Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ существующих схем переработки сахара-сырца и повышения их эффективности ... 9
1.1. Анализ типовой технологической схемы переработки сахара-сырца на свеклосахарных заводах на основе модели распреде ления материальных потоков , 9
1.2- Влияние возврата первого оттека утфеля I на технологические показатели работы свеклосахарного завода при переработке сахара -сырца 16
1.3. Анализ существующих схем многоступенчатой кристаллизации при переработке сахара-сырца 24
1.4. Влияние процесса центрифугирования на эффективность переработки сахара-сырца.. 32
Глава 2 Влияние возврата первого оттека утфеля i на технологические показатели переработки сахара-сырца и расход извести 42
2.1. Цель и методика проведения исследований 42
2.2. Результаты эксперимента и их анализ 46
2.2.1. Влияние возврата первого оттека на чистоту исходной и очищенной клеровок и расход извести 46
2.2.2. Методика определения расхода извести в зависимости от количества возврата первого оттека и эффекта очистки 56
2.2.3. Изучение зависимости цветности исходной и очищенной клеровок от количества первого оттека, возвращаемого на дефекосатурацию... 58
2.2.4. Влияние возврата первого оттека на содержание редуцирующих веществ в исходной и очищенной клеровках 64
2.2.5 Влияние возврата первого оттека утфеля I кристаллизации на массовую долю солей кальция в исходной и очищенной клеровках 68
2.3. Методика многофакторного определения расхода извести: по эффектам очистки, обесцвечивания, удаления РВ 72
Глава 3 Исследование влияния качественных параметров перерабатываемых утфелей i на расход пробеливающей воды при центрифугиро вании 75
3.1. Цель и методика проведения исследований 75
3.2. Исследование влияния качественных параметров перерабатываемых утфелей I на расход пробеливающей воды при центрифугировании ... 78
3.2.1. Влияние чистоты утфеля I на расход воды при пробелке белого сахара . 78
3.2.2. Зависимость выхода сахара-песка и его цветности от расхода промывной воды 87
3.2.3. Использование результатов исследования для определения расхода воды на пробеливание и оценки эффективности работы кристаллизационного отделения 91
Глава 4 Анализ изменения параметров материальных потоков при центрифугировании утфеля 1 95
4.1. Анализ изменения материальных потоков, выходящих из ротора центрифуги, при центрифугировании и пробеливании 95
4.2. Исследование распределения продуктовых потоков после сегрегатора ... 104
4.2.1. Изучение влияния расхода пробеливающей воды на параметры оттеков и на их смешивание при центрифугировании утфеляї. 104
4.2.2. Использование результатов исследования для решения задач деления и смешивания оттеков 111
4.2.3. Изучение влияния запаздывания сегрегатора на смешивание оттеков и на их технологические параметры 113
Глава 5 Практическая реализация результатов иссле дования, рекомендации для производства 126
5.1. Обоснование схемы продуктового отделения с повышенным выходом кристаллического сахара на первой ступени 126
5.1.1. Обоснование способа получения утфеля I кристаллизации 132
5.2. Регулирование деления оттеков при центрифугировании утфеля I 137
5.3. Повышение качества клеровки желтого сахара утфеля III кристаллизации с целью сокращения расхода извести на де-фекосатурацию 143
5.4. Экономическая эффективность от применения предложенных способов совершенствования технологической схемы переработки сахара-сырца на свеклосахарных заводах 146
Общие выводы 150
Список использованной литературы
- Влияние возврата первого оттека утфеля I на технологические показатели работы свеклосахарного завода при переработке сахара -сырца
- Влияние возврата первого оттека на чистоту исходной и очищенной клеровок и расход извести
- Исследование влияния качественных параметров перерабатываемых утфелей I на расход пробеливающей воды при центрифугировании
- Исследование распределения продуктовых потоков после сегрегатора
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время свыше 60 % сахара в России производится из сахара-сырца. Тростниковый сырец перерабатывается в межсезонный период по специальной нигде более в мире не применяемой технологии [25, 31, 36, 101,105]. Проблема переработки сахара-сырца на свеклосахарных заводах - это ограниченные возможности продуктового отделения. Максимальный эффект кристаллизации продуктового отделения 35 % для свеклосахарного производства и 37 % для переработки сахара-сырца. Если принять чистоту нормальной мелассы 50 %, а эффект кристаллизации около 40 %, то чистота утфеля I должна быть не выше 90 %, в то время как чистота очищенной клеровки сахара-сырца составляет 97-98 %. Таким образом, мощности продуктового отделения не хватает, чтобы повысить эффект кристаллизации на 7 — 8 единиц. Снижение чистоты утфеля I производится за счет возврата на дефекосатурационную очистку части первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара утфеля III.
