греющего пара и переменные потребности в давлении насыщенного пара, приводящие к более высокому расходу энергии, неравномерной нагрузке соответственно на паровой котел и конденсатор, что, в свою очередь, приводит к возрастающим издержкам производства и сниженной эффективности операций.

Указанные причины привели к необходимости разработать вакуум-аппараты непрерывного действия, в которых процесс уваривания проводят при непрерывной подаче кристаллической затравки (маточного утфеля) и увариваемого сиропа (оттёков) в аппарат, а готовый утфель непрерывно отводят из вакуум-кристаллизатора. В сахарной промышленности достаточно долго эксплуатируются вакуум-аппараты двух типов непрерывного действия: горизонтальный (англ. CVP — continuous vacuum pan) [2 — 4] и вертикальный (англ. VKT — vertical continuous vacuum pan) [10]. В устройстве первого типа отсеки аппарата соединены друг с другом горизонтально (рис. 1, 2).

Технология наращивания кристаллов в CVP из основы маточного утфеля за счёт большой суммарной поверхности его кристаллов позволяет осуществлять оптимальный режим во всём цикле уваривания на непрерывной подкачке сиропа при равенстве скоростей создания пересыщения и роста кристаллов.

Уваривание утфеля I продукта осуществляется в вакуум-аппарате непрерывного действия, имеющем сдвоенный горизонтальный корпус W-образной формы, который разделён продольной вертикальной перегородкой на два автономных аппарата. Корпус разделён также поперечными перегородками на 11 отсеков, в которых имеются калиброванные проёмы для зигзагообразного перемещения утфельной массы из секции в секцию. Объём каждого отсека обеспечивает равное время пребывания утфеля, что оптимизирует работу аппарата и стабилизирует показатели качества сваренного утфеля по содержанию кристаллической фазы и размерам кристаллов.

В аппарате реализованы все последовательные стадии периодического процесса: сироп с СВ=72% поступает в 1-й отсек аппарата и смешивается с маточным утфелем. Наращивание кристаллов производится путём подачи сиропа в донную часть каждого отсека, имеющего свой постоянный уровень и питающегося

Вакуум

К конденсатору

К центрифугам

Рис. 1. Схема непрерывного уваривания утфеля в горизонтальном вакуум-аппарате: 1 — сборник стандарт-сиропа; 2 — вакуум-аппарат маточного утфеля; 3 — сборник маточного утфеля; 4 — вакуум-аппарат непрерывного действия; 5 — сборник утфеля; БТ — плотномер; LT — уровнемер; FT—расходомер; ИП — индикатор потока; Ч — частотник_

как кристаллизуемой утфельной массой из предыдущего отсека, так и свежим сиропом. За счёт разности уровней утфель перемещается из отсека в отсек, а из последнего откачивается насосом (см. рис. 2).

Вертикальный испарительный вакуум-аппарат непрерывного действия (УКТ) базируется на испытанной конструкции вертикальной цилиндрической камеры вакуум-аппаратов периодического действия. Это позволяет использовать, в числе прочего, механические мешалки для достижения оптимальной циркуляции и перемешивания утфеля. Аппарат УКТ состоит из расположенных одна над другой камер кристаллизации, т.е. он представляет собой каскад аппаратов (камер) с мешалками, в которых поток ут-

Вторичный пар^

©

Маточный утфель

Греющий ^ пар *

Вода для разбавленияf

Сироп

Утфель

Конденсат

Рис. 2. Схематическое изображение непрерывного уваривания утфеля в горизонтальном аппарате CVP: 0 — основной поток; [7] — отсек

феля под действием силы тяжести свободно стекает от верхней к нижней камере (рис. 3).

Сочетание принудительной циркуляции с поддерживаемыми в камерах низкими уровнями утфеля позволяет использовать греющий пар очень низкого давления, так как гидростатическое давление столба утфеля в аппарате, работающем в непрерывном режиме, значительно ниже, чем в обычном испарительном вакуум-аппарате.

