Модернизация стадии сушки зерновой послеспиртовой барды на ОАО «Талвис»

      При сушке удаляется влага, связанная  с материалом физико-механически  и физико-химически. Химически связанная влага обычно не удаляется, так как это привело бы к разрушению материала, а задачей сушки в большинстве случаев является удаление влаги из материала с сохранением всех его ценных физико-химических свойств и качеств. В процессе сушки влага перемещается из внутренних слоев к поверхности материала и с нее испаряется в окружающую среду [1].

      Процесс сушки может быть выражен графически – кинетической кривой сушки. Ее можно разделить на 3 участка в соответствии с 3 формами связи влаги: участок подогрева, постоянной скорости, падающей скорости. В период прогрева подводимое к телу тепло расходуется на прогрев материала и испарение влаги. Этот период обычно незначителен по сравнению с другими периодами сушки. Кинетика сушки во втором периоде определяется внутренним тепломассопереносом. В третьем периоде также наблюдается тепломассоперенос, с частичным разрушением химической связи [3].

      

      Для лучшего понимания кинетики процесса сушки барды были проведены лабораторные испытания, в частности, кондуктивная сушка образцов послеспиртовой зерновой барды. 

1.   Расчет скорости сушки по экспериментальным данным

      Кинетика  процесса видна на следующих графиках, полученных экспериментально. По оси ординат, которых откладывалась текущая масса высушиваемого материала, а также текущая температура в слое высушиваемого материала. По оси абсцисс – время, за которое барда досушивалась до равновесной влажности:

      График 1. (рис.1)

График 2 (рис.2)

График 3 (рис.3)

      На  всех трех приведенные экспериментальных  кривых хорошо заметны три участка  сушки, в соответствии с тремя  формами связи влаги. 1 период более 61%; 2 период от 61-35%; 3 период меньше 35%.

      Рассчитаем  скорость сушки барды в каждом периоде. 

График 1:

Исходное  количество высушиваемой барды – 3 г.

1.   г/мин;

2.   г/мин;

3.   г/мин.

      Пересчитаем скорость сушки из г/мин в кг/час, т.е. сколько кг влаги будет выпарено за 1 час. Соответственно исходное количество высушиваемой барды составит уже 300 кг:

      

1.   кг/час;

2.   кг/час;

3.   кг/час. 

График 2:

Исходное  количество высушиваемой барды – 4 г.

1.   г/мин;

2.   г/мин;

3.   г/мин.

      Пересчитаем скорость сушки из г/мин в кг/час, т.е. сколько кг влаги будет выпарено за 1 час. Соответственно исходное количество высушиваемой барды составит уже 400 кг:

1.   кг/час;

2.   кг/час;

3.   кг/час.

График 3:

Исходное  количество высушиваемой барды – 3,5 г.

1.   г/мин;

2.   г/мин;

3.   г/мин.

      Пересчитаем скорость сушки из г/мин в кг/час, т.е. сколько кг влаги будет выпарено за 1 час. Соответственно исходное количество высушиваемой барды составит уже  350 кг:

1.   кг/час;

2.  кг/час;

3.   кг/час. 

      Поскольку экспериментальные данные приведены  на различную исходную массу высушиваемого  продукта, то их сравнение некорректно. Для этого пересчитаем скорость сушки барды в каждом периоде на 100 кг исходной барды, данные запишем виде таблицы 

      Таблица 7 – Скорость сушки барды по периодам.

 

      Теперь  рассчитаем скорость испарения влаги  при сушке послеспиртовой барды  на ОАО «Талвис». Как видно из материального баланса, количество испаренной влаги в сушилках составляет 8,33 т/час. Соответственно скорость сушки составит:

        кг/час влаги.

Данная  скорость сушки рассчитана на общее  количество барды, т.е. на 37500 кг/час. При  пересчете на 100 кг барды скорость сушки составит: 11,17 кг/час.

      Влажность барды, поступающей на сушилки, составляет 30%, а по экспериментальным данным это соответствует 3 периоду сушки. Также это видно по скорости испарения влаги: 11,17 кг/час 16,98 кг/час. Следовательно, полученные экспериментальные данные применимы к процессам, происходящим на предприятии. А скорость в 3 периоде минимальна, соответственно работать в этой области неудобно и энергозатратно. 

2.   Расчет времени сушки барды

      Далее необходимо определить теоретическое время, затрачиваемое на сушку продукта в 1, 2 и 3 фазах по формуле:

       ,

где - средняя скорость сушки в каждой фазе, кг/час; К – количество испаренной влаги в каждой фазе, кг.

      Для подсчета количества испаренной влаги, сделаем допущение на 100 кг барды:

I фаза: 100 кг барды=70% влаги+30% сух.в-в.