Вопросами влияния рециркуляции первого оттека утфеля I на технико-экономические показатели завода при переработке сахара-сырца занимались И.Ф. Бугаенко, Р.Ц. Мищук, Т. И Турбан. Л. Г. Белостоцкий [22, 33, 101-107, 122]. При этом основное внимание было уделено определению рационального расхода извести при разном количестве возврата. В то же время роль возврата на показатели процесса дефекосатурации и эффект очистки малоисследованна.
Анализ технологических решений переработки сахара-сырца показал, что из-за возвратов не используется основное преимущество сахара-сырца - его высокая чистота; за один оборот выводится только около 60 % сахарозы, увеличивается время пребывания сахарозы на верстате завода, снижается производительность оборудования; увеличиваются неучтенные потери; повышается расход извести на очистку и расход топлива. Указанные недостатки можно устранить снижением времени пребывания сахарозы на верстате за счет уменьшения возвратов первого и второго оттеков и увеличения эффекта кристаллизации на первой ступени.
Для подтверждения целесообразности применения рекомендуемой схемы
необходимо изучить влияние возвратов на эффект дефекосатурационной очистки и расход извести.
Повышение эффекта кристаллизации и увеличение выхода кристаллического сахара можно осуществить за счет разработки технологии уваривания утфеля I с отбором и за счет оптимального управления потоками при центрифугировании утфеля I. От процесса центрифугирования зависит, прежде всего, качество и выход сахара, а также параметры оттеков, возвращаемых или направляемых на последующие стадии кристаллизации- Изучением центрифугирования занимались видные отечественные ученые: М. И. Даишев, Б. Н. Терешин, А.А. Славянский и др.[67-69,79-81, 116,117,128-131]. Несмотря на большое количество работ, посвященных фуговке и пробеливанию утфелей, технология данного процесса исследована неполностью: технологические показатели первого и второго оттеков зависят не только от процесса центробежного фильтрования, но и от смешивания оттеков на стенках кожуха центрифуги и, в конечном итоге, от управления сегрегатором.
Цель работы состоит в совершенствовании технологии переработки сахара-сырца на свеклосахарных заводах за счет снижения времени пребывания сахарозы на верстате. Для достижения указанной цели были сформулированы следующие задачи;
изучение влияния возврата первого оттека утфеля I на технологические показатели дефекосатурационной очистки и расход извести;
? разработка технологии получения и центрифугирования утфеля I, обеспечивающей повышение эффекта кристаллизации и высокий выход кристаллического сахара;
? исследование изменения количественных и качественных параметров материальных потоков при центрифугировании утфеля I: изучение влияния качественных параметров утфеля I на расход пробеливающей воды, цветность белого сахара и расход топлива; изучение влияния расхода пробеливающей воды и времени запаздывания сегрегатора на процесс деления и смешивания оттеков;
обоснование схемы управления делением оттеков при центрифугировании и пробеливании утфеля I;
разработка конструкции сегрегатора, предотвращающего смешивание оттеков.
Научная новизна. Выявлена роль возврата первого оттека утфеля I на эффекты удаления: общего несахара, РВ и красящих веществ из смешанной клеровки сахара-сырца при дефекосатурационной очистке. Предложены регрессионные уравнения; зависимостей основных технологических показателей очищенной клеровки (Чо, РВ0» Цв0) и эффектов удаления основных групп несаха-ров от расхода извести и количества возвращаемого первого оттека.
Разработан многофакторный расчет расхода извести в зависимости от величины возврата и требуемых эффектов: очистки, удаления РВ и обесцвечивания, предложены регрессионные уравнения для применения данной методики.
