Сахарный завод

ВВЕДЕНИЕ

Во  многих странах мира энергетика на биомассе становится эффективной самоокупаемой отраслью, конкурентоспособной по отношению к энергетике на ископаемом топливе. В настоящее время в Дании,  например,  на  долю биомассы приходится около 7 % всей вырабатываемой энергии в стране, в Австрии она составляет 12 %, в Швеции 21 %,_в Финляндии – 23 %. В целом в странах Европейского Союза в среднем около 14 % общей энергии получено из биомассы, а в мире этот показатель равен 15 %. И эти цифры с каждым годом растут.

     Республика Молдова не обладает какими либо ископаемыми источниками энергии, поэтому вынуждена импортировать энергоресурсы. В связи с тем, что в последнее время цена на энергоресурсы неуклонно растет, встает вопрос об использовании альтернативных источников энергии. Как наиболее подходящим источником такой энергии является, конечно же, биомасса, тем более что Республика Молдова является аграрной страной.

      Биомасса пользуется популярностью  с древности, но сейчас ее популярность резко возросла, так как при ее использовании можно сэкономить, учитывая неуклонный рост в цене энергоресурсов. Кроме того биомасса является возобновляемым источником энергии и нередко используется как побочный продукт производства, что иногда даже упрощает сам процесс производства. Использование биомассы так же поможет снизить выбросы СО₂, так как растения поглощают примерно столько же СО₂ во время их роста, сколько выделяется при их сжигании.

      Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы– производство из нее биогаза, состоящего на 50-80 % из метана и на 20-50 % из углекислоты. Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений) и экологическую [13].

       Получая из биомассы биогаз, появляется возможность использовать его на нужды предприятия. Так, с 1 m³ биогаза, в зависимости от содержания метана, можно выработать от 1,5 до 2,2 kW электроэнергии [14]. При производстве электрической энергии получается и тепловая энергия, которую также можно направить на нужды предприятия.

       В процессе сбраживания получается не только биогаз, но и ценное, высококонцентрированное, лишенное нитритов, семян сорняков, болезнетворной микрофлоры органическое удобрение [15]. Испытания показывают, что использование данного удобрения увеличивает урожайность в 2-4 раза [16].

       Производство биогаза позволяет так же предотвратить выбросы метана в атмосферу, снизить применение химических удобрений, сократить нагрузку на грунтовые воды.

        Китай уже имеет более 7 млн. биогазовых установок с объемом реакторов 8-10 м³. Это обеспечивает теплом 30 млн. крестьян. Индия имеет примерно 500 тыс. семейных установок. В странах ЕЭС примерно 600 установок, из них 17 перерабатывает в биогаз городской твёрдый мусор. В США во множестве работают крупные биогазовые установки по переработке городского твёрдого мусора со средней мощностью до 100 млн м³ биогаза в год.. В настоящее время биогазовые установки, перерабатывающие в основном отходы животноводческих ферм, имеют Германия, Финляндия, Франция, Бельгия, Швеция, Италия. В каждой эксплуатируются до 100 установок [17].

      Так может пора и Республике Молдова воспользоваться огромным мировым опытом в использовании биогазовых технологий?

       В данной работе рассматривается биогазовая установка, подобие которой планируется построить на сахарном заводе г.Дрокия в конце 2011 года. В качестве биомассы используется свекольный жом. В период сезона уборки сахарной свеклы, на биогазовом заводе будет использоваться жом Дрокиевского сахарного завода. Вне сезона предлагается использовать жом Фалештского сахарного завода, который так же входит в состав предприятия «Südzucker Moldova S.A.». Для этого жом будет перевозиться по железнодорожному транспорту и складироваться в силосные ямы для хранения. Биогаз, в период работы завода, будет сжигаться в паровых котлах. Вне сезона биогаз предлагается сжигать в когенерационных модулях. При этом тепловая энергия будет направляться на ГВС поселка.

