5.2. Пряме та двоступеневе фільтрування соків
Двохстадійна фільтрація соку І карбонізації передбачає попереднє згущення нефільтрованого соку на листових фільтрах різної конструкції або на відстійниках. Перший спосіб потребує встановлення батареї фільтрів, екіпіровку їх тканиною, котру потрібно міняти через 30…40 днів, окремого контуру та пульта автоматизації, додаткового збірника та насосної станції перекачування суспензії. При цьому тривалість перебування соку на верстаті заводу збільшується мінімум на 15 хв., що не тільки зумовлює до втрат цукрози через термічний її розклад (в межах 0,008…0,010%), але й до втрат теплової енергії внаслідок охолодження соку під час фільтрування. перекачки та в збірниках. До того ж така система дуже чутлива до якості нефільтрованого соку І карбонізації, а саме до фізико-хімічних властивостей осаду, що часто призводить до вимушеного зниження продуктивності заводу через незадовільну фільтрацію соку або ж до ”забивання” фільтраційних рамок осадом, що змушує перепускати частину соку мимо фільтрів-згущувачів безпосередньо на фільтрпреси та ’’мити’’ фільтри, розбавляючи сік.
І хоча система двохстадійної фільтрації в ряді випадків має вищі техніко-економічні показники, в першу чергу при простій заміні вакуум-фільтрів на фільтрпреси, одностадійна фільтрація має також ряд незаперечних переваг. Це стосується зменшення виробничих площ, задіяних під станцію фільтрування, спрощення системи управління процесом розділення осаду від соку, зменшенням тривалості перебування соку на верстаті заводу, зменшення витрат фільтрувальної тканини та її різновидностей, але саме головне – це можливість відділяти осад від соку навіть при погіршенні фільтраційних властивостей соку майже вдвічі. Така обставина не тільки уможливлює переробку буряків погіршеної якості (підгнивших, підморожених, підв’ялених), але й сприяє роботі на першій карбонізації за підвищених кінцевих рН, що значно підвищує ефективність адсорбційного очищення соку. Адже відомо, що підвищення кінцевої лужності соку І карбонізації на 0,1% СаО зумовлює до підвищення ефекту кальцій-карбонатного очищення дифузійного соку на 1%.
Одним із ефективних способів покращення седиментаційно-фільтраційних властивостей соків є повертання на попереднє вапнування осаду або нефільтрованого соку І карбонізації. Як встановив професор Л.П.Рева та співробітники, оптимальною кількістю повернення суспензії соку І карбонізації на попереднє вапнування є 60…75%, що сприяє не тільки покращанню седиментаційно-фільтраційних властивостей соків, але й зменшенню вмісту аніонів кислот на 22…28% та білків на 30…34% від початкового їх вмісту у дифузійному соку. Стосовно зони введення повернення варто розглянути наступні дані:
Рис.1. Вплив зони введення повернень суспензії соку І карбонізації на якість соку попереднього вапнування в залежності від чистоти дифузійного соку
Як видно, в разі зниження чистоти дифузійного соку менше 85% повертання суспензії соку І карбонізації на попереднє вапнування в зону з рН менше 9,0 призводить як до збільшення вмісту білків, так і до погіршення чистоти переддефекованого соку. Зумовлене це тим, що за рН суспензії, як правило, близько 11,0, в ній практично відсутній катіон Са2+, зате достатньо СаОН+. Останній також зумовлює до осадження і коагуляції нецукристих речовин, але при цьому в разі значної кількості гідрофільних ВМС в дифузійному соку низької чистоти утворюється сильно гідратований та об’ємний осад, нестійкий до пептизації в умовах основного вапнування. Введення ж осаду в зону з рН більше 9,0 не визиває цього явища, оскільки в попередніх зонах уже пройшли реакції осадження та коагуляції, а тому введений осад сприяє в основному агрегатуванню та покращанню седиментації.
Разом з тим в заводських умовах замічено, що повертання суспензії соку І карбонізації попри вигоду теплотехнічну (зменшення витрат вапна та відповідно палива) має на жаль технологічні недоліки. Пов’язано це з як з явищем ”старіння осаду” (за час згущення суспензії закінчуються процеси кристалізації частинок карбонату кальцію та зниження їх адсорбційної здатності), що призводить за переробки буряків погіршеної якості до підвищення забарвленості соків та зниження їх чистоти, так і з погіршенням фільтраційної здатності соку І карбонізації. Останнє пояснюється тим, що повернення нефільтрованого соку І карбонізації в кількості хоча б 40…50% сприяє дегідратації утвореного на І карбонізації осаду за рахунок його перекарбонізації (пересатуруванню) кислотами дифузійного соку під час введення на попереднє вапнування в зони з рН однозначно меншими за 10,8. За рахунок цього покращується фільтраційна здатність утвореного потім соку І карбонізації, хоча частково погіршується його якість. Повернення уже профільтрованого один раз осаду не змінює при цьому дегідратацію осаду в нефільтрованому соку І карбонізації.
Одним із недоліків одностадійної фільтрації, крім початкової високої ціни на фільтрпреси, є відсутність суспензій соку І карбонізації, котру можна було б повертати на попереднє вапнування замість нефільтрованого соку І карбонізації. Відповідно це призводить до необхідності повертання нефільтрованого соку І карбонізації, що спричиняє збільшення витрат вапна на очищення та додаткового розбавлення соку водою вапняного молока. Адже кожні 12% повертань призводять до збільшення витрат вапна на 0,1% СаО до кількості буряків та відповідно введення в сік 0,3% води. Тому нами розроблений спосіб згущення частини нефільтрованого соку І карбонізації із використанням гідроциклонів та збірника-ущільнювача, що на декілька порядків дешевше за встановлення фільтрів-згущувачів чи відстійників. При цьому появляється і суттєвий технологічний ефект – тривалість отримання суспензії складає всього декілька хвили (1…2 хв.), що сприяє збереженню високих адсорбційних властивостей частинок карбонату кальцію в осаді соку І сатурації та відповідно високого ефекту при його повертанні на стадію попередньої дефекації. Крім цього усувається і другий недолік – на повернення направляється фактично та частина осаду, котра перед наступним фільтруванням зможе за рахунок дегідратації в умовах попереднього вапнування покращити свої фільтраційні властивості.
Два інших недоліки прямого фільтрування соку І карбонізації на фільтр-пресах, а саме проблема стабілізації сокового потоку на виході із фільтрувальної станції через значне падіння продуктивності фільтра в результаті потовщення шару осаду в камері та виконанням операцій промивки і просушки, а також наявність муті в перших порціях фільтрату та необхідність їх повертання в збірник нефільтрованого соку легко усуваються засобами сучасного автоматизованого управління та відповідними програмами керування процесом, що перевірено нами в умовах прямого фільтрування соку І карбонізації на Бійському цукровому заводі в сезон 2011 року.