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

Вакуум аппарат I кристаллизации

 = 3602,44 т/сут,

Вакуум аппарат II кристаллизации

 = 6385,8 т/сут,

Вакуум аппарат III кристаллизации

= 3364,5 т/сут,

Утфелемешалки

Полная вместимость утфелемешалок

V = 1,2 Vβ , мᵌ,

где Vβ - полезная вместимость наибольшего вакуум-аппарата

соответствующего утфеля, мᵌ.

V = 1,2х40=48 мᵌ,

Полезная вместимость утфелемешалки

Vn = ƒ*V, мᵌ.

где f - коэффициент заполнения.

Нормативы: ƒ = 0,9.

I продукт

 = 0,9х48=43,2 мᵌ.

 продукт

Vn = 0,9х48=43,2 мᵌ.

III продукт

Vn = 0,9х48=43,2 мᵌ.

Кристаллизаторы

Техническая производительность кристаллизаторов горизонтального

Типа.

, т/сут,

где V - общая полная вместимость всех кристаллизаторов, мᵌ;- коэффициент заполнения;

ρ - плотность утфеля при температуре кристаллизации, т/мᵌ; 1,506

а - количество утфеля, % к массе свеклы;- общая длительность кристаллизации, ч.

Нормативы: ƒ = 0,9;

при трёхкристаллизационный схеме Z = 34;

Техническая характеристика утфелемешалки: ПМК-30

Полезная вместимость, мᵌ 30

Частота вращения вала, с¯¹ 0,011

Установленная мощность, кВт 4,6

Потребляемая электроэнергия, кВтч 3,1

Занимаемая площадь, м² 21,45

Габаритные размеры, мм 6100х3100х2720

Масса, кг 8200

 = 2682,5 т/сут,

Утфелераспределители

Техническую характеристику утфелераспределителей принимать по паспортным данным с учётом габарита фронта центрифуг данной группы (с резервом) и из условия

V = (1,5 - 2,0)* Vц , мᵌ,

где V - полная вместимость утфелераспределителя, мᵌ;ц - объём разовой загрузки утфеля в ротор центрифуг данной группы (с резервной), мᵌ.

V = 2,0х2=4мᵌ,

Клеровочные аппараты

Техническая производительность клеровочных аппаратов

А =, т/сут,

где V - полная вместимость аппарата, мᵌ;- коэффициент заполнения;

ρ - плотность продукта, т/мᵌ;

а - количество продукта, % к массе свеклы;- длительность процесса, мин.

Нормативы: для клеровочного аппарата Z = 28; f = 0,9

Клеровочный аппарат II продукта

А == 4906 т/сут,

Клеровочный аппарат III продукта

А == 4322 т/сут,

Центрифуги

Техническая производительность центрифуг периодического действия

, т/сут,

где М - разовая загрузка ротора всех центрифуг данного утфеля , без учёта резервных, принимать по паспортным данным, т;

а - количество утфеля данной кристаллизации, % к массе свеклы;

η - эксплуатационный коэффициент;- длительность одного цикла работы центрифуги, мин.

Нормативы:

Для утфеля I кристаллизации:

при 1000 об/мин. Z = 4,0 мин;

Для утфеля промежуточной кристаллизации

Z = 8,0 мин;

Для утфелей последней кристаллизации

при 1450 об/мин:

при трёх кристаллизациях Z = 16 мин;

Для утфеля I и промежуточной

кристаллизации η = 0,9;

Для утфеля последней

кристаллизации η = 0,8.

Для утфеля I кристаллизации:

 = 4728 т/сут,

Техническая производительность центрифуг непрерывного действия

II продукта

 = 2128 т/сут,

где М - часовая производительность всех центрифуг данного утфеля, без учёта резервных, принимать по паспортным данным, т/час;

а - количество утфеля данной кристаллизации, % к массе свеклы.