Успешное и экономически эффективное, конкурентоспособное с периодическим увариванием непрерывное уваривание утфеля требует выполнения определённых критериев. К ним относятся:

— значительное увеличение среднего размера кристаллов от затравочных до продуктовых в утфеле. Это улучшает объёмный КПД аппарата и, следовательно, эффективность затрат по сравнению с периодическим вакуум-аппаратом;

— узкое распределение по размеру кристаллов в продуктовом утфеле, за счёт чего достигаются хорошие показатели выделения кристаллов при центрифугировании и снижается степень растворения кристаллов сахара при промывке;

пар

Рис. 3. Схема регулирования работы вертикального аппарата VKT белого сахара [10]_

— высокие темпы роста кристаллов без образования мелкой фракции, что гарантирует достижение высокой производительности;

— хорошие показатели истощения за счёт уваривания утфеля с высоким содержанием сухих веществ и кристаллов;

— способность эффективно работать в широком диапазоне производительности по утфелю;

— работа с минимальным потреблением пара/вторичного пара (экстрапара) и возможностью использовать пары низкого давления, что позволяет улучшить паровой КПД завода;

— простая и эффективная схема управления, которая обеспечивает высокую производительность и может стабильно поддерживаться;

— минимальный контроль оператора за работой вакуум-аппарата;

— возможность работы вакуум-аппарата в номинальном режиме в течение длительных периодов между остановками на очистку;

— применение простых и быстровыполнимых процедур для операций запуска вакуум-аппарата, остановки и выпаривания.

В дополнение к приведённому перечню критериев капитальные затраты на установку ВАНД должны быть на приемлемо низком уровне.

Основное назначение вакуум-аппаратов непрерывного действия — постоянное сгущение потоков стандарт-сиропа и маточного утфеля, непрерывно подаваемых в аппарат для обеспечения уваривания утфе-ля с высоким содержанием сухих веществ, хорошо истощённым межкристальным раствором и равномерными крупными кристаллами. Для этого дожны быть соблюдены два условия:

— достаточная поверхность нагрева, чтобы обеспечить необходимую интенсивность испарения воды;

— соответствующая вместимость аппарата (определяет время удерживания утфеля) для роста кристаллов.

Наиболее важными факторами эффективного уваривания утфеля в СУР являются:

— качество кристаллов;

— эффективность энергоиспользования;

— техническая готовность и автоматизация аппарата.

Преимущество горизонтального, секционированного на отсеки вакуум-аппарата непрерывного действия состоит в том, что в результате его использования улучшена функция среднего роста кристаллов, приводящая к лучшему качеству кристаллов в продукте.

Чтобы получить кристаллы высокого качества, важно обеспечить равномерное течение потока ут-феля через аппарат и исключить укорачивание траектории движения или избыточной задержки утфеля с образованием застойных зон.

КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАВОДОВ

Доказано, что комбинированный аппарат, секционированный на 10—12 отсеков, обладает данными качествами. Это подтверждается результатами испытаний мечеными атомами лития для всех трёх типов утфеля тростникового сахара-сырца (рис. 4). На графике по оси Х отложено распределение по времени как отношение времени замера к среднему времени. Для сравнения различных аппаратов использовалась безразмерная величина времени. По оси Y отложено распределение времени задержки лития. Идеальный график нормального распределения лития должен быть в форме высокой и узкой кривой Гаусса. Её ось должна быть симметрична относительно относительного времени. Чем больше индикаторов в крайней области слева от единицы, тем больше мелких кристаллов образуется в результате сокращения пути течения утфеля. Чем больше область справа от единицы, тем больше крупных кристаллов образуется вследствие избыточного времени задержки утфеля в отсеках.

Кроме того, Хилл и Орчард (Hill and Orchard) [4] вывели теоретическую формулу оценки ожидаемого вариационного коэффициента (CV) для ряда последовательно соединённых кристаллизаторов с хорошим перемешиванием из условия равного времени удерживания утфеля и равномерной скорости роста кристалла:

CV = 100/V(N+3),

где CV — коэффициент неоднородности (вариации) кристаллов сахара, %;

N — количество отсеков (камер) в вакуум-аппарате непрерывного действия.

