Obtinerea zaharului din zaharul brut si din trestie

Importanta zaharului in alimentatie Zaharul este un aliment necesar si mult apreciat datorita calitatilor sale, gust dulce, valoare energetica si putere bacteriostatica. Zaharul este asimilat complet si repede de organism in circa 15 minute si produce caldura si energia necesara organismului. Prin ardere in organism se degaja 4000 kcal/kg, fata de carnea rosie care degaja 1500 kcal/kg, painea neagra 2250 kcal/kg si laptele care are 635 kcal/kg. Zaharul restabileste si pastreaza rapid puterea de munca. Zaharul se consuma si sub forma de alimente solide si lichide: produse zaharoase, produse de cofetarie, conserve de fructe, lichioruri carora le da un gust placut si dulce. Materii prime pentru obtinerea zaharului Sfecla de zahar si trestia de zahar sunt cele 2 plante tehnice din care se produce aproape tot necesarul de zahar de pe glob. a. Trestia de zahar se cultiva in tinuturi cu clima calda (America de Sud, Egipt, India, Thailanda). Zaharul din trestie se obtine in conditii mai avantajoase atat in ceea ce priveste cultura, cat si fabricatia. Trestia de zahar da un randament mult mai mare la hectar. Cultura de trestie de zahar este bianuala, iar recoltarea ei se face complet mecanizata. Durata campaniei in fabricarea zaharului este mult mai lunga, iar procesul de fabricatie este mult mai simplu. Melasa rezultata aproape 100 % este folosita la fabricarea romului. b. Sfecla de zahar se cultiva in tinuturi cu clima temperata (Europa si America de Nord). - Asolament: furaj pentru animale; - Namolul este ingrasamant pentru terenurile acide; - Melasa pentru fabricarea alcoolului etilic, drojdiei si glicerini. Zaharul brut se obtine si din sfecla de zahar: - ca sirop - ca zahar colorat Compozitia chimica a sfeclei de zahar 100 kg sfecla: - 75 kg apa - 25 kg substanta uscata

1

Rafinarea zaharului brut din trestie de zaharPrin rafinare se urmareste obtinerea cristalelor de zahar alb cu proprietati caracteristice, de culoare alb-stralucitoare, cu nuanta albastruie slab perceptibila, fara miros, cu gust dulce, pur din punct de vedere microbiologic, corespunzand cerintelor comertului si consumatorilor. Cerintele rafinarii sunt: afinare corespunzatoare, buna purificare si filtrare, decolorare satisfacatoare. Zaharul brut are cristalele acoperite cu o pelicula de sirop (sirop mama) respectiv siropul din care s-au format si au crescut cristalele respective. Siropul mama numit si sirop intercristalin, contine zaharoza necristalizata si cea mai mare parte din nezaharul extras si neeliminat in procesul de purificare cu var si bioxid de carbon. Zaharul brut este colorat de la galben pana la brun-inchis. Aceasta coloratie se datoreaza substantelor colorante din pelicula de sirop aderenta pe cristale, precum si substantelor colorante incluse in cristal in timpul cristalizarii. Zaharul brut trebuie sa aiba o granulatie mare, cristalele sa fie dure, uniforme si fara conglomerate, deoarece acestea atrag pericolul de infectie microbiologica. Zaharul brut din trestie se deosebeste de zaharul brut de sfecla prin compozitia sa chimica si prin anumite caracteristici fizice. Zaharul brun are un continut mai ridicat de substante reducatoare si de substante coloidale. Continutul de substante reducatoare ale zaharului brut de trestie poate ajunge pana la 2 %, iar continutul de substante coloidale oscileaza intre 38 %. Principalele operatii ale procesului tehnologic de rafinare a zaharului brut din trestie sunt urmatoarele: afinarea initiala a zaharului brut, operatie ce se realizeaza numai atunci cand coloratia sa depaseste 4000 Unitati ICUMSA/ 100 Brix; obtinerea clerei; purificarea calco-carbonica si filtrarea clerei; decolorarea clerei purificate; reglarea pH-ului clerei purificate; fierberea maselor groase; centrifugarea maselor groase; tratarea maselor groase si cristalizarea suplimentara prin racire; conditionarea zaharului rafinat; ambalarea zaharului rafinat; depozitarea zaharului rafinat. Depozitarea zaharului brut din trestie de zahar Zaharul brut din trestie de zahar este format din: - cristale de zaharoza invelite intr-un strat subtire de sirop intercristalin, sau sirop mama, din care s-au format si s-au separate cristalele respective si

2

- dintr-o mica cantitate de nezahar si substante care au fost incluse in cristal in timpul cresterii acestuia si care fiind incluse in reteaua cristalina, sunt strans legate de cristal. 1. Calitatea zaharului brut Stratul subtire de sirop care inveleste cristalele de zahar brut si substantele colorante incluse in reteaua cristalina determina nuanta si intensitatea culorii zaharului brut. In general culoarea zaharului brut este de la galben pana la diferite nuante de brun, chiar brun inchis. Cu toate acestea culoarea zaharului brut nu reprezinta o unitate de masura directa pentru aprecierea calitatii zaharului brut, deoarece stratul de sirop care inveleste cristalele de zahar brut acopera adevarata culoare a cristalelor. Stratul de sirop aderent pe cristalele de zahar brut ramas dupa centrifigarea din tara de origine se intareste pe suprafata cristalului imediat ce incepe racirea cristalelor dupa centrifugare. In consecinta dimensiunea cristalelor creste, dar si posibilitatea formarii prafului creste pe masura ce umiditatea sa este mai redusa fapt de care trebuie tinut cont la proiectarea magaziilor sau a silozurilor de zahar brut. Nu se admite ca zaharul brut din trestie de zahar sa fie: ambalat in saci, sau depozitat in vrac in depozitele sau silozurile fabricilor de zahar daca temperatura sa depaseste 30 C, deoarece: o culoarea se va inrautati, adica zaharul se va inchide la culoare; o alcalinitatea se va scadea ca urmare a initierii procesului de invertire ca urmare a intensificarii activitatii bacteriene. Pentru prelevarea probelor de zahar brut se procedeaza astfel: la zaharul brut de calitate superioara se fac partide de cate 100 t si se preiau probe la fiecare 2 t. Aceste probe se unesc apoi intr-o proba unica care se analizeaza; la zaharul brut de calitate inferioara se fac partide de cate 50 t si se preiau probe la fiecare 2 t. Aceste probe se unesc apoi intr-o proba unica care se analizeaza. Caracteristicile zaharului brut obtinut prin prelucrarea din trestie de zahar sunt prezentate in tabelul 1.

3

Tabel 1. Caracteristicile zaharului brut obtinut prin prelucrarea din trestie de zahar Indicatorul de calitate Culoare Aspect in stare solida Unitatea de masura Valorile pentru zahar brut de calitate Inferioara Medie Superioara Indicatori organoleptici: Galben pana la Galben pana la Galben pana la roscat si brun roscat si brun roscat si brun Granulatie mare, Granulatie mare, Granulatie mare, cristale dure, cristale dure, cristale dure, uniforme si fara uniforme si fara uniforme si fara conglomerate conglomerate conglomerate Gust dulce, fara Gust dulce, fara Gust dulce, fara gust si miros gust si miros gust si miros strain, atat in strain, atat in strain, atat in stare uscata, cat si stare uscata, cat si stare uscata, cat si in solutie in solutie in solutie Indicatori fizico chimici: % s.u. min 96,50 97,20 98,00 % max. 0,77 0,60 0,40 % max. % max. Unitati ICUMSA % max. 0,98 0,60 Maxim 3000 1,15 0,70 0,50 Maxim 2000 1,00 0,50 0,40 Maxim 1000 0,70

Gust si miros

Zaharoza Umiditate Substante reducatoare Cenusa conductometrica Coloratia in solutie Alte nezaharuri

2. Depozitarea zaharului brut inaintea rafinarii In activitatea de rafinare a zaharului brut din trestie de zahar trebuiesc distinse patru faze si anume: Transportul maritim, din tarile producatoare in porturile tarilor in care urmeaza a se rafina; Descarcarea si incarcarea in vagoane de cale ferata si transportul la fabrica in care se rafineaza; Descarcarea si depozitarea in fabrica in care urmeaza a se rafina; Rafinarea propriu-zisa. Transportul din tarile producatoare Zaharul brut se transporta cu vaporul, traversand oceane si mari, din tarile producatoare pana in porturile tarilor in care se rafineaza. Capacitatea vapoarelor cu care se transporta zaharul poate fi cuprinsa intre 7500 . 33000 tdw. In general, astazi, exista doua mari campanii de producere a zaharului brut din trestie de zahar: Campania de vara, care incepe sa livreze zahar brut dupa 15 mai si dureaza pana in jurul datei de 30 septembrie; Campania de toamna care incepe in jurul datei de 1 noiembrie si dureaza pana in jurul datei de 1 februarie4

Prima campanie este specifica zonei de Sud a Braziliei si de aceea, in general transportul in aceasta perioada se face din Brazilia. Cea de a doua campanie este specifica mai multor tari ca de exemplu Cubei, zonei de Nord a Braziliei si Thailandei si de aceea, in aceasta a doua perioada transportul se face din aceste tari. La alegerea vapoarelor cu care urmeaza a se transporta zaharul brut trebuie avute in vedere urmatoarele masuri: Alegerea vapoarelor cu spatii de incarcare corespunzatoare; Evitarea captusirii spatiilor de depozitare cu scanduri; Evitarea umezirii cu apa a diferitelor parti a zaharului; Sa se asigure protectie impotriva contaminarii cu impuritati; Operatiile de incarcare si descarcare sa se execute in timp cat mai scurt. Transportul la fabrica in care se rafineaza In porturile de destinatie din tarile care rafineaza zahar brut, zaharul brut este descarcat din vapoare si incarcat in vagoane de mare capacitate, identice cu vagoanele de transport cereale. Descarcarea zaharului depozitat in vrac se face cu graifere, sau, mai bine, cu elevatoare, care sunt coborate in ferestrele de incarcare ale vapoarelor. Graiferele sau elevatoarele predau zaharul brut benzilor care-l transporta intr-un buncar mare, din care se incarca in vagoanele de cale ferata. Descarcarea cu elevatorul trebuie preferata deoarece: Asigura cuprinderea comoda a intregului spatiu de incarcare; Prezinta avantaj pentru descarcarea zaharului in cazul timpului polios. Din aceste porturi pana la fabricile in care se rafineaza zaharul brut se transporta pe calea ferata, folosindu-se asa numitele navete de cale ferata, alcatuite din circa 25 . 30 vagoane de mare capacitate. Fiecare vagon de cale ferata a carei tari este determinata prin cantarire este incarcat cu zahar brut si apoi sigilat si cantarit din nou. Prin diferenta se poate determina masa neta de zahar brut transportata. Intr-un vagon de acest tip, in functie de granulatia si de umiditatea zaharului brut poate incape o cantitate de zahar brut de 45 . 48 tone. Rezulta deci ca o naveta de cale ferata transporta 1200 . 1450 tone. In plus, armatorul vaporului impune descarcarea zaharului brut intr-un anumit ritm. Descarcarea vaporului se face de luni pana sambata la orele 12. Descarcarea se reia dupa pauza oficiala de sambata dupa masa si duminica. In general se practica sistemul bazat pe 2 . 3 navete dintre care: Una este in permanenta la incarcare; Cea de a doua este pe drum si la incarcare; Sau Una este in permanenta la incarcare; Cea de a doua este pe drum; Cea de a treia este la descarcare. Acest ritm de descarcare de circa 1000 . 1450 t/ 24 ore, corelat cu capacitatea unei fabrici care rafineaza zahar brut (400 800 tone/ 24 ore), impune necesitatea ca o5

