Využití CO2 při saturaci
c1 - c2
 = ------------------- . 104 (%)
c1 (100 - c2)
c1
obsah CO2 v saturačním plynu
c2
obsah CO2 v plynech odcházejících ze saturace

koeficient využití CO2, má být 70 - 80 %
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
1
Předsaturace (čeřicí předsaturace)
Braunschweigské čištění šťáv Systém 65
· přídavek CO2 do šťávy během progresivního zvyšování pH
· obalování zkoagulovaných koloidů krystalky CaCO3
· koagulace a dehydratace koloidů již při pH 8,8 - 9,0
· stabilizace sraženiny
vracený
kal po
1.saturaci
předsaturace mezivápnění hlavní 1.saturace
pH 8,8-9
pH 10,5-11 čeření
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
2
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
3
Sedimentace saturované šťávy
Rychlost sedimentace, w (m/s)
d2 . (1 - 2) . g
w = --------------------18 . 
d
1
2
g

průměr kalových částic (m)
hustota kalových částic (kg/m3)
hustota šťávy (kg/m3)
tíhové zrychlení (m/s2)
dynamická viskozita šťávy (Pa.s)
w = 0,3 mm/s = 18 mm/min = 1080 mm/h
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
4
Výkonnost dekantéru, mV (m3/h)
h.A
mV = ---------- = 3600 . w . A

h
A

w
výška čirého roztoku v dekantéru (m)
plocha dekantéru (m2)
čas (h)
rychlost sedimentace (m/s)
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
5
Moderní dekantér
·
·
·
·
·
malá výška usazovací zóny
maximální usazovací plocha
poměr usazovací plochy a objemu dekantéru 1,1 - 1,3
několika patrové dekantéry
doba zdržení 40 - 70 min
Na dekantéru se získá
·
čirá šťáva (dekantát)
80 % , max. 20 mg kalu/100 ml
·
zahuštěný podíl
20 %, 16 - 20 % kalu,
hustota 1150 - 1200 kg/m3
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
6
Dekantér
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
7
Flokulace - koagulace
Agregace, při níž vznikají shluky volně vázaných částic, se nazývá flokulace. Je vratná – velmi
mírným zásahem mohou být agregáty převedeny zpět na koloidní systém (peptizace). Mohou
také přecházet na pevněji vázané shluky.
Pochod, při kterém vznikají agregáty pevně vázaných částic je označován jako koagulace.
Koagulace není vratná (na rozdíl od flokulace) – vytvořený koagulát nelze bez vynaložení
dostatečně velké energie peptizovat – převést zpět na koloidní systém. Po dosažení určité
velikosti agregátů dochází k sedimentaci, což vede k zániku disperzního systému.
© P.Kadlec
- Technologie
oboru I Není-li známa povaha agregátu, nebývají
tyto
termíny rozlišovány
a často se používá pouze8
cukr - P3
termínu koagulace.
