Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО БЕЛОГО САХАРА

Изобретение относится к производству сахара и может быть использовано для повышения эффективности работы продуктового отделения сахарного завода.

Известен способ производства кристаллического сахара, предусматривающий разделение утфеля первой кристаллизации в фильтрующей центрифуге с отбором первого оттека, промывание кристаллов сахара с отделением второго оттека и выгрузку из центрифуги кристаллов сахара [Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - 2-е изд., исправл. и доп. - М.: Колос, 1999, с.306-313 (495 с.)].

Недостатком данного способа является то, что он не предусматривает требований к заводке центров кристаллизации, условиям их наращивания при уваривании утфеля. Кроме того, в нем недостаточно четко оговорены условия промывания кристаллов, что в совокупности отрицательно влияет на выход и качественные показатели товарного сахара.

Наиболле близким является способ производства сахара, предусматривающий сгущение сиропа, заводку в нем центров кристаллизации из расчета 10-12 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла, их наращивание до 0,2-0,3 мм в первом вакуум-аппарате, отбор части утфеля в количестве 50-55% от общей его массы и подачу во второй вакуум-аппарат, уваривание утфеля в первом и втором вакуум-аппаратах до готовности, спуск утфелей в приемную утфелемешалку и центрифугирование с отбором первого оттека, промывание кристаллов сахара с отделением второго оттека и выгрузку из центрифуги кристаллического белого сахара [SU №1017736 A, C13F 1/02, 17.09.1981 г.].

Недостатком данного способа является то, что заводку центров кристаллизации проводят с использованием сахарной пудры, что может быть причиной неоднородности кристаллов сахара и значительным ухудшением его качественных показателей.

Известно, что повышенное количество в общей массе сахара сросшихся кристаллов отрицательно влияет не только на гранулометрический состав сахара, но и на его физико-химические показатели.

Кроме того, это приводит к ухудшению условий не только уваривания утфеля, но и его разделения в поле действия центробежных сил. Все это может способствовать уменьшению выхода сахара, увеличению продолжительности технологических операций уваривания и центрифугирования и снижению качества кристаллического белого сахара.

Техническим результатом заявленного способа является повышение выхода сахара в процессе его уваривания и центрифугирования при одновременном улучшении его качества.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе производства сахара, предусматривающем уваривание утфеля первой кристаллизации в первом вакуум-аппарате, отбор части этого утфеля и подачу его во второй вакумм-аппарат, спуск готовых утфелей в приемную утфелемешалку и центрифугирование в фильтрующей центрифуге с отделением первого оттека, промывание кристаллов сахара с отделением второго оттека и выгрузку кристаллического белого сахара. При этом в качестве центров кристаллизации используют маточный утфель с размером кристаллов 0,120-0,160 мм и их наращивают при содержании в утфеле 88,0-90,0% сухих веществ, после чего часть утфеля из этого аппарата в количестве 30-40% от общей массы отбирают в смеси с сиропом и клеровкой во второй вакуум-аппарат в качестве кристаллической основы, в первом вакуум-аппарате утфель уваривают до 92,0-92,5% сухих веществ, а во втором до 93,0-93,5% сухих веществ, при этом утфель из первого вакуум-аппарата направляют на центрифугирование на 50-60 мин раньше чем, из второго, и промывание кристаллов сахара проводят в два этапа - сначала сахаросодержащим раствором концентрацией 70-76% сухих веществ в количестве 2,5-3,5% к массе утфеля при температуре 70-90С, а затем паром при его давлении 0,3-0,4МПа в количестве 1,5-2,0% к массе утфеля.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале готовится маточный утфель в отдельном охлаждающем кристаллизаторе с размерами кристаллов 0,120-0,160 мм по известной технологии [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 Украши", 2004, с.116-117(320 с.)]. Требования к размерам кристаллов в маточном утфеле в диапазоне 0,120-0,160 мм получены экспериментальным путем. При их размере менее 0,120 мм возрастает риск срастания кристаллов, а при более 0,160 мм снижается скорость роста, появляется риск образования новых центров кристаллизации и требуется больше времени на обеспечение этих размеров в процессе охлаждения.

Процесс уваривания утфеля в вакуум-аппарате начинается с того, что открытием вентиля предварительного разрежения в нем создают остаточное давление 0,06-0,07 МПа. Затем, открывая основной воздушный вентиль в вакуум-аппарате, снижают остаточное давление до 0,02-0,015 МПа. Одновременно с открытием вентиля предварительного разрежения в вакуум-аппарат начинают подавать сироп с маточным утфелем и клеровкой. Как только аппарат заполнился на 1/3 высоты паровой камеры, начинают прогревать камеру. Когда уровень вводимой смеси закроет всю площадь поверхности паровой камеры вакуум-аппаратов, паровой вентиль открывается полностью, и при остаточном давлении около 0,015 МПа начинают проводить процесс ее выпаривания. При этом основной задачей является наращивание уже имеющихся кристаллов маточного утфеля. Эту операцию проводят при содержании в утфеле 88,0-90,0% сухих веществ. При данных условиях обеспечивается максимальная скорость роста кристаллов, что ускоряет процесс уваривания утфеля. При запредельных значениях содержания сухих веществ утфеля ухудшаются условия достижения технического результата.

