Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УТФЕЛЯ ПЕРВОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Известен способ получения утфеля первой кристаллизации, включающий сгущение смеси сиропа с клеровкой до достижения коэффициента пересыщения 1,25-1,30 в вакуум-аппарате, заводку кристаллов путем введения в сгущенный раствор затравки в виде тонкоизмельченной сахарной пудры, наращивание кристаллов затравки на подкачках смеси сиропа с клеровкой в вакуум-аппарате при регулировании величины коэффициента пересыщения по мере роста кристаллов от 1,08-1,12 до 1,12-1,15, сгущение кристаллической массы утфеля до содержания в нем 92,0-92,5% сухих веществ, выгрузку готового утфеля из вакуум-аппарата в приемную мешалку. При спуске в нее утфеля происходит снижение его температуры в диапазоне 5-6°С, и для ее восстановления утфель орошают водой температурой 75°С. При этих условиях имеет место снижение коэффициента пересыщения утфеля до 1,03-1,06. После этого готовый утфель первой кристаллизации направляют в центрифуги, где его разделяют в поле действия центробежных сил с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков [Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - М.: Агропромиздат, 1986. - С. 293-298].

Недостатком этого способа является неполное истощение межкристального раствора утфеля первой кристаллизации на основных этапах заводки центров кристаллизации, их наращивания и доведения до готовности, что не обеспечивает получение высокого выхода сахара, требует больше времени на процесс уваривания утфеля в вакуум-аппарате и в целом ухудшает эффективность работы продуктового отделения. Кроме того, отсутствие требований к процессу разделения утфеля в центрифугах также не способствует повышению выхода и качества кристаллического белого сахара, при этом возрастают расходы на последующую переработку отделяемых в процессе центрифугирования оттеков.

Наиболее близким аналогом является способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий сгущение смеси сиропа с клеровкой, заводку кристаллов, их наращивание путем подкачек в вакуум-аппарат новых порций смеси сиропа с клеровкой и второго оттека утфеля первой кристаллизации, сгущение кристаллической массы до содержания сухих веществ 93,5-94,5%, выгрузку из вакуум-аппарата в приемную мешалку-кристаллизатор, выдерживание в ней при перемешивании в течение 15-20 мин, раскачивание утфеля его первым оттеком, нагретым до 80°С, до содержания в нем 92,0-92,5% сухих веществ и центрифугирование с получением белого кристаллического сахара, первого и второго отттеков [Улучшение условий работы продуктового отделения на Чишминском сахарном заводе. / А.А. Славянский, А.Р. Сапронов, А.П. Лобанова и др. // Сахарная промышленность. - 1984. - №10. - С. 22-25].

Недостатком способа является то, что утфель выгружают из вакуум-аппарата с высоким содержанием сухих веществ, превышающих нормативы на 1-2%, что затрудняет его выгрузку из вакуум-аппарата, усложняет процесс его разделения в центробежном силовом поле, отрицательно влияет на выход сахара из центрифуг и на его качественные показатели. Кроме того, при высоком содержании сухих веществ в утфеле и снижении его температуры на 5-6°С в момент выгрузки из вакуум-аппарата в холодную приемную утфелемешалку резко возрастает коэффициент пересыщения межкристального раствора утфеля, что может быть причиной образования в нем новых центров кристаллизации ("муки") и последующих затруднений с его раскачиванием в приемной утфелемешалке и последующей загрузке в ротор центрифуги. Причем данный способ не обеспечивает высокие требования к промыванию кристаллов, а значит к выходу и качеству кристаллов сахара. Помимо этого отсутствие в способе требований к температурным условиям уваривания и центрифугирования утфеля первой кристаллизации может быть причиной появления новых центров кристаллизации и дополнительных затруднений с обеспечением выхода и качества сахара ввиду возрастания потерь сахарозы.