Получена аналитическая зависимость цветности сахара от расхода воды и чистоты утфеля I при переработке сахара-сырца, отличающаяся от аналогичной зависимости для свеклосахарного производства.
Разработана модель процесса центрифугирования и пробеливания утфеля I,. позволяющая определять основные параметры материальных потоков при центрифугировании. Получены уравнения, которые решают следующие технологические задачи: определение расхода пробеливающей воды, определение количества оттеков, нахождение момента ввода пробеливающей воды и момента переключения сегрегатора, а также задачу смешивания оттеков при центрифугировании.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Теоретические и экспериментальные исследования позволили решить ряд практических задач для совершенствования технологии переработки сахара-сырца на свеклосахарных заводах, прошедших апробацию в заводских условиях.
Для практического использования предложены:
методика определения расхода извести на дефекосатурацию по трем критериям: эффекту очистки, эффекту обесцвечивания и эффекту удаления РВ;
номограмма для определения расхода воды на пробеливание в зависимости от чистоты утфеля при условии получения сахара-песка со стандартной цветностью;
интегральный показатель оценки эффективности пробеливания в виде относительного выхода сахара к массе исходных кристаллов, который позволяет оценить процент вывода сахарозы с верстата по отношению к массе введенной;
методика определения времени запаздывания сегрегатора на отвод второго оттека по разности чистот оттеков с учетом возможно достижимых эффектов кристаллизации для утфелей I, II, III продуктов;
Обоснована необходимость установки двух датчиков для управления делением оттеков при центрифугировании и пробеливании утфеля І: в кожухе центрифуги для определения момента подачи пробеливающей воды и на выходном патрубке центрифуги для определения времени переключения сегрегатора.
Разработаны и апробированы в производственных условиях способ получения утфеля I кристаллизации с отбором (заявка № 2004117560/13) и способ получения сахара из сахара-сырца, исключающий возврат клеровки желтого сахара III на дефекосатурацию, за счет его аффинации (положительное решение о выдаче пат. РФ по заявке № 2003122378/13), позволяющие реализовать схему переработки сахара-сырца на свеклосахарных заводах с минимальными возвратами продуктов на дефекосатурацию.
Разработана центрифуга с устройством для четкого деления оттеков (положительное решение о выдаче пат. РФ по заявке № 2003117532/13).
Влияние возврата первого оттека утфеля I на технологические показатели работы свеклосахарного завода при переработке сахара -сырца
По данным сахарных заводов [81,11,95] количество возвращаемого первого оттека составляет около 65 % - 85 %, чистота утфеля I снижена при этом с -98 до 93- 92 %, а на некоторых заводах и до более низкой величины (90 %).
При стабильном количестве возвращаемого оттека чистота утфеля I продукта будет снижаться после каждого цикла кристаллизации из-за повышения в нем концентрации несахаров. Для поддержания ее в заданных пределах необходимо регулировать количество возвратов.
Для каждого завода в зависимости от качества перерабатываемого сырья, требований к качеству выпускаемого сахара, технологической схемы и ряда других факторов должно существовать оптимальное количество возврата первого оттека на известковую очистку, т. е. такое количество, при котором удается поддерживать чистоту утфеля I на уровне, достаточном для полного обесса-харивания мелассы. При отклонении от этого оптимума в меньшую сторону увеличивается цветность выпускаемого сахара или чистота утфеля I, что приводит к увеличению массы промежуточного утфеля и затрат на его переработку, также затрудняет обессахаривание мелассы. При отклонении в противоположную сторону возрастают затраты на очистку большего количества клеровки и за счет щелочного разложения РВ возвращаемого оттека увеличивается общая масса несахаров, несмотря на некоторую дополнительную адсорбцию в процессе сатурирования. Увеличение массы несахаров приводит к повышению потерь сахара в мелассе. Кроме этого, разжижение оттека перед очисткой увеличивает время уваривания утфеля, потери сахара и нарастание цветности.