Техническая производительность центрифуг непрерывного действия

III продукта

 = 2145 т/сут,

Виброконвейеры для сахара

Техническая производительность конвейеров для сахара-песка под центрифугами

, т/сут,

где В - ширина желоба конвейера, м;

а - количество сахара, % к массе свеклы (принимать по расчету продуктов, но не менее 15 %);- средняя толщина слоя сахара в желобе, м;

ρ - плотность влажного сахара, 800 кг/мᶾ- скорость движения сахара u 0.21 м/с,

Нормативы: h = 0,05 м.

 4682 т/сут,

Сахаросушильная установка

Техническую производительность сахаросушильной установки принимаем по паспортным данным. А= 620т/сут.

Бункера для сахара-песка

Число бункеров следует принимать в зависимости условий компоновки и требований посменного учёта, принимаем 4 штуки.

Техническая производительность бункеров

, т/сут,

где V - полная вместимость всех бункеров, м³;

ρ - насыпная плотность сахара, т/м³;

а - выход сахара, % к массе свеклы ( принимать по расчёту продуктов, но не менее 15 % к массе свеклы );

К - коэффициент запаса, с учётом неполного заполнения объёма бункеров.

Нормативы: К = 1,4.

 626 т/сут,

Установлено 4 бункера по 40 мᶾ каждый.

Весы для расфасовки в мешки сахара-песка из бункеров

К установке принимать весы со средней погрешностью из 10 порций не выше 0,1 %. Техническая производительность упаковочного отделения должна обеспечить упаковку суточной выработки сахара-песка в 2 смены (количество сахара принимать по расчёту продуктов, но не менее 15,0 % к массе свеклы).

Техническую производительность весов принимаем по паспортным данным. Весы Норма-Т производительностью 40мᶾ/час - 4шт

Машины для зашивания мешков

Количество зашивочных мешков принимать равным количеству полуавтоматических весов для сахара, соответственно -4шт

2.4 Описание площадей

Продуктовое отделение I и III кристаллизации находится в кирпичном здании основного технологического цеха и составляет 1130 м².

Отделение включает в себя три этажа с промежуточными площадками, на которых располагаются:

.        Насосный парк, клеровочное отделение III продукта, виброконвейер сырого сахара- отм.0,000 площадью 180м².

2.      Центрифуги, утфелераспределители I и III продуктов, бытовые помещения, слесарная - отм. 3,400 площадью 180м².

3.      Кристаллизаторы III продукта - отм. 5,400 площадью 240м².

4.      Приемная мешалка III продукта - отм. 7,000 площадью 170 м².

5.      Вакуум аппараты I и III продуктов - отм. 11,400 площадью 360 м².

Несущую конструкцию отделения составляют железобетонные колонны, перекрытия произведены плитами ПК, здание покрыто мягкой кровлей, освещение естественное через остекленные окна и искусственное светильниками, имеется центральное отопление и коммуникации холодного и горячего водоснабжения.

Площадка вакуум-конденсаторов находится с торца здания вне помещения и представляет собой сборную металлоконструкцию с лестницами.

Здание II продукта площадью 1242м² пристроено к отделению I и III продукта и основному технологическому цеху, представляет собой несущую металлоконструкцию с закрепленными на ней железобетонными плитами с промежуточными площадками на которых распологаются:

.        Насосный парк, сборники, клеровочная мешалка - отм.0,00 площадью 492 м².

2.      Центрифуги - отм. 4,200 площадью 180м².

3.      Приемная мешалка - отм. 7,200 площадью 210м².

4.      Вакуум - аппараты, сборники оттеков - отм. 13,200 площадью 360 м².

Перекрытия произведены плитами ПК, здание покрыто мягкой кровлей, освещение естественное через остекленные окна и искусственное светильниками.

.5 Описание технологического процесса варки утфеля

Процесс кристаллизации имеет большое значение в сахарной промышленности, т.к. без кристаллизации невозможно получить сахар в чистом и удобном для применения виде. Кристалл является наиболее высокоорганизованным представителем неживой природы. Он характеризуется тем, что его атомы расположены в строгом пространственном порядке. Расстояние между атомами в кристалле являются постоянными и характерными для этого вещества. Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: возникновение кристаллов и рост их до необходимого размера. Если процесс образования кристаллов протекает быстро и непрерывно, то в осадок выпадает большое число мелких кристаллов. Если же в начале процесса образуется небольшое число центров кристаллизации и в дальнейшем процесс протекает без дополнительного образования новых центров, то осадок будет состоять из крупных однородных кристаллов.

