способ разделения утфеля первой кристаллизации

Формула изобретения

Способ разделения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий подачу его в ротор фильтрующей центрифуги периодического действия, снабженной установленным в нижней части ее корпуса сегрегатором для разделения первого и второго оттеков и устройством контроля момента отделения первого оттека, содержащим чувствительный элемент, связанный с пневмосиловым преобразователем, измерение в процессе разделения утфеля давления первого оттека на чувствительный элемент, промывание кристаллов сахара горячей водой с отделением образующегося при этом второго оттека и сушку кристаллов сахара до влажности 0,8-1,5% к его массе перед выгрузкой из ротора, отличающийся тем, что перед подачей утфеля в ротор его выдерживают в утфелемешалке до достижения температуры 68-72С, при этом промывку кристаллов сахара начинают при достижении давления на чувствительный элемент первого оттека, равного 0,09-0,10 МПа, причем время промывки равно времени отделения первого оттека при расходе воды 0,15-0,22% к массе утфеля в секунду.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно к разделению утфеля первой кристаллизации в фильтрующих центрифугах периодического действия.

Известен способ разделения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий подачу его в ротор фильтрующей центрифуги периодического действия, снабженной установленным в нижней части ее корпуса сегрегатором для разделения первого и второго оттеков, промывание кристаллов сахара горячей водой с отделением образующегося при этом второго оттека, сушку кристаллов сахара до влажности 0,8-1,5% к его массе перед выгрузкой из центрифуги. Расход горячей воды на промывание кристаллов сахара по данному способу составляет 3-3,5% к массе утфеля, а переключение сегрегатора осуществляют через 10-15 секунд от начала промывки кристаллов сахара [Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - М.: Колос, 1998, с.307, 311].

Недостатком данного способа является повышенный расход промывной воды, на практике достигающий более 5-7% к массе утфеля, что соответственно приводит к увеличению общего количества оттеков и продуктов их последующих перекристаллизаций. Повышенный расход промывной вод обусловлен отсутствием контроля за время отделения первого оттека. Если операция промывки сахара начинается до окончания отделения оттека из порового пространства слоя его кристаллов, то для полного вытеснения оставшейся его части потребуется дополнительное количество воды и общий ее расход для обеспечения требуемого качества сахара-песка увеличивается. При этом возрастает не только масса второго оттека, но и уменьшается выход кристаллического сахара из центрифуги. Если начало промывки кристаллов задерживается, то воздух проникает в поровое пространство слоя кристаллов и пленка оттека на их поверхности быстро подсыхает. В этом случае также увеличивается расход промывной воды. Однако улучшить качество сахара-песка не всегда удается в виду сложности смыва с поверхности его кристаллов подсохшей пленки. Кроме того, способ предусматривает большой диапазон по времени (в пределах 10-15 секунд) для переключения сегрегатора, что приводит к смешиванию различных по качеству первого и второго оттеков. Это особенно проявляется при центрифугировании утфеля с хорошим гранулометрическим составом и чистотой более 91,0%, когда промывка кристаллов заканчивается за 12-15 секунд. В результате их смешивания чистота первого оттека повышается с одновременным уменьшением выхода второго оттека, что не всегда положительно отражается на их последующем перераспределении в кристаллизационном отделении и приводит к дополнительным потерям сахара в производстве. Кроме того, данный способ не предусматривает каких-либо температурных требований к утфелю перед его центрифугированием. То есть, по сути не учитывается его вязкость, что также отрицательно влияет на технологические условия центрифугирования утфеля, расход промывной воды и другие показатели этого процесса.

