CC BY
43
УДК ББ4.1.038 Б01: 10.15587/2312-8372.2015.47018
Р03Р0БКА ОБЛАДНАННЯ ТА ТЕХНОЛОГ1ЧНО1 СХЕМН ЗМЕНШЕННЯ ВНКНД1В ЦУКРОВНХ ЗАВОД1В
Проведено аналгз стану утилгзащ викидгв на втчизняних та зарубгжних цукрових заводах. Констатуеться значнезабруднення навколишнього середовища промисловими викидами при низь-кш стимуляцг виршення цих питань. Одна з причин — вгдсутнгсть економгчно обгрунтованих технологгчних схем. Запропонована схема утилгзащ викидгв передбачае попередне оброблення буряковог стружки вгдпрацьованими газами з апаратгв сатурацг та сульфтацг.
Клпчов1 слова: викиди, цукровий завод, агресивнг гази, технологгчна схема, сатуратор, суль-фтатор, екстрагування.
Пономаренко В. В., Пушанко Н. М., Пушанко М. М.
1. Вступ
Викиди СО2 промисловими тдприемствами кожний рж збшьшуються на 2,7 % i на 2015 вони на 60 % бiльшi рiвня 1990 року — базового року для Юотського протоколу [1]. Одшею з причин небажання займатись утилiзацieю викидiв е вiдсутнiсть контролюючих сти-мулiв та субсидш для здiйснення цих програм.
Проте утилiзацiя викидiв стае перспективним напря-мом, оскiльки може перетворити викиди СО2 в хiмiчнi речовини i паливо. Дiоксид вуглецю може зберiгатись або використовуватись в рiзних галузях промисловостi при виробництвi продукпв харчування, напо!в, у фар-мацевтичнш промисловостi. Вiн може бути перетворений в продукщю високого попиту: мочевину, метанол i бiопаливо.
Значнi викиди парникових газiв вiдбуваеться при робот електростанцiй, заводiв по виробництву цементу та цукру з тростинно! та буряково! сировини. Для таких тдприемств викиди СО2 е значною та невирiшеною проблемою [1, 2]. Для !х зменшення рекомендуеться використовувати вщходи цукрового виробництва (ввд-жату цукрову тростину), як замшник частини цементу. Доведено, що вона мае в'яжучi властивостi, може бути використана разом з цементом, покращуе мехатчш влас-тивостi та довговiчнiсть матерiалiв на основi цементу. Такий тдхщ до утилiзацii вiдходiв цукрового заводу рекомендуеться для кра!н виробникiв цукру з цукрово! тростини, таких як Бразилiя, Iндiя та iн.
Все бшьшого значення набувають екологiчно чис-тi технологи, якi зменшують викиди парникових га-зiв [3, 4]. Це особливо актуально, коли основними забруднюючими промисловими тдприемствами е цук-рова промисловшть. Таку думку висловили дослщники 1ндп, де цукрова промисловшть е однiею з найбiльш забруднюючих технологiй. Технiко-економiчне обгрун-тування показуе, що експлуатацшш затрати цукрового заводу можуть бути на 42 % меншi при використанш вiдпрацьованого газу з електростанцш. Яким чином отримувати вапно для здшснення процесiв хiмiчного очищення соку авторами не пояснюеться, а запропо-нований шлях не вирiшуе проблему утилiзацii викидiв самого цукрового заводу.
В роботi [5] звертаеться увага на те, що при вироб-ництвi цукру проходить значне забруднення середовища твердими вщходами, такими як жом. Шсля технолопчно! обробки його можливо використовувати як замшник деяко! частини деревини при виробництвi паперу.
Твердi вiдходи цукрового заводу на ввдмшу вiд паро-газових викидiв знайшли застосування в рiзних галузях господарства як добавки до основного компоненту.
У виробничi сезони викиди цукровими заводами парогазових сумшей в атмосферу е звичним явищем i сприймаються як неминучiсть. Серед них найбiльшими за кiлькiстю та агресившстю е викиди вiдпрацьованого сатурацшного газу з апаратiв першо! та друго! сатурацiй, а також викиди з апарапв сульфiтацii.
В складi вiдпрацьованого сатурацiйного газу знахо-диться до 15 % невикористаного дюксиду вуглецю, краплi води та водяна пара. Температура парогазово! сумiшi в межах 75...85 °С на першш сатурацп та 92...100 °С на другш сатурацii. Для заводу середньо! продуктивностi 3000 т бурякiв/добу об'ем викидiв на першiй сатурацп досягае 5000 м3/год., на другiй сатурацп — 2000 м3/год.
В складi вiдпрацьованого газу з апаратiв сульфиацп знаходиться до 5 % невикористаного газу SO2, краплi води та водяна пара при температурi 70.105 °С.
Кiлькiсна оцiнка викидiв в кожному конкретному випадку залежить ввд багатьох факторiв. Основними з них е яюсть виробництва сатурацiйного та сульфгга-цiйного газiв, досконалiсть обладнання для проведення процеав сатурацп i сульфiтацii та дотримання опти-мальних режимiв його роботи.
Крiм забруднення атмосфери викидами парогазових сумшей на цукрових заводах втрачаеться значний тепло-вий потенщал. Вiдсутнiсть бажання займатись утилiза-цiею викидiв цукрових заводiв пояснюеться необхiднiстю вкладання коштiв в реалiзацiю таких проектiв, загальною кризою, в тому числi i в цукровш промисловостi.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
У викидах ввдпрацьованих газiв достатньо висока концентращя СО2 та SO2. При вказаних об'емах це приводить до значного забруднення атмосфери.
