Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные способы осуществления первой сатурации 11
1.1. Принципы технологии I сатурации 11
1.2. Сатурация щелочных сахарсодержащих растворов при низких и высоких концентрациях 16
1.3. Способы эффективного осуществления I сатурации 19
1.3.1. Способы повышения эффекта адсорбционной очистки 19
1.3.2. Способы повышения степени использования диоксида углерода 22
1.3.3. Способы повышения фильтрационных свойств осадка I сатурации 25
1.3.4. Сатурация с использованием струйной технологии 28 /
1.3.5. Использование пульсационных воздействий 30
1.4. Реализация I сатурации в различном аппаратурном оформлении 34
1.5. Цель и задачи исследования 40
Глава 2. Описание методов экспериментальных исследований 41
2.1. Основные реагенты 41
2.2. Описание экспериментальных установок 41
2.2.1. Лабораторная инжекционно-барботажная установка 41
2.2.2. Пилотная инжекционно-барботажная установка 44
2.3. Методики экспериментального исследования инжекционно-барботажной сатурации
2.4. Методика реологического исследования клеровки сахара-сырца 48
2.5. Методика оценки гранулометрического состава осадка 49
2.6. Определение коэффициента утилизации диоксида углерода 52
2.7. Математическая интерпретация результатов исследований 52
Глава 3. Кинетика абсорбции диоксида углерода турбулентными пузырьковыми потоками дефекованной клеровки 54
3.1. Объемное газосодержание, удельная поверхность контакта фаз и скорость поглощения диоксида углерода при инжекционно- барботажной сатурации 54
3.2. Зависимость коэффициента массопереноса от соотношения расходов клеровки и сатурационного газа 68
3.3. Эжектирующая способность струйного течения раствора клеровки .70
3.4. Интенсификация инжекционной сатурации наложением пульсаций 71
Глава 4. Обоснование режимов инжекционно-барботажной сатурации клеровки сахара-сырца 76
4.1. Реологические исследования сатурируемой клеровки 76
4.2. Дисперсионный анализ сатурационного осадка после инжекционной и барботажной ступеней 83
4.3. Оценка необходимости внешней рециркуляции клеровки 92
4.4. Определение времени двухступенчатой сатурации клеровки сахара-сырца 95
4.5. Технологические результаты инжекционно-барботажной сатурации 100
Глава 5. Аппаратурное оформление инжекционно-барботажной сатурации 106
5.1. Описание устройств для инжекционно-барботажной сатурации 106
5.2. Аппаратурно-технологическая схема и режим осуществления сатурации клеровки сахара-сырца 118
Основные выводы и результаты 122
Список использованной литературы 124
Приложения 140
- Сатурация щелочных сахарсодержащих растворов при низких и высоких концентрациях
- Описание экспериментальных установок
- Зависимость коэффициента массопереноса от соотношения расходов клеровки и сатурационного газа
- Дисперсионный анализ сатурационного осадка после инжекционной и барботажной ступеней
Введение к работе
В последнее время резко возрос импорт в Россию тростникового сахара-сырца, из которого вырабатывается более 70 % сахара от общего его производства. Ежегодный импорт сахара-сырца в настоящее время составляет 4-4,5 млн. т.
Поскольку, как и прежде тростниковый сахар-сырец перерабатывается преимущественно на свеклосахарных заводах в межсезонный период, существует проблема совершенствования технологии его переработки на имеющемся оборудовании.
Обработка дефекованной клеровки в сырцовом производстве имеет отличительные особенности, обусловленные, с одной стороны, высокой концентрацией сахарозы в растворе и, с другой — более низким значением величины ее рН.
Названные факторы определяющим образом влияют на сатурацию и конечные результаты физико-химической очистки. Учет данных особенностей важен для і оценки происходящих процессов на сатурации, определения возможности влияния на них и выбора рациональных режимов.
