CC BY
14УДК 664.1.031
Способы термохимической обработки свекловичной стружки перед экстрагированием сахарозы и конструкция ошпаривателя
Н.Г. КУЛЬНЕВА, д-р техн. наук, проф. кафедры ТБСП ВГУИТ(e-mail: ngkulneva@yandex.ru),
М.В. КОПЫЛОВ, канд. техн. наук (e-mail: kopylov-maks@yandex.ru)
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»
М.В. ЖУРАВЛЁВ, канд. техн. наук, АО «Земетченский сахарный завод»
Для реализации технологии получения диффузион- Технологическая линия получения диффузионного ного сока с высокими качественными показателями сока с термохимической обработкой свекловичной разработаны способы, предусматривающие термохи- стружки перед поступлением её в диффузионный ап-мическую обработку свекловичной стружки водными парат представлена на рис. 1.
и электроактивированными растворами сульфатов Свекловичная стружка подаётся в диффузионное аммония и алюминия [1, 2, 3]. Важным аспектом их отделение ленточным транспортёром с расположен-реализации является технологически обоснованная ными на нём ленточными весами 1, необходимыми машинно-аппаратурная схема, отвечающая совре- для учёта её количества. Взвешенную стружку, име-менным требованиям по автоматизации, энергосбе- ющую достаточно низкую температуру в холодный режению, простоте эксплуатации и обслуживания. период сезона, подают в двухсекционный ошпарива-
Рис. 1. Аппаратурно-техническая линия получения диффузионного сока с использованием термохимической подготовки свекловичной стружки к экстрагированию сахарозы: 1 — ленточные весы; 2 — ошпариватель; 3 — наклонный диффузионный аппарат; 4 — насос отбора диффузионного сока; 5 — насос отбора конденсата; 6 — установка для электрохимической активации раствора сульфата аммония; 7 — сборник с автоматическим дозатором раствора сульфата аммония; 8 — сборник приготовления раствора реагента; 9 — патрубок подвода питающей воды; 10 — грабельный транспортёр свекловичного жома; 11 — патрубок подвода жомопрессовой воды
КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАКОДОК
тель 2, в котором её последовательно обрабатывают сначала греющим паром температурой 85 °С, затем подогретым до 73 °С электроактивированным раствором сульфата аммония концентрацией 0,05 %.
Общая продолжительность термохимической обработки свекловичной стружки составляет 60 с. Применение термохимического воздействия в данной последовательности обосновано механизмом действия тепловых агентов: обработка горячим паром обеспечивает денатурацию белковых соединений клеточных стенок свекловичной ткани, благодаря чему достигается высокая степень её проницаемости. Происходит образование пор и каверн, способствующих проникновению подогретого до 73 °С электроактивированного раствора сульфата аммония, который активно взаимодействует с несахарами свекловичной ткани [4, 5]. Проведение ЭХА раствора сульфата аммония позволяет значительно увеличить химическую активность реагента, благодаря чему его компоненты интенсивно взаимодействуют с веществами белково-пектидного комплекса, блокируя их переход из пор свекловичной ткани в диффузионный сок. При этом образуются комплексные соединения, которые адсорбируются в поверхностном слое свекловичной ткани.
Термохимически подготовленная свекловичная стружка, подогретая до температуры 72 °С, через выгрузочное устройство ошпаривателя подаётся в диффузионный аппарат 3 наклонного типа для извлечения сахарозы. В качестве экстрагента для диффузионного процесса используют смесь жомопрессовой воды, поступающей через патрубок 11, и добавочной воды, поступающей в диффузионный аппарат через патрубок 9.
Учитывая тот факт, что поступающая в диффузионную установку свекловичная стружка после термохимической обработки имеет необходимую для процесса температуру, экстрагирование сахарозы начинается уже в 1-й секции диффузионного аппарата; это положительно влияет на эффективность диффузионного процесса: повышается производительность диффузионного аппарата и сокращается расход греющего пара для его обогрева.
По окончании процесса экстрагирования из диффузионного аппарата отбирается диффузионный сок, подаётся на мезголовушку для первичной очистки от мельчайших частичек свекловичной стружки (мезги), после чего направляется на физико-химическую очистку и сгущение. Обессахаренная свекловичная стружка отводится из диффузионного аппарата с помощью грабельного транспортёра 10. Для отбора образующего конденсата из диффузионной установки предусмотрен насос 5.
