Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УТФЕЛЯ ПЕРВОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к производству кристаллического белого сахара и может быть использовано при уваривании утфеля первой кристаллизации в сахарной промышленности.

Известен способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий сгущение смеси сиропа с клеровкой до 82,0-83,0% сухих веществ в вакуум-аппарате, заводку кристаллов путем введения в сгущенный раствор тонкоизмельченной сахарной пудры или затравочной пасты с размером кристаллов 0,015-0,020 мм, их наращивание до 0,160-0,200 мм с одновременной продувкой кристалломассы паром для увеличения расстояния между кристаллами, при этом расход пара составляет 1,5-2,0% к расходу греющего пара на уваривание утфеля, последующее наращивание кристаллов до содержания сухих веществ в утфеле 88,0-88,5% в течение времени, составляющем 65-70% от общего времени уваривания, окончательное сгущение утфельной массы до 92,0-93,0% сухих веществ, выгрузку готового утфеля из вакуум-аппарат в приемную утфелемешалку и центрифугирование с получением сахара-песка, первого и второго оттеков (SU №1707081, C13F 1/02, 08.05.1990).

Недостатком способа является отсутствие необходимых требований к формированию центров кристаллизации, что может быть причиной срастания кристаллов и усложнит условия получения кристаллического сахара высоко качества. Кроме того не обеспечивается равномерное наращивание кристаллов, а также выдерживание минимальной вязкости утфеля в конце его уваривания. При этих условиях сложно обеспечить быстрое и эффективное истощение межкристального раствора утфеля, а значит и высокий выход кристаллического белого сахара.

Наиболее близким аналогом является способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий сгущение в вакуум-аппарате смеси сиропа с клеровкой до 82,0-83,0% сухих веществ, заводку кристаллов, их наращивание с одновременной продувкой кристалломассы паром для предотвращения образования сростков кристаллов, последующее их наращивание при сгущении утфеля до 88,0-88,5% сухих веществ, окончательное сгущение его до 92,0-93,0% сухих веществ и центрифугирование с получением кристаллического сахара, первого и второго оттеков. Причем наращивание кристаллов при сгущении утфеля до 88,0-88,05% сухих веществ проводят при температуре 72,0-76,0°С, соответствующей максимальной скорости кристаллизации. Перед окончательным сгущением в утфель вводят его второй оттек и процесс ведут при температуре 66,0-72,0°С, соответствующей минимальной вязкости утфеля (RU №2166544, C13F 1/02, 10.05.2001).

Недостатком способа является отсутствие необходимых требований к формированию центров кристаллизации и их наращиванию, что является причиной срастания отдельных кристаллов. В этих условиях не достигается необходимое истощение межкристального раствора утфеля, а значит и требуемый выход кристаллического сахара из вакуум-аппарата и центрифуг.

Технический результат изобретения заключается в повышение выхода кристаллического белого сахара, улучшении его качественных показателей и снижении потерь сахарозы.

Этот результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения утфеля первой кристаллизации, характеризующимся тем, что в качестве центров кристаллизации используют маточный утфель с размером кристаллов 0,120-0,160 мм, наращивание которых ведут при сгущении утфеля до 88,5-90% сухих веществ при температуре 72,0-76,0°С в вакуум-аппарате с циркулятором и при использовании для обогрева его паровой камеры греющего пара температурой 105-110°С. Причем по завершению подкачек сиропа с клеровкой в утфель вводят его второй оттек и окончательное сгущение утфеля ведут при температуре 66,0-72,0°C до содержания сухих веществ 93,0-93,5% и затем перед спуском из вакуум-аппарата раскачивают первым оттеком до 92,0-92,5%) сухих веществ.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале на основе сиропа в специальном охлаждающем кристаллизаторе готовится маточный утфель с размером кристаллов 0,120-0,160 мм. [Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства. Часть 2 /В.О. Штангеев, Т.В. Кобер, Л.Г. Белосточкий и др. - Под ред. В.О. Штангеева. - К.: "Цукор Украiни", 2004. - С.116-117(320 с)].

Затем маточный утфель в смеси с сиропом и клеровкой Сахаров второй и третьей кристаллизации набирают в вакуум-аппарат до полного закрытия поверхности нагрева паровой камеры. Вакуум-аппарат оснащен циркулятором. Причем для обогрева паровой камеры используется греющий пар температурой 105-110°C.