При периодическом проведении процесса, если желательно получить однородные по величине кристаллы, целесообразно образовывать, как можно больше центров кристаллизации в начальный момент. Образование центров кристаллизации можно достигнуть путем добавления в кристаллизатор с насыщенным или перенасыщенным раствором необходимого количества зародышей, чаще всего виде раздробленных кристаллов. Зародыши могу образовываться на месте в ходе процесса. Новые центры кристаллизации могут возникать различными путями.

.Образование центров кристаллизации в результате истирания кристаллов находящихся в растворе. При сильном перемешивании кристаллизующейся жидкости от кристаллов могут отламываться не большие куски; дробление кристаллов может также происходить в результате растрескивания под влиянием нагрева. Куски и обломки кристаллов быстро восстанавливают свою первоначальную форму, являются, таким образом, центрами кристаллизации.

.Образование центров кристаллизации в результате механического воздействия.

Энергичное перемешивание, соударения кристаллов в растворе друг с другом или со стенками кристаллизатора, с паровой камерой также могут вызвать образование новых центров.

. Образование центров кристаллизации в результате затравочного влияния кристаллов, уже находящихся в растворе. Этот метод кристаллообразования является, по-видимому, наиболее важным для практики.

. Образование центров кристаллизации в ограниченных зонах раствора в результате локального изменения концентрации. Например, отвод тепла через стенку сосуда приводит к возникновению температурных градиентов вблизи них, что способствует пересыщению раствора; последнее, в свою очередь, ускоряет процесс образования зародышей. Сильному пересыщению концентрации вблизи поверхности раствора и образованию центров кристаллизации способствует и процесс испарения. Процессы образования кристаллов в результате истирания, локального понижения температуры и концентрации раствора нужно по возможности подавлять. Влияние механического воздействия перемешивающих устройств на кристаллизацию зависит от скорости перемешивания, числа и размера кристаллов. Перемешивание необходимо проводить без значительных динамических нагрузок на образовавшиеся кристаллы сахара. Перемешивание оказывает значительно более важный эффект - эффект затравки. Так, например, повышение скорости перемешивания способствует более однородному распределению кристаллов в растворе, что, в свою очередь, увеличивает их затравочное воздействие. Перемешивание повышает скорость образования центров кристаллизации больше, чем скорость роста кристаллов. В большинстве случаев промышленного ведения процессов кристаллизации для получения однородного продукта используют растворы с затравкой. Затравка вносится в момент, когда концентрация раствора достигнет определенного пересыщения ,соответствующая образованию новых зародышей. После первого внесения в раствор затравки, следует избегать дальнейшего образования центров кристаллизации в процессе роста кристаллов. Это дает возможность получить однородные по величине кристаллы.

Скорость осаждения кристаллического материала зависит от поверхности растущих кристаллов и от степени пересыщения раствора. Эта скорость должна быть равномерной по всему объему кристаллизатора и соответствовать скорости удаления растворителя, чтобы степень пересыщения оставалась ниже точки интенсивного образования центров кристаллизации. Рост кристаллов и образование центров кристаллизации идут одновременно и продолжаются на протяжении всего цикла работы вакуум-аппарата. При малых степенях пересыщения раствора рост кристаллов будет проходить быстрее, чем образование зародышей, хотя скорость обеих процессов будет оставаться низкой. Эти процессы в значительной мере зависят от таких факторов, как скорость перемешивания, температура, концентрация, размер и число кристаллов, присутствующих в растворе, наличие примесей и образование центров кристаллизации на поверхностях раздела. Обычно стремятся обеспечить максимальную скорость роста кристаллов, совместимую с низкой скоростью образования центров кристаллизации. Такой процесс проводят при степенях пересыщения, близких к зоне резкого возрастания скорости образования центров кристаллизации, т.е. приблизительно там, где на кривой скорости образования центров кристаллизации указана точка В (смотри рис. 1).Однако не всегда выгодно работать при таких условиях, т.к. другие факторы могут оказаться более важными.

