SE442023B - Forfarande for upparbetning av betmassa fran sockerbetor och anordning for genomforandet av forfarandet - Google Patents

Description

81.Û0936-7 man erhåller s.k. betfor. Vanligen berikar man betforen genom att före torkningen tillföra melass, vilken utgör en restprodukt från sockersirap. Betfor blir härigenom en värdefull, nänmgs- och fiberrik produkt.

Efter blastavskiljning och bettvätt skäres sockerbetan till s.k. snitsel med hjälp av särskilt utformade skärma- skiner. I diffusörer lakas sockret ut ur snitseln med vatten, vilket vanligen sker i motström. Sockret lämnar betmassan som råsaft för vidare förädling, varefter betmassan avvatt- nas genom pressning i s.k. kägelpressar eller spindelpressar.

För tillverkning av betfor avvattnas massan normalt från ca % torrhalt till mellan 15 och 25% tørrhalt. vattnet från pressningen användes för lakning i ovannämnda diffusörer.

Om betmassan berikas med melass, sker detta efter press- ningsförloppet men före torkning av massan. Melassen. som innehåller ca 20% vatten, och betmassan blandas i sådana proportioner, att torrsubstanshalten kommer att ligga mellan 30% och 40%, vanligen ca 55%. Detta innebär, att ca % av torrsubstansen utgöres av socker.

Torkningen sker sedan i hetluft, vanligen rökgaser, vilka alstras genom oljeförbränning. Rökgaser och betmassa bringas i kontakt med varandra, vilket normalt sker i en roterande torktrumma, men torkning i strömtorkar, s.k. pneumatisk torkning i rökgaser, förekommer även.

En modern rökgastork förbrukar ca 100 1 eldningsolja per ton avdunstat vatten, dvs. en oljemängd varierande mellan 150 och 200 l per ton produkt beroende på betmassans vattenf halt vid torkningsförloppets början. Dessutom tillkommer en mindre mängd olja per ton produkt för framställning av ånga, vilken användes för förvärming och atomisering av elde ningsoljan samt ca 100 kWh per ton produkt i elförbrukning.

I rotertorkar uppgår uppehållstiden för betmassa vanligen till ca 30 min. Gasens temperatur före torkning kan då t.ex. vara 58000 och utgående från torken 11000.

Om gas recirkuleras, så att våttemperaturen är 70°C, blir den i genomsnitt drivande temperaturdifferensen ca 185°C. 8100956-7 Den höga temperaturen är nödvändig för att under 30 min. avlägsna fuktigheten från det hygroskopiska materialet, som är svårtorkat. Dessutom exponeras intepartiklarnas yta fullständigt i rotertorken, eftersom de tumlar runt och ofta befinner sig på botten av trumman.

Ovan angivna siffervärden avser att visa, att betfor är en dyr produkt att framställa på hittills känt sätt.

Emellertid föreligger med avseende på produktens egenska- per även andra nackdelar hos idag tillämpad framställninge- teknik. Exempelvis sker rökgastorkningen vid hög temperatur, normalt mellan 4oo-6oo°c men ofta upp till 1ooo°c. vid bet- massans direktkontakt med dessa gaser torkas små partiklar i massan mycket snabbt, oxideras och brinner upp. Detta ger en förlust hos produkten av storleksordningen 5-10% av torr- substansen. Dessutom förorsakar de förbrända resterna i betmassan en dålig smak.

Detta har nyligen observerats, och man kan i littera- turen (t.ex. British Sugar Conference, Juni 1980) finna exempel på ämnen som bildas och kan absorberas vid tork- ningen.

Vid användning av olja/rökgaser absorberas ämnen från förbränningen, såsom sot och aska, men även oförbrända ämnen.

Genom förekomsten av mycket olika stora partiklar i betmassan är det risk för att större partiklar ej hinner bli genomtorkade. Detta försämrar möjligheterna att lagra betfor och ger anledning till krav på noggrann reglering av rökgas- torkningen för åstadkommande av en hög och jämn torrhalt.

En för låg torrhalt förorsakar nämligen lätt mögelbildning, varvid produkten måste kasseras.

