Bereiding van rietsuiker

adres:

Verslag behorende· bij het fabrieksvoorontwerp

van

onderwerp:

Jac. van Beierenlaan 191 Oude Delft 55

opdrachtdatum : jan. 1974 verslagdatum: okt. 1974

/

...

-;#

CANE SUGAR ENGINEERING (I~

Een eerste oriëntatie ten aanzien van àen mogelijk fabrieksvoorontwerp. A) Inleidin«

Suiker wordt door de suikerrietplant gesynthetiseerd uit water en atmosferische kooldioxide; Eerst wordJft er hexose~ «evormd, die

I:.

dan aij het rijpen van de plant overgaaft in SUGrose~. Dit synthese-proces is op zichzelf zeer complex.

Hieruit valt te concluderen dat een suikerfabriek in feite geen suiker 'fabriceert', maar wel dat deze de sucrose,in vrijwel zuivere vorm (99%),afseheidt uit de verschillende bestanddelen waarmee het tesamen in de plant voorkomt.

In de figuur waarin een processehema weer«egeven is voor de productie van ruwe suiker, zijn de volgende prQcesstappen te onder-8cheiden:

1) _Wassen en malen~ het riet wordt gewassen en in stukken gesneden. Ui t deze stuk!cen wordt met behulp van rollers zoveel mogelijk sap uit de plantencellen geperst. Aan het einde van de 'maaltrein' worden met ~ water de laatste porties suiker uitgetrokken. De overblijvende vezelachtige stof ('rietpulp') heet 'Bagasse' en bevat ca.

50%

water (uit 1 ton riet entstaat ca. 0.25 ton bagasse).

2) _~~aren: kalkmelk wordt aan het sap toegevoegd teneinde het te zuiveren, dat dan verwarmd wordt. Het sap komt vervolgens in opslag-vaten waarin colloïdaal materiaal en onoplosbare calciumzouten

bezinken. Be brij~ die uit de klaringstank komt wordt afgefiltreerd; het hieruit ontstane sap wordt gerecycled. De a~gefiltreerde stof is

zeer geschikt als meststof voor de rietvelden!

3) .1erdampe_!!:_het geklaarde sap wordt dan naar verdampers gestuurd, die met stoom verwarmd worden. Hierin w_rdt het grootste deel van het water in het sap verwijderd. Er ontstaat een donkere oplossing die ca. 65

w%

sucrose bevat.

4) K~:j,st~ll i!3~_ren en ce!!trifI.!K~.!'en: deze aplossing wordt dan in

vacuümpannen gekaokt. Hierbij wordt genoeg water verwijderd tot de op-losbaarheidsgrens van sucrose wordt overschreden, en er tengevolge hiervan suikerkristallen gevormd worden. De suikerkristallen worden door centrifugeren afgescheiden. Het overDlijvende vl.ai.are product heet 'melasse', dat tamelijk veel sucrose .evat. Bij de procesvoering wordt dit als de grootste verliespost aan product .eschouwd! Het kan als aestanddeel van veevoeder gebruikt worden. Het sucrosegehalte van de suikerkristallen is nu 97

%.

Deze ruwe (.ruine) suiker kan

r

•

2

verder geraffineerd worden tot wittè suiker

(99%

Buerosegehalte). De raffinage omvat in hoofd.zaak het weer in (!)plossing brengen van de ruwe suiker, zuivering door klaring en herkristallisatie, bleken, etc. en wordt hier niet verder beschouwd.

c) Keuze van vestigingsplaats

-De eigenschappen van suikerriet veranderen snel na het oogsten: het riet moet dus snel aan de fa.riek afgeleverd worden .a suiker-verliezen te voorkemen.

Er is ca.

7

ton riet nodig voor 1 ten suiker: het riet meet dus niet al te ver getransporteerd worden.

ov t ,""IIV ~~ iN.)~'"

Ui t deze "'9-SMlCHtW~volgt dat de fa.riek dicht Dij de riet-velden meet liggen.

De keuze wordt mede bepaald door de beschik.aarheid van een vol-doend grote hoeveelheid water: er is veel koelwater nodig voor de cendensors.

De raffinage kan in principe overal plaatsfinden, na verscheping van de ruwe suiker.

D) _T~e~no}o~i_sc_h~ a~p~c~eE_

1J Het sucroseDevattend geklaarde sap moet geconcentreerd worden tQt ruwe suiker. Hiervoor is een tweetrapsroute toepasbaar:

a) verdamping t . t siroop, in multipele effect verdampers. b) 'sugar .oiling': de siroop wordt verder geconcentreetd en

suiker uitgekristalliseerd: in 'gewone' verdampers, de zg. ·vacuümpannen.

Voor de warmteecenomie is het van belang dat de multipele effect verdamping zover wordt doorgevoerd dat nog geen verzadiging .ereikt wordt!

2) Goede warmteeconomie (zoals hier.oven genoemd.) wil zeggen: goede stoomkringloop, stoombalans vmde fabriek opstellen; stoo.productie en stoomconsumptie.

Aspecten van stoomopwekking:

Branàstof (intern aanwezig!): .agasse.

boiler units, boiler efficiency, recovery van sensible heat uit flue gases, typen fornuizen, faciliteiten voor verdere winning. (luchtverhitters, economizer~, corrosie van warmteoverdragende

opper-vlakken, ketelvoedingswater. Aspecten van stoomverDruik:

reductie in stoomverDruik ~ reductie in Doilerplants ---~ reductie in investeringskosten van apparatuur: verdampers, verhitters, pannen enz. (stoom gebruikt als processtoom).

'.

,

3

motoren, enz.

Theoretische Beschouwingen:

thermodynamica van energieconversies: warmte: stroom van thermisCAe energie ten gevolge van temperatuurverschil.

ar.eid: stroom aan meehanische energie ten gevolge van andere aandrijv~nde krachten dan temperatuur-verschil (kinetische, potentiële, chemische, electrisohe). Deze zijn) in principe althans, volledig in elkaar om te zetten, maar ten gevolge van irreversiBiliteiten ontstaat degradatie van mechanische energie tot de thermische vorm.

Thermische energie daarentegen, kan niet volledig omgezet worden in mechanische energie: essentie van de tweooe hoofdwet van de thermo-dynamica.

Fluctuaties in de benodigde hoeveelheid stoom, enz.

Resumerend: stoomopwekking en stoomverDruik is van essentiëel • • elang in een suikerfa.riek.

3) Berekeningsmethoden voor het ontwerpen van een multipel effect. Gedetailleerde berekeningen van de condities zijn nodig om de dimensies en efficiency van een verdamperschakeling van een bepaalde capaciteit te speoifeceren.

Totale verdampercapaciteit: het ooncentreeen van een bepaalde hoe-veelheid geklaard sap tot een bepaalde siroop, oorspronkelijk eeschik-.are stoomdruk, vacuüm dat te .ehalen is in het la::.tste effect, verdam-peroppervlak Derekenen, warmteoverdrachtssnelheid bepalen (Q = U.A.AT) warmteweerstanden( stoomfilm, vloeistoffilm, aankorsting}

0 ....

~emperatuurgrenzen: bovengrens in ver.and met inversie van rietsuiker Dij hoge temperatuur, ondergrens : de temperatuur van de damp in het laatste vat wordt bepaald door het .ereikbare vacuüm dat afhangt van de temperatuur van het koelwater voor de condensor.

stoomverbruik van verdampers, condensorsysteem, invoer van voeding, verdere constructieve aspecten.

~)

4) Brandstof.

De .agasse, die bij het uitpersen, malen overblijft (met een vezelge-halte van 15

%),

is in het algemeen voldoende om alle stoom te

- _ . - 00"

leveren die nodig is als processtoom en~energie-opwekking, als dat als .randstof gebruikt wordt in de boilerfornuizen.

Bovendien is er dan een overmaat .agasse, of van stoom, die voor andere doeleinden ge.ruikt kan worden: het in bedrijf houden van irri«atie-pompen, bereiding vn bijproducten, stoom voor een destilleerderij, levering van electrische energie aan de omgeving, enz.

Dus het riet dat de suiker produoeert levert tegelijk de () 0. •

•

•

4-~)

'P.S

·

Irandstof aan de falriek, en het riet geeft ook als lij producten of als afvalproducten: a)melasse, waaruit rum, alcohol, sems

motorlrand-,",,,,,,,",u.

stof voor tractoren en vrachtauto's gemaakt ~ worden

I) de slurry die &ij de filtratie (zie eerder) m overblijft, is een uitstekende meststof voor de rietvelden; hieruit worden soms wassen geëxtraheerd.

c) de as die antstaat l i j de veriranding van lagasse in de fornuizen completeert de filterslurry (zie I)) op een heel Dijzondere wijze, waardoor een volledige meststof ontstaat! Tenslotte moet niet uit het oog verloren worden dat het riet zelf

~;. ,~

Dijdraagt tot de hoeveelheid water.nodig voor stoomopwekking. Dit is van groot belang voor fabrieken die niet de Dsc~ikking hebben over voldoende water.