Наиболее близким к предложенному является способ разделения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий подачу его в ротор фильтрующей центрифуги периодического действия, снабженной установленным в нижней части ее корпуса сегрегатором для разделения первого и второго оттеков и работающим в режиме типового центрифугирования, устройством контроля момента отделения первого оттека, содержащим чувствительный элемент, связанный с пневмосиловым преобразователем, измерение в процессе разделения утфеля давления первого оттека на чувствительный элемент, соединенный с пневмосиловым преобразователем, предназначенным для непрерывного преобразования усилия, воспринимаемого чувствительным элементом, в стандартный сигнал в диапазоне 0,02-0,1 МПа и подачи его через электроконтактный манометр в блок управления работой центрифугой, промывание кристаллов сахара горячей водой с отделением образующегося при этом второго оттека, сушку кристаллов сахара до влажности 0,8-1,5% к его массе перед выгрузкой из ротора центрифуги. [Оптимизация работы автоматизированных центрифуг на утфеле I кристаллизации [В.Г.Андреев, А.А.Славянский, А.Р.Сапронов и др. // Сахарная промышленность, 1986, № 8, с.30-33].

Недостатком способа является повышенный расход промывной вод в виду отсутствия четких требования по ее регулированию в зависимости от качества центрифугируемого утфеля и его температуры. Это приводит к дополнительному растворению кристаллов и уменьшению выхода сахара из центрифуги, увеличению общей массы оттеков, потерь сахара и расхода пара при их последующей переработке. Кроме того, переключение сегрегатора в режиме типового центрифугирования, то есть через 10-15 секунд с момента отделения первого оттека, как и в способе-аналоге, приводит к технологически неоправданным условиям смешивания первого и второго оттеков, что также способствует возрастанию потерь сахара в производстве.

Технический результат изобретения заключается в увеличении выхода сахара из центрифуги, уменьшение расхода воды на промывку кристаллов при улучшении их качественных показателей, а также более четкое разделение первого и второго оттеков утфеля первой кристаллизации.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе разделения утфеля первой кристаллизации, предусматривающем подачу его в ротор фильтрующей центрифуги периодического действия, снабженной установленным в нижней части ее корпуса сегрегатором для разделения первого и второго оттеков, устройством контроля момента отделения первого оттека, содержащего чувствительный элемент, связанный с пневмосиловым преобразователем, измерение в процессе разделения утфеля давления первого оттека на чувствительный элемент, промывание кристаллов сахара горячей водой с отделением образующегося второго оттека и сушку кристаллов сахара до влажности 0,8-1,5% к его массе, а перед подачей утфеля в ротор его выдерживают в утфелемешалке до достижения температуры 68-72С, при этом промывку кристаллов сахара начинают при достижении давления на чувствительный элемент первого оттека, равного 0,09-0,10 МПа, причем время промывки равно времени отделения первого оттека при расходе 0,15-0,22% воды к массе утфеля в секунду.

Предложенный способ разделения утфеля первой кристаллизации поясняется чертежом, на котором изображена установка для разделения утфеля первой кристаллизации.

Способ осуществляется следующим образом.

После спуска из вакуум-аппарата утфель первой кристаллизации выдерживают в утфелемешалке до достижения температуры 68-72С перед подачей в ротор центрифуги. Центрифугирование утфеля в интервале этих температур обеспечивает минимальную вязкость его межкристального раствора, что ускоряет отделение первого оттека и способствует уменьшению толщины его пленки на кристаллах сахара, а значит позволяет снизить расход промывной воды и количество образуемого при этом второго оттека. Все это приводит к увеличению выхода кристаллов сахара из центрифуги.

После достижения утфелем температуры в пределах 68-72С его подают в установленный в кожухе 1 ротор 2 центрифуги до достижения заданной толщины слоя и начинают разделение утфеля в поле действия центробежных сил с отделения от кристаллов сахара первого оттека. Отделяемый оттек отбрасывается ротором на чувствительный элемент 3, соединенный с пневмосиловым преобразователем 4 устройства контроля времени отделения первого оттека, установленный в пространстве между кожухом и ротором центрифуги, и на внутреннюю поверхность кожуха, откуда стекает вниз и удаляется из центрифуги при помощи сегрегатора 5 в лоток 6 и далее в сборник первого оттека 7.

