Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ УТФЕЛЯ ПЕРВОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно к разделению утфеля первой кристаллизации в поле действия центробежных сил.

Известен способ разделения утфеля первой кристаллизации в центрифугах периодического действия, включающий в себя доведение утфеля первой кристаллизации перед спуском из вакуум-аппарата до температуры 74-78°C, с таким расчетом, чтобы при его центрифугировании температура составила 68-72°C.

Утфель загружают в ротор фильтрующей центрифуги до достижения заданной толщины слоя на фильтрующей поверхности ротора около 150 мм. Вначале отделяют первый оттек от кристаллов сахара и затем их промывают нагретой до 80-95°C водой. При этом промывание кристаллов сахара начинают через 15-25 с после окончания загрузки утфеля в центрифугу. Перед выгрузкой кристаллического белого сахара из ротора центрифуги его подсушивают в поле действия центробежных сил до влажности 0,8-1,5% и при помощи вибротранспортера направляют в сушильное отделение (RU 2154107, C13F 1/08. Опубл. 10.08.2000. Бюл. №22).

Недостатком способа является отсутствие требований по подготовке утфеля к центрифугированию, условиям заполнения им ротора центрифуги и промывания кристаллов сахара, а также использование для промывания только горячей воды при удалении с их поверхности пленки оттека.

Наиболее близким к предлагаемому является способ разделения утфеля первой кристаллизации в центрифугах периодического действия, предусматривающий загрузку утфеля в ротор фильтрующей центрифуги периодического действия до достижения толщины слоя утфеля около 150 мм, отделение первого оттека от кристаллов сахара, промывание их с отделением второго оттека и подсушивание кристаллов сахара перед их выгрузкой из ротора до 0,8-1,5% к массе утфеля. Загружаемый в центрифугу утфель предварительно раскачивают сиропом, содержащим перекись водорода в количестве 0,003-0,009% к массе сахара, до содержания в нем 91,7-92,2% сухих веществ и выдерживают при этом температуру 68-72°C для обеспечения его минимальной вязкости. Промывание кристаллов начинают после отделения из них 95-98% первого оттека, причем эту операцию проводят в две ступени - сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 60-75% сухих веществ и температурой 70-80°C в количестве 2,0-3,5% к массе утфеля, а затем промывной водой температурой 80-95°C в количестве 0,5-1,5% к массе утфеля (RU 2508408, C13B 30/10. Опубл. 27.02.2014 г. Бюл. №6).

Недостатком способа является высокая вязкость утфеля при переработке сырья низкого качества или при нарушении технологии уваривания утфеля в вакуум-аппарате, что также связано с быстрым охлаждением утфеля при его загрузке. При этом не всегда удается обеспечить высокое качество сахара в процессе его промывания в центрифугах.

Достигаемым техническим результатом заявленного способа является увеличение выхода кристаллического белого сахара из центрифуги и улучшение его качественных показателей.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе разделения утфеля первой кристаллизации, предусматривающем загрузку утфеля в ротор фильтрующей центрифуги периодического действия, отделение первого оттека от кристаллов сахара, промывание их с отделением второго оттека и подсушивание кристаллов сахара до 0,8-1,5% к его массе перед выгрузкой из ротора, отличающийся тем, что предварительно в утфель, загружаемый в ротор, вводят моноглицерид дистиллированный мягкий, нагретый до температуры утфеля, в количестве 0,002-0,006% к его массе, затем их смесь раскачивают сиропом концентрацией 60-65% с доведением содержания сухих веществ утфеля до 91,7-92,5% и заполняют им ротор центрифуги одновременно с вводом в него воздуха, насыщенного влагой, и температурой выше, чем утфеля, на 5-7°C, при этом время заполнения ротора утфелем составляет 15-20 с, причем после отделения из слоя утфеля основной массы первого оттека, начинают промывание кристаллов сахара, которое осуществляют в две ступени - сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 60-65% сухих веществ и температурой 80-90°C из расчета 2,0-3,5% к массе утфеля, а затем горячей водой, смешанной с озоном из расчета 2-5 мг/л, в количестве 0,5-1,0% к массе сахара.

Способ разделения утфеля первой кристаллизации заключается в следующем.

Перед спуском готового утфеля первой кристаллизации из вакуум-аппарата в него вводят моноглицерид дистиллированный мягкий, нагретый до температуры утфеля, в количестве 0,002-0,006% к массе утфеля. Применение моноглицерида дистиллированного мягкого, известного под маркой ПО-90, обеспечивает более эффективные условия разделения утфеля первой кристаллизации в центробежном силовом поле. При этом снижается вязкость межкристального раствора утфеля, а значит, улучшаются условия удаления пленки межкристального раствора с поверхности кристаллов сахара, что позволяет существенно снизить расход промывных агентов и растворение кристаллов в процессе их промывания [Славянский А.А., Мойсеяк М.Б. Особенности интенсификации процессов уваривания, охлаждения и центрифугирования утфеля последней кристаллизации (Монография). - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2007. - 108 с.].

При запредельных значениях по количеству вводимого в утфель ПО-90 достижение технического результата изобретения ухудшается.