      Поскольку влажность 1 периода составляет более 61 %, то запишем:

       ;

       ;

        кг воды будет испарено  в 1 фазе.

II фаза:  100 кг - 46,92 кг = 53,08 кг барды будет сушиться во второй фазе. Поскольку влажность 2 периода составляет от 61 – 35 %, то запишем:

       ;  100 кг барды = 61% влаги + 39% сух.в-в.

       ;

        кг воды будет испарено  во 2 фазе.

II фаза:  53,08 кг – 21 кг = 32,08 кг барды будет сушиться на 3 фазе. Поскольку влажность 3 периода составляет менее 35 %, то запишем:

       ;  100 кг барды = 35% влаги + 65% сух.в-ва.

       ;

        кг воды будет испарено  в 3 фазе.

      

      32,08 кг – 7,22 кг = 24,86 кг готового сухого продукта с влажностью 10% будет получено.

      Тогда время сушки в каждой фазе составит:

        ч;

        ч;

        ч.

      На предприятии сушка происходит только в третьей фазе. Причем часть высушенного до 10% готового продукта вновь возвращается в цикл. А именно, в смеситель, где за счет этого понижается влажность продукта, поступающего в сушилки, с 70% до 30%. Из 700 т готовой барды, 600 т возвращается в процесс обратно. Т.о. время сушки барды значительно замедляется – в 7 раз, т.е.:

       ,

где - теоретическое время сушки барды на предприятии, ч; - теоретическое время сушки барды в 3 фазе, ч.

      Сравним общее время сушки барды на предприятии - и присушке с последовательным прохождением всех трех стадий сушки :

        час;

        часа.

      Как видно, требуется в 3 раза больше времени  на сушку барды по методу, используемому на предприятии. В связи с более долгой просушкой свойства барды значительно изменяются, в ней становится значительно меньше полезных питательных веществ, вследствие денатурации белков, а также изменяется внешний вид готового сухого продукта со светло-желтого до темно-коричневого.

      

      Сделаем допущение, что количество затраченной  энергии на сушку барды прямо  пропорционально времени сушки. Тогда, на основании этого, можно  сделать вывод о том, что затраты  энергии на предприятии значительны и части этих затрат можно избежать, если модернизировать стадию сушки барды.

      Путь  решения задачи снижения времени  сушки барды, и как следствия  энергопотребления я вижу в модернизации стадии сушки.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      

      

      3. Обзор методов утилизации послеспиртовой зерновой барды 

      В настоящее время существует несколько  способов утилизации барды. К ним  относятся:

      - технология упаривания жидкой  части барды после удаления  взвешенных веществ или технология  получения сухих гранулированных  кормов (DDGS);

      - микробиологический метод, основанный на утилизации барды бактериями и дрожжами;

      - переработка послеспиртовой барды  в биокорма личинками синантропных  мух;

      - сжигание послеспиртовой барды;

      - использование послеспиртовой барды  в качестве органического удобрения.

      Последние 4 метода очистки экономически не выгодно  применять на предприятии ОАО  «Талвис», поскольку потребуется полная замена технологического оборудования, постройка нового цеха, или возможно изменение старого, что повлечет за собой неоправданные затраты. Вследствие этого я склонна рассматривать модернизацию существующего процесса сушки. Для этого более подробно следует изучить технологию упаривания жидкой барды или технология получения сухих гранулированных кормов (DDGS). 

3.1. Технология переработки с получением сухих гранулированных кормов (DDGS) 

      Общим для технологий, относящихся к  данному типу, является использование  аппаратов, упаривающих послеспиртовую зерновую барду. 
 

3.1.1. Технология высокоскоростного низкотемпературного обезвоживания с использованием аппаратов АХИ

     Согласно  данной технологии [9], твердая часть барды отделяется от жидкой части и идет на гранулирование с получением сухих кормов для скота.

     Для утилизации жидкой части барды применяется  схема с использованием аппаратов  АХИ – аппаратов холодного испарения. Принцип работы АХИ основан на явлении испарения жидкости в присутствии гетерогенно-контактного наполнителя с высокой удельной поверхностью в интенсивном газовом потоке. Рабочая температура АХИ лежит ниже температур кипения испаряемой жидкости, что позволяет избежать больших энергетических затрат. Энергия фазового перехода воды возвращается в процесс и не теряется безвозвратно. Расходы на электроэнергию сводятся к обеспечению работы компрессионного оборудования и аппаратам дозирования и регулировки потоков.

     Данный  способ переработки послеспиртовой барды позволяет существенно снизить затраты по сравнению с традиционными способами, за счет снижения материалоемкости и габаритов оборудования, низких рабочих температур (70—90 °С), низкой энергоемкости процесса, высокой производительности по сравнению с классическими выпарными аппаратами, получения воды, соответствующей нормативам ПДК по органическим и минеральным компонентам.