В этой линии применен метод вибрационного прессования рафинадной кашки с последующей сушкой кусочков сахара в роле токов высокой частоты.
Сахарная промышленность
Фирма «Гока» (Нидерланды) выпускает автоматические линии для прессования, сушки и упаковки сахара-рафинада (рис. 17.3).
Линия (рис. 17.1) состоит из следующих взаимосвязанных агрегатов: ротационного пресса непрерывного действия 2; воздушной сушилки, состоящей из двух вертикальных шахт 6 и 14 и горизонтального туннеля 9;
Бруски рафинада, полученные после прессования на ротационных дисковых прессах, раскалываются на кусочки необходимых размеров на колочных автоматах различных конструкций, входящих в комплексно-механизированные линии.
Лица, обслуживающие отделение прессования сахарной кашки завода, обязаны соблюдать санитарные правила и правила личной гигиены, установленные для работающих на сахарорафинадных заводах.
В автоматизированных линиях для получения сахара-рафинада голландской фирмы «Гока» применен пресс с двусторонним прессованием сахара.
В барабанных прессах наполнение матриц, прессование, выталкивание спрессованных брикетов, очистка пуансонов и их оттяжка перед наполнением осуществляются без остановки барабана.
Пресс (16.10) состоит из следующих основных улов: набивной коробки 5, диска 9 с матрицами и пуансонами 11, упора 7, для прессования брусков рафинада, механизма для натирки стола, механизма для подачи сахара в матрицы, механизма 6 сталкивания отпрессованных брусков рафинада, механизма подъема пуансонов, механизма 3 поворота стола, привода 13, станицы 1.
Для прессования сахара-рафинада применяют два типа ротационных прессов: дисковые карусельные и ротационные барабанные.
Если принять, что за один оборот матрицы через нее будет выпрессовано каждым валком число гранул, равное числу отверстий, то производительность пресса (кг)
Пресс (16.9) состоит из прессующего узла с матрицей 11 и прессующими валками 10, устройства 12 для срезания гранул; корпуса 3; опорного узла 4; стойки 1; полого вала 2; привода включающего электродвигатель 18, редуктор 1 и коническую шестеренную передачу 13.
Прессующий узел пресса ПБ-5 (рис 16.8) состоит из цилиндрической матрицы 5 с крутыми отверстиями и двух прессующих валков 11.
Прессы для брикетирования сухого жома устанавливают в различных технологических схемах, одна из которых представлена на рис. 16.7.
На степени отжима жома основное влияние оказывает форма проходной части прессов и продолжительность его пребывания в прессе.
Необходимые условия хорошей работы прессов: равномерное питание жомом и поддерживание определенной его температуры на входе в пресс. Температура должна находиться в пределах 50…60°С. Сильно остывший жом трудно поддается прессованию, и это может привести к поломкам пресса.
Отжатый и спрессованный жом удаляется из пресса через кольцевую щель, образованную краем цилиндрического сита или торцом полого вала и поверхностью регулирующего конусного устройства.
Пресс (рис.16.6) состоит из горизонтального корпуса, в котором параллельно установлены два шнека 2. Сверху корпус закрывают крышками 3. В них смонтированы фильтрующе сита 12 и 15, укрепленные на каркасах 11 и 14. Сита с коническими отверстиями диаметром 3,9/5 мм изготовлены из нержавеющей стали.
Пресс, изображенный на рис. 16.5, отличается от отечественных прессов высотой загрузочной воронки, односторонним отводом отпрессованной жидкости, переменным наклоном образующей полого вала шнека к вертикали, установкой специального привода в нижней части шнека и применением вспомогательного шибера для регулирования выхода отжатого жома.
На чугунной плите 3 пресса, расположенной на швеллерах (рис. 16.4), установлены кронштейны привода, кожух 13 и подвесные болты 14. Полый конический вал 7, на поверхности которого закреплены шнековые лопасти, верхней и нижней шейками установлен в специальных траверсах.
Для предварительного отжима жома в сахарной промышленности получили применение наклонные и горизонтальные шнековые прессы. Эти прессы могут быть с односторонним и двусторонним отжимом. Двусторонние прессы более производительны и отжимают жом до большего содержания сухих веществ, получаемые в них брикеты имеют большую прочность.
В сахарной промышленности применяют прессы для отжатия сырого жома, его прессования, брикетирования высушенного жома и получения брусков сахара-рафинада.