При степенях пересыщения, соответствующих быстрому возрастанию скорости образования зародышей, имеется тенденция к агломерации, кристаллы значительно менее прочные по сравнению с кристаллами, полученными при производительности, отвечающей меньшей степени пересыщения.

Рассмотрим процесс варки утфеля первого продукта в вакуум - аппарате периодического действия Ж4-ПВА.

При заполнении до 50-55 % объема (уровня) в вакуум - аппарате идет интенсивная циркуляция, теплопередача и процесс уваривания в это время можно назвать оптимальным. Температура утфеля в нижней и верхней части вари имеет близкую по значению величину, перепад составляет не более 5ºC и колеблется от 73 ºC ( низ вакуум - аппарата) до 68 ºC( верхняя часть утфеля). Разрежение верхней части вакуум - аппарата составляет( - 0,8 атм). Скорость кристаллизации невысокая (1500-2000мг(мин./м2). Вязкость сравнительно высокая и не отличается большой разницей по высоте вари. В это время идет процесс первой стадии наращивания кристалла сахара.

При увеличении уровня вари выше 70 % параметры утфеля и процессы начинают резко меняться.

Циркуляция утфеля верхней части ухудшается. Скорость движения утфеля в верхней части постепенно сокращается и становится равной 0,5 см/сек. (см. рис. 5)

За счет повышения гидростатического давления, снижения циркуляции и теплопередачи увеличивается разность температур утфеля в верхней и нижней части вакуум - аппарата. Температура утфеля в нижней части и по всей высоте паровой камеры составляет 98 ºC,а в верхней части вари температура становиться равной 68 ºC (см. рис. 2).

Вязкость утфеля в верхней части при температуре 68 ºC становится максимальной, коэффициент пересыщения межкристального раствора равняется 1,5

В зоне паровой камеры при температуре 98 ºC вязкость утфеля снижается, скорость кристаллизации резко возрастает до 4000мг(мин./м2).Здесь коэффициент пересыщения находится в пределах 1,04-1,06.(см. рис. 3 и рис.4)

Здесь идет образование "муки" т.к. скорость кристаллизации очень большая, а поверхность образовавшихся ранее кристаллов еще не велика.

В верхней части вакуум - аппарата за счет того, что температура утфеля снижается с 98 ºC до 68 ºC, коэффициент пересыщения возрастает с 1,04 до 1,5, идет интенсивный процесс образования "муки".

Циркуляцию утфеля можно разделить на две части:

·        70% в зоне паровой камеры за счет интенсивного кипения (подъем через кипятильные трубы и опускание через циркуляционную трубу, и кольцевое пространство между паровой камерой и корпусом)

Здесь скорость подъема утфеля составляет 20 см./сек., а опускание по циркуляционной трубе - 35 см./сек

·        30% в верхней зоне вакуум аппарата за счет теплового напора и разрежения в верхней части вакуум- аппарата. Здесь скорость подъема утфеля выше уровня 70 % постепенно снижается и составляет в верхней части аппарата- 0,5 см./сек.

В верхней части вакуум-аппарата идет выделение пара из утфеля, утфель густеет, вязкость увеличивается, циркуляция снижается.

Для улучшения процесса циркуляции и снижения пересыщения приходится добавлять в утфель аммиачную воду.

Только в верхней части вари происходит интенсивное выделение тепла и пара из утфеля. Чтобы это компенсировать приходится производить раскачку утфеля.

Чем хуже циркуляция утфеля в аппарате и больше разница температур утфеля в верхней и нижней части, тем больше надо воды на раскачку утфеля, а следовательно и пара на выпаривание этой воды.

Здесь получается замкнутый круг.

Без раскачки утфеля, будет образовываться " мука", а это самый "неприятный" процесс для аппаратчика, т.к. утфель с большим количеством "муки" будет плохо фуговаться.

Процесс раскачки утфеля первого продукта идет в течение второй половины вари и продолжается 1-1,5 часа.