Trots sitt höga näringsvärde och stora fiberinnehåll har betfor på grund av ovannämnda nackdelar hittills endast kun- nat användas för utfodring av kreatur.

Genom tillkomsten av förfarandet enligt uppfinningen har samtliga nämnda nackdelar med tidigare känd teknik för upparbetning av betmassa från sockerbetor eliminerats. Sam- tidigt har en kraftig reducering av värmeförbrukningen för torkningen av betmassan möjliggjorts. 8100936-7 Utmärkande för förfarandet enligt uppfinningen är att betmassan efter att ha avvattnats genom pressning underkastas behandlingsstegen uppvärmning medelst vatten- ånga, benämnd bärånga, desintegrering i bärångan för åstad- kommande av tillnärmelsevis samma storlek hos i betmassan ingående partiklar samt torkning i värmeväxlare, varvid bärångan lämpligen utgör bidragande torkningsmedium, vilka behandlingssteg kan följa på varandra i nämnd eller annan ordning, varefter betmassan separeras från bärångan och kyles." I j Uppfinningen avser även en anordning för genomförande av förfarandet. Det som främst kännetecknar denna framgår av efterföljande krav 6.

I det följande skall förfarandet enligt uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till ett par utföringsexempel på en anordning med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar schematiskt denna anordning i ett utförande, fig. 2 visar ett kurvdiagram och fig. 3 visar likaledes schematiskt en variant av anordningen i fig. 1.

Från en icke visad lakningsanläggning, där socker ut- vunnits, transporteras betmassa 1 med hjälp av en matnings- skruv 2 till ett mellanlager 3 för vidare behandling.

'Under transporten i matningsskruven 2 tillsättes lämpligen melass, som härigenom inblandas jämnt i betmassan 1. Från mellanlagret 3 matas betmassan 1 medelst en skruv 4 konti- nuerligt in i ett med vattenånga fyllt ång-tryckkärl 5. Ãnganktår under tryck, lämpligen O,6MPa. Trycket skapas genom en ångejektor 6, som med hjälp av högtrycksånga i en andel av 30% och med ett tryck av 2 MPa komprimerar ånga i en andel av 70% och med ett tryck av 0,4 MPa till ett tryck av 0,6 MPa. I ångtryckkärlet 5 kondenserar vattenånga på betmassan, varvid denna snabbt värmes upp till mättnads- temperatur, ca 15000.

Betmassan matas vidare till en kammare 7, som står under lägre tryck (0,4 MPa) än ångtryckkärlet 5, och får härvid passera en cellmatare 8, vilken tjänar som trycklås. Vid 8100936-7 trycksänkningen expanderar materialet, och massans vätske- fyllda celler sprängs och ger materialet en luckrare struk- tur, vilket underlättar efterföljande torkning. Dessutom ökar smältbarheten. _ Från kammaren 7 matas betmassan medelst en skruv 9 till en kvarn 10, som i det visade utförandet utgör en typ av skivraffinör. Den kan även utgöra någon annan typ, såsom skivkvarn, attritionskvarn eller defibrör. Kvarnen 10 arbetar med en effektiv malspalt av-0,5-1,0'mm. Materialet blåses ur malhuset med hjälp av transport- eller bärånga med trycket 0,4 MPa till efterföljande torkanordning 11.

Såväl expansionen som den mekaniska sönderdelningen i kvarnen 10 åstadkommer en desintegrering av materialet j med syfte att bilda partiklar av i görlig mån samma storlek, varigenom tiden för det efterföljande torknings- förloppet kan reduceras.

Torkanordningen 11 utgör en s k mottryckstork eller ångtork och består av värmeväxlare och transportrör med mellan-liggande rörkrökar. Denna typ av tork är beskriven i US patentet 4 043 049 och användes för torkning av cellulosa- fibrer, vanligen från ca 50% torrhalt till ca 90% torrhalt.

Från fabrikens turbin 12 (eller ångpanna) tillföres tork- anordningen ånga med ett tryck av 1-1,2 MPa. Denna värmande ånga kondenserar och kondensatet samlas upp ur värmeväxlarna och ledes till matarvattensystemet för förvärmning av inta- get för färskt matarvatten. Den värmande ångan kan även utgöras av en blandning av sistnämnda ånga och den tidigare nämnda transport- eller bärångan, t ex efter en mekanisk kompression (termokompression) eller ångejektor. Likaså kan den värmande ångan utgöras av enbart bärånga, vilken alstrats under tork- ningsförloppet och sedan komprimerats med kompressor.