Наибольшее распространение для сушки сахара получили барабанные сушильные установки с подъемно-транспортными насадками, которые истирают кристаллы сахара и понижают коэффициент заполнения барабана сахаром. В сушилках таких типов следует устанавливать распределительные устройства, минимально повреждающие кристаллы сахара и увеличивающие коэффициент заполнения сушильного барабана сахаром.
При проектировании установок прежде всего необходимо выбрать их тип и определить основные расчетные параметры процесса сушки: относительную влажность сушильного агента, его тепло- влагосодержание, удельный расход воздуха на сушку. По данным технологического расчета определяют основные габаритные размеры сушилки.
Сушилка (рис. 15.13) состоит из основного сушильного барабана 7 и вращающейся трубы 11, в которой ускоренно перемещаются газ и сырой жом. Сырой жом из пресса 2 при помощи шнека-питателя 3 направляется во вращающуюся трубу, куда также поступают топочные газы с максимальной температурой 1100°С.
Корпус 7 сушилки (рис. 15.12) устанавливается на опорные ролики бандажами 5. Барабан вращается от привода 12 через венечную шестерню 6. Частота вращения 1,75 мин-1.
В жоме, удаленном из диффузионных аппаратов, содержится 5…7% сухих веществ и 93…95% воды. Удаление такого большого количества воды непосредственно высушиванием потребовало бы большого расхода теплоты, поэтому жом предварительно отжимают на прессах для механического отделения воды и лишь затем высушивают в жомосушильных аппаратах.
На сахарорафинадных заводах применят вакуум-сушилки конструкции Гипросахар и фирмы «Буккау-Вольф».
На сахарорафинадных заводах большое распространение получила противоточная сушилка (рис. 15.8), представляющая собой горизонтальные камеры 7, расположенные по 8…10 в блоке.
Сырой прессованный рафинад представляет собой легко рассыпающуюся массу и отдельные кристаллы. Свойства рафинада (крепость и продолжительность растворения в воде) приобретаются в процессе сушки и охлаждения.
В процессе производства в сушильных аппаратах при перемешивании сахара, заполнении бункеров и силосов, производстве пудры и на других участках образуется сахарная пыль, которая загрязняет производственные помещения. Концентрация пыли, равная 10..17г/м3, взрывоопасна.
При расчете сушильно-охладительных установок обычно определяют: количество испаренной влаги в сушилке, количество подогретого воздуха, поступающего в сушилку, теплоту, необходимую для испарения влаги, и основные размеры сушильной и охладительной камер.
Во Всероссийском научно-исследовательском институте сахарной промышленности (ВНИИСП) проведены испытания сушительных установок различных конструкций отечественного и зарубежного производства, наиболее распространенных на сахарных заводах нашей страны. Основные результаты испытаний установок представлены в табл. 15.1.
Сушка сахара в этих аппаратах происходит в кипящем или псевдосжиженном слое. Это позволяет значительно увеличить поверхность контакта сахара с сушильным агентом и сократить время его высушивания.
Шахтно-ступенчатые сушилки выпускаются бельгийской фирмой УКМАС и французской фирмой «Фив Лиль-Кай».
На некоторых сахарных заводах эксплуатируют барабанно-слоевую сушильную установку СБУ-1 (рис.15.3).
Сушильная установка УСС-30, разработанная Гипросахаром (рис.15.2), состоит из двух секций: сушильной 5 и охладительной 16. Корпус аппарата опирается бандажами 6 на две пары роликов 3. Он наклонен под углом 2*18ʹ к горизонту в сторону перемещения сахара и вращается от привода 4 через венечную шестерню 18 с частотой 3,8 мин-1.
Из центрифуг сахар-песок направляется на виброконвейер и затем в ковш карманного вертикального элеватора, который поднимает его на верх и направляет в сушильный барабан сушильной установки.
Наибольшее распространение на свеклосахарных заводах нашей страны получили одно- и двухбарабанные сушильные установки. На внутренней поверхности барабанных сушилок имеются лопасти, расположенные по линии многозаходного винта для перемещения и перелопачивания сахара. Они различаются формой и расположением лопастей.
В свеклосахарном производстве высушивают сахарный сироп и отжатый свекловичный жом, а в сахарорафинадном – сахар-рафинад. Процесс сушки заключается в удалении влаги из высушиваемых материалов для улучшения их сохранности или с целью придания им транспортабельности.
При конструировании автоматизированных центрифуг циклического действия необходимо обращать особое внимание на надежность работы отдельных узлов: подвесной головки, разгрузочного устройства для сахара, ротора и загрузочного устройства для утфеля.