E) _EC::0~0'Ei~c~ ~sFe_ct~~ .• _

In het l i j zonder Irandstofvoorziening: een suike~falriek Destaat gedeeltelijk uit een 'stoomfaDriek'. De lietsuikerfalriek heeft externe Drandstof nodig.

1) Vergelijking van de ordegrootte van besparingen xa op brandstof-kosten l i j de rietsuikerfalriek ( R.S.F.) ~~v. de lietsuikerfalriek (B.S.F.), algemener geformuleerd: wat is de invloed van het type Irandstof op de bed~ijfskosten?

2) Zijn er meer investeringen nodig voor de stoominstaàlatie: vastex versus vloëiDare versus gasvormige Irandstof van R.S.F. vergeleken lij B.S.F.

3) In verband met 2) is er meer onderhoud nodig Dij een R.S.F. t~y. B.S.F.

4) Schonere of vuilere Irandstof Dij R.S.F. tov. B.S.F. F) Resumerend:

• lerdampersectie lekijken

Stoomopwekking en stoomverDruik

Economische vergelijking op basis van verschillende grondstoffen, R.S.F. versus B.S.F •

• G.H. Jenkins, Introduction to Cane Sugar Technology, 1966

1 WtÛ'«"y+ vu.r'/

WMtt

•

..

I~

~

1

w~~ ~ek~y~

t

.

r

(

_.

sO-f~

! ,,---...

'l'''~

~ru":"~C~,, wa.41erob.-

_r

_>~ V~CI4-c.vn x:..<~ Va.c~ ~ \,. , . j:.,,·,Ia. 1"~t.I-of

I

..-... ' ' ,7 /",y~/ ~

{ ><..,:..

/.YY 1/ . -roo~

-J~

.

I:~(

tt::;c

~

kAlbJ{

(

Caf?H}~)

1

VOJkJJuf

h~rcl.c. vLff/~ ()../,

Jt..t.&1--t

')v1.t.(

a. Wo

RuwE

$u./tfR

'Procc

~sc.~

voo r de rrz:,cll4-ktif. Vo..VI

r~e.

Sl.4.l kt-r I.. •••

tf

s,-,c'kerr,~l

..

_._

-

---

_

.

_

-

---

_.:----~ .. ".- ~/---"·-···· ~.~ -, ... "!- -• •

,

.

....

[

~

r'

l .

l .

r

I :

l . il

n

n

n

INJfOUD

I.A. Samenvatting over de technologische uitvoering van het proces

l.B. Konklusies

11. Grondslagen van het ontwerp

A Theorie van de verdamping B Principe van Hul tipel Effect

C Uitvoering van de verdamping

D Enige Aspecten van de Constructieve Uitvoering E Sapcirculatie

F Entrainment

G Ihversiever1iezen H vlarmtever1iezen I Aankorsting

JT Het aftappen van damp K Thermo-compressie

lIr.

Proces beschrijving

IVo Berekening van de verdampersectie

T

VI

VII •

VIII.

A Algemeen

B Het Warmtewisselend Oppervlak r::v .0.) G Keuze van het aantal effecten

D Berekeningsmethoden voor het ontwerp van een Yrul tipe1 effect

Berekeningen Sapvoorwe.rmers Vacuumpannen

Mass a-1·,rarm te balans Literatuur

Bijlage A: Invloed van de wijze van condensaatafvoer op de warmte-economie

Bijlage B: Condensors

Bijlage C: StoombalanS Ilietsuikerfabriek Bijlage D: Procesregeling

Bijlage E: Diversifikatie in de Rietsuikerindustrie Bijlage

F:

Keuze van de vestigingsplaats

blz 1 2

3

3

5 7 8 12 14

15

15

16

16

16

18

23

23

28

29

30

32

't4 48

53

58

I '

[

~

[

:

r

r

l ,

n

II

n

n

n

r

-1-1 A. Samenvatting over de technolo

_{-.-.-.-.-.-.--.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.}

gische uitvoering

van het proces

-.-.-.-.-.-.-.

De ontwerpcepaciteit van de suikerfabriek bedraagt ca.

55.000

ton

suiker per jaar, uitgaande ven suikerriet als grondstof. Uit deze

grondstof wordt eerst het sap geixtraheerd. Hierna wordt door

middel ven een tweetrapsproces suiker uit het sap gewonnen, te

weten:

1°) meervoudige verdamping tot er juist geen kristallisatie

op-treedt

2°) "sugar boiling", wa.ê3rbij kristallisatie optreedt.

Het dunsap wordt iets beneden kooktemperatuur in het eerste effect

van de verdamperstraat ingevoerd. Na verdamping in meervoudig

effect is het veste stofgehelte (voornamelijk sucrose) toegenomen

vón 13 naar ca.

65%.

Tijdens de "sug<>r boiling" wordt dit nog

verder verhoogd tot ca.

96%.

Na koeling en centrifugeren wordt

er suiker afgescheiden.

Uit een messabalans kan men afleiden dat er ca.

80%

stofverwijde-ring (de hoeveelheid water die verdampt wordt) in de

verdamper-straat optreedt. Aangezien de verdampingswarmte ven weter hoog is,

zal het energieverbruik ook hoog iijn. Teneinde een efficiënte

procesvoering mogelijk te maken moet men dus alle middelen aan-wenden die een besparing aan energie opleveren.

In dit voorontwerp ligt de nadruk den ook op de verdampersectie. De

apparaten zijn, evenals de procesomstandigheden, uitvoerig

beschre-ven. Een probleem bij de procesvoering is de o.a.nkorsting ("scalingll )

van de pijpen van de verdampers, en ook die van sapvoorwarmers

en kookpannen. Tengevolge hiervan moet de fabriek periodiek (weke~

1ijks) stopgezet worden voor het schoonmaken van genoemde pijpen.

Ten aanzien van het rendement van de suikerwinning kan men elgemeen

stellen dat er ca. 25% sucrose overblijft in de moederloog (melasse)

die na. het centrifugeren ontstaéü. De terugwinning hiervan is

r 1

L

l:

l

L

r '

l

[ '

l.

r ' I l . r'

L

L

I'

r

~

~l

~1

]

n

n

n

r

-2-I

B.

KONKLUSIES

-.-.-.-.-.

Uit dit voorontwerp blijkt dat een hoog thermisch rendement bij

de rietsuikerbereiding in principe mogelijk is, uitgaande van het

feit d2t nagenoeg alle energie voor het proces uit de grondstof zelf te helen is.

Als brendstof moet men dan de rietpulp gebruiken die na vdnning

van het sap overblijft (bagasse of ampas).

Het is wellicht zinvol de "suger boiling" (els

kristallisatie-proces) nader te bestuderen, vooral ten aanzien van het toe te

passen "boiling" systeem.

Onderzocht kan vrorden in hoeverre een externe bre.ndstof (olie,

gas) gebruikt zou kunnen worden teneinde een bijprodukt (rietpulp)

tot een nuttig produkt te verwerken, n.l. tot papier, furfural

of vezelplee.tmö.teriaal. Voorts kan nog onderzocht \':orden in hoeverre

er (betere) processen te realiseren zijn die, uitgaande van melasse,

w8.erdevolle produkten (voornamelijk chemicaliën) kunnen leveren.

Men denke bijv. aan oplosmiddelen, alcohol, hieruit etheen, hieruit weer kuntstoffen, enz.

Bij kombinatie van de twee aanbevelingen is het (in principe) zeer wel mogelijk grote hoeveelheden suikerriet ecn te planten

met het doel een redelijk produktievolume aan papier en genoemde

chemicaliën te verkrijgen. Het klassieke hoofdprodukt suiker

ver-liest in die situatie zijn betekenis. Het is duidelijk dat gro

n-dige economische studies hiertoe onontbeerlijk zijn!

-r

:

I"

I t , , .1 l . r~ ( , -.,

.

)

n

fl

-3-11 GRONDSLAGE~~ VAN HET ONTWERP

===========================

11 A. Theorie van de verdamping

-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.

Allrcmeen

"

Wa.rmteoverdrach t in een verdamper

---Een suikerverdamper bestaat in essentie uit een vat met een aantal

pijpjes dat dient als warmte wisselaar. Het te verdampen sap

stroomt in de pijpjes omhoog en de stoom circuleert om de pijpjes.

