Курсовая работа (т): Изучение процесса варки утфеля I продукта в вакуум - аппаратах периодического действия

В сокоочистительном отделении из диффузионного сока удаляется около 1/3 несахаров, остальные несахара вместе с сахарозой поступают в продуктовое отделение, где большая часть сахарозы выкристаллизовывается в виде сахара-песка, а несахара остаются в межкристальном растворе.

Выход сахара на 75% зависит от потерь сахара в мелассе. Потери в продуктовом отделении определяют технико-экономические показатели завода. Качество сахара прямо связано с потерями его в мелассе. Задачей оптимизации технологического процесса является выбор между глубоким истощением мелассы и качеством песка.

Задача получения сахара стандартного качества решается с помощью многоступенчатой кристаллизации с наименьшими потерями.

2.1 Описание продуктового отделения

На Мелеузовском сахарном заводе внедрена и действует классическая трехпродуктовая технологическая схема без аффинации желтого сахара.

В достоинство трехпродуктовой схемы можно включить более высокий выход и высокое качество получаемого товарного продукта. От прочих схем она отличается прямоточностью, существует один рециркуляционный контур - возврат клеровки.

Исходным сырьем для продуктового отделения является сульфитированная смесь сиропа с клеровкой сахаров II продукта кристаллизации и сахара III продукта с чистотой не менее 92%.

Из этой смеси в вакуум-аппаратах I продукта уваривают утфель I кристаллизации до массовой доли сухих веществ 92-93%, при этом содержание кристаллов в утфеле составляет 55%.

Уваривание осуществляют в вакуум-аппаратах периодического действия Ж4-ПВА, поэтому после уваривания утфель выгружается в буферную промежуточную емкость приемной мешалки-распределителя. После выгрузки аппарат пропаривается экстра-паром I корпуса выпарной установки и пропарка направляется в приемную мешалку, где при смешивании с утфелем растворяется около 2-3% кристаллов. Утфель центрифугируют с температурой 70-75°C, при этом используются центрифуги ВМА-1200 и Zangerhausen. При фуговке отделяется два оттека. На первой стадии выделяется I оттек , который направляется в сборник под центрифугой и перекачивается в сборник перед вакуум-аппаратами, для создания запаса на уваривание утфеля II продукта.

По окончании отделения I оттека в ротор центрифуги подается горячая вода в количестве 3.0-3,5% по массе сахара, проводится пробелка сахара и выделяется II оттек утфеля I кристаллизации, который направляется в сборник под центрифугами, а затем перекачивается в сборник перед вакуум-аппаратами, где создается запас для уваривания утфеля II продукта.

Разность чистоты оттеков должна быть 5-7 единиц.

После центрифуг сахар-песок влажностью 0.8-1.8% подают виброконвейером к элеватору. Влажный сахар поднимается элеватором и попадает в сушильную часть установки, где высушивается горячим воздухом с температурой 105°C. Сушка производится в прямотоке, что позволяет не превышать критическую температуру разложения сахарозы которая составляет 85°С. Охлаждение сахара осуществляется в противотоке, температура сахара понижается до 20°С.

Целью сушки сахара-песка является удаление поверхностной влаги и обеспечение длительного хранения кристаллического сахара.

Высушенный и охлажденный сахар-песок подается на виброконвейер с ситом, где отделяются конгломераты и мелкие фракции. После рассева сахар-песок направляется в бункера, находящиеся в упаковочном отделении, из которых затаривается в мешки, взвешивается, зашивается и ленточным транспортером направляется в склад на хранение.

Уловленную циклонами сахарную пыль, а также комочки сахара с виброконвейера и из сушильного барабана растворяют в очищенном соке и подают в клеровочные мешалки.

I и II оттеки используются для уваривания утфеля II продукта. В процессе уваривания в начале в вакуум-аппарат забирается белая патока и в конце зеленая патока. Утфель II продукта уваривают до массовой доли сухих веществ 93-94%, при этом содержание кристаллов в утфеле достигает 45%. Используют вакуум-аппараты периодического действия Ж4-ПВА.

После уваривания утфель выгружают в приемную мешалку. Вакуум-аппараты пропаривают экстра-паром I корпуса, пропарку направляют в приемную мешалку, Из приемной мешалки утфель II кристаллизации с температурой 70-75°С направляют на центрифугирование. Для этого используются центрифуги ФПИ-1231 непрерывного действия с коническим ротором. Оттек собирается в сборнике под центрифугами, а затем перекачиваются в сборник перед вакуум-аппаратами, для создания запаса для уваривания утфеля III продукта.

Желтый сахар II продукта шнеком направляют в клеровочную мешалку, где растворяют соком II сатурации.

Клеровка с массовой долей сухих веществ 65-72% направляется в сборник сиропа после выпарной установки, где смешивается с сиропом и направляется на сульфитацию, а затем используется для уваривания утфеля I.