Процесс центрифугирования в пульсирующих центрифугах происходит практически непрерывно: ротор центрифуги постоянно заполняется утфелем, а осадок удаляется периодически при постоянной частоте вращения ротора. Во время перемещения осадка со ступени на ступень ротора он разрыхляется, что способствует интенсивному отделению оттеков.
Анализ работы инерционных центрифуг показывает, что даже при качественной обработке внутренней поверхности небольшое отклонение свойств разделяемых продуктов от расчетных приводит к уменьшению времени фуговки, а иногда – к выбросам неразделенных утфелей.
В МГУПП предложен способ центрифугирования утфеля с применением перепада давлений на фильтрующей поверхности ротора по всей его длине. Это позволяет регулировать в необходимых пределах время нахождения осадка на фильтрующей поверхности ротора и значительно увеличить производительность существующих центрифуг при улучшении качества готового продукта.
Выпускаемый фирмой БМА ротор центрифуги К-750 (рис. 14.17) трехступенчатый. Его нижняя часть представляет собой цилиндрическую обечайку, а средняя и верхняя – конические обечайки с одинаковый углом наклона образующих ступеней к вертикали.
Эти центрифуги лишены каких-либо выгрузных устройств, соприкасающихся с сахаром, что является большим их преимуществом по сравнению с другими конструкциями.
Центрифуги циклического действия имеют существенные недостатки. Они исключают или в значительно й степени усложняют комплексную автоматизацию технологического процесса сахарного производства; работают часто с повторяющимися для удаления осадка остановками ротора, что приводит к существенно неравномерному потреблению электроэнергии; качество отфугованного сахара в них зависит от квалификации и навыка обслуживающего персонала; сложны в конструктивном отношении и дорого стоят.
Производительность отдельной центрифуги зависит от количества утфеля, одновременно вмешивающегося в ротор, и продолжительности полного цикла работы центрифуги. Различают производительность центрифуг циклического действия с цилиндрическим и цилиндроконическим роторами.
Выше были рассмотрены конструкции отдельных типов центрифуг. Теперь остановимся на основных узлах центрифуг, к которым относятся: подвесные головки, роторы, подкладочные и фильтрующие сита.
Выгрузка сахара из центрифуги без специальных выгрузных устройств – трудоемкий процесс. Облегчение выгрузки сахара из центрифуг достигается в так называемых саморазгружающихся центрифугах (рис. 14..8). ротор такой центрифуги состоит из цилиндрической и конической частей.
Центрифуга (рис. 14.5) отличается от циклических центрифуг других конструкций наличием центрирующего устройства и специального скребка для удаления сахара. Устройство для выгрузки сахара (рис. 14.6) состоит из червячного редуктора 2 и скребка 5, который установлен на вертикальном валу 4. Скребок представляет собой полувиток шнека с большим шагом. Червячный вал 1 редуктора вращается от электродвигателя мощностью 0,33 кВт.
Центрифуги выпускаются двух типоразмеров – с вместимостью роторов 850 и 100 кг утфеля. Большегрузные центрифуги значительно более экономичны; их автоматические устройства также более надежны.
По своим эксплуатационным и технико-экономическим показателям центрифуга не уступает аналогичным образцам центрифуг, выпускаемых передовыми зарубежными фирмами.
Большое распространение в сахарной промышленности получила автоматизированная центрифуга АПН-1250 циклического действия. На базе центрифуги АПН-1250 выпускаются центрифугиФПН-1250Л двух типов: ФПН-1251Л-2 для первого продукта и ФПН-1251Л-3 для промежуточного и последнего продуктов.
В утефелях свеклосахарных и сахарорафинадных заводов содержатся 45…60% по объему кристаллов сахара и межкристальный оттек, называемый также маточным раствором. Их разделение заключается в отделении кристаллов сахара от маточного раствора. Разделение выполняют, как правило, на центрифугах.
Производительность типового сегментного полочного конденсатора можно значительно повысить путем увеличения высоты каскада водослива. При этом скорость движения пара через каскад уменьшается и сам контакт пара с водой улучшается.
Ротационный конденсатор смешения (рис. 13.8) состоит из нижней распыливающей и верхней ротационной частей. В цилиндрической части корпуса 1 расположен вертикальный вал 2, несущие контактные элементы 3, выполненные в виде колес центробежного вентилятора.
Конденсатор (рис. 13.7), состоит из двух секций – верхней и нижней, заключенных в корпус 4. Верхняя часть (пленочная) предназначена для частичной конденсации пара и нагрева чистой воды до температуры, необходимой для нужд завода.