Одним из основных направлений научных исследований по-проблемам-технологии производства сахара из сырца является разработка теоретически обоснованных методов интенсификации процессов очистки клеровки с помощью различных физических воздействий, разработка новых технологических процессов и аппаратов, позволяющих сократить расход извести и сату-рационного газа.
Актуальность темы. За последние годы в сахарной промышленности происходит техническое переоснащение отрасли, связанное с реконструкцией и повышением мощности сахарных заводов. Данная проблема может быть решена заменой существующего оборудования на более прогрессивное и производительное, а также путем интенсификации существующих, разработки и внедрения новых высокоэффективных технологий, процессов и аппара-
7 тов. Кроме того, снижение потерь сахара в производстве и повышение его качества в значительной мере может быть достигнуто совершенствованием процесса известково-углекислотной очистки и, в частности, процесса сатурации, являющегося существенным как с точки зрения адсорбции несахаров так и формирования фильтрационной структуры сатурационного осадка. Проблемы эффективности сатурации клеровки сахара-сырца еще более усугубляются в связи с высокой вязкостью растворов и проявляются в низких эффектах очистки, недостаточной поверхности контакта фаз, низкой движущей силе абсорбции, неравномерностью сатурирования и низкой утилизацией диоксида углерода (50-60 %), создающей экологическую проблему.
Анализ методов интенсификации процесса сатурации клеровки сахара-сырца показывает, что многие из перечисленных выше отрицательных факторов могут быть устранены путем осуществления сатурации на основе струйной технологии.
В некоторых отраслях пищевой промышленности, использующих процессы взаимодействия газа с жидкостью, обусловленные (лимитированные) скоростью растворения газовой фазы, эффективно применяется струйно-инжекционная технология. Как правило, такой процесс протекает в сопряженных гидродинамических и тепломассообменных условиях.
В сахарной промышленности струйная технология применяется при сульфитации сахарных растворов, а применительно к сатурации является новой, недостаточно изученной теоретически и экспериментально.
Большой вклад в исследования, связанные с повышением эффективности сатурации сахарсодержащих растворов внесли ученые: Бобровник Л.Д., Бугаенко И.Ф., Выскребцов В.В., Даишев М.И., Захаров К.П., Лобода П.П., Логвин В.М., Мищук Р.Ц., Панкин Л.И., Петриченко И.Б., Рева Л.П., Решето-ва Р.С, Сапронов А.Р., Скорик К.Д., Славянский А.А., Хомичак Л.М. и многие другие.
Работа выполнена в соответствии с планом госбюджетных научно-
8 исследовательских работ по теме «Разработка прогрессивного оборудования и способов получения новых пищевых продуктов и добавок функционального назначения».
Цель работы — повышение эффективности способа инжекционно-барботажной сатурации клеровки сахара-сырца на основе развития струйной технологии и пульсационных воздействий.
Задачи исследования:
- изучение абсорбции диоксида углерода скоростными жидкостно-
газовыми потоками дефекованной клеровки и оценка интенсивности массо-
обмена;
исследование инжекционной сатурации клеровки с наложением пульсаций на поток жидкостно-газовой смеси;
реологические исследования клеровки, сатурируемой инжекционным и барботажным способами;
дисперсионный анализ сатурационного осадка после инжекционной и барботажной ступеней;
испытание пилотной установки и проведение экспериментов для определения рациональных режимов процесса инжекционно-барботажной сатурации клеровки сахара-сырца;
- разработка аппаратурного оформления инжекционно-барботаж-ной
сатурации.
Научная новизна:
впервые экспериментально доказана возможность интенсификации инжекционно-барботажной сатурации путем пульсационных воздействий на инжекционной ступени;
для скоростного движения двухфазного пузырькового потока получены экспериментальные результаты об абсорбции диоксида углерода растворами клеровки сахара-сырца;
оценена эффективность пульсационных воздействий на инжекцион-
9 ной ступени на технологические эффекты адсорбционной очистки;
получено математическое описание в виде многомерных квадратичных полиномов для степени адсорбционного удаления несахаров, чистоты клеровки, интенсивности пульсаций и щелочности фильтрованной клеровки;
показано отсутствие гелеобразования для степени карбонатации де-фекованной клеровки в интервале 0,33 - 0,75 на инжекционной ступени.