Если увеличение размеров продуктовых кристаллов в аппарате составляет от 1,6 до 2,0 относительно затравочных кристаллов маточного утфеля, а коэффициент неоднородности кристаллов затравки низкий,

то, как показывает практика, вышеуказанные величины являются хорошими практическими показателями (табл. 1).

Следовательно, хороший вакуум-аппарат непрерывного действия аппроксимируется приближением из N включённых последовательных кристаллизаторов, что и должно являться практической целью выполнения вакуум-аппарата непрерывного действия. Конструктивно корпус СУР разделяют на отсеки для лучшей реализации режима вытеснения. При числе отсеков свыше 10 характер снижения СУ замедляется (рис. 5).

Из приведённой формулы следует, что если требуется СУ ниже 32%, нужно использовать минимум N=7 отсеков для нормального Гауссова распределения размеров кристаллов, а при N=11 отсеках значение СУ будет 26,7%.

Вакуум-аппарат вертикального колонного типа (УКТ), состоящий из 4 камер с хорошим перемешиванием циркуляторами утфеля в каждой камере, при производстве белого сахара показал коэффициент неоднородности кристаллов СУ, составляющий 40%, тогда как сахар, получаемый с помощью периодических вакуум-аппаратов, имел СУ от 20 до 25% [13].

Закорачивание траектории 2,0 "

Превышение удержания

§ I

§ 1,5

1 <¡3

<и

1,0

о

0 Q.

1

з а ■8-

I

3 продкут \

о - 1 продкут

2 продкут

м м | м о \

; р - : /о/ '-[»Lcnauf^J........ \

............^-I-,-SSLsjs_M# ,,,,

О 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Рис. 4. Оценка мечеными атомами линия дисперсии времени перемещения потока утфеля в корпусе CVP

50

.............................■

45

40

ж35 f 30 •е- 1 25 Ь 20

15

10

5

20 25 30 35 40 45 50 СУ затравки, % Рис. 5. Прогнозируемое значение коэффициента неоднородности кристаллов для СVP как функция коэффициента неоднородности затравочных кристаллов и количества отсеков п [13]

Таблица 1. Коэффициент неоднородности кристаллов при различном

количестве отсеков в вакуум-аппарате непрерывного действия

Количество отсеков 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

CV, % 37,8 35,4 33,3 31,6 30,2 28,9 27,7 26,7 25,8 25,0

Аналогичные результаты по коэффициенту неоднородности кристаллов утфеля III продукта представлены в работе N.J. Gil [9] (табл. 2).

Таблица 2. Характеристики полученных кристаллов при сравнении

утфеля III продукта [9]

Вакуум-аппарат Размер кристаллов Коэффициент неоднородности кристаллов, CV, % Пудра, %1

VKT Камера 1 0,288 39,00 3,60

Камера 2 0,291 40,92 7,40

Камера 3 0,280 40,92 7,25

Камера 4 0,330 35,71 3,85

ВАПД 0,280 26,36 0,00

'Кристаллы размером менее 0,15 мм

Вследствие различий во времени удержания и выгрузки кристаллов в нижерасположенные камеры и, соответственно, в росте кристаллов, в УКТ существует широкое распределение кристаллов по размерам. Основной причиной этого является ограниченное количество камер (N=4) кристаллизации-выпаривания, оборудованных циркуляторами. Фактически первоначальные теоретические положения и попытки осуществить кристаллизацию выпариванием в качестве непрерывного процесса привели к признанию того, что из-за расширения дисперсии кристаллов по размерам эта цель может быть достигнута, только если по меньшей мере 8 камер с циркуляторами будут раз-

мещены последовательно [5]. Соответственно по этой причине запатентован усовершенствованный вертикальный вакуум-выпарной аппарат непрерывного действия, представляющий собой при той же высоте, что и 4-камерный УКТ, каскад из 8 камер с мешалками, снабжёнными нижними приводами, из которых 7 должны быть в действии, в то время как одна камера может подвергаться очистке [1, 12]. Восьмикамерная конструкция аппарата позволяет значительно повысить качество кристаллов вследствие более узкого их распределения по размерам — уже не на 4, а на 8 фракций, а также уменьшить явления конгломерации и формирования ложных затравок (муки).

