Технохимический контроль производства

     1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ  КУРСОВОГО ПРОЕКТА 

1.1 Использование пеногасителя Лапрол ПС-1 в сахарной промышленности

     С нежелательным образованием пены приходится сталкиваться на различных участках производства сахара: при получении, очистке  и выпаривании  сока, кристаллизации сахарозы, в оборотной  системе транспортерно-моечных  вод и др. Для  предотвращения и  борьбы с пенообразованием на сахарных заводах  используют животные и растительные масла, а также разработанные  на их основе антипенные вещества: интразол, соапсток, пеногасители марки ПГ; поверхносно-активные вещества, в частности ацетилированные моноглицериды дистиллированные (АМГД).

     Однако  эффективность пеногашения  указанных препаратов довольно низкая при  высоком расходе, а результаты действия нестабильны из за непостоянства качественного  и количественного  составов, изменяющихся в зависимости  от сырья, из которого их получают. Более того, применение пеногасителей на основе натуральных жиров ограничено, так как они не благоприятно влияют на очистку и сгущение соков: присутствуя в продуктах, они быстро омыляются, затрудняют фильтрацию и приводят к накипеобразованию на поверхности нагрева теплового оборудования.

     В последние годы появились  синтетические пеногасители- этил- и метилполилоксаны, имеющие в своем составе силиконовые соединения или силоксан, и поиск новых, наиболее дешевых высокоэффективных пеногасителей продолжается.

     В лабораторных условиях нами было исследовано действие выпускаемого ООО НПП «Макромер» (г. Владимир) пеногасителя Лапрол ПС-1. Пеногаситель этого типа- Лапрол ПЛ-1 широко применяется при производстве хлебопекарных и кормовых дрожжей. Они относятся к полиоксиалкиленгликоевому типу, имеют вид вязкой прозрачной жидкости, ограниченно растворимы в воде, хорошо в ацетоне, спиртах и других органических растворителях. В зависимости от рН пенообразующего раствора диапазон их рН может изменяться от 4 до 12.

     Для сравнения взяли  пеногасители ПГ-3 и  АМГД; рабочими растворителями являлись свекловичная меласса, которая  дает устойчивую пену и обладает высокой  вязкостью, а также  приготовленные в  условиях лаборатории диффузионный сок и транспортерно-моечная вода.

     Действие  анализируемого препарата  с рН 7,1 на пеногашение  диффузионного сока испытывали при температуре 60˚С, в качестве контроля использовали пеногаситель ПГ-3; пену мелассы гасили при 70˚С, контроль-пеногаситель АМГД; для пеногашения транспортерно-моечной воды с рН 6 (без обработки ее известковым молоком)- только исследуемый препарат при 20˚С. Количественная оценка устойчивости пены была проведена по методу определения продолжительности ее разрушения. Пену в рабочих растворах создавали диспергацией при интенсивном перемешивании раствора в лабораторной мешалке.

     Анализ  полученных результатов (см. табл. ниже) показал, что для разрушения пены диффузионного  сока испытуемый пеногаситель более эффективен, чем ПГ-3, так как  при одинаковом расходе 0,01% к массе сока объем  пены после отстаивания  в течение 30 с снизился в 6,4 раза, что в 2 раза больше, чем в варианте с ПГ-3. Соответственно, для достижения одинакового результата пеногашения расход исследуемого препарата может составить в 2-4 раза меньше.

     При введении пеногасителя Лапрол ПС-1 в транспортерно-моечную  воду объем пены увеличился, причем пропорционально  расходу препарата. При небольшом  расходе пеногасителя (до 0,002%) устойчивость пены сохраняется, а при более  высоком- резко снижается.

     Для полного разрушения пены мелассы АМГД требуется 0,05% к массе  продукта, в то время  как исследуемого пеногасителя достаточно

0,005%, т.е. в 10 раз  меньше. Также следует  отметить, что АМГД  перед вводом в  продукт необходимо  расплавлять (температура  плавления 45-60˚С), поскольку он находится в твердом состоянии, а Лапрол ПС-1 не требует предварительной подготовки.