Приоритет новых технических решений, направленных на совершенствование и интенсификацию технологии известково-углекислотной очистки клеровок сахара-сырца, в сатураторах защищен патентами РФ №№ 2271394, 2292400.
Практическая значимость. На основе проведенных исследований предложены для практического использования двухступенчатый способ ин-жекционно-барботажной сатурации клеровки сахара-сырца с малоинерционными пульсационными воздействиями на газожидкостный поток на инжекционной ступени.
Предложены новые технические решения, направленные на совершенствование струйной технологии сатурирования клеровки сахарасырца в виде установок, которые защищены. патентами РФ 2271394, 2292400 и положительным решением ФИПС на выдачу патента по заявке № 2006147193.
Результаты диссертационной работы в виде способа сатурации клеровки сахара-сырца инжекционно-барботажным способом с пульсационными воздействиями прошли проверку на сахарном заводе «КРИСТАЛЛ-БЕЛ» (п. Чернянка, Белгородской обл.), о чем имеется соответствующий акт производственных испытаний.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции по сахарной промышленности (САХАР-2004, 2006, 2007, 2008); Международной конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (МГУПП, 2006, 2007); от-
10 четной научно-технической конференции «Технология живых систем» (МГУ 1111, 2004); научно-практической конференции «Приоритетные направления комплексных научных исследований в области производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (Углич, 2005); конференции «Пищевая промышленность. Интеграция науки, образования и производства» (Куб-ГТУ-Краснодар, 2005); Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (ВГТА, 2004); Международной научно-технической конференции ВГТА (2005) и отчетной научной конференции ВГТА (2004).
Работа награждена дипломом за участие в конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, МГУПП, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе 2 — в издании, рекомендованном ВАК РФ, получено 2 патента и положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, пять глав, выводы и рекомендации промышленности, список использованной литературы (161 источник, в том числе 11 зарубежных) и приложение. Работа изложена на 123 страницах, содержит 30 рисунков, 8 таблиц. Приложение содержит акт производственных испытаний и патенты.
Сатурация щелочных сахарсодержащих растворов при низких и высоких концентрациях
Сатурация щелочных растворов сахара при его низких и высоких концентрациях значительно различается. Связано это не только с различием реологических характеристик растворов, но и с химией протекающих процессов, где важную роль играет сахароза. Известно, что введение в сахарный раствор гидроксида кальция способствует образованию комплексов состава [Сат Схп]1+ [70], что приводит к существенному повышению растворимости извести. В результате на I сатурации карбонат кальция может образовываться как за счет прямой реакции аниона угольной кислоты, находящейся в растворе с ионами кальция, так и за счет разложения ранее образовавшихся угле-кальциевых комплексов.
Во втором случае осадок карбоната кальция появляется через некоторый период, величина которого определяется концентрацией сахара, температурой и величиной рН [70].
В случае малой концентрации сахара (12-13 %) часть извести находится в осадке, и реакция идет преимущественно по первому варианту, то есть протекает прямая реакция иона угольной кислоты с известью при постепенном переходе извести в раствор с образованием карбоната кальция. Доказательством протекания I сатурации по этому механизму является существенное загорание внутренней поверхности сатураторов, особенно в месте ввода и распределения сатурационного газа.
В случае высокой концентрации сахара (более 55 %) вся известь находится в растворе, и реакция- между анионом угольной кислоты идет преимущественно с кальцием, находящимся в комплексе с сахарозой, в результате чего образуются углекальциевые сахараты. Доказательством служит отсутствие карбоната кальция в осадке в первый период после пропускания через такой концентрированный щелочной раствор двуокиси углерода. Постепенное образование карбоната кальция приводит к тому, что при этом не происходит загорания даже поверхности барботеров.
