超声场防除制糖蒸发罐积垢的研究

　　1　引言

　　制糖工业生产中,稀糖汁被送到蒸发罐蒸发浓缩成糖浆。在这个过程中随着水分的不断蒸发,一方面糖锤度由15°Bx左右升高到65°Bx左右,另一方面糖液中杂质浓度也随之增高,当杂质浓度超过其溶解度时,便会在加热管表面上沉积形成积垢。积垢的导热性能极差,而且极易紧密地粘附在管壁上,很难除去。为了清除积垢,必须停止蒸发,对蒸发罐进行机械扫除,影响生产正常进行。为解决这一问题,人们采用了多种方法防止或减缓积垢的生成,如化学防垢、电磁防垢等,但由于各种原因这些方法都未能被广泛采用。本文对超声场防除制糖蒸发罐加热管积垢的作用进行了研究。

　　2　超声防垢机理

　　溶液中积垢的形成遵循物质结晶的一般规律,包括成垢物质过饱和度的生成、晶垢核的形成及晶垢的长大三个步骤,因此积垢的防止应从这三步着手。超声防垢利用超声波在糖液中产生空化效应这一特点,可对糖液的物理化学性质产生特殊的影响。在超声空化效应作用下,糖液中能生成晶体的各种成垢物质(除盐类外,还有二氧化硅等非盐类)的诱导期缩短,迅速生成晶垢核,使溶液中析出的沉淀物沉积在晶垢核上,继续悬浮在糖液中,减少积垢在加热管管壁上沉积。另外,超声空化效应还可改变积垢的物理状态,使其变软、疏松而不至于强烈吸附在管壁上。M.N.Chepurnoi研究结果表明,一定条件下超声波可使积垢系数(垢层热阻与总热阻之比)降低,使整个生产期(甜菜糖厂)不洗罐。

　　通过利用超声波对晶垢核形成影响的研究发现:如果超声波频率过高,溶液中结晶物质形成晶垢核的可能性减少,成垢物质就会在加热管壁上结晶沉积,而达不到防垢的作用;如果采用低频率超声波,形成晶垢核的可能性会大大增加,但是频率过低时,会产生很大的噪声。所以在超声波防除积垢的研究中,选用过高或过低的频率都是不适当的。另外,功率应该根据工厂处理物料量的实际情况来选择,本试验选用的超声波发生器功率可调,范围为0.5kW～10kW。

　　3　试验部分

　　3.1　试验装置

　　本试验的装置见图1。超声防垢器由超声波发生器、超声波换能器及工艺分离装置等三部分组成。

　　3.2　试验方法

　　我们在室内试验取得突破性进展后,在广东省一间日处理甘蔗500吨的亚硫酸法糖厂进行生产性试验。该厂蒸发工段采用六罐轮洗的五效真空蒸发方案,蒸发罐列的加热管除第一号罐是铜管外,其余均是钢管,积垢比较严重,传热系数比较低,以往每天轮洗两只蒸发罐,并要用除垢剂和盐酸煮罐。

　　本试验共分三个阶段进行,第一阶段(10天)和第三阶段(6天)使用超声防垢器,第二阶段(4天)停用超声防垢器作空白试验。每阶段分别进行以下各操作: