CC BY
13
УДК 664.123.6
ББК 36.84
В-58
Городецкий Владимир Олегович, кандидат технических наук, заведующий отделом технологии сахара и сахаристых продуктов Краснодарского НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции - филиала ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия»; e-mail: [email protected];
Семенихин Семен Олегович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела технологии сахара и сахаристых продуктов Краснодарского НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции - филиала ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия»; e-mail: [email protected];
Даишева Наиля Мидхатовна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела технологии сахара и сахаристых продуктов Краснодарского НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции - филиала ФГБНУ «СевероКавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия»; e-mail: [email protected];
Котляревская Наталья Ивановна, научный сотрудник отдела технологии сахара и сахаристых продуктов Краснодарского НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции - филиала ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия»; e-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПОДГОТОВКИ ЭКСТРАГЕНТА НА ЭНЕРГОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ЖОМОПРЕССОВОГО И ЖОМОСУШИЛЬНОГО ОТДЕЛЕНИЙ САХАРНОГО ЗАВОДА
(рецензирована)
В статье приведены теоретические основы эффективного удаления влаги из свекловичного жома прессованием перед его высушиванием. Приведена схема внедренной на ряде предприятий отрасли сульфитационной установки и выполнен энергоэкономический расчет от ее применения. Ожидаемая экономическая эффективность за счет увеличения выхода сахара, повышения степени прессования жома и снижения расхода условного топлива составит около 2800 тыс. руб. на каждые 100 тыс. т переработанной сахарной свеклы.
Ключевые слова: сахарная свекла, связанная влага, свободная влага, экстрагент, сульфитация, сульфитационная установка, свежий жом, прессованный жом, экономическая эффективность.
Gorodetsky Vladimir Olegovich, Candidate of Technical Sciences, head of the Department of Technology of Sugar and Sugar Products of the Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - a branch of FSBEI "North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture and Wine-making"; e-mail: [email protected];
Semenikhin Semen Olegovich, Candidate of Technical Sciences, a senior researcher of the Department of Sugar and Sugar Products Technology of the Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - a branch of FSBEI "North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture and Wine-Making"; e-mail: [email protected];
Daisheva Nailya Midkhatovna, Candidate of Technical Sciences, a senior researcher of the Department of Technology of Sugar and Sugar Products of the Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - a branch of FSBSI "North Caucasus Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture and Wine-making"; e-mail: [email protected];
Kotlyarevskaya Natalia Ivanovna, a researcher of the Department of Sugar and Sugar Products Technology of the Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products- a branch of FSBSI "North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture and Wine-making"; e-mail: [email protected]
EFFECT OF THE EXTRAGENT PREPARATION METHOD ON ENERGETIC AND ECONOMIC INDICATORS OF FUNCTIONING SUGAR FACTORY PULP PRESS AND PULP DRYING SECTORS
(reviewed)
Theoretical basis of effective removal of moisture from beet pulp by pressing before drying is given in the article. A scheme of a sulfide installation introduced in a number of enterprises of the industry is presented, and energy-economic calculation of its application is performed. The expected economic efficiency due to an increase in the yield of sugar, an increase in the degree of pulp compaction and a decrease in the consumption of conventional fuel will amount to about 2800 thousand rubles for every 100 thousand tons of processed sugar beet.
Key words: sugar beet, bound moisture, free moisture, extragent, sulphation, sulphation plant, fresh pulp, pressed pulp, economic efficiency.
Основное влияние на показатели эффективности работы технологического оборудования жомопрессового и, соответственно, жомосушильного отделений сахарного завода оказывает величина концентрации сухих веществ в прессованном жоме, выражающаяся в процентах к его массе. Существенное влияние на эту величину оказывает начальная концентрация сухих веществ в сыром жоме.
Как известно [1], концентрация сухих веществ в сыром жоме зависит от типа диффузионного аппарата. При использовании наклонных шнековых аппаратов типа ДС концентрация сухих веществ выгружаемого жома не превышает 6,5 %, а его выход к массе свеклы составляет 90 %. Для аппаратов типа ПДС эти показатели составляют, соответственно, 8,0-8,5 % и 70 %, для колонных аппаратов - 8,0 % и 70 %, для ротационных аппаратов - 7,0 % и 84 %.
Свежеполученный свекловичный жом по своей структуре является сложным капиллярно-пористым материалом, клетки и межклеточное пространство которого заполнены водой (экстрагентом) с небольшим остаточным содержанием сахарозы. Воду в
составе жома можно условно разделить на связанную физико-механически - это вода смачивания (поверхностная) и капиллярная, относительно легко удаляемая механическим способом, а также связанную физико-химически - адсорбционная и внутриклеточная, практически не удаляемая механическим способом. Доля первой составляет порядка 6080 %, доля же не удаляемой механически - 20-40 %. Это соотношение может изменяться в зависимости от интенсивности образования гидратопектина при разных значениях рН и температуре экстрагента.