Технический результат изобретения заключается в достижении более высокого выхода и качественных показателей сахара, сокращении времени уваривания и центрифугирования утфеля, а также потерь сахарозы в кристаллизационном отделении.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающем сгущение смеси сиропа с клеровкой, заводку кристаллов, их наращивание путем подкачек смеси сиропа с клеровкой в вакуум-аппарат и второго оттека утфеля первой кристаллизации, сгущение утфеля до готовности, выгрузку из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку, выдерживание в ней с раскачиванием его первым оттеком до требуемого содержания сухих веществ и температуры, центрифугирование в центрифуге периодического действия с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков с направлением в отдельные сборники, отличающемся тем, что в качестве центров кристаллизации используют маточный утфель с размерами кристаллов 0,160-0,180 мм, при этом наращивание кристаллов ведут при регулировании коэффициента пересыщения в диапазоне 1,08-1,15 и температуре 76-74°С, утфель сгущают до 93,5-94,5% сухих веществ и перед спуском его из вакуум-аппарата раскачивают вторым оттеком, содержащим 76,0-80,0% сухих веществ до 92,0-92,5% сухих веществ температурой 76-78°С, после спуска утфеля в приемную утфелемешалку его дораскачивают первым оттеком до 91,5-92,0% сухих веществ и перед центрифугированием доводят температуру утфеля до 68-72°С, процесс центрифугирования проводят в две стадии - сначала вторым оттеком утфеля первой кристаллизации, разбавленным до 65-70% сухих веществ из расчета 2,0-3,0% к массе утфеля, и затем промывной водой температурой 80-90°С из расчета 0,8-1,2% к массе утфеля.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале готовится маточный утфель в отдельном охлаждающем кристаллизаторе [Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства. Часть 2 / В.О. Штангеев, В.Т. Кобер, Л.Г. Белостоцкий и др. - Под ред. В.О. Штангеева. - К.: "Цукор Украiны", 2004. - С. 116-117 (320 с.)]. При этом к маточному утфелю предусматриваются дополнительные требования по содержанию в нем кристаллов в пределах 20-30% и размеру кристаллов, который выдерживают в интервале 0,160-0,180 мм. Эти отличия в технологии получения маточного утфеля обеспечивают не только снижение риска срастания кристаллов, но и улучшают их качественные показатели. При исключении требований к процентному их содержанию в маточном утфеле, т.е. менее 20% или больше 30%, возрастает риск образования новых центров кристаллизации, а также термические потери сахарозы в процессе уваривания утфеля первой кристаллизации.

Требования к размеру кристаллов маточного утфеля установлены экспериментальным путем. Отмечено, что при их размерах менее 0,160 мм возможно срастание отдельных центров кристаллизации, что ухудшает последующее центрифугирование утфеля, а при превышении размера кристаллов более 0,180 мм отмечено некоторое снижение скорости кристаллизации и случаи образования новых центров кристаллизации сахарозы.

По завершении процесса получения маточного утфеля его набирают в вакуум-аппарат в смеси с сиропом и клеровкой до полного закрытия поверхности паровой камеры и начинают процесс наращивания кристаллов на подкачках сиропа с клеровкой.

При этом наращивание проводят при регулировании коэффициента пересыщения в утфеле в диапазоне 1,08-1,15 и температуре 76-74°С. Это позволяет обеспечить оптимальную скорость кристаллизации сахарозы в данном диапазоне пересыщения и температур. При запредельных значениях данных параметров, т.е. пересыщение в диапазоне 1,08-1,15 и температуре 76-74°С, достижение технического результата изобретения ухудшается.

Затем по завершении операции наращивания кристаллов на подкачках сиропа с клеровкой утфель сгущают до содержания в нем 93,5-94,5% сухих веществ. Это необходимо для более глубокого обессахаривания межкристального раствора утфеля. При этом подвижность такого утфеля ухудшается, как и скорость роста его кристаллов. Интервал утфеля по сухим веществам утфеля в диапазоне 93,5-94,5% установлен экспериментальным путем, и при его запредельных значениях не обеспечивается высокий выход сахара требуемого качества. При этом резко ухудшаются условия его подготовки к спуску из вакуум-аппарата. Для обеспечения подвижности утфеля в момент его спуска из вакуум-аппарата предусматривается возможность ввода в него второго оттека утфеля первой кристаллизации, разбавленного до 76,0 - 80,0% сухих веществ. Применение второго оттека для раскачивания утфеля высокой концентрации обосновано его более высоким качеством по сравнению с первым оттеком утфеля первой кристаллизации. Требования к содержанию во втором оттеке сухих веществ в диапазоне 76,0-80,0% установлены экспериментально и позволяют обеспечить достижение технического результата изобретения при минимальных потерях сахарозы. При этом процесс раскачивания утфеля до содержания в нем 92,0-92,5% сухих веществ обоснован требованиями типовой технологии [Инструкция по ведению технологического процесса. - М.: ВНИИСП, 1985. - С. 234 (372 с.)]. В соответствии с данной инструкцией сгущение увариваемого утфеля до 92,0-92,5% сухих веществ создает необходимые условия для обессахаривания межкристального раствора утфеля и по типовой технологии считается достаточным.

