Cukoripari Kutatóintézet Közleményei, 1961 (6. kötet, 1-2. szám)
1961-01-01 / 1-2. szám
A cukorgyári diffusion folyamat elmélete. XI. A diffúziós eljárás elméleti hőszükséglete* Tegze Miklós A Cukoripari Kutatóintézet 273. sz. közleménye 1. Bevezetés A cukoriparban a legutóbbi évtizedben részletesen kidolgozták a diffúziós lényezési eljárás anyagátadási folyamatának elméletét. Ezzel körülbelül egyidejűleg, és jórészt az elméleti megfontolások felhasználásával alakították ki a folytonos diffúziós eljárásokat és készülékeket. Annak ellenére, hogy ezek az eljárások és berendezések viszonylag rövid múltra tekinthetnek vissza, a kilúgzási eredményeket tekintve általában felülmúlják a több mint fél évszázadon keresztül alkalmazott, munkamódszereiben állandóan tökéletesített és éppen Magyarországon kitűnő eredményeket felmutató Robert-féle telepes diffúziós kilúgzási eredményeit. A diffúziós berendezések megítélésénél a kilúgzási eredmények mellett — amelyek végeredményben (adott répaanyag mellett) az egységnyi termékre (cukorra) vonatkoztatott, fajlagos nyersanyag (répa) felhasználást szabják meg döntő módon — nem elhanyagolható az energiafelhasználás sem. Egyszerű számítással meggyőződhetünk arról, hogy a folytonos diffúziós eljárások energiafogyasztásának túlnyomó részét nem a mechanikai (tehát lényegében elektromos) energiafogyasztás, hanem a melegítéshez felhasznált hőenergia (gőz) alkotja. Az egyes folytonos diffúziós eljárások között a fajlagos hőenergiafogyasztás tekintetében igen jelentős különbségek vannak ; a különböző berendezések (ill. eljárások) fajlagos hőfogyasztása egymástól 3 : 1-nél nagyobb arányban is eltér. Hogy a hőfogyasztás gazdasági jelentőségét szemléltessük, megemlítjük, hogy a magyar cukoripar — ma még csak kisebb részben folytonos — diffúziós berendezései által felhasznált hőenergia mennyisége évenként mintegy 30 milliárd kcal, ami kereken 60 000 t gőznek felel meg. A diffúziós eljárások hőtechnikai vizsgálatánál, méginkább új diffúziós konstrukciók kialakításánál, a hőgazdasági szempontból is optimális működés elérésére, szükség van mindazokra a fizikai összefüggésekre, amelyek az adott, illetve elérendő hőtechnikai paraméterek függvényében megadják a hőmérséklet eloszlásokat, illetve az előírt hőmérséklet eloszlások megvalósításához tartozó hőszükségletet. Ezeknek az összefüggéseknek alapjául nyilvánvalóan csak a diffúziós műveletben résztvevő két fázis, a szelet és a lé közötti hőcserefolyamat, illetve általában a diffúziós berendezésen belüli hőtranszportfolyamatok fizikailag helyes leírása és a megfelelő alapösszefüggések szolgálhatnak. Úgy véljük, az a tény, hogy a folytonos diffúziós berendezések többsége hőgazdasági szempontból a Robert-diffúziónál— és mint látni fogjuk, az elméletileg elérhető minimális hőfogyasztásnál — lényegesen kedvezőtlenebbül működik, azzal magyarázható, hogy — megfelelő elmélet hiányában — az egyes diffúziós eljárásoknál a hőgazdálkodást úgyszólván teljesen empirikusan, ötletszerűen alakították ki. 2. Az irodalomban ismertetett módszerek és kritikájuk A diffúziós művelet hőgazdálkodására vonatkozó szakirodalom rendkívül szegény. A folytonos diffúziókra vonatkozó elméleti hőszükséglet-számítások teljesen hiányoznak. A Robert-telep melegítéséhez felhasznált hőmennyiség megállapítására a szakkönyvek ([1], [2], [3], [4]) az alábbi, vagy az alábbihoz hasonló képletet ajánlják (lásd még [5]) : Q — Cr{tjc — tr) -j- PCn(tn — tv) “I- Qveszt. (2.1) Itt Q jelenti a telep (diffúzió) hőfogyasztását (a feldolgozott répa súlyegységére vonatkoztatva), P a lélehúzás (az eltávolított nyerslé súlya a feldolgozott répa súlyára vonatkoztatva), Ö a súlyegységre vonatkoztatott fajhő, a hőmérséklet, az г, n, ñ és v indexek pedig rendre a betáplált répára (friss szeletre), a nyerslére, a kilúgzott szeletre és a nyomóvízre vonatkoznak, végül a Qweszt. tag a környezetnek leadott, veszteségjellegű hőmennyiséget jelenti (ugyancsak a répa súlyegységére vonatkoztatva). A (2.1) képlet alkalmazása több szempontból is bírálandó. Először is feltételezi a képlet, hogy egyrészt a friss szelet és lúgzott szelet, másrészt a nyomóvíz és nyerslé időben összetartozó mennyiségei (súlyai) azonosak. Ez a régebbi típusú Roberttelepek gyakorlatában (ahol a lúgzó telep vízoldali végét hideg nyomóvíz alkalmazásával lehűtötték), tűrhető közelítéssel igaz, ha a nyomó * E munka eredményeit szerző röviden a Mezőgazdasági és Élelmiszeripari Tudományos Egyesület 1961. májusi tudományos ülésszakán tartott előadásán ismertette.