После того, как количество утфеля в вакуум-аппарате будет достаточно, часть его, из расчета 30-40% от общей массы, отбирают в смеси с сиропом во второй аппарат в качестве кристаллической основы. При этом после распределения утфеля между двумя аппаратами их паровые камеры не должны быть оголены. Отбор части утфеля из первого во второй аппарат позволяет ускорить процесс уваривания и обеспечить более высокий выход сахара.

При запредельных условиях отбора, то есть менее 30% или более 40%, условия достижения технического результата по предлагаемому способу ухудшаются.

Оставшуюся часть утфеля в первом вакуум-аппарате уваривают до 92,0-92,5% сухих веществ, а во втором аппарате утфель сгущают до 93,0-93,5% сухих веществ. Уваривание утфеля во втором вакуум-аппарате до 93,0-93,5% сухих веществ позволяет достигнуть более глубокого истощения межкристального раствора и таким образом повысить выход сахара. При снижении содержания сухих веществ менее 93,0% ухудшается истощение межкристального раствора, а при превышении более 93,5% усложняются условия спуска утфеля из вакуум-аппарата при одновременном ухудшении качественных показателей кристаллического белого сахара. Перед спуском утфеля из второго вакуум-аппарата его раскачивают первым оттеком утфеля до 92,0-92,5% сухих веществ.

Раскачивание утфеля оттеком первого аппарата обусловлено его более высоким качеством по сравнению с первым оттеком второго вакуум-аппарата. Причем утфель из первого аппарата направляют на центрифугирование на 50-60 мин раньше, чем из второго. На сахарных заводах для центрифугирования одной варки утфеля обычно требуется 50-60 мин, столько времени утфель одной варки находится в утфелемешалке до полного завершения его разделения в центрифугах.

Кроме того, этого интервала времени достаточно для сгущения утфеля до 93,0-93,5% сухих веществ и последующего раскачивания первым оттеком утфеля из первого вакуум-аппарата. При наличии на сахарном заводе двух приемных утфелемешалок и дополнительных центрифуг этот интервал времени может быть уменьшен.

Из приемной утфелемешалки утфель подают на центрифугирование, при этом промывание кристаллов сахара проводят в два этапа - сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 70-76% сухих веществ в количестве 2,5-3,5% к массе утфеля при температуре 70-90°С, а затем паром при давлении 0,3-0,4 МПа в количестве 1,5-2,0% к массе утфеля.

Использование для промывания кристаллов высококонцентрированного раствора (клеровка, оттеки), содержащего 70-76% сухих веществ и пара, значительно снижает растворимость сахара. При этом минимальное его растворение имеет место при расходе 2,5-3,5% к массе утфеля и температуре 70-90°С. Эти показатели определены экспериментальным путем и обеспечивают условия получения высокого выхода и качества кристаллического белого сахара.

Использование комбинированного промывания кристаллов сахара сначала сахарсодержащим раствором, а затем паром позволяет не только повысить выход сахара, но и улучшить его качество. Применение пропаривания вместо промывания водой значительно сокращает растворение сахара в центрифугах. Диапазон давления пара 0,3-0,4 МПа и его количество 1,5-2,0% установлены опытным путем и являются оптимальными. Конечно, замена промывания кристаллов сахара водой в какой-то мере увеличит цикл центрифугирования и снизит фактическую производительность центрифуг по количеству обрабатываемого утфеля. Однако это еще не означает снижение их производственной мощности по свекле - все зависит от фактического выхода промытого сахара по утфелю [Даишев М.И. Пробеливание сахара паром. // Сахарная промышленность, 1993, №2, с.14-16].

Пример. Вначале готовится маточный утфель в отдельном охлаждающем кристаллизаторе по известной технологии с размером кристаллов 0,140 мм. Затем в первый вакуум-аппарат начинают набирать сироп с клеровкой и маточным утфелем до полного закрытия поверхности нагрева паровой камеры и после этого начинают процесс уваривания утфеля.

Наращивание кристаллов проводят при содержании в утфеле 88,5% сухих веществ. После того, как количество утфеля в вакуум-аппарате будет достаточно, часть его из расчета 35% от общей массы отбирают в смеси с сиропом и клеровкой во второй аппарат в качестве кристаллической основы. При этом после завершения отбора утфеля паровые поверхности камер в вакуум-аппаратах не должны быть оголены.