TECHN0L0GY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 4/4(24], 2015, © Пономаренко В. В., Пушанко Н. М.,
Пушанко М. М.
Втрати теплового потенщалу з викидами вщпра-цьованих газiв з апаратiв першо' та друго' сатурацiй е також доволi значш. Так на першiй сатурацii втрати теплового потенщалу складають 2,5.4,0 % до маси бу-рякiв [6], що приводить до зниження температури соку в апарат на 3...5 °С. Об'ем газу, що викидаеться складае двадцять-сорок об'емiв рiдини, що тдлягае обробцi.
Трохи нижчими (в 3.4 рази) е тепловi втрати з викидами ввдпрацьованих газiв з апаратiв другоi сатурацп [7]. Це зв'язано з меншими витратами газу на виконання процесу, але температура проведення другоi сатурацп е вищою. Об'ем газу, що викидаеться складае бшя двадцяти об'емiв обробленоi рiдини.
З вiдпрацьованим сульфггацшним газом втрачаеть-ся бiля 0,25 % рвдини до маси буряюв i вiдбуваеться зниження ii температури в межах 1.1,4 °С [8].
Тепловi втрати можливо зменшити при збшьшенш використання дiоксиду вуглецю та SO2 шляхом мо-дернiзацii апарапв. Наприклад, пiдняття рiвня соку в апарат першоi сатурацii з 4 м до 6 м приводить до збшьшення коефщента використання СО2 до 70 %, що е^валентно зменшенню теплових втрат на 1 % до маси буряюв [6]. Недолжом такого способу тдвищення використання СО2 е значно збiльшенi затрати енергп на стиснення газу, замша самого газового обладнання на бшьш потужне.
В робот [9] проаналiзовано процес очищення соку по схемi novi sad-76, що впроваджена на цукровому заводi в Сербii. Для подачi сатурацiйного газу в апарат використовують розподiльники газу в виглядi трубок Рiхтера. Це дозволило тдвищити використання СО2, а економiчний аналiз показав, що затрати на обробку соку зменшились.
Ефективним способом тдвищення використання дюксиду вуглецю в апаратах першоi та другоi сатура-цiй е розпилювання цукрового розчину в надсоковому простора або розпилювання в додатково встановленому абсорбера який являеться першою стутнню сатура-цii [10]. В останньому випадку крiм збiльшення ко-ефщенту використання СО2 досягаеться покращення яюсних показникiв цукрового розчину, що дозволяе отримати додатково бший кристалiчний цукор.
Запропоновано деюлька схем пiдвищення утилiзацii СО2 за рахунок повторного використання СО2 з вщпра-цьованого сатурацшного газу апаратами першоi та другоi сатурацiй. Так, згiдно схеми [11] пропонуеться споаб сатурацii цукрових розчитв, оснований на використаннi вщпрацьованого сатурацшного газу першоi сатурацii в яко-стi сатурацiйного газу на другш сатурацii. Це зменшуе загальнi витрати газу на проведення процеав сатурацп та заощаджуе паливо, що використовуеться для його отримання в вапняково-обпалювальнш печi. Осюльки сатурацiйний газ пiсля першоi сатурацп мае температуру соку i насичений парами води, то використання такого газу на другш сатурацп зменшуе втрати тепла з вихщним газом, а температура соку на другш сатурацп не знижуеться. Крiм того, повторне використання сатурацшного газу приводить до бшьш повного виснаження сатурацшного газу вщ дюксиду вуглецю, а це в свою чергу дозволить зменшити забруднення атмосфери.
Зпдно роби [12, 13] пропонуеться використову-вати вщпрацьований сатурацшний газ з апарату дру-гоi сатурацii на першш ступенi першоi сатурацii, яка проходить при бшьш низьюй температурi (80.85 °С).
В цьому випадку вщбуваеться передача теплоти цукровому розчину та ввдпадае необхiднiсть пвд^вати сiк пiсля апарату першоi сатурацп перед фшьтращею до температури 90 °С. Оскiльки такий газ в попередньому випадку викидався в атмосферу, то зпдно запропонова-ного способу сатурацп вщбуваеться економiя теплоти. Внаслщок того, що у вiдпрацьованому сатурацшному газi з апарату другоi сатурацп знаходиться велика юль-кiсть дюксиду вуглецю, його достатньо для проведення першоi ступеш I сатурацii в двохсекцшному сатураторi в розпилюючому режимi з 20.30-процентною ступiнню карбонiзацii. При цьому досягаеться також покращення яюсних показниюв обробленого соку.