Flokulační činidla - polyelektrolyty
·
·
·
zlepšení sedimentačních vlastností kalových částic
polymery akrylamidu
kopolymery akrylamidu a akrylátu sodného
--CH2--CH-----------CH2--CH---I
I
CONH2
COONa
· přídavek do kalné šťávy
0,01 - 0,02 %
· dokonalé promísení flokulantu se šťávou
· vazbou flokulantu a kalových částic se vytvářejí velké shluky
kalových částic koagulace flokulace
vazba flokulačního
činidla a kalové částice
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
9
Závady na dekantérech
·
·
·
kalný dekantát
nízká nebo vysoká hustota zahuštěného podílu
zhoršení kvality šťávy
dlouhá doba zdržení v dekantéru nad 70 min
nízké teploty šťávy pod 80 °C
mikrobiální kontaminace
pokles alkality
nárůst koncentrace barevných látek
zvýšené zavápnění šťávy
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
10
Zahušťovací filtry
•sedimentace i filtrace probíhají v jednom zařízení
•vyšší výkonnost než dekantéry
•dokonale čirý filtrát
•dobrá kvalita šťávy
•krátká doba zdržení šťávy
•složité zařízení, vyšší cena
Kontinuální zahušťovací filtr
válcová nádoba s kuželovým dnem
filtrační články povlečené filtrační tkaninou
trubkové rámy
děrované trubky
výlisky z plastu se středovým kanálem
rozdělovací hlava
závady pomalá filtrace
ucpání filtru
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
11
Kontinuální zahušťovací filtr
1 – nádoba filtru
2 – filtrační vestavba
3 – rozdělovací hlava
4 – přítok kalné šťávy
5 – sběrná trubka
k rozdělovací hlavě
6 – odtok filtrované šťávy
7 – zpětný tok filtrátu
8 – míchadlo
9 – odtok zahuštěného podílu
Δp 80 kPa
10 min
rozdělovací hlava
Δp 130 kPa
30 s
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
12
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
13
Zlepšení sedimentačních a filtračních vlastností kalu
se docílí recirkulací kalových částic zpět do předčeření
- 80 - 120 % n.ř. kalné 1. saturované šťávy
- 10 - 20 % n.ř. zahuštěného kalu po 1. saturaci
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
14
Filtrace
Rovnice filtrace
pro objem filtrátu
pro rychlost filtrace
p . A . 
V = -------------.d.R
dV
p
v = ------ = ------------A.d
.d.R
V
v
p
A


d
R
objem filtrátu (m3)
rychlost filtrace (m/s)
rozdíl tlaků (Pa)
filtrační plocha (m2)
doba filtrace (s)
dynamická viskozita šťávy (Pa.s)
tloušťka filtračního koláče (m)
měrný odpor filtrační vrstvy (m-2)
R = a . (p)b
nestlačitelný koláč
stlačitelný koláč
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
b=0
R = konst.
b>0
15
Filtrace na kalolisech
Klasický kalolis - tlakový rámový filtr
· rámy a filtrační desky, mezi nimi plachetka
· kalná šťáva se přivádí pod tlakem 0,3 - 0,4 MPa
50 - 70 °C
· vyslázení kalu teplou vodou
· množství vyslázecí vody
90 - 150 % na kal
· obsah cukru v kalu
0,8 - 1,0 %
· obsah sušiny v kalu
50 - 55 %
· množství kalu
6 - 8 % n.ř.
· náročná obsluha, nečisté prostředí
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
16
Přetlak šťávy
0,3-0,4 MPa
Kal – 50-55 % suš., cukr 0,8-1,0 %, množství 5-8 % n.ř.
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
17
Mechanizovaný kalolis
·
·
·
·
·
·
komorové desky
filtrační plachetka v podobě nekonečného pásu
min. 0,65 MPa
tlak kalné šťávy na vstupu
spotřeba vyslázecí vody
90 % na kal
obsah sušiny v kalu
60 - 70 %
mechanizované vyprazdňování a sestavování kalolisu
Pracovní cyklus mechanizovaného kalolisu
aktivní fáze
50 min filtrace
1. vyslázení
2. vyslázení
profuk
sušení
pasivní fáze
10 min vyprazdňování kalu
sestavení kalolisu
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
30 min
5 min
10 min
2 min
3 min
8 min
2 min
18
filtrace 30 min
1.vyslázení 5 min
profuk 2 min
2.vyslázení 10 min
sušení 3 min
sušina kalu 60-65 %
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
19
Membránový tlakový filtr
tlakový
vzduch
voda
Komorová deska
kalná šťáva
filtrát
výslady
filtrace
lisování
vyslázení
Membránová deska