Приготовление ошпаривающего раствора сульфата аммония осуществляется следующим образом: сульфат аммония в порошкообразном виде подаётся
в сборник 8, куда из выпарной установки одновременно поступает аммиачный конденсат, имеющий температуру 72 °С. Для обеспечения максимального растворения реагента сборник снабжён перемешивающим устройством. Из сборника 8 раствор сульфата аммония поступает в сборник-стабилизатор 7, в котором также имеется перемешивающее устройство и автоматизированная система поддержания рН раствора сульфата аммония в заданном интервале значений. Из сборника-стабилизатора 7 через автоматический дозатор раствор сульфата аммония поступает в установку для электрохимической активации 6, включающую кольцевые анод и катод [6]. Длительность электрохимической активации раствора составляет 30 с, что обосновано достижением необходимого технологического эффекта при минимальных затратах электрической энергии. Из установки 6 раствор сульфата аммония поступает в ошпариватель 2 для обработки свекловичной стружки.
Преимуществом предлагаемой технологической линии является экономия топливно-энергетических ресурсов за счёт термохимической обработки свекловичной стружки, которая поступает в диффузионный аппарат в подогретом состоянии, что интенсифицирует диффузионный процесс и повышает производительность диффузионного аппарата.
За счёт обработки свекловичной стружки электроактивированным раствором сульфата аммония блокируется переход веществ белково-пектидного комплекса из стружки в экстрагент, что обеспечивает получение диффузионного сока с высокими качественными показателями. При получении продуктов высокого качества происходит сокращение расхода реагентов для физико-химической очистки полупродуктов.
Для осуществления термохимической обработки разработана конструкция вертикального ошпарива-теля свекловичной стружки.
В конструкцию ошпаривателя заложены эффективные технические решения:
— загрузочное устройство для свекловичной стружки, обеспечивающее непрерывность процесса ошпаривания;
— тангенциальное расположение распылительных форсунок для пара, подведённых с внешней стороны, а также форсунок по оси трубовала позволяет предотвратить их забивание стружкой и образование застойных зон внутри секций, что исключает возникновение локальных перегревов и устраняет неравномерность обогрева свекловичной стружки;
— перемешивающее устройство с дополнительным витком и специальным дугообразным ножом, благодаря которому обеспечивается более эффективное перемешивание, перемещение стружки по секциям ошпаривателя и удаление прилипшей свекловичной
стружки с поверхности горизонтальных сит, что исключает образование застойных зон;
— радиально расположенные горизонтальные сита с отверстиями прямоугольной формы, имеющие большую полезную площадь и облегчающие перемещение свекловичной стружки из секции в секцию;
— подшипниковый узел для крепления нижнего конца трубовала к горизонтальному ситу, позволяющий упростить регулирование вращения трубовала при перемешивании свекловичной стружки и снизить металлоёмкость конструкции [7, 8].
На рис. 2 представлен общий вид ошпаривателя свекловичной стружки, на рис. 3 изображён винтовой нож-мешалка, на рис. 4 — подшипниковый узел крепления нижнего конца вала к горизонтальному ситу.
Ошпариватель свекловичной стружки состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с крышкой 2 и коническим днищем 3. На крышке установлен бункер 4 с роторным дозатором 5. Установка роторного дозатора обеспечивает контролируемую подачу свекловичной стружки в секцию 10, что по-
зволяет осуществлять как периодический, так и непрерывный режим работы ошпаривателя.
С наружной стороны корпус ошпаривателя снабжён паропроводами подвода греющего пара 6, переходящими в форсунки 7для тепловой обработки стружки, которые проходят через стенку корпуса ошпаривате-ля и располагаются тангенциально относительно его плоскости, а также трубопроводами подвода раствора сульфата аммония 8 с форсунками 9, вмонтированными внутрь корпуса.
В каждой из секций 10 и 11 находятся горизонтальные сита 12 и 13 с проёмами 14 для перегрузки свекловичной стружки. Проёмы имеют прямоугольную форму и радиальное расположение по всей поверхности сита, что обеспечивает эффективное перемещение свекловичной стружки из секции в секцию.