По технологии инструкции [81] лимитирующей величиной при установлении количества возврата является качество клеровки, поступающей на уваривание утфеля I кристаллизации, которое должно находится в пределах: Ч = 92,5 %; Цв= 15- 17усл.ед. Количество первого оттека утфеля I кристаллизации (q0), возвращаемого на очистку, рассчитывается по формуле: q0 = Q-v (1.1.) v = l (1.2.) {\-KPiyqrCB где Q —количество первого оттека утфеля I кристаллизации; q?t qn — количество утфеля I и II кристаллизации; СВ0, - массовая доля сухих веществ в первом оттеке утфеля I кристаллизации; СВп - массовая доля сухих веществ в утфеле II кристаллизации, %; Крі — массовая доля кристаллов в утфеле I кристаллизации; v — коэффициент рециркуляции.
По данным Р. Ц. Мищука, Л. Г. Белостоцкого [101, 102] степень рециркуляции предлагается определять как отношение массы рециркулируемого оттека qp к массе клеровки сахара-сырца qK: r = qP/qK. (1-3) Степень рециркуляции можно определить по технологическим параметрам продуктов из соотношения: СВ -(Ч -Ч L,#K (чсс нш ги -(Ч -Ч от У л см ± от где Чес, Чот, Чсм - чистота соответственно клеровки сахара-сырца, возвращаемого оттека и смеси этих продуктов; СВК, СВ - - содержание сухих веществ в клеровке и возвращаемом оттеке, %. В тоже время коэффициент рециркуляции v является отношением объема оттека, направляемого на очистку qp, к объему всего оттека, полученного после уваривания при центрифугировании утфеля I кристаллизации qu: v-qp/qu. (1.5) Для определения коэффициента рециркуляции через степень рециркуляции, предложено уравнение: v = (1.6) r + (Cx /CxJ.[(l-p)-Bx-(l-a)]; где Схк, Схот - содержание сахарозы в клеровке и возвращаемом оттеке, %; Вх - выход сахара-песка (в сахарозе), доли ед.; Р- доля потерь сахарозы в процессе производства, доли ед.; а-доля сахарозы, которую направляют на последующие ступени кристаллизации, доли ед.
Система уравнений (1.1.) - (1.4.) не позволяет найти оптимальное количество возврата, т.к. величины в уравнениях взаимозависимы (н.п. Q зависит от v и qi) и во многом определяются режимом уваривания и центрифугирования утфеля I. Формирование параметров первого оттека утфеля I происходит в результате смешивания межкристального раствора с оттеком, полученным при пробеливании. Однако до настоящего времени технология центрифугирования и пробеливания утфелей недостаточно изучена. Таким образом, для разрешения неопределенности в системе (1.1.)-(1.2.) необходимо разработать модель формирования оттеков в процессе уваривания и центрифугирования утфеля I.
Чрезмерное увеличение доли первого оттека нерационально как с технологической, так и с теплотехнической точки зрения. По исследованиям МТИПП [37], при постоянной концентрации сухих веществ клеровки перед очисткой и постоянной общей щелочности отсатурированной клеровки, масса выпариваемой воды и расход извести резко возрастают с увеличением возврата первого оттека. При этом увеличивается нагрузка на фильтры, так как растет масса очищаемой клеровки.
Известно, что увеличение в некоторых пределах возврата первого оттека на очистку при работе по типовой схеме дает возможность заметно повысить выход сахара [122]. Этот положительный эффект от возврата первого оттека на очистку объясняется опять же искусственным снижением чистоты утфеля I, из-за возможностей кристаллизационного отделения свеклосахарных заводов. Чтобы получить максимальный выход сахара, стремятся поддерживать по возможности более низкой чистоту утфеля L Это позволяет при минимальном количестве утфелей II и III кристаллизации достаточно полно обессахаривать мелассу.
Важным технико-экономическим показателем переработки сахара-сырца является расход извести на очистку. Существующая методика расчета расхода, извести на очистку в зависимости от различных факторов приведена в работах [22,82,19,17,34,103,149].
Влияние возврата первого оттека на чистоту исходной и очищенной клеровок и расход извести
Результаты эксперимента, отражающие влияние количества возврата первого оттека на показатели исходной и очищенных при разном расходе извести клеровок, представлены в табл. 2.2 - 2.11.