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
20
Membránový tlakový filtr
·
·
·
·
·
·
·
membránové desky Lenser s polypropylenovými membránami
střídavě komorové a membránové desky
zkrácení doby filtračního cyklu
zvýšení kapacity filtru
zvýšení sušiny kalu
65 - 70 %
zlepšené vyprazdňování filtru
snížení provozních nákladů
Pracovní cyklus membránového filtru_________________
aktivní fáze
20 min filtrace
10 min
vylisování
1 min
5 min
promytí
dolisování
1 min
sušení
2 min
pasivní fáze
6 min vyprazdňování kalu
4 min
sestavení kalolisu
2 min
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
21
vlhkost kalu
doba filtrace
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
22
Membránový komorový filtr
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
23
Automatický tlakový filtr
vertikální filtrační automat
komorové desky s pryžovými membránami
průběžná filtrační plachetka
krátká doba pracovního cyklu 6 min
obsah sušiny v kalu
65 - 70 %
odstranění koláče posunem průběžné plachetky
po předchozím rozestoupení komorových desek
regenerace plachetky
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
24
Automatický tlakový filtr
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
25
Vakuový bubnový filtr
K filtraci zahuštěného podílu, obsahujícího 16-20 % kalu
Vyslazovací voda
tloušťka
kalu
10-15 mm
t = 60 °C
70 – 120 % na kal
Pracovní fáze:
1 – filtrace
2 – odsátí filtrátu
3 – promytí vodou
4 – odsátí vody
5 – odstranění kalového koláče
Podtlak 47 kPa
15-20 m2 filtrační plochy na
zpracování 1000 t/d
Rozměry bubnu
Průměr 2-3 m
Délka 2,5-4 m
Otáčky bubnu 1 – 2,5 1/min
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
26
Vakuový bubnový filtr
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
27
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
28
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
29
Saturační kal
Složení
CaCO3
50 %
P2O5
1%
MgO
1%
K 2O
0,2 %
organické látky 7,5 %
sacharosa
1%
Množství kalu
6 - 8 % n.ř.
Ztráty cukru v kalech
0,06 - 0,08 % n.ř.
Požadavek
· co nejvyšší sušina kalu
· minimální obsah cukru
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
30
Využití saturačního kalu
hnojivo k úpravě kyselé reakce půd
· organická hmota v kalech se přemění na humus
· v kalech jsou dále přítomny dusík, fosfor a hořčík
· zlepšení půdní struktury
hnojivo pro zahrádkáře
k saturačnímu kalu o sušině 65 % se přidá přídavek
10 % vápenného prachu
minerální přísada do krmných směsí
přísada při výrobě polymerních kompozitů
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
31
2. saturace
hlavní cíl: snížit obsah vápenatých solí ve šťávě na
minimum, zvýšit čistotu šťávy
 chemické čištění šťávy
 ochrana před tvorbou inkrustací
 kal po 2.saturaci - čistý uhličitan vápenatý
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
32
Chemický průběh 2.saturace
1) hydratace CO2 ve dvou stupních
CO2 + OH- -----> (HCO3)(HCO3)- -----> H+ + (CO3) 2s poklesem pH se posouvá rovnováha ve prospěch (HCO3)2) srážecí reakce
Ca2+ + (CO3)2- -----> CaCO3
3) vznik alkalických uhličitanů
2 KOH + H2CO3 -----> K2CO3 + 2 H2O
silný pokles alkality
4) reakce alkalických uhličitanů s vápenatými solemi
K2CO3 + CaA2 -----> CaCO3 + 2 KA
maximální vysrážení vápenatých solí organických kyselin
přirozená alkalita - přebytek alkality způsobený alkalickými uhličitany
po ukončení reakcí s rozpustnými vápenatými solemi
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
33
5) vznik hydrogenuhličitanů
K2CO3 + H2CO3 -----> 2 KHCO3
CaCO3 + H2CO3 ------> Ca(HCO3) 2
přesaturování na pH < 9, nepříznivé a nežádoucí
6) rozklad hydrogenuhličitanů
Ca(HCO3) 2 -----> CaCO3 + CO2 + H2O
při teplotách > 95°C
teplota < 95 °C vede ke zhoršení kvality lehké šťávy,
ke tvorbě inkrustací a ke zhoršení filtrace
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
34
Podmínky 2. saturace
· přídavek vápenného mléka 0,2 % CaO n.ř.
