Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения утфеля первой ступени кристаллизации

Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно, к технологии получения утфеля первой кристаллизации.

Известен способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий набор сиропа с выпарки, смешивания его с клеровкой Сахаров второй и третьей ступени кристаллизации до СВ_ск=60÷65%, предварительное сгущение до пересыщения П=1.25÷1.30, заводку с образованием центров кристаллизации 6÷8 шт. на 1 мм и последующим снижением пересыщения путем подкачки сиропа с клеровкой до П=1.10÷1.15, после чего наращивают кристаллы до готовности к спуску с СВ_у=92,0÷92,5% [Силин П.М. Технология сахара. - М.: Пищевая промышленность. - 1967. - 624 С.].

Существенным недостатком данного способа является то, что при подкачивании сиропа с клеровкой с СВ_с<65% к моменту достижения концентрации утфеля СВ_у=92÷92,5%, имеет место недоиспользование полезной емкости вакуум-аппарата от 30 до 50%, если пересыщение в течение всего цикла наращивания кристаллов поддерживать постоянным.

Известен способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий набор сиропа и смешивания его с клеровкой сахаров второй и третьей ступени кристаллизации до концентрации СВ=78-80%, дальнейшее сгущение до пересыщения П=1.25÷1.30, заводку кристаллов с последующим снижением пересыщения до П=1.10÷1.15, после чего наращивают кристаллы до СВ_у=92÷92,5% [Способ уваривания утфеля I продукта из концентрированных сиропов и автоматическое регулирование процесса. Кот Ю.Д., Белостоцкий Л.Г., Сущенко А.К.и др. - Киев: ВНИИСП, 1975.- 14 С.].

Существенным недостатком данного способа является то, что при подкачивании сиропа с клеровкой с СВ_с>65% к моменту достижения СВ_у=92÷92,5%, имеет место переполнение полезной емкости вакуум-аппарата от 130 до 150%, если пересыщение в течение всего цикла наращивания кристаллов поддерживать постоянным.

Ближайшим аналогом предлагаемого способа является способ получения утфеля первой кристаллизации, включающий приготовление клеровки сахара второй и третьей кристаллизации, сульфитацию ее в смеси с сиропом с выпарной установки при содержании СВ_с=60÷65%, сгущение смеси сиропа с клеровкой в вакуум-аппарате до коэффициента пересыщения П=1,25÷4,30, заводку кристаллов путем введения в сгущенный раствор затравки в виде тонко измельченной пудры из расчета 50 г на 40 т утфеля, наращивание кристаллов путем подкачки смеси сиропа с клеровкой с СВ_с=60÷65% и окончательное сгущение утфеля до СВ_у=92,0÷92,5% [Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. -М.: Агопромиздат, 1986, С. 296-302.].

Недостатком данного способа является нерациональность управления этим процессом в течение всего цикла наращивания кристаллов из-за невозможности одновременно достигнуть требуемую полезную емкость вакуум-аппарата и СВ_у=92.5% в связи с нестабильностью и изменениями технологических, теплотехнических, физико-химических показателей подкачиваемого продукта и колебания состава примесей как по зонам свеклосеяния, так и в связи с изменениями состава примесей, обусловленными длительностью производственного сезона. При этом имеет место увеличение продолжительности процесса кристаллизации, повышение расхода топлива, возрастание потерь сахара, ухудшение качественных показателей сахара-песка.

Проблема заключается в недоиспользовании полезного объема вакуум-аппарата при уваривании сиропа с низкой концентрацией, СВ от 50 до 65%, а при использовании концентрированного сиропа с СВ от 65% и выше имеет место переполнение аппарата.

Достигаемым техническим результатом заявленного способа является возможность безусловного достижения в любом случае требуемой полезной емкости вакуум-аппарата и СВ_у=91.5÷92.5% при поддержании пересыщения П=1.10÷1.12 в течение всего цикла наращивания кристаллов независимо от изменений технологических показателей сиропа и клеровки. Это обеспечивает более глубокое истощение межкристального раствора при сокращении продолжительности уваривания утфеля первой ступени кристаллизации, снижение расхода топлива, повышение выхода сахара-песка и его качественных показателей.

Проблема решается за счет того, что в предлагаемом способе получения утфеля производят набор сиропа СВ_с=50÷65%, Чс=88÷93% с последующим сгущением до П=1.10÷1.12, затем вводят затравочную суспензию, содержащую заданное число центров кристаллизации в количестве (3.1÷3.2)*10¹¹ шт, размером (1.0÷2.0)*10^-5 м, после чего наращивают кристаллы в два этапа.

На первом этапе, после введения необходимого числа центров кристаллизации заданного размера, рост кристаллов сахара осуществляют путем подачи сиропа с СВ_с=50÷65%, Ч_с=88÷93% до момента времени τ_n (уравнение 1) с учетом концентрации и чистоты сиропа.

