Универсальная мельница типа CUM с воздуходувным ротором - надежное в эксплуатации и эффективное получение сахарной пудры

      Неважно, изысканная ли это глазурь для кексов и выпечки, производства сладостей и напитков, или украшение для праздничного стола, - все это немыслимо без белых сахарных кристаллов, которые мы используем для подслащивания продуктов питания. Кроме обычного сахара-песка или сахара-рафинада, мы не обходимся и без более тонкого продукта - сахарной пудры. Производство сахарной пудры происходит с помощью механического измельчения кристаллов сахара на современных мельницах ударно-отражательного типа.

      В настоящее время почти половина производимого в мире сахара добывается из сахарного тростника, который произрастает в тропических и субтропических областях. К крупнейшим поставщикам тростникового сахара относятся такие страны как Бразилия, Куба, Казахстан, Мексика, Индия, Австралия, Таиланд, Китай и США. Остальная часть сахара добывается исключительно из сахарной свеклы, которая растет в зонах умеренного климата. В большей части Европы, сахар получают из сахарной свеклы. Такой сахар по своему химическому составу и по вкусу абсолютно идентичен с сахаром, получаемого их сахарного тростника. К основным производителям относятся Россия, Украина, Германия, Франция и Польша. Прежде, чем получить сахарную пудру, сахар сначала нужно получить из свеклы.

      Свеклу после сбора урожая моют и режут на мелкие кусочки. С помощью горячей воды экстрагируют сахар из свеклы и получают так называемый сырой сок. Его очищают и уваривают до тех пор, пока не получат сахарные кристаллы. Если сырой сок еще раз подвергнуть обработке и провести очистку, то получают обычный сахар или рафинад.

Сахарную пудру получают путем измельчения кристаллов сахара. Причем, сахар перемалывается до такой степени, что невооруженным глазом, кристаллы сахара различить невозможно. Размельченные кристаллы вызывают многократное преломление света и в связи с этим, пудра кажется белоснежной. Сахарная пудра быстрорастворимая и применяется для производства глазурей, а также ей можно украшать и посыпать различные кондитерские изделия.

      От общего объема получаемого сахара, 5-10% перемалывается в сахарную пудру.

      Производство сахарной пудры издавна осуществлялось механическим способом. Если раньше для этого использовались исключительным образом традиционные штифтовые мельницы (рис.1), то сейчас с помощью так называемых воздуходувных мельниц того же типоразмера, можно достичь высокой производительности. Обычная тонина помола для сахарной пудры лежит в пределах 80-95% < 100 мкм (рис.2), с последующей растущей тенденцией к увеличению дисперсности.

 

      Важным обстоятельством, кроме производительности мельницы и тонины помола продукта при применении воздуходувной мельницы получается высокое качество продукта, возникающее из-за низкой температуры помола, благодаря малому содержанию инвертного сахара. Конструктивно встроенный в мельницу воздуходувный ротор создает высокий объем воздуха по сравнению с конструкцией, работающей на встроенных штифтовых дисках, что приводит к малой температуре 30 С.

      Сравнительные опыты для обеих типов перемалывающих систем в лаборатории NETZSCH-CONDUX в Ханау на универсальной мельнице типа CUM показали для системы воздуходувного ротора температуру 30-40С, а для мельницы со штифтовыми дисками 60-70С (рис.3).

      Преимущество большого объема воздуха дало возможность мельнице работать на всасывание, т.е. сахар через всасывающий трубопровод поступает пневматически в мельницу. Таким образом, возможны гибкие варианты монтажа, что особенно хорошо для пользователя. Можно снизить износ дополнительных механических агрегатов или пневматических компонентов, если транспортировать сахар на высоту загрузочного лотка. Установка загрузочного бункера для сахара и перемалывающей установки на одном уровне друг с другом - это самый простой вариант!

      Функция универсальной мельницы CUM в качестве воздуходувной мельницы четко показана на рис.4:

      Загрузка сахара осуществляется непосредственно в центр машины.

