四川甘蔗糖厂有哪些_论化学法防止甘蔗糖厂蒸发罐结垢
时间:2020-03-06 09:39:04 来源:柠檬阅读网 本文已影响 人
蒸发罐 ;
积垢成分;
防垢剂 1 引言 在制糖工业中,被视为“第二锅炉”的蒸发罐结垢是对生产影响较为突出的问题,也是一个一直困扰我区各家糖厂技术部门的难题。 在多效蒸发罐的连续蒸发浓缩过程中,清汁中的非糖份逐渐结晶析出成为积垢。积垢是一种传热性能很差的物质,它的导热系数通常仅为金属的几十分之一[1]。随着垢层的增厚,不仅会明显地降低蒸发罐的蒸发强度,而且会影响蒸发罐向其它加热器提供充足、稳定的汁汽,从而破坏生产的均衡性,降低生产能力,增加能源损耗和引起产品质量波动等负面影响。为了维持生产的正常运转,不得不采取频繁转换蒸发罐并清除积垢的解决办法。据走访了解,我区绝大多数糖厂采用亚硫酸法澄清工艺,蒸发罐结垢严重,通常使用3~6天便被迫换罐、清垢。最原始清除蒸发罐积垢的办法是由人工用钢刷逐根通刷加热管,劳动强度大且不干净,现在大部分糖厂都采取了用酸性或碱性的化学药品煮罐,或用蒸汽烘罐16~24小时,然后用500~600kg/cm2高压水流打落已膨胀、疏松的积垢,这个办法尽管能降低工人劳动强度,但也增加了企业的原材料、动力的消耗。 为了克服蒸发罐结垢给生产带来的严重弊端,科技工作者一直在努力寻求一种有效的防垢措施,多年来曾进行了电磁场、超声波等物理法防垢[1]和化学法防垢在糖厂中应用的探索,而化学法防垢是最受关注和得到普遍应用的方法。据资料报道,国外糖厂早在60年代就广泛地应用化学法防垢技术减缓蒸发罐的结垢,如德国有近80%的糖厂使用防垢剂,蒸发罐可连续使用85天;
英国PSWICH糖厂使用防垢剂,整个榨季不用清罐,各罐传热效率提高65%[2];
比利时、波兰各糖厂广泛使用防垢剂,比利时的Grand-ponf糖厂可105天连续生产而不需洗罐[3]。印度、危地马拉、阿根廷等国的一些糖厂也使用一种名为“Busperse 49”的防垢剂[4]。国内甜菜糖厂在80年代末也逐渐普遍应用了该技术,如黑龙江省和平糖厂用使“8501”防垢剂,蒸发罐使用周期由未用防垢剂的40~50天延长到80~100天,产品改进后可达130~150天[ 5 ]。本文作者总结、借鉴国内外化学法防垢技术的经验,针对亚硫酸法甘蔗糖厂蒸发罐积垢的特点,研制出了专用于减缓甘蔗糖厂蒸发罐结垢的防垢剂产品。 2 防垢剂防垢机理 微溶盐类在加热面上的结垢过程即为结晶过程,可分为三个步骤①产生过饱和溶液;
②晶核生成;
③晶核生长成晶体。只要破坏这三个步骤中的某个步骤便可控制微溶盐的成垢。防垢剂有三个特殊功能可有效地控制微溶盐结晶过程中的一个或几个步骤,从而起到控制微溶盐在加热面上的沉析,达到防垢的最终目的。 防垢剂的三个功能是:①螯合和低剂量效应:防垢剂可以与溶液中的钙或镁离子形成稳定的水溶性螯合物,减少了游离钙或镁离子的浓度,即相当于增加了微溶液盐的溶解度。另外,在过饱和溶液中存在大量小于临界半径的微溶液盐小晶体,当防垢剂通过物理或化学作用吸附在这些小晶体的活性生长点上后,小晶体界面能增高,小晶体就难以继续生长,即控制了晶核的生成,这样就可将大量钙或镁离子稳定于溶液中。防垢剂对钙或镁离子的稳定作用不是按螯合反应的化学当量进行,而是可把按化学当量高几十倍,其至数百倍的钙或镁离子稳定于溶液中,这个作用就是防垢剂的低剂量效应。当溶液过饱和度进一步提高,相变驱动力大于界面能引起的能量位垒时,低剂量效应被破坏,晶核迅速生成。 ②晶体畸变作用:防垢剂与晶体界面上的钙或镁离子螯合,占据晶体正常生长的晶格位置,晶体继续生长时螯合物被镶嵌在晶体中,晶体形成歪晶而易于破裂、畸变。当晶体在加热面上沉积时只能成为疏松状,降低了积垢与加热面的附着力。 ③分散作用:防垢剂吸附在晶体颗粒表面上形成双电层,改变了颗粒表面原来的电荷状态,在静电作用下颗粒互相排斥,阻碍颗粒互相碰撞、凝聚,使颗粒分散于溶液中。同时防垢剂吸附在加热面上形成保护膜,使颗粒不易沉积于加热面上或只能形成疏松易脱落的积垢[6]。 3 实验部分 3.1 积垢成分及清汁中成垢离子含量分析 采集了区内多家亚硫酸法甘蔗糖厂的清汁、蒸发罐积垢样品,并进行了成分检测。积垢的主要成分和清汁中主要的成垢离子含量见表Ⅰ。 表Ⅰ 清汁、积垢样品分析结果