mare parte din zaharul brut descarcat si transportat la fabrica sa fie depozitat pana la rafinare. Depozitarea zaharului brut este o problema a carei responsabilitate revine exclusiv fabricii care-l rafineaza. Descacarea si depozitarea zaharului brut in fabrica in care urmeaza a se rafina Ritmul de descarcare a zaharului brut in fabrica de zahar este conditionat de: Termenul dupa care vagoanele intra in locatie; Necesitatea ca naveta sa se reantoarca ritmic in portul in care este la descarcare vaporul cu zahar brut; De aceea descarcarea: Trebuie facuta rapid; Trebuie folosite sisteme mecanizate special adecvate; Trebuie folosit sistemul de descarcare prin curgere sau cadere, iar zaharul descarcat trebuie: o Rapid transportat in spatiile de depozitare in care o Trebuie distribuit uniform fara a se crea strangulari sau blocari. Fiecare rafinarie de zahar brut trebuie prevazuta cu o posibilitate de depozitare a zaharului brut corespunzatoare capacitatii sale de prelucrare. Spatiile pentru depozitarea zaharului brut din trestia de zahar Pentru depozitarea zaharului brut in vrac, in functie de capacitatea de rafinare a fabricii de zahar, pe plan mondial sunt uzuale silozuri rotunde sau paralelipipedice cu capacitatea de pana la 100000 tone. Pe plan mondial se utilizeaza doua tipuri de silozuri de zahar brut: Daca suprafata disponibila este mica se construiesc silozuri de tip Weinbull din otel sau beton Daca spatial permite sa construiesc silozuri plane de mare capacitate. Spatiul de depozitare este marginit de pereti inalti de circa 6 m, pe care se sprijina acoperisul format din doua ape cu panta mare. Umplerea silozului se face cu un transportor reversibil cu banda sau cu palete prevazute in partea de sus a acoperisului. Cu acelasi transportor se poate scoate zaharul brut din siloz si duce in rafinarie. Spatiile pentru depozitarea zaharului brut din trestia de zahar trebuie sa fie racoroase, deoarece in caz contrar zaharul brut se usuca si devine dur. In afara de aceasta spatiile de depozitare trebuie sa fie mentinute uscate, in scopul impiedicarii absortiei apei din aer, deoarece, in caz contrar, siropul intercristalin aderent pe cristalele de zahar poate absorbi apa din atmosfera si deveni fluid, determinand: Dizolvarea zaharului brut, adica pierderi de zahar brut; Intensificarea proceselor de hidroliza si de inchidere la culoare; Intensificarea proceselor microbiene in special a activitatii bacteriilor din genul Leuconostoc si Bacillus subtilis; Compactarea zaharului prin lipirea cristalelor intre ele, cu repercusiuni negative asupra transportului spre rafinare, etc.6

De aceea umiditatea relativa a aerului din depozitele de zahar brut nu trebuie sa depaseasca valoarea de 70 %. In cazul in care umiditatea relativa a aerului depaseste, din motive obiective, aceasta valoare, este necesar ca in zaharul brut sa existe o oarecare alcalinitate. Aceasta se verifica astfel: o solutie de zahar brut trebuie sa se colorize in rosu in prezenta fenolftaleinei. Din motive de productivitatea muncii depozitarea zaharului brut se efectueaza in principal in vrac. Forma obisnuita este incarcarea si descarcarea mecanica a magaziilor sau silozurilor de zahar brut, cu inaltimea de depozitare de peste 10 m. Pentru depozitare se folosesc poduri rulante sau macarale mobile in legatura cu transportoare cu banda sau transportoare oscilante cu banda si dispositive de repartizare a zaharului brut in toate puctele silozului. Pentru scoaterea zaharului brut din magazii sau silozuri se folosesc poduri rulante, graifere, macarale, melci si transportoare cu banda sau chiar incarcatoare frontale mobile. Cantarirea si prelevarea probelor Cantarirea vagoanelor cu zahar si prelevarea probelor pentru analiza se face la intrarea vagoanelor in curtea fabricii. Cantarirea trebuie efectuata astfel: Cantarirea fiecarui vagon de cale ferata incarcat cu zahar brut si recantarirea sa dupa descarcarea zaharului brut, folosind cantare speciale tip bascula pentru vagoane; Cantarirea zaharului brut la dirijarea in fabricatie, folosind un cantar tip banda. Prelevarea probelor pentru analiza se va face concomitant cu cantarirea si descarcarea zaharului brut. Modul de dirijare si analizare a probelor pentru analiza si pastrarea contraprobelor se vor face conform metodologiei specifice fiecarei fabrici de zahar. Corectitudinea cantaririi exacte a zaharului brut si prelevarea corecta a probelor pentru analiza au o mare insemnatate in derularea corecta a laturii financiare a rafinarii zaharului brut din trestie de zahar. 3. Rezistenta la depozitare a zaharului brut Calitatea zaharului brut este definita prin: Proprietatile organoleptice, fizico-chimice si microbiene si Rezistenta la depozitare, sau pretabilitatea pentru depozitare a zaharului brut. Masurile care se pot lua pentru asigurarea rezistentei la depozitare au ca obiectiv mentinerea continutului de apa, adica a umiditatii zaharului brut, in anumite limite, pe intreaga perioada de depozitare pana la rafinare. La depozitare trebuie luate masuri adecvate ca zaharul care se depoziteaza sa indeplineasca urmatoarele conditii: Sa aiba un continut cat mai mic posibil de apa;

7

Caracteristicile higroscopice ale zaharului brut si ale substantelor care-l insotesc si care se gasesc in stratul ce inconjoara cristalele trebuie sa aiba o activitate cat mai redusa. Higroscopia zaharului brut Higroscopia zaharului brut in timpul depozitarii poate fi influentata negativ de: Continutul de substante reducatoare; Continutul de componenti straini solizi; Granulatie. Influenta continutului de substante reducatoare Zaharul brut cu un continut ridicat de substante reducatoare poate absorbi usor in masura mai mare umiditatea atmosferica. Influenta continutului de componenti straini solizi Zaharul brut obtinut din zemuri defectuos purificate contine componeti straini solizi, ca de exemplu particule de bagasa, caracterizate prin efectul de retinere a apei si de infectare microbiana. Componentii cu dispersie grosiera si coloizii influenteaza in general mai mult calitatea de rafinare decat rezistenta la depozitare. Influenta granulatiei Daca zaharul brut are o granulatie mare, egal formata, dura, uniforma, fara aglomerari atunci capacitatea sa de depozitare este mai buna, continutul de apa fiind mai usor mentinut la limita inferioara. Cristalele mari avand suprafata specifica mai mica preiau mai putina umiditate in timpul depozitarii. Conglomeratele, aglomerarile de cristale sau cristalele concrescute se separa mai greu prin centrifugare de siropul mama, dat fiind colturile si unghiurile care le caracterizeaza. Factorul de Siguranta la depozitare O prima apreciere a capacitatii zaharului brut de a se preta la depozitare o reprezinta evaluarea Factorului de Siguranta, notat FS si definit ca fiind dat de raportul dintre continutul procentual de apa si suma continutului de apa si de nezahar. Factorul de siguranta la depozitare se calculeaza cu formula:

In care: FS Factorul de Siguranta la depozitarea zaharului brut. Acest factor nu trebuie sa depaseasca valoarea de 0,33. Se considera ca fiind foarte sigur la depozitare zaharul brut care are FS= 0,25. Factorul de Siguranta cu valori cuprinse intre 0,25 . 0,33 s-a dovedit a fi in practica, insuficient. La valori ale Factorului de Siguranta de peste 0,33 zaharul brut sufera o pierdere de polarizatie in timpul depozitarii; U umiditatea zaharului brut depozitat, in %;8

P polarizatia zaharului brut depozitat, in %. Se face urmatoarea mentiune: Factorul de Siguranta poate fi aplicat numai la acel zahar brut care nu a fost spalat cu apa la separarea prin centrifugare de siropul mama. Factorul de Siguranta se aplica deci, numai la zaharul brut la care pelicula de sirop aderent pe cristale este siropul mama initial. Zaharul brut spalat cu apa este lipsit de filmul protector natural sub forma siropului mama. Pentru zaharul spalat cu apa la centrifugarea din fabrica de origine, valoarea de 0,25 pentru Factorul de Siguranta nu este satisfacatoare. In general acest zahar brut este inapt pentru depozitare. Factorul de Diluare Factorul de Diluare notat FD este o variant a Factorului de Siguranta si se calculeaza cu formula:

In care: FD factorul de diluare. Se disting urmatoarele cazuri practice: Zaharul brut care are valoarea Factorului de Diluare mai mica de 33,3, deci care are mai putin de 33,3 % apa raportata la nezahar, este apt pentru depozitare; Zaharul brut care are valoarea Factorului de Diluare mai mare de 50, deci la care raportul dintre continutul de umiditate si nezahar este peste 50 este inapt pentru depozitare. U umiditatea zaharului brut depozitat, in %; P polarizatia zaharului brut depozitat, in %.

9

Dizolvarea zaharului brut din trestie de zaharZaharul brut este transportat din stiva cu Wolla, in a carei cupa incape cca. 3 t, in bunkerul de forma tronconica. La baza bunkerului se afla un orificiu prevazut cu un dozator antrenat de un motor cu convertizor prin care se poate realiza un debit de zahar dorit.

Zaharul este preluat de o banda inclinata care alimenteaza cu zahar cele 2 cantare de cate 200 kg zahar fiecare, cantare functionand intermitent. Zaharul este contorizat prin program evidentiindu-se cantitatea orara, pe schimb, pe zi si totala. Zaharul este preluat de o alta banda inclinata, fiind transportat in primul corp de dizolvare. Statia este compusa din 3 corpuri cilindrice verticale cu agitatoare.

10

Dizolvarea zaharului se face cu apa dulce provenita de la filtrele cu vid, preancalzita la temperatura de 95 C. Apa dulce intra in primul dizolvator in raport cu zaharul introdus, trece in corpul al doilea pe la partea inferioara, apoi in al treilea pe la partea superioara. La iesirea clerei din statie exista un aparat ce masoara Bx-ul clerei, acesta putand fi corectat cu apa dulce care intra automat in corpul 3 conform buclei de automatizare de reglare a Bx-ului. Pe conducta de aspiratie sunt montati 2 prinzatori cu site cu rolul de a retine impuritatile grosiere ce sosesc odata cu zaharul, dar in special cele ce sosesc cu vagoanele: boabe de cereale care au provenit de la necuratarea vagoanelor inainte de incarcarea cu zahar. Elementele de automatizare: - Raport apa/zahar - Bucla de corectie Bx - Temperatura apei dulci permit obtinerea unui Bx constant al clerei de aproximativ 61 si o temperatura de 56 C. Clera este trimisa la rezervorul tampon de clera bruta din hala de fabricatie de catre una din cele 2 pompe centrifugale la un debit constant prin elementele de automatizare montate pe refularea pompei ventil automat, debitmetru si bucla de nivel montata pe ultimul dizolvator. In care apa dulce are o temperatura mai mica de 95 C si nu tot zaharul s-a dizolvat exista posibilitatea de a introduce abur prin barbotare in interior, eventual si desfundarea trecerilor dintre rezervoare. Scaderea de temperatura din fiecare vas se poate observa prin masuratorile de temperatura montate pe fiecare dizolvator in parte.11