Выдерживание температуры второго оттека в диапазоне 76-78°С обосновано экспериментально и позволяет обеспечить температуру спускаемого утфеля с учетом воздействия окружающей среды. Так как известно, что при спуске утфеля в приемную утфелемешалку температура его снижается на 5-6°С, что соответствует увеличению коэффициента пересыщения на 0,06-0,08. При таких условиях возможно появление в утфеле "муки" (Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - 2 изд., исправл. и доп. – М.: Колос, 1999. - С. 301 (495 с)].

Поэтому после спуска утфеля в приемную утфелемешалку его дораскачивают первым оттеком до 91,5-92,0% сухих веществ. Этот диапазон по сухим веществам в утфеле первой кристаллизации установлен по результатам исследований и позволяет обеспечить загрузку центрифуг с равномерным распределением слоя утфеля на перфорированной поверхности ротора. При содержании сухих веществ в утфеле менее 91,7% снижается выход сахара, возможно биение ротора центрифуги, а при превышении сухих веществ более 92,0% могут быть плохие условия загрузки ротора утфеля с ухудшением выхода и качества кристаллического белого сахара.

Выдерживание температуры утфеля перед загрузкой в диапазоне 68-72°С обусловлено тем, что при этих температурных параметрах обеспечивается минимальная вязкость его и наиболее эффективные условия разделения в поле действия центробежных сил [Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - 2 изд., исправл. и доп. – М.: Колос, 1999. - С. 292 (495 с)].

Процесс центрифугирования по предлагаемому способу проводят в две стадии - сначала вторым оттеком разбавленного до 65-70% сухих веществ из расчета 2,0-3,0% к массе утфеля. Применение второго оттека для вытеснения из слоя кристаллов сахара обеспечивает эффективность данной операции и позволяет снизить общий расход промывной воды. Причем для обеспечения необходимого выхода и качества сахара следует выдерживать требования к содержанию в нем сухих веществ в диапазоне 65-70% и расход из расчета 2,0-3,0% к массе утфеля. Использование в качестве промывного раствора второго оттека утфеля первой кристаллизации исключает применение для этих целей сиропа из выпарной установки, а значит позволяет повысить выход сахара. Кроме того, обеспечивается более полный цикл использования второго оттека на первой стадии получения кристаллического белого сахара.

Концентрация сухих веществ в промывном сахаросодержащем растворе, так же как его расход для промывания кристаллов установлены опытным путем и являются наиболее благоприятными для вытеснения межкристального раствора из слоя сахара, так позволяют провести этот процесс при минимальных потерях сахара. Кроме этого замена им пленки межкристального раствора на кристаллах сахара не требует значительных количеств промывной воды для ее удаления.

После промывания кристаллов сахара сахаросодержащим раствором начинается второй этап этой операции. С этой целью используют промывную воду температурой 80-90°С из расчета 0,8-1,2% к массе утфеля. Эти параметры установлены экспериментальным путем и при их запредельных значениях как по температуре, так и количеству достижение технического результата изобретения ухудшается. Так, при температуре промывной воды менее 80°С возрастает расход воды, а при более 90°С увеличиваются потери сахара за счет растворения. При даче промывной воды в количестве менее 0,8% к массе утфеля не обеспечивается высокое качество кристаллического белого сахара, а при превышении 1,2% к массе утфеля снижается выход сахара.

Для сопоставления предлагаемого способа с известным определяют основные технологические показатели: частоту утфеля первой кристаллизации в вакуум-аппарате (Ч_утфI, %); содержание в нем сухих веществ (СВ_утфI, %); выход кристаллов сахара из центрифуги (К, % к массе утфеля); физико-химические показатели качества кристаллического белого сахара: цветность (Цв_сах., усл.ед.), мутность (М_сах; физ. ед.), содержание редуцирующих веществ (РВ, %), содержание золы (Зол., %), гранулометрический показатели кристаллического белого сахара: средний размер кристаллов (С_р, мм), коэффициент неоднородности (К_н, %).