Затем готовый утфель первой кристаллизации спускают из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку, где его раскачивают сиропом концентрацией 60-65% с доведением содержания сухих веществ в утфеле до 91,7-92,5%. Раскачивание утфеля в этом диапазоне по содержанию сухих веществ позволяет, с одной стороны, равномерно распределить в нем моноглицерид дистиллированный мягкий и обеспечить тем самым хорошие условия разделения утфеля в центрифуге, а с другой - улучшить подвижность утфеля при его загрузке в центрифугу. При содержании в утфеле сухих веществ менее 91,7% снижается выход сахара из центрифуги, а в случае их превышения более 92,7% ухудшается подвижность и разделение такого утфеля в поле действия центробежных сил.

По завершении процесса раскачивания утфеля сиропом в приемной утфелемешалке его подают в центрифугу одновременно с вводом в ее ротор насыщенного влагой воздуха температурой выше, чем утфеля, на 5-7°C. Применение насыщенного влагой воздуха обеспечивает более полное отделение межкристального раствора из слоя сахара, а также исключает образование в нем вторичных кристаллов и охлаждение утфеля в процессе центрифугирования. При этом достигается более полное удаление пленки оттека с поверхности кристаллов сахара. Выдерживание температуры насыщенного влагой воздуха выше утфеля в интервале 5-7°C установлено экспериментальным путем и создает оптимальные условия для отделения межкристального раствора из слоя кристаллов сахара.

Предельные значения по температуре, т.е. менее 5°C или выше 7°C, не позволяют обеспечить достижение технического результата изобретения. Кроме выдерживания температурных условий в утфельной массе важным требованием является длительность заполнения ротора центрифуги утфелем, которую рекомендуется выдерживать в диапазоне 15-20 с. В противном случае, т.е. при запредельных условиях - менее 15 и более 20 с, не обеспечивается технический результат изобретения.

Затем, после отделения из слоя утфеля основной массы первого оттека (более 98%), начинают промывание кристаллов сахара, которое осуществляют в две ступени - сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 60-65% по сухим веществам и температурой 80-90°C из расчета 2,0-3,5% к массе утфеля, а затем горячей водой, смешанной с озоном из расчета 2-5 мг/л, в количестве 0,5-1,0% к массе сахара.

Условия промывания кристаллов сахара были установлены экспериментальным путем, включая требования к промывным агентам. В качестве промывающего сахарсодержащего агента может быть использован сироп с выпарной установки или разбавленный второй оттек утфеля первой кристаллизации, как и клеровка сахаров последних кристаллизаций. При промывании кристаллов сахара нагретым сахарсодержащим раствором снижается вязкость пленки межкристального раствора на кристаллах сахара, что способствует ее более полному отделению при существенном снижении расхода промывной воды [Славянский А.А. Центрифугирование и его влияние на выход и качество сахара (Монография). - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2007. - 180 с.].

При концентрации сахарсодержащего раствора, используемого в качестве промывного агента, менее 60% сухих веществ возрастает количество растворяемого сахара, что уменьшает его выход из центрифуги, а более 65% - ухудшает отделение оттека из слоя кристаллов сахара и не позволяет обеспечивать высокое качество сахара. Требования к диапазону температур промывного раствора в пределах 80-90°C установлены в результате производственных экспериментов. При запредельных значениях температур, т.е. менее 80°C или более 90°C, не достигается технического результата изобретения. Наличие требований к концентрации сахарсодержащего раствора, применяемого для промывания кристаллов, и его температуре тесно увязано с его расходом в пределах 2,0-3,5% к массе утфеля. При расходе сахарсодержащего раствора менее 2,0% к массе утфеля не достигается полного отделения межкристального раствора из порового пространства слоя кристаллов. Превышение расхода более 3,5% к массе утфеля повышает растворение кристаллов сахара в центрифуге, а значит, снижает их выход из центрифуги.

Кроме того, данная ситуация позволяет снизить расход промывной воды для окончательного удаления пленки межкристального раствора с поверхности кристаллов сахара. Расход воды менее 0,5% не обеспечивает промывания кристаллов в оптимальном режиме, и их качественные показатели могут быть ухудшены. При расходе промывной воды более 1% к массе сахара снижается его выход из центрифуги. Предварительная обработка промывной воды озоном позволяет улучшить очистку кристаллов от красящих веществ, снизить их обсемененность микроорганизмами и таким образом повысить качество вырабатываемого сахара. Добавление озона в промывную воду из расчета 2-5 мг/л установлено опытным путем.

Озон уничтожает практически все биологические, органические и неорганические загрязнения. Основное преимущество применения озона для обработки водных растворов и суспензий при производстве сахара содержится в самой природе этого вещества. Действие озона основано на высокой окислительной способности, обусловленной легкостью отдачи активного атома кислорода (O₃=O₂+O). Уникальное действие озона состоит в том, что он не только уничтожает микрофлору, но и при взаимодействии с продуктами жизнедеятельности микроорганизмов разрушает их. Применение озона также снижает цветность готового продукта, в основном за счет разрушения меланоидинов. Кроме того, под действием озона уничтожается запах, появляющийся в результате окисления и минерализации органических примесей [Горчинский Ю.Н., Потапов О.А., Никоненко Ф.П. Технология получения особо чистого стерилизованного сахара из сахара-сырца. // Сахар. - 2001. - №5. - С. 25-28].