Zaharul brut are de obicei pH-ul < 7 si de aceea prin dizolvare, in clera obtinuta se introduce lapte de var, urmarind pH-ul clerei prin bucla de pH montata la ultimul dizolvator pH care trebuie sa fie de 7,5 8. Toata statia de dizolvare a zaharului brut este supravegheata de un operator care urmareste la fata locului, sau pe un ecran cu schita echipamentului de dizolvare , toti parametrii tehnici: - Zahar dizolvat - Debit - Temperatura - pH-ul clerei - Nivel din corpul 3 Operatorul ia legatura permanent cu wolistul pentru ca bunkerul sa fie tot timpul plin cu zahar si cu operatorul de la camera centrala de comanda pentru reglarea parametrilor la valorile optime. In schema de dizolvare la fabrica de zahar Buzau apare in locul primului dizolvator un malaxor pentru prepararea unei mase artificial, ramas din vechea schema de prelucrare zahar brut. In principiu este acelasi scop urmarit de obtinere a clerei din zahar brut la un Bx=61 cu ajutorul apei dulci pentru dizolvare. Cantitatea de clera rezultata la 1000 t zahar/ zi: t/ h zahar t/ h clera bruta

Cuptorul de var constructie si functionareCuptorul de var este o constructie metalica cilindrica verticala, cu captuseala refractara in interior ce vine in contact cu piatra de var, gazul de saturatie si varul ars. Tipul cuptorului este Eberhardt cu incarcare pe sus; schip bena a amestecului de piatra si cocs. - Volumul util al unui cuptor este de aproximativ 130 m3 cu diametrul interior util 2,8 m si diametrul exterior 4 m; - Inaltimea utila a cuptorului este de 21 ml; - Capacitatea lui este de 60 t var ars/ 24 h 2,5 t/ h/ cuptor; - Tirajul artificial este asigurat de 5 compresoare CO2, cate 2 pe fiecare cuptor si unul rezerva. Un compressor CO2 = 3600 m3/ h, H= 12 m col. H2O, vacuum aspiratie = 130 mm col. apa prin care gazele de ardere sunt aspirate din camera de colectare pe la partea superioara printr-o conducta de 400 mm; - Ritmicitatea incarcarii este de 4 bene/ h; - Timp de stationare piatra la ardere 40 h; - Productivitate: 0,46 t var/m3/24 h.12

Umplerea cuptorului se controleaza cu sonda manuala de nivel si automat cu instalatia electronica. Pe mantaua de tabla sunt montate pe 4 nivele cate 6 termocuple pe nivel, cu care se urmareste evolutia temperaturilor pe inaltimea cuptorului. Tot pe mantaua exterioara se afla pe 3 nivele cate 4 vizori care delimiteaza cele 3 zone pe inaltimea cuptorului, prin care se putea urmari evolutia zonei de ardere. Actual vizorii sunt obturati, impiedicand urmarirea functionarii cuptorului. La baza cuptorului sunt cele 4 guri de dare a focului, locuri pe unde intra aerul necesar arderii cocsului. Aceste guri trebuie sa fie toate permanent libere, neopturate. La 1,4 m mai jos de aceste orificii se afla nivelul unde sunt montate cele 6 vibratoare extractoare de var ars, tip DDS-C-50 model si furnitura DDS electromagnetice, montate radial la partea inferioara a cuptoarelor sustinute pe grinzi metalice speciale, cu racire cu apa. Comanda de functionare se da de la pupitrul de comanda automat in serie, cu amplitudine de vibratie variabila, reglabil, asigurand un debit total optim de cca. 2,5 t/ h/ var ars/ cuptor, var ars care cade pe un transportor cu racleti catre aparatul de stins var. Cuptoarele de var trebuie sa asigure varul si dioxidul de carbon necesar in procesul de purificare al zemii de difuzie. Insuficienta acestora produce perturbari grave in procesul tehnologic, inrautateste calitatea zaharului alb si mareste zaharul din melasa. De multe ori din cauza cuptoarelor de var prelucrarea trebuie sa fie redusa sau nu poate fi marita cu toate ca celelalte conditii ar permite acest lucru. In cazul functionarii normale a cuptorului de var prin arderea pietrei de var cu cocs, gazele de saturatie, respectiv dioxidul de carbon, se produc in exces in raport cu varul, adica procesul tehnologic se va conduce dupa varul disponibil, dioxidul de carbon fiind suficient pentru precipitarea integral a acestuia, iar la satuaratie nu se va simti lipsa de gaz. Gradul de utilizare la saturatie este functie de inaltimea coloanei de zeama si este de cca. 70 % si astfel dioxidul de carbon rezultat din cuptor in exces ar acoperi diferenta de gaz neabsorbit pana la 100 %. Durata lunga a proceselor ce au loc in cuptor, precum si inertia termica care este foarte mare, fac ca la masurile luate, cuptorul de var sa raspunda cu mare intarziere. Astfel la exploatarea cuptorului de var pe sfecla, timpul de stationare a pietrei de calcar este de cca. 40 de ore iar pe zaharul brut de cca. 70 de ore, de aceea modificarile aduse regimului de lucru la cuptorul de var trebuie sa fie cat mai mici si cat mai putin bruste.

13

In timpul functionarii in cuptorul de var se disting 3 zone: a. Zona de preancalzire b. Zona de ardere sau disociatie c. Zona de racire

a. Zona de preancalzire Amestecul de piatra si cocs se incalzeste pe seama caldurii cedate de gazele de ardere si cocsul cedeaza fractiunile volatile. Piatra de calcar si cocsul patrund cu temperatura aerului ambient, iar gazele parasesc cuptorul cu temperatura de 100 150 C. Aceasta zona are o inaltime de cca. 4 m, cand amestecul de piatra si cocs se incalzeste la cca. 800 C cand paraseste zona de preancalzire, iar gazele care il intampina au cca. 900 C. Desi amestecul are o temperatura mai mare decat cea de aprindere a cocsului, din cauza proportiei mici de oxigen prezente, cocsul nu se aprinde, iar piatra nu atinge temperatura de disociatie. b. Zona de ardere Zonele amintite nu sunt net delimitate ci se intrepatrund partial dar raman insa pe diferite inaltimi. Aceasta zona de ardere se afla la mijlocul cuptorului si trebuie mentinuta tot timpul la mijlocul lui si se intinde pe o inaltime de cca. 12 m. In aceasta zona are loc arderea cocsului si descompunerea pietrei de var prin consum de caldura. Temperatura la partea ei superioara si inferioara este de cca. 800 C iar la mijlocul ei de cca. 1100 1150 C.14

Marimea zonei de ardere a cocsului depinde de tiraj, temperatura de ardere a cocsului in cuptor este intre 1000 1100 C. Arderea varului incepe la 1100 C si depinde atat de temperatura cat si de durata temperaturii inalte. In scopul obtinerii unui var de buna calitate (moale) precum si pentru economie de combustibil, temperatura de ardere trebuie mentinuta la o valoare cat se poate de coborata. Varul obtinut la o temperatura cat mai ridicata este dur si se dizolva greu. Intarirea varului ars incepe sa se produca la temperaturi mai mari de 1150 C. Viteza de ardere a pietrei trebuie sa fie corecta, ea depinzand de temperatura, de dimensiunile si suprafata cocsului. Utilizarea corecta a raportului dintre piatra de var si cocs poate fi pusa in evident prin analiza gazului si a varului. Concentratia teoretica a dioxidului de carbon in gazele de saturatie este de 44 % in cazul utilizarii cocsului cu putere calorica de 7000 kcal/ kg. In practica datorita excesului de aer a arderii incomplete si a pierderilor de caldura se considera: Un continut normal de 30 32 % CO2; Un continut de oxigen normal 2 4 %. Un continut prea mare de oxigen, peste 4 % indica existenta neetanseitatilor de la partea superioara a cuptorului pana la compresoarele de CO2. Un continut de O2 sub 2 % arata ca arderea s-a produs fara cantitatea suficienta de aer, in gaz existand oxid de carbon, producand astfel pierderi mari de caldura micsorand productivitatea cuptorului. Cauza insuficientei de aer o constitue blocarea gurilor de intrare a cocsului, continut mare de pamant, argila si sfaramaturi in compozitia calcarului. Gazul de saturatie nu trebuie sa aiba CO, aceasta indicand o ardere completa a cocsului. Varul obtinut la o temperatura ce depaseste 1200 C se stinge foarte greu sau deloc din cauza unui strat superior foarte dur. Varul supraars se recunoaste prin culoare sa inchisa, greutatea specifica mai mare si prin crapaturile de pe suprafata sa. Cauzele ce duc la supraarderea varului: - Utilizarea unei cantitati de cocs prea mare; - Timpul prea mare de stationare in cuptor; - Cocs utilizat prea marunt; - Continutul de dioxid de siliciu peste 1 %; - Cocsul contine prea mult sulf, peste 0,8 % cand se formeaza pelicula de CaSO4 care acopera suprafata varului, impiedicand procesul de stingere. Un var bine ars rezulta la folosirea unei cantitati de cocs suficienta. Bucatile de var cu miez nears rezulta in cazul cand zona de ardere este prea mica. Folosirea unei cantitati de cocs prea mari produce supraarderea zonelor exterioare ale pietrei si scurtarea zonei de ardere rezultand var incomplet ars in interior ca si in cazul adaosului insuficient de cocs. Durata de ardere in cuptor depinde de temperatura, care la randul ei depinde de cantitatea de cocs ce arde in unitatea de timp. Cresterea temperaturii se poate realize prin imbogatirea amestecului cu cocs concomitent cu ridicarea vitezei gazului (tiraj) pentru a nu creste procentul de CO in gazele de saturatie. Durata arderii in cuptor este determinata de marimea bucatilor de piatra care hotaraste deci capacitatea cuptorului. Arderea in cuptor trebuie sa se faca cat mai uniform, alimentarea si evacuarea facandu-se continuu. Orice modificare a capacitatii cuptorului modifica procesul de ardere. Prin ardere se vrea a se obtine un var moale complet ars. Acesta se produce la15

un consum mic de cocs si folosirea unei inaltimi utile a cuptorului corelata cu dimensiunea particulelor de piatra. Prezenta cocsului nears in varul rezultat din cuptor se datoreste folosirii unor bucati de cocs prea mari. c. Zona de racire in care varul ars pe masura ce coboara inspre gura de golire a cuptorului se raceste la iesirea din cuptor de la cca. 800 C pana sub 100 C iar aerul se incalzeste de la temperatura mediului ambient la o temperatura de cca. 900 C. Inaltimea utila a acesteia este de cca. 6 m. Pentru ca un cuptor sa functioneze normal trebuie ca cele 3 zone sa se delimiteze clar pe inaltimea utila a cuptorului, zona de ardere sa fie la mijlocul acestei inaltimi utile. Cauzele ce produc coborarea zonei de ardere: - Extragerea varului ars din cuptor peste capacitatea utila a cuptorului; - Cocs de dimensiuni prea mari, el nu are timp suficient sa arda, zona de ardere coboara, varul contine multa piatra nearsa si cocs care se pierde; - Tiraj insuficient din cuptor, viteza scazuta de ardere a cocsului, cresterea timpului de ardere a cocsului si de descompunere a pietrei, factori ce produc coborarea zonei de ardere. De aceea trebuie sa existe tot timpul o concordanta intre cantitatea de calcar si cocs introdusa in cuptor, cantitatea de var extrasa din cuptor si tirajul gazelor arse din cuptor. Astfel daca fabrica isi mareste ritmul de prelucrare, se maresc cantitatile incarcate si descarcate si in aceeasi proportie, va trebui sa se mareasca si tirajul din cuptor prin inchiderea gazului pe recirculare sau daca va fi cazul se mai porneste un compressor de CO2. Daca nu se procedeaza in acest mod, focul coboara, zona de ardere se deplaseaza catre gurile de descarcare a cuptorului, la descarcare obtinandu-se var incandescent si cocs arzand. Piatra paraseste cuptorul incomplet arsa, scade productivitatea cuptorului si calitatea varului obtinut, distrugand datorita temperaturii inalte utilajele de descarcare si transport var ars. Cauzele ce produc ridicarea zonei de ardere: - Necorelarea extragerii varului ars cu tirajul gazelor arse astfel: daca fabrica isi incetineste ritmul de prelucrare se va consuma var mai putin si se va reduce cantitatea de calcar introdusa in cuptor, atunci este necesar sa se reduca tirajul in cuptor, prin deschiderea gazului pe recirculare sau oprirea unui compresor de CO2. Daca nu se fac aceste manevre cocsul arde cu viteza mai mare, focul se ridica din cuptor, zona de ardere se deplaseaza inspre partea superioara a cuptorului, in zona de incalzire a pietrei si chiar la gura de incarcare producand avarii la partea superioara datorita temperaturii inalte si anume: o Distrugerea zidariei refractare; o Fisurarea stratului de beton refractor din jurul gurii de alimentare ce provoaca dilutia gazelor de saturatie; o Arderea garniturii de etansare a capacului cuptorului; o Temperaturi peste 150 C a gazelor de saturatie ce provoaca distrugerea garniturilor de etansare. - Zona de ardere fiind sus, inaltimea acesteia se ingusteaza, timpul de ardere al pietrei la fel, scade astfel concentratia de CO2 a gazelor de saturatie, varul extras16

