200005. lajstromszámú szabadalom • Szabályozó berendezés diffúziós berendezések veszteségének a szabályozására, különösen cukorgyártásban használatos diffúziós berendezések számára
1 HU 200005 B 2 A találmány tárgya szabályozó berendezés diffúziós berendezések veszteségének a szabályozósára, különösen cukorgyártásban használatos diffúziós berendezések számára, amely diffúziós berendezésben a kilúgozandó anyag átvezetésére szolgáló szerkezet, be- és kivezető vezeték, továbbá a kilúgozandó anyaggal érintkezésbe hozható folyadék, előnyösen ellenáramú bevezetésére és elvezetésére alkalmas vezetékek vannak. Mint ismeretes, több ipari termelési művelet alapul a diffúzión. A diffúzió az a fizikai folyamat, melynek során az egymással kapcsolatba kerülő azonos fázisú (pl. folyékony) anyagok koncentrációja az egyensúlyi koncentráció irányába, annak helyreállítása céljából változik meg. A diffúzió gyakorlati alkalmazására példaként a cukorgyártás hozható fel. Azt a berendezést, melyben a diffúzió végbemegy, diffúzórnek nevezik. Alkalmazásának célja a cukor kinyerése azokból a növényi (cukornád, cukorrépa) sejtekből, melyek a cukrot a sejtlében oldott állapotban tárolják. Az enyhén lejtősen felszerelt, közel henger alakú berendezésben 2 db csigatengely van elhelyezve, melyeket a meghajtómotor forgat. A friss répaszelet a berendezés alsó részén kerül abba be, mig a mór kilúgozott (cukortartalmának túlnyomó részétől megszabadított) szeletet a berendezés felső részén elhelyezett kiemelöszerkezet távolítja abból el. Az alulról felfelé mozgó (a csigakerekek által továbbított) szelettel szemben felülről lefelé irányban haladva a présvízböl és friss vízből álló folyadékáram halad. A présvíz a mór kilúgozott és a diffúzörből eltávolított szelet préselésekor keletkezik és kis mennyiségben még cukrot tartalmaz. A diffúzör palástja mentén gőzzel fűthető kamrák találhatók, melyekkel a berendezés belsejében lévő répaszelet-víz keveréket általában 70-80 °C közötti hőmérsékletre fűtik fel. A berendezés működése az ellenáramú diffúzión alapul. A répaszeletben lévő sejtlé és a külső folyadék koncentrációja eltérő, így a két egymással kapcsolatba kerülő folyadék fázis között fellép a diffúziós folyamat, mely a koncentrációk kiegyenlítése irányában fejti ki hatását. Ennek során a nagyobb koncentrációjú folyadék fázisból (sejtlé) az oldott állapotú cukor a kisebb koncentrációjú hely (a külső folyadék) felé vándorol. Megkönnyíti ezt az, hogy a megfelelő hőmérsékletre felfűtött keverékben a sejtfalak áteresztővé válva ezen kiegyenlítődési folyamat számára nem jelentenek akadályt. A kinyert cukor a berendezés alsó végénél kilépő nyerslében oldva távozik. Igen fontos paramétere a diffúziós folyamatnak a cukor kinyeréséhez felhasznált viz mennyisége. A nyerslében oldott állapotban távozó cukor késztermékké történő feldolgozásához még számos olyan technológiai lépés szükséges, melyek költsége a nyerslé mennyiségétől függ. Ezek között talán legfontosabb a bepárlás művelete, melynek energia-igénye a felhasznált víz mennyiségével arányos. Kimutatható, hogy az ellenáramú kilúgozás (a répaszelet és a lúgzófolyadék egymással szemben halad) az azonosirányúval szemben lényegesen kevesebb viz felhasználásával tesz lehetővé jó hatásfokú feldolgozást, ezért ez a módszer általánosan elterjedt. A cukorgyártásban az egységnyi térfogatú, vagy súlyú répaszelet kilúgzására felhasznált viz mennyiségét az úgynevezett lélehúzás jellemzi, melyet a viz és a répa súlyaránya ad meg, szokásos értéke 1.1-1.3 között van. Minél nagyobb a lélehúzás mérőszáma, annál jobb a kilúgzás művelete (a kilúgzott szeletben maradó cukor mennyisége, azaz a veszteség annál kisebb). A nagyobb lélehúzás tehát kevesebb cukorveszteséget, de ugyanakkor a nagyobb mennyiségű felhasznált víz miatt nagyobb gyártási-, elsősorban energia-költséget is jelent. Belátható, hogy van egy olyan, sok üzemi paramétertől függő optimális cukorveszteség, melyet a növekvő feldolgozási költségek miatt nem érdemes tovább csökkenteni. A cukorgyártást a nagy anyagáramok jellemzik. A korszerű diffúzőrön óránként esetleg több száz tonna súlyú répaszelet és lúgzófolyadék halad keresztül. A berendezés nagy méretei miatt az áthaladási, vagy tartózkodási időtartam órás nagyságrendű. A diffúzió folyamatára érvényes a Fick-féle törvény, amelyet pl. Siemens AG: Die Automatisierung der Extraktion in der Rübenzuckerfabrik (Prozessautomatisierung, Nr. E—344/1117, 1982.) c. kiadványt ismertet: ds = -D • f • —r— • dt (a) dx ahol: ds: a kinyert cukor mennyisége D: diffúziós állandó [cm2/pj f: az a felület, amelyen át a diffúzió végbemegy [cm2] ^ de: a koncentráció különbség [J^b] dx: az az út, amelyen a koncentráció különbség fennáll [cm] dt: a diffúzió időtartama [pj A már korábban említett diffúziós veszteség számítására alkalmas az Oplatka által bevezetett összefüggés (Dr.G.Oplatka: Die Saftgewinnung. Z.Zuckerinduetrie 1957. Nr. 11., Nr. 12.): Cx L ■ E Co ‘ L • ef- E ^ ahoi: D L - E ^ : 12 v: ' 1 ' L kg cukor Cx: a diffúzió cukorvesztesége [ kg róva 1 Co: a friss szelet cukortart. I ill cukor ] ■go: a répa fajsúlya ks lépa L: lélehúzás l kfc’ nye'rt,lfc ] kg répa 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
