CC BY
139
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 664.126
Современные технологии
для производства сахара из свеклы
Ю.И. Зелепукин, канд. техн. наук, доцент, В.А. Голыбин, д-р техн. наук, профессор Воронежский государственный университет инженерных технологий А.А. Ткачев
ООО «Эртильский сахар», г. Эртиль Воронежской области
При осуществлении всего комплекса технологических операций на свеклосахарных заводах выпаривается большое количество воды, примерно, равное массе перерабатываемой свеклы, что сопровождается большим расходом тепловой энергии и топлива. За последние годы на сахарных заводах РФ отмечается снижение расхода условного топлива. Если в 2001г. он составлял 6,39 % к массе переработанной свеклы, то в 2009 г. - 4,90 %. В сезон 2010 г. расход условного топлива вследствие аномальных погодных условий и ухудшения качества свеклы оказался выше планового и составил - 5,09 % к массе свеклы. В соответствии с отраслевой целевой программой развития свеклосахарных комплексов в 2012 г. планируется довести расход условного топлива до 4,8 % к массе свеклы. Экономия топлива может быть достигнута за счет высокого уровня организации теплосилового хозяйства сахарных заводов; установки нового, прогрессивного теплового оборудования, его профессионального обслуживания и обеспечения стабильных теплотехнических показателей; соблюдения теплотехнического режима, рационального с точки зрения экономии энергоресурсов; поддержания оптимального технологического режима, а также выполнения и других факторов, влияющих на расход топлива по заводу в целом.
Схема теплоснабжения сахарного завода по сравнению с предприятиями других отраслей пищевой промышленности достаточно хорошо отработана и в общем топливно-энергетическом балансе предприятий пищевой промышленности РФ на долю сахарной отрасли приходится до 50 % тепловой энергии, до 35 % электроэнергии и до 45 % топлива.
В настоящее время в отечественной сахарной промышленности стоимость топливно-энергетических ресурсов в себестоимости сахара-песка превышает 10 % и имеет стабильную тенденцию к росту.
Ключевые слова: теплосиловое хозяйство; экономия энергоресурсов; накипеобразование; эффективность теплообменников.
Key words: thermal power an economy, economy of power resources, scale formation, the thermal equipment.
На расход условного топлива при выработке сахара из свеклы влияют множество факторов: качество сырья и вспомогательных материалов (известняк, уголь), уровень организации тепловой и технологической схемы завода.
Тесная увязка этих процессов между собой позволяет разработать рациональную тепловую схему. Установка высокоэффективных паровых котлов и турбогенераторов с высоким КПД, внедрение современных схем по подготовке питательной воды, применение соответствующих теплоизоляционных материалов для снижения потерь теплоты в окружающую среду позволит повысить эффективность использования топлива для получения пара в ТЭЦ. Для осуществления технологических процессов также необходимо применение прогрессивного теплового оборудования для нагревания, выпаривания и уваривания продуктов сахарного производства. Следует совершенствовать диффузионно-прессовый способ извлечения сахарозы из свекловичной стружки, тщательно готовить питательную воду для работы диффузионных установок, используя для этого жомопрессовую воду и аммиачные конденсаты, снижая откачку диффузионного сока.
На расход условного топлива также влияют факторы работы сокоочис-тительного отделения: качество известняка; соблюдение технологических режимов известково-углекис-лотной очистки, особенно II сатурации; наличие в схеме очистки сока дозревателей и содержание солей кальция в очищенном соке [1]; степень эффективности работы подо-
гревателей и выпарных аппаратов; применение антинакипинов и использование средств для уменьшения накипеобразования на поверхностях теплообмена (установка ка-витаторов, реверсивных теплообменников, генераторов магнитных полей и т. п.).
Все технологические операции сахарного производства происходят при определенной температуре, в связи с чем значительное место занимают тепловые процессы: нагревание, выпаривание, охлаждение, конденсация и т.п., поэтому снижение тепловых затрат на сахарных заводах во многом будет определяться совершенствованием этих процессов.