В табл. 2.2 и на рис.2.1. приведены данные по изменению чистоты исходной и очищенной клеровок в зависимости от v при разном расходе извести. Из приведенных данных видно, что чистота клеровок как исходной, так и очищенной, снижается с увеличением v, а чистота очищенной клеровки растет с увеличением расхода извести. При этом разность чистот уменьшается с увеличением v, что свидетельствует о снижении эффекта очистки.
Данные по чистоте очищенной клеровки (табл. 2.2) обработаны с помощью метода множественной регрессии, в результате получено уравнение вида: Ч0 - 96,054 - 0,09857 v + 0,179QCao +0,00058 V, (2.2) где Ч0 - чистота очищенной клеровки, %, v - количество возвращаемого первого отека, % к массе первого оттека, Qcao - расход извести. На рис. 2.2 вместе с экспериментальными точками приведены графические зависимости чистоты очищенной клеровки от расхода извести, полученные по уравнению. Из рисунка видно, что с увеличением QCao в пределах от 3 до 5,5 % чистота очищенной клеровки меняется по затухающему закону. Экспериментальные точки (табл. 2.2) располагаются достаточно близко от кривых, описанных уравнением (2.2), что можно считать признаком адекватности уравнения и данных эксперимента. Этот вывод подтверждается высоким значением коэффициента корреляции R2 = 0,99.
Из данных, представленных в табл. 2.2 и на рис. 2.1, 2.2, можно сделать вывод, что возврат является нерациональным, так как приводит к уменьшению чистоты очищенной клеровки.
Однако возврат является вынужденным технологическим мероприятием, поскольку из-за ограниченности оборудования в кристаллизационном отделении свеклосахарного завода для приведения в соответствие действительного и требуемого эффектов кристаллизации чистоту утфеля I необходимо снижать на 3 - 5 %.
По показателям чистоты исходной (Ч\) и очищенной клеровок () были определены эффекты очистки для каждого случая [16]: Эф = 100.[1-Ч 00-Ч 1. (2.3) 42(100-4 Результаты расчета эффекта очистки (табл. 2.3) показали, что данный показатель несущественно снижается с увеличением v от 15 - 20 % до 7-13 % (рис. 2.3). Полученные результаты позволили. уточнить производственные данные ВНИИСП [149], согласно которым общий эффект очистки для клеровки без возврата составляет 10 %, а с возвратом 15 %. Увеличение эффекта очистки при; возврате первого оттека трудно обосновать, т.к. несахара возврата обладают малой адсорбционной способностью и удаляются незначительно. Однако их масса повышает общее количество несахара в клеровке приблизительно на 25 — 30 % и за счет этого эффект очистки должен снижаться, что и наблюдается в данных табл. 2.3.
С увеличением расхода извести эффект очистки меняется по затухающему закону, что наглядно видно из рис. 2.4.
Экспериментальные данные обработаны с помощью метода множественной регрессии, в результате получено уравнение вида: Эфф.оч= - 16,752-0,044964-v+ 14,953-QCao- 0,000644- -v2- 1,411- QCao2. (2.4)-На рис. 2.4. вместе с экспериментальными точками приведены кривые, полученные расчетным путем. Экспериментальные точки располагаются в непосредственной близости от расчетных кривых, что свидетельствует об адекватности уравнения (R2 = 0,98).
Снижение эффекта очистки при увеличении v обусловлено тем, что с первым оттеком на очистку поступает комплекс несахаров, который уже подвергался и не был удален при очистке смешанной клеровки дефекосатурацией, а также несахара, образующиеся при уваривании утфеля I.
Основными продуктами разложения на дефекосатурации являются продукты распада РВ: красящие вещества, которые удаляются путем адсорбции, и органические кислоты. При этом молочная кислота и ее соли, количество которых составляет до 80 % от массы всех продуктов разложения, не подвергаются очистке и переходят без изменения в мелассу. Из несахаров, образующихся при уваривании утфелей, путем адсорбции может быть удалена только часть, в основном это красящие вещества. Известно, что продукты карамелизации сахарозы удаляются незначительно. Таким образом, несахара возврата имеют более низкую адсорбционную способность, чем несахара сырца, и плохо подвергаются повторной адсорбционной очистке [28,33].