· ohřev šťávy na 95 - 98 °C
· přirozená alkalita - přebytek alkality způsobený alkalickými uhličitany
po ukončení reakcí s rozpustnými vápenatými solemi
vysoká přirozená alkalita - v mokrých letech
nízká přirozená alkalita - u řepy dlouho skladované a nezralé
· optimální alkalita koncové saturace pH 9 - 9,5,
titračně 0,015 - 0,025 g CaO/100 ml
alkalita na 2.saturaci závisí především na přítomnosti K2CO3
saturační pokus - závislost obsahu vápenatých solí na alkalitě
Ca++ (g CaO/100 ml)
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
0
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 alk. (g CaO/100 ml)
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
35
Za 2.saturací - nádrž s intenzivním mícháním
 dokončení rozkladu hydrogenuhličitanů
 doba 10 min
 nahrazení dřívější vyvářky šťávy
Vyvářka
 zahřátí kalné šťávy po 2. saturaci na 110 °C
 15 min var při teplotě 101 °C
 dokonalý rozklad hydrogenuhličitanu
 dokončení rozkladu amidů, invertu a j.
 významné energetické náhřevy
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
36
Filtrace šťávy po 2. saturaci
Šťáva po 2. saturaci
• malé množství jemných kalových částic
• chemicky čistý uhličitan vápenatý
• ucpávání pórů filtrační plachetky
Filtrovaná šťáva - max. obsah kalu 0,05 g/l
•
•
•
•
K filtraci se používají:
zahušťovací filtry
nízkotlaké listové filtry
naplavovací filtry
diskové filtry
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
37
Naplavovací filtry
¨ válcové těleso s horním klenutým dnem a spodním
koncem kuželovitě zúženým
¨ filtrační vestavba
rošt s rámy povlečenými plachetkou
filtrační svíčky - keramické
děrované trubky ovinuté drátem
¨ na povrch filtrační vestavby se naplaví vrstva
pomocného filtračního prostředku (křemeliny), která
vytvoří příznivou strukturu kalového koláče
¨ spotřeba křemeliny 1 kg/m2 filtrační plochy
¨ filtr pracuje pod tlakem 0,3 - 0,4 MPa
¨ při poklesu tlaku odpadá vrstva naplaveného kalu
¨ teplota šťávy při filtraci 80 - 90 °C
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
38
Pracovní cyklus naplavovacího filtru
¨
¨
¨
¨
¨
¨
naplnění filtru filtrovanou šťávou a naplavení vrstvy křemeliny
filtrace šťávy
zpětný proplach filtrovanou šťávou a odkalení filtru
odstranění zbytků filtračního koláče tlakovým vzduchem
vypouštění zbytku kalu
© P.Kadlec
- Technologie
oboru
Iproplach filtračních elementů
filtrovanou
šťávou,
regenerace
filtrační přepážky 39
cukr - P3
Klasické schéma epurační linky
Odměrka
vápenného mléka
lehká
šťáva
surová
šťáva
předčeření
pH 11, t=60-90°C
čeření
pH 12,5; t=90°C
1. saturace
zahušťování kalu/filtrace
2. saturace filtrace
pH 11, t=85°C
pH 9-9,5; t=95°C
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
40
Epurační efekt
(QLŠ – QSŠ)
E = ----------------------- . 104
QLŠ . (100 – QSŠ)
35 – 40 %
Hodnotu epuračního efektu ovlivňuje:
¨ složení surové šťávy
¨ přídavek CaO
¨ způsob epurace
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
41
Kvalita lehké šťávy
alkalitní koeficient
AK = cK+Na /cN
při AK < 4 dochází k poklesu alkalit
nutno udržovat ochrannou alkalitu
nízká kvalita lehké šťávy:
• vysoký obsah aminokyselin, amidů, rozkladných
produktů invertu vysoký pokles alkality
• vysoký obsah rozpustných vápenatých solí
• vysoké zabarvení šťáv
melanoidiny
tepelný rozklad sacharosy
¨
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
42
Úprava lehké šťávy před odparkou
 snížení barevnosti šťávy
 úprava pH šťávy
 snížení tvrdosti šťávy (zavápnění)
Síření lehké šťávy
¨ spalování síry v sířicích pecích
3 – 6 kg/100 t ř.
