Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УВАРИВАНИЯ УТФЕЛЯ ПЕРВОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ВАКУУМ-АППАРАТЕ

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано для оптимизации работы кристаллизационного отделения сахарного завода.

Известен способ получения утфеля первой кристаллизации, включающий приготовление клеровки сахара второй и третьей кристаллизации, сульфитацию ее в смеси с сиропом с выпарной установки при содержании в нем 55-60% сухих веществ (СВ), сгущение смеси сиропа с клеровкой в вакуум-аппарате до коэффициента пересыщения 1,25-1,30, заводку центров кристаллизации путем введения в пересыщенный раствор смеси сиропа с клеровкой затравочных кристаллов, их последующее наращивание за счет многократного подкачивания в вакуум-аппарат сиропа с клеровкой по мере истощения межкристального раствора утфеля и окончательное сгущение его до содержания в нем 92,0-92,5% СВ [Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - М.: Агропромиздат, 1986. - С. 293-299].

Недостатком данного способа является использование для уваривания утфеля только сиропа в смеси с клеровкой сахара второй и третьей кристаллизации, что не во всех случаях может обеспечить необходимое качество кристаллического белого сахара при переработке, например, сырья длительного хранения или нарушениях технологии его переработки. Кроме того, отсутствуют требования к улучшению формирования центров кристаллизации, их наращиванию и проведению процесса сгущения утфеля перед его спуском из вакуум-аппарата.

Наиболее близким прототипом является способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий приготовление клеровок сахара второй и третьей кристаллизации, их сгущение в вакуум-аппарате до коэффициента пересыщения 1,2-1,3, заводку кристаллов путем внесения затравки, их наращивание, окончательное сгущение утфеля до достижения в нем 92,0-92,5% СВ. Формирование центров кристаллизации проводят непосредственно в клеровке сахара второй кристаллизации, содержащей 70-75% СВ. Наращивание кристаллов осуществляют в две ступени, на первой из которых в вакуум-аппарат подкачивают сироп из выпарной установки с содержанием 58-65% СВ до достижения в утфеле 46-50% кристаллов, а на второй ступени кристаллы наращивают путем подкачки клеровки сахара третьей кристаллизации с содержанием 58-65% СВ и затем окончательно сгущают, доводя содержание СВ в утфеле до 92,0-92,5%. Полученный утфель спускают из вакуум-аппарата и разделяют в центрифугах с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков [RU №2150506 от 02.04.1999].

Недостатком этого способа является то, что в нем отсутствуют требования к формированию центров кристаллизации однородного состава. При этом не обеспечивается глубокое истощение межкристального раствора утфеля, что не способствует повышению выхода и качества сахара при его разделении в центрифугах.

Достигаемым техническим результатом заявленного способа является сокращение продолжительности уваривания утфеля первой кристаллизации, повышение в нем процентного содержания кристаллов и снижению неучтенных потерь сахара.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающем приготовление клеровок сахара второй и третьей кристаллизации, их сгущение в вакуум-аппарате до состояния пересыщения (1,20-1,30), заводку кристаллов введением центров кристаллизации, их наращивание и сгущение утфеля до готовности перед спуском из аппарата, отличающемся тем, что заводку кристаллов проводят непосредственно в клеровке сахара второй кристаллизации сгущенной до 82,0-83,0% сухих веществ, причем в качестве центров кристаллизации используют сахарную пудру, фракционированную ситовым рассевом до размеров в ней кристаллов сахара в диапазоне 0,120-0,160 мм из расчета при заводке 5-6 шт. кристаллов на 1 мм длины поверхности пробного стекла, при этом их наращивание осуществляют в две ступени, на первой из которых в вакуум-аппарат подкачивают сироп с выпарной установки с содержанием 55-60% СВ до достижения в утфеле 46-50% кристаллов, а на второй ступени кристаллы наращивают путем подкачки клеровки сахара третьей кристаллизации с предварительным вводом в нее моноглицерида дистиллированного мягкого в количестве 0,005-0,010% к массе клеровки и затем этот утфель сгущают до содержания в нем 93,0-93,5% СВ, после чего перед спуском из вакуум-аппарата его раскачивают сиропом с выпарной установки до 92,0-92,5% СВ. Полученный утфель разделяют в центрифугах на кристаллический белый сахар, первый и второй оттеки.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно из сахара второй и третьей кристаллизации раздельно готовят клеровку, растворяя их фильтрованным соком II сатурации или водой до содержания сухих веществ 70-75%.