     Таблица 1.1.1- Влияние пеногасителей на разрушение пены сахаросодержащих растворов.

     В производственный сезон 2002 г.были проведены промышленные испытания пеногасителя Лапрол ПС-1 на ООО «Сахарный комбинат «Большевик» Белгородской области при переработке сахарной свеклы.

     В это время из-за плохого качества сырья, поступающего на переработку, происходило  сильное пенение  в диффузионном и

     сокоочистительном отделениях. Для пеногашения использовали технический жир, действие которого было малоэффективно при достаточно большом расходе (0,01% к массе свеклы).

     Для разрушения пены ввели 3 кг Лапрола ПС-1 в  первую секцию диффузионного  аппарата (0,003% к массе  свеклы) и в диффузионный сок после мезголовушки – 1,5 кг (0,0015% к массе свеклы). В диффузионном аппарате пена сразу же разрушилась и появилась только через 4 ч.

     Пеногаситель вводили только в диффузионный аппарат в момент появления пены (через 3-5 ч). Длительность работы этого пеногасителя может быть объяснена тем, что одна его часть, попадая в диффузионный сок, продолжает гасить пену на станции очистки сока, а другая, продвигаясь вместе со свекловичной стружкой к хвостовой части аппарата, постепенно вымывается встречным потоком воды и циркулирует к головной части аппарата, продолжая свое разрушающее действие в диффузионном аппарате.

     Контролировали  пеногашение в  диффузионном соке, следя за скоростью  разрушения пены по общепринятой методике. Пеногаситель Лапрол ПС-1 вводили с  разной периодичностью, в контрольном  варианте был использован  технический жир.

     В таблице ниже представлены данные одной серии  опытов при дозе  пеногасителя 0,0015% к  массе свеклы.

     Как видно из этой таблицы (табл.   ), лучшие результаты достигались по мере появления пены, т.е. через 3-5 ч при разовой дозе 0,003% к массе свеклы.

     В целом, исследования выявили существенные преимущества применения пеногасителя Лапрол ПС-1 над техническим  жиром.

     Отмечено  также улучшение  отдельных технологических  показателей диффузионного  сока: рН увеличилось  с 5 до 6,2, чистота  сока повысилась с 86,6 до 87,3%, снизились  неучтенные потери сахарозы в диффузионном аппарате. 
 
 
 
 
 

     Таблица № 1.1.2-Результаты действия Лапрол ПС-1 на разрушение пены диффузионного сока.

     Таким образом, результаты промышленных испытаний  выявили 

     пеноразрушающее действие пеногасителя Лапрол ПС-1 в полупродуктах  сахарного производства, что позволило  улучшить условия  экстрагирования  сахарозы из свекловичной стружки, фильтрования  

сахарных  растворов и кристаллизации сахарозы. 

1.2 Особенности эксплуатации наклонных шнековых диффузионных аппаратов ДС-12. 

     Рассмотрим  основные элементы конструкции  диффузионных аппаратов  типа ДС-12, которые  влияют на показатели его работы. 

     1.2.1 Транспортирующие шнеки 

     Транспортирующие шнеки диффузионного аппарата ДС-12 имеют диаметр 3585 мм. шнек выполнен с постоянным шагом между витками – 940мм.

     Транспортирующий  шнек, согласно инструкции по эксплуатации аппаратов  ДС-12, должен быть загружен по верхнюю кромку шнека, впереди шнека, по всей длине диффузионного  аппарата.

     Известно, что в начало шнека  диффузионного аппарата поступает 100% свекловичной стружки (125 т/ч). Количество стружки в конце  шнека 

составляет 80-90% к массе свеклы (100-113 т/ч). Таким образом, количество стружки  по длине шнека  уменьшается на 20-10% по сравнению с  количеством стружки  в начале шнека.

     Для того, чтобы шнек с постоянным шагом между витками равномерно загрузить по длине стружкой, секции шнека имеют различное количество поперечных дуг. В последних секциях шнека количество дуг больше, чем в начальных секциях. Шнек в конце аппарата более плотный. Это сделано для обеспечения меньшей обратной циркуляции стружки через плоскость витка шнека в хвостовой части шнека по сравнению с циркуляцией стружки через плоскость витка в начале шнека. 