S + O2
-----> SO2
2 SO2 + O2 -----> 2 SO3
nežádoucí reakce,
přítomnost (SO4)¨ stlačený plynný SO2
¨ sprchové sířicí saturáky
¨ dokonalé pohlcení SO2 šťávou
¨ teplota 85 – 90 °C
důležité v rafineriích při výrobě šťávního krystalu
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
43
Chemické reakce
SO2 + OH-------> (HSO3)- ------> (SO3)2- + H+
Ca2+ + (SO3)2- -------> CaSO3
CaSO3 + H2SO3 ------> Ca(HSO3) 2
přesíření
úprava alkality lehké šťávy
¨ na pH 8,2 – 8,6
¨ alkalita těžké šťávy po předchozím síření lehké
šťávy nesmí klesnout pod hodnotu pH 8,2
¨ k síření je nutná přirozená alkalita šťáv
K2CO3 + H2SO3 -------> K2SO3 + CO2 + H2O
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
44
Snížení zabarvení lehké šťávy
¨ přeměna barevných látek na bezbarvou formu leukobází
I I
I I
+ H2O I I
C=C + (HSO3)---> (H–C–C–SO3)---> H–C–C–H + (HSO4) I I
I I
I I
¨ blokování karbonylové skupiny redukujících cukrů
inhibice Maillardovy reakce a vzniku melanoidinů
¨ omezení tvorby polyfenolových barviv - melaninů
Přítomnost (SO3)2- ve šťávě
¨ zlepšení krystalizačních vlastností sirobů
¨ snížení viskozity sirobů
¨ zlepšení kvality bílého cukru
¨ nižší výroba melasy
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
45
Změkčování lehké šťávy
Cíl:
¨ snížit tvrdost šťávy (obsah rozpustných vápenatých a
hořečnatých solí)
¨ zabránit usazování inkrustací na topných stěnách
odparky
Změkčování šťáv pomocí ionexů
•výměna vápenatých a hořečnatých iontů za ionty sodné
•silně kyselé polymerní katexy na bázi styren-divinylbenzenu
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
46
Ionexy – měniče iontů
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
47
Schéma ionexové změkčovací stanice
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Pracovní fáze
Změkčování šťávy
Vyslázení vodou
Regenerace NaCl-2
Regenerace NaCl-1
Proplach vodou
Kypření ionexu
vzduchem
Ionexový filtr
katex,
měnič kationtů
Výměna Ca2+ Na+
Regenerace
2 NaRk + Ca2+
Ca(Rk)2 + 2 Na+
Ca(Rk)2 + 2 NaCl
2 NaRk + CaCl2
8 % roztok NaCl, 80 °C
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
48
Nevýhody ionexových aplikací:
¨ velká spotřeba vody na vyslázení a proplachování
ionexů
¨ vysoká spotřeba regeneračních činidel
¨ velké zatížení odpadních vod
¨ náročná aparatura ionexového filtru
¨ vysoká cena ionexové náplně
¨ relativně dlouhé pasivní fáze pracovního cyklu
© P.Kadlec - Technologie oboru I cukr - P3
49
Download

P3 - Prof. Kadlec - Separace kalu, 2.saturace, úpravy LŠ