Ca2+ | Mg2+ | SO42- | SO32- | CO32- | SiO32- | PO43-- | 灼烧损失 | 未测成分 | |
清汁(ppm) | 420.57 | 161.20 | 896.42 | 302.20 | 206.57 | 118.92 | 11.24 | ? | ? |
积垢(mg/g) | 230.8 | 3.3 | 518.9 | 25.9 | 1.9 | 7.8 | 13.1 | 142.6 | 55.7 |
PBTC、TETHMP抑制磷酸钙的沉析性能较好;
BC646抑制硅酸钙的沉析性能较好。 表Ⅱ 部分防垢效果较好的药剂静态防垢试验结果
药剂代号 | 化学名 | 阻垢率(%) | ||
硫酸钙 | 磷酸钙 | 硅酸钙 | ||
TETHMP | 三亚乙基四胺六亚甲膦酸 | 75.2 | 61.0 | 43.3 |
PBTC | 2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸 | 55.7 | 72.6 | 17.1 |
ATMP | 氨基三甲基膦酸 | 47.6 | 56.3 | 21.1 |
BC646 | 丙烯酸及其酯类三元共聚物 | 69.7 | 20.7 | 56.9 |
HPMA | 水解聚马来酸酐 | 40.2 | 38.1 | 48.0 |
TS617 | 膦羧酸共聚物 | 37.8 | 23.6 | 30.7 |
TETHMP+ BC646 | 88.4 |
试验药剂 | BC646 | HPMA | TS617 |
透光率(%) | 41.2 | 35.6 | 56.9 |
防垢剂配方 | 积垢重(g) | 阻垢率(%) |
TETHMP BC646 PBTC HPMA | ||
空白 0 0 0 0 | 2.3225 | |
1# 10 6 4 | 0.4125 | 82.9 |
2# 10 4 6 | 0.4961 | 78.6 |
3# 10 4 6 | 0.7664 | 67.0 |
外观为淡黄色透明液体,与水互溶,呈弱酸性,不燃烧不爆炸,贮存、使用安全;
在酸碱或高温条件下性能稳定,适应制糖的工艺条件;
本品经广西区疾病预防控制中心进行急性毒性检测,评定该产品属实际无毒级。 4 工业应用试验4.1 试验方案 于2002/2003榨季分别在甲、乙两家亚硫酸法甘蔗糖厂进行工业生产应用试验,防垢剂添加量按混清汁量计为30PPm,用计量泵连续加入混清汁箱中。应用试验期间蒸发罐的换洗按现行的换洗方案。试验期间要考察、记录内容:(1)测量积垢厚和观察的积垢物理性状(只对结垢严重的第5、6号罐的积垢进行考察)。考察方法一,在蒸发罐预定的三个方向选取若干根加热管,在蒸发前后用带表内规卡尺(测量范围35-50mm,准确到0.01mm)测量这些管的内径,通过计算得出各个试验蒸发罐的积垢厚和防垢率。考察方法二,蒸发罐使用前在循环管中部悬挂几块规格60×100(mm)的不锈钢片,转罐后取出挂片,观察垢层的物理性状。(2)从生产报表上记录各种反映蒸发能力、能耗、糖浆和成品糖质量等数据,并整理、分析。 4.2 试验结果与分析(1)减少积垢量和改变积垢的物理性状 在这两家糖厂应用试验的结果相似,本甘蔗糖厂专用防垢剂能使多效蒸发罐积垢明显减少,对积垢最严重的第5、6号罐阻垢率可达60~70%。积垢的物理性状也发生了明显的改变,积垢变得较为疏松,易于清除。试验结果如表Ⅴ、表Ⅵ。 表Ⅴ 积垢厚、防垢率对照表