De hoeveelheid warmte die van het ene naar het andere medium

wordt overgedragen, wordt aangegeven door de uitdrukking:

(1)

Hierin is

0

_w de totale warwtestroom (Kcal/uur)

U de totale warmteoverdrachtsco~ffici~nt of warm

tedoorgangs-co~fficiënt

(Kcal/m2/uur/oC)

A het warmtewisselend oppervlak (V.O.) in m2

tI ~de temperatuur van het verwarmend medium in

°c

t

2 de temperatuur van het te verwarmen medium in

°c

- Aan de stoomzijde wordt warmte aan het sap overgedragen. Het

condensaat stroomt lan8s de pijpjes omlaag. Er ontstaat een

continue waterfilm, aan de buitenzijde van de pijpen, die Gen

weerstand vormt voor de warmteoverdracht. Bovendien kan er

cor-rosie optreden. De warmtestroom moet dan door deze

corrosie-laag heen voordat het metaal zelf bereikt wordt.

Er is nog een andere factor die de warmtestroom aan de

stoom-zijde bepëJalt. Indien de stoom n.l. niet-condenseerbare gassen

bevat (bijv. lucht), zullen deze zich nabij het metaaloppervlak

verzamelen. Hierdoor ontstaat er opnieuw een weerstand tegen

het warmtetransport.

- Het warmtetransport door het meteal vindt plaats door middel

Van geleiding. Hoe dunner de wanden zijn en hoe hoger de

L

r'

l.

l . r , I I l • l . , J

n

l ,

n

r

-4-_ De warmteoverdrachtsco~fficiint aan de sapzijde wordt in prin-cipe bepêald door de vloeistoffilm aan de binnenkant van de

Pijp)es. De dikte van deze film is afhankelijk van de sap

snel-heit. De warmteoverdracht aan het sep kan vertraagd worden door aankorsting (vuillaag aan de binnenzijde van de pijp). Bij het verdampen van verontreinigde oplossingen, bijv. suiker-sap, treedt er vrij snel aankorsting op. De dikte van de vuil-laag is hier de limiterende factor voor het warmtetransport. Deze vuillaag moet periodiek verwijderd worden teneinde een

goede werking van de verdamper te waarborgen. Het schoonmaken van de pijpjes is de voornaamste reden van de wekelijkse

stop-zetting van het proces in een rietsuikerfabriek. (Zie ook',II-I,pag.16.) Bovendien is het vloeistofniveau in de pijpjes voor de

warmte-overdracht van belang. (Zie ook pag. 13)

Overeenkomstig deze beschouwingen kunnen we de totale

warmte-overdrachtsco~fficiënt als volgt uitdrukken:

1 1 1 1 U - _c(, + ). _c.

IrA

_C. + _>'v

_/~

I

v,

Hierin is 1 U 0(, : A : _c. de totale warmteweerstand warmteoverdrachtscoëfficiënt stoomzijde warmtegeleidingscoëfficiint condensaatfilm ~ _{c •} . dikte condensaatfilm 1 + -C<.z.

\:v:armtegeleidingscoëfficiënt vuillaag buitenzijde pijp

cl,,: dikte vuillaag buitenzijde pijp

I

A~:warmtegeleidingsco~fficiënt metaal

d_w: wanddikte metalen pijp

A~: warmtegeleidingscoëfficiënt vuillaag binnenzijde pijp

As:

warmtegeleidingscoëfficiënt sap film

~: dikte sap film

01,,2,:

dikte vuillaag binnenzijde pijp

~: warmteoverdrachtscoëfficiënt sapzijde

2.

(2)

Uit deze vergelijking blijkt dat de warmtedoorgangscoëfficiënt voornamelijk bepaald wordt door de kleinste partiële coëfficiënt. Voor de reeks stoom-metaal-+sap geldt dat de partiële coëffi-ciënt aan de sapzijde het kleinste is.

+) Algemeen kan gesteld worden dat de filmdikte kleiner wordt naarmate de sapsnelheid hoger wordt.

I

I

I

'

I

\

I '

-5-,

_:13 1./ ~~

_t

J

,~

_t

_q ~ 1: damp 2: condensaatfilm

t,-

_4:

.3: vuillaag buitenzijde pijp metaal

t;:_

5:

vuillaage binnenzijde pijp

6:

sapfilm

DAMP

WAND SAP

7:

sap

i

Afstand ---+

fig. 1. Temperatuurverloop yan warmtetransport van stoom naar sap

11 B. Principe ven Multipel Effect

11 BI. Algemeen

_-.-.-.-.

Multipel effect verdamping werd door Rilieux geIntroduceerd. Hij

stelde: Indien stoom toch al voor de verdampj.ng gebruikt wordt,

dan is het evenzo mogelijk de uit het sap afkomstige damp te

be-nutten om dit proces te voltooien. Dit is echter niet zonder meer

mogelijk. Met stoom V8n bijv. 1100e (behorend bij een druk van

1,46 kg/cm2 absoluut) ken wél.ter uit het sap bij atmosferische druk verdampt worden. De ontstane demp heeft dan een temperatuur van lOOoe. Maar met damp van die temperatuur is het niet mogelijk om SDp in een daaropvolgend vat bij dezelfde temperatuur te laten

koken. Hiervoor is een temperatuurverschil nodig! Rilieux loste

dit probleem op door de volgende vaten onder een steeds hoger

vacuum te zetten. Hierdoor kan het noodzakelijke temperatuurverschil

geerëerd worden. De uit het sap afkomstige demp kon aldus gebrUikt

Vlorden om het sap in de volgende v~ten te laten koken.

Voor deze methode is een vacuuminstallatie noodzakelijk. Koken onder vacuum heeft de volgende voordelen:

- het temperetuurverschil tussen stoom en sap wordt vergroot. - de verdamping wordt uitgevoerd bij steeds lagere temperaturen,

waardoor het gevaar voor ontleding van sucrose minimaal word t. 11 B2. T

_{-.-.-.-.-.-0-.-.-0}

emperatuurgrenzen

Uit capacitej.tsoverwegingen is een groot overall-temperatuurverschil

gewenst tussen de stoom neer het eerste vet en de demp in het

l aatste vet.

De bovengrens wordt bepaald door het optreden van verliezen aan

sucros~ ten gevolge van caramelvorming en inversie van sucrose bij

f ' l J (

l ,

f'

l _

L

[

~

r ' , l,

r:

., , J

n

[1

n

-7-aan

paalde kristalgrootte laat/groeien. De suikerkrista.llen moeten zo goed mogelijk van de moederloog gescheiden worden.

De eerste stap (verdamping) wordt uitgevoerd in multipel effect verdampers. De tweede stap (lls ugar boiling") betreft het koken van een viskeuze vloeistof, waarin kristallen gevormd worden.

Hiervoor zijn bijzondere verdampers, bekend als Vacuumpannen,

nodig. Ze worden in enkelvoudig effect gebruikt.

Il .·C2. Grens tuss

_{-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.}

en verdamping en sugar boiling

Rietsap begint bij een gehalte aan vaste stoffen (sucrose en veront-reinigingen) van ca. 80% te kristalliseren. Theoretis~h moet dan de verdétmping tot ca. 75% vaste sto f gehalte doorgevoerd worden. Voor sugar boiling is er een siroop nodig die nog net geen

kris-tallen bevat. Voor het ontwerp Van verdampers is het denook gev:enst dat het gehalte aan vaste stoffen Ven de siroop ca. 70% bedraagt. Het vaste stof gehalte Van het rietsap wordt Brix genoemd.

11 C3. Hoeveelheid te verdempen weter

-.-.-.-.-.-.-.-o-.-.-.-~-.-.-.

Het vaste stof gehalte Van gek10ard sap dat naar de verdampers

gevoerd ,"vord t bedraagt ca. 14%. De hoeveelheid water die· verdaIII.Pt wordt, in-diensap met een vaste stof-gehalte Van 14% geconcentreerd wordt tot

siroop met een vaste stof gehalte Van 70%,~an uit een masEabalans bepaald worden.

Veronderstel dat

E = massa te verdampen ~ater (in massa

%

geklaard sap)

J

=

massa geklaard sap

S

=

massa siroop die multipel effect verlaat (in massa % geklaard sap)

B.= vaste stof gehalte Va,n het sap

J

B _s

=

11

"

11

"

de siroop

Aangezien de massa van de stoffen v55r de verdamping gelijk is aan de massa ven de stoffen n~ de verdamping, geldt,

J. B.

=

S. B

J S

De vergelijking in de totale massabalDns is:

E = J-S

E

=

J (1 -

~!

s

l J I ' l , r '

l

.

r:

[

~

r . I l . I '

l,

( , [ ' I \ , r , I I )

[1

n

n

r

_l

-8-Substitutie van numerieke waarden van

J,

B en B _s heeft als

resul-taat _{dat de te verdampen hoev~elheid weter ca. 80% bedraa}

gt van de hoeveelheid sap _{naar de verdampers. Aangezien de massa van het}

+) geklaard sap ongeveer gelijk is aan de massa _{van het riet volgt}

dat de _{capaciteit van de verdamper ca. 80% moet zijn, betrokken}

op de massa van _{het riet. Zie ook Berekeningen}

_IV.D.I,

_pag.

