Opis patentowy opublikowano: 1986 06 30 132 903 Int CL C13D l/io Twórcy wynalazku: Witold Lekawski, Krzysztof Wójcikowski, Slawomir Peszkowaki Uprawniony z patentu: Przedsiebiorstwo Projektowania i Dostaw Kompletnych Obiektów Przemyslowych "ChemadexM , Warszawa /Polska/ SPOSÓB WYSLADZANIA BURAKÓW CUKROWYCH W DYFUZORZE KORYTOWYM ORAZ URZADZENIE DO STOSOWANIA TEGO SPOSOBU Wynalazek dotyczy sposobu wysladzania buraków cukrowych w dyfuzorze korytowym oraz urzadzenia do stosowania tego sposobu.Znane jest wysladzanie krajanki buraczanej w dyfuzorach korytowych dzialajacych w sposób ciagly i majacych postac pochylego zamknietego koryta1 wzdluz którego ulozone sa dwa równolegle, obracajace sie w przeciwnych kierunkach slimaki, przenikajace sie wza¬ jemnie na czesci obwodu i majace przeciwny kierunek skretu, slimaki te maja za zadanie transportowanie krajanki buraczanej dostarczanej w nizej polozonej czolowej czesci koryta do jego wyzej polozonej czesci koncowej skad. krajanka, wyslodzona przeplywajaca w przeciw- pradzie woda odprowadzana jest w sposób ciagly kolem czerpakowym do dalszego przerobu, //oda wysladzajaca doprowadzana jest w górnej koncowej czesci dyfuzora, a po nasyceniu za¬ wartym w krajance buraczanej cukrem odprowadzana jest jako sok dyfuzyjny z dolnej czolowej czesci koryta do dalszego przerobu na cukier. Tego rodzaju dyfuzor opisany jest szczególowo na przyklad w publikacji "Cukrownictwo" pod redakcja R.A. McGinnisa, Wydawnictwo Naukowo- -Techniczne, Warszawa 1976.Znane jest prowadzenie procesu dyfuzji w dyfuzorze korytowym w optymalnej temperatu¬ rze zawartej miedzy 72 a 74 stopniami Celsjusza* Z publikacji "Poradnik inzyniera cukrow¬ nictwo" pod redakcja J. Dobrzyckiego wiadomym jest, ze sprawnosc wysladzania krajanki buraczanej jest proporcjonalna do temperatury, w jakiej odbywa sie proces wysladzania, jednakze wiadomo równiez, ze zbytnie podwyzszanie temperatury procesu zwlaszcza powyzej 80 stopni Celsjusza powoduje peptyzacje pektyn zawartych w miazszu komórkowym i tworzenie przez te pektyny roztworu koloidalnego w soku dyfuzyjnym. Z wymienionych powyzej zródel wiadomo równiez, ze obnizenie temperatury, w jakiej prowadzony jest proces dyfuzji nie tylko obniza sprawnosc tego procesu, ale równiez prowadzi do stworzenia korzystnych warunków dla rozwoju bakterii mezofilnych, zwlaszcza Baccilus subtilitis, powodujacych znaczne straty cukru. Z wymienionych powyzej publikacji wiadomo, ze bakterie mezofilne, zarówno w soku2 132 903 dyfuzyjnym jak i w mieszaninie tego soku i krajanki buraczanej, rozwijaja sie szczególnie intensywnie w temperaturze miedzy 30 a 55 stopniami Celsjusza.Jak z powyzszych danych wynika, dla prawidlowosci i efektywnosci procesu dyfuzji pozadane jest utrzymywanie optymalnej temperatury procesu podczas calego jego trwania w granicach od 72 do 74 stopni Celsjusza, czyli utrzymywanie tej temperatury na calej dlugosci dyfuzora. Warunek ten nie jest jednakze osiagalny w praktyce.Do dyfuzora doprowadzana jest w sposób ciagly krajanka buraczana o temperaturze otocze¬ niafa wiec zazwyczaj temperaturze ponizej 15 stopni Celsjusza az do 0 stopni a nawet poni¬ zej. Krajanka ta musi byc ogrzana plynacym w przeciwpradzie sokiem dyfuzyjnym do optymalnej temperatury procesu, co wymaga pewnego czasów którym krajanka