Из I и II оттеков II продукта уваривают утфель III кристаллизации в вакуум-аппаратах Ж4-ПВА периодического действия до значения массовой доли СВ=93-94%, при этом содержание кристаллов в утфеле 35-37%. Дальнейшее сгущение и кристаллизация в вакумм-аппаратах невозможна, так как вязкость утфеля становится чрезмерно высокой, но межкристальный раствор утфеля в вакуум-аппаратах недостаточно истощен. Чистота раствора составляет 65-67%. Из него еще можно выделить сахарозу. Истощение раствора считается нормальным, когда чистота его уменьшается до 55-58%. т.е. для дальнейшего истощения необходимо провести второй этап кристаллизации утфеля III продукта методом охлаждения - для этого утфель выгружают в приемную мешалку утфеля III продукта.

Вакуум-аппараты пропаривают экстра-паром I корпуса выпарки, пропарка направляется в приемную мешалку и перемешивается с утфелем. Из приемной мешалки утфель направляют в батарею кристаллизаторов с змеевидной поверхностью охлаждения, при движении по кристаллизатору температура утфеля уменьшается с 70°С до 35°С. За счет уменьшения растворимости сахароза выделяется из раствора на поверхности кристаллизатора, за счет этого чистота межкристалльного раствора уменьшается примерно на 10 единиц с 65 до 55%, а содержание кристаллов в утфеле повышается с 35-37% до 44-48%. Из последнего кристаллизатора утфель непрерывно подается в утфелераспределеитель. В утфелераспределителе осуществляется подготовка утфеля III продукта к центрифугированию методом подогрева, раскачки при подогреве с 30-35°С до 40-45°С, при раскачке температура постоянна.

Разделение утфеля III кристаллизации осуществляется в центрифугах непрерывного действия ВМА К-2300. При центрифугировании выделяется один оттек. Желтый сахар III продукта выгружается и шнеком подается в клеровочную мешалку, где растворяется с желтым сахаром II продукта сульфитированным соком II сатурации.

Меласса - отход производства, взвешивается и направляется в мелассохранилище.

2.2 Продуктовый расчет отделения

Технологическая схема продуктового отделения трехпродуктовая без аффинации желтого сахара последнего продукта. Из сиропа и клеровок сахара II и III продуктов уваривают утфель I продукта. В результате центрифугирования получают белый сахар и два оттека. Часть I оттека I продукта поступает на аффинацию желтого сахара III продукта. Остальное количество I оттека I продукта и весь II оттек поступают на уваривание утфеля II продукта. В результате центрифугирования получают желтый сахар II продукта и два оттека II продукта. Оба оттека и оттек от аффинации желтого сахара III продукта направляют на уваривание утфеля III продукта. При центрифугировании получают мелассу и неаффинированный желтый сахар III продукта. Желтый сахар III продукта клеруют вместе с сахаром II продукта фильтрованным соком II сатурации, а клеровку присоединяют к сиропу нетто.

Сироп получают из очищенного сока.

Принимаем, что при выпаривании теряется 0,03 кг сахара, а содержание СВ повышается до 65%. В сиропе нетто содержится:

сахара: 16,95 - 0,03 = 16,92 кг;

сухих веществ: 18,19кг;

несахаров: 18,19 - 16,92 = 1,27 кг.

Масса сиропа равна  =28кг.

В процессе выпаривания удаляется воды: 119,92 - 28 = 91,92% к массе свеклы. Состав сиропа нетто:

Сх = 60,45%;

СВ = 65%.

Чистота сиропа: Ч = =93,0.кристаллизация

В начале производства, когда возвратов еще нет, утфель I кристаллизации уваривают из сиропа нетто. В нем содержится: сахара 16,92кг, сухих веществ 18,19 кг, несахаров 18,19 - 16,92 = 1,27 кг.

При СВ = 92% масса утфеля равна

Состав утфеля I кристаллизации: Сх =

СВ = 92%.

Чистота утфеля: Ч =

В утфеле содержится 19,77 - 18,19 = 1,58 кг воды. Пусть при температуре 75ºС коэффициент пересыщения межкристального раствора равен 1,06.

Растворимость сахара при этой температуре - 3,477.

Следовательно, в растворенном состоянии в утфеле находится

1,58 ∙ 1,06 ∙ 3,477 = 5,814 кг сахара.

В виде кристаллов в утфеле содержится сахара 16,92 - 5,814 = 11,106 кг, т.е.

В межкристальном растворе содержится

сахара: 5,814 кг;

несахаров: 1,27 кг;

сухих веществ: 5,814 + 1,27 = 7,084 кг.

Масса его равна 7,084 + 1,58 = 8,664 кг.

Принимаем, что при центрифугировании на кристаллах сахара остается 20% межкристального раствора, а 80% поступает в I оттек.

В I оттеке содержится:

сахара: 5,814 ∙ 0,8 = 4,651 кг;

сухих веществ: 7,084 ∙ 0,8 = 5,667 кг;

несахаров: 1,27 ∙ 0,8 = 1,016 кг.

При спуске из вакуум-аппаратов утфель обрызгивают водой. Расход воды составляет 0,3% к массе утфеля, т.е

Масса межкристального раствора перед центрифугированием равна 8,764 ∙ 0,8 = 7,011 кг. Состав I оттека (анализ):

Сх = ;

СВ = ;

Ч =

Пробеливание утфеля производится водой, ее берут 3% к массе утфеля, т.е.

