DK161676B - Fremgangsmaade til omroering af vaesker, isaer sukkerforstadier, i vakuum ved hjaelp af indblaeste trykluftstroemme - Google Patents

Description

DK 161676 B

- 1 -

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til omrøring af væsker, især sukkerforstadier, som angivet i krav l's indledning, og denne fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte. Herved muliggøres en besparelse 5 af energi under forøgelse af effektiviteten og en bedre gennemførelse af de processer, hvorpå systemet anvendes.

Der opnås et mindre forbrug af energi.

10 En sukkerkogebeholder med mekanisk omrøring plejer at være udrustet med en motor på 20-50 HK, som under afviklingen af kogningen arbejder med 80% af sin nominelle ydeevne, men som ved at fungere i ro og mag i den første del af kogningen frembringer en betydelig reduktion i den elektriske in- 15 stallations cosinus, medens man i den sidste del af kogningen må stole på virkningen af de relæer, som overvåger intensiteten af motorens levetid med hensyn til overskudsforbrug.

20 Under omrøringen med luft vil forbruget pr. sukkerkogebeholder være på 5-6 HK. Der er en forskel på 15-30 HK pr. sukkerkogebeholder i energiforbrug, hvilket ikke er ubetydeligt i en sukkerfabrik, hvis produktion altid er begrænset og næsten altid sparsom.

25

Opfindelsen medfører en mindre investering, idet sukkerko-gebeholderen med mekanisk omrøring næsten altid har en motor med dobbelt vikling, så at den kan arbejde med to forskellige hastigheder i afhængighed af massens konsistens.

30 Bortset fra den højere pris for denne motortype kommer dertil prisen for hastighedsreduktionsudvekslingen, som nødvendigvis er pladskrævende og bekostelig på grund af det betydelige reduktionsforhold, fra 1500 omdrejninger pr. minut til 40-60 omdrejninger pr. minut, som er omdrejnings- 35 tallet for omrøreren.

- 2 -

DK 161676 B

Der kendes indblæsning af trykluftstrømme, især fra USA patentskrift nr. 3.505.111, men forsøg har vist, at anvendelsen af en impulsagtig indblæsning af trykluftstrømmene giver en forbedret økonomi. , 5

Omrøreren er altid et håndværksmæssigt fremstillet emne af kostbart metal, som skal opfylde specifikke og meget skarpe I

betingelser i henseende til kvaliteten af støbningen, og for at den skal være demonterbar i stykker eller dele, som 10 kan indføres på arbejdsstedet, må den være udført med meget omhyggeligt udførte mekaniske komponenter.

Transmissionsakslen i det indre af sukkerkogebeholderen må være kraftig og med stor diameter og med meget god kvali-15 tet af stålet og delt i to eller flere dele, som forenes ved hjælp af mekaniske komponenter, som er bekostelige.

Den må i sukkerkogebeholderens indre have et eller flere lejer, som kræver automatisk afstandssmøring foruden oversprøjtning med vand under tryk til forebyggelse af, at mas-20 sen i sukkerkogebeholderen kommer ind i lejerne, som da hurtigt ville blive ødelagt. Trykvandet, som overrisler lejet, fordampes i sukkerkogebeholderen med deraf følgende dampforbrug.

25 Tillukningen eller forseglingen af lejet, som bærer akslen ved udgangen af sukkerkogebeholderen og i den øverste del, må have perfekt tæthed, hvilket kræver en omhyggelig årlig reparation under fjernelse af reduktionsudvekslingsmekanismen. Dette kræver i den øverste del af sukkerkogebeholde-30 ren en bekostelig afstivning eller et stillads til installation af en fast passage over hver sukkerkogebeholder med omrører, som tillader demontage af reduktionsmekanismen og motoren. En fejl eller et svigt i forseglingen under kampagnen betyder en ukontrolleret luftadgang, hvis reparation 35 sætter den pågældende sukkerkogebeholder ud af drift i mange timer.

- 3 -

DK 161676 B

Alle disse uheldige omstændigheder elimineres gennem den foreliggende opfindelse.

En anden fordel er alsidigheden.