      Массивный ротор оснащен большим количеством сменных бил и приводится во вращение с окружной скоростью до 110 м/с. Качественный продукт получается благодаря рубке и резке. В процессе измельчения сахар ударяется о билы ротора и благодаря билам центрифугируется по внешней радиальной на корзину статора. В спутной струе бил частица опять поднимается и вновь ударяется о билу. Соответствующую дисперсность сахарной пудры можно регулировать благодаря различному оснащению статора и/или путем изменения числа оборотов ротора. Для производства сахарной пудры статор оснащен обычно сквозным ситом

      Производительность мельницы в зависимости от тонины помола представлена на рис.5.

      Для получения определенной дисперсности применяются различные сита в разном исполнении (поперечная щель или conidur - сито), а также выставляется соответствующее число оборотов ротора.

      На сегодняшний день универсальная мельница типа CUM с воздуходувным ротором лучше всего подходит для производства различных сортов сахарной пудры. Благодаря этому преимуществу она получила наиболее широкое применение на мировом рынке.

      До недавнего времени она предназначалась только для переработки сахара и называлась "сахарной мельницей", выполненной из обычной стали.

      В настоящее время она применяется в пищевой промышленности и выполнена из нержавеющей стали. Части мельницы, соприкасающиеся с продуктом, а также всей мельницы выполнены из материала 1.4301, 1.4571.

      Решающим фактором стала разработка "измельчения сахара" с учетом техники применения благодаря новым научным исследованиям в области теории взрыва пыли и связанных с этим перераспределений современных концепций по безопасности. Все более повышенные

требования к стандартам по технике безопасности делают требования по установке и эксплуатации перемалывающих установок все более жесткими.

      При механическом измельчении сахара ( класс взрыва пыли: ст.1; макс. избыточное давление: 9 бар; KSt-Wert 140 bar m/s) не исключена опасность взрыва пыли, потому что инородные частицы внутри рабочей камеры, а также разрыв сита могут привести к искрению и как следствие, ко взрыву. Всевозможные внешние воздействия, такие как статические разряды и т.д. могут вызвать искрение и взрыв. Избежать взрыва можно только при условии инертизации (например, инертизация азота), что в пищевой промышленности применяется редко ввиду высоких производственных затрат. По этой причине необходимо использовать другие подходящие конструктивные меры по защите взрыва.

      Для переработки сахара применяют как правило две различных концепции безопасности.

      Взрывоударопрочное исполнение до 10 бар.

      Вся перемалывающая установка (рис.6) защищена от взрыва и рассчитана на максимальное давление взрывной волны. Такая концепция означает, что мельница, фильтр, а также все трубопроводы и компоненты должны быть рассчитаны на давление взрывной волны 10 бар. Кроме этого, во всасывающем и воздухоотводящем трубопроводах необходимо предусмотреть вентиль типа "Ventex". Загрузка и выгрузка продукта в каждом случае расцепляется с помощью огне- и ударопрочного шлюзового затвора барабанного типа

      Очень важно при этом соблюдать пространственное расстояние между отдельными большими компонентами, которые являются с точки зрения техники взрыва "резервуарами". Вся перемалывающая установка служит после этого "резервуаром", если расстояние между компонентами, т.е. между собственно мельницей и пылевым фильтром составляет менее 3 м. В случае, если взрыв произошел, допускают, что он произошел практически одновременно во всей системе.

      Если расстояние между мельницей и фильтром более 3-х метров, то это приводит, в зависимости от ситуации, к предварительной компрессии в одном из "резервуаров". Пламя, следующее за ударной волной, приводит к опасному вторичному взрыву, при котором возникает неподдающаяся расчету верхняя граница давления. В этом случае нужно разъединить согласно теории взрыв оба "резервуара", даже если перемалывающая установка конструктивно рассчитана на 10 бар. К тому же, следует применить быстро задвигающиеся заслонки либо огнегасящие заграждения.

      Декомпрессионное исполнение 3 бар.

      При таком варианте исполнения мельница рассчитана на пониженное давление взрывной волны величиной 3 бара, пылевой фильтр рассчитан на пониженное давление 0.4 бара и "декомпрессируется" с помощью предохранительной мембраны.