Затем в вакуум-аппарат, подготовленный к увариванию утфеля первой кристаллизации, набирают клеровку сахара второй кристаллизации и сгущают ее до 82,0-83,0% сухих веществ, причем в качестве центров кристаллизации используют сахарную пудру, фракционированную ситовым рассевом до размеров кристаллов 0,120-0,160 мм из расчета 5-6 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла.

Применение клеровки сахара второй кристаллизации для заводки центров формирования кристаллов позволит увеличить выход сахара в ходе первой кристаллизации за счет снижения его потерь в технологическом процессе. Кроме того, это уменьшит затраты на производство кристаллического белого сахара. Такая же роль отводится условиям получения клеровок с высоким содержанием сухих веществ. Их диапазон в пределах 70-75% СВ определен экспериментальным путем и при запредельных значениях, т.е. менее 70% или более 15% не позволяет обеспечить технический результат изобретения. Так, например, при содержании сухих веществ в клеровке менее 70% требуется больше времени на образование центров кристаллизации, а при содержании сухих веществ более 75% - усложняются технологические условия образования необходимого количества затравочных центров кристаллизации в клеровке.

Сгущение клеровки сахара второй кристаллизации до содержания в ней 82,0-83,0% сухих веществ обусловлено тем, что в зоне пересыщения 1,20-1,30 легко образуются новые центры кристаллизации сахарозы. При содержании сухих веществ менее 82% потребуется дополнительное время для формирования центров кристаллизации, а в случае превышения 83% возможно образование избыточного количества центров кристаллизации, что может отрицательно сказаться на их однородности и равномерности.

При запредельных значениях пересыщения, то есть менее 1,20 и более 1,30, гранулометрический состав кристаллов утфеля и истощение межкристального раствора ухудшаются.

Использование сахарной пудры объясняется тем, что она является отходом сахарного производства и в необходимом количестве ее можно набрать в отделении сушки сахара. Недостатком применения пудры является ее разнородный фракционный состав, что усложняет получение кристаллов сахара однородного состава особенно в размерном диапазоне 50-100 мкм.

Поэтому в предлагаемом способе предусмотрено предварительное ее фракционирование методом ситового рассева с выделением кристаллов размером 0,120-0,160 мм. Использование такого диапазона по размерам кристаллов позволяет снизить их срастаемость и улучшить тем самым качество кристаллического белого сахара. Этот размерный диапазон получен экспериментальным путем и при запредельных его значениях, т.е. менее 0,120 или более 0,160 мм, не обеспечивает технического результата изобретения.

Заводка центров кристаллизации из расчета 5-6 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла рассчитана на то, что по способу не предусмотрен отбор части утфеля в другой аппарат в качестве кристаллической основы. При этом размер кристаллов в готовом утфеле будет не менее 0,7-0,8 мм, что обеспечит более высокий выход сахара из вакуум-аппарата. При запредельных значениях, т.е. менее 5 или более 6 шт. кристаллов на 1 мм длины поверхности пробного стекла ухудшается возможность достижения технического результата изобретения.