5 I virkeligheden kræver den mekaniske omrøring særlige suk-kerkogebeholdere, som må have et midterhul i deres rørlegeme, hvor man kan anbringe omrøreren, og dampafgang og dråbefanger skal ændres til installation af drivanordnin- 10 9en·

Til gengæld tillader omrøringen af sukkerkogebeholderen med luft og/eller med en del af vanddampen med ringe besvær og minimal investering at afpasse omrøringen til sukkerkogebe-15 holderen til de mest forskellige modeller af rørlegemet: med svømmende cylinder, uden midterhul, med ringformet rum ved periferien, med plan overflade eller med større eller mindre hældning af den øverste rørformede plade osv.

2o Alt dette blot ved at man i hvert enkelt tilfælde studerer formen af sukkerkogebeholderen og indsætningen af injektorerne for luft og/eller med en del vanddamp i de mest egnede punkter til opnåelse af optimal omrøring. Dette forbedrer sukkerkornenes kvalitet.

25

Det er velkendt i enhver sukkerfabrik, at omrøringen af massen medfører en reduktion i antallet af krystalkim og en betydelig forøgelse af størrelsen af enkeltkrystallerne.

Dette betyder en reduktion i indeslutningen af saft mellem 30 krystalkimenes overflader og af tilbageholdelsen af saft i de spidse vinkler eller skarpe hjørner, som de sekundære krystaller danner på krystalkimene sammen med hovedkrystallen, hvilket medfører en reduktion i indholdet af aske i sukkerkrystallerne, som fås med samme sirup i en sukkerko-35 gebeholder med omrøring eller uden omrøring.

- 4 -

DK 161676 B

Det samme sker med sukkerkrystallernes Icumsa-farve. Reduktionen i aske er af størrelsesordenen 35%, og reduktionen i farve på 30% for den her foreslåede fremgangsmåde.

i 5 Ved omrøringen undgås der desuden uanset dennes type punkter med for stor overmætning og dermed dannelsen af falske .

korn under afviklingen af kogningen, hvilket forbedrer ensartetheden af størrelsen af de opnåede korn.

10 Nedenfor kommenteres indvirkningen af denne forbedring på ensartetheden under centrifugeringen, hvilket forøger de opnåede fordele.

Ligeledes opnås der en reduktion af kogetiden og af damp-15 forbruget.

I virkeligheden sikrer omrøringen af kogebeholderne med luft og/eller en del vanddamp en reduktion i kogetiden på over 25 eller 30%. Denne effekt er mere udtalt i sukkerko-20 gebeholdere for det 2. og 3. produkt, altså med lav renhed, hvor dannelsen af bobler i den nederste del af massen aktiverer kogningen og i høj grad forbedrer varmeoverførslen, selv ved meget høj viskositet.

25 i sukkerkogebeholderne kan man anslå, at dampforbruget er af størrelsesordenen 130% af det i dem fordampede vand på grund af varmetabene under massens langvarige ophold i dem.

For hver 1000 ton behandlede roer kan dampforbruget i suk-30 kerkogebeholderne udtrykkes som:

Damp til fordampning og inddampning ...... 107.700 kg

Damp forbrugt under opholdet ............. 32.230 kg

Total .................................... 140.000 kg damp

Hvis der sker en reduktion på 20% i kogetiden, så må der logisk ske en reduktion i forbruget i form af damptab i 35 - 5 -

DK 161676 B

samme forhold, hvilket vil sige, at reduktionen i dampforbruget vil være 8.075 kg.

Til denne dampbesparelse skal lægges den fornødne damp, 5 navnlig ved krystallisationen af produkter med lav renhedsgrad, til fordampning af det vand, som kogeren indfører i sukkerkogebeholderen til opretholdelse af kogningen eller bevægelsen i sukkerkogebeholderen, og som ikke skal anslås, men som det ikke vil være urimeligt at ansætte til 700 kg 10 for hver 1.000 ton bearbejdede roer.