Добавление в промывную воду озона из расчета 2-5 мг/л установлено результатами соответствующих исследований. При запредельных его количествах, т.е. менее 2 или более 5 мг/л, не достигается технического результата изобретения. Использование для промывания кристаллов сахара горячей воды в диапазоне температур 80-90°C позволяет не только улучшить удаление пленки оттека с поверхности кристаллов, но и повысить их выход с центрифуги.

Пример. Перед спуском готового утфеля первой кристаллизации из вакуум-аппарата по предлагаемому способу в него вводят моноглицерид дистиллированный мягкий марки ПО-90 в количестве 0,004% к массе утфеля. Затем готовый утфель спускают из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку, где его раскачивают сиропом концентрацией 62,5% с доведением содержания сухих веществ в утфеле до 92,1% и выдерживают его температуру 70°C перед вводом в центрифугу.

Процесс разделения утфеля осуществляют в центрифугах периодического действия марки ФПН-1251Т с разовой загрузкой 700 кг. Утфель загружают в ротор центрифуги при частоте его вращения 230 мин^-1 до образования им слоя на фильтрующей поверхности ротора толщиной 150 мм. Одновременно с этим в ротор утфеля подают насыщенный влагой воздух температурой выше утфеля на 6°C. Причем время заполнения утфелем ротора центрифуги составляет 17 с. Загрузка ротора центрифуги сопровождается отделением первого оттека в период набора им оборотов с 230 до 1000 мин^-1.

Промывание кристаллов сахара начинают сразу после завершения отделения межкристального раствора из порового пространства их слоя. Причем его проводят в две ступени - сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 62,5% сухих веществ и температурой 85°C из расчета 2,7% к массе утфеля, а затем горячей водой, смешанной с озоном из расчета 3,5 мг/л, в количестве 0,75% к массе сахара.

После этого кристаллы белого сахара подсушивают в поле действия центробежных сил до влажности 1% к их массе перед выгрузкой из центрифуги.

В ходе экспериментов анализируют чистоту утфеля первой кристаллизации (Ч_утфI, содержание в утфеле сухих веществ (CB_утвI) кристаллов сахара (К, %), а также физико-химические показатели качества кристаллического белого сахара: цветность (Ц, усл.ед.), мутность (М, физ.ед.), редуцирующие вещества (РВ, %), золу (Зол, %) и гранулометрические показатели: средний размер кристаллов (Ср, мм), коэффициент неоднородности (Кн, %).

Утфель, сваренный по предлагаемому способу, имеет следующие показатели:

- технологические: Ч_утфI=91,87%, СВ_утфI=92,2%, К_н=50,5%;

- физико-химические: Ц_сах=0,70 усл.ед.; М=15 физ.ед.; РВ=0,025%; Зол.=0,021%;

- гранулометрические: Ср=0,725 мм; К_н=24,6%.

Для сравнения осуществляют также способ разделения утфеля первой кристаллизации по известному способу. В соответствии с ним утфель первой кристаллизации уваривают в вакуум-аппарате до содержания сухих веществ 92,7%, спускают из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку, где его раскачивают сиропом, содержащим перекись водорода в количестве 0,006% к массе сахара, до концентрации в нем 92,2% сухих веществ и выдерживают его температуру 70°C перед разделением в центрифугах.

Разделение утфеля осуществляют в центрифугах периодического действия марки ФПН-1251Т с разовой загрузкой 700 кг. Утфель подают в ротор центрифуги при частоте его вращения 230 мин^-1 до образования на фильтрующей поверхности ротора его слоя толщиной 150 мм. Отделяют первый оттек в момент разгона ротора с 230 до 1000 мин^-1. Промывание кристаллов сахара начинают после отделения из их порового пространства 96,5% первого оттека. Причем эту операцию проводят в две ступени - сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 68% сухих веществ и температурой 75°C в количестве 2,5% к массе утфеля, а затем промывной водой температурой 85°C в количестве 0,75% к массе утфеля.

Затем кристаллы белого сахара подсушивают в поле действия центробежных сил до влажности 1,0% к их массе перед выгрузкой из центрифуг.

Утфель, сваренный по известному способу, имеет следующие показатели:

- технологические: Ч_утфI=91,88%, СВ_утфI=92,3%; К_н=47,9%;

- физико-химические: Ц_сах=0,80 усл.ед.; М=25,3 физ.ед.; РВ=0,041%; Зол=0,035%;

- гранулометрические: Ср=0,60 мм; К_н=28,7%.

Таким образом, из полученных данных при сравнительной оценке способов видно, что предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает повышение выхода кристаллического белого сахара из центрифуги на 2,6%. Причем сахар по предлагаемому способу имеет более высокие физико-химические и гранулометрические показатели качества.