Давление, оказываемое отделяемым оттеком на чувствительный элемент 3, преобразуется пневмосиловым преобразователем 4 в стандартный выходной сигнал, изменяющийся по мере его отделения от 0,02 до 0,10 МПа и поступающий через электроконтактный манометр 8 в блок 9 управления работой центрифуги.

В момент отделения основной массы первого оттека и достижения величины его давления на чувствительный элемент пневмосилового преобразователя в пределах 0,09-0,10 МПа начинают промывку кристаллов сахара водой с температурой 80-95С через форсунки 10 под давлением 0,3-0,4 МПа.

Начало промывки кристаллов сахара именно в момент достижения величины давления первого оттека на чувствительный элемент в диапазоне 0,09-0,10 МПа установлено экспериментально. При значении величины давления менее 0,09 МПа содержание оттека в слое кристаллов еще может быть более 8-10% от его массы, что потребует дополнительного количества промывкой воды для его удаления. В том случае, когда давление первого оттека на чувствительный элемент превысит 0,10 МПа, возможно проникновение более холодного воздуха из закожушного в поровое пространство слоя кристаллов, их охлаждение и подсушку пленки оттека на их поверхности, что также потребует дополнительного расхода промывной воды. Увеличение общего расхода воды на промывку кристаллов приводит к уменьшению выхода сахара из центрифуги за счет их растворения, увеличению массы оттеков и потерь сахара в ходе их перекристаллизации.

Длительность промывки кристаллов равна по периоду отделения первого оттека при расходе воды 0,15-0,22% к массе утфеля в секунду. Эти условия также установлены в ходе экспериментальных исследований. В частности, было найдено, что время отделения первого оттека тесно увязано с качеством утфеля и с его ухудшением возрастает с 12 до 22 секунд. Поэтому для получения сахара требуемого качества необходимо пропорционально увеличивать и время его промывки в центрифугах. Установлено также, что при снижении расхода горячей воды менее 0,15% к массе утфеля в секунду не всегда удается полностью удалить пленку первого оттека с поверхности кристаллов сахара и обеспечить его качество в соответствии с требованиями ГОСТ 21-94 на сахар-песок. В том случае, когда расход промывной воды превышает 0,22% к массе утфеля в секунду возрастаемых растворенных кристаллов, уменьшается их выход из центрифуги с увеличением общего количества оттеков в производстве.

Для разделения оттеков сегрегатор 5 переключают на отбор второго оттека через 3-6 секунд от начала промывки кристаллов сахара на лоток 11, оттуда он поступает в сборник второго оттека 12. Этого времени достаточно для отвода из кожуха центрифуги первого оттека и исключения излишнего попадания в него второго оттека. При переключении сегрегатора на отбор второго оттека менее чем за 3 секунды часть первого оттека может попасть во второй и ухудшить его качество. Если переключение сегрегатора на второй оттек будет сделано более чем за 6 секунд, в первый оттек уйдет значительная часть второго оттека, что ухудшает их последующее перераспределение в кристаллизационном отделении и приводит к дополнительным потерям сахара в производстве.

После промывки кристаллы сахара подсушивают в поле действия центробежных сил при частоте вращения ротора 1000 мин^-1 (реально 960 мин^-1) до влажности 0,8-1,5% к массе и выгружают из ротора центрифуги.

Пример. Утфель первой кристаллизации после выгрузки из вакуум-аппарата выдерживают в утфелемешалке до достижения температуры 70С, при этом в нем содержится 92,7% сухих веществ, а его чистота равна 90,8%.

Затем его загружают в ротор центрифуги периодического действия ФПН 1251T при частоте вращения 230 мин^-1 в количестве 750 кг и начинают его разделение при одновременном увеличении частоты вращения до 1000 мин^-1. Так как центрифуга снабжена устройством для контроля отделения первого оттека, то в момент отделения его основной массы и достижения величины давления на чувствительный элемент пневмосилового преобразователя данного устройства, равной 0,095 МПа, начинают промывку кристаллов сахара водой с температурой 80С через форсунки под давлением 0,4 МПа. При этом промывку кристаллов сахара проводят в течение времени отделения первого оттека, равного 17 секунд, при расходе промывной воды из расчета 0,16% к массе утфеля в секунду, а переключение сегрегатора осуществляют через 5 секунд от начала промывки кристаллов.