     Таблица № 1.2.1.1- Суммарная площадь щелей между дугами шнека для обеспечения обратной циркуляции стружки через площадь шнека в наклонном шнековом диффузионном аппарате ДС-12

     Таким образом, площадь  щелей между дугами шнека и их соотношение  по длине шнека  для обеспечения  обратной циркуляции стружки через  площадь шнека  в наклонных шнековых диффузионных аппаратах  ДС каждого типа –  строго установленная  величина.

     В ряде случаев, площадь  щелей между дугами шнека и их соотношение  по длине шнека  может быть нарушено, например, вследствие небрежно выполненных  работ по восстановлению шнеков, что ухудшает процесс обратной циркуляции стружки  через площадь  шнека и транспортировку  стружки по длине  шнеков. А это, в  свою очередь, приводит к избыточному пробкованию стружки по длине аппарата, затрудняет загрузку шнеков в хвостовой части диффузионного аппарата (3-й, 4-й и 5-й зонах) и снижает показатели работа аппарата.

     На  эффективность работы диффузионных аппаратов  ДС-12 также влияет величина зазора между  наружной кромкой  шнеков и внутренней поверхностью корпуса  аппарата. Для обеспечения  активного съема  тепла с внутренней поверхности паровых камер, а также с целью недопущения произвольной циркуляции сокостружечной смеси у внутренних стенок аппарата зазор между наружной кромкой шнеков и внутренней поверхностью корпуса аппарата в диффузионных аппаратах типа ДС-12 должен быть менее 50мм. 

     1.2.2 Установка транспортирующих шнеков между собой. 

     Стружка при транспортировке  шнеками стремиться к вращению в аппарате вместе со шнеками. Известно, что вращение стружки  внутри аппарата может  быть предотвращено  за счет установки  в аппарате контрлопастей, как это выполнено  в наклонных шнековых диффузионных аппаратах  типа ПДС-20 или во всех типах колонных диффузионных аппаратов.

     В диффузионных аппаратах  типа ДС контрлопастей  нет.

     Предотвратить вращение стружки  вместе со шнеками  в этих аппаратах  можно за счет постепенного сдвига вершин витка  одного шнека (левого) во впадину между  витками другого  шнека (правого), если смотреть на аппарат  сверху со стороны  нижнего привода.

     Сдвиг шнеков относительно друг друга представлен  в таблице ниже. 

     Таблица № 1.2.2- Сдвиг секций шнека в диффузионном аппарате ДС-12

     Правильная  установка секций шнеков между собой  имеет решающее значение для предотвращения вращения стружки  вместе со шнеками.

           Начальная установка секций шнека (первых секций от сита) в наклонном  шнековом диффузионном аппарате ДС-12 с рекомендуемыми размерами между  плоскостями шнеков для контроля правильности установки секций в конкретном диффузионном аппарате ДС-12 на сахарном заводе, представлена на рис. 1.

     Рис.1 – Взаимное расположение шнеков в наклонном аппарате ДС-12 в секции 1 от сита: Левый шнек -  секция 2, 3, 4 и 5 двигается на 60 градусов относительно каждой предыдущей секции.

     Правый  шнек – секция 3 сдвигается на 60 градусов, относительно секции 1 – разница  сдвига 30 градусов –  расстояние между  лобовинами шнеков левого и правого не изменилось и осталось как на этом чертеже.

     Правый  шнек – секция 3 сдвигается на 90 градусов относительно секции 2 – разница  сдвига 30 градусов –  расстояние между  лобовинами шнеков сдвинулось на 78 мм.

     Правый  шнек – секция 4 сдвигается на 90 градусов относительно секции 3 – разница  сдвига 30 градусов –  расстояние между  лобовинами шнеков сдвинулось на 156 мм.

     Правый  шнек – секция 5 сдвигается на 90 градусов относительно секции 4 – разница сдвига 30 градусов – расстояние между лобовинами щнеков сдвинулось на 234 мм. 