В настоящее время тепловые схемы примерно половины сахарных заводов РФ для нагревания продуктов укомплектованы кожухотрубны-ми теплообменными аппаратами (решоферами); 20-30 % заводов имеют высокоскоростные секционные подогреватели и примерно на таком же количестве заводов установлены пластинчатые теплообмен-ные аппараты.
Эксплуатируются решоферы в условиях чистой поверхности нагревания со значительным полезным температурным перепадом - не менее 8...10 0С. В условиях отложения накипи, составляющей основное термическое сопротивление, температурный перепад может достигает 15.6 0С и выше. Это обусловлено малыми скоростями нагреваемого продукта (сока 1,5-1,8 м/с, сиропа - 0,4-0,5 м/с) и отсутствием организованной турбулизации в конфигурации поверхности нагревания.
С целью повышения теплотехнических характеристик были разработаны конструкции длиннотрубных секционных высокоскоростных подогревателей (с длиной труб 5 м). Данные аппараты позволяют работать практически в безнакипном режиме при нагревании очищенного сока при скорости движения в 1,52,0 раза выше, чем на решоферах, и обеспечивать увеличение коэффициента теплопередачи.
Однако эксплуатация высокоскоростных подогревателей показывает возрастающее гидравлическое сопротивление, пропорциональное квадрату скорости движения нагреваемого продукта. За последнее время в конструкцию трубчатых теплообменников-подогревателей существенных изменений не внесено: они остаются металлоемкими, крупногабаритными, с высоким гидравлическим сопротивлением, низким КПД, работающими при значительном
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
температурном перепаде. Это обусловливает невысокие технологические, теплотехнические, эксплуатационные и экономические показатели их работы.
В последние годы все большее распространение на заводах получают пластинчатые подогреватели, в которых использован принцип теплообмена в тонком слое. Опыт их применения оказался эффективным, поэтому аппараты нового поколения на зарубежных сахарных заводах полностью вытеснили трубчатые.
Принимая во внимание высокую тепловую эффективность, пластинчатые теплообменники позволяют работать при малых температурных перепадах (2...4 0С при чистой поверхности теплообмена); производить быструю перенастройку технологического режима и производительности за счет изменения количества пластин.
Пластинчатые подогреватели обладают рядом достоинств: очень компактны, занимают меньше производственных площадей, не требуют специальных фундаментов; просты в монтаже и обслуживании; металлоемкость в 6-8 раз ниже в сравнении с кожухотрубными подогревателями; имеют искусственную турбу-лизацию продуктового потока, полученную с помощью гофрированного профиля, что снижает накипеобра-зование и исключает наличие застойных и мертвых зон; высокий коэффициент теплопередачи; меньшая удельная поверхность теплообмена; высокий КПД подогревателя (до 90 %).
Только в пластинчатом подогревателе возможны очистка и осмотр поверхности нагревания с двух сторон - со стороны теплоносителя и нагреваемого продукта. В результате накипеобразования теплопередача в пластинчатых подогревателях ухудшается, поэтому за рубежом применяется предварительная ионитная деминерализация нагреваемых продуктов. При установке выпарных аппаратов с пластинчатой поверхностью теплообмена и в отсутствии предварительной ионитной декальцинации соков и фильтровальных наполнителей необходимо строго выполнять мероприятия, снижающие количество способных к накипе-образованию кальциевых солей в продуктовом потоке.
Процесс удаления влаги на многих сахарных заводах РФ осуществляется в трубчатых (трубки диаметром 33 х 1,5 мм) выпарных аппаратах с центральной циркуляционной трубой и многократной естественной циркуляцией выпариваемого
сока. Аппараты скомпонованы в 4-5-ступенчатые выпарные станции с последовательным прохождением через них сока и параллельным подводом греющего пара (давление 1,9 ати; температура 132 0С) на первую ступень, из которой, как и из последующих ступеней, идет отбор вторичных паров другим теплопот-ребителям.