При уровне в 85-90% вводят белую патоку. Белая патока, нагретая до 80-83 ºC имеет значительное количество "муки" и мелких кристаллов сахара, которые будут также ухудшать гранулометрический состав утфеля. Аппаратчик с целью улучшения циркуляции держит вентиль пара максимально - открытым, т.к. пар является главным двигателем процесса циркуляции наряду с максимальным разряжением в вакуум - аппарате.

Поэтому и приходится добавлять воду в утфель для растворения "муки" , чтобы получить ровный кристалл сахара. Иного пути получения более- менее равномерного кристалла сахара при традиционном методе варки утфеля - нет. Все это увеличивает расход пара в 1,5-2,5 раза. Время варки также увеличивается на 40 мин. Необходимо нагревать белую патоку дотемпературы 90-95ºC ,что позволяет сократить водные раскачки.

На рис. 2-5-(→) - движение утфеля в вакуум - аппарате.

3. Индивидуальное задание

Развитие сахарной промышленности требует внедрения в производство достижений науки и техники, совершенствования, интенсификации и оптимизации технологических процессов, разработки нового высокопроизводительного оборудования и систем автоматического управления, повышения технического уровня и эффективности производства. Возрастающий технический уровень развития сахарной промышленности ставит перед работниками производства, научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций важные задачи.

Одной из основных задач сахарного производства является получение качественного сахара в процессе кристаллизации в вакуум-аппаратах. Наряду с созданием высокоэффективных вакуум-аппаратов непрерывного действия для уваривания утфелей первой и последующих кристаллизации необходимо продолжать работы по интенсификации процессов тепло - и массообмена в аппаратах периодического действия, которыми оснащены все сахарные заводы страны, а также по созданию вакуум-аппаратов большой единичной мощности.

Движущей силой тепло - и массообмена в процессе кристаллизации является разность температур и соответствующая ей разность концентраций между равновесной и необходимой концентрацией, обеспечивающей процесс массообмена.

При анализе процессов тепло - и массообмена необходимо учитывать три условия:

условия существования жидкой, кристаллической и паровой фаз;

рабочие условия, определяемые путем задания начальных и конечных концентраций увариваемого продукта и его количеством; кинетику кристаллизации.

Одновременный учет этих условий позволяет выбрать рациональную конструкцию вакуум-аппарата и определить его размеры, а также интенсифицировать процесс тепло - и массообмена в существующих конструкциях аппаратов. Гидродинамическая обстановка, создаваемая в процессе кристаллизации, в свою очередь зависит от конструктивных особенностей аппарата и налагает определенные условия на геометрические соотношения определяющих размеров. Поэтому, если два первых условия процессов тепло - и массообмена могут быть рассмотрены вне связи с конструктивными особенностями аппарата, то последнее условие - кинетика кристаллизации - должно непосредственно увязываться с конкретной конструкцией аппарата.

Кинетика процесса кристаллизации отражает скорость протекания процесса в заданных условиях и позволяет определить коэффициенты массопередачи, которые зависят от гидродинамической обстановки процесса, теплофизических свойств сахарных растворов и утфелей, т. е. от макро - и микрокинетических характеристик процесса.

Сравнение различных способов интенсификации процессов тепло - и массообмена должно производиться на основе одновременного учета массообменных, теплообменных и гидродинамических характеристик с экономической оценкой того или иного метода интенсификации.

Продуктовое отделение, как самый мощный потребитель тепловой энергии на сахарном заводе, с учетом постоянного роста стоимости топлива, вынуждает применять более экономичные тепловые схемы и соответствующие вакуум-аппараты. Суть заключается в том, чтобы перенести большую долю выпаривания воды на выпарную станцию, доведя содержание сухих веществ в сиропе до 72% и выше, а при уваривании в вакуум-аппаратах использовать пар более низкого потенциала. Но при этом интенсивность испарения в вакуум-аппаратах снижается и естественная циркуляция становится недостаточной для удовлетворительного перемешивания утфеля, что является необходимым для процесса кристаллизации. Недостаточную естественную циркуляцию в современных вакуум-аппаратах компенсируют установкой механических циркуляторов различных конструкций, увеличением удельной поверхности нагрева и уменьшением уровня утфеля над греющей камерой. Поэтому новые вакуум-аппараты имеют отличные от старых соотношения геометрических размеров и другие конструктивные особенности.