Для використання тепла вщпрацьованих газiв запропоновано юлька конструкцiй теплообмiнникiв. В сату-раторi-нагрiвачi [14] на витяжнiй трубi пропонуеться встановити пристрiй у виглядi циклона з подвiйними стiнками, мiж якими по гвинтовiй траекторii циркулюе вода та центральноi труби для ввдводу сумiшi газiв. В результат рекуперативного теплообмшу вiдбуваеться нагрiвання води, яку можна використовувати на ви-робництвь
В роботi [15] для утилiзацii теплоти i очистки па-рогазових викидiв пропонуеться додатково тдключити до каналу парогазовоi сумiшi пароконтактний теплооб-мiнник — очисник, що мае регулюючу заслшку в каналi парогазовоi сумiш, який мае впускний та випускний колектори-кожухи, з'еднаш мiж собою трубами-кожухами, в яких розмщеш трубнi пучки i тдключеш вхiдними патрубками до каналiв парогазовоi сумiшi i пароконтактного теплообмiнника-очисника. Регулю-юча заслiнка в каналi парогазовоi сумiшi встановлена напроти вхiдного патрубка теплообмiнника-утилiзатора i в закритому положенш перекривае 40...60 % площi перетину каналу парогазовоi сумiшi. Така конструкщя утилiзатора теплоти, на думку авторiв, дозволить от-римати теплу воду для потреб виробництва.
Утилiзацiею сiрчистого газу та теплових викидiв пiсля сульфiтаторiв практично не займався нiхто. Лише констатувався факт '¿х наявность Головна причина тут в агресивносп парогазовоi сумiшi, в якiй мютяться сiрчана та сiрчиста кислоти. Хiмiчна корозiя утилiза-торiв теплоти приводить до досить швидкого виходу з ладу обладнання (стальш труби вщводу вiдпрацьова-ного сульфiтацiйного газу в атмосферу мшяють кiлька разiв за сезон цукроваршня). Використання спецiаль-них корозiестiйких матерiалiв приводить до значного збшьшення вартостi обладнання.
Практично вщсутнш досвiд використання теплового потенцiалу ввдпрацьованих газiв i на зарубiжних цукрових заводах. На одному з заводiв [16] вщпрацьоваш гази вщводять з апаратiв першоi та друго' сатурацiй, очищують в циклонних сепараторах вщ крапель рiди-ни та вентилятором подають в загальну димову трубу заводу. Такий тдхщ до вирiшення проблеми утилiзацii теплового та хiмiчного потенцiалу не виршуе а заганяе вглиб. Змша мiсця викидiв дозволяе тшьки розсiяти шкiдливi гази на бшьшш територГ', а не утилiзувати '¿х. Про економiю теплового потенцiалу мова навиь не йде.
3. 06'ект, ц1ль та задач1 досл1дження
Об'ектом дослгдження е викиди цукрового заводу з апарапв сатурацii та сульфиацп.
J
Цiллю даного дослвдження е розробка технологiчноï схеми використання хiмiчного та теплового потенщалу ra3iB пiсля сатурацiйних та сульфиацшних апаратiв для попередньоï обробки буряковоï стружки перед ïï подачею в дифузшний апарат з метою зменшення за-бруднення довкiлля та економп енергетичних ресурсiв.
Для досягнення поставленоï мети вирiшувались на-ступнi завдання:
— виконати аналiз сучасного стану апаратурного оформлення сатурацп та сульфиацп на вичизняних i зарубiжних цукрових заводах;
— дослщити ефективнiсть наявних технолопчних схем використання вiдпрацьованих газiв;
— запропонувати технологiчну схему використання хiмiчного та теплового потенцiалу вщпрацьованих газiв, що вiдповiдае економiчнiй доцшьносп, е простою в реалiзацiï, полiпшуе екологiчну ситуацiю.
4. Матер1али та методи визначення концентрацм даоксиду вуглецю
в сатурацшному газ1
4.1. Матерiали та обладнання для вигармвання стану сатурацшного газу. Для дослвдження параметрiв газу на виходi з апарапв сатурацп використовувались:
— ртутний термометр для визначення температури газу на виходг,
— лабораторний газоаналiзатор ГХП-3М для визначення концентрацп СО2;
— скляний холодильник газу на проточнш водi для приведення сатурацшного газу на виходi до нормальноï температури 20 °С;
— таблиц стану вологоï пари.
4.2. Методика визначення концентрацш дiоксиду вуглецю. Концентращю дiоксиду вуглецю на входi та виходi з апаратiв сатурацп визначали лабораторним газоаналiзатором. Для цього сатурацшний газ попередньо охолоджували в холодильнику при температурi проточноï води 20 °С, при якiй досягалась термодинамiчна рiвно-вага. Вiддiлялась сконденсована вода, а охолоджений газ об'емом 100 мл прокачувався через лабораторний газоаналiзатор, заповнений перманганатом калт. По змш об'ему газовоï фази в колбi газоаналiзатора зна-ходилась об'емна концентращя СО2.
5. Результати дослщжень кшьшсних та якiсних nоказникiв роботи апаратiв сатурацп
Була дослiджена робота типових апаратiв сатурацп в барботажному режимi та модернiзованого апарату сатурацп з першою розпилюючою стадiею контакту фаз тд надлишковим тиском та наступною — барботажною. Вимiрювання концентрацiй дюксиду вуглецю на входi та виходi проводились при проведеннi першоï та другоï сатурацiй в виробничих умовах в рiзнi роки. Коефiцiент використання дюксиду вуглецю визначали з формули:
K _ Ю0(Свх - Свих) Квик _ Тл АА Г,
Свх(100 - Свих)
(1)
Порiвняльнi данi роботи типового сатуратора та двохсекцшного сатуратора з початковою розпилюючою стутнню представлеш в табл. 1.