Из всех приведённых результатов следует, что желательно иметь непрерывную систему уваривания утфе-ля в проточном потоке, эквивалентную по меньшей мере 11—13 отсекам в вакуум-аппарате, чтобы добиться удовлетворительного улучшения СУ в процессе кипения [11]. Чем ближе система потока утфеля приближается к потоку с идеальным (пробковым) вытеснением, тем более возрастает вероятность получить более узкое распределение кристаллов по размерам в сравнени с распределением в периодических аппаратах (табл. 3).

Таким образом, представляется практически доказанным вывод, что при любом применении непрерывного уваривания утфеля, когда важно узкое распределение кристаллов по размерам, желательно

Таблица 3. Сравнительная характеристика вакуум-аппаратов периодического и непрерывного действия

Параметр Вакуум-аппарат периодического действия (ВАПД) Вакуум-аппарат непрерывного действия

горизонтального типа (CVP) FIVES CAIL вертикального колонного типа (VKT) BMA

Количество эксплуатируемых аппаратов: — в мире — в Российской Федерации ~по 8 аппаратов на 75 заводах 439 (2014) 6 75 (2006) 1

Тип аппарата Вертикальный, однокамерный Горизонтальный; разделён на ряд отсеков для лучшей реализации режима вытеснения утфеля Вертикальный, вмещает в себя несколько камер, расположенных одна над другой

Принцип работы Периодический процесс с неустановившимся (нестационарным) изменением параметров во времени Непрерывный, установившийся (стационарный) процесс, близкий к идеальному вытеснению; разность по высоте между первым и последним отсеками обеспечивает продольное перемещение утфельной массы Непрерывный процесс комбинированного типа — смешения и вытеснения; утфель многократно циркулирует в каждой камере и одновременно под действием силы тяжести свободно стекает от верхней камеры к нижней

Число ступеней кристаллизации для продуктов 1 Для 1—111 продукта 11 — I продукт 11 (13) — II продукт 13 — III продукт 4 Для I—III продукта

Выполнение отсеков (камер) Однообъёмное Отсеки переменного объёма; объём каждой секции обеспечивает равное время пребывания утфеля Объём всех камер одинаковый

Тип циркуляции утфеля в аппарате Естественная или принудительная циркуляция Горизонтальное поступательное движение утфеля с естественной циркуляцией внутри отсеков и непрерывным отводом утфеля из отсека в отсек; опционально-механические циркуляторы Многократная циркуляция утфеля в камерах за счёт использования механических циркуляторов и гравитационное перетекание в нижерасположенные камеры

КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАКОДОК

Вакуум-аппарат периодического действия (ВАПД) Вакуум-аппарат непрерывного действия

Параметр горизонтального типа (CVP) FIVES CAIL вертикального колонного типа (VKT) BMA

Высота утфеля над паровой камерой, м 2,25 0,2-0,3 0,4

Переход утфеля в последующую ступень Нет Осуществляется зигзагообразно через калиброванные верхние и нижние проёмы в поперечных перегородках Осуществляется через боковые выпускные каналы в днищах с двойным конусом (двухскатных)

Отклонение от среднего времени пребывания утфеля в секции: Соответствует закону нормального распределения Не соответствует закону нормального распределения

— проскок — задержка минимальный минимальная существенный стохастическая, вариабельная

Время удержания утфеля I продукта, мин - 130-145 130

Время полного цикла уваривания I продукта (с циркулятором), мин 160 - -

Средний размер затравочных кристаллов, мм 0,01 0,35 0,38-0,43

Кратность увеличения размеров затравочных кристаллов - 1,6-2,0 1,6

Качество кристаллов, оцениваемое по коэффициенту неоднородности СУ, % 25-26 25-27 36-38

Паропотребление Пульсационное с переменой нагрузкой на выпарную установку Равномерное без пульсационных нагрузок, что позволяет эксплуатировать выпарную установку в оптимальном режиме Равномерное, механическая реком-прессия пара; двойной эффект выпарной кристаллизации

Давление пара, ат.:

— греющего — вторичного 1,5 0,23 1,02 0,2 0,7-0,8 0,25

Разность температур между греющим паром и утфелем, оС 58 35 31

Периодичность очистки, сут: I продукт II продукт III продукт После каждой варки 15 40 90 15-20 20-30 45-60

Способ и продолжительность очистки, ч:

I продукт II продукт III продукт — прерывистый — пропарка 15—25 мин — расход пара 1,5 кг/100 кг свёклы - без прерывания уваривания I и II продукта в аппаратах со сдвоенными корпусами - освобождение одного корпуса, снижение производительности на 30-50% — кипячение 1 ч, расход воды/сока соответствует вместимости одного корпуса - без прерывания уваривания утфеля - способ поочередного байпасирова-ния одного из аппаратов и снижение производительности аппарата на 25% при сокращении на одну (до трёх) числа ступеней кристаллизации - пропарка аппарата, отключённого от потока утфеля

Вместимость аппарата I продукта, м3: мин. макс. 25 95 2x44 2x150 62,1 243

Площадь поверхности нагрева аппарата I продукта, м2: мин. 193 843 772

макс. 745 3 038 2 980

Отношение поверхности нагрева к вместимости 6-8 10-13 12,0

Параметр Вакуум-аппарат периодического действия (ВАПД) Вакуум-аппарат непрерывного действия

горизонтального типа (CVP) FIVES CAIL вертикального колонного типа (VKT) BMA

АСУТП Локальная АСУТП Одна общая взаимосвязанная система для управления всем аппаратом Четыре локальные системы с различными алгоритмами управления каждой камерой

Принцип управления вакуумным выпарным аппаратом Косвенный: основан на определении некоторых физических параметров утфеля (электропроводности, вязкости и др.); оператор участвует в ручном управлении и корректировке АСУТП Прямой: основан на постоянном управлении материальным балансом внутри аппарата. Количество подкачиваемого в аппарат сиропа зависит от количества испаряемой влаги, которое определяется при помощи конденсата на выходе из блока нагревательных трубок. Оператор выполняет только контролирующие функции Косвенный: режим работы каждой камеры VKT регулируется индивидуально (каскадное регулирование); давление греющего и вторичного пара регулируется раздельно для всех четырёх камер. Оператор выполняет только контролирующие функции

Регулирование производительности Количеством набора сиропа (оттёков) в аппарат Возможно в диапазоне 50—120%, осуществляется изменением уставок давления греющего пара Возможно в диапазоне 90—110%, осуществляется изменением уставок давления греющего пара

Особенности эксплуатации — Низкая производительность вследствие того, что все стадии выполняются только в одном аппарате — Более высокий расход пара как количественно, так и качественно — Низкая и неравномерная скорость роста кристаллов — Длительное время простоя — Меняющееся потребление греющего пара и переменные потребности в давлении насыщенного пара, приводящие к более высокому расходу энергии, неравномерной нагрузке соответственно на паровой котел и конденсатор и как результат — к возрастающим издержкам производства и сниженной эффективности операций — Отсутствие обеспечения байпасиро-вания отсеков, поэтому в случае технического обслуживания любого одного отсека весь агрегат должен быть остановлен — Потребность в большей площади при монтаже — При очистке CVP I и II продукта в аппаратах со сдвоенными корпусами расход воды/сока при кипячении соответствует вместимости одного корпуса — Ограниченное количество камер кристаллизации (n = 4) при рекомендуемом n > 8 — Возможность проскока загружаемого утфеля сразу в нижерасположенную камеру создаёт различие во времени удерживания кристаллов и, соответственно, в росте кристаллов — Недостаточная однородность кристаллов вследствие широкого распределения кристаллов по размерам — Возможность конгломерации кристаллов и формирования ложных затравок

использовать затравочный (маточный) утфель также с хорошим СУ (см. рис. 5), иметь систему потока, эквивалентную примерно 11 (или более) отсекам в одном корпусе, хорошую циркуляцию и однородные условия кипения в отсеках.