На втором этапе, начиная с момента времени τ_n (уравнение 1), наращивание кристаллов осуществляют, подкачивая клеровку с СВ_к=68÷74%, Ч_к=94÷98%, причем момент времени окончания процесса кристаллизации τ_k (уравнение 2) определяют с учетом концентрации и чистоты на первом и втором этапе наращивания кристаллов.

Расход пара в течение процесса кристаллизации поддерживают в пределах Q_п=4600÷13500 кг/час (уравнение 3) с учетом концентрации чистоты подкачиваемых сиропа и клеровки таким образом, чтобы обеспечить пересыщение П=1.10+1.12 до достижения требуемой полезной емкости вакуум-аппарата и СВ_у=91.5÷92.5%.

Способ осуществляют следующим образом.

В вакуум-аппарат первой кристаллизации набирают сироп с СВ_с=50÷65%, Ч_с=88÷93% сгущают до П=1.10÷1.12, затем вводят затравочную суспензию, содержащую заданное число центров кристаллизации в количестве (3.1÷3.2)*10¹¹ шт, размером (1.0÷2.0)*10^-5 м. Дальнейший рост кристаллов осуществляют в два этапа.

На первом этапе роста кристаллов, для поддержания необходимого пересыщения П=1.10÷1.12, подкачивают сначала только сироп с СВ_с=50÷65%, Ч_с=88÷93%.

На втором этапе наращивание кристаллов осуществляют, подкачивая только клеровку СВ_к=68÷74%, Ч_к=94÷98%.

Момент времени (τ_n) окончания подачи сиропа и начала подачи клеровки СВ_к=68÷74%, Ч_к=94÷98% определяют с учетом концентрации подкачиваемых сиропа и клеровки, и их чистоты по уравнению:

1. τ_n=-4916+1323*СВ_с+4319*Ч_с+7656.5*СВ_к-2472*СВ_с*СВ_к+478*СВ_с*Ч_к-6739*Ч_с*СВ_к

Момент времени окончания процесса кристаллизации (τ_k) определяют с учетом концентрации подкачиваемых сиропа и клеровки, и их чистоты по уравнению:

2. τ_k=1707.9-118.4*СВ_с-1694.4*Ч_с+98.9*СВ_к

В уравнениях 1 и 2:

τ_n - время окончания подачи сиропа СВ_с=50-65%, Ч_с=88÷93% и начала подачи клеровки СВ_к=68÷74%, Ч_к=94÷98%;

τ_k - время окончания подкачки клеровки и процесса кристаллизации;

СВ_с, Ч_с - концентрация и чистота сиропа СВ_с=50÷65%; Ч_с=88+93%;

СВ_к, Ч_к - концентрация и чистота клеровки СВ_к=68÷74%; Ч_к=94÷98%;

Расход пара(Qn) в течение процесса кристаллизации поддерживают в пределах 4600÷13500 кг/час с учетом концентрации и чистоты подкачиваемых сиропа и клеровки таким образом, чтобы обеспечить заданную величину пересыщения П=1.10÷1.12 до достижения требуемой полезной емкости вакуум-аппарата, СВ_У=91.5÷92.5% и определяют по уравнению:

3. Q_n=324971+111139*СВ_с-25205*СВ_с²-838914*Ч_с+620972*Ч_с²+ 50163*СВ_с*Чс+124608*СВ_с*СВ_к-240394*СВ_с*Ч_к-334856*Ч_с*СВ_к+219111*СВ_к*Ч_к

Предложенный способ получения утфеля первой кристаллизации обладает следующими достоинствами:

1. Уваривание сиропа до П=1.10-1.12, а не до 1.25-1.30, позволяет снизить расход пара на стадии сгущения до момента образования центров кристаллизации.

2. Введение четко заданного числа центров кристаллизации в количестве (3.1÷3.2)*10¹¹ шт. с размером (1.0÷2.0)*10^-5 м при достижении П=1.10÷1.12 позволяет более устойчиво управлять процессом роста кристаллов в метастабильной зоне, избежать образования конгломератов и друзов, улучшить гранулометрический состав сахара-песка.

3. Использование на первом этапе для роста кристаллов сиропа с СВ_с=50÷65% обеспечивает лучшие условия циркуляции и повышенную скорость кристаллизации.

4. Использование на втором этапе наращивания кристаллов клеровки CB_k=68÷74% обеспечивает экономию пара.

5. Точное задание времени окончания подачи сиропа СВ_с=50÷65%, Ч_с=88÷93% и начала подачи клеровки СВ_к=68÷74%, Ч_с=94÷98%, а также времени окончания процесса кристаллизации при поддержании в течение полного цикла наращивания кристаллов П=1.10÷1.12 путем регулирования расхода пара, позволяет эффективно использовать полезный объем вакуум-аппарата и независимо от изменений технологических, теплотехнических, физико-химических показателей, колебаний состава примесей получать в любом случае требуемую массу утфеля и его концентрацию СВ_У=91.5÷92.5%.

6. Оптимизировать время кристаллизации, снизить потери от термического разложения сахарозы и улучшить качество готовой продукции.

7. Не требует установки дополнительного выпарного аппарата для концентрирования сиропа.