Таблиця 1
П□рiвняльнi показники роботи типового та двохсекцшного сатурат^в
Показники Типовий сатуратор Двохсек-цiйний сатуратор
Тиск в розпилюючому абсорбера МПа — 0,05
Лужщсть дефекованого соку, % СаО 1,39 1,42
Лужщсть нефiльтp□вaн□г□ соку 1 сатурацп 0,085 0,084
КоефщЕнт використання CÛ2 ББ,3 85,0
Швидтсть вiдcт□ювaння осаду, см/хв. 2,7 3,1
Д□бp□якicнicть соку 2 сатурацп 88,4 89,17
C^i Са++ соку 2 сатурацп 0,0648 0,0553
Отримаш данi свiдчать про збiльшення використання СО2 в двохсекцiйному сатураторi майже на 20 %. Цукровi розчини пiсля обробки в такому сатураторi мають бiльш високi яюсш показники, що дозволяе на заключнш стадiï отримати бiльше кристалiчного цукру.
Вимiри концентрацiй СО2 в дослщному сатураторi представленi в табл. 2. Середнш показник коефiцiенту використання дюксиду вуглецю на 15.20 % бшьший за аналопчний показник в типовому сатураторi [17].
Таблиця 2
Концентращя дюксиду вуглецю в дослщному двохсекщйному сатурат^ з початковою розпилюючою стадою
№ дослщу Концентращя СОг на входа в сатуратор, [СЩп°ч., об. % Концентращя СО на вихода з сатуратора, [СЩ™., об. % КоефщЕнт використання ^ к™
1 22 6,0 77,4
2 22 5,5 79,4
3 21 8,0 67,3
4 25 5,0 84,2
5 23 7,5 72,9
6 23,5 9,0 67,8
7 22 8,0 68,9
8 27 10,0 70,0
9 25 7,6 75,7
Серед. знач. — — 73,7
де свх — концентрацiя СО2 на входi в сатуратор, % об.; свих — концентрацiя СО2 на виходi з сатуратора, % об.
Таким чином, впровадження у виробництво двохсек-цшних апаратiв сатурацп дозволяе покращити якiсть цукрових розчишв та зменшити викиди вiдпрацьованих газiв в атмосферу.
При дослiдженнi роботи шших типiв апаратiв сатурацп [17] з покращеним газорозподiленням сатурацшного газу по перерiзу сатуратора, з використанням пульса-цiйних ефектiв, секцюнованих, була також вiдмiчена тенденцiя збшьшення використання дiоксиду вуглецю.
Данi результати доводять можливють зменшення забруднення атмосфери шюдливими газами та втрат тепла з вщпрацьованим газом.
6. Обговорення результат1в дослщження. Процес десорбци СО2 та S02 буряковом стружком
Значним резервом економп матерiальних та енерго-ресурав на цукровому заводi е утилiзацiя теплового та хiмiчного потенцiалiв ввдпрацьованих газiв. Обладнання повинно бути простим по конструкцп та ефективним з точки зору теплопередачу а утилiзоване тепло вико-ристано на технолопчш цiлi.
Зменшення кiлькостi викидiв за рахунок покращення гiдродинамiчних умов ведення процеав i збiльшення коефiцiента використання СО2 i SO2 в сатураторах i сульфiтаторах можливо досягти при максимальнiй швидкостi процесiв масопередачi, як вiдбуваються при оптимальних значеннях гiдравлiчного опору обладнання i залежать ввд висоти шару продукту, що обробляеться, його газовмшту, швидкостi руху газово! фази.
Масопередача речовини з одше! фази в iншу проходить зпдно основного закону масопередачi: швид-кiсть процесу дорiвнюе рушiйнiй сил^ подiленiй на опiр:
kv = 0,57w?'3U 0-56(GH2O/V;6)-
(5)
dM Ac
dFDt R '
(2)
де М — кiлькiсть речовини, яка переходить з одше! фази в шшу; F — поверхня контакту або роздiлу фаз; Ас — ру-шiйна сила процесу, тобто рiзниця рiвноважноi i робочо! концентрацш; х — час; R — отр.
Величина, зворотна опору R, е коефiцiент масопе-редачi:
К = 1/ R.
Rer =
Wrdepr
де жг — приведена швидюсть газу, м/с, и — густина зрошення, м3/(м2 ■ с), бН20 — масова кiлькiсть випаре-но! води, кг/с, Уаб — об'ем розпилюючого абсорбера, м3.
Рiвняння (4) справедливе в дiапазонi змiни пара-метрiв:
®г = 0,01 1,2 м/с;и = 0,005 - 0,05 м3/м2 ■ с.
Рiвняння (5) достатньо повно ввдображае фiзико-хiмiчнi процеси, що вiдбуваються в розпилюючому абсор-берi i дозволяе з високою точнiстю знайти ^. Паровий потж в газову фазу суттево зменшуе масопередачу СО2 з сатурацшного газу в цукровий розчин i вiдiграе значну роль при висоюй температурi друго! сатурацп. Цьому е тдтвердження бiльш низький коефщент використання дiоксиду вуглецю на другш сатурацii.
Приведенi спiввiдношення дозволяють коректно роз-рахувати коефiцiент масопередачi СО2 в двохсекцiйному сатураторi з першою розпилюючою ступенню контакту фаз, що ствпадае з експериментальними даними.
В свою чергу гiдравлiчний опiр обладнання АР зале-жить вiд типу абсорбера, що використовуеться в дано-му технолопчному процесi та пропорцшний швидкостi газово! фази:
AP<
. РА2
(6)
(3)
Коефiцiент масопередачi виражае собою кiлькiсть речовини, що переходить з одше'! фази в шшу за одиницю часу через одиницю поверхш контакту фаз при рушшнш сил^ що дорiвнюе одинищ. При про-веденнi масопередачi важко розчинних газiв, яким i е СО2, опiр масопередачi зазвичай знаходиться зi сто-рони газово! фази та залежить вщ !! швидкост! Рух газово! фази в абсорберi характеризують критерiем Рейнольдса:
(4)
де тг — швидкiсть газу в даному перерiзi реактора, м/с; цг — коефщент динамiчноi в'язкостi, н с/ м2; de = 4F / П — еквiвалентний дiаметр бульбашки газово! фази в рщкш фаз^ м; F, П — площа i периметр змоченого перерiзу, м2 i м вiдповiдно.
Оскiльки визначення коефщента масопередачi К, вiднесеного до одинищ поверхш, являе собою складну задачу в зв'язку з невизначешстю плошд поверхш роздшу фаз, користуються об'емним коефщентом масопереда-чi ^. Було проведено дослiдження масопередачi в системi сатурацiйний газ — цукровий розчин в розпилюючому режим^ що дозволило визначити його залежшсть вщ режимних параметрiв у виглядi [10]:
де V — швидюсть руху газово! фази, м/с; рг — густина газу, кг/м3.
З приведених рiвнянь можна зробити висновок, що при збшьшенш швидкосп руху газово! фази збшьшуеться гiдравлiчний опiр обладнання, i вiдбуваеться збiльшення швидкостi масопередачi. Тобто дана задача е оптимь зацшною.
Другим значним резервом збiльшення швидкосп масопередачi е створення максимально велико! поверхш контакту фаз, що можливо при розпилюванш рщини форсункою. Верхньою межею цього процесу е вишс рщко! фази газовою.
Аналiз рiвнянь масопередачi показуе, що створення обладнання, в якому процеси масопередачi вщбувають-ся з високою iнтенсивнiстю, однозначно приводить до зменшення викидiв. Такий шлях зменшення забруднення середовища реалiзуеться в сучасних апаратах сатурацГ!, одним з яких е сатуратор з першою розпилюючою стадь ею контакту фаз та наступною барботажною. Проведет дослщження показали можлившть зменшення викидiв та покращення яюсних показникiв обробленого соку. Однак, викиди хоч i зменшуються, та вони все таки е.
Для !х утилiзацii авторами стати пропонуеться проста в реалiзацii технолопчна схема. Вона дозволяе мiнiмiзувати вплив агресивних газiв на середовище, та повшстю утилiзувати на технолопчш потреби теплоту насиченого водяним паром вщпрацьованого сатурацш-ного газу.
Зменшення концентрацГ! СО2 та SO2 в вiдпрацьо-ваних газах можливе при абсорбцшному очищенш, як найбiльш економiчному та простому в реалiзацi!.
2
Ц
Невирiшеним питанням е те, на як технологiчнi потреби направити утилiзованi потенцiали, щоб попм не виникла нова проблема утилiзацii скидiв.
Технiчний аналiз вщдшень цукрового заводу показав, що найкращим варiантом для використання вщпрацьова-них газiв з апаратiв сатурацп та сульфиацп е попередня обробка ними буряково! стружки. В дифузiйнi апара-ти бурякова стружка потрапляе з низькою температурою (особливо це вщчутно в холодну пору року), а тому на початковш стадп екстрагування цукрози майже не вщбуваеться [18]. Для прорву стружки використовують рекуперативний та iнтенсивний пiдвiд тепла через стшки парових камер, на^ваючи !! до оптимально! температури 65.70 °С. Однак, швидко нагрии великий об'ем холодно! стружки в апарап проблематично, бо температура сть нок теплообмiнних поверхонь не може бути високою, оскшьки можливе розварювання стружки, внаслщок чого значно попршуеть-ся екстрагування цукрози, збiльшуються !! втрати в жомi (по технолопчним показникам вони не повиннi перевищувати 0,3...0,4 % до маси жому). Для досягнення нормативних величин втрат продуктившсть дифузшних апаратiв знижують.
Для покращення процесу екстрагуван-ня цукрози використовуеться попередне ошпарювання стружки гарячим дифузшним соком, або насиченим водяним паром [7] з температурою 101 °С.
В останньому випадку, пара вщдае теплоту паро-утворення та на^вае стружку, конденсуеться на нш i потрапляе в дифузшний апарат. При контактi пари високого потенщалу з буряковою стружкою вщбуваеться денатурацiя оболонок клiтин i клиинний сiк вiльно переходить в екстрагент. Однак внаслвдок контакту буряково! стружки з насиченим паром можливе розва-рювання стружки, втрата нею пружносп, рiзке попр-шення умов процесу екстрагування цукрози i загалом не отримуеться очжуваний позитивний ефект.