przebywa okreslona droge od czola dyfuzora.Na koncu dyfuzora doprowadzana jest swieza woda wygladzajaca o temperaturze okolo 55 stopni Celsjusza zmieszana z tak zwana woda wyslodkowa, to jest woda oddzielana od od¬ prowadzanych z dyfuzora wyslodków, która to woda ma temperature okolo 60 do 65 stopni Celsjusza tak, ze srednia temperatura wody doprowadzanej do dyfuzora wynosi okolo 58 do 60 stopni Celsjusza. Woda zasilajaca dyfuzor musi "równiez ogrzac sie od zawartej w dyfu- zorze krajanki zmieszanej z sokiem dyfuzyjnym do optymalnej temperatury procesu, co rów¬ niez zachodzi na okreslonej drodze.Z powyzszych przyczyn rozklad temperatur wzdluz koryta dyfuzora rozni sie od tempe¬ ratury optymalnej; na czole dyfuzora wynosi ona okolo 10 do 20 stopni Celsjusza, nastepnie podnosi sie osiagajac w srodkowej partii dyfuzora temperature optymalna a nawet ja prze¬ kracza jacjaby wreszcie opasc do okolo 55 do 60 stopni Celsjusza w koncowej czesci dyfuzora.Cieplo, konieczne dla utrzymania takiego rozkladu temperatur doprowadzane jest do dyfuzora glównie z woda zasilajaca a takze przez ogrzewanie dyfuzora z zewnatrz sposobem przeponowym para o temperaturze powyzej 100 do 115 stopni Celsjusza.Odcinek dlugosci koryta dyfuzora, na którym przebiega ogrzewanie krajanki oraz czas jej ogrzewania jest tym wiekszy, im nizsza jest temperatura swiezo doprowadzanej krajanki.Zwiekszenie czasu ogrzewania krajanki i dlugosci odcinka, na którym to ogrzewanie przebiega jest niekorzystne dla sprawnosci wysladzania^ale przede wszystkim powoduje zwiekszenie czasu, w którym sok dyfuzyjny i krajanka przebywaja w temperaturze sprzyjajacej rozwojowi bakterii mezofilnych.Znane jest z patentu polskiego nr 101 428 rozwiazanie pozwalajace na skrócenie czasu ogrzewania krajanki buraczanej doprowadzanej na czole dyfuzora. Rozwiazanie to polega na pobraniu czesci soku opuszczajacego dyfuzor, podgrzaniu tego soku w oddzielnym podgrzewaczu i wprowadzeniu go do dyfuzora w odleglosci okolo 3 metrów od czola. Rozwiazanie to jednak, mimo iz pozwala na skrócenie czasu ogrzewania swiezej krajanki do temperatury procesu ma te wade, ze sok dyfuzyjny, który pobierany jest na czole dyfuzora poprzez czolowe sita jest sokiem, który juz raz - w strefie ogrzewania krajanki - zostal oziebiony od temperatury procesu do temperatury o okolo 10 do 12 stopni wyzszej od temperatury swiezej krajanki, to jest do temperatury w granicach 5 do 25 stopni Celsjusza, a wiec przeszedl juz przez zakres temperatur miedzy 30 a 55 stopniami Celsjusza, w którym nastepuje intensywny rozwój bakterii mezofilnych. Sok ten zgodnie z rozwiazaniem wedlug patentu polskiego nr 101 428 jeat ponow¬ nie ogrzewany w osobnym podgrzewaczu az do osiagniecia stanu "soku goracego" wedlug okres¬ lenia uzytego w tym opisie a wiec do temperatury zapewne równej lub wyzszej od temperatury procesu co oznacza, ze ponownie przechodzi on przez zakres temperatur miedzy 30 a 55 stop¬ niami Celsjusza, co powoduje dalszy intensywny rozwój bakterii mezofilnych.Doprowadzenie soku dyfuzyjnego silnie zakazonego bakteriami mezofilnymi z powrotem do wnetrza dyfuzora powoduje znaczne straty cukru siegajace - jak wykazaly doswiadczenia - od 1% do 1,5* na ciezar buraka a wiec bardzo wysokie. Ponadto doprowadzic to moze do zaka¬ zenia zawartosci dyfuzora