Det är även tänkbart, att värme tillföras med något annat medium än vattenånga av högre tryck än bärångan.

Sålunda kan man använda t ex hetolja eller s k Dowtherm Vilken bringas att kondensera eller kyles i torkanord- ningens 11 värmeväxlare. 810Û936~f Betmassan blandas med bärångan, företrädesvis i vikt- delar 1/10 -. Suspensionen av betmassa, partiklar och bär- änga transporteras genom torkanordningen 11 med hjälp av ifiartar 12,13 med en hastighet av 20-30 m/S 1 början och 40 m/s i slutet. Ängmängden ökar i takt med att vatten för- ångas från betmassan. Genom att betmassan torkas i överhet- ' tad bärånga bildas tillsamans med torkad betmassa, dvs bet- for, även ett överskott av bärånga från det vatten, som förångats från betmassan. Det är detta överskott av bärånga, som kan användas enligt beskrivningen ovan såsom värmande torkånga efter komprimering. Det är dock lämpligast att anfr vända den såsom processånga i fabriken, t.ex. vid indunstning av sockersaften (se fig. 1), s.k. tunnsaft, i en flereffekts- indunstningsstation. Härvid kan alstrad överskottsånga användas antingen direkt eller efter regenerering i en ânggenerator. I denna värmeväxlas rent kondensat från tork- an.ordningens 11 värmeväxlare eller matarvattensystemet med överskottsånga. Ãngan kondenseras och överför sitt värme i ånggeneratorn till vattnet, som bildar ånga. På detta sätt har ren processånga bildats, vilken kan ledas till fabrikens iågtryeksångnät (normalt 0,2-o,5 mra).

I många fall är det dock tillräckligt, att ångan renas genom filtrering eller ännu bättre genom s.k. skrubbning med mättat kondensat. Härvid sprayar man kondensat i ångan eller låter ångan bubbla genom kondensat, för att den på så vis skall renas från stoft och gasformiga kemikalier, såsom organiska syror etc.

Den förorenade vätskan renas sedan på konventionellt sätt tillsammans med övrigt prooessvatten. Ängkvalitet från torkning av melasserad betfor.

QH alkoholer mg¿l syror mg¿l Orenad ångas kondensat 4,5 650 275 Henad ånga efter skrubb- 7,3 625 20 ning med alkaliskt kondensat 8100936-7 7 Genom det ovan beskrivna förfarandet kan genererad ånga från torkning användas för indunstning utan att ny apparatur (indunstare i rostfritt) behöver installeras.

I stället kan befintlig apparatur användas.

Efter torkningen, som vanligen sker vid ett tryck av mellan 0,2-0,6 MPa, separeras betmassan från bärångan i en cyklon 14. Torkad betmassa, betfor, utmatas med hjälp av en cellmatare 15 till en kalluftström med atmosfärstryck.

Härvid får materialet önskad sluttorrhalt, vanligen mellan 80 och 95% torrhalt, och luften kyler betforen under dennas transport till pelletering och/eller emballering.

Den avskilda bärångan återföres genom en recirkula- tionsledning 16 till kvarnen 10, Fläktarna 12 och 13 till- för den energi, som motsvarar tryckfallet under transporten.

Till reoirkulationsledningen 16 är ansluten en av- blödningsledning 17. Genom en tryckhållningsventil 18 i den- na ledning 17, vilken ventil är inställd för ett tryck av 0,4 MPa, avblödes överskott av bärånga, vilken ersätter en del av färskångan för indunstning av sockersaft, i före- liggande fall 45% av denna.

