Содержание к диссертации
Введение
1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ПРОЦЕССА
ЭКСТРАКЦИИ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ДИФФУЗИОННЫХ УСТАНОВКАХ 8
1.1. Современные теоретические воззрения на процесс экстракции 8
1.2. Характеристика экстрагента и влияние его состава на процесс экстракции сахара из свеклы и на качество получаемого диффузионного сока 15
1.3. Влияние физико-химических условий процесса экстракции на качество диффузионного сока 19
1.4. Способы и схемы подготовки экстрагента для диффузионных установок 20
2. ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИОННАЯ ОБРАБОТКА ЭКСТРАГЕНТА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА КОЭФФИЦИЕНТ ДИФФУЗИИ САХАРА В СВЕКЛЕ 38
2.1. Методика исследования и лабораторная установка для определения величины коэффициента диффузии сахара в свекле 40
2.2. Численные значения коэффициента диффузии сахара в свекле при различных способах обработки экстрагента 47
2.3. Определение концентрации ионов алюминия в свекловичной ткани и экстрагенте 55
2.3.1. Методы определения концентрации ионов алюминия 55
2.3.2. Определение содержания алюминия в экстрагенте 59
2.3.3. Определение содержания алюминия в свекловичной ткани 60
2.3.4. Взаимодействие ионов алюминия с тканью свеклы 61
Заключение 64
3. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ПРИ
ЭЛЕКТРОЮАГУЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ ЭКСТР АГЕНТА 66
3.1. Определение зависимости доброкачественности диффузионного сока от содержания ионов алюминия в экстрагенте 66
3.2. Исследование качественного состава экстрагента обработанного электрокоагуляцией 75
3.3. Определение микробиологической зараженности экстрагента при электрокоагуляциоиной обработке 82
Заключение 87
4. РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ И АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЮАГУЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСТРАГЕНТА 88
4.1 Определение параметров процесса эле ктрокоагуляцио иной обработки экстрагента 88
4.1.1. Исследование анодного растворения алюминия в разных средах 89
4.1.2. Определение основных режимов работы промышленного электро коагулятор а 90
4.2. Разработка конструкции аппарата для комплексной обработки экстрагента 106
4.3. Пример расчета промышленного электрокоагулятора для сахарного завода производительностью 3000 т переработки свеклы в сутки 114
Заключение 119
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ САХАРА В ДИФФУЗИОННЫХ УСТАНОВКАХ ПРИ ЭЛЕКТРОЮАГУЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ ЭКСТРАГЕНТА 120
5.1. Испытание электрокоагуляционной обработки экстрагента в промышленных условиях . 120
5.2. Качественные показатели работы диффузионных установок при эле ктрокоагуляцио иной обработке экстрагента130
5.2.1. Методика исследований 130
5.2.2. Анализ показателей работы диффузионной установки НДА-25-59 на Лучанском сахарном заводе III
5.2.3. Сравнительная оценка показателей работы диффузионных установок Саливонковского сахарного завода при электрокоагуляционной обработке экстрагента 135
5.2.4. Показатели работы диффузионной установки ДС-І2 на Ракитнянском сахарном заводе при электрокоагуляционной обработке жомопрессовой воды 138
5.3. Исследование кинетики процесса экстракции сахара из свекловичной стружки в колонных диффузионных установках 145
5.З.Г. Методика исследования 145
5.3.2. Исследование массообмена в колонных диффузионных аппаратах с применением экстрагентов об работанных различными способами 152
5.4. Разработка схем электрокоагуляционной обработки экстрагента 157
5.5. Технико-экономическое обоснование способа экстрагирования при электрокоагуляционной обработке экстрагента для сахарного завода производственной мощностью 3000 т свеклы в сутки 165
Заключение 170
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 171
ЛИТЕРАТУРА 174
ПРИЛОЖЕНИЯ 192
- Современные теоретические воззрения на процесс экстракции
- Методика исследования и лабораторная установка для определения величины коэффициента диффузии сахара в свекле
- Определение зависимости доброкачественности диффузионного сока от содержания ионов алюминия в экстрагенте
- Определение параметров процесса эле ктрокоагуляцио иной обработки экстрагента
- Испытание электрокоагуляционной обработки экстрагента в промышленных условиях .
Введение к работе
Актуальность темы. Выдвинутая ХШ съездом КПСС и одобренная майским /1982 г./ Пленумом ЦК КПСС Продовольственная программа СССР на период до 1990 года предусматривает прирост продукции сахарной промышленности за счет увеличения выхода сахара. Это обязывает всесторонне изучать и совершенствовать технологические процессы свеклосахарного производства, одним из которых является экстракция сахара из свеклы. Однако, вследствие, переработки свеклы повышенной загрязненности, недостаточной тепловой обработки свекловичной стружки, несовершенства гидродинамического режима в современных экстракторах, а также из-за использования в качестве экстрагента загрязненных жомопрессовои и барометрической вод допускаются значительные потери сахара в диффузионных установках.
Таким образом, при существующей технологической схеме экстрагирования не обеспечивается достаточно эффективное извлечение сахара из свеклы, а испытанные методы непосредственного воздействия на свекловичную стружку химическими реагентами, паром, электрическим током и другими способами денатурации свекловичной ткани оказались малоэффективными. Поэтому,актуальной является разработка способа повышения эффективности процесса экстракции сахара из свеклы путем дополнительного воздействия на свекловичную стружку специальной подготовки' экстрагента и соответствующего аппаратурного оформления. Именно изучению, разработке и промышленному внедрению процесса экстракции с предварительной электрокоагуляционной обработкой экстрагента посвящена настоящая работа.
Цель работы состоит в разработке способа интенсификации процесса экстракции сахара из свеклы путем электрокоагуляцион-ной обработки экстрагента, исследовании предложенного способа в промышленных условиях и в решении прикладных задач рационального аппаратурного оформления.
Научная новизна заключается в следующем: обоснована целесообразность применения электрона агуляци-онной обработки экстрагента для интенсификации процесса экстракции сахара из свекловичной стружки; экспериментально установлено повышение интенсивности мас-сообмена в процессе экстрагирования при использовании экстрагента, обработанного электрокоагуляционным способом; установлено, что под воздействием ионов алюминия повышается диффузионная проницаемость свекловичной ткани; определены зависимости основных параметров процесса экстракции от содержания ионов алюминия в экстрагенте; установлено бактерицидное воздействие электрокоагуляци-онной обработки экстрагента на процесс экстракции, что способствует уменьшению неучтенных потерь сахара; разработан способ и аппаратурное оформление для обработки экстрагента с целью интенсификации процесса экстракции, защищенные авторским свидетельством № 523933.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Выводы и предложения диссертации нашли практическое применение и могут быть использованы для: совершенствования процесса подготовки экстрагента и его аппар атур ного о фо рмле ни я; интенсификации процесса экстракции сахара из свеклы за счет повышения коэффициента диффузии сахара из свеклы и коэффициента массоотдачи; - снижения потерь сахара в процессе экстрагирования, повышения качества диффузионного и очищенного сока, а, следовательно, увеличения выхода сахара.
Суммарный экономический эффект от внедрения разработок на Лучанском и Ракитнянском сахарных заводах составил 46,7 тыс.рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 42-й /1976 г./ и 49-й /1983 г./ научных конференциях КГИПП.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ общим объемом 2,5 печатных листов.
class1 ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ПРОЦЕССА
ЭКСТРАКЦИИ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ДИФФУЗИОННЫХ УСТАНОВКАХ class1
Современные теоретические воззрения на процесс экстракции
К основным требованиям, предъявляемым к процессу извлечения сахара из свеклы ;в современных диффузионных установках, относятся:
- снижение потерь сахара в жоме при номинальной производительности и оптимальных откачках диффузионного сока;
- достижение минимальной величины неучтенных потерь сахара при экстрагировании;
- получение диффузионного сока с высокой концентрацией сухих веществ и доброкачественностью;
- использование в качестве экстрагента жомопрессовой воды и избыточных конденсатов тепловой аппаратуры.
Выполнение этих требований обусловлено в первую очередь тем, насколько интенсивно протекает массообмен при экстрагировании
Вопросами изучения интенсивности массообмена в диффузионных установках непрерывного действия занимались В.М.Лысянекий, С.М.Гребенюк, А.А.Липец, Е.П.Коваль, А.Я.Загорулько, С.Ф.Жигалов, С.Ф.Дронов, Д.Оплатка, К.Вуков, М.Тегзе и многие другие.
Подробный анализ основных работ, посвященных изучению этого вопроса, приведен в монографиях Г.А.Аксельруда 4 , В.МЛы-сянского [85].
Как показано В.М.Лысянским [85], основными факторами, влияющими на интенсивность массообмена в диффузионных аппаратах непрерывного действия, являются:
- размер частиц свекловичной стружки;
- соотношение расхода фаз /откачка/;
- скорость относительного движения фаз;
- удельная нагрузка объема аппарата;
- температура процесса, а также некоторые другие факторы, связанные с качеством сырья, поступающего в переработку .
При исследовании колонных и наклонных двухшнековых диффузионных аппаратов [23,24,26,28,37,49,55,82,97,106,130,138,155, 163] было установлено, что с увеличением размера частиц свекловичной стружки интенсивность массоотдачи возрастает. Так, в наклонных диффузионных аппаратах при увеличении эквивалентного радиуса частиц от 1,45.10 м до 1,9.ГО м коэффициент массоотдачи возрастает от 18.10 м/с до 60.10" м/с.
В ротационных аппаратах при увеличении эквивалентного ра-диуса частиц свекловичной стружки от 1,0.10 м до 1,9.10 м коэффициент массоотдачи увеличивается от 10.10 до 70.10 м/с.
В то же время Л.В.Боткина, А.И.Фельдман, О.В.Стратиенко и др. [28,49] указывают, что в колонных диффузионных аппаратах интенсивность массообмена весьма велика и не зависит от размера частиц свекловичной стружки. Что же касается соотношения расхода фаз /откачки/, то исследованиями С.М.Гребенюка, С.Ф.Дронова, СЖЗВигалова и др. [38,45,47,61] установлено, что интенсивность процесса массоотдачи с увеличением откачки может как возрастать, например, в ротационном аппарате [96,97,130,131], так и уменьшаться в наклонном двухшнековом аппарате [26,78,82,105].
Методика исследования и лабораторная установка для определения величины коэффициента диффузии сахара в свекле
Локальные значения коэффициента диффузии /D / сахара в свекловичной ткани определяли по методике, разработанной в КТИПП [80,81,85,117].
Лабораторная установка, на которой определяли коэффициент диффузии, изображена нарис. 2.2. Она состоит из диффузионной камеры 3, помещенной в термостатированный сосуд 2. Камера снабжена холодильником 4 для поддерживания постоянного соотношения масс взаимодействующих фаз и установлена на встряхивателе I.
Для определения коэффициента диффузии сахара в свекловичной ткани из массы стружки одновременно отбирали девять проб весом по 100 г. Каждые 3 пробы помещали в диффузионные камеры и заливали экстрагентом, подготовленным различными способами:
- в первую камеру заливали воду, подкисленную сернистой кислотой до рН 5,8-6,2;
- во вторую - обработанную сернокислым глиноземом до рН 5,8-6,2;
- в третью - обработанную воду в лабораторном электрокоа-гуляторе в течение 5 мин. при плотности тока 80 А/м и подкисленную до рН 5,8-6,2.
Количество экстрагента в каждой камере составляло 215 г, температура во всех опытах была одинакова и выдерживалась в пределах 40, 60 и 70С. Опыты проводили в указанных условиях з связи с тем, что этот диапазон рН и температур соответствует реальным условиям экстрагирования в промышленных условиях
Несмотря на то, что при температуре 40С экстракция сахара затруднена и происходит только из разрушенных клеток поверхностного слоя частицы свеклы, в промышленных наклонных двухшне-ковых аппаратах такая зона занимает значительное место по длине аппарата. Поэтому представляло интерес определить коэффициент диффузии сахара в свекле при температуре 40С и разных способах , подготовки экстрагента. Процесс экстракции проводили в течение 60 мин. Через каждые двенадцать минут стружку отделяли от экстрагента и определяли содержание сахара в нем, а в диффузионную камеру снова заливали 215 г экстрагента, подготовленного таким же способом.