Применение маточного утфеля позволяет создать оптимальные условия для формирования центров кристаллизации. При этом снижается риск образования вторичных зародышей. Требования к размерам кристаллов маточного утфеля установлены экспериментальным путем. При их размере менее 0,120 мм возрастает риск срастания кристаллов, а при размере более 0,160 мм снижается скорость их роста и возможно образование новых центров в процессе охлаждения утфеля в кристаллизаторе.

Ввод маточного утфеля в вакуум-аппарат в смеси с сиропом и клеровкой исключает возможность вторичного образования центров кристаллизации и создает необходимые условия последующего наращивания его кристаллов.

Наращивание кристаллов маточного утфеля ведут при сгущении утфеля до 88,5-90,0%) сухих веществ при температуре 72,0-76,0°C в вакуум-аппарате с циркулятором. Эти интервалы по содержанию сухих веществ и температуре установлены опытным путем и являются оптимальными. Сгущение утфеля до 88,5-90,0% сухих веществ позволяет обеспечить требуемые условия процесса кристаллизации сахарозы.

При запредельных значениях ухудшается достижение технического результата изобретения.

Выдерживание температуры утфеля в процессе наращивания кристаллов в интервале 72,0-76,0°С обусловлено тем, что при этих условиях процесс проходит с максимальной скоростью кристаллизации. Это позволяет улучшить истощение межкристального раствора утфеля и снизить потери сахарозы от термического разложения.

Установлено, что при температуре ниже 72°C или выше 76°C достижение технического результата изобретения ухудшается.

Применение вакуум-аппаратов с перемешивающим устройством позволяет обеспечить более интенсивную циркуляцию утфельной массы, особенно к концу процесса его сгущения. Кроме того в этом случае для обогрева паровой камеры можно использовать пары более низкого потенциала [Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства. Часть 2 / В.О. Штангеев, Т.В. Кобер, Л..Г. Белостоцкий и др. Под ред. В.О. Штангеева. - К.:"Цукор Украiни", 2004. - С.150-176(320 с)].

Проведенные эксперименты по использованию греющего пара показали, что лучшие условия уваривания утфеля и наименьшие потери сахарозы достигаются при температуре греющего пара в интервале 105-110°C. В случае превышения указанного интервала температур достижение технического результата ухудшается. При температуре менее 105°C требуется больше времени уваривания утфеля, а при более 110°C возрастают потери сахарозы.

По завершению подкачек сиропа с клеровкой в утфель вводят его второй оттек и окончательное сгущение утфеля ведут при температуре 66,0-72,0°C до содержания сухих веществ 93,0-93,5% и затем перед спуском из аппарата раскачивают его первым оттеком до 92,0-92,5%) сухих веществ.

Использование для последних подкачек второго оттека утфеля первой кристаллизации позволяет увеличить выход сахара в ходе первой кристаллизации и обеспечить необходимое истощение его межкристального раствора. Кроме того уменьшается количество продуктов перекристаллизации и потери сахара в производстве.

При этом необходимость окончательного сгущения утфеля при температуре 66,0-72,0°C обусловлена тем, что этот процесс проходит при минимальной вязкости межкристального раствора. В этих условиях утфель более подвижен, ускоряется процесс кристаллизации сахарозы, причем создаются условия для более глубокого истощения межкристального раствора. При запредельных условиях, т.е. при температуре менее 66°C или более 72°C эти условия ухудшаются.

Сгущение утфеля до 93,0-93,5% сухих веществ позволяет повысить выход сахара из утфеля. Однако этот интервал по содержанию сухих веществ может ухудшить его спуск из аппарата и разделение в центрифугах. Поэтому утфель раскачивают его первым оттеком до содержания сухих веществ, рекомендуемых типовой технологией 92,0-92,5%) (Инструкция по ведению технологического процесса свеклосахарного производства. - М.:ВНИИСП, 1985. - 372 с).

Применение первого оттека для раскачивания утфеля первой кристаллизации практически исключает растворение кристаллов сахара и делает его более подвижным.

Полученный утфель разделяют в центрифугах на кристаллический белый сахара, первый и второй оттеки.

