Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО САХАРА

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

Известен способ производства кристаллического белого 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 формированию центров кристаллизации и их наращиванию, а также к качеству кристаллического белого сахара при переработке ухудшенного исходного сырья, или в случае нарушения технологии его переработки.

Наиболее близким является способ производства кристаллического белого сахара, включающий в себя уваривание утфеля первой кристаллизации в первом вакуум-аппарате, отбор части этого утфеля и подачу его во второй аппарат, спуск готовых утфелей в приемную утфелемешалку и центрифугирование в фильтрующей центрифуге с отделением первого и второго оттеков. Его особенностью является то, что в качестве центров кристаллизации используют предварительно полученный маточный утфель с размером кристаллов в диапазоне 0,120-0,160 мм и их наращивают при содержании в утфеле 88-90% сухих веществ. После этого часть утфеля из первого вакуум-аппарата в количестве 30-40% от общей массы отбирают в смеси с сиропом и клеровкой во второй аппарат в качестве кристаллической основы. В первом вакуум-аппарате утфель уваривают до 92,0-92,5%, а во втором - до 93,0-93,5% сухих веществ. При этом утфель из первого аппарата направляют на центрифугирование на 50-60 мин раньше, чем из второго. Промывание кристаллов 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°C, а затем паром давлением 0,3-0,4 МПа в количестве 1,5-2,0% к массе утфеля [RU №2544596, С13В 30/00. Способ производства кристаллического белого сахара. Славянский А.А., Сергеева Е.А., Макарова С.А., Опубл. 20.03.2015, Бюл. №8].

Недостатком данного способа является то, что заводка центров кристаллизации с использованием маточного утфеля усложняет осуществление данного способа, так как требуется специальное оборудование для его получения. При этом при осуществлении способа сложно обеспечить однородность затравочных кристаллов. Кроме того, возникают проблемы с качеством вырабатываемого белого сахара особенно в процессе наращивания кристаллов при уваривании утфеля и его обработки в центрифугах.

Техническим результатом заявленного способа является повышение выхода и качества кристаллического белого сахара.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе производства сахара, предусматривающем уваривание утфеля первой кристаллизации в первом аппарате, отбор части этого утфеля и подачу его во второй вакуум-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, причем в качестве центров кристаллизации используют сахарную пудру, предварительно фракционированную сиговым рассевом до размеров кристаллов 0,10-0,15 мм с заводкой на ее основе центров кристаллизации из расчета 10-12 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла и последующим их наращиванием при выдерживании в утфеле 88-90% сухих веществ, после чего часть этого утфеля в количестве 35-45% от общей массы отбирают в смеси с сиропом и клеровкой во второй аппарат в качестве кристаллической основы и затем в нее вводят нагретый до температуры утфеля моноглицерид дистиллированный мягкий из расчета 0,002-0,004% по массе утфеля, причем в первом 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 раньше, чем из второго, и промывание кристаллов сахара проводят в два этапа - сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 70-76% сухих веществ в количестве 2,5-3,5% к массе утфеля с добавлением в него 2-4 мг/л озона при температуре 80-90°C, а затем промывной водой, насыщенной паром, при давлении 0,3-0,4 МПа в количестве 0,8-1,4% к массе утфеля.

Способ осуществляется следующим образом.