Пример 1. Вначале готовится маточный утфель в отдельном охлаждающем кристаллизаторе по известной технологии с размером кристаллов 0,140 мм. В начале набора в вакуум-аппарате создают остаточное давление 0,06-0,07 МПа.

Затем, открывая основной воздушный вентиль, снижают остаточное давление до 0,02-0,015 МПа. Одновременно с открытием вентиля предварительного разрежения в аппарат начинают подавать сироп с клеровкой и маточным утфелем. Как только аппарат заполнился на 1/3 высоты паровой камеры, начинают ее прогревать, вводя в нее греющий пар. В тот момент, когда вся площадь поверхности паровой камеры будет закрыта вводимой в вакуум-аппарат кристаллической массой, паровой вентиль греющего пара открывается полностью, и при остаточном давлении около 0,015 МПа начинают проводить процесс выпаривания воды из утфельной массы.

Причем наращивание кристаллов маточного утфеля ведут при регулировании коэффициента пересыщения в диапазоне 0,12 и температуре 74°С и затем сгущают до содержания в утфеле первой кристаллизации 94,0% сухих веществ.

По завершении процесса уваривание утфеля перед спуском из вакуум-аппарата его раскачивают вторым оттеком этого утфеля, содержащим 78% сухих веществ и температуры 77°С до 92,25% сухих веществ. Затем, после спуска утфеля в приемную утфелемешалку раскачивают первым оттеком до 91,75% сухих веществ и перед центрифугированием доводят температуру утфеля до 70°С. Процесс центрифугирования утфеля проводят в центрифугах типа ФПН - 1251Т в две стадии - сначала вторым оттеком утфеля первой кристаллизации, разбавленным до 67,5% сухих веществ из расчета 2,5% к массе утфеля, и затем промывной водой температурой 85°С из расчета 1,0% к массе утфеля.

Результаты исследований по предлагаемому способу:

- технологические показатели: Ч_утфI=92,4%; СВ_утфI=92,25%; К_cр=52,6%;

- физико-химические показатели качества кристаллического сахара: Цв_сах=0,65 усл.ед.; M_сах=187 физ. ед.; РВ=0,025%; Зол.=0,015%;

- гранулометрические показатели: С_р=0,74 мм; К_н=22,8%.

Параллельно производство сахара осуществляли по известному способу с использованием тех же условий, что и по предложенному.

Пример 2. Утфель первой кристаллизации получают путем сгущения смеси сиропа с клеровкой в вакуум-аппарате до достижения коэффициента пересыщения 1,25. Затем осуществляют заводку кристаллов путем ввода в сгущенную смесь сиропа с клеровкой затравки в виде тонкоизмельченной сахарной пудры из расчета 75 г на 40 т. утфеля. Заведенные кристаллы закрепляют новыми подкачками смеси сиропа с клеровкой. При этом подкачки смеси сиропа с клеровкой сбалансированы с количеством выпариваемой из нее воды таким образом, чтобы по мере истощения межкристального раствора коэффициент пересыщения изменялся равномерно. После набора в вакуум-аппарат последней порции смеси сиропа с клеровкой процесс наращивания кристаллов сахара проводят на подкачках второго оттека утфеля первой кристаллизации. После чего сгущение кристаллической массы ведут до содержания 94% сухих веществ и готовят к выгрузке из вакуум-аппарата.

После выгрузки утфеля в приемную утфелемешалку его выдерживают в ней при перемешивании в течение 17,5 мин и раскачивание проводят его первым оттеком, нагретым до 80°С до содержания в нем 92,25% сухих веществ. Затем утфель подают на центрифугирование с получением белого кристаллического сахара, первого и второго оттеков.

Результаты исследований по известному способу:

- технологические показатели: Ч_утфI=92,41%; СВ_утфI=92,25%; К_ср=50,7%;

- физико-химические показатели качества кристаллического сахара: Цв_сах=0,80 усл.ед.; М_сах=27,6 физ. ед.; РВ=0,043%; Зол.=0,029%;

- гранулометрические показатели: С_р=0,68 мм; К_н=28,4%.

Таким образом, из представленных примеров видно, что предложенный способ по сравнению с известным позволяет повысить выход сахара после уваривания и центрифугирования на 1,9% к массе утфеля. Кроме того, получаемый при этом кристаллический белый сахар имеет несколько лучшие показатели качества, чем по прототипу.