Рассмотрим процесс циркуляции утфеля в вакуум аппаратах различной конструкции

На рисунке 6. изображено распределение потоков утфельной массы в традиционном вакуум аппарате с подвесной паровой камерой.

(1)-Зона пониженной циркуляции утфеля, которая составляет 30% от общего объема вари утфеля. Утфель имеет температуру 68 С, коэффициент пересыщения α=1,5 , здесь идет процесс интенсивного образования мелких кристаллов сахара (муки).

(2)-Зона повышенной температуры и кристаллизации, составляет 70 % объема вари утфеля. Температура утфеля в этой зоне-98ºС, здесь также идет образование мелких кристаллов сахара.

На рисунке 7. Зона пониженной циркуляции утфеля (1) составляет 20% от общего объема вари утфеля. На рисунке 7,8. Зона интенсивной циркуляции утфеля (2). Здесь скорость движения утфеля за счет циркуляции достегает 6м/сек.

В этой зоне возможно дробление кристаллов сахара, которые могут являться новыми центрами кристаллизации. Эта зона составляет 5-10%. На рисунке 7. Зона циркуляции (3) составляет 70- 75% от общей массы вари. В этой зоне процессы циркуляции и кристаллизации приближаются к оптимальным, но еще далеки до идеальных.

Предлагается внедрить вакуум-аппараты ТВА-40 с механическими циркуляторами производства компании "Техинсервис".

При этом методе циркуляция утфеля в верхней части увеличится в 4 раза по сравнению с традиционным методом. Температура утфеля будет находится в пределах от 85ºC до 90 ºC (для утфеля первого продукта) и 80-85ºС ( для утфеля второго продукта) , т.е. перепад температур уменьшится в 6 раз по сравнению с традиционным методом (см. рис. 2),

Скорость кристаллизации будет находиться в пределах 2500 -2750мг. мин./м2, что является оптимальной скоростью кристаллизации сахара для утфеля первого продукта (см. рис. 3)

Коэффициент пересыщения будет находиться в пределах 1,04-1,1, что позволит исключить пересыщение межкристального раствора и исключить раскачки утфеля. (см. рис. 4)

Скорость движения утфеля в верхней части за счет работы циркулятора и упорядочения движения утфеля возрастет в 6 раз (с 0,5 до 3 см./сек). За счет работы механического циркулятора, возможно сокращение подачи пара в вакуум- аппарат и снижение разряжения до (-0,6 ати). При этом повысить температуру утфеля в верхней части аппарата до 85 ºC, добиться увеличения скорости кристаллизации в 1,5- 1,8 раза и сократить чрезмерно высокую скорость кристаллизации в нижней части вакуум - аппарата (с 3500до 2500) в 1,5 раза.

За счет внедрения вертикальной циркуляции утфеля в вакуум- аппаратах первого и второго продукта увеличится выход кристаллического сахара из утфеля первого продукта на 10 % .

Снизится содержание сахара в кормовой патоке. Вертикальный метод циркуляции утфеля позволяет производить варку утфеля первого продукта на густых сиропах с СВ до 74 %,т.к. исключаются из работы зоны повышенной кристаллизации.

Снизится расход топлива.

Суммарный экономический эффект по внедрению метода вертикальной циркуляции превышает стоимость затрат в 4 раза.

Внедрение вакуум - аппаратов с вертикальной циркуляцией утфеля позволит обеспечить перевод работы продуктового отделения по схеме с двумя продуктами, при этом возможно получить "нормальную" кормовую патоку.

Применение механических циркуляторов кроме энергетических преимуществ, дает технологические улучшения: большая равномерность и процентное содержание кристалла в утфеле, возможность снизить скорость испарения в начальной стадии кристаллизации, для достижения стабильных результатов без водных подкачек при автоматизированной варке, переход в перспективе на непрерывную варку и другие.

