Пути повышения энергоэффективности сахарного производства

Лaʙpeʜoʙa M.A., Дeʜисова Е.A., 2014

Ежегодная потребность России в сахаре составляет 5,4-5,6 млн. тонн. Ресурсы этого продукта складываются на 65-75 % из собственного производства сахара из сахарной свеклы, на 25-30 % из импортного сахара-сырца и на 5 % из импорта сахара из стран Таможенного союза и дальнего зарубежья [4].

Вступление России во Всемирную торговую организацию (ВТО) привело к изменению действующей в последние годы системы господдержки агропромышленного комплекса страны, росту затрат и снижению рентабельности сахарной свеклы, которые не могут быть полностью компенсированы ростом эффективности производства сахарной свеклы и сахара в среднесрочной перспективе. Производство сахарной свеклы может стать непривлекательным для сельскохозяйственных товаропроизводителей, что приведет к снижению посевных площадей и падению производства отечественного свекловичного сахара [4].

Основным направлением повышения конкурентоспособности производства свеклы и сахара является снижение расхода энергетических ресурсов, потерь сахарозы и соблюдение действующих требований природоохранного законодательства.

За последние три года за счет модернизаций основного технологического и теплообменного оборудования расход условного топлива на переработку сахарной свеклы на российских сахарных заводах снизился с 5,09 % до 4,7 %, общие потери сахарозы в производстве с 2,74 % до 2,59 % к массе переработанной свеклы [4].

В соответствии с отраслевой программой «Развитие свеклосахарного подкомплекса России на 2013-2015 годы» [4] предусматривается к 2015 году снижение расхода условного топлива при переработке сахарной свеклы и обеспечение общего расхода условного топлива на предприятиях сахарной промышленности России до уровня 4,4 % к массе перерабатываемой свеклы.

Производство сахара из сахарной свеклы является сложным процессом, который состоит из тесно взаимосвязанных тепловых процессов, таких, как нагревание, выпаривание, уваривание, кристаллизация и сушка, а также таких процессов, как известковая обработка диффузионного сока (дефекация), сатурация, фильтрование, центрифугирование и т.д. Тепловая система сахарного завода представляет собой очень сложный комплекс, состоящий из многокорпусной выпарной установки, а также системы теплообменников, греющим агентом в которых является вторичный пар из корпусов выпарной установки. Использование энергии отработанного пара позволяет сэкономить большое количество тепловой энергии для вспомогательных и общезаводских процессов.

При производстве сахара расходуется электроэнергии 25-30 кВт ч на 1 т перерабатываемой свеклы. Энергопотребление в виде условного топлива на т сахарной свеклы на зарубежных сахарных заводах в 1,5-2,0 раза ниже. Поэтому для достижения конкурентоспособности отечественной сахарной промышленности необходимы конкретные мероприятия по снижению удельного расхода энергоносителей при выработке сахара из свеклы.

Нами проводились исследования по снижению энергозатрат при получении сахара по различным направлениям.

Высокой энергетической эффективности возделывания сахарной свеклы можно добиться только при наличии комплекса современной производительной техники и оборудования. Важным резервом является повышение эффективности переработки свекловичного жома, огромное количество которого ежегодно накапливается на сахарных заводах [4].

Нами исследована возможность сокращения расхода энергии на высушивание жома. Для этого необходимо, прежде всего, повышение механической прочности структуры свекловичной растительной ткани в процессе интенсивного механического воздействия - глубокого прессования свежего жома.

Одним из направлений упрочнения структуры свекловичной ткани при экстрагировании является предварительное химическое воздействие на свекловичную стружку. В наших исследованиях было установлено влияние способа подготовки жомопрессовой воды на механическую прочность свекловичной стружки. Подготовка экстрагента (жомопрес-совой воды) включала очистку химическими реагентами как в отдельности, так и в комбинации с импульсным магнитным полем. Оценка состояния растительной ткани определялась на основании микрофотографий микросрезов фрагментов свекловичной стружки в режиме светового микроскопирования.