bakteriami mezofilnymi w stopniu tak silnym, ze koniecznym sie stanie zatrzymanie dyfuzora w celu przeprowadzenia dezynfekcji* Rozwiazanie wedlug132 903 3 polskiego opisu patentowego nr 101 428 ma równiez te wade, ze w celu ogrzania soku oziebionego do temperatury 5 do 25 stopni Celsjusza do stanu "soku goracego" konieczne Jest doprowadzenie duzej ilosci energii cieplnej, zwiekszajac ogólne zuzycie ciepla przez dyfuzor.Wreszcie rozwiazanie wedlug patentu polskiego nr 101 428 wskazuje równiez te wade, ze doprowadzenie do dyfuzora duzej ilosci soku "goracego" ogrzanego do nieokreslo¬ nej wysokiej temperatury powoduje w licznych przypadkach podwyzszenie temperatury na czole dyfuzora do zakresu powyzej 30 stopni Celsjusza tak, ze odprowadzany w tej tempe¬ raturze do dalszego przerobu sok dyfuzyjny narazony jest na wyjatkowo silny rozwój bak- teril mezofilnych, czego wynikiem sa bardzo wysokie straty cukru* Zastosowanie przedmiotu patentu polskiego nr 101 428 dotyczy jedynie zagadnienia dogrzewania czola dyfuzora, nie rozwiazujao w ogóle problemu zachowania wlasciwej temperatury procesu w koncowej czesci dyfuzora, w strefie jego zasilania woda wygladzajaca.Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu prowadzenia procesu technologicz¬ nego w dyfuzorze, który bedac pozbawiony wad znanych sposobów pozwalalby na skrócenie strefy wymiany ciepla, w której zachodzi podgrzewanie krajanki, zapewnial wysoka sprawnosc przeciwpradowej wymiany ciepla miedzy sokiem dyfuzyjnym a swieza krajanka,a jednoczesnie zapewnial odbiór soku dyfuzyjnego na czole dyfuzora w temperaturze nie przekraczajacej 25 stopni Celsjusza.Celem wynalazku jest równiez opracowanie urzadzenia dostosowanego do prowadzenia sposobu wysladzania buraków cukrowych wedlug wynalazku. Sposób wygladzania wedlug wynalazku polega na tym, ze z sit, umieszczonych na pobocznicy koryta dyfuzora w odleglosci 10$ do 25# dlugosci koryta dyfuzora od jego czola pobiera sie czesc soku dyfuzyjnego, wypelnia¬ jacego wraz z krajanka dyfuzor, oddziela sie od soku i zawraca do dyfuzora zawarta w soku miazge, po czym regulowana w zaleznosci od temperatury soku na czole dyfuzora ilosc pobra¬ nego ^soku podgrzewa sie do temperatury wyzszej od panujacej w dyfuzorze to Jest do tempera¬ tury 78 do 98 stopni Celsjuszajpo czym podgrzany sok wprowadza sie do dyfuzora w tej saiaej strefie, w której nastapilo jego pobranie. Wynalazek przewiduje przy tym, ze podgrzany sok wprowadzany jest przez rozdzielacze, rozdzielajace podgrzany sok na caly przekrój poprzecz¬ ny dyfuzora.Pozostala czesc pobranego przez boczne sita soku skierowana zostaje do ukladu defek- tacji wstepnej cukrowni wraz z calym sokiem dyfuzyjnym, pobranym z sit na czole dyfuzora.Zgodnie z wynalazkiem do dyfuzora wprowadza sie taka ilosc podgrzanego soku, aby temperatura soku dyfuzyjnego opuszczajacego dyfuzor przez sita na czole dyfuzora byla o 5 do 15 stopni Celsjusza wyzsza od temperatury doprowadzanej do dyfuzora swiezej krajanki i nie przekraczala 25 stopni Celsjusza. Ponadto wynalazek przewiduje zasilanie dyfuzora w czesci koncowej woda amoniakalna i poprasowa o sredniej temperaturze 72 do 78 stopni Celsjusza.Opisany sposób wysladzania krajanki buraczanej umozliwia utrzymanie optymalnej tem¬ peratury na calej niemal dlugosci dyfuzora