Представляет интерес, рассмотреть раздельно удаление несахаров из исходной клеровки сахара-сырца и несахаров, поступающих на дефекосатурацию с возвратом, при разном v и расходе извести. Для этого составлялись материальные балансы указанных групп несахаров с использованием закона аддитивности, который предполагает, что эффект удаления несахаров из исходной клеровки и из доли ее в смешанной клеровке с возвратом при равном расходе извести одинаков. Таким образом, удалось определить количество удаляемых несахаров отдельно: из клеровки сахара-сырца и из первого оттека, возвращенного на очистку.
При этом масса несахаров, удаленных из возврата, определяется как разность между общим количеством удаленного несахара Ny и количеством несахара, удаленного из исходной клеровки сахара-сырца NKn.c .y.: NB.y. = Ny - НсЛ.с.С0,. (2.6) Расчет выполнен на 100 кг СВ. Количество несахаров, удаленных из возврата первого оттека при очистке, рассчитывалось по уравнению: м _ 100 « (Иикл. - N04,KQ - (100 - У) - (Ки.кл.с-с - NQM,кл.с-с) П1Л Ney 100 с где NB.y, - массовая доля несахаров, удаленных из возврата первого оттека, % на 100 СВ; NH.WI. - общее количество несахаров в исходной смешанной клеровке; N04 кл. - общее количество несахаров в очищенной смешанной клеровке; NH. .C-C. - массовая доля несахаров в исходной клеровке сахара-сырца, входящей в состав смешанной; N04.ICI.C-C. - массовая доля несахаров в очищенной клеровке сахара-сырца, входящей в состав смешанной.
Исследование влияния качественных параметров перерабатываемых утфелей I на расход пробеливающей воды при центрифугировании
Проведенный аналитический обзор показал, что до настоящего времени не существует методов для: четкого определения расхода пробеливающей воды при центрифугировании утфеля I, имеющиеся в литературе данные относятся только к частным вопросам и не решают проблемы в целом. В то же время расход пробеливающей воды с одной стороны определяет показатель ГОСТ готовой продукции - цветность белого сахара, а с другой стороны, важнейшие технико-экономические показатели: расход пара и топлива на осуществление технологического процесса. Цветность готовой продукции определяется количеством красящих веществ в пленке жидкости, оставшейся на кристаллах после пробеливания, а также количеством окклюзионных включений межкристаль ного раствора. Количество красящих веществ в пленке зависит от фактора разделения центрифуги, времени центрифугирования и дисперсионного состава кристаллов. Количество окклюзионных включений в кристаллах зависит от дисперсности, чистоты и цветности утфеля. Исследования показали [124], что основная масса красящих веществ содержится в верхних слоях кристалла, которые формируются из более истощенного межкристального раствора и более всего подвержены растворению в процессе пробеливания. В конечном итоге, цветность верхних слоев кристаллов является функцией от чистоты и цветности утфеля [15]. Таким образом, цветность белого товарного сахара зависит от количества пробеливающей воды при постоянной чистоте утфеля и является функцией двух переменных: чистоты утфеля и расхода пробеливающей воды в общем случае.
Существующие теоретические зависимости для анализа процесса промывки осадков применить к пробеливанию кристаллов трудно, так как при пробе-ливании не только смывается пленка межкристального раствора, но и происходит частичное растворение верхнего слоя кристаллов [15]. В этих условиях необходимо получить экспериментальные зависимости цветности и выхода белого сахара от расхода воды при разной чистоте утфеля. Для выполнения поставленной задачи было проведено исследование в производственных условиях.
В течение сезона переработки сахара-сырца чистота утфеля I кристаллизации постоянно меняется и зависит от таких факторов, как поляризация партии перерабатываемого сахара-сырца, от количества первого оттека, возвращаемого на дефекосатурационную очистку и др. По статистическим данным выполненных исследований за период переработки одной партии сахара-сырца чистота утфеля I кристаллизации менялась в пределах от 89 до 93 %, поэтому при определении оптимального расхода воды на пробеливание в производственных условиях в качестве переменного параметра учитывается чистота утфеля.