Оставшуюся в первом вакуум-аппарате часть утфеля уваривают до 92,25% сухих веществ, а во втором до 93,25% сухих веществ. Перед спуском утфеля из второго аппарата его раскачивают первым оттеком утфеля до 92,25% сухих веществ. Причем утфель из первого аппарата направляют на центрифугирование на 55 мин раньше, чем из второго вакуум-аппарата.

Разделение утфеля на первый, второй оттеки и кристаллический белый сахар проводят в автоматизированных центрифугах марки ФНП-1251Т при загрузке центрифуги утфелем массой 700 кг.

В процессе центрифугирования утфеля промывание кристаллов сахара проводят в два этапа - сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 73% сухих веществ в количестве 2,75% к массе утфеля при температуре 80С, а затем паром при давлении 0,35 МПа в количестве 1,75% к массе утфеля. После промывания кристаллы сахара подсушивают до влажности 0,6% и выгружают из центрифуги. Оттеки утфеля из первого и второго аппаратов направляют в соответствующие сборники, а кристаллический белый сахар - в сушильное отделение.

Для сопоставления предлагаемого способа с известным определяют основные технологические показатели: чистоту утфеля первой и второй кристаллизации в первом и втором вакуум-аппаратах содержание в них сухих веществ средний выход кристаллов сахара из центрифуги для двух утфелей (К_ср, % 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, %), гранулометрические показатели кристаллического белого сахара: средний размер кристаллов (Ср, мм), коэффициент неоднородности (Кн, %).

Результаты исследований по предлагаемому способу:

- технологические показатели: К_ср=50,8%;

- физико-химические показатели качества кристаллического белого сахара: Цв_сах=0,75 усл.ед.; М_сах=24,8 физ. ед.; РВ=0,038%; Зол=0,026%;

- гранулометрические показатели: Ср=81 мм; Кн=26,8%.

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

В первый вакуум-аппарат, позволяющий за цикл сварить 40 т утфеля, набирают сироп с клеровкой, сгущают до достижения коэффициента пересыщения 1,24 и вводят в качестве центров кристаллизации кристаллы сахара размером 0,185 мм. Затем их наращивают при содержании в утфеле 88,6% сухих веществ. После достижения требуемого объема утфеля в первом вакуум-аппарате часть его в количестве 50% отбирают во второй аппарат. После этого утфель в первом и втором вакуум-аппаратах уваривают до заполнения. Причем в первом из них утфель уваривают до 92,0%, а во втором - до 93,0% сухих веществ. При этом утфель из первого аппарата спускают в приемную утфелемешалку и начинают центрифугировать на 55 мин раньше, чем второй. Кроме того, утфель во втором аппарате перед спуском раскачивают до 92,25% сухих веществ первым оттеком из первого вакуум-аппарата. Процесс разделения утфеля на первый, второй оттек и кристаллический сахар проводят в автоматизированных центрифугах марки ФНП-1251Т при разовой загрузке центрифуги утфелем массой 700 кг. Центрифуги оснащены устройством, позволяющим начинать промывание кристаллов в момент отделения основной массы межкристального раствора. Причем для разделения утфеля из первого и второго вакуум-аппаратов используют центрифуги, оборудованные отдельными сборниками для первого и второго оттеков.

Вначале центрифугируют утфель из первого вакуум-аппарата. Начало промывания кристаллов устанавливают автоматически в зависимости от времени отделения первого оттека, а их промывание проводят в течение времени, соответствующем времени отделения первого оттека, при расходе воды 0,22% к массе утфеля в секунду. После промывания кристаллы сахара подсушивают в центробежном силовом поле до 0,8% и выгружают из центрифуги при частоте вращения ее ротора 115 мин^-1. Через 55 мин подобную операцию центрифугирования проводят с утфелем из второго аппарата. Оттеки утфеля из первого и второго вакуум-аппаратов направляют в соответствующие сборники, а кристаллический белый сахар - в сушильное отделение.

Результаты исследований по известному способу (аналогу):

- технологические показатели: К_ср=50,8%;

- физико-химические показатели качества кристаллического белого сахара: Цв_сах=0,80 усл.ед.; М_сах=27,8 физ. ед.; РВ=0,042%; Зол=0,037%; -гранулометрические показатели: Ср=69 мм; Кн=29,2%. Таким образом, из представленных примеров видно, что предложенный способ по сравнению с известным позволяет повысить выход сахара после уваривания и центрифугирования на 2,6% к массе утфеля. Кроме того, получаемый при этом кристаллический белый сахар имеет также несколько лучшие показатели качества.