На большинстве сахарных заводов для конденсации паров используют чистую воду, часть которой сбрасывают в водоемы. Это приводит к повышенному расходу чистой воды, составляющему около 500…600% к массовому расходу свеклы, и загрязнению воды аммиаком.
При проектировании конденсаторов выполняют тепловые и конструктивные расчеты. Цель расчетов заключается в том, чтобы при заданных условиях их работы, достаточно глубоком вакууме и высокой температуре барометрической воды получить конденсаторы оптимальных размеров.
У тарельчатых конденсаторов более развитый по сравнению с полочными конденсаторами смешения водослив. Он увеличен благодаря большему активному периметру отдельных полок, а также благодаря применению различных устройств, увеличивающих поверхность струи и площадь отверстий в полках.
Полочный конденсатор (рис. 13.3) представляет собой цилиндрический корпус 11 с коническим днищем 6, к фланцу которого присоединяется барометрическая труба.
В сахарной промышленности нашли широкое распространение и являются типовыми противоточные конденсаторы смешения. На некоторых сахарорафинадных заводах применяют поверхностные конденсаторы.
Вакуум-конденсационная установка сахарного завода – один из основных элементов тепловой схемы завода. Она предназначена для обеспечения оптимальной полезной разности температур в вакуум-аппаратах и на выпарной установке.
Во время работы подогревателей на внутренней поверхности трубок откладывается накипь, что снижает теплоотдачу от стенки к жидкости, поэтому подогреватели необходимо чистить при любой остановке завода, а подогреватели диффузионного сока – ежесуточно по графику.
Конкретная задача нагревания или охлаждения данного продукта может быть решена с использованием различных теплообменников.
Различают проектные и поверочные расчеты и теплообменных аппаратов. При проектных расчетах исходя из теплового расчета после предварительного выбора конструкции теплообменника определяют общую площадь поверхности нагрева.
Такие подогреватели разработаны для заводов большой производительности. Высокая интенсивность теплообмена сочетается в них с безнакипным режимом работы, что обеспечивается значительным увлечением скорости движения сока в кольцевом межтрубном пространстве.
Для рационального использования низкопотенциальных паров последних ступеней выпарной станции и вакуум-аппаратов применяют пароконтактные подогреватели тарельчатого типа УКП (рис. 12.4).
Разработан параметрический ряд таких подогревателей для заводов производительностью 1,5…6,0 тыс. т свеклы в сутки. В этих аппаратах при скорости диффузионного сока 3,0…3,5 м/с значительно уменьшается толщина отложений в трубках и процесс теплообмена интенсифицируется по сравнению с подогревателями диффузионного сока типа ПДС.
Избыточную теплоту конденсатов выпарной установки целесообразно использовать, например для нагрева диффузионного сока, вместо вторичных паров выпарной установки. Применение для этой цели обычных многоходовых паровых подогревателей, в межтрубное пространство которых вместо пара подается конденсат, нецелесообразно, так как из-за низкой скорости конденсата (0,015…0,030 м/с) коэффициент теплопередачи весьма мал. Это обусловливает низкую удельную теплопроизводительность такого аппарата.
Подогреватель (рис. 12.1) состоит из стального цилиндрического корпуса 11, закрытого крышкой 7 и днищем 10. Крышка и днище соединены между собой штангой 22 и могут одновременно открываться и закрываться винтовым устройством 21. Крышка и днище прижимаются к корпусу откидными болтами 23.
К теплообменным аппаратам (подогревателям) относятся такие, в которых передача теплоты не сопровождается изменением физико-химических свойств обрабатываемого продукта.
Развернутая схема промышленного аппарата представлена на рис. 11.14.а, а его конструкция – на рис. 11.14.б.
При современном уровне техники и технологии все процессы сахарного производства за исключением процесса уваривания утфеля осуществляют в аппаратах непрерывного действия. Разработка процесса непрерывного уваривания утфелей - неотложная задача дальнейшего технического прогресса сахарного производства.
Производительностью вакуум-аппаратов считается суточная переработка свеклы заводом, соответствующая количеству утфеля, которое можно сварить в данных аппаратах за сутки,
Эти аппараты отличаются друг от друга конструкцией греющей камеры и ее размещением (рис. 11.13).
Известно, что наиболее благоприятные условия для уваривания утфеля в вакуум-аппаратах достигаются при скорости его циркуляции примерно 0,5…1 м/с. В конце процесса уваривания скорость циркуляции утфеля падает до 0,02…0,03 м/с. Предложено несколько типов механических циркуляторов, интенсифицирующих циркуляцию. Все они требуют ввода механических устройств внутрь аппарата, что значительно усложняет его конструкцию.