Установлено, что оптимальным усилием при прессовании обессахаренной свекловичной стружки является максимальное давление в рабочей зоне 3,00 МПа, при котором обес- печиваются достаточно высокие степень механического обессахаривания жома и выход жомопрессовой воды - до 57-59 % с допустимым содержанием примесей, что позволяет повторно использовать полученную производственную воду в качестве экстрагента для диффузионного процесса. При этом обеспечивается высокая массовая доля сухих веществ в прессованном жоме (29-31 %), что позволит сократить расход условного топлива на высушивание жома до 1,2-1,4 % условного топлива к массе свеклы [6].

Одним из направлений энергосбережения является снижение накипеобразования и связанное с этим повышение эффективности выпаривания воды из очищенного сока. С этой целью исследовались различные покрытия, нанесенные на поверхность кипятильных трубок выпарных аппаратов.

Эффективными оказались покрытия, полученные путем нанесения на теплообменную поверхность полимерных покрытий гидрофо-бизирующей жидкости (ГКЖ), силиконовой эмульсии (КЭП-2), полиметилсилоксановой жидкости (ПМС-200). Эти покрытия доступны, требуют невысоких материальных затрат и позволяют значительно снизить процесс наки-пеобразования на поверхности теплообмена. Положительные результаты по уменьшению накипеобразования получены при использовании кипятильных трубок, выполненных из меди, латуни и нержавеющей стали, особенно полированной. Лучшие результаты по снижению накипеобразования отмечены при воронении поверхности теплообмена [2].

Положительные результаты могут быть получены при использовании такой технологической операции, как дозревание сока после II сатурации.

Обработка сока традиционными реагентами (тринатрийфосфат, карбонат натрия) снижает содержание солей кальция и цветность очищенного сока на 10-12 %. Безреа-гентный метод (дозревание) улучшает показатели сока в сравнении с контролем: через 20 мин содержание кальциевых солей ниже на 21,9 %, а цветность - на 15,6 %. Таким образом, безреагентный способ обработки сока II сатурации позволяет получать соизмеримые результаты дозревания сока в сравнении с вводом карбоната натрия или тринатрийфосфата. Кроме того, при продувании сока II сатурации воздухом частично удаляется аммиак, образо вавшийся в результате термохимического разложения амидов. Удаление аммиака из сока снижает интенсивность образования красящих веществ при его выпаривании, повышает объективность определения величины щелочности и степени ее падения в МВУ [3].

Нами исследовалась технология с использованием магнитной обработки для снижения расхода извести на физико-химическую очистку диффузионного сока. С этой целью было изучено влияние параметров магнитной обработки на показатели соков и сиропа

Определено, что рациональными условиями обработки преддефекованного сока при рН 8,5 импульсным магнитным полем (ИМП) является продолжительность ее воздействия 8 си индукция 0,25 Тл.

Предложенный комбинированный вариант позволяет сократить расход извести на очистку диффузионного сока и получить соки и сиропы более высокого качества, что соответственно приведет к снижению общего расхода извести на технологические операции, снижению расхода известняка и топлива [5].

Возврат подготовленной жомопрессовой воды (ЖПВ) в качестве замены части питающей воды для диффузионного процесса является методом снижения энергозатрат при получении сахара. Нами предлагается вариант очистки жомопрессовой воды, включающий добавление суспензии сока II сатурации, фильтрование, подкисление раствором серной кислоты, обработку воды в ИМП, фильтрование. По сравнению с классическим способом подготовки ЖПВ очистка с использованием комбинированного метода обеспечила:

• -    повышение чистоты жомопрессовой воды на 2,8-3,0 %, чистоты диффузионного сока - на 0,4 %;

• -    увеличение эффекта очистки при диффузионном извлечении сахарозы на 3,06 %;

• -    повышение содержания сухих веществ в прессованном жоме с 27 до 30,5 %;

• -    расчетное снижение расхода условного топлива на высушивание жома - 7 % к массе сухого жома.

Для сахарного завода производственной мощностью 6000 т свеклы в сутки ожидаемое снижение расхода энергоносителей для высушивания прессованного жома до стандартного содержания сухих веществ составит около 3 тыс. т условного топлива за производственный сезон продолжительностью 100 суток [1].