На нашем интернет портале море информации по пищевой
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
» » Анализ работы существующих диффузионных аппаратов при производстве сахара (часть II)

Анализ работы существующих диффузионных аппаратов при производстве сахара (часть II)

В наклонных диффузионных аппаратах, наиболее широко распространенных в промышленности, отсутствует устройство, аналогичное ошпаривателю колонного диффузионного аппарата. Анализ процесса тепло- и массообмена в наклонных двухшнековых диффузионных аппаратах, проведенный на основе изучения температурных полей и массообменных характеристик (коэффициента ошпаривания свекловичной стружки в аппарате), показал, что тепловая обработка свекловичной стружки в этих аппаратах протекает неудовлетворительно.
Для изучения температурных полей в конце каждой секции аппарата (кроме последней) на контрлапах или опорах подшипников вала транспортного устройства устанавливалось 4—6 термопар, которые были подключены к многоточечным электронным потенциометрам КСП-2.
Рис 1. Распределение температур по сечениям аппарата А1-ПДС-20
Рис 1. Распределение температур по сечениям аппарата А1-ПДС-20:
а — в сентябре; б — в декабре. В правом верхнем углу показано расположение термопар в сечениях аппарата

Систематическое измерение температурных полей в наклонном двушнековом аппарате А1-ПДС-20 позволило установить распределение температур в объеме аппарата в разные периоды сезона сахароварения. На рис. 1 показано распределение температур по сечениям аппарата в сентябре и декабре. Номера кривых соответствуют номерам точек расположения датчиков. Оптимальный режим показан на рис. 1,б двойной линией.
Полученные данные позволяют заключить, что конструкция диффузионного аппарата А1-ПДС-20 не обеспечивает проведения процесса экстрагирования в оптимальном тепловом режиме, особенно в холодный период сезона сахароварения; практически по всей длине аппарата основная масса стружки не нагревается до температуры, обеспечивающей нормальное течение экстрагирования; наблюдается крайне неравномерный нагрев стружки по поперечным сечениям аппарата, особенно выраженный на участке первой греющей камеры (сечение I); в зоне установки термопары 4 небольшая масса стружки перегрета (сюда попадают частицы, двигавшиеся непосредственно около греющих камер); в точках 1, 2, 3 того же сечения нагрев слабый. Все это приводит к потерям сахарозы как от недогрева стружки, поскольку температуры 50— 60 °С способствуют развитию микроорганизмов и активируют ферменты, разлагающие сахарозу, так и от перегрева стружки, также ведущего к разложению сахарозы, существенному снижению доброкачественности диффузионного сока и затруднению его дальнейшей переработки.
Изучение температурного режима, тепловых балансов и результатов тепловой обработки свекловичной стружки проводилось в основных типоразмерах диффузионных аппаратов DdS производительностью 2; 3; 4,2 тыс. т свеклы в сутки. На рис. 2 показаны сечения, в которых устанавливались термопары и отбирались пробы для определения степени тепловой обработки стружки. О характере изменения средней температуры по длине диффузионных аппаратов и ошпаривателя можно судить по рис. 3, а о совершенстве тепловой обработки стружки — по рис. 4.
Рис. 2. Сечения, в которых изучалось распределение температур в аппарате DdS-30
Рис. 2. Сечения, в которых изучалось распределение температур в аппарате DdS-30

Рис. 3. Распределение температур по сечениям диффузионных аппаратов и ошпаривателя :
1— DdS-30 (октябрь); 2 — DdS-42 (октябрь); 3 — А2-ПОБ-30 (декабрь); 4 — А1-ПДС-20 (ноябрь)
Как видно из приведенных рисунков, общий характер изменения температурного режима в аппаратах типа DdS во многом сходен с температурными полями в аппарате А1-ПДС-20 : температура сокостружечной смеси медленно поднимается, достигая максимума лишь на длине 1/3—1/2 аппарата, затем она поддерживается на уровне, который определяется температурой экстрагента, поступающего в хвостовую часть аппарата.
Изменение степени ошпаривания стружки по длине диффузионных аппаратов и ошпаривателя
Рис.  4. Изменение степени ошпаривания стружки по длине диффузионных аппаратов и ошпаривателя:
1— DdS-42 (ноябрь): 2 — DdS-30 (октябрь); 3 — А1-ПДС-20; 4 — А2-ПОБ-30


В рассматриваемых типоразмерах экстракторов на расстоянии 4,5 м от лобового сита (1-й люк) средняя температура сокостружечной смеси не превышала 55°С (см. рис. 3). Время пребывания частиц сырья на этом участке составляет 20—25 мин в аппарате DdS-20 и увеличивается с ростом производительности до 33—36 мин (экстрактор DdS-42). Этот период времени более чем достаточен для термообработки при оптимальной температуре, но температура сокостружечной смеси до 55 °С не позволяет осуществить эффективное ошпаривание. Кроме того, для поддержания даже такой низкой температуры в головной части аппаратов приходится подавать в экстрактор барометрическую воду температурой 67—72°С, что не соответствует основному технологическому регламенту процесса экстрагирования сахарозы из свекловичной стружки. Таким образом, вместо необходимого быстрого нагрева стружки до температуры 75—78 °С, так называемого головного грева, происходит медленный нагрев стружки до середины аппарата, нередко с максимальной температурой сокостружечной смеси в конце процесса. Такой «перевернутый» температурный режим является причиной высоких потерь сахара в жоме (при работе с номинальной производительностью и максимальных откачках по сравнению с другими типами диффузионных аппаратов), пониженного качества получаемого диффузионного сока.
Для оценки качества тепловой обработки свекловичной стружки в процессе экстрагирования используют коэффициент ошпаривания ?, представляющий собой отношение коэффициента диффузии сахара из свекловичной стружки D к коэффициенту диффузии из стружки того же качества D0, прошедшей оптимальную тепловую обработку.
Коэффициент диффузии определяют при 20 °С. Такая температура необходима для немедленного прекращения денатурации протоплазмы в стружке, отобранной для опыта. Возможная обратимость процесса денатурации при охлаждении стружки свидетельствует лишь о незначительной степени денатурации, далекой от уровня, необходимого для осуществления процесса экстрагирования.
Изменение величины ? по длине аппаратов (см. рис. 4) показало, что у аппаратов, имеющих большую производительность, ухудшаются массообменные характеристики процесса.
В экстракторе DdS-30 (ДС-12), имеющем производительность 2,8 т свеклы в сутки, в октябре месяце максимальное значение ср составило 0,8, и то лишь в средней части аппарата. В аппарате DdS-42 (ДС-17) при производительности 4 тыс. т свеклы в сутки в это же время года ? = 0,74, а в конце ноября еще меньше — 0,58. Как видно из рис. 4, наибольшая степень ошпаривания достигается только в средней части аппарата, что значительно сокращает время активного экстрагирования.
Изучение влияния количества теплоты, передаваемой паровыми камерами, на тепловой режим в наклонных двухшнековых аппаратах (характеризуется соотношением между количеством теплоты, переданной сокостружечной смеси через периферийно расположенные паровые камеры, к общему количеству теплоты, поступающей в экстрактор со стружкой и водой) проводилось при постоянных количестве и температуре подаваемых в аппарат стружки и воды, при этом фиксировались температуры получаемого диффузионного сока и жома при включенных паровых камерах. Затем те же измерения производились с отключенными паровыми камерами, т. е. в режиме противоточного теплообмена между соком и стружкой. Разность между общим количеством теплоты, отводимой из аппарата с диффузионным соком и жомом, в первом и во втором случаях составила количество теплоты, переданной паровым камерам. Отношение этой величины к суммарному количеству теплоты, поступающей в экстрактор со стружкой и водой, составило для аппарата DdS-20 12 %, для DdS-30 около 7 %, а для DdS-42 не превысило 2 % .
Полученные данные о количестве теплоты, поступающей в аппарат от греющих камер, позволили рассчитать величину коэффициентов теплопередачи от пара к сокостружечной смеси для исследованных типоразмеров аппаратов:
Производительность,        Среднее значение коэффициента
т/сут                                         теплопередачи,
                                                  Вт/(м2*К)
2000                                              181
3000                                              157
4200                                              109
Малая величина отношения теплового потока от паровых камер к общему потоку теплоты, поступающей в экстрактор, и низкие коэффициенты теплопередачи для всех исследованных типоразмеров диффузионных аппаратов позволяют сделать вывод, что влияние нагрева от паровых камер на тепловую обработку стружки малозначительно. Основную роль здесь играет противоточный теплообмен между диффузионным соком и свекловичной стружкой в процессе ее тепловой обработки. Влияние нагрева от паровых камер мало в аппаратах даже самых малых типоразмеров, а с ростом производительности наклонных экстракторов оно уменьшается.
  • Похожие материалы