_32.

Hieruit blijkt hoe belangrijk de verdamp_{ing is voor de}

suiker-fabriek. Het is _{het proces dat verreweg de grootste hoeveelheid}

materiae.l verwijdering voor zijn _{rekening neemt.}

Tengevolge van de hoge verdampingswarmte van water _{(ca. 540 Kcal/kg}

bij 1000C) zal de verdamping _{danook die procesfase zijn die het}

grootste aantal warmte-eenheden _verbruikt.

Bij deze _{hoge verdampingscapaci tei ten wordt de stoombehoefte}

elleen

binnen redelijke grenzen gehouden door _{het gebruik van multipel}

effect verdamping.

11 D. Eni

-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.

ge Aspecten van de Constructieve Uitvoering van Verdampervaten

-.-.-.-.-.-.-.

De verdamper is een vertieen kale cilinder die bestaat uit een _. pijp

en-gedeelte weerboven zich/lege ruimte bevindt.

De pijpen zijn aan de _{uiteinden van twee pijpplaten voorzien.} Via deze vertikG'le pijpen vindt de v.'armtev,risseling plaa.ts tussen

stoom en sap., Aen de _{onderzijde wordt het sap ingevoerd.}

stoom (of daJllp) \';ordt _{halverwege de hoogte ven de pijpjes}

inge-voerd. Het cilindrisch vat eindigt _{boven in een druppelaf scheider.}

Het doel _{hiervan is het afscheiden van vloeistofdruppels}

die met

de damp uit het _{sap meegesleurd worden. Als wandmateriaal wordt}

gewoonlijk staalplaat gebruikt.

De hoogte van de _{ruimte boven de calandria (d.i. het pijpengedeelte)}

bedraagt in het algemeen twee maal de lengte van de pijpjes.

Het behulp van _{deze grote dampruimte ken men het geve,ar van het} meesleuren ven vloeistofdruppels,die door het koken ontstaan zijn,

verminderen.

I '

l .• r '

I

L.

r'

I . r ' I i . f '

l .

[:

[

~

l J

'1

I L J

rl

L J

n

n

n

r

-9-Diameter van de veten

De diameter Van de vaten wordt bepaald door het aantel pijpopeningen

in de pijppleten. Voor de afvoer van het sap wordt in het midden

van de pijppleat een valpijp aangebracht.

De lengte Van de pijpen neemt in het algemeen af van het eerste naer het laatste vat. In de praktijk tr~dt namelijk vermoeiing of corrosie op .aan de uiteinden dicht bij de pijpplaten. Indien

de pijpen vervangen moeten worden, kunnen zl)in de volgende vaten

gebruikt worden; er zijn dan alleen nieuwe pijpen voor ft eerste

vat nodig. Dit is alleen mogelijk bij gelijke diameter van de pijpen in alle vaten. De langste pijpen zijn in het eerste vat vereist

omdat daar het grootste V.O. is.

~ven

Nauwe pijpen/een grotere wprmteoverdrachtcoëfficiënt: de opstijgende

dempbellen geven een continue vloeistoffilm aan de pijpwand,

het-geen gunstig is voor warmteoverdracht. Door het gebruik Van nauwe

pijpen kan men een groter V.O. verkrijgen, waardoor de diameter

Van het vat klein gehouden kan worden. Daartegenover staat dat

naUwe pijpen moeilijk schoon te maken zijn.

11 Dl. Circulatie van stoom en damp

-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.

stoom 0 f damp \'Iord t via een of meerdere openingen Ban de ca.lendria

toegevoerd. Als vuistregel geldt dat voor vatdiameters kleiner

dan ca.

3,5

m slechts één stoomtoevoeropening nodig is.

11 D2. Condens

_{-.-.-.-.-.-.-.-.-.}

aatsysteem

De stoomwarmte wordt aan het sap overgedragen door condensatie •

_....

Alle stoom wordt dus omgezet in condensaat in de calandria's.

Condensaatafvoer

Het condensaat moet zo snel mogclijlt p_{i'gevoerd word.en. De condensaatfilm op}

J

. pijpjes moet zo ~ein mogelijk zijn teneinde de warmteoverdracht zo goed mc'gelijk I

te doen verlopen. De condensPBt~fvoer kan plaats vinden op grond Van de druk die in de cvlandria heerst.

I • I l _

L

[

:

[

~

[

:

r'

l

[

:

[

:

[

,

[~

r 1 l .

~l

n

n

n

-10-Condensaatgebruik

---De suikerfabriel-;: heeft grote hoeveelheden condensaat beschikbaar uit de diverse warmteverbruikers: multipel effect, sapvoorwarmers, vacuumpannen, enz. Hoewel deze typen condensaat in principe zuiver zijn, kunnen ze toch als volgt ingedeeld worden:

al -Water dat ontstaat bij condensatie van stoom die indirect uit de ketel verkregeri is ( bij warmteverbruikers die ge~xpandeer­

de of uitlaatstoom gebruiken).

b) Condensaat dat ontstaat uit de damp die van het sap afkomstig is, d.w.z. condensaat dat gevormd wordt uit het tweede, derde en vierde vat van een multipel effect, uit sapvoorwarIllers of andere \'!arr.lteverbruil~ers die gevoed worden door dampaftap uit het multipel effect (vacuumpannen).

Condensaat van het eerste soort is gewoonlijk niet verontreinigd.

Aangezien het afkomstig is van L.D. stoom, zal er, zelfs bijv. bij

een lek in de pijpen van het eerste effect, stoom in het sap te-recht komen, inplaats van het omgekeerde. Het grootste gevaar bestaat cr bij de sapvoorwarmers, waar er ten gevolge van een lek in de pijpen sap onder druk (groter dan die van de stoom) in de stoomruimte terecht zal komen.

Condensaat ven het tweede soort is wel verontreinigd. Het kan in

versterkte mate door het sap verontreinigd zijn ten gevolge van het feit dat de damp die uit het sap afko~stig is onder vacuum is. Het sap l~an in dit geval bij lekl\:en makkelijk in het condensaat

terecht komen. Het voornacmste geva~r is echter dat dit condensaat sucrose ké'-ll bev<üten ten gevolge van entra.ilment in de verdampers. Zelfs els deze verontreinigingen in geringe mate aanwezig zijn, zullen ze, bij retour VFn dit condensaat na~r de stoomketel, zich ophopen op de ketelpijpen waar er schadelijke koolafzetting p laats-vind. t.

Het is daaror1 bela.ngrijk het retourcondensaat nauwkeurig als volgt in te delen:

a) condensaat afko~stig van lage druk stoom

b) condensaat dat van de damp Van het sap afkomstig is.

Het condencDat dat van de eerste groep afkomstig is zeI dus naar

de ~~ctelvoe(~ings\'iatert;mk Gostuurd v:orden. T)~t v~m de tweede croep

ken gebrui~d worden ,:'ls imbibi tie\ïatcr, WDGWeter voor fil ters,

verdunnine von meleG~e, enzo Indien er condûnsD~t van de tweede

eroep overblijft, moet het Lij voorkeur niet DIs

I

L " r '

l~

[

:

l _

1

l J

n

n

r

-11-Toch zal men in de praktijk zijn toevlucht nemen tot condensaat dat uit het tweede vat äfkoDstig is; di t komt n.l. terecht in een naburig compertiment V8n de hoofdvoedingsvi2tertenk. Afvoer na8r de hoofd tank is mogelijk door mide: el VDn een door een vlotter

gere-gelde klep, die p8S opengé3at 8.1s het niveau in de hoofd tan..l{ beneden

een bepaalde Yié3arde daalt. Hierdoor stuurt men slechts dat gedeelte

van het uit het tweede effect afkomstige,condensaat naar de ketel, dat ·strikt noodzakelijk is. Het overtollige condensaat komt dan in een tank terecht die het conden~aat van de tweede groep bevat. De volgende overwegingen liggen hieraan ten grondslag:

10) Het ketel water ondergae.t een kringloop: voedingswatertank - + ketel.-...stoom .... turbines.-.lage druknet-+celandria.' s 4-voeding

s-vmtertenk. In principe is er dus geen aanvulling van het

~etelwater nodig. Maar er zijn verliezen in dit circuit: stoom

gebruikt voor schoonmal~en, in condenspotten, Ieleken, enz.