Уваривание утфеля первой кристаллизации в вакуум-аппарате начинается с того, что открытием вентиля предварительного разрежения в нем создается остаточное давление в диапазоне 0,06-0,07 МПа. Затем, после открытия основного воздушного вентиля снижают в вакуум-аппарате остаточное давление до 0,02-0,015 МПа. Одновременно с открытием вентиля предварительного разрежения в вакуум-аппарат начинают подавать сироп с клеровкой. Как только уровень вводимого сиропа с клеровкой заполнит аппарат на 1/3 высоты паровой камеры, ее начинают прогревать паром. После закрытия поверхности паровой камеры сиропом с клеровкой ее паровой вентиль открывается полностью, и при остаточном давлении в вакуум-аппарате около 0,015 МПа начинают выпаривать воду из смеси сиропа с клеровкой. Этот процесс ведут до содержания в сиропе с клеровкой 82,5-82,8% сухих веществ, что соответствует состоянию пересыщения в лабильной зоне. При этих условиях начинают заводку центров кристаллизации, для чего используют сахарную пудру. Причем предварительно проводят ее фракционирование ситовым рассевом с выделением из пудры кристаллов сахарозы размером 0,10-0,15 мм. Количество центров кристаллизации образуют из расчета 10-12 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла. Использование сахарной пудры известно в заводской практике давно. Однако она имеет в своем составе кристаллы в широком спектре по их размерам. При непосредственном использовании сахарной пудры очень сложно обеспечить однородный состав кристаллического белого сахара. Кроме того, ее применение без фракционирования по размерам кристаллов может быть причиной вторичного кристаллообразования. При этом могут возникнуть проблемы с разделением утфеля в центрифугах, что обусловлено растворением значительной части кристаллов и ухудшением их качества. Поэтому в ходе экспериментов была выделена фракция кристаллов сахара в диапазоне размеров 0,10-0,15 мм. В этом интервале размеров кристаллов сахарной пудры были получены оптимальные данные по наращиванию и обеспечению однородности их состава. При запредельных условиях, т.е. менее 0,10 и более 0,15 мм достижение технической задачи изобретения снижалось. Так, например, при введении центров кристаллизации размером менее 0,10 мм было отмечено увеличение количества сросшихся кристаллов, а при 0,15 мм снижалась скорость их роста.

Заводка центров кристаллизации из расчета 10-12 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла обусловлена тем, что утфель разделяют на две части, на основе которых его уваривают в двух различных вакуум-аппаратах. Такой подход позволяет интенсифицировать процесс и получать больший выход кристаллического белого сахара за один и тот же промежуток времени.

Кроме того, увеличение количества центров кристаллизации в два раза (12 шт. на 1 мм) по сравнению с типовым (5-6 шт. па 1 мм) позволяет обеспечить более высокую массовую кристаллизацию сахарозы [Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - 2-е изд., исправ. и доп. - М.: Колосс, 1999. - С. 296 (495 с.)].

Последующее наращивание кристаллов при выдерживании содержания сухих веществ в утфеле в диапазоне 88-90% обусловлено тем, что в этом случае обеспечивается более высокая скорость кристаллизации сахарозы. При этих условиях эффективность достижения технического результата изобретения повышается.

Затем часть утфеля из первого вакуум-аппарата в количестве 35-45% от общей массы отбирается и подается во второй вакуум-аппарат. Одновременно с набором утфеля из первого аппарата во второй вакуум-аппарат в него вводят нагретый до температуры утфеля моноглицерид дистиллированный мягкий марки ПО-90.

Количество утфеля из первого аппарата, отбираемого в качестве кристаллической основы для уваривания утфеля во втором аппарате, установлено опытным путем. При запредельных значениях, т.е. в случае отбора утфеля менее 35% или более 45% от общей массы не обеспечивается технический результат изобретения. Использование моноглицерида дистиллированного мягкого позволяет снизить вязкость утфеля и тем самым ускорить процесс кристаллизации сахара. Количество вводимого в утфель ПО-90 установлено экспериментальным путем. При запредельных количествах вводимого моноглицерида, т.е. менее 0,002 или более 0,004% по массе утфеля, не достигается технический результат изобретения.

В соответствии с технологией по предлагаемому способу уваривания утфеля в первом вакуум-аппарате его сгущают до 92,0-92,5% сухих веществ, а во втором - до 93,0-93,5% сухих веществ. Эти параметры получены экспериментальным путем и позволяют не только глубоко истощить их межкристальный раствор, но и обеспечить высокое качество центрифугирования утфеля. При этом выход и качество кристаллического белого сахара при этих условиях улучшаются.

Перед центрифугированием утфель из второго вакуум-аппарата доводят до содержания в нем 92,0-92,5% сухих веществ за счет его раскачивания первым оттеком, получаемым после центрифугирования утфеля из первого аппарата.