Подача для ошпарювання буряково! стружки вщпрацьованого сатурацiйного або сульфгтацшного газiв дозволяе:
— скоротити процес теплово! обробки буряково! стружки шляхом попередньо-го контакту з викидами гарячого сату-рацiйного та сульфгтацшного газiв;
— внаслiдок наявност в вщпрацьовано-му сатурацiйному газi невикористаного СО2 концентрацiею 10-15 об. % одночасно з конденсащею пари з сатурацшного газу проходить процес абсорбцп СО2 з утво-ренням на буряковш стружцi вугiльноi кислоти (Н2С03) та знижуеться рН, що, як вщомо, призводить до покращення ви-лучення цукрози з буряково! стружки за рахунок збшьшення !"! пружностг,
— внаслiдок неповно! утилiзацii SO2 в вiдпрацьованому газi пiсля сульфь тацiйних установок проходить процес абсорбцп SО2, що знижуе рН розчину та покращуе екстрагування цукрози з буряково! стружки за рахунок збшьшення !! пружностг,
— досягаеться додаткова утилiзацiя дюксиду вугле-цю з вiдпрацьованого сатурацiйного газу та дюксиду арки з ввдпрацьованого газу тсля сульфiтацiйних установок, що зменшуе забруднення атмосфери та додатково утилiзуе тепло великого об'ему газу, що викидався в атмосферу.
Принципова схема використання ввдпрацьованого сатурацшного газу з апарапв сатурацii та сульфиацп представлена на рис. 1.
Рис. 1. Принципова схема ошпарювання буряково! стружки: 1 — аркоспалювальна гач; 2 — апарати сульфiтацil; 3 — апарат першо! сатурац11'; 4 — апарат друго! сатурац11; 5 — бурякорiзки; 6 — ошпарювач буряково!' стружки; 7 — дифузшний апарат
Буряки зрiзуються на стружку в бурякорiзках 5, яка потрапляе в предошпарювач 6, в нижню частину якого направляеться вщпрацьований газ з апарапв сульфiтацi! 2 та апарапв першо! та друго! сатурацiй 3 i 4. В апаратi 6 проходить контактний теплообмш та абсорбщя агре-сивних газiв, пiсля чого вони видаляються в атмосферу. Попередньо оброблена бурякова стружка потрапляе в дифузшний апарат 7 для екстрагування цукрози.
В ролi ошпарювача буряково! стружки може бути використана вертикальна цилшдрична емшсть (предо-шпарювач) з перфорованими перегородками всередиш та вирiзом для переходу стружки з секцп в секщю. Принци-пова схема такого предошпарювача приведена на рис. 2.
Рис. 2. Предошпарювач буряково! стружки: 1 — корпус; 2 — рухомi лопатки; 3 — перффороваш сита; 4 — патрубок гадводу вщпрацьованих газ1в; 5 — патрубок вщводу газiв; 6 — вивантажувальний конус
За допомогою рухомих лопаток на валу стружка пе-ремщуеться по перегородкам до вирiзiв та переси-паеться через них в нижню секцiю i з не'1 потрапляе в дифузiйний апарат. Ввдпрацьований газ подаеться в нижню частину емност пiд нижню перфоровану перегородку. При переходi з секцп в секцiю ошпарювача буде зменшуватись температура вiдпрацьованого газу та концентращя дюксиду вуглецю та арки.
На виходi з такого ошпарювача внаслщок контактного теплообмшу температура сатурацшного газу практично рiвна температурi стружки, а концентращя СО2 та SO2 в такому газi значно знижуеться, що зменшуе забруд-нення атмосфери агресивними газами.
Слщ також звернути увагу на те, що при конденсацп пари на поверхш холодно! стружки вiдбуваеться зменшення об'ему газу, тобто ошпарювач стружки працюе як контактний конденсатор, тому додаткового обладнання для подачi вщпрацьованого газу в нього не потрiбно.
Крiм того, зменшення рН розчину внаслщок утворен-ня вугiльноi або ирчано! кислоти дозволить зменшити витрати арки або ирчано! кислоти (в залежност вiд способу сульфiтацii рщини) для сульфiтацii екстрагенту, що подаеться в дифузшний апарат до оптимального значення рН 5,8.6,1.
7. Висновки
1. Констатуються наявшсть значних втрат теплового та хiмiчного потенщалу на цукрових заводах внасль док значних викидiв сатурацшного та сульфиацшного газiв пiсля апаратiв. Утилiзацiею викидiв займаються епiзодично без системного подходу. Одна з причин такого стану — ввдсутшсть стимулювання та економiчно вигiдних для виробництва схем утилiзацii.
Iнтенсифiкацiя процесiв масопередачi в сатураторах та сульфиаторах приводить до зменшення таких вики-дiв. Запропоноване обладнання для проведення процеав сатурацп, наприклад сатуратор з першою розпилюючою стадiею сатурацп та наступною барботажною, дозволяе зменшити викиди СО2 майже на 20 % без значних до-даткових затрат.
2. На цукрових заводах вщсутш технолопчш схеми, що дозволяють економiчно випдно повнiстю утилiзувати як тепловi викиди, так i хiмiчний потенцiал газiв.
3. Запропонована технолопчна схема кiнцевоi ути-лiзацii агресивних викидiв пiсля апаратiв сатурацп та сульфиацп передбачае попередне ошпарювання буря-ково! стружки перед ii подачею в дифузшний апарат. Реалiзацiя запропонованоi схеми дозволяе економити матерiальнi та тепловi потоки цукрового заводу, зменшити витрати палива та матерiалiв на виробництво цукру-тску. Обладнання просте по конструкцп i може бути виготовлено в майстернях цукрового заводу.
