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

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

В ротационных диффузионных аппаратах нагрев свекловичном стружки начинается в предошпаривателях и ошпаривателях. Так как время контакта сока со стружкой в предошпаривателях составляет 5—6 с, а в ошпаривателях— 10—15 с, свекловичная стружка поступает в ротационный аппарат практически неподготовленной к экстрагированию. Исследования на Меркенском сахарном комбинате показали, что ошпаривание происходит непосредственно в ротационном аппарате, на что затрачивается около 25 % времени экстрагирования.
Ротационные диффузионные аппараты, как и колонные, лишены внешнего подогрева, поэтому особое значение приобретает температура свекловичной стружки, поступающей в аппарат.
Чтобы поднять температуру в аппарате и компенсировать потери теплоты по его длине, в хвостовую часть аппарата подают барометрическую воду температурой 70 и даже 75 °С. Однако в этом случае используется только часть теплоты, подаваемой с водой в аппарат, а остальная теплота идет на нагрев жома, выходящего из аппарата.
Повышение температуры в хвостовой части аппарата отрицательно сказывается на качестве получаемого сока, так как пептизация пектинов особенно увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры в хвостовой части аппарата приводит также к дополнительному снижению прочности свекловичной ткани, что ухудшает гидродинамические и массообменные характеристики процесса.
Распределение температур по длине ротационных аппаратов, установленных на заводах
Рис. 1. Распределение температур по длине ротационных аппаратов, установленных на заводах:
1—Джамбулском; 2 — II им. Петровского: 3, 5 — Меркснском: 4 — Владимир-Волынском; 6 — оптимизационная кривая
Усредненные результаты 80—100 замеров температур по длине ротационных аппаратов Меркенского, Джамбулского, Моевского, Владимир- Волынского и II им. Петровского сахарных заводов показали (рис. 1), что вследствие несовершенства конструкции ротационного аппарата наблюдается систематический недогрев свекловичной стружки. Кривые, полученные для головной и средней частей аппаратов, располагаются гораздо ниже оптимизационной кривой 6. Повышение темпепатур в хвостовой части экстракторов связано с вводом нагретой до 70°С барометрической воды.
Что же касается степени ошпаривания свекловичной ткани, исследования, выполненные на Меркенском сахарном комбинате, показали, что на расстоянии 1 м от начала аппарата степень ошпаривания составляет 0,31, на расстоянии 3,6 м ? = 0,63, на расстоянии 7,2 м ? = 0,91. Полученные результаты степени ошпаривания свекловичной ткани свидетельствуют о том, что процесс ее предварительной тепловой обработки практически заканчивается лишь через 20 мин с начала экстрагирования, что на 25 % сокращает продолжительность активной диффузии.
Помимо режима тепловой обработки свекловичной ткани на эффективность диффузии сахарозы из стружки большое влияние оказывает направление движения фаз. Как было показано выше, оптимальное протекание процесса возможно при строгом противотоке стружки и диффузионного сока. В наиболее же широко распространенных в промышленности типах аппаратов имеет место продольное перемешивание фаз, которое вызвано либо неудачной конструкцией транспортного органа, либо тем, что в целях интенсификации тепло- и массообмена в аппарате предусматривается перемешивающий орган. И хотя он предназначается главным образом для радиального перемешивания, в силу свойств жидкостей, а также реологии суспензий радиальное перемешивание обязательно сопровождается перемешиванием и в направлении продольной оси аппарата. Чем выше степень продольного перемешивания, тем больше процесс отклоняется от противотока, что приводит прежде всего к снижению концентрации диффузионного сока, уходящего из аппарата. Процесс может контролироваться соотношением истинной откачки (полученной на основе измерения расхода диффузионного сока и стружки) и расчетной (полученной по величине концентраций фаз и выхода жома). Следует иметь в виду, что именно расчетная откачка определяет экономику процесса и должна учитываться при его оптимизации.
Из-за продольного перемешивания свекловичной стружки возникает разброс значений времени пребывания определенной массы частиц. Масса частиц, которая покидает аппарат раньше оптимального времени пребывания, не полностью обессахаривается, что увеличивает потери сахара в стружке. Из частиц, которые задерживаются на больший, чем это требуется, срок, усиливается переход в сок несахаров, что влияет на качество получаемого диффузионного сока.
Перемешивание жидкости может происходить и в тех случаях, когда в аппарате отсутствуют специальные перемешивающие устройства. Оно вызывается взаимодействием фаз, приводящим к изменению направления и скорости движения в разных точках аппарата, особенно возникновением при этом турбулентных режимов движения жидкости.
Поскольку продольное перемешивание в аппаратах является одной из форм переноса, параметр, которым оценивается структура
такого потока, носит название коэффициента продольного перемешивания DL, так как рассматриваемый перенос в некоторой мере аналогичен диффузионному переносу. В свою очередь, математическая модель, которая построена по такой аналогии, носит название диффузионной.
Кривая отклика наклонного двухшнекового аппарата при импульсном вводе индикатора
Рис. 2. Кривая отклика наклонного двухшнекового аппарата при импульсном вводе индикатора
Безразмерной характеристикой продольного перемешивания является критерий Пекле РeL = vL/DL (где v — средняя скорость потока, м/с; L — длина или высота аппарата, м; DL — коэффициент продольного перемешивания, м2/с).
Величины Dl и PeL, характеризующие структуру потоков в аппарате, определяются опытным путем на основе времени пребывания меченых частиц в аппарате.
Исследование продольного перемешивания стружки в наиболее распространенных в сахарной промышленности аппаратах показало, что величина критерия PeL для наклонных двухшнековых аппаратов при производительности, близкой к номинальной, находится в пределах 18—46, а для колонных — 54—140. Эти цифры показывают, что степень перемешивания стружки, особенно в наклонных двухшнековых диффузионных аппаратах, весьма велика и ее снижение представляет один из путей повышения эффективности процесса экстрагирования.
В аппаратах колонного типа она значительно меньше, и при номинальных нагрузках структура потока приближается к режиму идеального вытеснения.
  • Похожие материалы