Вакуум-конденсационная установка

Вторичный пар из вакуум-аппарата и конденсатора выпарной установки конденсируется с помощью холодной воды в конденсаторах. Решением научно-технической конференции сахарной промышленности во всех видах проектов применяется общая ВКУ для выпарки м вакуум-аппаратов и отдельная для вакуум-фильтров. Как правило, ВКУ для выпарки и вакуум-аппаратов состоит из двух конденсаторов: предконденсатора, на который поступают пары выпарной установки и вакуум-аппаратов второго и третьего продуктов, и основного конденсатора, на который поступают вторичные пара аппаратов первого продукта. На предконденсатор поступает холодная речная вода. После конденсации пара получаемая в предконденсаторе барометрическая вода используется для питания диффузионной установки. В основной конденсатор поступает оборотная вода, получаемая в этом случае барометрическая вода направляется на охладительную установку (градильня или брызгальный пруд) и вновь используется в основном конденсаторе. Как правило, применяются конденсаторы: полочные, противоточные, смешения.

Предконденсатор и основной конденсатор могут работать автономно или часть пара может переходить из предконденсатора может переходить в основной конденсатор, в этом случае они работают последовательно. Приблизительно, общее количество паров с выпарки и от вакуум-аппаратов составляет 25 % к массе свёклы, т.е. нагрузка на каждый конденсатор по 12-12,5 % пара. На конденсацию 1 кг пара расходуется приблизительно 25 кг воды, т.е. в общем случае, на работу всей конденсационной установки требуется 625 % воды к массе свёклы. В целях экономии расхода свежей речной воды, её количество, поступающее на предконденсатор, составляет, как правило, количество барометрической воды, используемое для питания диффузионной установки. Вся остальная барометрическая вода направляется в оборотную систему условно чистых вод первой категории. Как правило, это градильные вентиляторы или пруды с брызгальными установками, и здесь и там происходит охлаждение воды, приблизительно до 16 ºС, и насыщение её кислородом воздуха.

Как правило, в основном конденсаторе величина достигаемого разряжения составляет более 40 мм или 0,82 атм, температура барометрической воды на заводах поддерживается около 40 ºС. Однако в целях экономии температуру этой воды можно повысить до 55 ºС. При дальнейшем увеличении температуры воды при указанном разряжении она вскипает в конденсаторе и получается срыв разряжения. Каждый конденсатор снабжён гидрозатвором, в него входит барометрическая труба и сборник барометрической воды. Длина барометрической трубы не должна быть менее 11 м, а ёмкость сборника воды не менее объёма барометрической трубы. Барометрический сборник, как правило, внутренней перегородкой разделён на два отсека: оборотной воды и барометрической воды.

Забор воды из отсеков нельзя производить с нижней части сборника во избежание срыва гидрозатвора, забор осуществляется только из переливного ящика. Переливные ящики и перегородку в отсеках выполняют таким образом, чтобы не допустить перелива в свежую барометрическую воду оборотной воды.

Основной ненормальностью в работе установки является срыв разряжения или снижение его величины. Это приводит к увеличению температуры кипения в вакуум-аппарате и в конечном итоге к расплавлению готовых кристаллов.

Причины:

недостаточное количество или полное исчезновение охлаждающей воды;

в системе разряжения появились отверстия или трещины, через которые в систему поступает большое количество воздуха;

остановка или выход из строя вакуум-насоса.

В ремонтный период вся ВКУ подвергается тщательному гидроиспытанию на предмет обнаружения и ликвидации трещин или отверстий, через которые возможны подсосы воздуха.

Кристаллизаторы

Сваренный утфель последнего продукта подвергается дополнительному охлаждению от 68 ºС до 35-40 ºС. При этом коэффициент пересыщения межкристального раствора поддерживается на уровне 1,1, в результате чего чистота межкристального раствора снижается в идеальном состоянии на 10-12 единиц. За счёт этого из межкристального раствора выкристаллизовывается дополнительное количество сахарозы. Для этой цели устанавливают несколько кристаллизаторов, как правило, 6.