Het zijn deze verl iezen di e

er?o~rzaak

van zijn dat er een Dé:: n-vulling moet plaotsvinden met \"mter bui ten deze kringloop.

20) Uit overwegingen die in P)senoemd zijn komt men tot het gebruik

Van condensaat van het tweede vat. Dit wordt gevormd door

condensatie van de damp van het sap in het eerste ve.t,

dienten-gevolge voortkomend uit het riet zelf, en niet van de

aanvoer-leidin~en van vers water voor de fabriek.

30) Het tweede vat verdient de voorkeur boven de volgende vaten,

omdnt het condensaat levert bij hogere temperaturen en ook omdat het geve.ar van entrainment toeneemt van het eerste naar het lDa.tste va.t.

Een aanzienlijke verbetering Vé3n de warmte-economie kan verkregen

worden door het condensaat ven de 2e calandria te "f18shen ti n~wr de

stoomzijde van de

3

e celandria, enz.

Het conc1ensaa t "flasht" d8n n.l. neer de tempera tuur è_ie overeenkomt met het verschil in voelbere warmte ven de vloeistof tussen die

twee temperaturen. (Zie verder condensaéttcirculatie, Bijlage A)

Niet condenseerbere gassen

---Teneinde een multipel effect te bedrijven is het noodzekelijk het ge~enste vacuum in de verschillende vaten te houden.

De demp die in elke cnlendri a terecht komt brengt lucht en endere

~8ssen met zich mee.

Deze komen voort uit:

I L~ ( . I L _ r •

l

~

!

:

[

:

[

:

r '

( .

I

~

l ,

r

I I l J

n

n

n

n

-12-b) Lucht in de lage druk stoom (kleine hoeveelheden).

c) Lucht die door lekken ingevoerd wordt bij aansluitingen van

de calendria en de vaten, bij kleppen, kijkglazen, enz (veel)

Hieruit volgt dat deze ga.ssen of "incondensa.bles" vOClrnamelijk

lucht bevatten. Voorts is de hoeveelheid "incondensablestt _zeer

klèin voor vaten die verWarmd worden door lage druk stoom (Ie vat),

echter groot voor vaten die verwarmd worden met damp van het sap

(2e vat) en des te meer voor vaten onder vacuum

(3

e en

4

e vat).

Indien deze gessen niet continu verwijderd worden, zullen ze zich

in de calandria ophopen en dè verdamping zeer sterk terugdringen.

De damptemperatuur in de calandria moet hoger blijven dan de tem-peratuur van het sap dat verwarmd moet worden.

De totaaldruk van een mengsel van lucht en stoom is gelijk ean

de partiaaldrulL1<;.en v;;;n stoom en vvn lucht. De temperatuur van

ctoom of demp is die welke overeenkomt met zijn pprtiaaldruk. De partia.aldruk Van de "incondensablesll _{is evenredig met het}

rela-tief volume dat ze innemen.

Teneinde de partiaaldruk van de lucht te verkleinen moeten deze

gassen ZO vlug en ZO goed mogelijk verwijderd v:orden.

(Zie verder Procesbeschrijving 111 G·, pag. 21 en Procosregeling, bijlage D.3

11 E. Sapcircula.tie

-.-.-.-.-.-.-.

Er zijn verschillende methoden om sap in de vaten te leiden, bijvo

1) Van de onderzijde van een vat naar de onderzijde van het volgende:

zie fig. 2

2) Ch2p~an ciculatie: zie fig o 3

ad.l) In dit systeem is de sappijp recht en korto Het sap wordt

op ver schillende wij zen verdeeld, bijv. via. een ringvorrr:ige

pijp met gaatjes, waardoorheen het sap naar de pijpen geleid wordt.Het sap wordt door middel van een drukvers~h~l ne~r

de pijpjes gestuwd in een richting die tegengesteld is aan

de sap stroom uit de valpijp en de pijpen.

ad.2) In dit systeem loopt de valpijp door, waardoor er geen retour

Van sap onder de onderste pijpplaat plaatsvindt.

De regeling van Ideze methoden kan plaatsvinden door

handbediening

fien

automatische niveauregcling dOOI/overloop 2Rn de buitenkant

, l.

L

r '

l.

l

~

_-,

L

f .

L .

l :

[

~

[

, T

[

,

[

~

l

~

·1

I

~

J

1

L J

n

n

n

l.

-13-Aangezi en voor een goede werking van de verdamper het sapniveau

op de optimale ~aarde gehandha2fd moet worden, verdi ent de

auto-matische niveauregeling d.m.v. een klep de voorkeuro

j

-

---/

_"-

/

""

1

I

I1

I

1:1 I1 I, -r-1:[

i

_.1:

_I

_I

_Il

,ji

I

_:ill

_l

_'

. __ ._-~ '--. ~,..., -'-

-

,...,

-f~g. 2 Juk: circulation from bottom 10 bottom.

fig.3 . Chapman circulation.

Sanniveau

--

---Het handheven van een optimum niveaU van het sap in de pijpjes

i s reeds eerder genoemd. Hoe wordt nu dit optimum bepaald?

Indien het sapniveau te laag is, dan kan er geen vloeistoffilm

over de total e l engte ven de pijpjes bestaano

Indien het niveau te hoog is zal het sap overlopen waarbij het

niet voldoende gelegenheid krijgt om dampbellen te vormen: er zal

geen vloeistoffilm in de pijpjes zijn.

Experimenteel is vBstgesteld dat de Vlarmteoverdrélcht maximaal is

voor sapniveaus tussen 30 en 40% van de hoogte Van de pijpjes.

Zie ook fig.

4.

1"

(

-...

L ., ~ o ~ +' o

.,

:r ~ 90

1/

i'....

80 r--... . 7 J

K

/

""'"

6

/

5 11

.

4C 1 - - -30

I~

20 I o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100.,. ,

Juice level·'. height of tube

fi g. 4 Varialion of heat transfer coefficicnt as funclion of juicc 1evd in the calandria.

( , l J

1:

[

:

l ,

n

n

r

-14-11

F.

Entrainment

-.-.-.-.-.-.

Tijdens de verdamping worden door het koken kleine druppels sap

in de dampruimte van het vat meegesleurdo

Een gedeelte hiervan bestaat uit kleine dampbellen omgeven door een dunne sapfilm (vgl. zeepbellen). Deze druppels zijn dus erg li~ht en de dampstroom zal ze mahltelijk meevoeren naar het volgende

vat of near de condensor. Het gevear van entrainment is groter

nClarm8.te het va.cuum hoger wordt. DAarom moet men juist bij het

lélBt-ste vat bed~cht zijn op entrainment. Hoe kleiner de druppels zijn

hoe groter het gevaar van entrainment is.

Teneinde suikerverliezen door entrainment tegen te gaan is het

nood zakelijk om de verdamperva.ten Van een druppel vanger te

voor-zien. Deze ~ordt gewoonlijk in de top van het vat aangebracht.

De \verking j.B a.naloog aan die ven apparaten die vaste of

vloei-bare deeltjes uit gassen verwijderen: abrupte verandering van

snel-heid of van richting, centrifugaolkracht, botsing een een wand,

enz.

Er zijn verschi:J..lende uitvoeringen. De belangrijkste eiEien die e8n

de druppelvanger gesteld worden zijn:

a) Een minir.1ale drultval van de danp die er doorheen gevoerd wordt.

b) De afgescheiden vloeistof moet naar de verdamper teruggevoerd

worden zonder dat het een dampstroom passeert, w&prin het weer meegenomen kan worden.

Verliezen ten gevolge Van entrainment kunnen tot

3%

oplopen

(betrok-ken op het sap) in een multipel effect.

Door middel ven goede druppelvangers kunnen deze verliezen lager

dan 0,1% teruggebracht ~orden.

Sell1envattencl h:an hierover gesteld worden:

De beste methoden om entrainment tegen te gean zijn:

a) Het vacuurn mág niet te hoog zijn. Een Banveardbaar vacuum is

0,16 kg/cm2 absoluut. Bovendien is dit in overeenstemming met

•

andere eerder genoemde overwegingen. (Zie ook Temperatuurcre

n-zen 11 B2)

b) De saptoevoer moet aan de onderkant van het vat zijn en niet

boven de bovenste pijpplaat. Dit zou n.l. spatten veroorzaken

en zelfs mistvorming.

c

Y

Het multipel effect 'moet· ··· niet boven zijn norm2le c2paci tei t .

bedreven worden.

d) Het sap in cte pijpjes mag niet te veel boven het optimum-nive~u

I ' , L _ (

.

l_

( ,

I

l _ r , i I l _

r:

r:

r'

I (

[

~

n

n

n

-15-goede

e) De vDten moeten ven ee~dr~ppelvenger voorzien zijn.

f) Het gebruik van een hoog vet: de dempruimte moet zeker twee

tot drie maal zo hoog zijn als de celandria.