В соответствии с предлагаемым способом наращивание центров кристаллизации осуществляют в две ступени, на первой из которых в вакуум-аппарат подкачивают сироп с выпарной установки с содержанием сухих веществ 55-60% до достижения в утфеле 46-50% кристаллов, а на второй ступени кристаллы сахара наращивают подкачками клеровки сахара третьей кристаллизации, содержащей 70-75% сухих веществ с предварительным вводом в нее моноглицерида дистиллированного мягкого в количестве 0,005-0,010% к массе клеровки.

Наращивание центров кристаллизации в две ступени позволяет повысить выход сахара из аппарата. Это достигается раздельным использованием для уваривания исходных продуктов в зависимости от содержания в них сухих веществ и качественных показателей, а также вводом моноглицерида дистиллированного мягкого для уменьшения вязкости утфеля, особенно на стадии сгущения утфеля.

Так, например, подача в утфель на первой стадии сиропа с выпарной установки концентрацией 55-60% сухих веществ позволяет исключить возможность образования вторичных центров кристаллизации при наращивании кристаллов. При концентрации сиропа менее 55% сухих веществ требуется больше времени для осуществления процесса роста кристаллов, при этом возрастает их растворимость особенно в период ввода в аппарат сиропа концентрацией 55-60% сухих веществ. В случае, когда концентрация сиропа более 60% сухих веществ не всегда удается быстро снизить пересыщение межкристального раствора, что чревато образованием вторичных центров кристаллизации. С этими условиями также связано достижение в утфеле строго оговоренного количества кристаллов. Экспериментальным путем установлено, что в этом случае следует вести наращивание кристаллов до их содержания в утфеле в диапазоне 46-50%. Т.е. на второй ступени идет формирование основной массы кристаллов. При запредельных значениях, т.е. менее 46 или более 50% достижение технического результата изобретения ухудшается.

Использование на второй ступени моноглицерида дистиллированного мягкого обусловлено увеличением в этот период вязкости утфеля.

Установлено, что введение моноглицерида дистиллированного мягкого способствует более интенсивному росту кристаллов, уменьшает риск образования вторичных центров кристаллизации сахарозы в условиях высокого содержания ее кристаллов. При добавлении моноглицерида менее 0,005% и более 0,010% к массе клеровки эти условия ухудшаются. Моноглицериды нагревают до температуры 50-60°C, так как они наиболее эффективны в расплавленном состоянии. Нагревание моноглицеридов менее 50°C и более 60°C ухудшает условия их применения [Славянский А.А., Мойсеяк М.Б. Особенности и интенсификация процессов уваривания, охлаждения и центрифугирования утфеля последней кристаллизации. (Монография). - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2007. - 108 с.].

При содержании в клеровке сахара третьей кристаллизации менее 70% или более 75% сухих веществ усложняется обеспечение технического результата изобретения. Так, например, при содержании в клеровке сахара третьей кристаллизации менее 70% сухих веществ потребуется больше времени для наращивания кристаллов, тогда как при содержании сухих веществ более 75% усложняются условия регулирования величины пересыщения межкристального раствора и возрастает риск образования вторичных центров кристаллизации.

По завершении процесса наращивания кристаллов сахара в утфеле его сгущают до содержания 93,0-93,5% сухих веществ, что позволяет повысить в нем общее содержание сахара. При запредельных значениях, т.е. менее 93,0 или более 93,5%, достижение технического результата изобретения ухудшается. При содержании в утфеле менее 93% сухих веществ не обеспечивается глубокое истощение межкристального раствора, а в случае более 93,5% утфель теряет необходимую текучесть и возрастает время для его раскачивания до необходимой концентрации в вакуум-аппарате. Поэтому для обеспечения хорошей текучести утфеля и последующего разделения в центрифугах его раскачивают перед спуском из вакуум-аппарата сиропом из выпарной установки до 92,0-92,5%. При этих условиях утфель приобретает необходимую подвижность и легко разделяется в центрифугах с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков. При запредельных значениях содержания в утфеле сухих веществ, т.е. менее 92,0 или более 92,5% достижение технического результата по предлагаемому способу ухудшается. Так, например, при содержании в утфеле сухих веществ менее 92,0 в нем снижается процентное содержание кристаллов, а при превышении 93% СВ ухудшаются условия последующего разделения его в центрифугах. Полученные результаты получены экспериментальным путем.