Endnu en fordel er at der skabes større flydenhed i kogenes udvikling. Har man erfaring i kogeapparater, ved man, at skal man fylde et kogeapparat, der ikke har omrøring, 15 hurtigt af hensyn til fabrikkens drift, er det nødvendigt at fylde det "lukket," d.v.s. ret ufortyndet, fra bunden, for hvis man gør det under fortynding, hvorved man får bedre krystaller, så sker der det, at hvis man vil koncentrere, når kogeapparatet er fyldt, så er processen så 20 langsom, at det er vanskeligt at koncentrere koget, og det er så nødvendigt at nedlukke, d.v.s. udtømme, et meget flydende eller lidet koncentreret kog, hvorved der opnås et lavt udbytte i krystaller og en stor mængde melasse.

25 Omrøring, enten med luft eller mekanisk gør det muligt at lukke kogeapparatet i det rigtige øjeblik, hvorved der opnås en stor mængde krystaller og en bedre afmagret melasse.

30 Fra formlen for krystaludbyttet: „ , i.-,..·,, ii- massens renhed - saftens renhed nn % krystaludbytte = -100 - saftens renhed- x 100 ser man, at ved en reduktion fra 79,5 til 78,5 af renheden af saften, idet massen har en renhed på 90,0, går krystal-35 udbyttet fra 51,22% til 53,49%, hvilket vil sige en forøgelse på 4,5% i krystalmængden.

- 6 -

DK 161676 B

Ved at holde koget flydende, dvs. lidet koncentreret, undgår man dannelsen af nye korn, efterhånden som niveauet i sukkerkogebeholderen stiger, hvilke korn senere vil vanskeliggøre centrifugeringen og forøge askeindholdet og farven c- af det opnåede sukker. Der opnås samtidig en reduktion i rumfanget af bundfaldet. i I en hel del af de eksisterende sukkerkogebeholdere tvinges man af nødvendigheden af at dække det rørformede kammer med sirup med henblik på koncentration og krystallisation til at tage et kogningsbundfald, som er alt for stort, hvilket frembringer nogle sukkerkrystaller med alt for stor finhed.

Hvis der findes omrøring, som det anbefales ifølge opfin-•^5 delsen, kan dette bundfald reduceres betydeligt; thi skønt siruppen ikke er i stand til at dække det rørformede legeme helt, så vil den dog gøre det med den næsten konstante indførsel af et rumfang tilskudsluft, som vil bringe massen til at springe på den øverste rørformede 2o plade, hvorved man undgår lokal overhedning og påbrænding, som ville finde sted, hvis der ikke var omrøring.

En så betydelig reduktion i kogetiden tillader i særlige tilfælde en ny arbejdsmåde, som atter gør det muligt at op-25 nå sukkerkrystaller med større størrelse blot ved at bringe en sukkerkogebeholder til at frembringe krystallisation, idet man tager et kogebundfald fra den, som er praktisk taget dobbelt så stort som det normale, og idet man efter krystallisationen og klaringen overfører halvdelen 30 af dette bundfald til en anden beholder og fylder begge sukkerkogebeholdere på samme tid, eller idet man forsinker den ene en smule i forhold til den anden.

Det er bemærkelsesværdigt, at dette letter indføringen af 35 saft.

I kogningen af det første produkt er det normal praksis, - 7 -

DK 161676 B

at man, når niveauet er højt, til sukkerkogebeholderen sætter den saft, som er opnået i de tidligere kogninger, normalt den med størst renhed eller med størst koncentration, hvorved det lykkes at udpine saften og at 5 nedsætte andelen af krystaller i massen, som bliver mere flydende, hvilket letter dens overførsel til centrifugerne.

Men det er også velkendt, at det ikke altid er let at opnå en hurtig inkorporering af saften i resten af massen, idet lo der en tid opretholdes to adskilte faser. Det er i dette tidsrum, at de små krystaller, som altid ledsager saften, vokser. Hvis sukkerkogebeholderen har omrøring med luft og/eller en del vanddamp som ifølge opfindelsen, så vil man, når niveauet af mere flydende fyldmasse stiger i be- 15 holderen, opnå, at blandingen med saft er hurtig, og man kan opnå, at de ganske små krystaller forsvinder. Ved kogningen af produkter med lavere renhed tilsætter man ofte ved kogningens afslutning en saft af endnu lavere renhed for at opnå at udpine den, idet man koncentrerer koget, 2o samtidig med at man fremmer massens grad af letflydenhed. Hurtigheden af inkorporeringen af denne saft er fundamental for opnåelse af optimal udpining.