Образование комплексов сахарозы с известью и углекальциевых саха-ратов приводит к существенному изменению реологических свойств растворов сахара. Например, образование комплексов сахарозы с кальцием приводит к повышению вязкости раствора сахара, а при образовании углекальциевых сахаратов, не только повышается вязкость, но система приобретает структурную составляющую вязкости и становится неньютоновской жидкостью.
Появление структурной составляющей при образовании углекальциево-го сахарата может привести к формированию гелиевых структур в сатураторе и существенному снижению эффективности абсорбции диоксида углерода [70]. Особенно существенно возрастает такая возможность при колебаниях температуры обрабатываемой клеровки. В этом случае рециркуляция клеровки позволяет в какой-то степени предотвратить формирование гелиевых структур, за счет этого стабилизировать эффективность работы сатуратора и степень утилизации диоксида углерода из сатурационного газа на уровне 55 %.
В теорию адсорбции несахаров на осадке карбоната кальция внесли значительный вклад И. Дедек, М.И. Даишев, К. Вуков, С.З. Иванов и М.В. Гончарук, СЕ. Харин и др. [31, 28]. М.И: Даишев показал, что для повышения эффективности очистки раствора необходимо идти не по пути увеличения расхода извести, а - повышения эффекта адсорбции несахаров карбонатом кальция при данном экономически обоснованном расходе извести, чему способствует образование СаСОз в условиях высокой щелочности. Это характерно для периодической сатурации или работы непрерывно действующих сатураторов с постепенным изменением щелочности сока.
К числу наиболее важных технологических факторов, определяющих эффективность I сатурации, можно отнести: расход извести, температуру и длительность процесса, количество возврата на преддефекацию, состав сатурационного газа и содержание ССЬ в нем, величину щелочности и рН сатурации, способ отделения осадка и др.
Минимальный расход извести определяется пределом, обеспечивающим условия нормального отделения от суспензии сатурационного осадка на существующем в настоящее время оборудовании, а также достижение необходимого эффекта очистки раствора [113]. Ф. Шнайдер рекомендует необходимый расход извести рассчитывать по содержанию несахаров в растворе, изменяя его от 1,8 до 3,0 %. При низкой чистоте раствора достаточен расход извести около 80 %, при высокой Ч - до 100 % СаО к количеству несахаров. При определении оптимального расхода извести следует иметь в виду, что количество удаленных несахаров на единицу использованного реагента уменьшается при его увеличении [114].
В современной технологической схеме очистки сокаї сатурация обычно проводится при температуре 80-85 С [31, ИЗ]. Одним из неиспользованных резервов повышения эффекта адсорбционной очистки сока и интенсификации процесса является осуществление сатурации при низких температурах, однако этот режим пока не реализуется из-за обильного пенения сока.
Полученные в различных вариантах очень быстрой сатурации высокие эффекты адсорбционной очистки растворв свидетельствуют о том, что процесс сатурации не может лимитироваться, скоростью адсорбции несахаров карбонатом кальция. Поэтому лимитирующим процессом на сатурации является абсорбция ССЬ щелочным растворм, в связи с чем выбор оптимальных технологических условий, расчеты современных сатураторов, совершенствование их необходимо осуществлять, прежде всего, на закономерностях кинетики поглощения С02 с учетом гидродинамической обстановки в аппарате.
Наоснове данных работы [158] можно допустить, что степень удаления красящих веществ зависит от степени удаления анионов, кислот. С увеличением содержания анионов кислот в растворах степень удаления красящих веществ уменьшается.