class3 КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ПРИ
ЭЛЕКТРОЮАГУЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ ЭКСТР АГЕНТА class3
Определение зависимости доброкачественности диффузионного сока от содержания ионов алюминия в экстрагенте
Для определения зависимости между доброкачественностью диффузионного сока и содержанием ионов алюминия в экстрагенте нами была разработана лабораторная установка /рис. 3.1/, которая включает в себя электрокоагулятор 3, выпрямитель I типа ВУ-42/70 и термостат. Электрокоагулятор /рис. 3.2/ представляет собой блок алюминиевых пластин 2 толщиной 3 мм и общей поверхностью 7872 см . Пластины соединены между собой болтом 3, изготовленным из электроизоляционного материала. Между пластинами установлены изолирующие прокладки 6 толщиной 10 мм, с помощью которых выдерживаются равные межэлектродные промежутки. Блок пластин устанавливается в термостатированном корпусе I емкостью 5,5 л с помощью кронштейна 4. В нижней части корпуса вмонтирован патрубок 7 для вывода обработанного экстрагента.
Для поддержания постоянной температуры жидкости во время ее обработки корпус электрокоагулятора снабжен водяной камерой, которая подключается к термостату»
Экстрагент в электрокоагулятор вводится без предварительной обработки или после подкисления его углекислым газом, сернистым ангидридом или сернистой кислотой до рН 5,8-6,0, а также подогрева до 45-70С с целью приближения условий экспериментов к технологическим параметрам процесса подготовки экстрагента.
Методика исследований заключалась в обработке экстрагента в эле ктрокоагуляторе в течение определенного времени и обогащении его ионами алюминия до необходимой концентрации.
Определение параметров процесса эле ктрокоагуляцио иной обработки экстрагента
Для экстрагирования сахара из свекловичной стружки применяются одновременно три вида экстрагента: барометрическая вода, жомопрессовая вода:и аммиачные конденсаты,
В связи с различным химическим составом каждого экстрагента возникает необходимость обработки их при различных технологических режимах, а также необходимость обработки смеси этих экст рагентов с последующей совместной подачей их в диффузионную установку.
Возможность совместной подачи в диффузионную установку всех трех видов экстрагента в смеси была теоретически обоснована В.М.Лысянским, А.АЛипецом и А,И.Фельдманом [29,30,85], Ими было показано, что при возврате жомопрессовой воды в любую точку хвостовой части аппарата в пределах до 10$ его длины могут быть получены примерно одинаковые потери сахара в жоме.
В дальнейшем эти теоретические разработки получили практическое подтверждение при испытаниях и эксплуатации схемы комплексной подготовки экстрагента с применением сернокислого глино зема на Сатановеком сахарном заводе [31] Нами проведены экспериментальные исследования процесса электрокоагуляциоиной обработки каждого из указанных видов экстрагента в отдельности и в смеси.
Испытание электрокоагуляционной обработки экстрагента в промышленных условиях
В соответствии с определенными в лабораторных условиях параметрами процесса нами были разработаны и испытаны три схемы электрокоагуляционной подготовки экстрагента на Саливонковском, Лучанском и Ракитнянском сахарных заводах В технологическую схему Лучанского сахарного завода /рис 5.1/ был вмонтирован полупромышленный электрокоагулятор /рис. 5#2/, который представляет собой четыре блока алюминиевых пластин, помещенных в корпус с перегородками, обеспечивающими последовательный поток обрабатываемой воды вдоль пластин блоков.
Каждый блок состоит из 24 пластин размером I000x1000 мм, соединенных попарно электросваркой с промежутками между ними 10 мм, что обеспечивает оптимальную скорость движения обрабатываемой воды вдоль пластин до 0,1 м/с, которая была определена в результате исследований [і 88], а также обеспечивает оптимальное время обработки согласно наших лабораторных исследований [і II] . На пластины электро коагулятора подавалось напряжение до 86 В переменного тока от трансформатора при плотности тока до 80 А/м , что обеспечивало выход алюминия в обрабатываемую воду 0,0045$ к массе свеклы. Согласно существующей схемы на Лучанском сахарном заводе в качестве экстракционной жидкости для диффузионной установки использовалась жомопрессовая, барометрическая и аммиачная вода.