Литература
1. Callar-Franca, R. M. Carbon capture, storage and utilisation technologies: A critical analysis and comparison of their life cycle environmental impacts [Text] / R. M. Cuéllar-Franca, A. Azapagic // Journal of CO2 Utilization. — 2015. — Vol. 9. — P. 82-102. doi:10.1016/j.jcou.2014.12.001
2. Fairbairn, E. M. R. Cement replacement by sugar cane bagasse ash: CO2 emissions reduction and potential for carbon credits [Text] / E. M. R. Fairbairn, B. B. Americano, G. C. Cor-deiro, T. P. Paula, R. D. Toledo Filho, M. M. Silvoso // Journal of Environmental Management. — 2010. — Vol. 91, № 9. — P. 1864-1871. doi:10.1016/j.jenvman.2010.04.008
3. Duraccio, V Carbon capture and reuse in an industrial district: A technical and economic feasibility study [Text] / V. Duraccio, M. G. Gnoni, V. Elia // Journal of CO2 Utilization. — 2015. — Vol. 10. — P. 23-29. doi:10.1016/j.jcou.2015.02.004
4. Mahwar, R. S. Environmental auditing programme in India [Text] / R. S. Mahwar, N. K. Verma, S. P. Chakrabarti, D. K. Biswas // Science of The Total Environment. — 1997. — Vol. 204, № 1. — P. 11-26. doi:10.1016/s0048-9697(97)00161-7
5. KlemdS, J. Making progress toward sustainability by using cleaner production technologies, improved design and economically sound operation of production facilities [Text] / J. KlemeS, D. Huisingh // Journal of Cleaner Production. — 2005. — Vol. 13, № 5. — P. 451-454. doi:10.1016/j.jclepro.2004.01.001
6. Разладин, Ю. С. Справочное пособие по экономии топливных энергоресурсов на предприятиях пищевой промышленности [Текст] / Ю. С. Разладин, С. Ю. Разладин. — К., 2010. — 582 с.
7. Штангеев, К. О. Шляхи енергозбереження в цукровому виробництвi [Текст]: навч. поабник / К. О. Штангеев. — К.: УДУХТ, 2003. — 32 с.
8. Выскребцов, В. Б. Утилизация сернистого ангидрида и расход серы [Текст] / В. Б. Выскребцов // Сахар. — 2003. — № 5. — С. 46-48.
9. Maravic, N. Economic analysis and LCA of an advanced industrial-scale raw sugar juice purification procedure [Text] / N. Maravic, F. Kiss, L. Seres, B. Bogdanovic, B. Bogdanovic, Z. SereS // Food and Bioproducts Processing. — 2015. — Vol. 95. — P. 19-26. doi:10.1016/j.fbp.2015.02.004
10. Роnomarenko, V. Sprays fluid: an effective way to intensify the processes in the food [Text] / V. Роnomarenko, N. Pushanko. — Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing, 2015. — 120 p. — ISBN: 978-3-659-70944-9.
11. Пономаренко, В. В. Способи тдвищення використання дюксиду вуглецю в апаратах першо! та друго! сатурацп [Текст] / В. В. Пономаренко, В. Г. Мирончук // Цукор Украши. — 2013. — № 7-8(91-92). — С. 17-21.
12. Пономаренко, В. В. Споаб тдвищення ефективност роботи сатурацшних апарапв [Текст] / В. В. Пономаренко // Цукор Украши. — 2014. — № 7(103). — С. 13-16.
13. Споаб сатурацп цукрових розчишв [Електронний ресурс]: Патент 104097 UA, МПК С 13B 20/00 (2013.01) / Пономаренко В. В., Пушанко Н. М.; заявник Нащональний утверситет харчових технологш. — № a 201213580, заявл. 27.11.2012; опубл. 25.12.2013, Бюл. № 24. — Режим доступу: \www/URL: http://uapatents.com/5-104097-sposib-saturaci-cukrovikh-rozchiniv.html
14. Сатуратор-на^вач [Електронний ресурс]: Патент 25558 UA, МПК d3D 3/04 (2007.01) / Пушанко М. М., Пушанко Н. Н., Гапна Д. О.; заявник Нащональний ушверситет харчових технологш. — № u 200704073; заявл. 13.04.2007; опубл. 10.08.2007, Бюл. № 12. — Режим доступу: \www/ URL: http://uapatents.com/2-25558-saturator-nagrivach.html
15. Установка для утилiзацn теплоти та очистки парогазових виквд^в виробництв [Електронний ресурс]: Патент 36136 UA, МПК F28D7/00, F28C3/06 / Разладш С. Ю., Разладш Ю. С., Прядко М. С.; заявник Нащональний ущверситет харчових технологш. — № u 99116058; заявл. 04.11.1999; опубл. 16.04.2001, Бюл. № 3. — Режим доступу: \www/URL: http://uapatents.com/4-36136-ustanovka-dlya-utilizaci-teploti-ta-ochistki-parogazovikh-vikidiv-virobnictv.html
16. Расширение мощностей по очистке сока на сахарном заводе Бреда [Текст] // Инф. бюллетень БМА. — 1994. — 32 с.