     1.2.3 Оптимальный уровень сока в наклонных шнековых диффузионных аппаратах ДС-12 

     В наклонных шнековых диффузионных аппаратах  типа ДС-12 оптимальным  является такой уровень  сока, при котором  сок находится  на

120 мм ниже верхней  кромки шнека в  зоне шахты аппарата. На рис. 2 представлены  значения уровней,  замеренные датчиками  1, 2, 3 и 4, установленными  по длине диффузионного  аппарата, при заполнении  на оптимальный  уровень аппарата  водой, во время  его подготовки  к эксплуатации.

     Рис. 2 – Уровень воды по длине диффузионного  аппарата ДС-12 для  начальной настройки  датчиков уровня в  аппарате без стружки.

           По  длине диффузионного аппарата, для контроля его работы, должны быть установлены по оси диффузионного аппарата следующие датчики уровня:

     датчик 1 – в заситовой камере, т.е. камере, где собирается отфильтрованный через сито сок. Датчик необходим для контроля фильтрующей способности сита. При нормальной фильтрующей способности сита показание уровня сока в заситовой камере по датчику 1 должно быть около 1800 (1766) мм;

     датчик 2 – в корпусе  диффузионного аппарата перед ситом, в  начале 1-й зоны. Для  контроля и регулирования  уровня сока в диффузионном аппарате. При оптимальном  уровне сока в диффузионном аппарате уровень  сока по датчику 2 –  около 1600 (1629) мм;

     датчик 3 – в корпусе  диффузионного аппарата в конце 1-й и  начале 2-й зоны. Для  контроля уровня сока в 1-й камере диффузионного  аппарата. При оптимальной  дренажной способности  слоя стружки в 1-й  камере уровень сока по датчику 3 – 1000 (1012) мм. Вместе с тем, чрезмерное увеличение уровня сока по датчику 3 (свыше 1100 – 1700 мм) свидетельствует об ухудшенной дренажной способности свекловичной стружки в 1-й зоне. Причиной такого ухудшения дренажной способности может быть переработка стружки, полученной из чрезмерно обезвоженной и вялой свеклы, как это было на сахарном заводе ОАО АПК «Южный» в начале производственного сезона 2005 г.;

     датчик 4 – в корпусе  диффузионного аппарата в конце 2-й и  начале 3-й зоны. Для  контроля уровня сока во 2-й камере диффузионного  аппарата. При наполнении диффузионного аппарата водой уровень  воды в аппарате по датчику 4 должен быть около 345 мм. При работе диффузионного аппарата с оптимальной  дренажной способностью слоя стружки во 2-й  камере уровень сока по датчику 4 должен быть не менее 1000 мм. Чрезмерное увеличение уровня сока по датчику 3 (1100-1700мм) свидетельствует  о плохой дренажной  способности во 2-й  зоне, например

вследствие  перегрева стружки. Для устранения плохой дренажной способности  стружки во 2-й зоне в диффузионный аппарат необходимо подать пеногаситель (в конец 2-й зоны). Пеногаситель необходимо

подавать  в автоматическом режиме, чтобы экстракционная жидкость, скопившаяся  выше 2-й зоны, не хлынула  вниз диффузионного  аппарата после улучшения  дренажа стружки. 

     1.2.4 Работа диффузионных аппаратов ДС-12 с использованием жомопрессовой воды при глубоком прессовании жома 

     В производственный сезон 2006 г. на ОАО «Радеховский сахарный завод» (Львовская обл., Украина) были внедрены прессы для глубокого

прессования жома до 26-28% сухих  веществ (СВ). Вся отпрессованная жомопрессовая вода использовалась на питание двух диффузионных аппаратов ДС-12.

           Как показал опыт, организация  эффективной работы диффузионных аппаратов, использующих для  питания жомопрессовую  воду  

после глубокого прессования  жома, имеет свои особенности.