este incomplet ars si in aceste conditii se micsoreaza capacitatea de prelucrare a zaharului brut, neavand suficient lapte de var si in special gaz pentru saturatie. Pentru ca un cuptor sa functioneze normal trebuie sa se tina seama de urmatorii factori: - Calitatea pietrei de var si a cocsului sa fie corespunzatoare si sa nu depaseasca limitele admisibile; - Granulatia pietrei de var trebuie sa fie uniforma intre 80 120 mm, fara pamant si argila care produc mari greutati la incarcarea cuptorului. Daca piatra are dimensiuni prea mari ea nu se descompune complet si varul ars contine peste 5 % var nears, cat este limita superioara de deseuri. Daca piatra contine si bucati de dimensiuni mici, sparturi, este pericolul sa se infunde cuptorul, trecerea aerului necesar arderii cocsului se incetineste, cocsul arde incet, zona de ardere coboara si in final scade productivitatea cuptorului. - Cocsul trebuie sa aiba o granulatie cat mai uniforma, fara praf, cu o granulatie cuprinsa intre 40 60 mm. Daca dimensiunile cocsului sunt prea mari, el nu are timp suficient sa arda, zona de ardere coboara, varul contine multa piatra nearsa si cocs care se pierde. Daca dimensiunea cocsului este prea mica, cocsul arde repede, timpul de mentinere a temperaturii inalte de descompunere a calcarului scade, zona de ardere se scurteaza si piatra nu arde complet, efectele negative fiind micsorarea cantitatii de var ars necesar si concentratie scazuta in CO2 a gazelor de saturatie, in final, reducerea prelucrarii orare de zahar brut. - La stabilirea procentului de cocs utilizat pentru arderea pietrei este necesar sa cunoastem compozitia chimica a cocsului. Astfel cantitatea de cenusa determina puterea calorica a cocsului la o cantitate de cenusa de 8 % corespunde o putere calorica de 7000 kcal/ kg. Cand cocsul contine cenusa peste 8 % puterea calorica este sub cea necesara si trebuie sa marim de utilizare cocs asupra pietrei. - Continutul de umiditate normal este de 5 %, substantele volatile maxim 1 % si continutul de sulf maxim 0,8 %. - Calcarul utilizat in industria zaharului trebuie sa aiba minim 97 % CaCO 3. Impuritatile cu efecte negative in procesul de descompunere al calcarului sunt: o Dioxidul de siliciu care trebuie sa fie de maxim 1 %, la temperatura mari de peste 1300 C se topeste in silicati care impregneaza bucatile de var formand blocuri compacte si astfel se ursifica cuptorul. o Oxizii de fier si de aluminiu trebuie sa fie maxim 0,3 %, produse care se gasesc in final in laptele de var sub forma de hidroxizi, produsi chimici gelatinosi care provoaca greutati mari in filtrarea zemurilor. Concluzii 1. Utilizarea unei pietre de var si cocs de cea mai buna calitate, cu o granulatie cat mai uniforma, fara pamant, lut si sparturi. 2. Gasirea unui raport cat mai corect de utilizare a cocsului asupra pietrei, functie de compozitia cocsului, natura pietrei si pastrarea permanenta a acestui raport (asigurarea de conditii tehnice) in vederea asigurarii unei descompuneri cat mai17

3.

4.

5.

6.

7.

8.

complete a pietrei de var, obtinand astfel un randament maxim in var ars si o concentratie cat mai mare de CO2 in gazele de ardere. Mentinerea unui echilibru cat mai perfect intre cantitatea de var extrasa, cantitatea de amestec de piatra de var cocs introdusa si tirajul gazelor de ardere, astfel ca zona de ardere sa fie la mijlocul cuptorului, pastrand in limitele normale inaltimea celor 3 zone. Functionarea cat mai corecta a echipamentelor electronice de dozare si cantarire piatra si cocs, de masurare a temperaturilor pe diferite zone a cuptorului, precum si a nivelului de incarcare a cuptorului, cuptorul trebuie sa fie in permanenta plin, pe toata perioada de functionare a cuptorului. Efectuarea operatiilor de revizie in perioada de remont de cea mai buna calitate, astfel ca in timpul campaniei sa nu fie intreruperi in functionarea utilajelor, astfel apar anomalii in functionarea cuptorului, anomalii care se vor rezolva in perioade foarte mari producand uneori chiar limitarea capacitatii de productie. Extragerea cat mai constanta a varului ars din cuptor pe sectiunea lui, prin reglarea amplitudinilor de vibratie a vibratoarelor evitand astfel interpatrunderea celor 3 zone si lungirea zonei de ardere de sus pana aproape de jos pe toata inaltimea utila, lucru ce ar duce la micsorarea productivitatii cuptorului si implicit la micsorarea capacitatii de prelucrare. Evitarea extragerii fortate din cuptor peste capacitatea de productie a cuptorului sau inainte de a lua masurile concrete, avand in vedere inertia intarziata a fenomenelor ce se petrec in cuptor. Odata cu obturarea vizorilor de vizitare ce limiteaza cele 3 zone, s-a facut dificila localizarea zonei de ardere, aceasta fiind eronat aratata de termocuplele montate in acest scop. De aceea propun ca observarea prin vizori a zonei de ardere sa ramana ca o varianta in plus la indemana operatorului, asa cum a fost initial, aceasta fiind metoda cea mai exacta de urmarire a evolutiei focului in cuptor.

Prepararea laptelui de varReactia de descompunere prin arderea pietrei de var cu cocs: CaCO3 CaO + CO2

se obtine varul ars din care se prepara laptele de var si CO2 care intra in componenta gazelor de saturatie. Varul ars este preluat de un transportor cu racleti si intra printr-un uluc in aparatul Mick in care se prepara laptele de var. Aparatul Mick are forma unui tambur orizontal cu diametrul de 1,5 m si lungimea de 6 m, construit din tabla de otel, care se roteste in jurul axului lui longitudinal.

18

Pe tambur sunt prinse doua inele de rulare ce se sprijina si ruleaza pe alte 4 role si o coroana dintata prin intermediul careia tamburul este pus in miscare de sistemul de actionare. In interiorul aparatului sunt sudate aripioiare inclinate astfel incat sa deplaseze bucatile de var de la gura de incarcare a aparatului inspre cea de evacuare a laptelui de var format. Tot la gura de incarcare intra conducta de apa necesara stingerii varului ars. Apa utilizata este barometrica calda care are cca. 55 C. La gura de evacuare a laptelui de var se afla un jgheab mobil care poate fi introdus sau scos din tambur, prin ajutorul caruia se evacueaza impuritatile si piatra necesara din el. Varul ars introdus ajunge in contact cu apa care il transforma in hidroxid, care in parte se dizolva in apa, restul ramane sub forma de suspensie fina obtinandu-se astfel laptele de var care se evacueaza prin gura de evacuare dupa ce a trecut printr-o sita cilindrica impuritatile evacuandu-le pe o banda transportoare in exterior, fiind particule de var nears care se elimina la exterior. CaO + H2O = Ca(OH)2 reactia este exoterma cu degajare de caldura. Pentru fabricatie se utilizeaza un lapte de var care contine cca. 220 g CaO/ l, ce corespunde la un Be de 20. Concentratia laptelui de var in CaO se regleaza functie de cantitatea de apa care se adauga la stins, precum si prin bucla de corectie a densitatii montata inainte de pompa de aspiratie ce trimite laptele de var la purificare.19

Laptele de var obtinut direct din aparat are impuritati ce nu pot fi folosite in circuit. De aceea laptele de var este purificat separandu-se nisip, gris in utilajele numite clasoare lapte var si hidrocicloane. Laptele de var purificat este stocat in vase de asteptare cu agitatoare, fie pentru stingerea completa a tuturor nucleelor de var ars, fie a asigura un stoc tampon de lapte de var, in caz de defectiuni la cuptorul de var. Laptele de var este preluat de o pompa centrifugala si introdus direct la purificare sau prin intermediul unui rezervor tampon.

Preancalzirea si purificarea clereiClera de la statia de dizolvare este trimisa in sectia de productie la sita vibratoare unde se separa impuritatile grosiere. Tot aici este trimisa si clera din rafinarie care reprezinta cca. 1 t/ h. Clera trecuta prin sita cade direct in rezervorul tampon de clera bruta. Cu ajutorul unei pompe clera este trimisa la prinzatori de impuritati cu sita foarte fina in vederea indapartarii acestor impuritati care ar infunda orificiile de intrare la preancalzitori. Pe conduca de refulare a pompei anterioare este montata un element de brix care prin bucla de automatizare montata permite corectarea brix-ului si mentinerea acestuia la o valoare de 60. Tot aici se gaseste si bucla de debit constant alcatuita din debitmetru si clapeta automata. Clera este preancalzita prin cei 2 preancalzitori :

20

Preancalzitorul este de tip preancalzitor cu placi, ca in figura urmatoare:

Unde: 1 grinda de sustinere 2 conducte de conexiune 3 placi de fixare 4 coloana de sprijin 5 placa de presiune 6 placa preancalzitor21

7 bara de ghidare 8 garnitura 9 dispozitiv de strangere 1.- agent de incalzire 2 agent incalzit

Transmiterea caldurii de la abur la clera are loc dupa legile generale de transmitere a caldurii: ta tc) Q in kcal/h k coeficient de transmitere total, kcal/ m2 x h x grd. S suprafata prin care se transmite caldura, m2

In care: coeficientul de conductivitate termica, kcal/m h grd. grosimea peretelui, m 1 coeficientul partial de transmitere abur peretele exterior al placii, kcal/ m2 h grd. 2 - coeficientul partial de transmitere perete interior al placii la clera, kcal/ m2 h grd. Coeficientul de transmitere a caldurii este ridicat datorita faptului ca placile sunt din inox cu grosime de 0,2 mm, eficienta lor se observa prin diferenta foarte mica de temperatura dintre temperatura aburului care incalzeste si temperatura clerei care se incalzeste fiind de 2 3 C. Cantitatea de caldura acumulata de lichidul ce se incalzeste se poate calcula cu formula: Q = mct Q= cantitatea de caldura, kcal m= masa lichidului, kg c= caldura specifica a lichidului, kcal/ kggrd t= diferenta de temperatura, grd Placile sunt asezate in asa fel in preancalzitor incat un spatiu dintre placi este destinat aburului pentru incalzire, iar celalalt spatiu dintre placile urmatoare este destinat clerei care se incalzeste. Marginile placior sunt foarte bine etansate cu ajutorul unor garnituri speciale de cauciuc. Circulatia este in contracurent, deci pe de o parte circula aburul care cedeaza caldura transformandu-se in condens, iar pe cealalata parte clera care se incalzeste la temperatura dorita. Ca elemente de automatizare avem pe abur : clapeta automata si termorezistenta pentru masurarea temperaturii, iar pe traseul clerei avem termorestenta pe intrare si iesire pentru masurarea gradului de preancalzire.