      Площадь предохранительной мембраны рассчитывается по объему фильтра (VDI 3673). Возникающий над предохранительной мембраной взрыв выводится через короткий взрывной канал "наружу". При этом необходимо иметь достаточно свободного пространства вне здания. Если места для взрывного канала недостаточно или предусматриваемое положение пылевого фильтра не допускает вывод волны во внешнюю область, то в этом случае можно вместо взрывного канала использовать для вывода так называемый "квенчрор" (огнегасящая труба) внутри рабочего помещения.

      При монтаже перемалывающей установки (рис.7), снабженной лентой транспортера между мельницей и пылевым фильтром длиной более 3-х метров перемалывающая установка исполняется с точки зрения техники взрыва как "два, соединенных между собой резервуара". При этом необходимо рассмотреть два сценария взрыва.

   

  Первичный взрыв в мельнице и первичный взрыв в фильтре.

      Возникающий в мельнице взрыв высвобождается через пневмотранспорт. Так что максимальное давление взрыва не возникает. По этой причине исполнение корпуса мельницы пониженной прочности достаточно. Взрывная волна направляется в фильтр и это приводит к повторному взрыву, который гасится через предохранительную мембрану фильтра. Поскольку объем мельницы значительно мал по сравнению с фильтром, то предварительная компрессия фильтра, вызываемая мельницей, должна быть согласована с расчетом предохранительной мембраны.

       Немного по другому это выглядит при первичном взрыве, который происходит в фильтре. Это наиболее часто встречающийся вид взрыва. Здесь сначала взрывная волна в фильтре гасится через предохранительную мембрану в фильтре. Но поскольку большой объем фильтра в случае взрыва вызывает предварительную компрессию мельницы, то она должна предотвратить фронт пламени, распространяющийся от фильтра к мельнице.. Это происходит через огнетушитель, который связан с переключателем разрывного каната предохранительной мембраны.

      Если предохранительная мембрана подобрана верно, то взрыв тотчас же определен и автоматически срабатывает огнетушитель. Трубопровод между мельницей и фильтром наполняется гасящим порошком (бикарбонат натрия), так что пламя сразу гасится. Для того, чтобы хватило времени для гашения, огнетушитель необходимо установить на минимальном расстоянии 5 м от фильтра. Преимущество детектирования по сравнению с переключателем разрывного каната - очень малая вероятность срабатывания ложного взрыва, которая в общем известна клиенту и он опасается, что такое может произойти при применении детекторов давления. Огнетушитель срабатывает в том случае, когда разрывается канатик. При конструктивном исполнении "декомпрессионной установки" мельница, а также трубопроводы и составляющие вплоть до фильтра рассчитаны на пониженное давление взрыва величиной 3 бара, а фильтр и подключаемые к нему компоненты - на давление величиной 0.4 бара. В этом случае также необходимо предусмотреть вентиль во всасывающем трубопроводе типа "Ventex". Вентиль типа "Ventex" после фильтра по причине декомпрессии не нужен. Загрузка и выгрузка продукта разъединяется в этом случае с помощью огне- и ударопрочного шлюзового затвора барабанного типа.

      Во время проектирования первой декомпрессионной установки по перемолу сахара был разработан план при сотрудничестве с союзом предпринимателей по сахарной промышленности и подтвержден заключением независимых экспертов. Само собой разумеется, что только сам пользователь принимает решение о качестве защите от взрыва своей новой установки.

      Само собой разумеется, что только сам пользователь принимает решение о качестве защите от взрыва своей новой установки.

      Наряду с конструктивными "принуждениями" или внутризаводскими предписаниями по технике безопасности здесь выступают также и финансовые интересы.

      Принципиально можно исходить из того, что на малых установках производительностью до 2 000 кг/ч, конструктивные расходы на исполнение между 3-мя и 10 барами незначительны, но с увеличением типоразмера сильно возрастает. Большие производственные установки с производительностью сахарной пудры от 3 000 кг/ч являются декомпрессионной версией относительно инвестиций, обладают преимуществом и будут пользоваться наибольшим спросом в будущем.