Förfarandet enligt uppfinningen ger väsentliga fördelar gentemot konventionell teknik. Sålunda elimineras negativa smakförändringar, som tidigare härrört från förbränning av betmassastoft och eldningsolja. Dessutom har det visat sig, att de naturliga beska smakämnen, som förekommer i socker- betan, försvinnen troligen genom termisk nedbrytning och/eller vattenângdestillation. Betmassan desinficeras även under behandlingen, vilket underlättar lagring och hantering av produkten. Vidare har konstaterats, att smältbarheten, dvs. penetration av magsafizoch däri ingående ämnen är avse- värt bättre hos betmassa, som behandlats medelst förfarandet enligt uppfinningen än hos rökgastorkad betmassa. Vidare har vätning och svällning av produkten förbättrats. Vid prov med blötläggning sväller den ångtorkade produkten snabbare och absorberar mer vatten. Svällningen förbättras med ca 100% jämfört med rökgastorkad betmassa.

De överraskande kvalitetsförbättringar man sålunda er- farit hos betfor innebär, att produkten framställd medelst förfarandet enligt uppfinningen blivit tänkbar som föda Si 00936-7 även för människor. Betforen kan utgöra den rena torkade fiberprodukten. Tillsatser kan även förekomma såväl före som efter torkning.

Lämpligen sker hela behandlingen, såsom beskrivits, i vattenånga under tryck, motsvarande en mättnadstemperatur mellan ca 105°C och 180°0, dvs övertryck mellan 20 och 900 kPa. Desíntegrering kan dock ske vid atmosfärstryck i luft eller annat medium. Expansion kan ske från ånga av lägre tryck eller till luft 'ev etmešfäretryek.

Såsom även beskrivits tillsättes lämpligen melass efter konventionell avvattning av betmassan, men förfarandet enligt uppfinningen kan givetvis även tillämpas på bet- massa utan tillsats av melass. En anpassning vid utform- ningen av de olika förfarandestegen måste härvid dock ske, beroende på att betmassan har ett mindre innehåll av torr- substans än melassen.

Under torkningsförloppet och den efterföljanäautmat- ningen av betmassan sker en viss ytterligare sönderdelning - i torkanordrüngen 11 på grund av höga strömningshastig- heter och partiklarnas kollisioner med torkrörens väggar - vid utmatningen på grund av expansion från högre till lägre tryck. Denna sönderdelning måste beaktas vid utform- ning av hela processen, så att den slutligen erhållna pro- dukten motsvarar ställda krav.

Vid torkningen har det visat sig, att förutom vatten även ämnen i sockerbetan, som tidigare givit beforen en karakteristisk besk smak, avdrives. Vissa av dessa ämnen sönderdelas dessutom termiskt.

Jämfört med torkning i rökgaser sker torkningen i ånga väsentligt mer effektivt. skillnaden är meet uttelea för den svårtorkade, melasserade betmassan, där diffusion i det cellulära materialet och den starka hygroskopiciteten gör rökgastorkning ineffektiv.

Såsom nämnts ovan krävs det 30 min uppehållstid för bet- massan och en medeltemperaturdifferens av 18500. Vid torkning i ångatmosfär är uppehållstiden ca 50 sekunder och medel- temperaturdifferensen ca 3000. Skillnad i värmetransport- hastighet (eller effektivitet) hos de båda torktyperna belyses genom kvoten: Tid x temp. rökgaser Tid X temp. ånga 8100936-7 9 âQ;â9zl§â 5o«5o = 222 dvs. i ånga kan värmet för torkning utnyttjas ca 200 gånger "effektivare".

Förfarandet enligt uppfinningen ger även värdefulla vinster med avseende på energiförbrukningen. Nedan lämnas såsom exempel en uppställning på olika värden på tryck, temperatur ofla.