22

Defecarea si saturarea clereiLaptele de var este trimis cu o pompa la o presiune de 3 atm. catre prima operatie din cadrul purificarii defecarea I.

Din schema se vede ca laptele de var este masurat prin bucla de automatizare, clapeta automata si debitmetru, si trimis la amestecatorul cu clera care deasemenea este contorizata printr-un debitmetru. Laptele de var intra sub forma de raport la amestecator astfel ca alcalinitatea clerei sa fie de cca. 1,3 g CaO/ 100 ml si temperatura de 85 C. Amestecul format intra in defecatorul principal prevazut cu agitator si preaplin pentru evacuarea clerei. Preaplinul are 2 iesiri astfel ca pentru debite diferite sa avem acelasi timp util de reactie de circa 5 min. pentru a vedea ce se intampla la defecare trebuie sa cunoastem in primul rand compozitia nezaharului clerei. Nezaharul este compus in mare din: zahar invertit, iar in forma colidala sunt pectinele, substantele gumoase, ceruri, albumine, iar in solutie sarurile diversilor acizi organici si anorganici precum si alt nezahar organic. Substantele colorante ce se afla in clera au o comportare chimica si fizica foarte diferita si partial exista si in forma coloidala. Purificarea clerei din zahar brut are ca scop indepartea din solutie a impuritatilor solubile respectiv asa numitului nezahar dizolvat precum si a substantelor colidale si in suspensie. Nezaharul colidal din clera trebuie coagulat si floculat prin procedee chimice adecvate la anumite valori ale ph-ului si ale temperaturii. Metoda cea mai utilizata pentru purificarea clerelor zaharului brut este cea a purificarii calco-carbonice care consta in tratarea clerei cu laptele de var si carbonatarea cu bioxid de carbon. Defecarea si saturarea separata a clerei dau posibilitatea distrugerii substantelor reducatoare si eliminarii produsilor de degradare alcalina. Experimental s-a constatat ca defecarea si saturarea separata a clerelor fac ca coloratia si continututl de saruri reducatoare sa fie indepartate la maximum.23

La defecarea clerei se face un amestec intim intre clera si lapte de var, amestec ce favorizeaza din start micsorarea coloratiei clerei. Clera defecata trece prin cadere libera in vasele de saturatie dupa schemele urmatoare:

24

In saturator are urmatoarea reactie: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O Saturatia este formata din 2 corpuri, corpul 2A si 2B in care are loc in serie operatia de precipitare a sarurilor de calciu in trepte, in primul saturator pana la pH= 9 si al doilea saturator la pH= 8. Formarea precipitatului de carbonat de calciu constitue o masa adsorbanta importanta, prin aceasta creindu-se conditiile favorabile ca o buna parte din coloizi si substante colorante din clera sa fie adsorbite de catre cristalele de carbonat de calciu in formare sau pe suprafata cristalelor deja formate. Procesul de saturatie se desfasoara in felul urmator: din defecator clera cu temperatura de 85 C cade in saturator unde este tratata cu gazul de saturatie provenit de la cuptorul de var prin barbotare, prin dispozitive corespunzatoare pana la alcalinitatea corespunzatoare pH-ului optim amintit mai sus. Totodata moleculele de precipitat se inglobeaza si strang in masa compacta nezaharul anionic si cationic. Precipitatului de calciu format trebuie sa fie de buna calitate deoarece acesta constitue material ajutator la filtrarea clerei saturate. Pentru eficentizarea procesul de carbonatare clera de la iesire din corpul 2B se recircula in proportie de 400 %. Deoarece printr-o singura treapta de defecare si saturare efectul de purificare era redus experimental s-a constatat si apoi aplicat in practica ca reluand acest proces efectul de purificare se dubleaza ajungand la eliminarea culorii pana la 70 %. De aceea clera saturata cade intr-un rezervor de asteptare si e preluata de o pompa pentru o noua preancalzire.

Clera se preancalzeste de la temperatura de 78 C la 88 C, si de aici clera merge mai departe la defecarea a doua unde se introduce lapte de var circa 1,2 m3/ h ceea ce corespunde la o alcalinitate de 0,3 g CaO/ 100 ml.25

Clera defecata cade liber in saturatorul 2 unde are loc carbonatarea clerei de la alcalinitatea 0,3 pana la alcalinitatea de 0,002 g CaO/ 100 ml corespunzator unui pH=7,2 la 80 C.

Pentru o eficientizare a reactie de saturare clera se recircula in proportie de 300 %.

26

Gradul de utilizare a bioxidului de carbon este redus si de aceea cu un alt compresor de CO2 se capteaza gazele de aerisirile a saturatoarelor 2A si 2B si se utilizeaza in parte la saturarea clerei din saturatorul 2.

Purificarea calco-carbonica in 2 trepte si respectand parametrii optimi: temperaturi, pH, alcalinitati fac ca efectul de purificare sa fie destul de inaintat eliminandu-se pectinele cerurirle, albuminele, diversi acizi organici si anorganici, si buna parte din substantele colorante care se gasesc in precipitatul de carbonat de calciu. Nezaharul se poate elimina in urma filtrarii in proportie de cca. 70 %.

Filtrarea clereiPrin filtrare se urmareste indepartarea precipitatului de CaCO3. Trecerea unui lichid printr-o turta de namol se face prin spatiile dintre particulele de precipitat, spatii care au marimea unor tuburi capilare. Filtrarea decurge mai repede cu cat: - Diferenta de presiune dintr-o parte si alta a turtei de namol este mai mare; - Raza capilarului prin care trece filtratul este mai mare; - Rezistenta la trecerea lichidului datorita frecarii, rezistenta ce depinde de vascozitatea lichidului, este mai mare. Pentru a exista spatii mai mari trebuie ca particulele de namol (precipitat) sa fie mari, uniforme si dure. Daca particulele sunt de diferite dimensiuni, cele cu dimensiuni mai mici intra in spatiile mai mari ingreunand astfel trecerea filtratului. Cristalele dure se obtin cand toate substantele colidale au fost precipitate.27

-

Impuritatile clerei sunt compuse din: Impuritati grosiere: nisip, pietricele, fibre; Impuritati sub forma coloidala: pectine, substante gumoase. Filtrele utilizate: Filtre Sweetland Filtre cu lumanari Filtre G.P. Filtru rotativ sub vid

Filtrul Sweetland are elemente filtrante circulare identice; ele sunt suspendate transversal in interiorul unei mantale orizontale, a carei jumatate se deschide prin rotire in jurul unei balamale; inchiderea etansa a mantalei se face prin excentrice cu parghie. Elementele filtrante comunica cu exteriorul prin cate un niplu, in legatura cu conducta colectoare comuna. Intre nipluri si conducta colectoare sunt montate tuburi scurte de sticla si robinete, pentru controlul limpiditatii filtratului si bunei functionari a fiecarui disc filtrant. Pentru filtrare, suspensia pompata in mantaua filtrului este distribuita, cu ajutorul unei placi de repartizare intre elementele filtrate, si filtreaza lasand pe suprafata lor precipitatul suspensiei; filtratul trece prin niplurile de sticla ale

28

elementelor filtrante, este colectat de conducta comuna si condus spre rezervorul de filtrat. Spalarea se face pompand apa de spalare pe acelasi drum cu al suspensiei (spalare in echicurent), cu deosebire ca apa de la spalare este condusa in alt recipient. Precipitatul este desprins cu apa introdusa printr-o conducta prevazuta cu gauri in dreptul fiecarei fete a discurilot filtrante. Evacuarea precipitatului se face deschinzand partea inferioara a filtrului, fie antrenand prin deschiderile de golire, impreuna cu apa de desprindere. Avantajele acestui filtru sunt: concentrarea unei mari suprafete filtrante intr-un spatiu redus si deservirea usoara. Dezavantajele: desi elementele filtrante sunt identice, filtrarea si spalarea sunt totusi neuniforme din cauza asezarii neuniforme a precipitatului pe discurile filtrante (strat mai gros si cu granule mai mari, in partea inferioara a discurilor). Filtrul G.P. sau filtrul concentrator Grand Pont care este construit dintr-o cuva prismatica sau clindrica, 1 in care sunt montate placi filtrante 2 imbracte in saci de panza. Clera tulbure intra pe la partea inferioara a cuvei, strabate elementele filtrante, dupa filtrare este colectata intr-un jgheab 3 din care este evacuata. Cand namolul de pe filtre a ajuns la grosimea dorita, se inchide ventilul pentru clera, se deschide brusc ventilul pentru evacuarea concentratului de namol care este fixat pe o conducta verticala de mare debit si avand lungimea de cel putin 7 m. Datorita acestei manevre si a coloanei de clera din conducta verticala, prin scurgerea rapida a clerei (4 m3 in 20 s) in cuva se creeaza vid, fapt ce provoaca intrarea cu viteza mare a aerului in elementele filtrante in sens invers intrarii clerei si astfel se desprinde turta de namol de pe filtru care cade in partea conica a cuvei, namolul se amesteca cu zeama de care este antrenat si evacuat prin robinetul de evacuare.

29

Filtru rotativ sub vid

In figura de mai sus este reprezentat un filtru cu vid cu celule in sectiune transversala (a) si longitudinala (b). El se compune din: albia filtrului 1 in care se introduce namolul concentrat pana la nivelul preaplinului 2; tamburul rotativ 3 din tabla perforata acoperit cu panza de filtru, care este divizat in mai multe celule 4, din fiecare celula plecand cate o conducta 5, care este in legatura cu capul de distributie 6. Instalatia de spalare a namolului este compusa dintr-o serie de conducte 7 cu ajutaje fine, care pulverizeaza apa pe suprafata namolului de pe tambur. Dispozitivul de desprindere 8 a namolului de pe tambur consta dintr-o tabla inclinata, asezata pe intreaga lungime a tamburului. Inclinarea ei este astfel aleasa, incat sa colecteze namolul de pe tambur, dar sa nu jeneze panza de filtru. Jgheabul de evacuare 9 are la partea inferioara un melc, care transporta namolul spre pompa de evacuare. Dispozitivul de agitare 14 nu lasa sa se sedimenteze namolul la fundul albiei tamburului. Capota 17 acopera partea libera a tamburului. Prin vana 15 intra namolul in albia filtrului, iar prin vana de purjare 16 a albiei tamburului se evacueaza sedimentele grele ce au fost antrenate de catre zeama, din aparate. Modul de functionare a filtrului. Prin capacul de distributie, celulele tamburului sunt mentinute tot timpul sub vid de 30 40 cm Hg. Pe masura ce tamburul se roteste in sensul aratat de sageata din figura, el patrunde in concentratul de namol. Din cauza vidului din celule, zeama este absorbita in celula prin panza de filtru. Prin conductele celulelor 5 trece, prin capul de distributie in sectorul de colectare al zemii filtrate, de unde ajunge intr-un balon colector si de acolo in rezervorul de zeama limpede, namolul ramanand pe filtru. Absortia zemii in celule are loc in timpul cat o celula se afla in zona 10 de absortie, a carei marime este determinata de nivelul namolului concentrat in albia tamburului. Dupa iesirea tamburului din namolul concentrat, namolul de pe panza de filtru este spalat cu apa in zona de spalare 11 a namolului. Apa de spalare absorbita prin namol30

trece prin conductele celulelor in capul de distributie, in sectorul de spalare, de unde trece in balonul colector si de acolo in rezervorul de apa dulce. Dupa aceea namolul se zvanta in zona 12, ca pe urma trecand in zona 13 de desprindere, cu ajutorul aburului sau al aerului comprimat, namolul sa fie deslipit de pe panza si astfel sa poata fi mai usor preluat de dispozitivul de desprindere si trecut in jgheabul de evacuare. Anomalii posibile in functionare si modul de remediere Grosimea optima a stratului de namol la filtrele tambur cu vid este de 8 12