地点 | 罐号 | 试验名称 | 使用时间(h) | 积垢厚 (mm) | 积垢生成速率(mm/100h) | 阻垢率 (%) |
甲厂 | 5 | 空白试验 | 242.30 | 0.422 | 0.180 | |
防垢试验 | 118.0 | 0.065 | 0.055 | 69.44 | ||
6 | 空白试验 | 253.0 | 0.613 | 0.250 | ||
防垢试验 | 126.8 | 0.132 | 0.104 | 58.00 | ||
乙厂 | 5 | 空白试验 | 67.8 | 0.141 | 0.208 | |
防垢试验 | 85.8 | 0.0615 | 0.0717 | 69.75 | ||
6 | 空白试验 | 87.2 | 0.298 | 0.342 | ||
防垢试验 | 95.6 | 0.132 | 0.138 | 60.86 |
试验名称 | 积垢物理性状 |
空白试验 | 淡黄色、表面光洁、坚硬、附着牢固、难刮 |
防垢试验 | 灰白色、粉末状、较疏松、可刮 |
地点 | 试验名称 | 日 榨 量(吨) | 锤 度(0Bx) | 耗 汽 量(吨) | ||
混清汁 | 粗糖浆 | 提高值 | ||||
甲厂 | 空白试验 | 4189.91 | 18.10 | 61.25 | 43.50 | 46.64 |
防垢试验 | 4340.4 | 17.10 | 62.65 | 45.47 | 44.23 |
地点 | 试验名称 | 混清汁 | 粗糖浆 | ||||
纯度(%) | 色值(St) | pH | 纯度(%) | 色值(St) | pH | ||
甲厂 | 空白试验 | 88.03 | 96.30 | 6.4 | 87.57 | 66.39 | 6.3 |
防垢试验 | 88.46 | 109.88 | 6.4 | 88.25 | 58.47 | 6.2 | |
乙厂 | 空白试验 | 86.33 | 86.55 | 94.6 | 6.8 | ||
防垢试验 | 86.12 | 86.14 | 92.2 | 6.9 |
防垢试验组色值有降低的趋势,这可能是蒸发罐的蒸发强度得到提高后,糖汁在蒸发罐内停留时间缩短,减少了糖分焦化的结果。②收集成品糖部分理化指标等数据,整理如表Ⅸ。 表Ⅸ 空白、防垢试验成品糖质量对比表
地点 | 试验名称 | 白砂糖 | 赤砂糖水不溶物(%) | |||
电导灰分(%) | 水不溶物(%) | 浑浊度(度) | 色值(IU) | |||
甲厂 | 空白试验 | 0.057 | 11.85 | 2.5 | 134.0 | |
防垢试验 | 0.062 | 15.72 | 2.7 | 111.0 | ||
乙厂 | 空白试验 | 0.090 | 26.39 | 4.1 | 165.2 | 53.08 |
防垢试验 | 0.090 | 22.66 | 3.9 | 148.4 | 53.28 |
在乙厂空白试验与防垢试验白砂糖的电导灰分、赤砂糖水不溶物无差异,浑浊度、水不溶物略有下降;
在甲、乙两厂防垢试验组白砂糖的色值都较空白试验组的低,这可能是粗糖浆色值较低带来的好处。4.4 不增加产蜜率 收集各个试验阶段压榨量以及对应的废密量,整理出产蜜率数据,结果见表Ⅹ。可见,使用本防垢剂不会增加产蜜量。4.5 粗糖浆和废蜜灰分测定在甲厂增加了粗糖浆、废蜜灰分的检测项目,跟踪糖汁中无机盐在蒸发、煮糖工段的变化情况。粗糖浆、废蜜灰分测定结果见表Ⅹ。 表Ⅹ 空白、防垢试验灰分对比表
试验名称 | 粗糖浆灰分(%) | 废蜜灰分(%) | 产蜜率(%) |
空白试验 | 1.79 | 11.71 | 3.50 |
防垢试验 | 1.70 | 11.34 | 3.56 |