В корпусе установлен ротор, привод 15 с конической передачей 16 которого расположен на крышке 2. Ротор состоит из вертикального полого вала типа «труба в трубе», включающего внутренний 17 и внешний 18 валы, в которые раздельно подаются раствор реагента и греющий пар. Для предупреждения смешения раствора реагента и греющего пара внутренний вал ограничен перегородкой 19. На оси вала тангенциально по отношению к нему закреплены с одинаковым шагом распылительные форсунки 20. Установка форсунок тангенциально по отношению к оси вала предупреждает возможность их забивания, что обеспечивает равномерный обогрев свекловичной стружки и предупреждает локальный её перегрев. Для выгрузки ошпаренной стружки из аппарата используется турникет 21.
Основными элементами мешалки являются перемешивающий виток 1, крепления 2, посредством которых осуществляется её фиксация на валу, и дугообразный нож 3. Конструкция ножа позволяет полностью очищать поверхность горизонтальных сит от прилипающей стружки, что обеспечивает равномерное её перемешивание и перемещение из секции в секцию, а также, как отмечалось выше, исключает образование застойных зон на поверхности сит.
Рис. 2. Ошпариватель свекловичной стружки: 1 — корпус;
2 — верхняя крышка; 3 — конусообразное днище;
4 — приёмный бункер; 5 — роторный дозатор;
6 — паропровод; 7, 9 — форсунки внешнего подвода;
8 — трубопроводы подвода раствора сульфата аммония;
10 — верхняя секция; 11 — нижняя секция;
12, 13 — горизонтальные сита; 14 — перегрузочные проёмы;
15 — привод; 16 — коническая передача; 17 — внутренний
вал ротора; 18 — внешний вал ротора; 19 — разделительная
перегородка; 20 — форсунки внутреннего орошения;
21 — турникет
КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАЯОДОЯ
Узел крепления вала включает в себя корпус 1, внутри которого расположен сам подшипник, крышку подшипникового узла 2 и горизонтальное сито 3 с проёмами для перемещения свекловичной стружки 4. Конструкция данного типа снижает металлоёмкость, упрощает обслуживание, обеспечивает плавное вращение перемешивающего устройства, что позволяет добиться высокой степени перемешивания свекловичной стружки, контакта её с греющим паром и раствором реагента, а также создаёт благоприятные условия для процесса термохимической обработки стружки.
Ошпариватель работает следующим образом. Исходная свекловичная стружка после свеклорезок подаётся в загрузочный бункер 4 ошпаривателя, где захватывается лопастями роторного дозатора 5 и направляется в секцию 10, в которой обрабатывается греющим паром температурой 85 °С, поступающим из паропроводов 6 и форсунок 7, а затем раствором реагента из расположенных на трубовале форсунок 20, подаваемым во внутренний вал 17. Температура раствора составляет 73 °С. В межтрубное пространство между внешним и внутренним валом подаётся греющий пар, необходимый для подогрева раствора реагента.
Затем нагретая стружка через проёмы 14 в горизонтальном сите 12 подаётся в секцию 11, где перемешивается и обрабатывается паром из форсунок, расположенных на оси трубовала, и раствором реагента из форсунок 20, в которые он поступает из трубопроводов 8. Такой подвод пара и раствора реагента обеспечивает равномерный обогрев стружки по длине секции до 68—72 °С.
Далее ошпаренная свекловичная стружка из секции 11 через проёмы в горизонтальном сите 14 ссыпается в днище 3 корпуса и выгружается турникетом 21.
Использование ошпаривателя стружки данной конструкции позволяет:
— повысить эффективность термохимической обработки свекловичной стружки за счёт более равномерного её обогрева по всей высоте аппарата;
Рис. 4. Узел крепления вала: 1 — корпус подшипникового узла; 2 — крышка узла; 3 — горизонтальное сито; 4 — перегрузочный проём
— исключить появление локальных перегревов стружки за счёт тангенциального расположения форсунок;
— обеспечить непрерывность процесса термохимической обработки стружки;
— интенсифицировать процесс диффузионного извлечения сахарозы.
Разработано программно-информационное обеспечение, позволяющее эффективно управлять важнейшими технологическими параметрами процесса термохимической обработки свекловичной стружки, за счёт чего достигаются оптимальные показатели энергоэффективности и технологической результативности данного процесса (свидетельство Роспатента о госрегистрации № 2016615273, 2016615275) [9, 10].