Пример. Раздельно готовят клеровки сахара второй и третьей кристаллизации с содержанием в них 72,5% сухих веществ.

Затем в вакуум-аппарат набирают только клеровку сахара второй кристаллизации и сгущают ее до содержания сухих веществ 82,5%. В качестве центров кристаллизации используют сахарную пудру, предварительно фракционированную рассевом на ситах до размеров ее кристаллов 0,140 мм, которую вводят в аппарат из расчета 5 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла.

После этого центры кристаллизации в вакуум-аппарате наращивают в две ступени, на первой из которых в вакуум-аппарат подкачивают сироп с выпарной установки с содержанием 57,5% сухих веществ до достижения в утфеле 48% кристаллов. Затем на второй ступени кристаллы сахара наращивают подкачками клеровки сахара третьей кристаллизации, содержащей 72,5% сухих веществ. При этом предварительно в нее вводят моноглицерид дистиллированный мягкий марки ПО-90, нагретый до температуры 55°C в количестве 0,0075% к ее массе. После этого утфель сгущают до содержания в нем 93,25% сухих веществ и перед спуском из вакуум-аппарата его раскачивают сиропом из выпарной установки до 92,25% сухих веществ. Полученный утфель разделяют в центрифугах на кристаллический белый сахар, первый и второй оттеки.

В ходе исследований анализируются основные технологические показатели утфеля и его межкристального раствора: чистота (Ч, %), содержание сухих веществ (СВ, %), процентное содержание кристаллов сахара в утфеле (К, %), время уваривания утфеля (Т, ч), цветность кристаллического белого сахара (Ц, усл.ед.), средний размер кристаллов сахара (Ср, мм), коэффициент неоднородности кристаллов сахара (Кн, %).

Результаты исследований по предлагаемому способу: Ч=91,8%; СВ=92,3%; К=51,9%; Т=2,8 ч; Ц_сах=0,75 усл.ед.; Ср=0,72 мм; Кн=22,9%.

Параллельно утфель первой кристаллизации получают по известному способу (прототипу). Вначале готовят раздельно клеровку из сахара второй и третьей кристаллизации с содержанием 72,5% сухих веществ.

Затем в вакуум-аппарат набирают клеровку сахара второй кристаллизации, сгущают до коэффициента пересыщения 1,25 и вводят в нее затравку в виде сахарной пудры. Образуемые при этом центры кристаллизации закрепляют подкачками клеровки и затем осуществляют их наращивание в две стадии. На первой стадии кристаллы сахара наращивают на подкачках сиропа с выпарной установки с содержанием в нем 61,5% сухих веществ, и этот процесс осуществляют до достижения в утфеле 48% кристаллов. Вторую стадию наращивания ведут на подкачках клеровки сахара третьей кристаллизации с содержанием в ней 61,5% сухих веществ. По завершении наращивания кристаллов утфель сгущают в вакуум-аппарате до достижения в нем 92,5% сухих веществ. Полученный утфель разделяют в центрифугах на кристаллический белый сахар, первый и второй оттеки.

Результаты исследований по известному способу (прототипу): Ч=91,85%; СВ=92,5%; К=49,6% Т=3,1 ч; Ц_сах=0,8 усл.ед.; Ср=0,60 мм; Кн=26%.

Из представленных результатов исследований видно, что предлагаемый способ в сравнении с известным обеспечивает более глубокое истощение межкристального раствора, что позволяет повысить содержание кристаллов в готовом утфеле на 23%. При этом время уваривания утфеля по прилагаемому способу сокращается на 0,3 ч при одновременном улучшении цветности и гранулометрических показателей кристаллического белого сахара.