Der opnås ligeledes en let centrifugering.

25

Det er allerede nævnt ovenfor, at enhver type omrøring i en sukkerkogebeholder, idet den forebygger punkter med for stor overmætning, forebygger dannelsen af falske korn og krystalkim, idet man også opnår, at andelen af enkeltkry-30 staller i massen forøges betydeligt, og derved forøger krystallernes ensartethed.

Idet man overfører denne masse med den største ensartethed af krystallerne til centrifugerne, dannes der en pude 35 eller krystalfiltermasse, hvis åbninger ikke opfanger mindre krystaller, og saften flyder derfor lettere.Dette gør det muligt at forøge mængden af masse pr. centrifuge, hvor- - 8 -

DK 161676 B

tidig afkorter den samlede centrifugeringstid.

Det samme er tilfældet med vaskningerne, som kan afkortes uden forringelse af kvaliteten af det opnåede sukker, hvor-^ ved man reducerer vandmængden og således reducerer den mængde saft, som dannes, endnu mere.

Idet der især henvises til centrifuger af·fabrikatet ASEA, som praktisk taget i tilfælde af Spanien udfører al centri-fugering af masse fra 1. produkt, så har disse en cyklus pr. centrifuge på ca. 145 sekunder. Reduktionen i denne cyklus på 7 sekunder, som er let at opnå under forbedring af ensartetheden af kornene som angivet ifølge opfindelsen, betyder en forøgelse på 5,2% af centrifugeringsydeevnen for 15 hver maskine, hvortil skal lægges, at mængden af masse i hver centrifuge er større.

I tilfælde af kontinuerlige centrifuger, som i dag er udbredte til centrifugering af produkter med lav renhed, til-20 lader den større ensartethed af krystallerne opnåelsen af større kapacitet af maskinen, hvilket giver en større gennemstrømning af massen, medens det opnåede produkt ikke forringes, og man når ikke op på motorens belastningsgrænse.

25

Der opnås tillige et mindre forbrug af vand ved vaskningen af sukkeret. -

Forbedringen i ensartetheden af kornene medfører tillige en 30 reduktion i vaskevandet for sukkerkornene.

Ved centrifugeringen af massen fra det 1. produkt giver fordelingsrøret på ASEA-centrifugerne en gennemstrømning på ca. 73 liter pr. minut. Den blotte reduktion på 2 sekunder 35 i vasketiderne på 14-15, som normalt benyttes, betyder en reduktion på - 9 -

DK 161676 B

x 2 = 2,43 liter pr. turbinecyklus, som ved opløsning af krystallens ydre hinde vil omdannes til 5 1^1" = 12,15 kg saft på 80 Brix.

Da der pr. 1.000 ton roer plejer at være 800 cykler, vil man opnå en reduktion i saften fra det 1. produkt på 800 x 12,15 kg = 9.620 kg saft.

10

Ved centrifugeringen af mellemprodukter (2. produkt, affineret mellemprodukt osv.) kan der opnås en reduktion af vandet i de kontinuerlige centrifuger på ca. 360 liter for hver 1.000 ton roer, og en tilsvarende mængde vil opnås i de centrifuger, som separerer slutmelassen. Idet man udtrykker dette i saft fra mellemprodukterne og i melasse på henholdsvis 83 og 84 Brix, får man: 'Reduktion i saft fra 2. produkt q-py = 2.118 kg saft 20 360

Reduktion i melasse fra 3. produkt g-p-g· = 2.250 kg melasse I dette sidste tilfælde betyder denne mindre mængde melasse med tilnærmelse mere end 0,1 kg saccharose mindre, som går 25 i melassen for hver 100 kg behandlede roer.

En anden fordel består i den mere omfattende formaling i fabrikken.

30 Den betydelige investering, som sukkerafdelingen betyder i en fabrik, gør, at der er mange fabrikker med stor formalings- og fordampningskapacitet, som ser sig nødsaget til at beholde en betydelig del af siruppen i store depoter, så at de, når snifningen af roerne er afsluttet, med store 35 energiomkostninger omdanner denne sirup til krystallinsk sukker.

