СПОСОБ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ УТФЕЛЯ В ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЦЕНТРИФУГЕ Российский патент 2003 года по МПК C13F1/06 B04B13/00 

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано при выборе технологического режима процесса центрифугирования утфелей.

Известен способ центрифугирования утфеля в фильтрующей центрифуге, предусматривающий его подачу в ротор, разделение на оттек и кристаллы, их отвод из корпуса центрифуги. Цветность получаемого сахара регулируют количеством воды (0,5-3,5%) и ее температурой (80-90^oС), подаваемой в ротор центрифуги для снижения вязкости межкристального раствора (Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - М.: Колос, 1998, - с.307, 336).

Известно, что от величины вязкости зависит остаточная толщина пленки на поверхности кристаллов сахара, а следовательно, полнота ее отделения, качество получаемого сахара и его цветность. В процессе центрифугирования утфель подвергается значительному обдуванию и охлаждению, что многократно увеличивает вязкость межкристального раствора. При центрифугировании утфеля последней кристаллизации повышается цветность желтого сахара до 65-90 усл.ед. вместо 35 усл.ед., предусмотренная технологическими нормами. При центрифугировании утфеля первой и промежуточной кристаллизаций вязкую пленку межкристального раствора на поверхности кристаллов сахара промывают горячей водой, что приводит к растворению части кристаллов и повышению содержания сахара в оттеках на 5-7%.

Недостатком этого способа центрифугирования утфеля является увеличение цветности кристаллического сахара при отсутствии пробеливания водой или увеличение потерь сахара в оттеке за счет частичного растворения кристаллов водой при пробеливании, что снижает выход сахара.

Технический результат изобретения заключается в повышении производительности центрифуги, увеличении выхода сахара с требуемой цветностью и снижении его содержания в оттеке.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе центрифугирования утфеля в фильтрующей центрифуге, предусматривающем его подачу в ротор, разделение на оттек и кристаллы и отвод их из корпуса центрифуги, дополнительно из корпуса отводят часть воздуха, нагревают его в калорифере, увлажняют паром и подают в ротор для поддержания заданной температуры разделения утфеля. Температуру и количество отбираемого воздуха устанавливают в зависимости от заданного отношения массы отделенного оттека к массе подаваемого утфеля в единицу времени.

Способ поясняется технологической схемой, изображенной на чертеже.

Способ центрифугирования утфеля в фильтрующей центрифуге заключается в следующем.

Исходный утфель (промежуточный или последнего продукта) поступает в центрифугу 1 через питатель 2. В процессе центрифугирования на фильтрующем сите 3 ротора 4 происходит разделение утфеля на оттек и кристаллический сахар. По отводящему патрубку 5 оттек поступает в сборник, откуда направляется на дальнейшую переработку. Полученный сахар через выходное отверстие 6 в днище удаляется из центрифуги.

Крышка и корпус центрифуги выполнены герметичными и покрыты теплоизоляцией для сохранения оптимального температурного режима центрифугирования за счет организации циркуляции воздуха в корпусе.

Центрифуга снабжена патрубком 7 для отвода части воздуха из корпуса, калорифером 8 и подводящим патрубком 9. Для увлажнения циркулирующего воздуха используют увлажняющее устройство 10, выполненное, например, в виде форсунки.

Установлено, что снижение вязкости межкристального раствора путем его нагревания повышает интенсивность отделения оттека и пленки межкристального раствора с поверхности кристаллов сахара. Величину вязкости межкристального раствора определяют по количеству отводимого из центрифуги оттека.

По номограмме вязкости сахарных растворов (Сапронов А.Р. Технология сахарного производства,- М.: Колос, 1998, - с.288) определяют требуемую рабочую температуру процесса. Для поддержания заданной температуры регулируют (вручную или автоматически) количество, температуру и влажность воздуха, отбираемого из корпуса и возвращаемого после нагрева и увлажнения в ротор центрифуги.

В качестве теплоносителя многократно используют часть воздуха (30-90%), отводимого из центрифуги через патрубок 7 в калорифер 8, где его нагревают до требуемой температуры в диапазоне 60-100^oС, а затем увлажняют небольшим количеством пара в увлажняющем устройстве 10 до оптимальной относительной влажности в диапазоне 70-90% и подают через патрубок 9 в центральную часть ротора центрифуги.

Поступающий в ротор горячий и влажный воздух нагревает утфель и частично компенсирует теплопотери в окружающую среду. В то же время циркуляция этого воздуха в центрифуге ограждает утфельную массу от воздействия холодного воздуха помещения.