В средних пробах утфеля, взятых в утфелераспределителе, определялись чистота, цветность, эти же показатели определялись в межкристальном растворе. После центрифугирования определялась цветность товарного сахара. При этом для одной и той же вари утфеля расход пробеливающей воды менялся от до 16,3 кг в расчете на одну загрузку ротора. Всего исследовано около 25 варей утфеля. При обработке экспериментальные данных результаты по каждому показателю усреднялись. Средние результаты исследования приведены в табл. 3.2.
По результатам опытов были построены графические зависимости, представленные на рис. 3.2, на котором кроме данных табл. 3.2. приведены линии двух единичных опытов, полученные при переработке сахарной свеклы.
Анализ данных, представленных в табл. 3.2. и на рис. 3.2. показывает, что сначала при каждой чистоте утфеля цветность белого сахара с увеличением количества пробеливающей воды быстро снижается, но при определенной величине расхода воды скорость снижения цветности замедляется. При высоком расходе воды на пробелку цветность сахара меняется незначительно, что позволяет сделать вывод о том, что, видимо, существует предельное значение цветности, ниже которого увеличение количества пробеливающей воды не дает эффекта.
Для сырцовых утфелей с высокой чистотой (кривые 1, 2) предельное значение цветности составляет 0,36 усл.ед. для Чу = 93 % и 0,42 усл. ед. для Чу = 92 %, что соответствует количеству подаваемой на пробелку воды - 11кг (1,8 % к массе утфеля) и 15 кг (2,5 % к массе утфеля). Дня утфелей средней чистоты (кривые 3,.4) предельная цветность равна 0,6 усл. ед. при Чу = 91 % и 0,65 усл. ед. при Чу = 90,6 %, что соответствует количеству воды 16 кг (2,6 %) и 17 кг (2,8 %) на одну загрузку центрифуги.
Сравнение зависимостей цветности сахара от расхода пробеливающей воды для свеклосахарного и сырцового производств показывает, что при близкой чистоте утфеля (92 %) кривые 2 и 5 имеют аналогичную форму, но при этом графическая зависимость 5 лежит выше 2, т.е. при одинаковом расходе воды на пробеливание цветность сахара в свеклосахарном производстве получается выше, чем в сырцовом. Это можно объяснить тем, что средняя цветность сиропа с клеровкой в свеклосахарном производстве составляет 20-30 усл. ед., а в сырцовом цветность клеровки равна 15-17 усл. ед. [33,34,122]. Поэтому цветность верхних слоев кристаллов, включающих окклюзионные включения, в свеклосахарном производстве очевидно выше, чем в сырцовом, что и определяет наблюдаемое различие.
Исследование распределения продуктовых потоков после сегрегатора
Однако результаты данного исследования позволяют определить только один из важнейших показателей — момент окончания отделения оттека и момент подачи пробеливающей воды. Технологически материальные потоки формируются не при отделении оттеков из ротора, а при выходе их из сегрегатора. При этом в кожухе центрифуги происходит значительное смешивание первого и второго оттеков и их параметры (количество отбираемого оттека, чистота) определяются не только моментом подачи пробеливающей воды и ее расходом, но ив большей степени временем запаздывания сегрегатора на отвод второго оттека. Качественные показатели утфелей зависят от смешивания оттеков, которое происходит в процессе центрифугирования утфеля I. Из-за попадания значительного количества первого оттека во второй при двухкристаллизационной схеме происходит снижение чистоты утфеля I, .т. к. второй оттек возвращается «на себя», и как следствие, снижаются показатели белого сахара и увеличиваются неучтенные потери. Попадание второго оттека в первый повышает чистоту утфеля II, чистоту его межкристального оттека, увеличивает время пребывания сахарозы на верстате, создает трудности при истощении мелассы и способствует потерям сахара в ней.
Целью данного исследования является определение влияния расхода пробеливающей воды и времени запаздывания сегрегатора на параметры первого и второго оттеков, собираемых в сборниках после центрифуг.
Эксперименты проводились в период переработки сахара-сырца на Лебедянском сахарном заводе по методике, описанной в разделе 3.1. Схема установки для проведения эксперимента приведена на рис. 3.2. Для исследования влияния расхода пробеливающей воды на параметры оттеков при
центрифугировании утфеля I с помощью промежуточных протарированных сборников через фиксированные промежутки времени производились замеры количества оттеков после сегрегатора. Усредненные экспериментальные данные приведены в табл. 4.2 - 4.5. Кривые отделения оттеков представлены в приложении 2 (рис. П.2.1. - П.2.12).