z wyjatkiem jedynie czesci czolowej, gdzie jednak stosowanie sposobu wedlug wynalazku tworzy mozliwie najkorzystniejsze warunki wy¬ miany ciepla miedzy sokiem dyfuzyjnym a swieza krajanka ze stala w przyblizeniu róznica temperatur miedzy sokiem a krajanka wzdluz calej strefy wymiany ciepla. Pozwala to na skrócenie drogi, na której odbywa sie wymiana ciepla i skrócenie czasu przebywania soku 1 krajanki w niekorzystnej strefie temperatur miedzy 30 a 55 stopni Celsjusza.Wynalazek obejmuje równiez konstrukcje urzadzenia dostosowanego do prowadzenia pro¬ cesu wysladzania krajanki buraczanej sposobem wedlug wynalazku, które stanowi dyfuzor korytowy zaopatrzony w sita, umieszczone na pobocznicy koryta w odleglosci 1056 do 25% dlugosci koryta od jego czola, objete zbiornikiem, do którego przez sita splywa sok, zapelniajacy dyfuzor. Sok ten pobierany jest przez pompe i przetlaczany do urzadzenia do oddzielania miazgi od soku. Urzadzenie do oddzielania miazgi od soku polaczone jest prze-4 132 9C3 wodera ze znanym podgrzewaczem przeponowym, którego wyjscie polaczone jest 3:?zewodem z rozdzielaczami, umieszczonymi w korycie dyfuzora• //ynalazek przewiduje umi^jzczenie na przewodzie laczacym urzadzenie do oddzielania miazgi od soku z podgrzewaczsra przepono¬ wym zaworu regulacyjnego, polaczonego przewodem upustowym z obiegiem soku surowego cukrowni• W celu usprawnienia transportu krajanki i dostosowania predkosci przesuwu krajanki w przedniej czesci dyfuzora odpowiadajacej strefie przeciwpradowego ogrzewania swiezej krajanki do optymalnych warunków tego podgrzewania, wynalazek przewiduje, ze skok slima¬ ków dyfuzora na odcinku pierwszych 10% do 25% dlugosci koryta dyfuzora zmienia sie w sposób ciagly tak, ze skok ten jest najmniejszy od strony czola dyfuzora i rosnie wraz z dlugoscia dyfuzora az do osiagniecia skoku zastosowanego w dalszej czesci dyfuzora* Wynalazek przewiduje ponadto, ze jako urzadzenie do oddzielania miazgi od soku zastosowany jest hydrocyklon, którego czesc przeznaczona do zbierania miazgi jest pola¬ czona bezposrednio z wnetrzem dyfuzora, natomiast czesc przeznaczona do zbierania soku polaczona jest z zaworem regulacyjnym na przewodzie prowadzacym do ogrzewacza przepono¬ wego, jak to zostalo opisane powyzej.Wynalazek jest blizej objasniony na przykladzie wykonania sposobu wysladzania wed¬ lug wynalazku oraz na przedstawionym na zalaczonym rysunku przykladzie wykonania dyfuzora korytowego wedlug wynalazku. Dyfuzor korytowy wedlug wynalazku w schematycznym przekroju podluznym przedstawiony jest na fig. 1.Z dyfuzora korytowego o dlugosci 22 metrów pobiera sie w odleglosci 15% dlugosci dyfuzora od jego czola, to jest w odleglosci 3,3 metra od czola dyfuzora poprzez umiesz¬ czone w dnie koryta sito, sok dyfuzyjny o temperaturze 73 stopni Celsjusza, równej sred¬ niej temperaturze mieszaniny krajanki buraczanej i soku dyfuzyjnego w tym miejscu dyfuzora* Zaklada sie przy tym odciagniecie w tym miejscu okolo polowy soku, przeplywajacego przez dyfuzor. Sok ten zostaje oczyszczony od pobranej wraz z nim miazgi w oddzielaczu miazgi, korzystnie oddzielaczu cyklonowym, przy czym miazga zostaje zawrócona do dyfuzora.Oczyszczony sok w ilosci okolo 50% na ciezar buraków zostaje skierowany do ogrzewacza - przeponowego wymiennika ciepla, gdzie