Утфель поступает в первый кристаллизатор и последовательно по верхним переливным желобам, расположенным в шахматном порядке, движется к последнему кристаллизатору. А навстречу ему движется, нагреваясь от 25-30 ºС до 56-60 ºС, охлаждающая вода.

Кристаллизатор ПМК-30 представляет собой горизонтальный металлический корытообразный корпус, в котором на полом валу закреплены 12 вращающихся пустотелых дисков. Толщина диска 16 мм. Диск имеет секторный вырез, каждый последующий диск с секторным вырезом относительно предыдущего повёрнут на 180 º. На концах секторного выреза каждого диска закреплены перемешивающие лопасти. Назначение секторного выреза – дать возможность движению утфеля из одного конца кристаллизатора в следующий конец. Внутри полый диск с помощью лабиринтовой перегородки разделён на несколько ходов с той целью, чтобы упорядочить движение воды по диску. Скорость вала – 0,65 об/мин, вода в кристаллизатор подаётся под давлением 1,5 атм., полезный объём кристаллизатора 30 м³. выпускают кристаллизаторы объёмом 40 м³.

Охлаждающая вода поступает в полый вал со стороны передней торцевой стенки, доходит до глушки, по трубе выходит в кристаллизатор и попадает в первый охлаждающий диск, из первого во второй и т.д.

Обслуживание кристаллизатора заключается в поддержании уровня утфеля на 150-200 мм ниже верхней кромки перемешивающих устройств; вторым важным условием является контроль за температурой воды, поступающей в каждый кристаллизатор, которую необходимо поддерживать таким образом, чтобы разница в температурах между охлаждающей воды и утфелем в этом кристаллизаторе не превышала 15-20 ºС. Если эта разница будет слишком высокой, то коэффициент пересыщения увеличится выше 1,2-1,25, и в этом случае не растут готовые кристаллы, а появляются новые в виде муки. Эта мука в виде тонкого слоя («шуба») образуется на стенках дисков, снижает коэффициент теплопередачи и ухудшает условия фуговки. Для того, чтобы в случае остановки привода (отсутствие электроэнергии) кристалл не осел на дно кристаллизатора на приводе имеется устройство позволяющее вручную вращать вал с дисками.

Флетчера

В последние годы и зарубежом и в России широкое распространение получили так называемые трубчатые кристаллизаторы, которые представляют собой такой же горизонтальный корпус, в котором на полом валу смонтирована из труб диаметром 60 мм поверхность охлаждения в виде стоек и полукалачей.

Вода поступает с торцевой части кристаллизатора в трубу малого диаметра, установленную в центре полого вала, на котором вращается поверхность охлаждения.

Достоинством кристаллизаторов этого типа является малое удельное сопротивление вращению и развитая поверхность охлаждения, обеспечивающая равномерное охлаждение всех порций утфеля.

Недостаток: охлаждающая вода в каждый кристаллизатор подаётся отдельно.

Существующая схема соединения кристаллизаторов в батарею имеет естественные недостатки, заключающиеся в том, что горячий утфель, сбрасываемый из вакуум-аппарата в первый кристаллизатор, не смешивается с более холодным утфелем, находящемся в кристаллизаторе, и по верхним переходным желобам из-за меньшей вязкости передвигается в последний кристаллизатор, т.е. утфель не получает одинаковой обработки в процессе кристаллизации, поэтому кафедрой ВГТА была предложена и сделана схема соединения кристаллизаторов в батарею по типу вверх-вниз.

За рубежом и у нас в последние годы получили распространение так называемые вертикальные кристаллизаторы, состоящие из двух цилиндрических колонн с коническим днищем высотой 15 и более метров, диаметром 4 м, в которых смонтирована охлаждающая поверхность.

Утфель поступает в верхнюю часть первого кристаллизатора, охлаждаясь опускается вниз и затем насосом перекачивается в верхнюю часть второго кристаллизатора. В нижней части второго кристаллизатора смонтирована поверхность нагрева, с помощью которой утфель для снижения вязкости подогревается перед центрифугированием. В России эти кристаллизаторы до настоящего времени не получили широкого распространения из-за отсутствия конструкции насоса, позволяющего перекачивать утфель с высокой вязкостью на такую высоту.

Кристаллизатор представляет собой аппарат с вертикальным цилиндрическим корпусом (1), встроенной стационарной трубчатой поверхностью теплообмена (2), подвесным трубовалом (3), оснащенным лопастями (4). Привод трубовала (5) включает в себя раму, мотор-редуктор и зубчатую передачу и устанавливается на верхней части корпуса кристаллизатора. По высоте кристаллизатора перемешивающие лопасти чередуются со стационарно установленными трубами поверхности теплообмена, соединенными в секции с индивидуальным подводом теплообменного агента (воды). Трубовал подвешен на хвостовике привода. Нижняя опора установлена в днище корпуса. Для подвода/отвода утфеля, теплообменных агентов и пара, а также соединения нескольких единиц оборудования в батарею, предусмотрены соответствующие патрубки.

Принцип работы:

Из приемной (распределительной) утфелемешалки или выгрузочного устройства вакуум-кристаллизатора непрерывного действия утфель последнего продукта поступает в смеситель “утфель-вода”, где смешивается с водой или оттеком, а далее поступает в верхнюю часть кристаллизатора. Вследствие контакта с поверхностью теплообмена при движении в кристаллизаторе утфель охлаждается, параметры охлаждения поддерживаются согласно технологического регламента. Для подогрева откристаллизованного утфеля перед центрифугированием в соответствующие участки теплообменной поверхности осуществляется подвод горячего теплоносителя (воды).

Оборотная система использования воды для охлаждения кристаллизаторов. В целях экономии расхода воды на охлаждение утфеля в утфелемешалках-кристаллизаторах, а так же во избежание загрязнения внутренней поверхности дисков различными примесями, для охлаждения в батареи кристаллизаторов применяется оборотная система водоснабжения, т.е. холодная вода подаётся в первый кристаллизатор, из него во второй и т.д., а нагретая теплотой утфеля до 56-58 ºС поступает в сборник, из которого насосом подаётся в теплообменник типа вода-вода. Проходит по трубкам этого теплообменника, в межтрубное пространство которого подаётся охлаждённая оборотная вода. Оборотная вода нагреваясь уходит вновь в оборотную систему водоснабжения, а охлажденная вода из кристаллизаторов вновь поступает в первый кристаллизатор, таким образом, в контуре охлаждения утфеля циркулирует одна и та же вода. Кроме того, последний кристаллизатор может работать как в системе охлаждения утфеля, так и в системе его подогрева перед центрифугированием для снижения вязкости утфеля. В этом случае охлаждающая вода подаётся в пятый кристаллизатор, а в поверхность охлаждения шестого кристаллизатора подаётся горячая аммиачная вода. В случае применения кристаллизаторов Флетчера охлаждающая вода подаётся и отводится индивидуально. По окончании производства оставшаяся в дисках вода выпускается с помощью специальных бобышек.

Приёмные мешалки

Перед батареей кристаллизаторов, а так же после вакуум-аппаратов первого и второго продуктов устанавливаются приёмные мешалки, назначение которых принять сваренную в вакуум-аппарате Варь утфеля и удерживать её там в течении её центрифугирования. Второе назначение: распределение сваренного утфеля по утфелераспределителям.

Как правило, для утфелей один и два устанавливаются одновальные мешалки с ленточным перемешивающим устройством. Скорость вращения 1 об/мин. Для утфеля последней кристаллизации – двухвальные тоже с ленточным перемешивающим устройством. Перемешивающее устройство необходимо для того, чтобы предотвратить оседание кристалла на дно мешалки.

Нежелательным явление во время пребывания утфеля в мешалке является его естественное охлаждение, которое может достигать 10-15 ºС, поэтому желательно наружные стенки мешалок изолировать или устанавливать в мешалках небольшие подогреватели в виде змеевика.