Betfor, torrsubstans Vattenhalt Temperatur Temperatur Vattenhalt Temperatur Vattenhalt före behandling II ll i steg 1 i steg 1 efter kvarn II II Tillförd malenergi Tillfördvärmande ånga Tillförd ånga till ejektorn 1,4 ton/h 2 MPa II Il 1o ton/h 65% 1,86 kg vatten/kg torrsubst. 6o°c 15o°c, 0,5 MP5 70% 2,50 kg vatten/kg torrsubst. 1 s4° 64% 1,78 kg vatten/kg torrsubst. 350 kw 21,5 ton/n 1 Mra ,1 ton/h 0,4 MPa Producerad processånga till indunstningen 18,5 ton/h Förlorad processånga Tillförd fläktenergí 290 kW 1,5 ton/h till atmosfären Produktens fukthalt 10% 0,11 kg vatten/kg torrsubst.5 Totalbehcv av ånga i indunstningen 55 ton/h Behov av färskånga från panna Änga från torkning av betfor 36,5 ton/h 18,5 ton/h En jämförelse av behovet av energi hos det nya förfa- randet med konventionellt förfarande ger följande värden: Tgrkni : Ångbehov Ångbehov Ängbehov El tillförd totalt Brännolja' Indunstning: Ãngbehov Nytt Konv. 1 MPa 21,5 ton/n - 2 mmA 1,4 ton/h _ 0,4 Mra - 1,0 ton/h 640 kw 750 kw - 1soo 1/n 0,4 Ma 56,5 ton/h 55 ton/n 8190936-7 ÉNERGIFÖRBRUKNING Torknigg: N tt Konv.

M ton torrsubst.MJ7ton torrsubst. Ãngbehov 1 Ma (2015 HJ/ton) 4332 - 2 mra (2800 MJ/ton) 392 - o,4 MPa (2739 MJ/ton) - 274 E1 (o,36 MJ/ten torrsubsfi 230 263 Brännoija 56 MJ/1 e..o1ja - ' 6480 §ndunstn;gg¿ Åmaehov 0,4 ma (2154 MJ/ton) 7789 11757 Summa MJ/ton torrsubst. 12743 18754 Besparing 6011 MJ/ton torrsubst. 167 1 e.olja/ton torrsubst. eller 167o 1 e.o1ja/h I fig. 2 visas ett diagram med kurvor över torkhastig- heten hosbetmassaefter expansion resp. utan sådan.

Med hänvisning till fig. 3 skall i det följande en vari- ant av uppfinningen beskrivas. Vid detta utföringsexempel sker torkning i två steg av omelasserad betmassa utan före- gående malning eller expansion.

Första torksteget 19 arbetar med värmande ånga med trycket 1,2 MPa och bärånga med trycket 0,5 MPa. Betmassan införes i torksteget 19 via en oellmatare 20, och fukthal- ten nedbringas i detta torksteg från 78% till 65%, Materi- alet får sedan passera en célmatare 21 och härvid expandera mot trycket 0,2 MPa, varefter det males i en skivkvarn 22.

Torkning sker härefter till 10% fukthalt i ett andra tork- steg 23 vid trycket 0,2 MPa. Producerad ånga vid trycket 0,5 MPa fungerar som värmande ånga. Torkningen balanseras mellan stegen 19,25 på så sätt, att ångan.med trycket 0,5 MEa lagom.förbrukas för att färdigtorka betmassan. Det man speciellt skall iakttaga är att separat optimera mängden bärånga från det ena steget 19 till det andra 23.

I det första torksteget 19 är viktförhållandet mellan betmassa och bärånga 1/5 och medelströmningshastigheten ca 30 m/s. I det andra torksteget 23 är motsvarande vikt- förhållande 1/3 och medelströmningshastigneten ca 20 m/s.

Härigenom har anordrdngens utrymmesbehov och elförbrukning- 8100936-7 11 en hos ingående fläktar kunnat reduceras väsentligt.

Om kapaciteten i det andra torksteget 23 temporärt behöver ökas, kan man göra detta genom att öka pådraget av ånga i en till torksteget ansluten ångejektor 24, var- vid trycket hos den värmande ångan i det andra torkste- get stiger. a Efter torkning i det andra torksteget 25 expanderas betmassan via en cellmatare 25 ut till atmosfärsluften.

Såsom ett tredje utföringsexempel av förfarandet kan hetolja användas i stället för ånga som värmande medium vid torkning av betmassan.

Så kallad Dowtherm e.l. kan användas. Detta medium värmes med eller utan förångning till hög temperatur i panna, som i sin tur kan värmas med elenergi eller något bränsle.

Fördelen med detta utförande är att man kan erhålla hög temperatur utan att samtidigt nå högt tryck.

Hetoljan tillföres torkanordningens värmeväxlare.