Эффективность таких выпарных станций невысокая - коэффициент испарения немногим более 2. Все более широкое применение находят пятиступенчатые выпарные установки, в которых коэффициент испарения повышается до 2,4-2,6.
Один из вариантов модернизации конструкции выпарных аппаратов -установка в них пластинчатых пакетов модульного типа с падающей пленкой, что позволяет увеличить поверхность нагревания в 2,5-3 раза.
Пластинчатые выпарные аппараты по сравнению с трубчатыми имеют преимущества: высокий среднеэксплуатационный коэффициент теплопередачи; возможность размещать в одном и том же объеме в 2-3 раза большую пластинчатую поверхность теплообмена специфической конфигурации; эффективная работа при более низком потенциале греющего пара; способность достигать больших плотностей тепловых потоков при пониженных перепадах температур; малая удельная металлоемкость аппарата (в расчете на 1 м2 поверхности нагревания).
Применение выпарных аппаратов с пластинчатыми пакетами позволяет увеличить мощности на одних и тех же производственных площадях; уменьшить на 15-20 % потребление пара на выпаривание за счет более низких полезных располагаемых температурных перепадов и малых теплопотерях, что приводит к улучшению качества полупродуктов, готового продукта и обеспечению более высокого его выхода.
Общая экономия условного топлива при эксплуатации выпарных аппаратов с пластинчатыми пакетами за счет использования вторичных паров с более высокой температурой, при пониженном полезном температурном перепаде, снижения тепло-потерь может составить до 0,55 % к массе.
Современное теплообменное оборудование может эффективно работать при минимальном накипеобра-зовании. Например, наличие на поверхности теплообмена слоя накипи толщиной 0,5 мм приводит к перерасходу теплоносителя на 4-6 %,
что почти на столько же увеличивает расход топлива. При толщине слоя накипи в 1 мм перерасход топлива составляет уже 8-10 %. Такое увеличение расхода условного топлива на переработку свеклы приведет к заметному росту себестоимости сахара. Исключить образование накипи в сахарном производстве практически невозможно, можно лишь уменьшить количество накипеобразовате-лей в очищенном соке, поступающем на выпаривание. Эти соли не только способствуют образованию накипи, но и увеличивают выход мелассы, снижая тем самым выход сахара-песка. С учетом высокой значимости этой проблемы необходим комплекс мер по снижению образования солей кальция, а также повышению степени их удаления при осуществлении технологических операций: применение вспомогательных материалов (известняк, топливо для его сжигания) соответствующего качества; осуществление известково-угле-кислотной очистки диффузионного сока при оптимальных режимах; применение дозревателей сока II сатурации для снижения пересыщения карбоната кальция; тщательное фильтрование сатурационных соков; использование различных видов магнитных полей при подготовке питательной воды для диффузионных аппаратов и в процессе физико-химической очистки диффузионного сока [2, 3]; применение при выпаривании очищенного сока эффективных антинакипинов.
Выполнение приведенных мер по использованию эффективных теплообменников и уменьшению на-кипеобразования позволит достигнуть в сахарной отрасли прогнозируемого снижения расхода условного топлива и получить экономию других материальных ресурсов, что приведет к повышению конкурентоспособности российского сахара.
ЛИТЕРАТУРА
1. Голыбин, В.А. О целесообразности выдержки сока II сатурации/В.А. Голыбин, Ю.И. Зелепукин//Сахар-ная промышленность.- 1985. -№ 9. - С. 33-35.
2. Голыбин, В.А. Исследование влияния импульсного магнитного поля на эффективность очистки диффузионного сока/В.А. Голыбин, Ю.И. Зелепукин, А.В. Понома-рев//Сахар. - 2006. - № 10. -С. 28-29.
3. Использование импульсных магнитных полей в сахарном произ-водстве/В.А. Голыбин [и др.]//Пи-щевая промышленность. - 2007. -№ 4. - С. 32-33.