При проведении литиевых трассирующих тестов в СУР I продукта (рис. 6) рассчитаны среднее время пребывания утфеля в аппарате, которое составляет 146 минут, и коэффициент вариации для распределения 0,26 [7]. Распределение времени удерживания объёмов утфе-ля показало, что сокращения траектории при перемещении утфеля не происходит, равно как и нет никаких свидетельств о застоявшихся или медленно движущихся массах.

Установлено, что использование СУР при трёхкристаллизационной схеме продуктового отделения позволяет снизить расход пара на

0,008

0,007

i 0,006 I

I 0,005 §

10,004 | 0,003

I 0,002 0,001 о

0:00 1:12 2:24 3:36 448 6:00 7:12 8:24 9:36 Время, час:мин

Рис. 6. Концентрация LiCl в утфеле Iпродукта в зависимости от времени отбора проб

V Рецикл при уваривании клеровки из центрифуг влияет на остаточную

Т концентрацию лития, измеренную V» в конце испытания

V. / .

ттшГ , , "^Vm^Nt^/»^^

уваривание утфеля примерно на 10%. Это эквивалентно уменьшению технологического паропотребления в процессе переработки тростника на 1,7% для типичного завода [6].

КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАЯОДОЯ

Среднее паропотребление при использовании СУР ниже 10 до 13% по сравнению с периодическим увариванием утфелей, что одновременно сопровождается уменьшением потребности в мощности оборудования, необходимого для конденсации вторичного пара и охлаждения конденсата (табл. 4, 5).

Таким образом, основные преимущества непрерывного процесса уваривания утфелей над периодическим процессом выражаются в следующем: лучшее использование оборудования, повышение эксплуатационной и энергетической эффективности вакуум-аппаратов, более простой процесс управления [14].

Список литературы

1. Патент 013155 ЕПВ, C13F 1/02. Усовершенствованный вертикальный вакуум-выпарной аппарат непрерывного действия / Д.П. Сингх (IN), В.К. Гупта (IN), С.К. Сингх (IN); Спрей Энджиниринг Дивайсиз Лимитед (IN); Номер заявки 200801876; Заявл. 2006.09.25; Опубл. 2010.02.26.

2. Петров, С.М. Вакуум-аппарат непрерывного действия — энергосберегающее решение работы продуктового отделения / С.М. Петров, С.Л. Филатов, И.В. Шаруда // Сахар. - 2011. -№ 5. - С. 59-63.

3. Петров, С.М. Непрерывное уваривание утфеля первого продукта в горизонтальных вакуум-аппаратах / С.М. Петров, С.Л. Филатов, И.В. Шаруда // Сахар. - 2013. № 6. - С. 56-61.

4. Шаруда, И.В. Вакуум-аппарат непрерывного действия: история развития / И.В. Шаруда // Сахар. - 2014. - № 1. — С. 48-55.

5. Austmeyer, K..E. Die Kontinuierliche Kristallisation der Saccharose aus Heutiger Sicht / K.E. Austmeyer // Zuckerindustrie. - 1982. - Vol. 107. - S. 401-414.

6. Broadfoot, R. Energy efficient design and operation ofcontinuous pans / R. Broadfoot // Proceedings-australian society of sugar cane technologists. - watson ferguson and company, 1999. - С. 373-380.

7. Broadfoot, R. Performance of the continuous A pan at Tully Mill / R. Broadfoot, D.W. Rackemann, L. Cripps // Proceedings-Australian Society of Sugar Cane Technologists. - PK Editorial Services. - 2004. - Vol. 26. -P. 74-89.

8. Energy Conservation in the Sugar Industries: Case Studies. STAI Jan. - Mar. - 2003. Vol. 6, Issue-1.

9. Gil, N.J. Comparison of the pforermance of vertical continuous (VKT) and batch pans for manufacturing C massecuite / N.J. Gil,

C.O. Briceno, A.L. Vivas, A.A. Ramos, G. Caicedo // International Sugar Journal. - 1999. - Vol. 101. - No 1208. - P. 411-415.

10. Hempelmann, R. The VKT continuous vacuum pan - more than 20 years of experience / R. Hempelmann // International Sugar Journal. - 2006. - Vol. 108. - No 1296. - P. 704-710.