1. mm; a. Strat de namol prea subtire, sub 5 6 mm namolul se indeparteaza greu de pe panza de filtru Cauze substanta uscata in concentratorul de namol este sub 20 %, raportul de concentrare fiind prea mic, in filtru, datorat utilizarii unei cantitati mai mici de lapte de var la purificare; - vidul este prea mic; - nivel redus de suspensie de namol in cuva. b. Stratul de namol este prea gros peste 12 mm Cauze substanta uscata in concentratorul de namol este prea mare, fiind pericol de infundare a filtrului concentrator; - vidul este prea mare, crescand si pierderile de caldura; - nivel maxim de suspensie namol in cuva. Masuri purjarea la timp a filtrului concentrator; - crearea unei valori optime ale vidului de 0,5 atm. 2. Viteza de filtrare redusa datorita calitatii inferioare a namolului, fiind gelatinos Cauze pH ridicat la saturatia I; - parametrii tehnologici ai clerei predefecate anormali Masuri control parametri proces purificare si aducere la valori normale 3. Dedulcirea namolului nu este corespunzatoare, pierderile de zahar fiind mari

Cauze clera a fost suprasaturata la saturatia I si o parte din coloizii precipitati a inceput sa peptizeze trecand in solutie - clera este insuficient saturata. Precipitatul format la saturatia I este gelatinos si nu permite trecerea apei de spalare; - namolul depus neuniform pe panza filtrului, datorita incustrarii partiale a panzei sau infundarii orificiilor de absortie cu crusta de CaCO3; - o parte din duzele de spalare ale filtrului sunt infundate; - defecarea a avut loc la o temperatura mai mare de 90 C s-a format trizaharid de calciu insolubil in apa, iar zaharul de aceasta forma se va pierde31

- apa de spalare nu este suficient de calda (temperatura minima de spalare este de 80 C); - presiunea scazuta a apei de spalare implica viteza de spalre mai mica; - apa de spalare a namolului contine zahar nu poate dedulci namolul. Filtru cu lumanari are forma cilindrica cu fund conic. La partea superioara este placa tubulara pe care se monteaza elementele filtrante lumanarile. Peste placa tubulara se monteaza capacul care se prinde de corpul filtrului prin cele doua flanse, prin suruburi si piulite. Elementul filtrant este lumanarea, care este din inox, perforata pe toata suprafata laterala si care se imbraca cu o panza filtranta sub forma de ciorap, etansandu-se la partea superioara cu un colier.

32

Clera saturata la un pH=8,2 la 20 C se preancalzeste pana la o temperatura de 93 C si intra in corpul filtrului sub placa tubulara printr-un racord de 200 mm, unde cu ajutorul unui distribuitor este distribuita in corpul filtrului fara a deteriora lumanarile. Namolul se depune pe suprafata lumanarilor iar clera trece in interiorul lumanarii si se ridica si se colecteaza in capacul filtrului, parasind filtrul printr-un racord de 200 mm care se bifurca in doua directii. Atat pe intrare cat si pe iesire sunt montate clapete automate, iar pe racordul de alimentare are un debitmetru. Dupa un debit de cca. 30 m3/ h de clera nefiltrata, se inchide ventilul automat care alimenteaza filtrul si se trece la purjarea filtrului printr-un rezervor de suspensie de namol al carui var total ar trebui sa fie 10 12 g CaO/100 ml cca. 10,2 t/h suspensie. Suspensia de namol este trimisa cu o pompa spre filtrare la filtrele cu vid. Dupa purjare se inchide ventilul automat de la baza conului si se deschide ventilul automat pe intrare clera nefiltrata. Clera filtrata timp de 5 min. se recircula fiind opalescenta dupa care isi urmeaza cursul normal in rezervorul de clera filtrata. La purjare pentru detasarea namolului de pe lumanari se utilizeaza si aer de 4 at. Clera filtrata din rezervor este pompata catre filtrarea a II-a de control care are acelasi ciclu ca la filtrarea I, dar purjarea se face dupa ce prin filtru trece aproximativ 800 m3/ h.

33

Aceasta este varianta de filtrare la fabrica de zahar din Roman. La fabrica din Buzau sunt trei operatii de filtrare: filtre Sweetland, filtre cu lumanari si filtre Grand Pont.

34

Zahar brut Receptie cantitativa Receptie calitativa Depozitare Bunker zahar brut Cantarire 42 t/h Abur Dizolvare Apa dulce 35 t/h, 16 Bx,T=95 C

Clera bruta din zahar brut Q77 t/h, Bx=61,8, T=55 C Prinzatori impuritati Pompare Clera Af 1 t/h Bx=68, T=70 C Sita vibratoare Rezervor clera bruta cota 0 Q=80 t/h, Bx=62, T=57 C Pompare Prinzatori impuritati 57 C Vapor V 5 Vapor V 4 Lapte var 5 t/h Preancalzire tr. I RS 2/B3 Preancalzire tr. II RS 1/PW Defecarea I (alc. 1,4) Saturator II A pH=9,0 Recirculare 400 % Saturator II B pH= 8,0; alc. 0,08 Rezervor clera saturata nr. 1 Pompare35

Impuritati

77 C 87 C

Gaz CO2 30 32 %

Preancalzire RS 3/B4 Q=85 t/h; Bx=60,4 Lapte de var 1,2 t/h 35 Bx Defecare tr. II Zeama defecate alc. 0,3 0,4 Saturator tr. II pH= 8 8,5 Rezervor clera saturata 2 alc. 0,006 Pompare Q= 78,5 t/h, T= 82 C, Bx= 60 Vapori V4 Preancalzire RS 14

88 C

CO2 recuperat tr. I conc.18 %

sau CO2 30 32 %

93 C Apa dulce 7 t/h Aer 4 bari Namol 10,2 t/h, spre vid

Filtrarea I Rezervor clera filtrate I Q= 77 t/h; T= 90 C; Bx= 60 Rezervor clera inainte de filtrarea a II-a Pompare Filtrarea a II-a Rezervor clera filtrate II Q= 77 t/h; Bx= 60 Pompare Abur V4 Abur V1 Preancalzire tr. I RS 6/B8 Preancalzire tr. a II-a RS 10 (rez.) Q= 77 t/h; Bx= 60 Evaporator corp 4 Q= 67 t/h; Bx= 69 Evaporator corp 536

Aer 4 bari Namol 1 t/h, spre rez. 5 88 C

98 C 98 C

Abur V1

Abur V4

Clera concentrate Q= 62,4 t/h; Bx= 74 Rezervor clera concentrate Pompare Dizolvator clera B1

37

Evaporatia Evaporatia are ca scop eliminarea apei din clera filtrata care se face in doua etape. a. Prima etapa in corpurile de evaporatie in care se elemina apa prin fierbere ajungand la o densitate maxima care nu permite cristalizarea, ceea ce se obtine din evaporatie se numeste clera concentrata; b. A doua etapa de eliminare a apei are loc la rafinarie la operatiile de fiert sub vid, se continua fierberea pana la un Bx= 9093 cand se obtine o suspensie de cristale de zahar intr-un sirop numit sirop mama, iar suspensia respectiva se numeste masa groasa. Calculul cantitatii de apa ce se evapora prin evaporare prin evaporare intr-un corp de evaporatie: Deoarece substanta uscata ramane aceeasi in timpul vaporizarii se poate scrie bilantul substantei uscate:

G1= cantitatea de clera introdusa, kg G2= cantitatea de clera iesita, kg b1= brix-ul clerei la intrare b2= brix-ul clerei la iesire G2 = G1 Cantitatea de apa eliminata:

Clera evaporata are un Bx de 72 74 % substanta uscata. Statiile de evaporatie din industria zaharului sunt formate din mai multe aparate legate in serie, lucrand pe principiul efectului multiplu, care urmareste reducerea consumului de abur primar in raport cu cantitatea totala de apa evaporata, precum si reducerea necesarului de apa de racire. O statie de evaporare cu efect multiplu este formata dintr-o serie de aparate de evaporare numite corpuri. Numarul lor in practica variaza intre 3 si 6.

38

Schema statiei de evaporare cu cinci corpuri, sub vid

Primul corp este incalzit cu abur de la cazanele de abur, sau abur retur de la turbinele cu abur, care lucreaza cu contrapresiune. Aburul introdus in primul corp de fierbere este numit si abur primar, spre deosebire de aburul rezultat din fierberea zemii, denumit si abur secundar. Zeama este introdusa in corpul 1 cu ajutorul unei pompe, dupa ce a fost incalzita in preancalzitoare la temperatura de fierbere din acest corp. Zeama concentrata trece in evaporatorul 2, unde fierbe sub o presiune mai joasa decat in primul corp. Concentrandu-se treptat, zeama trece din corp in corp. Din corpul 5, unde fierberea se face sub vid, zeama nu poate curge, ci este scoasa cu ajutorul unei pompe. In schema de mai sus sunt indicate temperaturile aburului format prin evaporarea zemii in fiecare corp; evident, in spatiul de fierbere din corpul 3 presiunea este aproximativ egala cu presiunea atmosferica (t =100 C), in corpul 1 si 2 presiunea este mai mare decat cea atmosferica, iar in corpurile 4 si 5 presiunea este sub presiunea atmosferica (vid). Aburul format prin fierberea zemii in corpul 1 cu o temperatura mai putin scazuta decat a aburului preancalzitor poate fi intrebuintat la randul lui la incalzirea corpului al doilea; vaporii produsi in al doilea evaporator incalzesc evaporatorul al treilea si asa mai departe; vaporii produsi in ultimul corp sunt absorbiti de un condensator barometric 6 si o pompa de vid 7. Zeama traverseaza un curent paralel cu aburul celor cinci corpuri de evaporare si in fiecare corp pierde sub forma de vapori o cantitate de apa constanta ca in cele cinci evaporatoare presiunea scade de la stanga la dreapta si astfel zeama este aspirata din evaporator fara ca sa intervina alt mijloc de transport. Depresiunea din ultimul evaporator influenteaza si presiunea din celelalte aparate ale sistemului de evaporare cu efect multiplu. In prima aproximatie se poate presupune ca 1 kg de abur care in sistemul cu efect simplu ar fi evaporat aproximativ 1 kg de apa, evapora in sistemul cu efect multiplu 3, 4 si 5 kg de apa, dupa numarul corpurilor. In mod practic se stie ca in al doilea39

evaporator si urmatoarele se evapora mai putina apa, deoarece, cu cat temperatura este mai joasa, cu atat vascozitatea zemii este mai mare si efectul termic mai scazut. Raportul coeficientilor de transmitere a caldurii pentru diferite corpuri sunt: - La instalatiile cu 3 corpuri: k1; k2; k3 = 1; 0,70; 0,53; - La instalatiile cu 4 corpuri: k1; k2; k3; k4 = 1; 0,85; 0,70; 0,45; - La instalatiile cu 5 corpuri: k1; k2; k3; k4; k5 = 1; 0,83; 0,66; 0,42; 0,25. In industria zaharului cel mai intalnit aparate de evaporatie este aparatul cu tevi verticale si anume cel cu sistemul Robert. Aparatul de evaporare cu tevi verticale (sistem Robert) este format dintr-un recipient cilindric 1, vertical, cu baza conica sau bombata, in interiorul caruia, in partea de jos, este construita camera de incalzire. Aceasta este strabatuta de un fascicul de tevi verticale 2, care formeaza suprafata de transmitere a caldurii; aburul de incalzire 5, avand temperatura superioara temperaturii de fierbere a zemii, se condenseaza in exteriorul tevilor, in timp ce zeama se concentreaza circuland in interiorul lor. Tevile de fierbere din otel sau alama au diametrul intre 21 25 mm, 29 33 mm sau 31 37 mm si lungimea intre 1000 3000 mm; ele sunt mandrinate la capete in placi tubulare orizontale, care limiteaza inaltimea camerei de incalzire. Zeama subtire intra in mod continuu prin partea inferioara 3 a aparatului, se raspandeste sub placa tubulara inferioara, urca fierband in tevi si ajunge, sub forma unui amestec de vapori si zeama concentrata, deasupra placii tubulare superioare, in camera de fierbere. Aici se face seoararea zemii concentrate de vaporii care s-au format in timpul trecerii prin tevi. Pentru a imbunatati circulatia lichidului, in regiunea centrala a placilor tubulare este prevazut un tub cu diametrul mai mare (250 600 mm) numit teava de circulatie, in care zeama concentrata, datorita greutatii specifice mai mari, circula in curent descendent si iese continuu prin partea inferioara a aparatului 4.