11 G. Inversieverliezen

-.-.-.-.-.-.-.-.-Bij verwarming van het sap tot hoge temp~ratuur ondergaet het sap

ontleding door inversie. Dit verschijnsel doet zich sterker voor

naarmete de temperatuur hoger is ende zuurgraad hoger is.

Uit fig.

5

volgt het verband tussen de inversie snelheid en de pH

bij verschillende temperaturen.

( 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4 6.2 6.0 ~5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4

1

\\

M

1\

-

''\

\\

\

"'-1\\

-

"'-'

\

"-

~

1\ \ "'"

,\

\

'"

~"'-",

\

"-'\

~ \..70' C. ~

----

120' c.

.

"-...

---

-<;;;;;:: ____ IIO·C.

~

-=

---<;;;;;::

I----

100" C.

----

r---~·C. ,,--80'C.

.

----o 0.5 1.0 1.5 2.0

Per cent 5ucrose.

-_.

fig.5 . Inversion ol Sucrose per Hou( ol Differenl Temperalure. ond pH' ••

2.5

11 H. V!ermteverliezen

-.-0-.-.-.-.-.-.

Het nuttig gebruik ven de warmte in de stoomtoevoer naa.r een

ven een multipel effect zal öltijd kleiner zijn dan 100%.

Een gedeelte van de stoom gaélt al tijd verloren door straling vat

naar de omgeving. In de literatuur worden we~.rden voor wermteverlo-iezen opgegeven in de grootte Van 3 - 10%.

Teneinde de invloed Ven de plaats van het vat in de sectie ook in beschouwing te nemen kunnen we bij benadering aannemen dat het

warmteverlies van een vat evenredig is met het temperatuurverschil

tussen vat en omgeving. Het \,;:3rmteverlies zal dus "afnemen" van het eerste near het le~tste vat.

Anderzijds verkl eint een w~rmteverlies in het eerste vet de

ver-~emping in het tweede vpt en voorts in het derde en het vierde

vat. Het i s dus noodzvkelijk Dm voorel het eerste v~t goed te iso-l eren.

( .

l _

L

r:

r

'

l

.

r

~

l

J

l )

f1

n

n

-16-11-1.

_-.-.-.-.-.-.

Aankorsting

Aankorsting Vé>.n de Verdl%~Rtrpijpen word t in principe veroorzaakt

s .

door precipitatie van/oplosbare stoffen ten gevolge van reductie in 'vvetergehel te.

De andere factor is de vertreagde precipitatie van calcium en mag-nesium fosfeten. De precipitatie van deze verbindingen is in het ideale geval vcltooid in de bezinktank. Door de lage

precipitatie-de slecht

snelheid worden/oplosbare componenten meegevoerd naar het eerste en het tweede vat die daBr dan door het concentreer effect kunnen neerslaan. Evenzo kan er ook vertraagde precipitatie optreden door het mengen van het geklaarde sap Ven verschillende pH-waerdene

De sa_menstelling van het sap zal natuurlijk een grote invloed hebben op de aard van de aankorstingo

Het klaringsproces is dus van grote invloed op de aankorsting. Aankorsting vormt een weerstand tegen warmteoverdracht. Dit kém

ernstige vormen aannemen. Het is den nodig om het proces periodiek

stop te zetten teneinde de pijpen schoon te maken. Hierdoor k2n verdampingscapaciteit hersteld ~orden. Di t is dan ook de reden voor een wekelijkse stop (ca.

36

uur).

Zie ook IIA., pag.4 en V.Dl,pag. 45.

II-J. Het

_{-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.}

aftappen VAn damp

Het aftappen Van damp wordt toegepast om sapvooruarming mogelijk te maken, tevens wordt de afgetapte damp gebruikt voor de verwarming van de vacuumpannen. De L.D. stoom die hiervoor nodig zou zijn

kan dus bespaard worden, hetgeen de warmte-economie ten goede komt.

II-K. Therrr.o-compressie

-.-.-.-.-.-.-.-.-0

Thermo-compreseie biedt ook interessante mogelijkheden om de warmte-economie te verbeteren. De thermo~compressor is in essentie een ejecteur die met hoge druk stoom bedreven ~ordt.

De damp afkomstig van het eerste effect wordt gecomprimeerd tot een druk en bijbehorende hogere tem:reratUU1:"__ die voldoende zijn om deze damp als verv,_'arminc:smcdium te cebrui!:,en voor hetzelfde vat. Uit de praktijk i s bekend dDt de uitlaat-stoom van de te~endruk­

turbine minder is dpn de processtoom die nodi g is voor

sopvoor-warmers, v8rrt~mpcr8, ~onnen, enz. Dit vloei t voort uit het gebruik

von stoowinstallvties die energi e en warmte produceren, wa~rbij er

een zei(er cvenv:ich t t1

_:_: •. '·en stoom voor krlJch t en ~)rocesc;c: bruik nodiG

l~

[

.

I . f '

l

f '

l

r ' I I l , r , : f l J rOl

l

j

n

n

n

1

-17-Dit tekort wordt aangevuld door extra stoom via een reduceerventiel in het lage druk net te leiden. Het tekort aan lage druk stoom

kan door een thermo-compressor geca~~enseerd worden door de demp uit het Ie vat voor hergebruik te comprimeren.

Veronderstel bijv. dat de temperatuur

Ie vat 1000 is. Het sap zal koken bij .Door deze demp van het sap (bij 1000e

in de dampruimte van het

o

100 - 101 C.

en 1 kg/cm2 absoluut) door

een thermo-compressor te sturen kan de druk van deze damp verhoogd

VIorden tot 1,3 kg/cm2 absoluut. De tempera.tuur die bij deze druk

hoort is 1060c (uit stoomtabel).

De gecomprimeerde en naar de calendria gerecirculeerde demp zal

dan in staat zijn het sap in het vat weer te verdampen bij 100 -lOl

oe.

Veronderstel nu bijv. dat 1 kg H.D. stoom bij 24,5 kg/cm2 8.bsoluut 3 kg damp bij 1000e (en een druk van 1,03 kg/cm2 absoluut) kan

aanzuigen en 4(= 3 + 1) kg stoom bij 106°e (van een druk van 1,3 kg/cm2 absoluut) kan leveren. Leze

4

kg stoom zal ongeveer

4

kg demp ui t het sap verv.rijderen, waélrVan er 3 kg opnieuw door de therno-compressor aangezogen zël worden. Er moet dan nog 1 kg damp ersens anders heen Gevoerd worden, bijv. naër het tweede vat Vën een

multi-pel effect. (Het beschou~de vat is hier dan het eerste effect.)

Zie ook fig.

6.

\

In werkelijkheid zal 1 kg H.D. stoom nooit

4

kg damp geven.

Zoals TIe later zullen zien, is het nodig dat er 2En het Ie vat

lage druk stoom toegevoerd wordt. Zie IV.A3, pag. 27.

4

2.

8

1: saptoevoer naar verdam~er 2: totale verdamping in 1 effect

e

3:

damp naar 2 effect

4:

aangezogen damp uit Ie effect

5:

H.D. stoom voor thermo-compressor

6:

thermo-compressor

7:

door thermo-compressor geleverde damp

e

8: sapstroom naar 2 effect

Fig.

6.

Verdamper met thermo-compressor.

Eerder i~ Gesproken over de behoefte aan 12ge 'druk stoom ~aarin

niet volledig \::é'n Viorden voorzien. Het tekort \':ord t 8pngevuld door

expansie V[ln hoge druk. stoom. Het voordeel VPJ1!fhermo-compressor is dat de compressor zelf deze cxr~nEie ken uitvoeren, ~28rbij

iedere kg H. D. stoom Gie ceëxln'ndecrd word

St<-

l<.:g v.'pter uit het ECp

I 1 I L. r

l.

r '

I

l . r '

I .

r :

r '

I r., I l i '

~l

[1

fl

L J

n

n

l

j

r

I t

jf-=

massa é1onmas~a H.D. sezostoom gen demp

111.

Inleiding

-18-( =

3

)

in zojuist gènoemd voorbeeld

Bij de rietsuikerfebriek kan men de volgende processtappen

onder-scheiden:

a) Voorbewerken van het riet en winning ven het sap

b) Zuivering van het sap ("klaren")

c) Verdampen

d) Kristalliseren

e) Centrifugeren en drogen

A) Voorbewerking van het riet en v!inning van het rietsé3p

-.-.-.-0-.-.-.-0-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-0-.