Список литературы
1. Пат. 2553234 РФ, МПК7 С10 B103014182 A1. Способ получения диффузионного сока / Кульнева Н.Г., Журавлёв М.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Воронеж. гос. ун-т. инж. технол. - № 2013153019/13; заявл. 29.11.2013; опубл. 10.06.2015, Бюл. № 12.
2. Пат. 2551551 РФ, МПК7 C13 B1051706 A1. Способ получения диффузионного сока / Кульнева Н.Г., Журавлёв М.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Воронеж. гос. ун-т. инж. технол. - № 2014108238/14; заявл. 05.03.2014; опубл. 27.05.2015, Бюл. № 34.
3. Пат. 2603829 РФ, МПК7 B10404161 A1. Способ получения диффузионного сока / Кульнева Н.Г., Журавлёв М.В., Беляева Л.А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Воронеж. гос. ун-т. инж. технол. — № 2015132588/15; заявл. 05.08.2015; опубл. 04.11.2016, Бюл. № 26.
4. Кульнева, Н.Г. Разработка эффективного способа экстрагирования сахарозы из свёклы [Текст] / Н.Г. Кульнева, М.В. Журавлёв // Вестник ВГУИТ. — 2014. — № 1. — С. 162— 164.
5. Кульнева, Н.Г. Влияние различных реагентов на молекулярный коэффициент диффузии сахарозы из свёклы / Н.Г. Кульнева, М.В. Журавлёв // Вестник ВГУИТ. — 2015. — № 1. — С. 191—194.
6. Патент RU 2183676 МПК7 C13D3/18 С02 F1/46 Устройство для электрохимической очистки жидкости / Кульнева Н.Г.; опубл. 20.06.2002, Бюл. № 17.
7. Пат. полез. мод. 161421 РФ, МПК7 U1108016. Ошпа-риватель свекловичной стружки / Кульнева Н.Г., Журавлёв М.В., Копылов М.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Воронеж. гос. ун-т. инж. технол. — № 2015148832/15; заявл. 13.11.2015; опубл. 20.04.2016, Бюл. № 15.
8. Пат. РФ 2621996, МПК7 A23N 15/00 (2006.01). Ош-париватель свекловичной стружки / Кульнева Н.Г., Журавлёв М.В., Копылов М.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Воронеж. гос. ун-т. инж. технол. — № 2016110748/16; заявл. 24.03.2016; опубл. 08.06.2017, Бюл. № 16.
9. Свидетельство № 2016615273 РФ. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Про-
G ридан*
Пластинчатые теплообменники «Ридан» для сахарной промышленности
АО «Ридан»
350049, г. Краснодар, ул. Атарбекова, 1/1, оф. 18, тел.: +7(961) 598-89-69 603014, г. Нижний Новгород, ул. Коминтерна, 16, тел.: (831) 277-88-55
грамма для моделирования процесса термохимической обработки свекловичной стружки / Кульнева Н.Г., Журавлёв М.В., Посметьев В.В.; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО ВГУИТ. - № 2016612700/36; заявл. 28.03.16; опубл. 20.06.16; Реестр прогр. для ЭВМ. - 2 с.
10. Свидетельство № 2016615275 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программа для моделирования накопления свекловичной стружки на форсунках ошпари-вателя / Кульнева Н.Г., Журавлёв М.В., Посметьев В.В.; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО ВГУИТ. -№ 2016612701/36; заявл. 28.03.16; опубл. 20.06.16; Реестр прогр. для ЭВМ. — 2 с.
Аннотация. Предложены способы получения диффузионного сока высокого качества с использованием термохимической обработки свекловичной стружки перед процессом
экстрагирования водными и электроактивированными растворами сульфатов алюминия и аммония. Разработана технологическая линия и конструкция ошпаривателя для их реализации. Данные способы рекомендованы для диффузионных аппаратов наклонного типа при работе в холодный период производственного сезона. Ключевые слова: экстрагирование сахарозы, термохимическая обработка, ошпариватель свекловичной стружки.
Summary. The article describes a number of methods for obtaining of high quality diffusion juice by using thermochemical processing of the sugar beet chips. That thermochemical processing performs before the process of extraction by water and electroactivated solutions of aluminum sulphate and ammonium. The technological process and design of a scalding machine have been developed in order to implement the offered methods. These methods are recommended for the use in diffusion machines of inclined type in case of their using during a cold period of year. Keywords: sucrose extraction, thermochemical processing, a machine for the sugar beet chips scalding