Попытки оборудовать существующие вакуум-аппараты механическими циркуляторами без существенных переделок для большинства типов аппаратов реальных результатов не дают.

Таким образом, внедрение экономичных тепловых и технологических схем в продуктовых отделениях действующих сахарных заводов может осуществляться заменой вакуум-аппаратов на новые, либо кардинальной реконструкцией существующих.

Фирма 'Техинсервис' разработала и освоила производство типоразмерного ряда вакуум-аппаратов марки ТВА на 15, 40 и 60 т утфеля с механическими циркуляторами. Аппарат ТВА-40 специально разработан для утфелей первого, второго, и третьего продуктов. Отличительной особенностью этих аппаратов является принцип блочной конструкции, позволяющей без ограничений по габаритам транспортировать аппараты автомобильным транспортом к месту назначения. Кроме того, этот принцип дает преимущества при монтаже аппаратов на действующем предприятии.

Вакуум-аппарат марки ТВА-40 является аппаратом периодического действия и предназначен для уваривания утфелей из сиропа и/или оттеков методом выпаривания растворителя (воды) под разрежением.

Вакуум-аппарат состоит из цилиндрического вертикального корпуса (1) с конической верхней частью, встроенной трубчатой паровой камеры (2) с центральной циркуляционной трубой (3), блюдцеобразного днища (4), механического шестилопастного циркулятора (5), снабженного мотор-редуктором с электроприводом (6), который устанавливается на верхней части ловушки-сепаратора (7). Без фланцевое исполнение корпуса обеспечивает надежное поддержание требуемого вакуума в аппарате при работе. Поступающие на уваривание сироп/оттеки подаются в кольцевой коллектор в днище аппарата, из которого поступают в утфельное пространство аппарата. В нижней части днища установлено устройство для выгрузки уваренного утфеля. Паровая камера снабжена патрубками для подвода пара в межтрубное пространство, оттяжками для отвода неконденсирующихся газов (аммиачная оттяжка), патрубками для отвода конденсата. Ловушка-сепаратор оснащена патрубком для подключения аппарата к вакуумной магистрали. Наблюдение за процессом варки ведется через смотровые стекла. Снаружи на корпусе размещаются пробный кран, люк (лаз), патрубки для подвода пропарки, имеются штатные места для установки приборов КИПиА.

Разработанные аппараты имеют большую удельную поверхность нагрева, позволяют получать более качественный товарный сахар и способствуют достижению хороших энергетических показателей сахарного завода.

Преимущества вакуум-аппаратов ТВА с механическими циркуляторами:

• Возможность использования пара более низкого потенциала (-0,1÷0,35 кгс/см²), уваривание сиропа с СВ>70%;

• Достижение высокого процентного содержания кристалла в утфеле;

• Возможность сокращения времени варки ~ на 30%;

• Возможность непрерывной варки.

Заключение

Среди отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности России свеклосахарное производство, как известно, одно из наиболее высокоиндустриальных и энергоёмких технологических процессов.

Развитие сахарной промышленности на базе отечественного сырья было и остаётся непростой задачей, требующей кроме денежных инвестиций развития научной базы.

Современная оценка состояния свеклосахарного комплекса, показывает, что проблем у российских свекловодов и сахаропроизводителей как и во всем агропромышленном комплексе страны очень много. Главные из них - обеспечить сырьём сахарные заводы, для первых и переработка сахарной свеклы с наименьшими потерями, для вторых.

Основное производство на Мелеузовском сахарном заводе условно делят на отделения:

свеклоперерабатывающее - включает в себя подачу свеклы в завод, с очисткой от примесей, изрезывание свеклы в стружку, получение диффузионного сока.

сокоочистительное - куда входят очистка диффузионного сока фильтрованием, сгущение сока, выпаривание, сульфитирование сока и сиропа

продуктовое - включающее уваривание утфелей, центрифугирование сахара, сушку и упаковку сахара-песка, кристаллизацию последнего продукта.

Кристаллизация имеет большое значение в сахарной промышленности, т.к. без кристаллизации невозможно получить сахар в чистом и удобном для применения виде.

Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: возникновение кристаллов и рост их до необходимого размера. Если процесс образования кристаллов протекает быстро и непрерывно, то в осадок выпадает большое число мелких кристаллов. Если же в начале процесса образуется небольшое число центров кристаллизации и в дальнейшем процесс протекает без дополнительного образования новых центров, то осадок будет состоять из крупных однородных кристаллов.

Движущей силой тепло - и массообмена в процессе кристаллизации является разность температур и соответствующая ей разность концентраций между равновесной и необходимой концентрацией, обеспечивающей процесс массообмена.

При анализе процессов тепло - и массообмена необходимо учитывать три условия:

условия существования жидкой, кристаллической и паровой фаз;

рабочие условия, определяемые путем задания начальных и конечных концентраций увариваемого продукта и его количеством; кинетику кристаллизации.

Одновременный учет этих условий позволяет выбрать рациональную конструкцию вакуум-аппарата и определить его размеры, а также интенсифицировать процесс тепло - и массообмена в существующих конструкциях аппаратов.

Рассмотрев процесс циркуляции и массообмена утфеля в вакуум - аппаратах различной конструкции, сделаем выводы что, за счет внедрения вертикальной циркуляции увеличится выход кристаллического сахара из утфеля первого продукта на 10 % , так как скорость движения утфеля в верхней части возрастет в 6 раз (с 0,5 до 3 см./сек).

За счет работы механического циркулятора, возможно сокращение подачи пара в вакуум- аппарат и снижение разряжения до (-0,6 ати). При этом повысить температуру утфеля в верхней части аппарата до 85 ºC, добиться увеличения скорости кристаллизации в 1,5- 1,8 раза и сократить чрезмерно высокую скорость кристаллизации в нижней части вакуум - аппарата (с 3500до 2500) в 1,5 раза.

В связи с вышеизложенным предлагается предлагается провести техническое перевооружение на Мелеузовском сахарном заводе с заменой вакуум-аппаратов периодического действия с естественной циркуляцией на вакуум-аппараты периодического действия с механическим циркулятором марки ТВА-40 разработанные фирмой 'Техинсервис' специально для утфелей первого продукта.

Преимущества вакуум-аппаратов ТВА с механическими циркуляторами:

• Возможность использования пара более низкого потенциала (-0,1÷0,35 кгс/см²), уваривание сиропа с СВ>70%;

• Достижение высокого процентного содержания кристалла в утфеле;

• Возможность сокращения времени варки ~ на 30%;

• Возможность непрерывной варки.

Литература

1.      Бугаенко И.Ф., Тужилкин В.И. Общая технология отрасли.

2.        Славянский А.А. Сахар: назначение, свойства и производство. - М.: МГУТУ, 2012. - 215 с.

3.      Славянский А.А. Проектирование предприятий отрасли. - М.: "Форум", 2009. - 318 с.

.        Славянский А.А., Малкина В.Д. Технология известково-углекислотной очистки диффузионного сока и её совершенствование в свеклосахарном производстве. -М.: ООО "Полиграф", 2008. - 190 с.

.        Славянский А.А., Щеренко А.П., Орехова И.С. Расчет теплопотребления свеклосахарного завода и подбор основного теплоиспользующего оборудования. - М.: МГУПП, 2008. - 118 с.

Дополнительная литература

1.        Славянский А.А., Щеренко А.П., Орехова И.С. Расчет теплопотребления свеклосахарного завода и подбор основного теплоиспользующего оборудования. - М.: МГУПП, 2008. - 118 с.

2.      Журналы: "Пищевая промышленность", "Хранение и переработка сельхозсырья", "Масложировая промышленность", "Сахар".

.        Ресурсы internet.

Приложение 1

Вакуум-аппарат типа Ж4-ПВА

-конусное днище. 4- верхняя часть 7-корпус 10-паровая камера 13-циркуляционная труба

-опоры 5-подвод пара 8-ловушка 11-подача продуктов 14-оттяжка

-Смотровое окно 6-воздушник 9-подвод пара 12-рорванд 15-клапан 16-спуск конденсата