DK 161676B

- 10 -

Reduktionen i kogetiden for hver sukkerkogebeholder svarer til en tilsvarende udvidelse af sukkerafdelingen og således en forøgelse af kapaciteten i henseende til snitning og behandling af roerne, hvilket medfører en lidet bekostelig 5 form med beskedne midler.

Enhver forbedring af slutproduktet, i dette tilfælde reduktionen i Icumsa-farven og indholdet af aske i sukkeret i forbindelse med den bedre kvalitet af kornene gør det mu-ligt at sælge lettere eller at sælge til en bedre pris.

Til sammenfatning af det hidtil sagte vedrørende omrøringen af sukkerkogebeholderne med komprimeret luft og/eller med en del vanddamp kan følgende vurdering fremsættes: 15 1. Der kræves en middelstor investering i selve installationen, som kan udvides efter betingelserne i hver fabrik med installation af en ny vakuumpumpe og forøgelse 2° af samleorganet, som fører de ukondenserbare gasser fra den barometriske søjle til vakuumpumperne.

2. En reduktion i den forbrugte energi mellem en sukkerko- 2 5 gebeholder med mekanisk omrøring og omrøring med luft efter forbruget i kW.

3. Reduktion af investeringen af størrelsesordenen 2-5 millioner pesetas pr. sukkerkogebeholder ved mekanisk omrøring til en investering på 0,9 - 1,3 ved omrøring med luft og/eller med en del vanddamp alt efter egenskaberne af den installation, som skal udføres.

35 4. Mulighed for omrøring af enhver type sukkerkogebeholder, hvor mekanisk omrøring ikke er nok.

- 11 -

DK 161676 B

5. Reduktion i forbruget af damp på 8.775 kg for hver 1.000 ton roer pr. dag, hvilket, idet man antager en fordampning i kedler på 12 kg damp pr. kg brændstof, damp til opvarmning af sukkerkogebeholderne fra den 2.

5 fordampningseffekt og en brændstofpris på 23 pesetas pr. kg, betyder en besparelse i pesetas pr. dag for hver 1.000 roer på: 8 775 1 —^— x Ϊ2 K 23 = 8.410 pesetas pr. dag.

10 6. Ved bedre udpining af saften med 1 renhedspoint vurderer man i det 1. produkt forøgelsen af krystaller til 4,5%, som går fra 51,22% masse til 53,49%, dvs. en forøgelse på 2,27 kg krystaller pr. 100 kg masse. Dette betyder logisk en reduktion i saft på 2,27/0,785 = 15 2,89 kg saft med renheden 78,5%.

For hver 1.000 ton roer pr. dag vil vi have: 336.000 x 2,89/100 = 9.710 kg saft, „ som lagt til de 9.620 kg, hvormed saften reduceres ved min-20 dre vandforbrug til vaskningen af det hvide sukker, giver 18.330 kg, som ville være omdannet til masse i 2. produkt, hvilket giver ca. 17.100 kg, som atter ville have givet os, med renheder på 83,6% og 69,7% af henholdsvis massen og saften, 46% krystaller og 54/0,80 = 67,5 kg saft af 2. produkt. Omdannet til snitning af 1.000 ton roer pr. dag ville det være:

Reduktion af sukkerkrystaller til gensmeltning 17.100 x 0,46 = 7.860.

Reduktion af 2. produkts saft til indkogning til 3. produkt 17.100 x 0,675 = 11.542.

De sukkerkrystaller, som skal gensmeltes, giver opløst i saft eller vand 7.860/0,70 = 11.228 kg gensmeltet sirup, som ville gå til det 1. produkt og give 8.773 kg masse med 35 90° Brix.

DK 161676B

- 12 -

Dette vil sige, at mængden af masse på 336.000 kg for hver 1.000 ton roer reduceres til 327.270 kg, hvilket vil sige en reduktion på 2,6%. De 11.542 kg saft, som fås mindre, lagt sammen med de 2.188 kg på grund af mindre vandforbrug 5 i det 2. produkt, vil give 13.730 kg saft, som produceres mindre, og som vil give 11.828 kg masse mindre i det 3. produkt ved koncentrering fra 80 til 93° Brix.

Dette vil sige, at de 71.000 kg masse i det 3. produkt, som fremstilles under en antagelse af 71 kg pr. ton bearbejdede roer, vil reduceres til 71.000 - 11.828 = 59.200 kg masse af 3. produkt.

Af denne masse, som produceres mindre, vil vi have opnået, 15 hvis renheden er 73% i massen og 58,0% i slutsaften eller melassen, 35,7% krystaller og 64,3/0,84 = 76,5 melasse, dvs.:

Reduktion af krystaller til affinering fra 3. produkt 11.828 x 0,357 = 4.222.

20 Reduktion af melasse til tanken 11.828 x 0,765 = 9.048.

Idet man til denne mængde melasse lægger de 2.250 kg, hvortil der reduceres ved det mindre vandforbrug i centrifuger-25 ne ved det 3. produkt, vil man få 11.298 kg for hver 1.000 ton roer, som undlader at gå i melassetanken.

Disse beregninger synes optimistiske ved første blik; man har antaget, at alt det vand, som kommer ind i centrifuger-3° ne, opløser sukker og ikke fortynder safterne, men man har ikke medregnet den indflydelse, som reduktionen i produktionen af masse har på de safter, som fås i produktet, med lavere renhed.

Kun ved medtagning af disse får man en generel idé om den betydning, som omrøringen af den masse, som koges i sukker-kogebeholdere med luft og/eller med en del vanddamp, kan - 13 -

DK 161676 B

give i den tekniske balance af resultaterne ved slutningen af en kampagne, som i den sidste ende bestemmer de forbedringer og ændringer, som skal foretages mellem kampagnerne.

5 I hovedsagen består opfindelsen i, at der tilføres en ny erfaring, som ikke kendes til dato på grund af den tilsyneladende uoverensstemmelse, som skyldes, at man aldrig har anset det for gunstigt, at man i et element, hvori der skabes et vakuum til bestemte operationer, indsprøjter luft 10 og/eller en del vanddamp.

I praksis gennemføres opfindelsen ved hjælp af inkorporeringen af passende mekaniske elementer, som er programmeret og underordnet en cyklus og anbragt i bestemte stillinger, 15 som er fordelagtige for kogeapparaterne, idet man fastlægger disse inkorporeringer i materialet, som skal behandles, og gennem impulser af luft og/eller en del vanddamp tilvejebringer elementerne den ønskede intensitet og varighed i omrøringen, hvorved der som en konsekvens af denne omrø-20 ring frembringes en stor hurtighed i fremstillingen af produktet.

Som det fremgår af det ovenfor sagte, har systemet stor alsidighed, idet der ikke er nogen begrænsninger i den meka-25 niske type for anvendelsen, som er mulig i en stor række industrielle processer og i lille målestok til forsøgsprocesser.

De komponenter, som benyttes til indsprøjtningen af luft 30 og/eller luft blandet med vanddamp, samt dens inkorporering i de reaktorer, hvori den benyttes, er enten tilgængelige i handelen eller kan meget let fremstilles, hvilket gør det omhandlede system meget tiltalende at anvende, det er desuden robust og har lang levetid.

35

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til omrøring af væsker, især af sukkerforstadier eller tyksaft, i vakuum, idet der i behandlingsbeholderen dannes flere omrøringsstrømme i saften ved hjælp af fordelt indblæste trykluftstrømme, kendeteg- 5 net ved, at trykluftstrømmene indblæses impulsagtigt i det indre af beholderen gennem et antal dyseagtige injektorer.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 10 ved, at omrøringsstrømmene styres tidsmæssigt eller temperaturmæssigt udefra.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den indblæste luft indføres tangentielt hen 15 over bundproduktet i beholderen.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at der udføres en høj krystallisation og dannelse af et stort bundprodukt i en separat, som forkogekedel tjenen- 20 de kedel, hvorpå en del, især halvdelen af bundproduktet overføres til en anden separat kedel, hvorefter man arbejer med begge kedler samtidig eller med en kun ringe tidsforskel . 25 30 35