Для усиления циркуляции утфеля путем вдувания пара в нижней части основной греющей камеры 2 (рис. 11.11.а) устанавливают дополнительную камеру 5 высотой 140 мм.
Внутри цельносварного корпуса 4 (рис. 11.8) подвешены камера 3 и сепаратор 7. Сепаратор представляет собой ловушку инерционного типа, днище которой выполняет роль отбойного щита. Сепаратор установлен в верхней части аппарата для отделения капель продукта, уносимых вторичным паром. В нижней части аппарата установлено клапанное устройство 1 с гидравлическим приводом 11 для спуска утфеля.
Любой вакуум-аппарат, предназначенный для уваривания утфеля, состоит из следующих узлов: корпуса определенной формы, греющей камеры, сепарирующего и спускного устройств, а также из устройства для подвода пара в греющую камеру.
На сахарных и рафинадных заводах сиропы поступают на уваривание для дополнительного удаления воды. При этом раствор становится пересыщенным и сахар выделяется в виде кристаллов. Полученный после уваривания продукт называется утфелем.
Отдельные корпуса выпарных аппаратов выпарной установки рассчитывают исходя из количества передаваемой теплоты в греющей камере каждого корпуса и напряжения надсокового пространства, которое принимают для первых корпусов выпарной установки равным 1500 м3/(м·ч), а для последних - 140 м3/(м·ч).
На рис. 11.5 представлена схема прямоточного выпарного аппарата фирмы «Баккау-Вольф» (ФРГ), греющая камера которого состоит из двух циркуляционных контуров.
Аппарат, изображенный на рис. 11.4.5, состоит из тех же блоков, что и аппарат ВАГ, но отличается конструкцией некоторых узлов.
Корпус 3 аппарата цилиндрической сварной конструкции (рис. 11.3). Внутри аппарата установлена греющая камера 4 и сепаратор 1 для улавливания капель выпариваемого продукта. Нижнее днище 6 корпуса аппарата съемное.
Цилиндрический корпус 4 выпарного аппарата (рис. 11.2) состоит из отдельных царг. В нижней части корпуса расположена греющая камера 6, а верхняя часть составляет надсоковое пространство, в котором установлен сепаратор 2.
По значению выполняемых функций, сложности и стоимости оборудования центральное место в тепловой схеме свеклосахарного завода занимает выпарная установка.
Если полная деионизация сока пока не находит широкого применения в сахарной промышленности, то более простая обработка сока только катионитом в натриевом цикле получает широкое распространение на вновь построенных заводах.
Иониты позволяют удалять из сахарных растворов почти весь содержащийся в них комплекс насахаристных веществ. Катиониты некоторых марок способный удалять из сахарного раствора 95…100% зольных элементов, 50…60% азотосодержащих и такое же количество красящих веществ.
Применение костеугольной крупки и гранулированных углей связано с громоздким оборудованием и сложным процессом восстановления их адсорбционной способности.
В рафинадных и продуктовых сиропах после механического фильтрования содержатся красящие вещества и растворенные соли, снижающие качество готового продукта.
Шпагатоуловители применяют для удаления крупных примесей, которые могут попасть в сахар при расшивке мешков и его транспортировке.
Необходимая вместимость клеровочных аппаратов (м3) для каждого вида сиропа определяется по формуле:
Вертикальный пятисекционный с якорной мешалкой и автоматическим управлением аппарат (рис. 10.3) предназначен для основной клеровки – роспуска белого сахара-песка.
Сироп и клерс готовят в роспускном отделении завода, которое располагается вблизи сахарного склада или в корпусе завода. Основное оборудование этого отделения – клеровочные аппараты.
Для отделения от сахара-песка и рафинадной кашки посторонних примесей и комков сахара применяют различное оборудование. От сахара-песка, поступающего на растворение, примеси отделяют на просеивателях системы ВНИИЭКИПродмаш и типа БПД, а от рафинадной кашки – на буратах и виброситах.
Качество сахара-рафинада и сахара-песка в значительной степени зависит от тщательности проведения подготовительных операций: очистки диффузионного сока и сахара-песка от посторонних примесей, их обесцвечивания.
Наиболее дешевый и простой способ интенсификации процесса фильтрования сока I сатурации без замены существующего оборудования - использование вакуум-фильтров для фильтрования сока без осветления его в отстойниках или сгустителях.
Перед вводом фильтров в эксплуатацию необходимо провести предварительное их испытание для окончательной подгонки отдельных деталей и узлов.
Производительность вакуум-фильтров по свекле (т/сут) определяется по формуле: