Удосконалення роботи станції І сатурації з метою підвищення адсорбційної здатності карбонату кальцію

Сатуратор складається з циліндричного корпусу 1, конічного днища 2 та розширеної верхньої частини 3. Всередині сатуратора встановлена розподільча тарілка 4 для дефекованого цукрового розчину, який подається в сатуратор через патрубок подачі 5. Сатураційний газ подається через нижній патрубок 6 в простір між гумовою вставкою 7 та циліндричнім корпусом з конічним днищем, на стінках яких встановлені кільця 8 (не менше 2- х), а потім через верхній патрубок 9 подається в колектор 10, звідки через патрубки потрапляє в апарат сатурації. Рівень соку в сатураторі підтримується переливним ящиком 11. Відпрацьований сатураційний газ видаляється в атмосферу через патрубок 12. Сатуратор для цукрової промисловості працює наступним чином. Дефекований цукровий розчин через патрубок подачі 5 надходить на розподільчу тарілку 4 і звідти рівномірно розподіляється по перерізу сатуратора. Сатураційний газ подається через нижній патрубок 6 в простір між гумовою вставкою та циліндро-конічною частиною апарату який в свою чергу розділеній на секції кільцями закріпленими по периметру на внутрішній поверхні корпусу 1 та конічного днища 2. Коли тиск в перший секції, в яку потрапляє сатураційний газ з патрубку подачі, стає більшим за гідростатичній тиск в апараті то він переходить крізь утворену щілину між кільцем 8 та гумовою вставкою 7 в наступну секцію.

Саме цей перехід з секції в секцію зумовлює пульсаційний рух гумової вставки. І так доки не потрапить в останню секцію звідки через верхній патрубок 9 через який, в розподільний колектор 10. Звідки через патрубки подачі 11 сатураційний газ потрапляє в апарат. Циклічний пульсаційний рух гумової вставки унеможливить відкладання на внутрішніх поверхнях накипу, який утворюється в розчині при взаємодії вапнякового молока та діоксиду вуглецю з сатураційного газу, а якщо він все ж таки утвориться то буде відлущуватись та видалятиметься разом з осадом через патрубок 13. Також газо-рідинний шар соку в апараті за рахунок пульсацій гумової вставки здійснює вплив на бульбашки СО₂, що призводить до більш ефективного оновлення поверхні контакту сатураційного газу з соком та прискорює процес адсорбції СО₂ в цукровому розчині. Це приводить до збільшення швидкості хемосорбції СО₂ з утворенням карбонату кальцію високої адсорбційної здатності. Таким чином, надання пульсуючого руху гумовій вставці шляхом подання через нижній патрубок в простір між гумовою вставкою та циліндро-конічною частиною апарату який в свою чергу розділеній на секції кільцями закріпленими по периметру на внутрішній поверхні корпусу та конічного днища, виключає відкладання накипу на внутрішніх поверхнях апарату, тобто не відбуватиметься зменшення площі поперечного перерізу для проходження сатураційного газу сатуратора. Це виключить потребу в зупинці цукрового заводу для очищення сатуратора від накипу. Внаслідок чого сатуратор працюватиме весь період роботи цукрового заводу з постійною продуктивністю. А також позитивний вплив здійснюється на насичення дефекованого соку бульбашками вуглекислого газу, через пульсаційний вплив гумової вставки при проходженні сатураційного газу, перед надходженням в розподільчий колектор, в герметичному просторі утвореної герметичної камери вставкою з гуми та циліндро-конічною частиною апарату, що в наслідок утворюють конгломерати на поверхні яких абсорбуються нецукри та випадають в конічне днище у вигляді осаду. Внаслідок такого впливу на газорідинний шар в сатураторі, як вище зазначено, має позитивний вплив на оновлення поверхні контакту бульбашки вуглекислого газу в дефекованому соку, що само собою підвищує насичення соку СО₂. Технічний результат полягає в виключенні операції очищення сатуратора від накипу та зупинки заводу для проведення данних операції, забезпеченні сталої паспортної продуктивності та якості очищення дефекованого соку сатуратора, а також в можливості збільшення виходу товарного цукру на заводі в результаті покращення видалення нецукрів адсорбцією на розвинутій поверхні кристалічного карбонату кальцію.