Освобождение жома от механически удаляемой влаги методом прессования позволяет повысить концентрацию сухих веществ в нем до 24-26 % и выше.
Энергозатраты на сушение жома значительно превышают таковые на его подготовку методом прессования. Установлено, что на прессование жома тратиться энергии примерно в 30 раз меньше, чем на его высушивание.
Стоимость природного газа, затраченного на жомосушение, составляет 90 % от всех прямых затрат, связанных с производством сушеного гранулированного жома, поэтому задача максимального удаления влаги из свежего жома методом прессования является актуальной.
По степени обезвоживания жома принята следующая классификация:
• легкое прессование - до содержания сухих веществ в жоме 12 %, осуществляемое в наклонных шнековых прессах;
прессование - до содержания сухих веществ в жоме 18 %;
• глубокое прессование - до содержания сухих веществ в жоме 25 % и выше, осуществляемое в вертикальных одношнековых или горизонтальных двухшнековых прессах.
К факторам, влияющим на степень обезвоживания свекловичного сырого жома методом прессования, следует отнести:
- технические возможности (характеристики) используемых прессов, которые зависят не только от конструктивных особенностей прессов, но и, в значительной степени, от правильности их установки и режима эксплуатации;
- температуру жома, поступающего на прессование, которая должна быть не ниже 500С, тогда как фактически на заводах, имеющих достаточно протяженные линии транспортирования жома к прессам с двумя-тремя точками пересыпки, температура жома при его загрузке в пресса не превышает 40-450С;
- величину рН воды, используемой для диффузии, практически равную рН воды в составе жома, выгружаемого из диффузионного аппарата.
Установлено, что наибольшей влагоудерживающей способностью обладает гидратопектин, присутствующий в составе клеточных стенок ткани свекловичной, в том числе и в обессахаренной, стружки. Минимальная интенсивность образования гидратопектина, как известно, наблюдается в интервале рН20 5,5-6,0, а при температуре экстрагента 64-650С минимальному переходу протопектина в водорастворимые гидратные формы соответствуют значения рН 5,2-6,8.
Влияние величины рН экстрагента, подаваемого в «хвостовую» часть диффузионного аппарата, на содержание сухих веществ в прессованном жоме при
эксплуатации вертикальных прессов типа ГХ-2, отражает график, приведенный на рисунке 1.
Из графика видно, что при одном и том же усилии, затрачиваемом на прессование жома, снижение рН экстрагента с 7,0 до 5,5 позволяет повысить содержание сухих веществ в прессованном жоме с 14,5-15,0 % до 19,5-20 %. Это нашло подтверждение на тех сахарных заводах, которые освоили сульфитацию экстрагента для диффузии в усовершенствованной жидкостно-струйной установке [2].
Рис. 1. Влияние рН экстрагента на содержание сухих веществ в прессованном жоме
На большинстве отечественных сахарных заводах для сульфитации экстрагента и жидких полупродуктов используются жидкостно-струйные аппараты типа А2-ПСК или А2-ПСМ - для производительности по переработке свекловичного сырья 3,0 и 6,0 тыс. т/сутки, либо установки собственного изготовления. Однако, данные установки не в состоянии обеспечить эффективное проведение процесса. В частности, не всегда достигается достаточная глубина сульфитирования для получения регламентированных значений рН, процесс сульфитации протекает неуправляемо (особенно при изменениях расхода обрабатываемого раствора в широком диапазоне), не исключается загазованность рабочего места, перерасход технической серы и значительные выбросы в атмосферу неутилизированных остатков от ее сжигания.
Устранению указанных недостатков способствует новая сульфитационная установка [3], позволяющая эффективно с доведением до регламентированных значений рН проводить обработку экстрагента, а также соков, сиропов и клеровок тростникового сахара-сырца, представленная на рисунке 2.
Установка состоит из центробежно-струйной форсунки оригинальной конструкции и циклона-дожигателя, выполняющего роль средства для очистки сернистого газа и дожигания серы, а также регулятора подачи сернистого газа, поступающего в форсунку,
при изменении в широком диапазоне (50-120 % от номинального) расхода обрабатываемой жидкости.
экстрагент
Рис. 2. Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства: 1 - дозатор серы; 2 - серосжигательная печь; 3 - циклон-дожигатель;
4 - центробежно-струйная форсунка; 5 - камера смешивания; 6 - дегазатор
Следует отметить, что основная подготовка свекловичного жома к прессованию, параметрами которой являются продолжительность, температура и значение рН среды, происходит в «хвостовой» части диффузионных аппаратов. Продолжительность и температура диффузионного процесса при установившейся производительности завода и относительно однородном качестве свеклосырья практически не изменяются, поэтому подготовка свекловичного жома к прессованию сводится, по сути, к поддержанию оптимального значения рН среды, обусловленного количеством и значением рН направляемого в него экстрагента. Поддержание стабильно низкого значения рН (5,0-5,2 ед.) экстрагента способствует увеличению модуля упругости свекловичного жома и, как следствие, получению, при прочих равных условиях, высокой концентрации сухих веществ в прессованном жоме, направляемом на дальнейшее высушивание и гранулирование.