Запредельные значения по сгущению утфеля в первом и втором вакуум-аппаратах, т.е. менее 92,0 или более 92,5% сухих веществ в первом аппарате или менее 93,0 и более 93,5% сухих веществ во втором аппарате не позволяют обеспечить технический результат изобретения. Затем, после отделения основной массы (98%) первого оттека приступают к промыванию кристаллов сахара, которое проводят в два этапа - сначала сахаросодержащим раствором концентрацией 70-76% сухих веществ в количестве 2,5-3,5% к массе утфеля с добавлением в него 2-4 мг/л озона при температуре 80-90°C, а затем промывной водой, насыщенной паром, при давлении 0,3-0,4 МПа в количестве 0,8-1,4% к массе утфеля.

Необходимость проведения операции промывания кристаллов сахара в два этапа обусловлена возможностью сокращения количества горячей промывной воды на эти цели. Снижение расхода промывной воды позволяет увеличить выход сахара из центрифуг. Использование на первой ступени сахарсодержащего раствора концентрацией 70-76% сухих веществ также позволяет повысить выход сахара из центрифуг. Применительно к этим условиям также подобран расход сахаросодержащего раствора и температура. Таким образом все эти технологические параметры увязаны между собой и обеспечивают оптимальные условия для повышения выхода и качества сахара. Использование в этой комбинации озона из расчета 2-4 мг/л позволяет значительно улучшить очистку кристаллов от таких несахаров, например, как красящие вещества.

Количество озона в диапазоне 2-4 мг/л определено экспериментальным путем. Запредельные значения по вводу озона в сахарсодержащий раствор, т.е. менее 2 или более 4 мг/л, не обеспечивают достижения технического результата изобретения. Промывание кристаллов сахара сахарсодержащим раствором при температуре 80-90°C установлено в ходе исследований и является оптимальным. При температуре менее 80°C или более 90°C выход сахара из центрифуги и его качественные показатели ухудшаются.

На второй ступени промывания в соответствии с данным способом используется промывная вода, насыщенная паром, что значительно снижает ее расход при улучшении качественных показателей сахара. Ввод промывной воды осуществляется через форсунки под давлением 0,3-0,4 МПа. При этих условиях повышается эффективность удаления пленки оттека с поверхности и мест стыковки кристаллов между собой. При запредельных значениях величины давления промывной воды, т.е. менее 0,3 или более 0,4 МПа, ухудшаются условия промывания кристаллов сахара. Расход промывной воды установлен в количестве 0,8-1,4% к массе утфеля. При расходе воды менее 0,8% или превышении его более чем 1,4% к массе утфеля выход сахара и его качество ухудшается.

Пример. Уваривание утфеля первой кристаллизации в вакуум-аппарате начинается с того, что открытием вентиля предварительного разряжения в нем создается остаточное давление 0,065 МПа. Затем, после открытия основного воздушного вентиля, в вакуум-аппарате уменьшают остаточное давление до 0,015 МПа. Одновременно с открытием вентиля предварительного разряжения в вакуум-аппарат начинают подавать сироп с клеровкой. Как только уровень вводимого сиропа с клеровкой заполнит аппарат на 1/3 высоты паровой камеры, начинают подавать пар в паровую камеру аппарата.