После промывки кристаллы сахара подсушивают в поле действия центробежных сил при частоте вращения ротора около 1000 мин^-1 до влажности 0,8% к его массе и выгружают из ротора центрифуги при частоте его вращения 115 мин^-1.

Для сопоставления предлагаемого способа с известным определяют общее время цикла центрифугирования утфеля (t, мин), продолжительность операции промывки кристаллов сахара (t’, с), расход воды на промывание сахара (Q, % к массе утфеля) и его выход из центрифуги (К, % к массе утфеля), количество растворившихся в процессе промывки кристаллов сахара (m, % к массе утфеля), а также качественные показатели сахара-песка: цветность (Ц, усл. ед.), мутность (М, физ. ед.), содержание золы (мг/кг) и солей кальция (мг/кг), а также средний размер кристаллов сахара (Ср, мм) и коэффициент их неоднородности (К_н, %)

Помимо этого находят чистоту утфеля (Ч_у) первого (Ч₀₁) и второго (Ч₀₂) оттеков.

Результаты: t=2,92 мин; t=17с; Q=2,72% к массе утфеля; К=49,2% к массе утфеля; m=2,86% к массе утфеля; Ц=0,75 усл. ед.; М=59,7 физ.ед., содержание золы - 226 мг/кг; содержание солей кальция - 15,1 мг/кг; Ч₀₁=81,9% и Ч₀₂=87,8%.

Параллельно осуществляют разделение утфеля первой кристаллизации по известному способу.

Для этого утфель с чистотой 90,8% и содержанием сухих веществ 92,5% сразу после выгрузки из вакуум-аппарата загружают в ротор центрифуги периодического действия ФПН-1251Т при частоте его вращения 230 мин^-1 в количестве 750 кг и начинают его разделение при одновременном увеличении частоты вращения ротора до 1000 мин^-1. В момент окончания отделения первого оттека и достижения величины его давлении на чувствительный элемент пневмосилового преобразователя, равной 0,095 МПа, начинают промывку кристаллов сахара водой с температурой 80С через форсунки под давлением 0,4 МПа. Расход воды устанавливают пробным центрифугированием утфеля сразу при его пуске из вакуум-аппарата. Так как для разделения всей массы утфеля потребуется около 45-50 мин и он успевает охладиться, устанавливают несколько завышенный расход промывной воды, что в данном случае составляет 3,2% к массе утфеля, а продолжительность самой операции промывки кристаллов сахара равнялась 20 секунд. При этом переключение сегрегатора осуществляют по типовой технологии через 10 секунд.

После промывки кристаллы сахара подсушивают в поле действия центробежных сил при частоте вращения ротора около 1000 мин^-1 до влажности 0,8% к его массе и выгружают из ротора центрифуги при частоте вращения ротора 115 мин^-1.

Результаты: t=2,94 мин; t’=20 с; Q=3,20% к массе утфеля; m=3,15% к массе утфеля; Ц=0,5 усл. ед.; М=60,5 физ. ед.; содержание золы - 230 мг/кг; Ч₀₁=82% и Ч₀₂=88,3%.

Таким образом, из приведенных в примере данных видно, что предложенный способ по сравнению с известным позволяет повысить выход кристаллов сахара из центрифуги на 0,4% к массе утфеля, уменьшить расход воды на промывку кристаллов сахара на 0,48% к массе утфеля и количество растворяемого за счет промывки кристаллов сахара на 0,29% при некотором улучшении качественных показателей сахара.

Кроме этого, предлагаемый способ обеспечивает более четкое деление первого и второго оттеков. Если по известному способу разность по чистоте между ними составляет 6,3%, то по предлагаемому только на 5,9%, т.е. на 0,4% меньше, что позволяет улучшить их использование в кристаллизационном отделении.