موضوع : آنتالپی و تبخیر و کاربرد آن در صنعت قند
تعاریفی ازآنتالپی
1-آنتالپی عبارت است از گرمای موجود در سیال.
2-آنتالپی یک خاصیت مقداری است که به صورت مجموع انرژی داخلی یک سیستم و حاصلضرب حجم سیستم در فشاری است که ازمحیط برروی سیستم اعمال میشود و محتوای حرارتی نیز نام دارد.
H=u+p.v
انرژی داخلی U =
فشار P =
حجم مخصوص=V
در رابطه با آب و بخار آب 3 آنتالپی وجود دارد:
1-انتالپی مایع اشباع
2-انتالپی تبخیر
3-انتالپی بخار اشباع
چکیده
فرایند تولید شکر بر اساس حداقل مصرف انرژی با سرد کردن تبلور غلیظ عصاره خام:
1-استفاده از ریز صافی ها
2-استفاده از دستگاه تبادل یونی
قبل از تبلور باید عصاره خام تحت تبخیر چند مرحله ای در محدوده فشار تحت فشار جو غلیظ و تبلور انجام شود.
در این فرایند فشار بخار مصرف شده به منظور ذخیره انرژی قرار می گیرد.
برای یک ساختار تبخیر کن مصرف انرژی به پارامترهای:
دما و فشار بستگی دارد.
مقدمه
این مقاله مربوط به فرایند تولید شکر بر اساس تبخیر عصاره چغندر قند و سرد سازی تبلور شکر از عصاره خام غلیظ است.
بر خلاف تولید مناسب شکر در این فرایند عصاره کالکو کربنی تصفیه نمی شود و تبلور تبخیر شکر از عصاره غلیظ با سرد سازی تبلور جایگزین می شود بنابراین این فرایند با محیط تطابق بیشتری داشته و انرژی کمتری از دست می دهد.
فرایند نمودار جریان
Cleaning
Extraction
Slicing
Screening
Micro-filtration
Softening
Evaporation
Crystallization I
(cooling)
White sugar
Crystallization II
(cooling)
Crystallization III
(cooling)
Molasses
Beet
Sugar II
Sugar III
Dissolving
توضیح فرایند نمودار جریان
در ابتدا چغندر قند تمیز و بریده شده و وقتی عصاره خام جدا شد وارد دستگاه استخراج کننده می شود.
در استخراج کننده غلظت عصاره ابتدا 15% است و دما در منفذ آن 30 درجه است و سپس عصاره برای کاهش اجزاء چغندر قند تا دمای 70 درجه گرم می شود.
دیفوزیون مهمترین مرحله استخراج قند است.
Cleaning & Slicing
Extraction
Screening
Micro-filtration
Softening
دیفوزیون
هدف از دیفوزیون بدست آوردن شربت خام با حداکثر خلوص و حداقل درصد قند تفاله است.
انواع دیفوزیون
2-دارای دیگ حرارتی:BMA
1- دوجداره:DDS
محاسبات مواد ورودی و خروجی در دیفوزیون
با استفاده از موازنه جرم می توان مشخصات هر یک از مواد ورودی و خروجی را تامین کند.
هرگاه مقدار تفاله در محاسبات مجهول باشد 1/3 چغندر قند مصرفی در نظر گرفته می شود.
عمل تبخیر آب یا تغلیظ شربت Evaporation نام دارد.
در مراحل ششگانه فوق هرچقدر درجه خلوص درطی تصفیه بالاتر رود میزان قند استحصالی بیشتر می شود.
برای تهیه کریستال مورد نیاز در مرحله Crystallization از شربت تصفیه شده باید درطی دو مرحله عملیات را دنبال کرد:
1- شربت تمیزی که پس از تصفیه خام بدست می آید باید تغلیظ شود.
2- Brix (غلظت ماده جامد محلول در آن) به 60 تا 70 درصد رسانده شود.
در این قسمت مقداری از آب شربت بصورت بخارخارج می شود. به ازای 1kg چغندر قند 1kg آب باید تبخیر شود.
به منظور صرفه جویی درمصرف بخار استفاده از اواپراتورهای چند بدنه ای در کارخانجات قند عمومیت پیداکرده است.
Evaporation
چند بدنه ایEvaporatorساختمان
بخاری که وارد بدنه اول می شود صرف تبخیر آب شربت می شود و این دمای بخار که از شربت تولید می شود صرف گرم کردن بدنه دوم می شود.
بخاری که از آب شربت بدنه دوم متصاعد می شود صرف گرم کردن بدنه سوم می شود و همچنین این بخار در قسمت کریستالیزاسیون برای آپارات های پخت و دیفوزیون و روشوفرها استفاده می شود.
بخار حاصل از بدنه سوم برای گرم کردن بدنه چهارم استفاده می شود و همچنین برای تامین انرژی مرحله کریستالیزاسیون و دیفوزیون و روشوفرها استفاده می شود.
نکته: با افزایش تعداد بدنه در اواپراتورها در مصرف بخار صرفه جویی می شود.
محاسبه مقدار بخار مصرفی برای اواپراتورهای چند بدنه ای
مقدار آبی که تبخیر می شود=W
تعداد بدنه اواپراتور=n
بخاری که وارد سیستم می شود در اثر افت درجه حرارت دچار افت انرژی می شود و بخار خروجی دارای انرژی کمتری است.
