В настоящее время на каждом сахарном заводе работает от 6 до 10 вакуум-аппаратов для варки утфеля. Приблизительно, 50% вакуум-аппаратов имеют циркуляторы утфеля, что позволяет сократить время варки, улучить качество сахара и использовать пар низкого потенциала, как правило, пар третьего корпуса выпарной станции.
Циркуляторы утфеля появились 20-30 лет тому назад, первыми их начали устанавливать на сахарных заводах в Германии. Наши уважаемые коллеги из Украины подхватили эту идею и начали внедрять ее на многих сахарных заводах России.
Устройство циркулятора очень простое. На уровне нижней трубной доски паровой камеры, в циркуляционной трубе, устанавливается винт или пропеллер, диаметром около двух метров. Винт вращается со скоростью 30-60 оборотов в минуту и направляет утфель из центральной циркуляционной трубы вниз вакуум-аппарата, на так называемое, блюдцеобразное днище, где происходит изменение направления утфеля на 180о. Утфель идет вверх по трубкам паровой камеры до верхней трубной доски.
В паровую камеру подается пар третьего корпуса выпарки, утфель нагревается на 10-15Со, поднимается вверх, отдает тепло и излишки воды, в виде пара, сгущается. Сгущенный утфель затягивается пропеллером в циркуляционную трубу и так многократно совершает движения.
В это время происходит кристаллизация сахара. Утфель сгущается до СВ 92,5-93,5%, на этом процесс заканчивается. Это так называемый традиционный метод работы циркуляторов.
Недостатком данного метода является то, что по мере заполнения вакуум-аппарата утфелем в верхней части его циркуляция уменьшается, кругооборот утфеля происходит в районе паровой камеры. При этом, температура утфеля в районе паровой камеры достигает 90Со, а в верхней зоне вакуум- аппарата, температура утфеля будет 75-80Со. Таким образом, процесс кристаллизации сахара идет при разных температурах. Перепад температур составляет 10-15Со, что существенно влияет на равномерный рост кристаллов сахара.
В 47% вакуум-аппаратов отсутствуют вообще циркуляторы утфеля. Здесь циркуляция утфеля создается за счет теплового нагрева в трубках паровой камеры. Утфель нагревается до 90-95Со, поднимается по трубкам, выходя из зоны паровой камеры, отдает тепло и водяные пары, охлаждается. Постепенно опускается под нижнюю трубную решетку паровой камеры. Начинает вновь нагреваться в трубках и поднимается вверх. Ясно, что здесь циркуляция утфеля (движение) значительно медленнее, чем в вакуум-аппаратах с традиционными циркуляторами. Поэтому в паровую камеру вакуум-аппарата подают пар более высокого потенциала, например пар второго корпуса.
Ясно, что здесь тепловой поток выполняет две функции, нагревая утфель, способствует его подъему и циркуляции, а второе — это обеспечение испарения воды из продукта.
Порой, чтобы улучшить циркуляцию утфеля необходимо максимально подавать пар в паровую камеру. При этом идет чрезмерное испарение воды из утфеля и начинается самопроизвольный процесс дополнительной кристаллизации сахара, увеличивается пересыщение утфельного раствора, начинают образовываться мелкие кристаллы сахара, так называемая «мука».
В этом случае приходиться добавлять воду в утфель, чтобы растворить эти мелкие кристаллы. Все это затягивает процесс варки утфеля, увеличивает расход пара на процесс, получается неравномерный по размеру кристалл сахара. Здесь перепад температур в объеме утфеля достигает 20Со.
Мы разработали метод вертикальной циркуляции утфеля в вакуум-аппаратах. При этом не требуется полностью переделывать паровую камеру, как предлагается в традиционном методе циркуляции. Затраты на модернизацию вакуум-аппаратов на порядок меньше по сравнению с традиционными циркуляторами.
Рассмотрим на модели, как устроен и работает вакуум-аппарат с вертикальной циркуляцией утфеля. Эта модель в 32 раза меньше вакуум–аппарата Ж-4-ПВА. Состоит из двухзаходного шнека винта с изменяющимся диаметром. Нижняя часть витка равна диаметру паровой камеры, а верхняя составляет 70% от начального диаметра. Шнек-винт монтируется над паровой камерой. С наружи шнека устанавливается конический конфузор с тремя рядами открывающихся заслонок. Заслонки открываются и закрываются в зависимости от уровня утфеля в вакуум-аппарате, обеспечивают строго вертикальную циркуляцию утфеля вверх от паровой камеры и вниз от верхнего уровня утфеля до нижней трубной доски. В этой конструкции разделены функции:
шнек и конфузор с открывающимися заслонками выполняют функцию вертикальной циркуляции, которая в несколько раз эффективнее, чем вакуум-аппараты без циркуляторов. Пар, направляемый в паровую камеру, выполняет только функцию нагрева утфеля и удаления излишков водяных паров из продуктов. Пар легко отделяется от утфеля, поэтому требуется значительно меньшего потенциала, например, пар четвертого корпуса выпарки.
За счет упорядоченного вертикального подъема утфеля обеспечивается более равномерная по объему температура, в пределах 80- 85Со, т.е. перепад температур не более 5Со. Это приводит к сокращению времени варки утфеля и улучшению кристаллического состава сахара.
Таким образом: перепад температур в утфельной массе, в аппаратах без циркуляторов составляет 20Со; перепад температур в утфельной массе, в аппаратах с традиционными циркуляторами составляет 10Со; перепад температур в утфельной массе, в аппаратах с вертикальной циркуляцией составляет 5Со. Мы готовы провести реконструкцию вакуум-аппаратов по методу вертикальной циркуляции.