Горячий влажный воздух нагревает пленку на поверхности кристаллов за счет разницы температур и теплоты, выделяемой при конденсации пара. Поэтому при повышении температуры подаваемого воздуха его влажность снижают в заданном диапазоне. В результате предупреждается подсыхание пленки на поверхности кристаллов и происходит ее частичное растворение конденсатом, что способствует ее лучшему отделению. Сами кристаллы при этом растворяются незначительно. Температуру, влажность и количество подаваемого воздуха изменяют в зависимости от цветности получаемого сахара.

Известно, что производительность центрифуги Q (кг/с или т/ч) определяется массой утфеля, поступающего в ротор на центрифугирование в единицу времени. Выделенная в единицу времени масса оттека G (кг/с или т/ч) зависит от процентного содержания кристаллов сахара в утфеле и качества получаемого сахара (цветности) при заданных условиях центрифугирования. Отношение G/Q указывает на степень разделения утфеля и характеризует качество получаемого сахара, т. е. его цветность. Поэтому для стабилизации качества получаемого сахара необходимо, чтобы выполнялось условие постоянства цветности (ЦВ) и отношения G/Q. Так, для утфеля первого продукта это отношение находится в диапазоне 0,45-0,5, для промежуточного и последнего утфелей - 0,5-0,52. Если в процессе центрифугирования это отношение становится больше или меньше заданного диапазона, то осуществляют изменение количества, температуры и влажности подаваемого в центрифугу циркулирующего воздуха.

Таким образом, регулирование температурного режима процесса центрифугирования осуществляют в зависимости от массы и технологических показателей исходного утфеля, а также от отношения массы получаемого оттека к массе утфеля в единицу времени.

При однородном составе утфеля и стабильной производительности управление процессом центрифугирования сводится к выбору тепловлажностного режима работы.

Центрифуга может быть снабжена системой автоматического регулирования тепловлажностного режима.

Пример 1.

Через питатель 2 в ротор 4 инерционной фильтрующей центрифуги 1 поступает утфель второй (последней) кристаллизации, имеющий следующие показатели:
сухие вещества (СВ) межкристального раствора - 82,5%;
средний размер кристаллов - 0,26 мм;
чистота (Ч_МР) межкристального раствора - 56,2%;
температура (Т) утфеля при загрузке в ротор - 40^oС;
вязкость (μ) межкристального раствора - 6,0 Па•с.

В процессе центрифугирования происходит разделение утфеля на оттек и кристаллы, их отвод из корпуса центрифуги.

В известном способе в процессе разделения температура снижается с 40 до 31^oС за счет обдувания утфельной массы холодным воздухом, поступающим в ротор через щели из помещения. Это приводит к увеличению вязкости межкристального раствора (μ) с 6,0 до 18,0 Па•с. При таком режиме центрифугирования цветность получаемого сахара ЦВ=65 усл.ед., а производительность по исходному утфелю Q=3,2 т/ч. Чистота оттека составляет 56,9%. Разница (ΔЧ) чистоты оттека (Ч_ОТ) и чистоты межкристального раствора (Ч_МР) составляет
ΔЧ=Ч_ОТ-Ч_МР=56,9-56,2=0,7%
Предлагаемый способ предусматривает выбор и поддержание оптимального тепловлажностного режима центрифугирования путем подачи в ротор центрифуги нагретого и увлажненного воздуха, количество и параметры которого регулируют так, чтобы получить заданную рабочую температуру центрифугирования утфеля.

Так, наиболее полное отделение межкристального раствора при отношении G/Q= 0,55 и получение сахара с цветностью ЦВ=35 усл.ед. достигается при вязкости межкристального раствора 1,5 Па•с. По номограмме вязкости сахарных растворов определяют оптимальную температуру процесса - Т=54^oС (Сапронов А. Р. Технология сахарного производства. - М.: Колос, 1998, - с.288). Если качественные параметры утфеля изменятся, то изменится и температура процесса. Температуру нагрева отбираемой из центрифуги части воздуха в калорифере регулируют так, чтобы получить заданную рабочую температуру центрифугирования утфеля. Для этого воздух в калорифере нагревают до 80^oС и увлажняют паром до относительной влажности 85%. При таком режиме центрифугирования и отсутствии разбавления оттека потери сахара в оттеке не превышают допустимые. Разница чистоты оттека и межкристального раствора (ΔЧ) составляет
ΔЧ=Ч_ОТ-Ч_МР=56,7-56,2=0,5%
При автоматическом регулировании показания измерительных приборов: температурных датчиков 11-14, расходомера оттека 15, датчика влажности воздуха 16 и регулятора активной мощности в сети электропривода центрифуги 21 поступают на измерительный блок электронного регулятора 22. Полученная информация сравнивается с заданными значениями, заложенными в программном блоке 23. Если в процессе центрифугирования качественные параметры утфеля (сухие вещества, температура или кристаллоструктура) изменяют заданное отношение G/Q, то в соответствии с заложенной в программном блоке 23 номограммой вязкости сахарных растворов регулируются температура, влажность и количество подаваемого в центрифугу воздуха. Для этого включаются исполнительные механизмы: подачи пара 18 в калорифер 8, подачи пара 19 в увлажняющее устройство 10, подачи воздуха 20 в ротор центрифуги 4. Датчиками 14 и 16 контролируется температура и влажность подаваемого в ротор воздуха. Заданное программным блоком 23 через электронный регулятор 22 соотношение между влажностью и температурой воздуха выдерживается с учетом того, что более высокой температуре соответствует низкая влажность, и наоборот.