zostaje ogrzany do temperatury okolo 88 stopni Celsjusza a wiec zaledwie o 15 stopni Celsjusza, co wymaga doprowadzenia mniejszej ilosci energii cieplnej niz ogrzanie chociazby tylko do tej samej temperatury soku zimnego, pobranego z czola dyfuzora. Ponadto sok dyfuzyjny w zadnej fazie swojej drogi miedzy pobraniem go z dyfuzora a opuszczeniem wymiennika ciepla nie zostaje ochlodzony ponizej temperatury 55 stopni Celsjusza a wiec do temperatury, ponizej której zaczyna sie intensyw¬ ny rozwój bakterii mezofilnych.Ogrzany sok dyfuzyjny zostaje wprowadzony do dyfuzora w okolicy miejsca jego pob¬ rania za posrednictwem rozdzielaczy rozdzielajacych strumien soku mozliwie równomiernie na caly przekrój poprzeczny koryta* Wprowadzenie podgrzewanego do temperatury wyzszej od panujacej w dyfuzorze soku powoduje - ze wzgledu na powstanie gradientu temperatury - szybsze i sprawniejsze ogrzewanie swiezo doprowadzonej krajanki buraozanej tak, ze osiaga ona temperature okolo 72 do 74 stopni Celsjusza juz na odcinku pierwszych 10% do 15% dlugosci koryta dyfuzora. Nadmiar osiagnietego z bocznych scian dyfuzora soku ponad ilosc przekazywana do podgrzewacza i zawracana do dyfuzora odprowadza sie do obiegu soku surowego cukrowni.Przy zachowaniu stalego gradientu temperatury miedzy ogrzanym sokiem a swiezo dopro¬ wadzona krajanka, wynoszacego - ze wzgledu na zmieszanie sie podgrzanego soku z reszta pozostalego w dyfuzorze soku - okolo 8 stopni Celsjusza, temperatura soku opuszczajacego dyfuzor przez sita, umieszczone na czole dyfuzora nie przekracza w normalnych warunkach 25 stopni Celsjusza, a wiec nie wkracza jeszcze w zakres temperatur niebezpiecznych ze wzgledu na intensyfikacje rozwoju bakterii mezofilnych.132 903 5 Temperatura soku, opuszczajacego dyfuzor przez sita, umieszczone na jego czole jest przy tym stale nadzorowana i w przypadku jej wzrostu ponad 25 stopni Celsjusza zostaje odpowiednio zmniejszona ilosc soku, kierowana przez zawór regulacyjny z powro¬ tem do dyfuzora a zwiekszona ilosc soku odprowadzanego wprost do ukladu soku cukrowni* Odwrotnie postapic nalezy przy stwierdzeniu zbytniego spadku temperatury soku opusz¬ czajacego dyfuzor ponizej temperatury okolo 5 stopni Celsjusza'* Jednoczesnie dyfuzor zasilany jest woda amoniakalna i popraaowa o sredniej tempe¬ raturze 74 do 75 stopni Celsjusza, co zapobiega spadkowi temperatury w tylnej czesci dyfuzora 1 pozwala na wydluzenie strefy optymalnych warunków dyfuzji na niemal cala dlugosc dyfuzora z wyjatkiem odcinka o dlugosci kilkunastu procent calej dlugosci dyfuzora, na którym to odcinku zachodzi podgrzewanie swiezej krajanki* Przyklad wykonania urzadzenia do stosowania sposobu wysladzania buraków cukro¬ wych wedlug wynalazku przedstawiony jest schematycznie na rysunku* Dyfuzor 1 sklada sie z koryta 3 i obracajacych sie wewnatrz tego koryta 3 na walach 16 slimaków 15 transpor¬ tujacych krajanke buraczana* Czesc pobocznlcy koryta 3 dyfuzora 1, polozona w odleglosci od 10% do 25# calej dlugosci dyfuzora 1 od jego czola 2 wykonana jest w postaci sita 4 objetego zbiornikiem 5* Zbiornik 5 polaczony jest przewodem 6jw który wlaczona jest pompa 17 z wejsciem urzadzenia do oddzielania miazgi 7 korzystnie wykonanego vt postaci hydro- cyklonu* 'Wyjscie urzadzenia 7 przeznaczone dla oddzielonej