11. Inkson, M. THE SKIL / BOSCH CVP / M. Inkson, B. Moor.

12. Patent No 7972445 US, Int. Cl. C13B 30/02. Vertical continuous vacuum pan / J.P. Singh (IN), V.K. Gupta (IN), S.K. Singh (IN); Spray Engineering Devices Limited, Chandigarth (IN) - US 2009/0056706 A1, Prior Publication Data Mar. 5, 2009; Date of Patent: Jul. 5, 2011; US. Cl. 127/16. 10 p., 3 fig.

13. Rein, P.W. Analysis of crystal residence time distribution and size distribution in continuous boiling vacuum pans / P.W. Rein, M.G.S. Cox, D.J. Love // Proceedings of The South African Sugar Technologists' Association. - 1985. - Vol. 59. - P. 58-67.

14. Vawda, A.S. Experience with continuous crystallization of refined sugar at United Sugar, Jeddah / A.S. Vawda, A.E. Muneef, M. Voelling // International Sugar Journal. - 2012. - Vol. 114. — No. 1361. - P. 316-323.

Аннотация. Цикличность процесса промышленного получения сахарных утфелей в вакуум-аппаратах периодического действия нарушает непрерывность технологического потока современного сахарного завода, вызывает пиковые расходы греющего пара, ограничивает внедрение комплексной автоматизации. Приведён сравнительный анализ уваривания утфеля в традиционных периодических и непрерывных вакуум-аппаратах горизонтального (CVP) и вертикального (VKT) типов, уже эксплуатируемых в сахарной промышленности. Показано влияние секционирования корпуса вакуум-аппарат на коэффициент неоднородности кристаллов. Представлены данные по времени удерживания утфеля, дисперсии времени перемещения потока утфеля, коэффициенту вариации кристаллов и паропотреблению. Наиболее важными факторами эффективного уваривания утфеля в вакуум-аппаратах непрерывного действия являются: стабильное качество кристаллов, лучшая эффективность паропотребления, техническая готовность и автоматизация аппарата на основе более простых принципов управления. Ключевые слова: периодические и непрерывные вакуум-аппараты, утфель, аппараты горизонтального (CVP) и вертикального (VKT) типов, секционирование аппарата, сравнительная характеристика аппаратов, время удерживания утфеля, размер кристаллов, коэффициент вариации кристаллов, эффективность паропотребления

Summary. The cyclical nature of the process of industrial production of sugar refiners in vacuum batch machines disrupts the continuity of the technological flow of a modern sugar plant, causes peak heating steam costs, and limits the introduction of complex automation. Comparative analysis of the boiling of massecuite in traditional periodic and continuous vacuum devices of horizontal (CVP) and vertical (VKT) type, already in operation in the sugar industry, is given. The effect of sectioning the vacuum-device body on the coefficient of crystal inhomogeneity is shown. The data on the time of retention of the massecuite, the dispersion of the motion time of the massecuite, the coefficient of crystal variation, and the steam consumption are given.

The most important factors for efficient boiling of massecuite in continuous vacuum machines are: stable quality of the crystals; Better efficiency of steam consumption; Technical readiness and automation of the device based on simpler management principles. Keywords: periodic and continuous vacuum apparatuses, massecuite, horizontal (CVP) apparatus and vertical (VKT) type, apparatus sectioning, apparatus comparative characteristics, massecuite retention time, crystal size, coefficient of crystal variation, efficiency of steam consumption

Таблица 4. Абсолютный расход пара на уваривание утфеля [8]

Утфель кристаллизации Расход пара, т/ч

CVP ВАПД

I 12,38 13,76

II 4,22 5,3

III 4,38 6,43

Итого 20,98 25,49

Таблица 5. Удельные характеристики расхода пара при трёхпродуктовой схеме уваривания утфеля

Утфель кристаллизации Расход пара, т/т продуктового утфеля

CVP[3] ВАДД*

I 0,30 0,37

II 0,29 0,36

III 0,28 0,35

*Для ВАДД учтён межцикловый расход пара на пропарки