Рис.4. Сатуратор,що запобігає утворенню накипу

2.4 Сатуратор з кратною циркуляцією

Оптимальне апаратурне оформлення процесу І сатурації дає можливість отримати очищений сік з високими якісними характеристиками та задовільними седиментаційно-фільтраційними властивостями осаду соку І сатурації. Розвиток апаратурного оформлення І сатурації в нашій країні розпочинався із барботер них сатураторів періодичної дії, яких на початку минулого століття витіснили сатуратори безперервної дії системи Ергардта, потім Ногачевського, а згодом типовим став безбарботерний сатуратор. В другій половині минулого століття майже всі цукрові заводи працювали на безбарботерних сатураторах типу ІС. Якість отриманих після оброблення в цих сатураторах соків була низькою, що спонукало науковців до постійної модернізації апаратів, але головний недолік, пов'язаний з низькою сумарною лужністю в робочому об'ємі апарата, не усувався[16]. Паралельно здійснювався пошук принципово нових розробок, пов'язаних з багатоступеневою безперервною сатурацією[16,5],та вони не набули широкого промислового впровадження. Науковий напрямок закордонних дослідників мав схожі тенденції.

Відмінність їх досліджень полягала в тому, що переважна більшість робіт була присвячена розвитку барботерних сатураторів. Було помічено, що використання рециркуляції в процесі І сатурації суттєво сприяє її оптимізації. Рециркуляція може бути примусовою, із зовнішнім контуром за допомогою насоса, що використовувались, наприклад, в сатураторах Ланге, польського заводу промислової апаратури у м. Свидниця та ряді інших, і безнасосна, прикладом якої є встановлення в сатураторах внутрішніх циркуляційних труб.

На сьогоднішній час сатуратори з примусовою рециркуляцією в умовах бурякоцукрового виробництва майже не застосовуються, насамперед, через руйнування насосом сформованої структури осаду та зайвих витрат електроенергії. Природна рециркуляція, задовольняючи умовам процесу, стала основним конструктивним елементом в сатураторах фірми Senwki & Lcnie (Німеччина) , австрійської фірми „Сугана” , сатуратора Ш1-ПАС продуктивністю 3 і 6 тис. т. буряку за добу, розробленого НВО „Сахар” (СРСР) та модернізованих сатураторах за принципом, запропонованим співробітниками кафедри технології цукристих речовин НУХТ[16]. З 90-х років минулого століття сатуратор з внутрішньою циркуляційною трубою стає типовим на цукрових заводах СНД. Проте, майже відсутні дані наукових досліджень стосовно впливу конструктивних особливостей сатуратора на гідродинамічні умови у ньому, що і стало предметом наших досліджень.

Відомо[1], що рециркуляція сприяє покращенню седиментаційно-фільтраційних властивостей соку І сатурації, підвищенню ступеня використання діоксиду вуглецю та ефекту адсорбційного очищення соку, стабілізації кінцевого заданого рН соку і спрощенню управління процесом. Найбільш поширеним способом реалізації рециркуляції є встановлення внутрішньої циркуляційної труби, основними конструктивними розмірами котрої є діаметр і висота. Співвідношення площі циркуляційної труби до площі кільця, що утворюється корпусом циркуляційної труби і корпусом апарата(циркуляційна зона), є основною геометричною характеристикою сатураторів подібного типу. У розробках, запропонованих закордонними науковцями, це співвідношення площ коливається в межах 1,8...0,76. Вітчизняні науковці схиляються до співвідношення, рівного1,0. На вище зазначені співвідношення в основному впливає діаметр циркуляційної труби. Висота ж циркуляційної труби визначається висотою барботажного шару, тому що висота не може бути більшою за рівень соку в апараті.

Стосовно ж висоти шару соку над циркуляційною трубою також немає однозначної думки. Закордонні науковці задають інтервал від 970 до 3000 мм, вітчизняні надають перевагу меншим величинам, що відповідають інтервалу 550...750 мм.

Схема лабораторної установки зображена на рис.5. Для реалізації поставлених задач виготовлена модель лабораторного сатуратора та проведені дослідження. Оскільки дослідженнями передбачалося і візуальне спостереження за гідродинамічними умовами в сатураторі, то більшість його елементів було виготовлено із прозорого матеріалу. Лабораторні гідродинамічні дослідження проведено з використанням води і стисненого повітря, які є близькими за реологічними властивостями до дефекованого соку і сатураційного газу За промисловий об'єкт прийнято сатуратор першої сатурації марки ІС продуктивністю3,0 тис. тон буряків за добу. Константу геометричної подібності було вибрано рівною 19, тобто усі геометричні розміри натурального сатуратора було зменшено у 19 разів.