       Наличие такой установки поможет снизить в конечном итоге цену на сахар, и тем самым повысить конкурентную способность сахарного завода не только в Молдове, но и на всем постсоветском пространстве.

1 ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕМЫ

1. Общая информация о предприятии  и описание ТЭЦ
1. Общая информация о предприятии и о сахарном производстве 

     Сахарный завод города г.Дрокия был построен в 1957 году. Ежегодно это предприятие перерабатывает около 300 тыс.тонн сахарной свеклы. С приходом компании «Südzucker Moldova S.A.» на заводе проведены существенные изменения: на 47,6% снижен расход теплоэнергии, на 26,0% - известкового камня. В сезон здесь работает около 500 человек. В период становления «Südzucker Moldova S.A.» именно Дрокиевский сахарный завод стал первой площадкой для внедрения европейских управленческих и технологических инноваций. Фактически с модернизации этого завода началось создание компании, и сегодня этот завод является оперативным администраторским центром «Südzucker Moldova S.A.». Компания и в дальнейшем собирается модернизировать данное предприятие. Примером этого может послужить проект по постройке на территории предприятия биогазовой установки к сентябрю 2011 года, на который планируется потратить 12,5 млн.€. С помощью этой установки планируется экономить 70-75% природного газа [18].

      Дрокиевский сахарный завод представляет собой крупное предприятие, перерабатывающее в сутки 300 тыс.тонн свеклы. Период работы завода составляет 100 дней. На заводе все операции механизированы и выполняются непрерывным поточным способом круглосуточно, без остановок на выходные дни.

      Из первичных (бурачных) приемников свеклы или из кагатов свеклу доставляют в здание завода при помощи гидравлических транспортеров, т. е. желобов, в которые подается вода/[1]. Водой свекла уносится на завод. На гидравлическом транспортере обычно устанавливают механические соломоловушки и камнеловушки, отделяющие от свеклы грубые примеси.  На заводе свекла поступает в корытообразную мойку, снабженную валом и кулаками, в которой отмывается от земли. Затем свеклу элеватором поднимают на высоту примерно 15 м, чтобы дальнейшие операции осуществлялись самотеком. С элеватора вымытую свеклу подают на автоматические весы, регистрирующие массу сырья, поступившего на завод. Следующей задачей является получение из свеклы сока. В современных диффузионных аппаратах непрерывного действия свекла, изрезанная в стружку, движется навстречу горячей воде, в которую постепенно диффундирует сахар из свекловичной стружки. При таком противоточном высолаживании получают диффузионный сок, содержащий почти весь сахар свеклы, а в обессахаренной стружке («жом») теряется всего лишь около 0,3% сахара по свекле. Диффузионный сок мутный, черного цвета. Для очистки диффузионный сок нагревают паром в особых подогревателях (решоферах) до 90°С и прибавляют к нему известковое молоко (на 100 кг свеклы расход извести составляет от 2 до 3 кг). При нагревании сока и действии на него извести коагулируют белки и черные красящие вещества свеклы. Кроме того, анионы многих солей и кислот, содержащихся в диффузионном соке, образуют осадок с ионом кальция и, таким образом, удаляются из раствора (например, анионы щавелевой, фосфорной и ряда других кислот), происходит, следовательно, очистка сока. Операцию добавления извести для очистки сока называют дефекацией (осаждением).                              На дефекацию расходуют значительный избыток извести. Затем дефекованный сок вместе со всеми осадками насыщают углекислым газом (это так называемая I сатурация, т.е. насыщение), при этом избыточная известь превращается в нерастворимый мелкий кристаллический осадок СаСО₃, на поверхности частиц которого собираются (адсорбируются) некоторые, особенно окрашенные, несахара сока; таким образом, достигается дополнительная очистка сока путем адсорбции.