17. Штангеев, В. О. Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства [Текст] / В. О. Штангеев, В. Т. Корбер, Л. Г. Белостоцкий и др.; под ред. В. О. Штан-геева. — К.: Цукор Украши, 2003. — Ч. 1. — 352 с. — ISBN 966-96351-0-1.
1S. Broughton, N. W. Some technological aspects of alkaline diffusion [Text] / N. W. Broughton, N. F. Wkoge // International Sugar Journal. — 1992. — Vol. 94, № 1126. — Р. 38-49.
РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ САХАРНОГО ЗАВОДА
Проведен анализ состояния утилизации выбросов на отечественных и зарубежных сахарных заводах. Констатируется значительное загрязнение окружающей среды промышленными
выбросами при низкой стимуляции решения этих вопросов. Одна из причин — отсутствие экономически обоснованных технологических схем. Предложенная схема утилизации выбросов предполагает предварительную обработку свекловичной стружки отработанными газами из аппаратов сатурации и сульфитации.
Ключевые слова: выбросы, сахарный завод, агрессивные газы, технологическая схема.
Пономаренко Вталт Васильович, кандидат технчних наук, доцент, кафедра технологiчного обладнання та комп'ютерних технологш проектування, Нащональний утверситет харчових технологш, Кигв, Украгна, e-mail: vponomarenkov@ukr.net. Пушанко Наталiя Миколагвна, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра технологи цукру та подготовки води, Нащональний утверситет харчових технологш, Кигв, Украта, e-mail: oks-n@ukr.net.
Пушанко Микола Миколайович, доктор технчних наук, про-фесор, кафедра технологiчного обладнання та комп'ютерних технологш проектування, Нащональний утверситет харчових технологш, Кигв, Украта, e-mail: npychankon@i.ua.
Пономаренко Виталий Васильевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологического оборудования и компьютерных технологий проектирования, Национальный университет пищевых технологий, Киев, Украина. Пушанко Наталья Николаевна, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии сахара и подготовки воды, Национальный университет пищевых технологий, Киев, Украина. Пушанко Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор, кафедра технологического оборудования и компьютерных технологий проектирования, Национальный университет пищевых технологий, Киев, Украина.
Ponomarenko Vitaly, National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine, e-mail: vponomarenkov@ukr.net. Pushanko Natalia, National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine, e-mail: oks-n@ukr.net.
Pushanko Nicholas, National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine, e-mail: npychankon@i.ua
УДК 66.066
БШ: 10.15587/2312-8372.2015.47694
УСТАНОВКА ДЛЯ ВИБРОУДАРНОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОТХОДОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ В ПРЕСС-ФОРМЕ
В статье приводится схема высокоэффективной установки с гидроимпульсным поводом для виброударного обезвоживания отходов пищевых производств (спиртовой барды, пивной дробины, свекольного жома, кофейного и ячменного шлама) в пресс-форме закрытого типа. Приведено также сравнение экономической эффективности предлагаемой установки с эффективностью другого известного оборудования для обезвоживания отходов пищевых производств.
Ключевые слова: виброударное обезвоживание, отходы пищевых производств, пресс-форма, экономическая эффективность.
Севостьянов И. В., Слабкий А. В., Полищук А. В., Ольшевский А. И.
1. Введение
Проблема утилизации отходов пищевых производств (спиртовой барды, пивной дробины, свекольного жома, кофейного и ячменного шлама) является одной из наиболее актуальных в Украине, поскольку на данный момент большая часть данных отходов выливается на грунт, что приводит к загрязнению окружающей среды. Однако в случае обезвоживания отходов они могут успешно использоваться в качестве добавки к сельскохозяйственным кормам, либо как высококалорийное топливо [1], таким образом, комплексно решаются проблемы утилизации отходов, повышения эффективности производства и защиты окружающей среды.
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
В настоящий момент известно достаточно большое количество способов обезвоживания отходов пищевых производств и оборудования для их реализации, каждый из которых имеет свои недостатки [1]. Разработке и исследованию данных способов и оборудования посвящено значительное число научных работ [2-13]. Механические способы обезвоживания осуществляются
в основном на шнековых и ленточных прессах, а также на декантерных центрифугах [2-4], иногда с наложением вибрационных воздействий для интенсификации [5, 6] и обеспечивают конечную влажность спиртовой барды, свекольного жома и пивной дробины в пределах 30-76 % (меньшее значение достигается при существенном снижении производительности рабочего процесса и увеличения его энергоемкости). Последнее вынуждает после предварительного механического обезвоживания отходов подвергать их дополнительной сушке, что обуславливает существенное увеличение общей энергоемкости процесса утилизации (до 740-760 кВт ■ ч/т [7, 8, 11]), даже в случае использования наиболее экономичных вакуумных сушилок. Термические способы, реализуемые на тех же сушилках являются наиболее энергоемкими. Электролитическое обезвоживание [10] сравнительно малопроизводительно (используется в основном для осветления небольших объемов соков) и требует достаточно больших затрат энергии. Аналогичные недостатки имеют химические и биологические способы (длительность разделения твердой и жидкой фаз порции отходов в биологических реакторах может составлять 10-40 ч), тогда как оборудование для их осуществления является чрезвычайно громоздким и дорогим [12, 13]. Таким образом, проблема разработки высокоэффективных способа
TECHN0L0GY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 4/4(24], 2015, © Севастьянов И. В., Слабкий А. В.,
Полищук А. В., Ольшевский А. И.