Сатуратор 1 (рис.5) складається із циліндричного корпусу1.1 та конічного днища 1.2, з'єднаних між собою за допомогою фланців. В нижній частині циліндричного корпусу кріпиться чотирипроменевий барботер1.3, конструкція якого передбачає можливість чіткого розташування барботера в горизонтальній площині. Конструктивним виконанням сатуратора передбачене перекриття в барботері необхідної кількість зубців, для забезпечення барботажа через необхідну площу перерізу. На барботері встановлюється карбоні затор 1.4 та циркуляційна труба 1.5.

Підвід повітря до барботерів здійснювався через відповідні патрубки. В апараті також є патрубки для підведення та відведення води, а в нижній частині конуса вмонтований кран, для можливості роботи сатуратора в безперервному(проточному) режимі.

Рис. 5. Схема лабораторної установки: 1- сатуратор(1.1- циліндричний корпус, 1.2- конічне днище, 1.3- барботер, 1.4- карбоні затор, 1.5- циркуляційна труба); 2- кран; 3- збірник дозатор; 4- лійка; 5- компресор; 6- накопичувач ресивер; 7- кран; 8- ротаметр; 9- пристрій; 10- штатив.

Вода з крана 2 потрапляє в збірник-дозатор3, який забезпечує необхідну витрату води за рахунок постійного гідравлічного рівня і заданого діаметру отвору. Повітря в сатуратор подається компресором5 через ресивер6, в якому підтримується необхідний сталий тиск. Необхідна витрата повітря регулюються краном 7 і контролюються ротаметром 8. Таким чином, в апарат 1 подається вода і повітря у відповідній пропорції, тобто моделюються гідродинамічні умови, близькі до умов у промисловому сатураторі. Висота встановлення пристрою 9 задає необхідний барботажний рівень в сатураторі і запобігає утворенню явища „сифона”.

Кратність циркуляції збільшується із збільшенням витрат повітря по відношенню до сталої витрати води за решта рівних умов[18]. Разом з тим, існує межа збільшення витрати повітря через утворення „факельного” режиму. Оптимальна кратність рециркуляції води відбувається за рівня води над циркуляційною трубою близько 26...40 мм. Використовуючи константу геометричної подібності 19, отримаємо для промислових сатураторів величину близько 500...750 мм. Таким чином, з метою забезпечення в апараті активної рециркуляції, необхідно підтримувати рівень соку над циркуляційною трубою в межах500...750 мм. Кратність циркуляції буде найбільшою за умови, коли співвідношення між площею поперечного перерізу циркуляційної труби та площею кільця, що утворюється корпусом циркуляційної труби і корпусом апарата, знаходиться в межах 1,38...1,42.

3. Обгрунтування вибраного заходу

Для забезпечення більшої адсорбції діоксину вуглецю,з запропонованих варіантів,я вибираю,двохступеневий сатуратор.

Двохступеневий сатуратор забезпечує хорошу роботу станції І сатурації:

1. Швидкість седиментації збільшилась на 18 %

2. Фільтраційний коефіцієнт зменшився з 3,2...3,4 до 2,5...2,8

3. Підвищився ступінь використання діоксиду вуглецю на 11...13 %

4. Загальний ефект очищення виріс на 2,3...2,8 %

5. Апарат легкий в керуванні

4. Перевірочний розрахунок технологічного обладнання

Розраховуємо об'єм апаратів, І сатурації з формули технічної продуктивності апарату:

А=

V=

V - повний об'єм апарата,м³;

ц - коефіцієнт заповнення; для апаратів технічною продуктивністю

3 тис.т буряків на добу і менше ц=0,3,понад 3 тис.т буряків на добу - ц=0,4;

с - густина нефільтрованого соку І сатурації,кг/м³ ;

а - кількість нефільтрованого соку І сатурації , % до маси буряків;

ф - тривалість сатурації,хв.

Повний об'єм апарату ІА сатурації:

V= = 43 м³

Повний об'єм апарату І Б сатурації:

V= = 53 м³

Апарати задовольняють вимоги заводу.