40

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Recipient cilindric Fascicol de tevi Intrare clera Iesire clera Intrare abur Prinzator de picaturi Sticla nivel Iesire condens

Circulatia zemii in tubul evaporatorului cu pelicula

Diferite prinzatoare de picaturi: 1. Intrarea aburului 2. Iesirea aburului 3. Scurgerea condensatului

Vaporii rezultati din zeama ies prin partea superioara a aparatului, dupa ce au strabatut un dispozitiv, numit separator sau prinzator de picaturi 6; acesta consta dintro serie de sicane, care, prin lovire, schimbare brusca de directie si schimbare de viteza a aburului, provoaca depunerea picaturilor de zeama antrenate care se scurg din nou in evaporator.41

Pentru supravegherea zemii in fierbere, aparatul este prevazut cu geamuri de observatie, cu termometre si manometre si cu sticle de nivel 7. Aburul de incalzire este introdus printr-un orificiu mai mare, se condenseaza dand de peretii mai reci ai tevilor, curge pe suprafata tevilor si se aduna pe placa inferioara, de unde iese si trece intr-un dispozitiv automat care lasa sa plece mai departe numai apa de condens 8, nu si aburul. Gazele necondensabile (1100 2300 kcal/m2hgrd) si micsoreaza depunerea incustratiilor pe tevi. Zeama impreuna cu aburul aruncat in separator se izbesc pe paletele curbate ale defecatorului, care dau vaporilor o miscare de rotatie, incat picaturile de lichid sunt proiectate de forta centrifuga spre peretii separatorului si se scurg spre conducta de iesire a zemii groase 6; bulele de aburi se turtesc, se sparg si aburul iese prin partea sus 7 a separatorului 1. Zeama concentrata trece in partea de jos a corpului urmator printr-o conducta in forma de sifon 8, cu o adancime care sa echilibreze diferenta de presiune dintre cele doua corpuri alaturate; astfel se impiedica patrunderea aburului o data ce zeama. Pe conducta de trecere a zemii, la inaltimea unui om, se monteaza un geam de observatie 9, ventile 10 si o conducta de ocolire 11. Gazele amoniacale se elimina pe la partea superioara 12 a camerei de incalzire, iar condensatul 13 pe la partea inferioara. La aparatele vechi, separatorul este in afara corpului de incalzire; aceasta constructie nu prezinta insa nici un fel de avantaj. Conditia indispensabila pentru functionarea normala a aparatului este ca zeama sa fie incalzita pana la punctul de fierbere, inainte de intrarea ei in evaporator; altfel, aparatul functioneaza ca un schimbator de caldura in curent paralel. Datorita faptului ca viteza de circulatie a lichidului in evaporator este mare, contactul zemii cu suprafata incalzitoare este de scurta durata (cateva secunde) si deci caramelizarea zaharului este redusa la minimum. Un alt avantaj al evaporatorului cu pelicula este faptul ca necesita o suprafata redusa de constructie. Neajunsurile acestui aparat constau in lungimea mare a tevilor firbatoare, ceea ce ingreuiaza schimbarea lor in timpul reparatiilor, precum si curatirea lor. Reglarea modului de lucru prin rezerve mici de zeama este de asemenea dificil. Accesoriile evaporatoarelor Statia de vid condensarea vaporilor iesiti din ultimul corp al instalatie de evaporatie se face in condensatoarele barometrice de amestec. Condensatorul consta dintr-un recipient cilindric cu inaltimea de 2 3 ori mai mare decat diametrul, in care apa si aburul intra continuu si circula in contracurent. Condensarea vaporilor se obtine prin amestecare lor cat mai intima cu apa de racire. In acest scop, apa patrunde in partea de sus a condensatorului, cade pe niste sicane care o fac sa curga in panze subtiri, pe mai multe etaje; aburul este obligat la fiecare etaj sa strabata vinele de apa astfel formate. O suprafata mare de contact intre apa si vapori se poate realiza trecand apa prin tuburi cu orificii sau trimitand-o sub forma de ploaie. O data cu apa si aburul ajungand in condensator gaze necondensabile si aer, care prin acumularea lor ar42

contribui cu presiunea lor partiala mereu crescand la marirea presiunii absolute din camera condendsatorului, sau face sa cada vidul. Este deci absolut necesara extragerea acestor gaze necondensabile cu ajutorul unei pompe de vid, un simplu compresor care le refuleaza in aer la presiunea atmosferica. Deoarece gazele pot antrena si picaturi de apa in drumul lor spre pompa, se instaleaza un separator de picaturi. Apa din condensator se intrun colector deschis rezervor barometric printr-o conducta care are inaltimea suficienta pentru a echilibra diferenta de presiune intre presiunea atmosferica si cea din condensator. Tipuri de condensatoare in figura alaturata este reprezentat un condensator de amestec cu sicane. Apa de racire intra prin conducta 1, in cilindrul de distributie 2, trece in condensator deasupra sicanei superioare prin conducta 3; conducta 4, care face legatura intre condensator si corpul de distributie, are drept scop egalarea presiunii si deci evitarea pulsatiei apei la intrarea in condensator. Gazele necondensabile parasesc condensatorul prin conducta 5, in partea superioara unde temperatura Condensator cu sicane lor este minima, fiind apropiata de aceea a apei de racire. Ele patrund in separatorul de picaturi 6 si merg spre pompa de vid prin conducta 7. Din cauza schimbarii sensului de circulatie si trecand din sectiunea ingusta a conductei 5 la sectiunea larga a separatorului 6, picaturile de apa antrenate se depun, iar lichidul rezultat curge prin conducta 8 in coloana barometrica 9. Aburul intra prin conducta 10, urca in condensator, se condenseaza treptat, deci volumul lui se micsoreaza, ceea ce duce la mmicsorarea sectiunii de trecere. In consecinta, distanta dintre sicanele 11 se mareste de sus in jos. Pentru reglarea nivelului apei pe polite, se fixeaza la marginile lor, cu buloane, niste praguri, peste care apa se scurge cu aceeasi grosime pe toata lungimea lor, ceea ce este foarte important. Placile 12 de sub sicane servesc pentru evitarea spatiilor moarte; astfel se micsoreaza de 4 5 ori pierderile de presiune ale vaporilor se ale gazelor in condensator, fapt care usureaza mult sarcina pompei de vid. Clera filtrata isi urmeaza cursul ei in rezervor clera filtrata, apoi cu o pompa este trimisa la preancalzitor in doua trepte si se incalzeste pana la 98 C.43

Clera intra in statia de evaporatie pentru concentrarea clerei in corpurile 4 si 5, in corpul 4 concentrandu-se pana la Bx=69 iar la iesire din corpul 5 are Bx= 7274.

44

Aburul necesar pentru corpul 4 se obtine in corpul 1 de evaporatie care realizeaza un abur de parametri necesari pentru corpul 4 si in rafinarie.

45

In corpul 1 se fierbe amestec de condens si apa tratata si se alimenteaza cu abur de la CET cu o presiune de 0,8 0,9 at. si o temperatura de 125 C. Condensarile de la fiecare corp de evaporatie, sau de fiert, sau preancalzitor se colecteaza in statia de condens Niessner sau rezervorul orizontal, compartimentat pe diferite presiuni cu deversare in cascada. Functie de presiunea aburului utilizat condensul se colecteaza la o treapta inferioara. Se colecteaza asa numitul condens tehnologic care se utilizeaza la evaporatie corp 1, la centrifuge spalare zahar, la filtrele cu lumanari si de vid. Factorii care influenteaza fenomenul de evaporatie 1. Vascozitatea clerei este data de densitatea solutiei lichidului respectiv. Vascozitatea creste odata cu concentratia si o influenta deosebita asupra coeficientului K de transmitere, influentandu-l defavorabil. 2. Nivelul clerei din aparat se poate masura cu ajutorul unei sticle de nivel atasate la corpul de evaporatie. S-a constatat ca nivelul optim este la aproximativ din lungimea tevilor masurata de la placa tubulara inferioara. La acest nivel s-a constatat ca coeficientul 2 are valoarea maxima si in acest caz emulsia de vapori + clera urca prin tevi cu viteza cea mai mare. Daca nivelul este prea jos nu se poate realiza emulsia, ridicarea continua a clerei prin tevi se face si deci se ingreuneaza procesul de evaporare. 3. Lungimea si diametrul tevilor Marimea vitezei de miscare a emulsiei (vapori + clera) este data de diametrul tevei a carei valoare optima este intre 28 32 mm si o lungime a tevii de 3 4 m. 4. Depunerile de piatra pe tevile evaporatoarelor Na3PO4 spalare alcalina in cantitai egale si carbonat de sodiu Na2CO3 5. Neeliminarea gazelor necondensabile CO2 + NH3 + aer 6. Neeliminarea condensului Aburul dand de suprafata rece a peretelui se produce condensul la partea de jos, iar suprafata tevii sa fie lucioasa si prin intermediul unui ventil ajunge la oala de control unde presiunea este mai mica condensul nu se elimina. Corpul de fier sau evaporatia incepe sa tremure daca condensul nu se elimina. 7. Incalzirea clerei Pana la evaporatie se incalzeste, daca nu se incalzeste aburul se consuma pentru incalzirea clerei. Consumul de abur este mai mare si se face preancalzirea la timp cu 1 grad decat temperatura corpului respectiv.