آب کندانس
مقدار دمایی که لازم است تا یک گیلوگرم آب سرد صفر درجه سانتیگراد تبدیل به بخاری با فشار 5 atm شود معادل 158 درجه سانتیگراد می باشد و انرژی ازاد شده 654.4 K Cal می باشد که اگر این بخار را به آب کندانسه 150 درجه سانتیگراد تبدیل کنیم 496.4 K. Cal انرژی ازاد می شود . به این انرژی انرژی نهان (حرارت داخلی) می گویند.
تفاوت بین انرژی عمومی و انرژی آب کندانس برای ما کار انجام می دهد. Q=Q1+Q2
هرچه فشار بالاتر رود حرارات داخلی کم می شود بنابراین با افزایش فشار می توان کار بیشتری انجام داد. به همین دلیل درکارخانجات قند برای تغلیظ از فشارهای کم استفاده می شود.
چگونگی مراحل کریستالیزاسیون ساکارز
Crystallization (cooling)
حلالیت شکر نشان می دهد که چند گرم ساکارز در یک میلی لیتر آب در درجه حرارت معین حل می شود درصورتیکه این غلظت افزایش یابد ساکارز حل نشده وبصورت رسوب(کریستال) در می آید. قابلیت انحلال اجسام در آب با ازدیاد دما افزایش می یابد بنابراین یک محلول اشباع یک جسم در دمای معینی نیز غیر اشباع می شود.
رابطه حلالیت ساکارز با دما
بطور کلی سه نوع محلول وجود دارد.
1- محلول معمولی ( غیر اشباع )
2- محلول اشباع
3- محلول فوق اشباع
برای انجام کریستالیزاسیون با ید محلول فوق اشباع و مافوق اشباع ایجاد نماییم و سپس با کاهش دما کریستال ایجاد نماییم. بنابراین کریستالیزاسیون هم در گرما (آپاراتهای پخت که تحت خلاء هستند) و هم در سرما (در رفریژرانت) انجام می شود.
نکته قابل توجه اینکه بهترین حالت محلول برای انجام کریستالیزاسیون حالت فوق اشباع ( (metaمی باشد. C > 1 C ضریب فوق اشباع
چگونگی انجام کریستالیزاسیون
به منظور کاهش نقطه جوش و جلوگیری از تشکیل رنگ و هیدرولیز ساکاروز معمولا کریستالیزاسیون را در اواپراتورهای تحت خلاء انجام می دهند که به این اواپراتورها آپارات پخت می گویند.
مقایسه زمان کریستالیزاسیون در آپارات ها
آپارات پختl < آپارات پختll < آپارات پختlll
3ساعت 5 ساعت 10-12ساعت
نتیجه گیری
نکته قابل توجه این که اخرین پساب کارخانه قند ملاس میباشد که درجه خلوص یا کوسیان آن 60 است.
هر چه به سمت اپارات پخت ll و lll می رویم میزان مولکول های ساکارز کاهش می یابد و میزان ماده غیر قندی نسبت به ساکارز به عنوان ممانعت کننده کریستالیزاسیون بیشتر است از اینرو برخورد های مولکول ساکارز کمتر و تشکیل کریستالیزاسیون نیز کمتر می باشد و زمان کریستالیزاسیون افزایش می یابد.
شکر خروجی از سانتریفیوژ بسته به اینکه با بخار کندانس یا شربت شستشو شده باشد دارای رطوبتی معادل 0.5 تا 2.5 درصد با درجه حرارت 60 تا 85 درجه می باشد.برای اینکه شکر انبار شود باید رطوبتی معادل 0.02 تا 0.04 داشته باشد تا در شرایط نگهداری بصورت کلوخه ای نشود.
منابع
1) Analytical Methods used in sugar Refining , 1970 Edited by: R. W. pLEWS.
2) Grabowski. M. , klemes. J., urbaniec. K., Vaccari G. , and Zhu x.x., 2001 , Minimally energy consumption in sugar production by cooling crystallization of concentred raw Juice, Applied Thermal
Engineering, Vol. 21, 1319-1329
3) Estaghi, M.N, and Knorr, D. , 2002 , High electric Pulse pretreatment : potential for sugar beet proeessing, jurnal of food Engineering, Vol. 52, PP. 265-272.
4) Hand bool of sugar Refining, 2000, edited by : ehung ehi chou
JOHN WILEY & SONS, INC.
5) Mahn. K., Hoflmann, C., and Marlander, B. , 2002, Distribution of quality components in different morphological sections of sugar
منابع
6) Manufacture and refining of raw vane sugar, 1982 (second, completely. Revised edition ) V . E. BAIKOW
7) Potgieter , j . H., potgieter , S.S. , and legadi, B., 2001 , proposeel modifications to the method for the determination of arailabale limc, minerals Engineering, Vol. 14 No. 5, pp. 515-523
8) Specialised sugars for the food Industry ,1976 Jeanne C. Johnson publisher: NOYes Data corporation
9) Sugar: science and Technology , 1979 Edited by : G. G. BIRCH.
And K.J. PARKER, Applied science publishers LTD
10) G. Vaccari, G. Mantovani, An innovative and environmentally compatible process for beet sugar production: cooling crystallization of raw juice , proceedings of the first Symposinm AVH Association, Reims, 1993, pp. 57-64.
11) K. Urbaniec, G. Vaccari, F. Andreoli, G. Mantovani, Raw juice continuous concentration and crystalization: possible schemes for the energy supply, Zuckerindustrie 121 (1996) 807-811.
با تشکر