Анализ графиков показывает, что экспериментальные точки располагаются в непосредственной близости от кривых, описывающих функциональные зависимости (4.1) и (4.2), что свидетельствует о высоком уровне адекватности полученных зависимостей. Данный вывод подтверждается также высоким значением коэффициента корреляции R - 0,98 - 0,99.
На рис. 4.4. представлен один из графиков отделения оттеков за цикл центрифугирования (сплошные линии) с наложенными на эти зависимости графиками изменения расхода отделяемых оттеков во времени, полученными с помощью самописца (штриховые линии). При этом масштабы графика, полученного с помощью самописца, и масштабы графика функциональных зависимостей (4.1), (4.2) приведены в соответствие, как по оси абсцисс, так и по оси ординат, что позволяет провести их сравнение.
Динамика отделения оттеков при центрифугировании утфеля I Графики изменения расхода первого и второго оттеков, полученных с помощью датчика и самописца, по оси абсцисс удовлетворительно согласуются с графическими зависимостями функций (4.1), (4.2), однако по оси ординат на этих графиках наблюдаются пики, выходящие за пределы данных функций. Это можно объяснить разными точками замера. Графики функций (4.1), (4.2) отображают изменение расхода после сегрегатора, где потоки выравниваются за счет торможения их течения на стенках кожуха и днище. График, полученный с помощью датчика и самописца, искажается за счет инерции ударной волны оттеков, которые образуют пики. Следовательно, задачи смешивания оттеков и описание материальных потоков более целесообразно решать с помощью датчиков, установленных в области сегрегатора, а при использовании датчиков, устанавливаемых в кожухе, в их показания необходимо вводить поправки. Исходя из этого, дальнейшая обработка выполнялась на основании функций (4.1), (4.2).
Совместное решение уравнений (4.1), (4.2) позволяет решить некоторые технологические задачи: определение количества оттеков, задачу смешивания оттеков, которое происходит при центрифугировании, нахождение точки ввода пробеливающей воды и момента переключения сегрегатора на отделение второго оттека. Для решения поставленных задач необходимо определить массу первого и второго оттеков, найти массу первого оттека, попадающего при смешивании во второй оттек и наоборот.
Массы оттеков на рис. 4.4. представляют собой площади под соответствующей кривой и могут определяться путем интегрирования функциональных зависимостей (4.1), (4.2). После интегрирования уравнений (4.1), (4.2) были получены уравнения для определения массы первого и второго оттеков (mi, т2) в виде:
Массы первого и второго оттеков (m]c, m2c), попадающих друг в друга при смешивании, находятся также по уравнениям (4.3), (4.4), только с изменением пределов интегрирования: для mjc с момента переключения сегрегатора на отвод II оттека т6 до т7, для т2с с момента подачи воды на пробелку х$ до т6 (рис. 4.4).
Экспериментальные и расчетные данные по определению количества оттеков для разных варей утфеля при меняющейся продолжительности пробеливания приведены в таблице 4.8. Их сравнение свидетельствует об адекватности предлагаемой функциональной модели элемента центрифугирования утфеля I реальным производственным условиям. Анализ результатов таблицы показывает закономерное увеличение масс оттеков с увеличением расхода пробеливающей воды. При этом количество пробеливающей воды определялось из условия получения товарного сахара стандартной цветности при различной кристаллоструктуре утфеля: W = 6,67 + 0,003 at - 6,45 Цв - 0,8 Цв2. (4.5)
В данных, приведенных в таблице 4.8., наблюдается некоторое несоответствие, например по массе первого оттека в опытах №1 и 4, для второго оттека по опытам № 1 и параллельным № 3 и 7, 4 и 8. То же можно отметить и в количествах смешиваемых оттеков. Такое различие объясняется разной массой утфеля, загружаемого в центрифугу, что и обусловило отличающуюся массу первого оттека, а разница по количеству второго оттека объясняется несоответствием подачи пробеливающей воды и загрузки ротора центрифуги.