Известно, что при ухудшении качества сырья степень удаления несахаров в условиях I сатурации снижается. Для достижения максимального эффекта очистки необходимо выдерживать оптимальную величину рН, при которой достигается наибольшая степень удаления несахаров. Однако при очистке клеровки допускается легкая пересатурация, которая не сопровождается десорбцией несахаров, в отличие от свеловичного производства [73].
Чаще всего для эффективного осуществления процесса очистки необходима оптимизация I сатурации. Экспериментальные данные показывают [114], что оптимальная зона рН2о, в которой достигается максимальное адсорбционное удаление несахаров из растворов разной чистоты, довольно узкая - 11,0 - 11,2 ед., а значения оптимальной щелочности при этих величинах рН о значительно отличаются. Это свидетельствует о том, что титрованная щелочность по фенолфталеину - более чувствительный показатель состояния среды на I сатурации, чем рН. Известен способ двухступенчатой фракционированной очистки, который имеет преимущества с точки зрения повышения эффекта адсорбции и снижения расхода извести. Это можно объяснить следующим. На первой ступени очистки наблюдается осаждение коллоидов и обволакивание их углекислым кальцием, а также адсорбция углекислым кальцием части красящих веществ. Во второй ступени очистки карбонат кальция получают в более чистом виде, он имеет большие адсорбционные возможности по отношению к красящим веществам.
При коллоидно-карбонатном способе очистки карбонизация сопровождается одновременным образованием мицелл карбоната кальция с адсорбированными на их поверхности анионами кислот и их агрегатированием с неизбежной частичной десорбцией несахаров адсорбционного слоя, суммарный результат которых и определяет эффект адсорбционной очистки карбонатом кальция [31].
Описание экспериментальных установок
Лабораторная установка для исследования двухступенчатого процесса сатурации сахарсодержащих растворов инжекционно-барботажным способом (рис. 2.1) состояла из первой инжекционной ступени сатурации в виде герметично закрытого аппарата 5 вместимостью 20 дм3 с инжектором 4 на верхней крышке, объемного насоса-дозатора 2 типа НД-0,6 с пневмогидравлическим ресивером 3, сборника исходного раствора 1, баллона со сжиженным диоксидом углерода 10, ресивера для газа 11, редукторов 12, 13 типа РДФ-3, поплавкового ротаметра РС-5 для контроля расхода ССЬ на инжектор и воздушного компрессора 6 типа PSI-250.
Для второй барботажной ступени сатурации и контрольной сатурации использовали барботажный абсорбер 16 с капилляром диаметром 1,2 мм в нижней Лабораторная инжекционно-барботажная установка: 1-сборник дефекованной клеровки; 2-объемный насос-дозатор; 3-пневмо-гидравлический ресивер; 4-инжектор; 5-емкость для инжекционной сатурации; 6-компрессор; 7-датчик давления; 8-регулятор; 9-регулирующий клапан; 10-баллон со сжиженным углекислым газом; 11-ресивер; 12, 13-редуктор; 14-кран трехходовой; 15-газовый счетчик; 16-барботажный абсорбер
части для подвода диоксида углерода. Абсорбер состоял из двух частей и представлял собой стеклянную трубу внутренним диаметром 35 мм и переменной высотой, имеющей термостатирующую рубашку. Высота слоя абсорбента в зависимости от его количества изменялась от 0,5 до 1,3 м. По дачу малых расходов газа при давлении до 400 мм водяного столба измеряли газовым счетчиком ГСБ-400 с жидкостным затвором. Установка включала также образцовые манометры, регулирующие вентили и запорные вентили для осуществления инжек-ционного и барботажного способов сатурирования и выпуска отсатурированных растворов. Объемный насос-дозатор НД-0,6 имеет максимальную производитель-ность 600 м /ч, а необходимая производительность его устанавливалась изменением хода плунжера. Производительность насоса варьировалась по массовому расходу в пределах 0,06-0,12 кг/с, чтобы обеспечивалось рабочее давление на инжекторе 0,2-0,25 МПа.
