В сахарной промышленности в настоящее время работают в основном диффузионные аппараты трех типов:
колонные, наклонные и
ротационные. Все они имеют определенные недостатки, что не позволяет обеспечить оптимальные условия проведения процесса экстрагирования, с тем чтобы получить максимальный выход сахара.
Как уже было показано, основными факторами, влияющими на ход процесса экстрагирования и полноту извлечения сахара из стружки, являются температурный режим, особенно в начальной стадии процесса, направление движения фаз, гидродинамика процесса, соотношение расхода масс экстрагента и стружки.
Рассмотрим работу существующих типов диффузионных аппаратов.
Тепловая обработка свекловичной стружки для экстрагирования из нее сахара может осуществляться либо непосредственно в диффузионном аппарате, либо в ошпаривателе, где стружка должна нагреваться за небольшой промежуток времени с 5—10 до 70— 80 °С.
В
колонных диффузионных установках для этой цели применяются ошпариватели типов О и ОС.
Ошпариватель типа О представляет собой горизонтально расположенный цилиндр, внутри которого вращается шнек для перемещения стружки вдоль аппарата. Стружка транспортером подается в шахту ошпаривателя, куда также поступает сок, идущий затем на производство. Такой подвод сока выполнен для того, чтобы предварительно подогреть поступающую в ошпариватель стружку и повысить содержание сухих веществ в диффузионном соке.
По мере продвижения вдоль ошпаривателя стружка нагревается циркуляционным соком, имеющим температуру 78—85 °С, подаваемым в количестве 380—450 % к массе стружки.
В противоположной от загрузочной части ошпаривателя установлена перегородка, отделяющая полость для мешалки. К поступающей в полость стружке добавляется 300 % к ее массе отобранного из колонны сока, подогретого до 76—78 °С, и сокостружечная смесь перемешивается. Основным источником нагрева стружки служит, таким образом, теплота сока, циркулирующего в направлении, перпендикулярном движению основного потока стружки. Такое движение в ошпаривателе препятствует вращению стружки вместе со шнеком, что является положительным фактором.
Изучение процесса в ошпаривателе типа О показало, что степень ошпаривания стружки в нем достигает весьма малой величины (ф = 0,8), а извлечение сахарозы протекает при отсутствии противотока и при соотношении масс жидкости и твердого тела 400 % и более. Несмотря на то что соотношение сока и стружки непосредственно в колонне находится в диапазоне 103—105 %, по установке в целом это соотношение нередко доходит до 150—160 %. Кроме того, происходит энергичное перемешивание всей сокостружечной смеси с помощью специальной мешалки. Перемешивание усиливается в результате попадания части сока из диффузионной установки в загрузочную шахту ошпаривателя.
Таким образом, на участке диффузионной установки, где из стружки активно извлекается сахар, полностью нарушен противоток, а сахар переходит в большое количество жидкости. При этом заметного увеличения концентрации диффузионного сока в ошпаривателе по сравнению с соком, поступающим из колонны, не происходит.
В основной камере ошпаривателя ОС стружка и сок движутся противоточно, что могло бы обеспечить хороший теплообмен и дополнительное обессахаривание стружки. Предварительно нагретая стружка затем призматическими лопастями, установленными на вращающемся валу, подается в мешалку. Здесь при помощи лопастей, расположенных на одном валу со шнеком, она смешивается с циркуляционным соком, нагретым до 85 °С. Количество сока в мешалке составляет 300 % к массе свеклы. Смесь стружки и сока на участке от входа циркуляционного сока до выхода сокостружечной смеси движется прямоточно.
Из мешалки сокостружечная смесь в количестве 400 % к массе свеклы насосом подается в колонный диффузионный аппарат. Для осуществления противотока сока и стружки аппарат установлен под углом 4° к горизонтали.
В ошпаривателе ОС нет чистого противотока, так как при существующем его диаметре необходимое количество сока не имеет возможности проникнуть навстречу стружке. Сок, подаваемый в шахту головной части ошпаривателя и мешалку для удаления стружки из ошпаривателя, создает в этих двух зонах условия процесса, близкие к прямотоку. Кроме того, головная часть и мешалка, в которых соотношение сока и стружки выше, чем в остальной части ошпаривателя, свободно сообщаются с остальной частью ошпаривателя. В связи с этим в зонах ошпаривателя, прилегающих к головной части и мешалке, сок сильно перемешивается, что в конечном итоге уравнивает концентрацию сока, поступающего в ошпариватель и уходящего из него.
Рис. 1. Противоточный ошпариватель КТИПП-БМЗ:
1— верхняя лобовая стенка; 2 — мешалка; 3 — кровлеобразная перегородка; 4, 5 — транспортирующие шнеки; 6 — корпус; 7 — привод
Учитывая, что ошпариватель колонной диффузионной установки является одновременно и экстрактором, необходимо при разработке новых типов ошпаривателей предусматривать создание в них условий для нормального протекания процесса экстрагирования, тем более что нормализация массообмена неразрывно связана с улучшением теплообменных характеристик аппарата.
Одним из вариантов эффективного типа ошпаривателя является противоточный ошпариватель КТИПП-БМЗ, основу конструкции которого составляет наклонный двухшнековый диффузионный аппарат С-17.
В верхней части ошпаривателя (рис. 1) установлена кровлеобразная перегородка, отделяющая основную часть корпуса от мешалки, служащей для приготовления сокостружечной смеси, поступающей непосредственно в насос, подающий эту смесь в колонну. На верхней половине корпуса ошпаривателя расположены греющие камеры. Свекловичная стружка поступает в ошпариватель через загрузочную горловину, а циркуляционный сок подается из диффузионной колонны в мешалку самотеком. Сокостружеч- ная смесь с соотношением сока и стружки 3: 1 из мешалки насосом подается в диффузионную колонну.
Часть потока сока из колонны в количестве, соответствующем откачке, направляется в теплообменник, где нагревается до 72— 75 °С. Нагретый сок подается в рабочую часть ошпаривателя ниже уровня стружки вблизи наклонной перегородки. Двигаясь навстречу стружке, сок ошпаривает и нагревает ее.
Таким образом, в противоточном ошпаривателе КТИПП-БМЗ ошпаривание и нагрев стружки протекают в условиях противотока сока и стружки при их соотношении, соответствующем откачке сока на производство, следовательно, процесс экстрагирования в ошпаривателе протекает в условиях, близких к условиям в колонне.
Результаты сравнительных испытаний противоточного ошпаривателя КТИПП-БМЗ и ошпаривателя типа 0-15-58 показали, что при средней производительности 1550 т свеклы в сутки диффузионная установка при работе с противоточным ошпаривателем КТИПП-БМЗ имеет меньшую откачку и меньшие потери, чем с ошпаривателем 0-15-58, даже если в последнем случае производительность установки снижается до 1346 т свеклы в сутки.
Среднее интегральное время пребывания стружки в установках с ошпаривателем КТИПП-БМЗ и 0-15-58 различается мало: время пребывания стружки в установке с ошпаривателем КТИПП-БМЗ определялось 4 раза и средняя величина составила 102 мин, а с ошпаривателем О-15-58 — дважды и средняя величина составила 100 мин.
Неучтенные потери сахара на диффузии также оказались меньшими в случае работы установки с противоточным ошпаривателем, что хорошо согласуется с наблюдавшимся тепловым режимом работы ошпаривателя: температура стружки достигала 65—70 °С уже на 2-м метре длины ошпаривателя.