После закрытия всей поверхности паровой камеры сиропом с клеровкой, паровой вентиль открывается полностью, и при остаточном давлении 0,015 МПа начинают выпаривание воды из смеси сиропа с клеровкой. Этот процесс ведут до содержания в смеси сиропа с клеровкой около 82,5% сухих веществ, что соответствует состоянию пересыщения в лабильной зоне. При этих условиях начинают заводку центров кристаллизации с использованием сахарной пудры. Причем предварительно проводят ее фракционирование ситовым рассевом с выделением из пудры кристаллов размером 0,12 мм. Необходимое количество центров кристаллизации заводят в пересыщенном растворе из расчета 12 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла. Последующее их наращивание ведут при поддержании 89% сухих веществ в утфеле. Затем часть утфеля из первого вакуум-аппарата из расчета 40% от его общей массы отбирается и подастся во второй вакуум-аппарат. Одновременно с отбором утфеля из первого вакуум-аппарата во второй вводят нагретый до температуры утфеля моноглицерид дистиллированный мягкий марки ПО-90 в количестве 0,003% по массе утфеля. После этого уваривание и сгущение утфеля ведут параллельно в двух вакуум-аппаратах. В первом аппарате утфель сгущают перед спуском до 92,25% сухих веществ, а во втором - до 93,25% сухих веществ. Утфель из первого аппарата спускают в приемную утфелемешалку и сразу направляют на центрифугирование, а утфель из второго аппарата после спуска в приемную утфелемешалку раскачивают первым оттеком утфеля первого аппарата до содержания в нем 92,95% сухих веществ, а затем направляют на центрифугирование. Промывание кристаллов сахара проводят после отделения основной массы первого оттека (около 98%). При этом данный процесс ведут в две ступени - сначала сахарсодержащим раствором, концентрации 73% сухих веществ в количестве 3,0% к массе утфеля с добавлением в него 3 мг/л озона при температуре 85°C. Затем промывание кристаллов осуществляют водой, насыщенной паром, при давлении 0,35 МПа из расчета 1,0% к массе утфеля.

Для сопоставления предлагаемого способа с известным в них определяют основные технологические показатели: чистоту утфеля первой кристаллизации в первом и втором вакуум-аппаратах (Ч¹_утф1, Ч²_утф1), содержание в них сухих веществ (СВ¹_утф1, СВ²_утф1), средний выход кристаллов сахара из центрифуг (К_ср, % к массе утфеля); физико-химические показатели качества кристаллического белого сахара: цветность (Ц_сах, усл. ед.), мутность (М_сах, физ. ед.), содержание редуцирующих веществ (РВ, %); гранулометрические показатели кристаллического белого сахара: средний размер кристаллов (Ср, мм), коэффициент неоднородности (К_н, %).

Результаты исследований по предлагаемому способу:

- технологические: Ч¹_утф1=92,05%; СВ¹_утф1=92,2%; Ч²_утф1=92,03%; СН²_утф1=92,25%; К_ср=51,5%;

- физико-химические: Ц_сах=0,75 усл. сл.; М_сах=19,5 физ. ед.; РВ=0,04%; Зол=0,03%;

- гранулометрические: Ср=0,72 мм; К_н=24%.

Параллельно производство кристаллического белого сахара реализовывали по известному способу. При этом были использованы те же технические средства, что и по предлагаемому способу.

В соответствии с ним в начале 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 приступают к увариванию утфеля первой кристаллизации в вакуум-аппарате.

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 оттеком до содержания в нем 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 с разовой загрузкой их утфелем массой 700 кг.

Процесс центрифугирования предусматривает практически полное отделение первого оттека (около 98%), а промывание кристаллов сахара проводят в две стадии: сначала сахарсодержащим раствором концентрацией 73% сухих веществ в количестве 3,0% к массе утфеля при температуре 80°C и затем паром при его давлении 0,35 МПа из расчета 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.

Результаты исследований по известному (прототип) способу:

- технологические: Ч¹_утф1=92,07%; СВ¹_утф1=92,25%; Ч²_утф1=92,05%; СВ²_утф1=92,19%; К_ср=48,7%;

- физико-химические: Ц_сах=0,8 усл. ед.; М_сах=28,1 физ. ед.; РВ=0,045%; Зол=0,04%;

- гранулометрические: Ср=0,67 мм; К_н=29,5%.

Таким образом, из приведенных примеров видно, что предложенный способ уваривания и центрифугирования утфеля первой кристаллизации по сравнению с известным (прототип) позволяет повысить выход кристаллического белого сахара из центрифуги на 2,8% к массе утфеля. Кроме того, получаемый при этом сахар имеет также более высокие показатели качества.