Het riet v:ord teerst gewé?ssen Vié1?rna het in stuk~-<::en gesneden word t in de rietmolen M 1. Het doel ven deze rietmolen is het zodanig

voorbe~erken van het riet dat het winnen Van het sap in het pers

-toestel M

4

vergemakkelijkt wordto Hierdoor kan de capaciteit Van

het perBt~estel M

4

vergroot ~orden. Het transport Van het voorbe

-werkte riet Daar de perstoestellensectie geschiedt via de transport-band E

3.

De perstoestellen bestaan uit een combinatie ven drie

v·!alsen. Aé'n de onderkant vangt men het ui teeperste riet ("ampé:s of bag2sse") opo Teneinde zoveel mogelijk SB9 te winnen, v.'ordt er

water op de ampas of bagasse versproeid els deze het perstoestel

verlaot. De ze v,erkr:ij ze heet imbibitie (soms "mac eratie " genoemd).

Hiervan zijn verschillonde uitvoeringsvormen bekend. Meestal~ordt

zoveel water gebruikt dat de massa vpn het gemengde (verzamelde) sap dezelfde is als die van het riet dat oorspronkelijk verwerkt

werd. Bij het persen kan men ce.

_95%

Van de sucrose die in het riet Dé'nwezig is winnen. Di t wordt de "sucrose extractie" of kort\':eg

de extractie genoe~do

De ampé1s die het lélé'tste perstoestel verléJat bevat niet-geëxtra-heerde suiker, cellulosevezel en ca.

50%

water. Uit 1 ton riet ontstaat er ca.

0

,

25

fon bogesse. Deze bagasse ~ordt gewoonlijk als brandstof voor de ketels Gebruikt.

Sommige f~brieken gebruiken evenwel olie of gas en verwerken de

bcgasse tot vezelplaatm2terin~1 of popier.

Zie vcrè.er Bijlé'ge EI' (over bijprodukten) •

t#

I t I

I

L.J ( , I I '-

-! \

!

.

.,

!

l r-'

i

I f , I

I

.

r

·~ . I n

I

I

l J

[1

P

l

J

n

n

[

:

n

l

\

r

i

I

-19-B.

_{-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-0-.-.}

Zuivering Van het sap (Klaren)

Het sap dat de perstoestellensectie verlaat is gewoonlijk

veront-reinigd. Het voornaemste doel van het klaren is het zoveel mogelijk

ven-:ijderen V2n verontreinigingen in een ZO vroeg mogelijk stadium.

Eerst moeten de fijne bag2ssedeeltjes (Ilcush cush") verwijderd

worden. Deze ~orden n.l. in een suspensie meegevoerd door het

ge~x-traheerde sap. De hoeveelheid fijn begasse bedreegt ·1 - 10· g. droge

stof per liter S2p, afhankelijk van de efficiency van de

voorbe-vlerking Van het riet. Door middel van een geschikte zeefmethode kan men deze droge stof in belangrijke mate verwijderen •

Het wegen Van het sap is eerder een controle V2n het proces dan

een deel daarvan. Het is noodzakelijk om de massa Van het sap dat

in de fabriek gevoerd wordt nauwkeurig vast te stellen, daar dit

in het algemeen het uitgangspunt van de procesregeling is.

De fabriek \';ordt, zOé'ls gebruH;:elijl;: i3, verdeeld in de "lliilling

plant" en de IIboiling house". Het kleringsproces is het eerste deel

V2n de llboiling house".

Via het weegtoestel W 10 wordt het sap in de mengt2nk V

15

geleid. Hierin wordt per uur ca. 50 kg ongebl&ste kalk (CaO) toegevoegd, die afkomstig is van een kalkoven. De zure bestanddelen van het sep

worden hierdoor geneutraliseerd en er ontstaan voorné'melijk calcium-fosf 1", ten uitfosforverbindingen in het riet. De pH Van het sap

neemt toe van

5,5

tot

8,2.

Hierna wordt CO

2 (OOk afkomstig van de kalkoven) in de

carbonata-tietoren V 20 ingeleid, teneinde de overmaat kalk ongedaan te

ma-. .

ken. Na het verlaten van de carbonatatietoren wordt het sap met

o

een tel'1p§lratuur ven

30

C naRr de \'Iarmte\'!isselaars verpompt.

Het verwarmend oppervlak V2n deze v!armtewisselaars moet voldoende

zijn om het sap tot aan of boven zijn kookpunt te brengen.

Coagula tie Van het met kalk behandelde sap rlord t beter bij

tempera-tuursverhoging.

Het sap uit de v!armtewissel2éJr H

24

heeft een temperatuur ven

66°c

en da.t ui t de \'!armtevfisseleé'rs H

30

en H

36

resp.

85

en ICloC. ·

teze behandeling van het sap, n.l. het toevoege~ van kalk en CO 2

en het verwarmen, is essentieel voor het zuiveren (klaren) dSBrven.

Het sap bevat veel collord~le en andere fijn verdeelde stoffen. Deze vvorden hoofdzd,;:elij~ç: bij het klaren ver\'.:ijàerd.

De fijne gcsuspcnde~rde stoffen worden gecoaguleerd ~Earbij de

cevormde Grotere deel tjes l;;al:';;:elijk zullen bezin~ç:en.

I '

L ,

[

~

[

~

r'

l _

[

:

[

~

[

~

n

[l

n

n

n

n

-20-Bij deze uitvlokking kan er dus een helder niet verontreinigd sap gevormd worden (geklaerd sap).

Sanenvattend kan gesteld worden dat het kl~ren in twee stappen

plaatsvindt, n.l.

1) Het klaren zelf, waarbij er coagulatie optreedt van verontreini-gingen.

2) Het bezin..1{.en ve.n deze gecoaguleerde deel tj es.

Dit proces vindt plaats in de bezinktank V 41. Deze bezinktank wordt

voorafgegaan door een "flashtank" of I! g~s-afscheider". Dit is een

cilindrisch va_t voor de bezinktank dat in verbinding stae.t met de buitenlucht. Het sap uit de laatste warmtevisselaar wordt te.ngen-tie.a1 hierin geleid. Aangezien het sap tot ca. 10loC verwarmd is treedt er een weinig zelfverdamping op als het in dit vat. gebracht wordt bij atmosferische druk. Door dit flashen worden de

lucht-bellen can de gesuspendeerde deeltjes ver\'rljderà. Indien deze

luchtbellen niet verwijderd worden zullen de fijne bagasse deeltjes,

die niet efgczeefd zijn, niet kunnen bezinken.

Bij het klaringsproces wordt het sap in twee delen verdeeld:

1) het heldere sap, dat omhoog stijgt

2) de brei, die zich a_8n de onderkant ophoopt.

Het heldere sap wordt met behulp van de dunsappomp P 40 naar de

verdampersectie gevoerd. De brei wordt eerst afg~filtreerd in een

roterende vacuumfiltcr F 42. Het sap dat het filter verlaat wordt

(d.m.v. pomp

P

38) tezamen met het Geklaarde sap naar de verdampers geleid. bij ca.

8

5

0C. Aangezien verdamper

V

34 nagenoeg kokend sap dient te ontv8ngen, betekent dit dat het geklaarde sap in een

eind-sepwermtewisselaer (zgn. "reheater" ) voorgel';armd moet v:ordeno Tenslotte bereikt het sap na het passeren Van een filter de verdam

-persectie. pe filterkoek bij F 42 kan als meststof voor de rietvelden gebruikt worden (ce. 30 - 50 kg/ton riet).

C. Verà2fJlping

-.-.-.-.-.

Het gekl2-érde SBp dat dezelfde samenstelling heeft els het

geëx-traheerde sap uitgezonderd de verontreinigingen die bij de

kalkbe-handeling verwijderd zijn, bevat ce.

87%

water. De helft hiervên

wordt in multipel effect verdampers verwijderd. Hiertoe wordt een overall druk- en te~p0rverschil tussen hot eerste en het laatste

effect Leci·,~(;rd. De stoom die 8[>n het eerste effect wordt toegevoerd

brengt de verà8~pinb op Gé_{ng o}

De ó~mp uit het ene effect ken het sap in het volgende effect

I.

r •

l.

[

~

I .

I.

i :

[1

LJ

n

n

n

n

-21-De damp uit het la2tste effect gaat naar een condensor.

o In dit processchema ~ordt het dunsap met een temperatuur van 101 C in de eerste verdamper V 34 gebracht.