Пусть при пробеливании каждым килограммом воды растворяется 2,4 кг сахара. Часть воды остается на кристаллах сахара, который поступает на сушку.

Принимаем, что в белый оттек поступает 68% использованной для пробелки воды, т.е. 0,494 ∙ 0,68 = 0,336 кг. При пробеливании растворится кристаллов 0,336× 2,4 = 0,806 кг.

Во II оттеке I продукта содержится:

сахара: (5,814 - 4,651) + 0,806 = 1,969 кг;

сухих веществ: (7,084 - 5,667) + 0,806 = 2,223 кг;

несахаров: 1,27 - 1,016 = 0,254 кг.

Масса его равна: (8,754 - 7,011) + 0,806 + 0,336 = 2,892 кг.

Состав II оттека I продукта:

Сх =

СВ =

Чистота оттека: Ч =

В белом сахаре содержится 11,106 - 0,806 = 10,3 кг сахара.кристаллизация

Утфель II продукта уваривают из II и I оттеков утфеля I продукта.

В утфеле содержится

сахара: 4,651 + 1,969 = 6,620 кг;

несахаров: 1,016 + 0,254 = 1,27 кг;

сухих веществ: 5,667 + 2,223 = 7,890 кг.

Чистота смеси оттеков, она же и доброкачественность утфеля II продукта, составляет: Ч .

Содержание несахаров в утфеле на 1 кг воды выражается уравнением

Нс =

Принимаем чистоту межкристального раствора равной 75,7%. Тогда при коэффициенте пересыщения 1,25

Нс ,

где: 3,477 - растворимость сахара при температуре утфеля.

СВ =

Масса утфеля:

В утфеле содержится 8,816 - 7,89 = 0,926 кг воды, в которой растворено 1,25 ∙ 3,477 ∙ 0,926 = 4,019 кг сахара. В виде кристаллов в утфеле содержится сахара: 6,620 - 4,019 = 2,601 кг, или 29,5% к массе утфеля

Состав утфеля II кристаллизации: Сх = 75,1%;

СВ =93,3%.

Чистота утфеля: Ч = 83,9.

В межкристальном растворе содержится

сахара: 4,019 кг;

сухих веществ: 4,019 + 1,27 = 5,289 кг.

Масса его равна: 5,289 + 0,926 = 6,215 кг.

При спуске из вакуум-аппарата утфель опрыскивают водой. Расход воды - 0,3% к массе утфеля, т.е.  0,040кг. Масса межкристального раствора перед центрифугированием равна 6,215 + 0,040 = 6,255 кг.

Принимаем, что на кристаллах после центрифугирования остается 20% межкристального раствора, а 80% его поступает в I оттек.

В I оттеке содержится

сахара: 4,019 ∙ 0,8 = 3,215 кг;

несахаров: 1,27 ∙ 0,8 = 1,016 кг;

сухих веществ: 5,289 ∙ 0,8 = 4,231 кг.

Масса оттека II продукта равна 6,255 ∙ 0,8 = 5,004 кг.

Состав I оттека:

Сх = 64,3%;

СВ = 84,5%.

Чистота I оттека: Ч = 76,0.

При расходе воды на пробеливание 2% к массе утфеля и при условии, что в каждом килограмме ее растворяется 2,4 кг сахара, расход воды на 100 кг свеклы будет равен  0,176кг; в ней растворится 2,4 ∙ 0,176 = 0,422 кг кристаллов сахара.

Во II оттеке содержится

сахара: (4,019 - 3,215) + 0,422 = 1,226 кг;

сухих веществ: (5,289 - 4,231) + 0,422 = 1,480 кг;

несахаров: 1,27 - 1,016 = 0,254 кг.

Масса его равна (6,255 - 5,004) + 0,422 + 0,176 = 1,849 кг.

Состав II оттека:

Сх = 66,3%;

СВ = 80%.

Чистота II оттека: Ч = 82,9.

Принимаем, что при центрифугировании на кристаллах желтого сахара

остается 50% II оттека.

Во II оттеке, отделенном на центрифуге, содержится:

сахара ;

сухих веществ:  0,740кг;

несахаров: 0,127кг.

Масса его равна 0,925кг.

В желтом сахаре II продукта содержится сахара: (2,601 - 0,422) + 0,613 =2,792 кг;

несахаров: 0,254 - 0,127 = 0,127 кг;

сухих веществ: 1,480 - 0,740 + (2,601 - 4,22) = 2,919 кг.

Масса желтого сахара равна (2,601 - 0,422) + (1,849 - 0,925) = 3,103 кг.

Состав желтого сахара:

Сх = 90,1%;

СВ = 94,2%.

Чистота желтого сахара: Ч = 95,7.кристаллизация

Утфель III продукта уваривают из I и II оттеков II продукта. В утфеле содержится:

сахара: 3,215 + 0,613 = 3,828 кг;

сухих веществ: 4,231 + 0,740 = 4,971 кг;

несахаров: 1,016 + 0,127 = 1,143 кг.

Чистота утфеля III продукта Ч= 77,1.