      Отсатурированный сок нагревают до 90 °С, чтобы улучшить фильтрацию, и фильтруют на вакуум-фильтрах, которые отделяют дефеко-сатурационный осадок, содержащий СаСОз и несахара, осажденные на дефекации. Цвет профильтрованного сока светло-желтый. В профильтрованном соке содержится еще в растворе небольшой избыток извести, поэтому его подвергают II сатурации углекислотой и выпавший осадок СаСО₃ снова отфильтровывают. Перед II сатурацией сок нагревают в подогревателях до 100 °С, что препятствует вредному образованию на II сатурации растворимого бикарбоната кальция Са(НСОз). Остающуюся в соке тонкую муть удаляют повторной фильтрацией при малом давлении. Полученный сок обрабатывают газом S0₂ (сульфитация) для дополнительного обесцвечивания его и еще раз фильтруют. Очищенный сок светло-желтого цвета. В нем содержится около 15% сухих веществ и около 14% сахара. Очищенный сок выпаривают на выпарной установке до концентрации 65% сухих веществ, из которых около 60% сахара и 5% несахаров. Сироп еще раз сульфитируют для дополнительного обесцвечивания и фильтруют.

      Наконец, очищенный сироп уваривают под разрежением в вакуум-аппаратах до высокой концентрации — около 92,5% сухих веществ (из них около 85% сахара). Этот продукт называется утфелем. Небольшого количества воды, остающейся в утфеле (7,5%), недостаточно, чтобы удержать в растворе весь сахар. Поэтому в процессе уваривания большая часть сахара выкристаллизовывается и утфель содержит более 50% кристаллов сахара. Остается лишь отделить этот сахар от окружающей маточной жидкости, содержащей также сахар в растворе и все несахара.

       Кристаллы сахара отделяют из утфеля на центрифугах-быстровращающихся вертикальных барабанах с ситчатой боковой поверхностью (1000 об/мин и более). Утфель, загруженный в центрифугу, под действием центробежной силы располагается по боковой поверхности барабана: межкристальный оттек прогоняется центробежной силой сквозь ситчатую поверхность, и в барабане остаются лишь кристаллы сахара, которые промывают небольшим количеством горячей воды. Полученный сахар-песок высушивают и упаковывают в мешки.

        Маточный раствор («зеленый оттек»), отделенный на центрифугах, содержит еще много сахара (примерно 62%), поэтому его еще раз уваривают в вакуум-аппарате до содержания 95% сухих веществ и получают утфель II кристаллизации. Чтобы выкристаллизовать больше сахара, утфель II кристаллизации охлаждают до 40° С при перемешивании в корытообразных кристаллизаторах. Затем кристаллы сахара отделяют на центрифугах. Получается сахар уже худшего качества — «желтый сахар», который возвращают в производство (растворяют в сатурационном соке и прибавляют к сиропу). В маточном растворе, отделенном от утфеля II кристаллизации, хотя и содержится около 50% сахара по массе раствора, но получить этот сахар методом дальнейшего уваривания и кристаллизации уже не удается, так как содержащиеся в нем несахара затрудняют кристаллизацию. Это раствор является отходом производства, называемым мелассой (или кормовой патокой). Он употребляется на производство спирта или дрожжей, частично идет на корм скоту и на получение комбинированные кормов. Кроме того, в настоящее время    из    мелассы извлекают сахар, применяя химические методы. Действуя известью или окисями стронция или бария («сепарация», т.е. выделение сахара из мелассы), сахар переводят в слаборастворимые соединения.

       Итак, свеклосахарное производство, перерабатывая сахарную свеклу, дает обычный белый сахар-песок и в качестве отходов — жом (обессахаренную свекловичную стружку), дефеко-сатурационный осадок, получаемый при очистке сока, и мелассу.

1.1.2 Описание ТЭЦ

       Источником тепловой и электрической энергии на сахарном заводе города Дрокия является ТЭЦ. Во время сезона ТЭЦ полностью снабжает завод тепловой и электрической энергией и даже выдает избыток электрической энергии в энергосистему. Вне сезона ТЭЦ не работает и электроэнергия для собственных нужд потребляется из системы.