Uteslutande genererad ånga får i detta fall användas för behandling av betmassan. Denna ånga kan ej återanvändas för torkning medelst kompression (mekanisk eller ångejektor) utan användes i stället för förbehandling av betmassan och/eller för indunstning.

Uppfinningan är icke begränsad till de visade och be- d skrivna utförandena utan kan varieras på ett flertal sätt inom ramen för efterföljande krav. Sålunda kan såväl desinf tegrering som expansion och torkning utföras i flera steg i olika arrangemang och ordningsföljd.

I syfte att förlänga sockerfabrikernas drifttid varje år (i aag endast ca zooo hlår) kan betsniesei torkas, lagras och sedan åter tas in i produktion för sockerframställ- ning.

Härvid kan betsnitseln eventuellt ha pressats före torkning eller en del av sockret ha lakats ur. Genom tork- ning i ånga bibehålls kvaliteten på betsnitseln, torknings- kostnaden hålles låg och materialet förblir hydrofilt, dvs. lätt att återväta. 8100936-7 12 Genom det ovan beskrivna förfarandet kan man med hän- syn till transportkostnader för betor (alternativt torkad betsnitsel) erhålla optimal drifttid för en fabrik.í stort sett hela året t.ex. 7000-8000 h/år. Detta innebär, att vart tredje eller vart fjärde sockerbruk blir överflödigt.

Hela produktionen klaras således vid färre fabriker. Kapi- talkostnaden och till en viss mindre del även de rörliga kostnaderna sjuhker härmed.

Claims (8)

15 8100956-7 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för upparbetning av betmassa, som är bildad från aockerbetor, vilka efter blastavskiljning och bettvätt skurite till s.k. snitsel, urlakats på socker med vatten och avvattnate genom preeening, k ä n n e t e c k - n a t deä r a v, att betmassan härefter underkastas behand- lingsstegen uppvärmning medelst vattenånga, benämnd bärånga, desintegrering i bärångan för åstadkommande av tillnärmelee- vis samma storlek hos i betmaeean ingående partiklar samt torkning i värmeväxlare, varvid bärångan lämpligen utgör bidragande torkningsmedium, vilka behandlingseteg kan följa på varandra i nämnd eller annan ordning, varefter betmassan separeras från bärångan och kyles.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e o k n a t d ä r a v, att desintegreringen sker genom mekanisk sönder- delning av betmassan.

3. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att bärångan står under övertryck och att bet- massans desintegrering sker därigenom, att betmassan utsät- tes för ett hastigt tryckfall för åstadkommande av en expan- sion av betmassans partiklar för eprängning av dessa.

4. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att betmassane desintegrering sker genom en kombi- nation av mekanisk eönderdelning och expansion av betmassans partiklar.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t d ä r a v, att betmassans fukthalt ef- ter avvattningen först nedbringas genom torkning i ånga under övertryck, att betmassan sedan expanderas och mekaniskt sönderdelas, därefter åter torkas och efter detta expanderae ut till atmosfärsluften.

6. Anordning för genomförande av förfarandet enligt kravet 1 för upparbetning av betmassa, som är bildad från sockerbetor, vilka efter blastavskiljning och bettvätt skurits till s.k. anitsel, urlakats på socker med vatten och avvattnats genom pressning, k ä n n e t e c k n a d 14 _ 8100956-7 d ä r a v, att i anordningen ingår ett tryckkärl (5,19), till vilket betmassan (1) transporteras via ett trycklås (4,20), desintegreringsorgan (8,10;21,22) för åstadkom- mande av tillnärmelsevis samma storlek hos i betmassan inf gående partiklar, utrustning (11,23) för torkning av bet- massan samt organ (14,15;25) för befordran av betmassan ut ur torkutrustningen (11,23) och för separering av betmassan från såsom transportmedel för betmassan tjänande ånga.

7. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att desintegreringsorganet utgöres av en cell- matare (8,21), vilken är anordnad att befordra betmassan (1) från tryerrärlet (5,19) till en kammare (7) med lägre tryck och -därmed åstadkomma en expansion av betmassans partiklar for sprängning av dessa.

8. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att desintegreringsorganet utgöres av en kvarn (10.22), som är anordnad att sönderdela materialet mekaniskt.