Диаметр рабочей камеры инжектора составлял 20 мм, диаметр патрубка подвода газа - 6 мм. Камера смешения состояла из двух участков: первый имел диаметр 6 мм и длину 150 мм; второй был выполнен в виде трубки внутренним диаметром 10 мм и длиной 900 мм.
Доведение раствора до заданной конечной щелочности осуществляют в барботажном абсорбере 16 способом барботирования газа через слой предсату-рированной клнровки. Для этого абсорбер 16 (рис. 2.1) разогревали до t=80 G, пропуская 20: мин горячую воду из ультратермостата через термостатирующую. рубашку, одновременно нагревали испытуемый-раствор до той же температуры в кипящей; водяной бане. Пробу клеровки объемом 300-900 см3 тщательно перемешивали перед заполнением абсорбера и непосредственно сразу же производили сатурацию, подавая газ через трехходовой кран 14 и капилляр диаметром 1,2 мм, расположенный в нижней части абсорбера; Контроль расхода, газа осуществляли с помощью?газового счетчика ГСБ-400; а интенсивность.его подачи регулировали с помощью редуктора; 13- Время проведения сатурации фиксировали секундомером.
Проверка эффективности двухступенчатой инжекционно-барботажной (сатурации с пульсационными воздействиями на инжекционной, ступени осуществлялась в условиях ЗАО «Кристалл-Бел» на пилотной установке с объемным рас-ходом клеровки 5 м /ч (рис. 2.2).
Пилотная; установка выполнена по патенту 2292400 и включала инжекци-онную и барботажную ступень 1, 2, сообщающиеся между собой переливным трубопроводом 9. Подачу дефекованной клеровки осуществляли на инжектор по трубопроводу 6 под избыточным давлением 0,25-0;30 МИа; На первой инжекционной ступени поддерживалось избыточное давление по газовой фазе 0,015-0,045 МПа посредством клапана 10. Подвод сатурационного газа осуществлялся в коллектор 12, а далее расход газа на инжекционную ступень регулировали клапаном 8j а на барботажную - клапаном-13: Высота барботажного слоя раствора клеровки составляла 2 м.
Управление режимом работы пилотной установки осуществляли на основании контроля титриметрическим методом щелочности поступающего дефекованно-го раствора клеровки после карбнизатора, щелочности предсатурированной кле-ровки после первой инжекционной ступени, достигаемой при заданной степени карбонизации и конечной щелочности отсатурированного раствора. Для этого осуществляли периодический анализ растворов через пробоотборники 17, 18 и 19 соответственно.
Зависимость коэффициента массопереноса от соотношения расходов клеровки и сатурационного газа
Как было показано в предыдущем пункте, инжекционная сатурация с пульсационными воздействиями создает условия для интенсивного.массопереноса на границе газ-жидкость. Вследствие этого насыщение клеровки: диоксидом углерода происходит фактически до равновесного значения, что значительно ускоряет протекание лимитирующей стадии процесса сатурации - массопередачу С02 из газовой фазы в жидкую.
Главным преимуществом инжекционной ступени сатурации с пульса-ционными воздействиями является то, что интенсивный массоперенос на границе «диоксид углерода - раствор клеровки» в инжекторе обеспечивает протекание процесса сатурации при значениях концентрации растворенного ССЬ в жидкости, близких к равновесной. Это значительно увеличивает скорость газожидкостных реакций, имеющих первый порядок по газовому реагенту.
Таким образом, преимущество инжекционной ступени сатурации будет проявляться в- условиях повышенной потребности1 процесса в растворенном газовом компоненте СО2 (при высокой скорости реакции), а также в способствующих интенсивному растворению газа факторах (значительные давления и высокие скорости движения жидкости в инжекторе).