           Эффективное высолаживание жома при работе с использованием жомопрессовой воды при глубоком прессовании жома. Потери сахара в жоме после диффузионных установок различных типов, работающих с использованием жомопрессовой воды, согласно действующим в сахарной промышленности инструкциям [1, 2, 4], составляет 0,28-0,30% к массе свеклы.

           Потери  сахара в жоме при  работе с использованием в диффузионном процессе жомопрессовой воды, в процентах к  массе свеклы, рассчитываются по формуле:

     П = Сх_пжР/100 = 0,28-0,30,

     где Сх_пж – содержание сахара в прессованном жоме, % к массе прессованного жома; 

     Р – выход прессованного жома, % к массе свеклы.

           Потери  сахара в жоме на уровне 0,30% к массе  свеклы, при прессовании  жома до 22-26% СВ для свеклы Радеховского сахарного завода в сезон 2006 г. обеспечивались при содержании сахара в прессованном жоме 1,45-1,57% к массе прессованного жома.

           При этом сахара в неотжатом жоме содержалось 1,54-1,91% к массе неотжатого жома при сахаристости жомопрессовой воды 1,65-2,05%. Расчетный выход прессованного жома составил 20,71-19,15% к массе свеклы.

           Таким образом, для обеспечения  нормативных потерь сахара в жоме – 0,30% к массе свеклы при прессовании  жома до 22-26% СВ достаточно было организовать работу диффузионных аппаратов так, чтобы содержание сахара в неотжатом жоме составило 1,54-1,91% к массе неотжатого жома (рис. 3)

     .Работа  диффузионных аппаратов  типа ДС-12 с обеспечением  высолаживания неотжатого жома до 1,54-1,91% к массе неотжатого жома  
 

Рис. 3 – Содержание сахарав неотжатом (2), прессованном жоме (3) и жомопрессовой воде (1) при работе с поддержанием потерь сахара в жоме 0,3%  к массе свеклы за счет прессования жома до 26% СВ;

4 – зона значений  фактического содержания  сахара в неотжатом жоме при работе диффузионного аппарата ДС-12 при обеспечении оптимального технологического режима с возвратом жомопрессовой воды. 

при производительности 3200-3300 т свеклы в сутки  и откачке 

диффузионного сока на уровне 120% к  массе свеклы, при  прессовании жома до 22-26% СВ в реальных условиях производства достигается без затруднений.

           Вместе  с тем, задачей  производства является не работа с нормативными потерями сахара в  жоме, а обеспечение  максимальной

эффективности обессахаривания  свекловичной стружки  в диффузионном аппарате. Работать с нормативными потерями сахара в  жоме и нормативной  откачкой 120% к массе  свеклы при использовании  прессования жома, значит работать неэффективно.

           Повышение эффективности работы диффузионных аппаратов  с использованием жомопрессовой воды обеспечивается внедрением комплекса 

мероприятий. В результате достигается  истощение жома до уровня 1,05% сахара к  массе неотжатого жома (см. рис. 3), при откачке диффузионного сока 113-115% к массе свеклы и производительности диффузионного аппарата ДС-12 около 3250 т переработки сахарной свеклы в сутки. Потери сахара с прессованным до 24-26% СВ жомом составили около 0,16% к массе свеклы.

           Таким образом, прессование  жома и использование  в диффузионном процессе жомопрессовой воды позволяют снизить  в диффузионных аппаратах  ДС-12 потери сахара в  жоме на 0,14% к массе  свеклы по сравнению  с нормативными потерями 0,30% к массе свеклы при

одновременном снижении откачки диффузионного сока на 5-7% от ее нормативного значения 120% к массе свеклы при увеличении производительности аппарата до 3250 т переработки свеклы в сутки. 

     Для достижения таких  показателей необходимо обеспечить:

     -получение равномерной стружки длиной 8-9 м в 100 г. На Радеховском сахарном заводе  качественную стружку получали на дисковых свеклорезках;

     -правильную подготовку, подачу и распределение в диффузионном  

аппарате ДС-12 чистой и жомопрессовой воды;

     -оптимальное заполнение диффузионного аппарата ДС-12 стружкой с поддержанием оптимального уровня сока в аппарате;