В ходе исследований анализируют:

- основные технологические показатели утфеля: чистота (Ч_утфI, %); содержание сухих веществ (СВ_утфI, %); процентное содержание кристаллов в утфеле (K,%>); содержание сросшихся кристаллов (Q, %>); время центрифугирования (τ_утфI, мин);

- физико-химические показатели кристаллического белого сахара: цветность (Цв_сах, усл.ед.); мутность (М, физ.ед.), содержание редуцирующих веществ (РВ, %); содержание золы (Зол., %);

- гранулометрический состав кристаллического белого сахара: средний размер кристаллов (Ср, мм); коэффициент неоднородности (К_н, %).

Пример. Вначале на основе сиропа в специальном охлаждающем кристаллизаторе готовят маточный утфель с размером кристаллов 0,140 мм. Затем маточный утфель в смеси с сиропом и клеровкой набирают в вакуум-аппарат до полного закрытия поверхности нагрева паровой камеры. Вакуум-аппарат оснащен циркулятором (аппарат ВАВ 60). Причем для обогрева его паровой камеры используют греющий пар температурой 107°C.

Наращивание кристаллов маточного утфеля ведут при сгущении утфеля первой кристаллизации до 89% сухих веществ и температуре 74°C. По завершению подкачек сиропа с клеровкой в утфель вводят его второй оттек и окончательное сгущение ведут при температуре 69°C до содержания сухих веществ 93,25%. Перед спуском из вакуум-аппарата утфель раскачивают его первым оттеком до 92,25% сухих веществ. После этого утфель спускают в приемную утфелемешалку, а из нее на центрифуги, где разделяют на кристаллический белый сахар, первый и второй оттеки.

Результаты, полученные по предлагаемому способу:

- технологические показатели: Ч_утфI=91,75%; СВ_утфI=92,25%; К=52,7%; Q=37,6%; τ_утфI=2,85 мин;

- физико-химические показатели кристаллического белого сахара: Цв_сах=0,65 усл.ед.; М_сах=20,5 физ.ед.; РВ=0,032%; Зол=0,021%;

- гранулометрические показатели кристаллического белого сахара: Ср=0,74 мм; К_н=24,0%.

Параллельно утфель получают по известному способу.

В вакуум-аппарат набирают смесь сиропа с клеровкой и сгущают ее при температуре 74,6°C до содержания сухих веществ 82,4%. Затем осуществляют заводку кристаллов путем ввода в сгущенную смесь сиропа с клеровкой и затравки в виде тонкоизмельченной сахарной пудры с размером центров кристаллизации 0,019 мм (5-6 шт. на 1 мм длины пробного стекла).

В процессе закрепления центров кристаллизации, начиная с момента их введения и до достижения кристаллами сахара размеров 0,190 мм, в утфель вдувают пар. При этом расход пара на эту операцию составляет 1,7% к расходу греющего пара на уваривание утфеля. Дальнейшее наращивание кристаллов сахара проводят при температуре 72,5°C, сгущая утфель до 88,3%) сухих веществ в течение времени, составляющем 65% от общего времени на этот процесс.

Окончательное сгущение утфельной массы ведут при увеличении содержания сухих веществ до 92,5% при температуре 70°C на подкачках второго оттека утфеля первой кристаллизации, нагретого на 8°C выше температуры кипения утфеля.

Полученный утфель разделяют в центрифугах на кристаллический белый сахар, первый и второй оттеки.

Результаты, полученные по известному способу:

- технологические показатели: Ч_утфI=91,68%; СВ_утфI=92,25%; К=50,05%; Q=43,4%; τ_утфI=3,12 мин;

- физико-химические показатели кристаллического белого сахара: Цв_сах=0,80 усл.ед.; М_сах=29,3 физ.ед.; РВ=0,045%; Зол=0,037%;

- гранулометрические показатели белого сахара: Ср=0,64 мм; К_н=29,5%.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ в сравнении с известным требует меньше времени на центрифугирование утфеля, несколько улучшаются качественные показатели кристаллического белого сахара, достигается более глубокое истощение межкристального раствора утфеля, что позволяет повысить процентное содержание сахара в утфеле на 2,6% и снизить потери сахара в производстве на 0,056%) к массе свеклы.