miazgi polaczone jest przewo¬ dem 23 bezposrednio z wnetrzem koryta 3 dyfuzora 1* Wyjscie urzadzenia 7 przeznaczone dla odcedzonego soku polaczone jest przewodem 8 z zaworem regulacyjnym 9, który z kolei przewodem 10 laczy sie z obiegiem soku surowego cukrowni a przewodem 11 z wymiennikiem ciepla 12 typu przeponowego, którego wyjscie dla ogrzanego soku laczy sie przewodem 13 z rozdzielaczami 14, umieszczonymi wewnatrz koryta 3 dyfuzora 1* Przewody 18 i 19 sluza do doprowadzania i odprowadzania czynnika grzejnego do wymiennika ciepla 12* Przewód 22, dochodzacy do przestrzeni za sitem 21 na czole 2 dyfuzora 1 sluzy do odprowadzania soku dyfuzyjnego z dyfuzora 1* Wlot 20 w czolowej czesci dyfuzora 1 sluzy do doprowadzania swiezej krajanki buraczanej.Dzialanie opisanego dyfuzora jest nastepujace: Dyfuzor 1 zasilany jest w swoim wyzej polozonym koncu, nie pokazanym na rysunku, mieszanina wody amoniakalnej i wody poprasowej o sredniej temperaturze, 73 stopni Celsjusza* Dzieki izolacji cieplnej koryta 3 dyfuzora 1 temperatura ta, odpowiadajaca optimum procesu wysladzania utrzymuje sie bez zmiany az do strefy,w której zabudowane sa sita 4, w której to strefie nastepuje spotka¬ nie nasyconej juz cukrem wody wysladzajacej a wiec soku dyfuzyjnego z chlodniejsza krajan¬ ka, doprowadzana przez wlot 20* Dla uzupelnienia strat ciepla soku dyfuzyjnego, który oddaje cieplo do chlodniejszej swiezej krajanki, pewna ilosc tego soku zostaje odprowa¬ dzona przez sita 4 i zbiornik 5 przewodem 6 za pomoca pompy 17 do urzadzenia oddziela¬ jacego od tego soku miazge, która przewodem 23 zostaje skierowana do wnetrza koryta 3 dyfuzora 1* Oddzielony od miazgi sok przeplywa przewodem 8 do zaworu regulacyjnego 9, który odpowiednio wyregulowana ilosc soku przepuszcza przewodem 11 do wymiennika ciepla 12 a reszte soku przepuszcza przewodem 10 do obiegu soku surowego do stacji defekacji wstepnej* Ogrzewana w wymienniku ciepla 12 do temperatury 82 stopni Celsjusza czesc soku przeplywa naatepnle przewodem 13 do rozdzielaczy 14 wewnatrz koryta 3 dyfuzora 1 1 miesza sie tam z jego zawartoscia* W ten sposób w rejonie sit 4 powstaje róznica tempe¬ ratur miedzy srednia temperatura soku dyfuzyjnego a temperatura docierajacej do tej strefy krajanki, wnoszaca okolo 9 stopni Celsjusza, sprzyjajaca wymianie ciepla miedzy sokiem dyfuzyjnym a krajanka na calej dlugosci miedzy strefa sit 4 a czolem dyfuzora 1* Dzifkl temu skraca ale w porównaniu ze znanymi dyfuzoraml droga, na której nastepuje ogrzanie krajanki buraczanej*6 132 903 Dla utrzymania tego gradientu temperatur nalezy stale dokonywac pomiaru temperatury krajanki dostarczanej do wnetrza dyfuzora 1 przez wlot 20 oraz temperatury soku dyfuzyj¬ nego odbieranego z dyfuzora 1 przewodem 22 i w przypadku zmniejszenia sie róznicy tych temperatur ponizej wartosci 10 stopni Celsjusza9 zwiekszyc za pomoca zaworu regulacyjnego 9 ilosc soku doprowadzanego przez wymiennik ciepla 12 do wnetrza koryta 3 dyfuzora 1.Odwrotnie, jezeli róznica tych temperatur wzrosnie powyzej wartosci 15 stopni Celsjusza - ilosc soku przeplywajaca przez wymiennik oiepla 12 do wnetrza dyfuzora 1 nalezy zmniejszyc za pomoca zaworu regulacyjnego 9* Czynnosc ta nadaje sie do zautomatyzowania 2a pomoca dowolnego znanego ukladu automatycznego sterowania* PL