Ниже приводится расчет ожидаемой экономической эффективности способа подготовки экстрагента с использованием его глубокой сульфитационной обработки в новой усовершенствованной установке.
Расчет выполнен на 100 тыс. тонн переработки сахарной свеклы с учетом сокращения неучтенных потерь сахарозы на 0,05 % к массе перерабатываемого сырья за счет антисептического воздействия сернистой кислоты на микробиальную деятельность микроорганизмов с соответствующим увеличением выхода сахара-песка. Принимается также увеличение содержания сухих веществ за счет повышения модуля упругости сырого свекловичного жома в прессованном жоме на 3,0 % сухих веществ абсолютных (с
22 до 25% СВ) при выработке 5,0 тыс. тонн сушеного жома с содержанием сухих веществ 90 %.
Дополнительная выработка сахара-песка за счет сокращения неучтенных потерь сахарозы составит:
100000x0,05 ^
-= 50 тонн
100
или в денежном выражении при цене за 1 тонну сахара-песка 30,0 тыс. рублей получим:
30 х 50 = 1500 тыс. руб.
Для получения 5,0 тыс. тонн сушеного жома необходимое количество прессованного до СВ=22 % жома составит:
90
5000 х— = 20454 тонны 22
Для получения того же количества сушеного жома необходимое количество прессованного до СВ=25 % жома составит:
90
5000 х—= 18000 тонн 25
Разница в 20454 - 19000 = 2454 тонны является дополнительно испаряемой влагой, а сокращение расхода условного топлива на ее испарение составит:
т 2454x540
1 vcn --= ТОНН,
усл■ 7000x0,92
где Тусл. - расход условного топлива, т; 540 - теплота парообразования, ккал/кг; 7000 - теплотворная способность условного топлива, ккал/кг; 0,92 - КПД котельной.
Известно, что 1 тонна условного топлива в пересчете на природный газ
3 3
приблизительно равна 1000 м природного газа, тогда при цене 1000 м природного газа 6500 рублей экономия условного топлива в денежном выражении составит:
6500 х 206 = 1339 тыс. руб.
Общая ожидаемая экономическая эффективность составит:
1500 + 1339 = 2839 тыс. руб.
Учитывая, что в среднем за сезон один сахарный завод Краснодарского края перерабатывает около 700 тыс. тонн корнеплодов сахарной свеклы, приведенные выше энерго-экономические показатели будут более значительными.
Таким образом, эффективность использования процесса сульфитации, как способа подготовки экстрагента для обессахирования свекловичной стружки, не вызывает сомнения, а рассмотренный выше способ может быть рекомендован для широкого внедрения на предприятиях отрасли.
Литература:
1. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. Москва: Колос, 1998. 495 с.
2. Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства: патент 2184783
п
Рос. Федерация, МПК' C13D3/10 / Выскребцов В.Б. [и др.]; заявитель и патентообладатель Выскребцов В.Б., Северо-Кавказский НИИ сахарной свеклы и сахара, №2001100321/13; заявл. 04.01.2001; опубл. 10.07.2002.
3. Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства: патент 124680 Рос. Федерация, МПК C13K13/00 / Ю.И. Молотилин, В.О. Городецкий; патентообладатель ГНУ Краснодар. НИИ хранения и переработки с.-х. продукции Рос. академии с.-х наук (ГНУ КНИИХП Россельхозакадемии), №2011141396/13; заявл. 12.10.2011 г.; опубл. 10.02.2013 г.
Literature:
1. Sapronov A.R. Technology of sugar production. Moscow: Kolos, 1998. 495 p.
2. Installation for sulphitation of liquids of sugar production: the RF patent 2184783,
у
МРС C13D3 /10 / Vyskrebtsov V.B. [and oth.]; applicant and patent holder Vyskrebtsov V.B., the North Caucasian Research Institute of Sugar Beet and Sugar, No. 2001100321/13; claimed. 04.01.2001; publ. 10.07.2002.
3. Installation for sulphitation of liquids of sugar production: the RF patent 124680, MPC C13K13 / 00 / Yu.I. Molotilin, V.O. Gorodetsky; patent holder is SSI Krasnodar. Research Institute of storage and processing of agricultural products of the RA of Agricultural Sciences (SSI KSRICHI of the Rosselkhozacademy), No. 2011141396/13; claimed 12.10.2011; publ. February 10, 2013.
