Технология и оборудование для регенерации кизельгурового шлама методом сушки и термического прожига
Шахов С. В., Жигулина М. О., Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия
Визир Д. М., Пивоваренная компания «Балтика – Воронеж», Воронеж, Россия
В пищевой промышленности при производстве пива, вина, спирта, растительного масла, сахарного сиропа и других продуктов широко используют кизельгуровые фильтры различных конструкций (с горизонтальными и вертикальными рамами, свечные). Фильтруемый материал пропускают через намывной слой кизельгура — осадочной горной породы, состоящей из раковинок океанических отложений одноклеточных диатомовых водорослей, которые образуют микроскопически тонкую структуру. В процессе фильтрации образуется отход производства — кизельгуровый шлам.
Обычно кизельгур представляет собой рыхлую или слабо сцементированную породу светло-серого или желтоватого цветов. В различных количествах в нем встречаются шарики (глобулы) опала, а также обломочные и глинистые минералы (рис. 1).
Рис. 1. Кизельгур — природный ресурс
Материал обладает высокой термостойкостью, однако при нагревании выше 870 °С спекается. Химический состав кизельгура изменяется в значительных пределах: 70–90 % кремнезема; 3–12 % глинозема; 0,6–8,0 % FeO; 1–3 % CaO; 0,5–25,0 % MgO.
Широкое применение кизельгура в промышленности связано с его особыми свойствами: низкой плотностью, высокой пористостью (60–65 %) и химической инертностью. В возрастающих масштабах его используют, например, в пивной промышленности, что связано с увеличением объемов ее производства (рис. 2).
Рис. 2. Динамика производства пива в России
Запасы кизельгура истощаются. Расчеты показывают, что при нынешней интенсивности использования их хватит приблизительно на 40–60 лет.
Как правило, отработанный кизельгур складируют в хранилищах под открытым небом. Незначительное количество утилизируют в качестве подкормки для растений и почвоулучшителя в сельском и лесном хозяйствах, зеленом строительстве, декоративном цветоводстве. Однако присутствие большого количества органического связанного азота в кизельгуровом шламе ограничивает его применение в этих областях, поскольку оно может привести к накоплению нитратов в почве и воде. Отработанный кизельгур служит также для приготовления компостов и органических удобрений. Ведутся разработки по использованию его в качестве кормовой добавки на птицефабриках.
Таким образом, в настоящее время утилизируют лишь незначительное количество образующегося шлама и в большинстве случаев сезонно.
Научно-исследовательские работы по регенерации кизельгурового шлама ранее не проводили. Патенты по данной тематике не найдены ни в Российской Федерации, ни за ее пределами.
Нами детально изучены физико-химические свойства кизельгура и на основе полученных результатов разработаны технология и оборудование для регенерации кизельгурового шлама методом сушки в активном гидродинамическом режиме с дальнейшим прожигом.
Экспериментальная установка представляет собой тепломассообменный аппарат (рис. 3) и периферийные устройства, смонтированные на общей раме.
Рис. 3. Тепломассобменный аппарат для регенерации кизельгурового шлама
Шлам, предварительно отжатый на шнековом прессе до влажности 40–45 %, в виде газовзвеси подают через патрубок 1 в цилиндрическую часть цилиндроконической камеры 2, где газовзвесь подсушивают в закрученном потоке. Частично подсушенный кизельгур опускается в нижнюю коническую часть цилиндроконической камеры 2, где захватывается основным потоком сушильного агента, подаваемого через патрубок 3. Процесс сушки продолжается в активном гидродинамическом режиме (зона I). В ядре потока слой кизельгура фонтанирует, а по периферии опускаются закрученные тангенциальным потоком частицы твердого компонента. При этом фонтан вращается вокруг вертикальной оси в направлении, совпадающем с направлением движения тангенциального потока. Высыхая, частицы кизельгура поднимаются вверх по полой вставке 4 сложной формы и захватываются потоком сушильного агента, скорость которого увеличивается вследствие уменьшения сечения, обусловленного конфигурацией полой вставки 4. По мере движения сушильного агента через вставку его скорость падает до скорости витания частиц кизельгура из-за увеличения проходного сечения вставки. Образуется взвешенный слой (зона II), в котором частицы кизельгура досушивают до влажности 10–15 %. Далее частицы твердого компонента поднимаются вверх и захватываются потоком сушильного агента, скорость которого увеличивается по причине уменьшения сечения вставки. В месте наибольшей скорости сушильного агента с использованием газовой горелки 5 осуществляют прожиг кизельгура при температуре 500–550 °С (зона III). В зоне IV происходит последующая сушка газовзвеси при пониженной влажности среды. Далее регенерированный кизельгур попадает в камеру выгрузки сухого продукта 6. На внешней поверхности полой вставки 4 расположены каналы 7 регулируемого сечения для вывода части отработанного сушильного агента. В крышке 8 цилиндроконической камеры предусмотрен патрубок 9 для вывода отработанного сушильного агента и продуктов прожига (частиц золы). Над верхним срезом полой вставки 4 расположен отражатель 10, соединенный с рециркуляционным контуром 11.
Установка для регенерации и тепломассобменный аппарат запатентованы.
Внедрение в производство предложенного технического решения позволит на 40–60 % снизить расходы предприятий на покупку и утилизацию кизельгура, сохранить ценный природный ресурс и улучшить состояние окружающей среды.
Technology and Equipment for Kieselguhr Slime
Regeneration by Using
Method for Drying
and Thermal Burn
Shakhov S. V., Zhigulina M. O., Voronezh State University of Engineering Technologies, Voronezh, Russia
Vizir D. M., Brewing company «Baltika – Voronezh», Voronezh, Russia
Kieselguhr slime is generated in food industry during the filtration of beer, wine, alcohol, vegetable oil, sugar syrup and other products. The technology and equipment for kieselguhr slime regeneration by using method for drying in active hydrodynamic regime with further burn are developed.