Эжекция сатурационного газа происходит в инжекторе за счет кинети ческой энергии высокоскоростного струйного течения раствора клеровки и приводит к образованию газожидкостной смеси в рабочей камере смешения и емкости предварительной инжекционной сатурации. Эжекция сатурацион ного газа, осуществляемая свободными струями жидкости, вытекающими из сопел инжектора определенной формы и размеров живого сечения, должна учитываться при выборе повышенного давления подвода сатурационного газа.
Величина объемного расхода газовой фазы Qr, эжектируемой струей клеровки и уносимой в жидкостный объем, зависит от структуры» струи и ее изменений по мере движения на выходе из сопла [41].
Главным преимуществом инжекционной ступени сатурации с пульса-ционными воздействиями является то, что интенсивный массоперенос на границе «диоксид углерода - раствор клеровки» в инжекторе обеспечивает протекание процесса сатурации при значениях концентрации растворенного ССЬ в жидкости, близких к равновесной. Это значительно увеличивает скорость газожидкостных реакций, имеющих первый порядок по газовому реагенту.
Таким образом, преимущество инжекционной ступени сатурации будет проявляться в- условиях повышенной потребности1 процесса в растворенном газовом компоненте СО2 (при высокой скорости реакции), а также в способствующих интенсивному растворению газа факторах (значительные давления и высокие скорости движения жидкости в инжекторе).
Эжекция сатурационного газа происходит в инжекторе за счет кинети ческой энергии высокоскоростного струйного течения раствора клеровки и приводит к образованию газожидкостной смеси в рабочей камере смешения и емкости предварительной инжекционной сатурации. Эжекция сатурацион ного газа, осуществляемая свободными струями жидкости, вытекающими из сопел инжектора определенной формы и размеров живого сечения, должна учитываться при выборе повышенного давления подвода сатурационного газа.
Величина объемного расхода газовой фазы Qr, эжектируемой струей клеровки и уносимой в жидкостный объем, зависит от структуры» струи и ее изменений по мере движения на выходе из сопла [41].
Обоснование режима пульсационных воздействий на инжекционной ступени должно осуществляться с учетом неравноценности влияния частоты /и амплитуды колебаний А на эффективность процесса сатурации [48, 84-86]. Большое значение при выборе режимов/и А имеют энергетические затраты на создание пульсации, которые в данной работе снижены по сравнению с пневматическими пульсаторами для колонных аппаратов с высоким уровнем налива, приводящими в возвратно-поступательное движение всю массу жидкости. Снижение энергозатрат достигнуто созданием пульсационных воздействий отдельно на инжекционной ступени, где обрабатывается меньшая часть клеровки и, кроме того, газожидкостная система гидродинамически соответствует развитому пузырьковому режиму течения. Для гарантированного достижения интенсифицирующего эффекта в массообмене фаз «жидкость-газ» нестационарное колебательное движение на инжекционной ступени следует реализовывать многократно.
Лабораторные опыты по изучению инжекционного способа сатурирования клеровки сахара-сырца с пульсационными воздействиями проводили на экспериментальной установке, описанной в п. 2.2. Контрольную сатурацию проводили в барботажном абсорбере с капиллярным подводом газа. Результаты влияния пульсационных воздействий при варьировании их интен-сивности в пределах 5-25-10" м7с приведены в табл. 3.1.
Анализ результатов инжекционной ступени сатурации показывает, что снижение содержания извести в клеровке сахара-сырца происходит с 1,15-1,4 до 0,17-0,64 % СаО. Поэтому целесообразно применять комбинирование инжекционной ступени сатурации с барботажной для получения конечной щелочности и равномерного наращивания кристаллов СаСОз
Дисперсионный анализ сатурационного осадка после инжекционной и барботажной ступеней
Как указывает Бугаенко И.Фі [19], при фильтровании, сатурированной клеровки действуют те же закономерности, что и при фильтровании сока в свеклосахарном производстве. Поэтому для получения осветленного фильтрата следует реализовывать принципы аналогичные фильтрованию суспензий свеклосахарнопупроизводства.
Например, прогрессивной является схема фильтрования сатурированной клеровки с использованием корпусных фильтров типа ФиЛС, МВЖ, ФТН и автоматизированных фильтр-прессов нового поколения (ФКС, РКО, ЧМ; PKF; МЕКО и др.) для прямой фильтрации отсатурированной клеровки и фильтрования сгущенной суспензии клеровки [19] требования к нормативной величине фильтрационного коэффициента, характеризующего качество фильтрационного осадка, практически снизились практически в два раза. Фильтр-прессы менее чувствительны качеству фильтрационного осадка, так как в них фильтрование осуществляется при большей движущей силе (перепаде давлений до 8 МПа). Например, если для вакуум-фильтров нормативная величина фильтрационного коэффициента FK=3-4 с/см", то для автоматизированных фильтр-прессов допустимым является FK=6-S с/см". В этой связи в настоящее время наиболее актуальным является решение вопроса об однородности частиц СаСОз фильтрационного осадка, образующихся в ходе сатурации и менее значимым параметром оценивается их крупность.
В производственных условиях на пилотной установке (рис. 2.2) испытывал ся двухступенчатый способ сатурации с различными гидродинамическими условиями его осуществления: прямоточным взаимодействием фаз на инжекционной ступени и противоточным способом-- на барботажной. В связи с этим выполнен всесторонний дисперсионный анализ сатурационного осадка, полученного в данных гидродинамических условиях с использованием методик, описанных в п. 2.5.
В качестве обрабатываемой информации использованы таблицы из приложения П4.1-П4.3, П5.1-П5.3, в которых представлены репрезентативные выборки, результатов дисперсионного анализа, производственных осадков, полученные с использованием универсального- гранулометрического комплекса (гранулометра)РИУ и цифровой; камеры-окуляра для. микроскопа DCM130. При этом осуществлена статистическая (обработка изображений десятков тысяч частиц посредством анализа образцов, приготовленных в виде суспензий-с концентрацией» дисперсной фазы не более 0;5%. Малая концен-трация СаСОз сканируемых.суспензий создавалась для того, чтобы частицы не имели общих границ.
В результате дисперсионного анализа показано, при осуществлении сатурации клеровки в течение 5 мин безрециркуляционным инжекционно-пульсационным (первая .ступень) и барботажным (вторая ступень) способами получаются средние размеры частиц СаСОз 4—5 и 11—12 мкм соответственно.
В диапазоне размеров от 5 до 66 мкм СИТОВОЙ АНАЛИЗ В диапазоне от 0 до 100 мкм Учтено всего частиц 1979 Максимальный размер частиц, мкм 39,8 Средний размер частиц, мкм 5,6с коэффициентом вариации 0,66 Коэффициент полидисперснссти 0,41
Дисперсность карбоната кальция; характеризующую качество-сатураци-онного осадка, на каждой5 ступени; сатурации определяли по средневзвешенному диаметру образующихся частиц, а также проверяли эмпирический закон распределения. При графическом, мето де проверки согласованности эмпирических- данных с теоретическим законом распределения визуально определяли разброс эмпирических данных около предполагаемой зависимости: [88] 1
Дисперсионный анализ сатурационного осадка предусматривал, процедуру установления функции плотности вероятности в следующей последова тельности [131]: . построение по опытным данным эмпирической кривой; определение параметров эмпирического распределения; выдвижение гипотезы:о функции плотностшисследуемой величины;: выравниваниеэмпирическойкривошпо принятой теоретической кривой. Исходя из теоретических предпосылок и практически: известных ре зультатов дисперсионного: анализа- дисперсной фазы в сахарной промышлен ности [27] выравнивание эмпирической- кривой осуществляли по логарифми чески-нормальному закону. В качестве примера ниже приведены результаты обработки гранулометрического состава частиц- GaC03 (см. Приложение 5.1) на инжекционной ступени сатурации.