Программным блоком 23 предусматривается регулирование тепловых и массовых потоков в процессе центрифугирования. Так, при значительных отклонениях качественных параметров утфеля для сохранения постоянства отношения G/Q и качества (цветности) получаемого сахара электронный регулятор 22 воздействует на исполнительный механизм 17 и приводит в движение шибер питателя 2 через электропривод, чем изменяет производительность центрифуги. Количество поступающего утфеля контролируется регулятором активной мощности 21 электродвигателя центрифуги, а количество оттека - датчиком расходомера 15. Таким образом, заданные программным блоком 23 производительность центрифуги и тепловлажностный режим процесса центрифугирования являются оптимальными для данного утфеля.

Использование предложенного способа управления позволяет повысить производительность центрифуги в 1,75 раза по сравнению с прототипом, снизить цветность получаемого сахара на 30 усл.ед. и уменьшить содержание сахара в оттеке на 0,2%.

Полученные результаты приведены в таблице.

Пример 2.

Утфель второй (последней) кристаллизации центрифугируют в центрифуге периодического действия. Исходный утфель имеет технологические параметры, описанные в примере 1.

В известном способе режим центрифугирования определяется следующими параметрами:
масса одновременной загрузки утфеля в ротор составляет 420 кг;
температура процесса снижается с 40 до 29^oС за счет воздушных потоков, поступающих в рабочую камеру центрифуги из помещения;
вязкость (μ) межкристального раствора повышается с 6,0 до 22 Па•с;
чистота оттека составляет Ч_ОТ=56,9%;
продолжительность рабочего цикла - 25 мин (1500 с);
производительность по утфелю - 1,0 т/ч;
цветность сахара (ЦВ) - 65 усл.ед.

В предлагаемом способе центрифугирования утфель второй (последней) кристаллизации с температурой 40^oС загружают в количестве 420 кг. В ротор подают нагретый в калорифере до 80^oС и увлажненный до относительной влажности 85% воздух. При многократном использовании циркулирующего через калорифер воздуха устанавливается заданный температурный режим процесса, который определяют из номограммы вязкости сахарных растворов. Для межкристального раствора при СВ=82,5% и вязкости μ=1,5 Па•с, при которой наиболее полно выделяется оттек с отношением G/Q=0,52, температура утфельной массы составляет 56^oС. Продолжительность рабочего цикла - 16 мин (960 с); цветность получаемого сахара ЦВ= 38 усл.ед.; чистота оттека Ч_ОТ=⁼56,7%, что меньше на 0,2% известного способа.

Результаты сравнения показателей также приводятся в таблице.

Из представленных в таблице результатов видно, что предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает
снижение цветности получаемого сахара на 27-30 усл. ед.;
повышение производительности центрифуг в 1,5-1,7 раз;
снижение потерь сахара в оттеках на 0,1-0,2%.

Предлагаемый способ применим в сахарном производстве при центрифугировании утфелей разных ступеней кристаллизации и аффинноционного утфеля.

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано при выборе технологического режима и автоматизации процесса центрифугирования утфелей. Предложенный способ предусматривает подачу утфеля в ротор, разделение на оттек и кристаллы и их отвод из корпуса центрифуги. Из корпуса отводят часть воздуха, нагревают его в калорифере, увлажняют паром и подают в ротор для поддержания заданной температуры разделения утфеля. Температуру и количество отбираемого воздуха устанавливают в зависимости от заданного отношения массы отделенного оттека к массе подаваемого утфеля в единицу времени. Использование изобретения позволяет повысить производительность центрифуги в 1,5-1,7 раза, снизить цветность получаемого сахара на 27-30 усл. ед. и уменьшить потери сахара в оттеках на 0,1-0,2%. 1 табл., 1 ил.

Способ центрифугирования утфеля в фильтрующей центрифуге, предусматривающий его подачу в ротор, разделение на оттек и кристаллы и отвод их из корпуса центрифуги, отличающийся тем, что из корпуса отводят часть воздуха и нагревают его в калорифере, увлажняют паром и подают в ротор для поддержания заданной температуры разделения утфеля, при этом температуру и количество отбираемого воздуха устанавливают в зависимости от заданного отношения массы отделенного оттека к массе подаваемого утфеля в единицу времени.