Висновки

І сатурація дуже важливий процес під час очищення дифузійного соку. Під час сатурації відбувається максимальне видалення із розчину нецукрів (аніонів кислот, ВМС, барвних сполук та ін.) адсорбцією їх на поверхні утворених частинок карбонату кальцію,забезпечується високий коефіцієнт використання діоксину вуглецю,сатураційного газу і одержання соку з хорошими седиментаційно-фільтрувальними показниками.

Я удосконалила в своїй роботі технологічну схему двохступеневим сатуратором. Завдяки цьому сатуратору в схемі удосконалилась робота станції І сатурації з метою підвищення адсорбційної здатності карбонату кальцію. Апарат має деякі недолік,такий як відкладання значного шару твердої фази на газорозподільчих пристроях та внутрішній поверхні корпусу.

Переваги вибраного способу: швидкість седиментації збільшилась,фільтраційний коефіцієнт зменшився, підвищився ступінь використання діоксиду вуглецю , збільшився загальний ефект очищення.

Список використаної літератури

1.Логвін В.М. Інтенсифікація першої сатурації: Навч.посібник- К.,1995.-92с.

2. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - М.: Агропро-миздат, 1986. -432 с.

3. Технология свеклосахарного производства/Под ред. Р.А. Мак-Джинниса: Пер. с англ.-М.: Пищепромиздат,1958.-487с.

4. Способы и устройства для проведения І сатурации/ Л.П.Рева, В.М. Логвин, В.А. Шестаковский, З.И. Логвин// М.ЦНИИ ТЭИ пищ.про-ти.-М., 1977. -47 с.

5. А.С. 578340 (СССР) Сатуратор непрерывного действия. Рева Л.П., Шестаковский В.А., Моисеев И.П. Заяв. 05.03.76. Опуб. 30.10.77. Бюл. №40.

6. Белостоцький Л.Г. Интенсификация технологических процессов свеклосахарного производства. - М.: Агропромиздат, 1989. -352с.

7. Петриченко І.Б.. Повышение эффективности І сатурации с помощью массообменных элементов и пульсационных воздействий: Дис…канд. тех. наук: 05.18.05.-К.,1988.-193с.

8. Виговський В.Ю. Совершенствование технологий и аппаратурного оформления І сатурации: Дис…канд. тех. наук: 05.18.05.-К.,1989.-194с.

9. Белостоцкий Л.Г., Скорик К.Д, Панкин Л.И. Опыт аппаратурного оформления и ведения процесса І сатурации// Сах. про-сть. - 1987. -№6.- С.24-26.

10. Технология сахарного производства: Пер. с нем./Под ред. П.М. Силина.-М.: Пищепромиздат, 1958.-479с.

11. Околот А.С., Козло М.С. Улучшение фильтрации сока І сатурации.// Сах. про-сть. - 1975. - №4 - С. 49 - 50.

12. Распределение концентрации щелочи в обьеме сока в типовых апаратах І сатурации //Федоткин И.М. Рева Л.П. Шестаковский - Сахарная промышленность, 1972.- №9-С.29-33

13. Рева Л.П. Итенсификация технологических процессов очистки сока в свеклосахарном производстве: Автореферат докт.дис.-М.,1982-32с.

14.Белостоцкий Л.Г. Итенсификация технологических процессов свеклосахарном производстве.-М., «Агропромиздат»,1989-224с.

15.Даишев М.И. Адсорбционная очистка карбонатом кальция в сахарном производстве.Известия вузов СССР. Пищевая технология.-1972,№6-С.61-66

16.Безвідходна переробка цукрових буряків/Заєць О.С., Штангеєв В.О., Заєць Ю.О. та ін.- К.: Урожай, 1992. - 182с.

17.Двоступенева І сатурація/ Л.М. Хомічак, І.Б. Петриченко, В.Ю. Виговський, О.М. Калініченко// Цукор України. - 2004. - №1-2. - С.21-25.

18.Підвищення ефективності роботи сатураторів бурякоцукрового виробництва / Л.М. Хомічак, І.Б. Петриченко, В.Ю. Виговський, О.М. Калініченко, Л.Г. Бєлостоцький// Цукор України.- 2002. - №2. - С.20-22.

Размещено на Allbest.ru