46

Cristalizarea zaharuluiClera obtinuta in statia de evaporare este concentrata mai departe, prin fierbere, cu scopul de a extrage, sub forma cristalizata, cat mai mult posibil din zaharul dizolvat in clera. Fierberea se conduce in aparate vacuum sau aparate de fiert, care sunt in fond niste aparate de evaporat, ce lucreaza sub vid. In aparatele vacuum se evapora in mod gradat apa din sirop, mentinandu-se o concentratie de substanta uscata careia ii corespunde suprasaturatie la care zaharoza din solutie trece in stare solida depunanduse pe cristale. In urma evaporarii unei parti din apa siropului se mareste concentratia in substanta uscata, ceea ce determina modificarea proprietatilor sale fizice. Cu cresterea concentratiei creste rapid vascozitatea siropului, iar dupa formarea si cresterea cristalelor de zahar, se transforma intr-un material ce-si pierde fluiditatea, devenind partial solid partial lichid, denumit masa groasa. Aceasta masa groasa este, deci, o suspensie de cristale intr-un sirop intercristalin sau sirop mama. Consecinta ridicata a cestui material nu mai permite fierberea lui in tevi inguste si circulatia usoara dintr-un aparat in altul, ceea ce impune ca fierberea sa fie efectuata intr-un singut efect si sa se adapteze aparatul vacuum la materialele vascoase pe care le concentreaza. Scopul fierberii si scristalizarii In practica, operatia de cristalizare cuprinde mai multe etape: O fractiune din clera groasa este adusa la starea de suprasaturatie prin evaporarea complementara in partea de jos a unui aparat de fierbere sub vid, la temperatura cuprinsa intre 75 C si 90 C. Prin formarea spontana a centrelor de cristalizare, siropul concentrat se transforma in picior de cristalizare. Introducerea de noi cantitati de sirop si continuarea evaporarii provoaca o crestere continua a cristalelor. Se lucreaza astfel pana cand aparatul de fierbere este plin. In acest moment se inchide admisia de sirop si se continua evaporarea pana la un continut in apa de 8 10 %. Siropul este astfel transformat in masa groasa sau masa coapta, amestec pastos de cristale zahar, in suspensie intr-un sirop impur, sirop mama. Aceasta este o solutie apoasa care contine nezaharul din masa groasa, precum si o cantitate de zahar, a carui solubilitate este crescuta prin influenta impuritatilor. Rezulta ca puritatea siropului mama este inferioara puritatii masei groase din care a provenit. In practica fabricarii zaharului, siropul mama, din care nu mai este rentabil sa se obtina zahar prin fierbere si cristalizare, se numeste melasa. Melasa contine in medie 82 85% substanta uscata si circa 50 % zahar. Aceasta cantitate de zahar este pierduta pentru fabrica; printr-o purificare ingrijita a clerei si o cristalizare bine condusa se poate micsora cantitatea de melasa si implicit pierderile de zahar. Exista un parametru pentru melasa, melasa tip 50 care are puritatea Q in jur de 60, polarizatia continutului de zahar in jur de 50 si brix. Q = 60 Melasa tip 50 P = 50 Bx =47

Melasa este un deseu foarte rentabil utilizat la fabricarea drojdiei de zahar, la fabricarea alcoolului etilic. Deci scopul operatiei de fierbere si cristalizare este dublu si anume calitativ si cantitativ: - Zaharul din solutie trebuie transformat in stare cristalina, care se separa in operatia urmatoare, centrifugarea, incat sa se obtina un randament cat mai mare in zahar - In siropul mama sa ramana cat mai putin zahar; cea mai mare parte din zaharul continut in materia prima sa fie separat sub forma de cristale, incat din produsul final sa se obtina melasa. Pentru a extrage o cantitate cat mai mare de zahar cristalizat sunt necesare mai multe trepte de cristalizare, urmate de separari prin centrifugare. La fiecare fierbere, in vederea cristalizarii zaharului, se obtine un anumit produs a carei denumire depinde de gradul de puritate al masei groase obtinute. Astfel produsul cu puritatea cea mai ridicata este denumit produsul A, apoi produsul B si produsul C. La fierberea produsului A se obtine masa groasa, procentul de cristale fiind de cca. 53 55 %, restul fiind siropul mama. Zaharul obtinut de la centrifugi este este uscat, sortat si distribuit fie la siropuri, fie la ambalare. In general se cauta se se obtina cat mai putin sirop mama, deci cat mai mult zahar scos afara; pentru a micsora circulatia un rafinarie si respectiv cinsumurile specifice de abur si energie. Partile de automatizare la schema de fierbere: - Indicator de nivel la rezervoare siropuri, aparate de fiert, malaxoarele de masa, distribuitoare masa groasa catre centrifugi; - Masuratori de brix la aparatele de fiert - Masuratori de temperatura la rezervoarele de siropuri, la aparatele de fiert (doua indicatoare), coloanele de abur, coloane obtinere condens, pe coloanele de vid, pe coloane de apa ce vine si pleaca la condensator; - Debitmetre pe fiecare coloana de sirop, la condens catre centrifugi, apa la condensatorii barometrici; - Aparatura pentru masurarea presiunii si vidului: manometre, vacometre. Coeficientul de saturatie a solubilitatii in solutie impura reprezinta cantitatea maxima de zaharoza ce se poate dizolva in acea solutie la o anumita temperatura. Coeficientul de suprasaturare reprezinta cantitatea de zahar introdusa in acea solutie peste saturatie. = 1 solutii saturate < 1 solutii nesaturate > 1 solutii suprasaturate Formarea cristalelor Procesul de cristalizare a zaharului decurge in doua stadii distincte: - Formarea cristalelor prin aparitia nucleelor de cristalizare;48

- Cresterea cristalelor astfel formate, cu o viteza determinata, numita viteza de cristalizare Consideram clera iesita de la evaporare cu o concentratie inferioara limitei de saturatie (punctul A din figura de mai jos). In aparatul de fiebere sub vid, clera se concentreaza la temperatura scazuta, ca sa nu se degradeze zaharoza, insa cat mai repede. Caldura cedata de aburul de incalzire, fiind absorbita pentru vaporizarea apei, temperatura ramane sensibil constanta. Concentratia clerei sau a siropului ajunge la saturatie, punctul A se deplaseaza pe verticala. C0 = limita de saturatie, partea de jos este limita de saturatie, iar deasupra nesaturatie C1 = limita de formare spontana a centrelor de cristalizare Pentru a obtine temperatura to avem un anumit punct Ao de saturatie, un anumit punct A1 de limita de formare a cristalelor punctul A cand nu exista o agitatie.

A1 A0 A

C1 Cotemperatura

Pentru a opri formarea de cristale noi se introduce in aparat sirop, respectiv clera astfel incat sa se permita numai dizolvarea cristalelor formate fara a forma altele noi. In acest scop se introduce in aparat sirop in mod judicios pentru a compensa apa prin evaporare si pierderile de zahar prin cristalizare, mentinandu-se siropul mama mai tot timpul la o usoara suprasaturatie intre curbele Co si C1. Pentru ca centrii de cristalizare sa creasca trebuie ca moleculele de zahar sa vina in contact pe de o parte cu suprafata cristalina, pe de alta parte sa treaca din stare dizolvata in stare cristalizata. Se pot forma cristale in solutii suprasaturate de zahar, fie: - Adaugand nuclee de aceeasi natura; - Usurand nasterea nucleelor prin soc mecanic, termic sau prin agitarea lichidului. Viteza de crestere a cristalelor de zahar factorul principal care influenteaza durata de fierbere a siropurilor este viteza de cristalizare, adica viteza de marire a nucleelor de cristalizare formate. Viteza de cristalizare a zaharului se apreciaza prin cantitatea de zahar (in mg) cristalizat din solutie suprasaturata, timp de 1 min la 1m2 suprafata de cristale. Uneori se exprima viteza de cristalizare in g/ m2h. Viteza de crestere a cristalelor se determina experimental, fie prin masurarea din timp in timp a dimensiunilor cristalelor care cresc (viteza de crestere liniara), fie prin urmarirea suprasaturatiei siropului mama.

49

Factorii care influenteaza viteza de crestere a cristalelor 1. Suprasaturatia siropului mama cresterea vitezei de cristalizarea este favorizata de suprasaturatia siropului; 2. Vascozitatea influenteaza in mod negativ; 3. Puritatea siropului influenteaza in mod pozitiv; 4. pH-ul influenteaza in mod negativ, cel mai favorabil este pH= 7,5 8; 5. Agitarea siropului ajuta la deplasarea moleculelor de zahar din siropul mama catre cristalele si primenirea straturilor de sirop din jurul cristalului, in consecinta viteza de cristalizare creste; 6. Marimea cristalelor si cantitatea de cristale din masa groasa. Aparatul de fierbere constructie si functionare Aparatele de fierbere sub vid se construiesc de diferite capacitati si de tipuri variate. Orice aparat de fierbere trebuie sa asigure toate conditiile, incat masa groasa din intreg aparatul sa fie cat mai uniforma ca densitate, continut de cristale, suprasaturatie si temperatura. Aparat de fierbere vertical cu circulatie fortata in general aceste aparate sunt fierbatoare clasice cu tevi si cu tub central in care circulatia naturala este accelerata printr-un agitator cu elice. Cercetarile au aratat ca se obtine zahar de o calitate superioara in aparatele cu agitare mecanica. Se apreciaza ca fiind proportionala imbunatatirea calitatii zaharului cu puterea miscarii. Atat circulatia fortata a masei groase cat si injectarea vaporilor micsoreaza timpul de ramanere al cristalelor in regim laminar. Important este sa se asigure agitarea la fundul aparatului de fierbere. Pentru a obtine rezultate cat mai bune trebuie sa se respecte anumite reguli: - Agitatorul cu elice trebuie pus in miscare cu viteza maxima de la inceputul fierberii si nu trebuie oprit decat la sfarsitul concentrarii masei groase; - In timpul fierberii se pastreaza viteza constanta, deoarece orice schimbare de viteza a agitatorului provoaca soc mecanic care determina de obicei aparitia de noi cristale. Toate aparatele de fierbere sub vid sunt prevazute cu o serie de aparate de masurat si de control, robinete si dispozitive speciale care ajuta operatorul in deservirea aparatului. Geamurile de observatie servesc pentru supravegherea fierberii si a nivelului clerei pe intreg parcursul operatiei. Pentru spalarea lor sunt prevazute tevi mici de abur, alimentate prin conducte. Robinetul de luat proba are o constructie speciala care permite sa se ia probe mici, fara ca aerul din afara sa patrunda in aparat. Alte accesorii ale aparatului de fierbere sub vid sunt: robinetele si conducta de sirop, robinete si conducte pentru alimentare cu abur, pentru eliminarea condensului si50

a gazelor amoniacale, robinet pentru introdus antispumantul, dispozitiv pentru insamantare, sticla de nivel, gura de vizitare pentru reparatii. Aparatele de masurat si de control constau in termometre, manometre, vacuumetre montate in camera de incalzire si in camera de fierbere.Aparat de fierbere cu agitator cu elice

Tehnica fierberii masei groase Operatia de cristalizare in aparatele de fierbere sub vid cuprinde urmatoarele faze principale: - Concentrarea piciorului de fierbere; - Formarea cristalelor de zahar (centre, nuclee sau germeni de cristalizare), denumita si faza de nucleatie a siropului; - Cresterea cristalelor formate pana la marimea ceruta; - Concentrarea finala a fierturii. Concentrarea siropului prima etapa de fierbere are ca scop concentrarea siropului prin evaporarea apei pana la suprasaturarea necesara formarii unui numar suficient de nuclee de cristalizare. Operatorul trage sirop in aparatul de fierbere pana acopera camera de incalzire si deschide totodata aburul. Acest procedeu permite scurtarea timpului de concentrare a51

siropului prin utilizarea intensiva a suprafetei de incalzire si implicit prin accelerarea procesului de evaporare a apei. Fierberea siropului pana la formarea de nuclee cristaline se face sub vid cat mai inaintat posibil, ceea ce permite efectuarea fierberii la o temperatura joasa (68 70 C). Se mareste astfel diferenta de temperatura dintre aburul de incalziresi siropul de fierbere si ca urmare, viteza de evaporare a apei creste. Nivelul siropului scade pe masura ce se concentreaza; pentru ca mereu sa fie acoperita camera de incalzire, operatorul trage o alta cantitate de sirop. Odata cu cresterea concentratiei creste si vascozitatea siropului, fierberea este mai inceata, iar temperatura de fierbere se ridica treptat pana ce atinge in momentul formarii cristalelor 74 75 C. Bulele de vapori devin ovoidale, iar picaturile de sirop se scurg pe geamurile de observatie, lasand urme groase. Variatia coeficientului de suprasaturatie se urmareste la aparatele de control speciale, sau in lipsa acestora se face proba de fi. Formarea cristalelor se poate face spontan, prin soc dirijat sau prin insamantare. Pentru formarea spontana, se concentreaza siropul pana la punctul de aparitie spontana a centrelor de cristalizare si se continua evaporarea apei pan