Lage druk stoom met een temperatuur van 1200C en een druk van

2,03 kg/cm 2 absoluut (= 1,96 ata) dient a.ls verwarmingsmedium. Uit de ontstene demp (met een temperatuur vl;n 1110C en een druk

van 1,51 kg/cm2 ebsoluut) v:ordt een

geringigeee~uikt

voor de

sapver-warmer H 36 en een eveneens gering gedeelte gaat naar de vacuumpennen

e

V

7 en

V

21. De rest gaat naar de 2 verdamper

V

27 waar het dient

als verwarming van de uit het eerste effect afkomstige sapstroom.

Het condensaat wordt via. een condenspot afgevoerd. In de tweede verdamper

V

27 wordt damp gevormd met een temperatuur ven 1000C en een druk van 1,03 kgicm2 absoluut ( 1 ata).

Een geringe hoeveelheid wordt afgetapt ten behoeve Van de sap

ver-warmer H 30. De rest gaat naar de derde verdamper V 22 waar hij op zijn beurt dient als verwarming voor het in het tweede effect

geconcentreerde sap. Het condensaat wordt ook hier via een

condens-pot afgevoerd. In de derde verdamper

V

22 kan het sap bij lagere temperatuur en druk koken door het in stand houden van een bepa;ld va.cuum (drUk is 0,58 kg/cm 2 absoluut (=0,56 ata) en· temperatuur is 84°C). Een gering deel van de ontwikkelde déllllp wo rel t gebruikt

om het cap dat de carbonatatietoren

V

20 verlaat voor te verwarmen in de warn:tewiscelaar H 24. Tenslotte wordt de resterende d8Jnp

in de vierde verdamper gebruikt om het ingedikte sap uit het derde

effect nog verder te concentreren.

De hierbij ontstene damp wordt direct afg~zogen via een vecuum-installatie. Deze best8at hier uit een ~aterstraal-ejecteur

(met nozzles) en een condensor met een barometrische val-pijp die uitmondt in een waterslot. In de condensor wordt koelwater

ven een constante temperatuur gebruikt. Door het in stand houden van dit vacuum houdt men de damp in het vierde vat op een druk Van 0,16 kg/cm2 absoluut en 55°C.

De condensaatafvoer uit de stoomruimte van het derde en het vierde effect vindt plaAts met behulp van de condensaatpompen P 14 en P 16. Alle verdampers worden op een goede wijze ontlucht.

Het eerste vat ~ordt ontgast door eenvoudigweg een klein pijpje

irt de dampruimte met d~ buitenlucht in verbinding te brengen. De overige vaten TIorden ontgast daor 2ansluitingen op de vaCUUlli-insbü12tie vpn pijpen uit de cEllendria nanr de dempruimte.

,

Ook de VJ2rmte\'!isse13ars r;lOeten Van een goede ontluchting voorzien

~orden. De svpstroom vcrla~t het vierde effect met een vaste stof

I

'

-22-D. Kristallisatie

_{-.-.-.-.-.-.-.}

De uit de verdarnpersectie afkomstige siroop ~ordt met behulp van

een diksappomp P 6 na.éT de opslagtank V 2 getransporteerd. Daorn8

vlOrd t het in de VDcuumpen V 7 gevoerd weer het "gekookt" word t

met behulp van afgetapte dBmp uit het eerste effect van de verdamper-sectie, tot er verzadiging optreedt van de sucroseoplossing.

De ontstane damp \'lOrd t via een vacuuminstallatie V 12 a.f gezogen. Er worden entkristallen toegevoegd die dienen als kiemen voor de

suikerkristallen.

De kristalgroei wordt voortgezet totdat de gewenste kristelgrootte

ver~~regen v!ord t. Het mengsel van l:ristë.llen en siroop word t tot een dichte massa geconcentreerd, de zgn. kristalbrei of "messecuite".

De inhoud van de pen ~ordt dan afgevoerd naar cen menger of

koel-kristallisator K

8.

E.

_{-0-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.}

Centrifugeren en Drogen

De uit de lweE;:ri stallisë.tor stromende massa wordt gecentrifugeerd.

De afgescheiden suikerkristallen gapn via de transportband E

19

naar een roterende troD~eldroger D

39.

De moederloog (melasse)

wordt naar de opslagtank V 26 verpompt.

Deze wordt in Vecuumpen V 21 gebr2.cht V,;"é'ër het verder "gekookt"

wordt. Uit de afC8voerde kristalbrei wordt na centrifuge opnieuw

suiker afgescheiden die eveneens via transportband E

19

in de droger D

39

Gedroogd wordt.

te ~ocderloog wordt verpompt naar de opslagtank

V

29, waarna hij

inde Vacuumpan

V 35

gebracht wordt die met L.D.stoom verwarmd ~ordtc De suikerl:ristallen die tenslotte hierui t verkregen worden zijn

te klein. Het is daarom gebruikelijk deze kristellen te ~engen met

siroop en ~e terug te voeren als entkristallen voor de

vecuum-pennen

V

7

en

V 2

1.

De .8ft:;escheiden ZV;", re , sterk viskeuze moederloog heet melasse.

Di t is een (afval )-produkt ven de rietsuil~crfé1brick.

Met de gebruikelijke methoden kan men hieruit geen suiker meer

kristalliseren, ofschoon hierin nog sucrose a~nwezig is. (Door

meer riet te verwcr~en'~an men goedkoper suiker produceren don door winning uit mel asse mogelijk is!)

I

i

I

--2

4

-~~

x+?t-f ~~ + ~

~.

X+'?'1+~

'P:,

.j X 1-'P~ '1 J(

I

J

I

I

., Q ..

I

I

I

..

I

fig.

7

Quadrupel effect met dampaftap

IV Al. Verde~pinc met dempaftap

~.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.

Damp wordt afgetapt voor verwarming ven het ri etsap en van veCUUE-}J~nnen.

Beschouw bijv. een quadrupel effect w~prVBn demp afgetapt wordt in de volgende hoeveelheden per ton riet (zie fig.7) :

PI uit Ie vat P 2 ui t 2e VéJt

P3

uit 3e vat P 4 uit 4e vet Neem Ben dat: ·

E

=

totale hoeveelheid te verdampen water i n quadrupel effect

x

=

hoeveelheid demp di e ven het laatste effect neer de condensor gaat

I

.

1

I ,

I

i ' I l ~ r ' l ,

['

L

f'

L

r '

1 r' i l J l J

,-..,

I

I

L )

n

-26-Het stoomverbruik (

=

D') zalteruggebrecht worden tot de

hoeveel-heid die e~n het eerste vet van de verdampers wordt toegevoegd (

=Q').

Cus DI

=

Q'

Q'

=

x + PI + P2 + P3 + P

₄

(10) (11)

Door eliminatie ven x uit de vergelijkingen

(7)

en (11) en door

het stoomverbruik D'

=

Q' als functie van de totale verdamping E

(die bekend is als we de brix van de siroop vastleggen) uit te

drukken, krijgen we:

~ + ? 2 1

Q'

=

4

41'1

+

7(2

+

1(3

(12)

Zonder dampaftap ~as het stoomverbruik:

(13) De besparing s is dus:

s = D - Dl

=

(Q+R) - Q' = ftl +

~P2

+

t

P

3

+ Plj, (14) Voor het algemene geval ven een multipel effect met n effecten

geldt déJn:

1 2 3 k~ n-l~

s = -p + -p + .... p + - - + ~--p +. - - -+ - y + P

n 1 n 2 n

3

'

n k n n-k n (15)

In ~oorden: Indien bij een multipel effect'bestaande uit n effecten

damp uit het ke 'effect afgetapt ~ordt ten behoeve van verwarming,

wordt een besparing aen stoom verkregen gelijk aen de frDctie

~

van de voor die verwarming benodigde hoeveelheid stoom.

De besparing neemt toe naarrrste het afteppen plaatsvindt uit een

vat, dat verder v~n het eerste effect af ligt en ~ordt het grootst

indien het aftappen uit het la~tste vat pleatsvindteAnders zou

de damp uit het l eétste vat nesr de condcnso~ gaan en dus onbenut

blijven. Bovendien ~ordt dan de condensorbelasting verkleind,

doordat de te condenseren hoeveelheid damp afneemt. Echter, door de

o

lage temperatuur van de damp uit het lar tste vet (ca.

50-60

C) is nauwelijks enige ver~arming mogelijk. Het is dan ook raedz€em

een zekere mar ge ean te houden voor de temperatuur ven de gebruikte

demp en do temperatuur V2n het s~p dDt de sapvoor~ermer verleet.

( Zie Berekeningen IV .C.III, pag.33, tabel 3a.)

Bij hot ont~erp VFn multipel effect moet men zich dan ook beperken