СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАТРАВОЧНОЙ СУСПЕНЗИИ ДЛЯ ВАРКИ УТФЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК C13F1/02 

Изобретение относится к сахарной промышленности, в частности к способам непрерывного кристаллообразования в затравочной суспензии, используемой для последующего наращивания кристаллов в вакуум-аппаратах непрерывного действия.

Известен способ получения затравочной суспензии, предусматривающий принудительную прямоточную циркуляцию горячего пересыщенного сиропа через шнековый экструдер с постепенным образованием центров кристаллизации и выгрузку затравочной суспензии на поверхность, например, ленточного транспортера, для закрепления центров кристаллизации. (ЕР 0156596, A2, C 13 F 1/02, 02.10.1985).

Недостатком известного способа является неоднородный гранулометрический состав затравочной суспензии, образованной при жестких режимах механических воздействий путем продавливания сиропа через матрицу с профилирующим каналом.

Ближайшим техническим решением к предложенному способу получения затравочной суспензии для варки утфеля, предусматривающему циркуляцию в кристаллогенераторе горячего пересыщенного сиропа через слой крупной фракции кристаллов сахара, покрытых тонкой пленкой полиамида, образование центров кристаллизации в сиропе и отвод готовой затравочной суспензии из кристаллогенератора (Шумская Э.Е. Исследование влияния инициирующей поверхности на процесс кристаллообразования в сахарных растворах: Автореферат диссертации. Киев, КТИПП, 1974).

Недостатками способа являются необходимость поддержания высокого пересыщения сиропа (коэффициент пересыщения должен быть более 1,2-1,3) для образования достаточного количества центров кристаллизации в затравочной суспензии в количестве 10-20 · 10⁹ шт./см³ неоднородный гранулометрический состав затравочной суспензии с размером кристаллов 0,05-0,20 мм, образованной без турбулизирующего перемешивания сиропа в условиях градиентов температуры, пересыщения и вязкости.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении латентного периода, увеличении количества центров кристаллизации и повышении однородности гранулометрического состава затравочной суспензии.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения затравочной суспензии для варки утфеля, предусматривающем циркуляцию в кристаллогенераторе горячего пересыщенного сиропа через слой крупной фракции кристаллов сахара, покрытых тонкой пленкой полиамида, образование центров кристаллизации в сиропе и отвод готовой затравочной суспензии из кристаллогенератора, кристаллы сахара помещают в сетчатый цилиндр и приводят его в вибрационное движение по вертикали с интенсивностью 30-45 см²/с³ для обеспечения порозности слоя кристаллов 0,6-0,8. Затем осуществляют прямоточную циркуляцию сиропа через сетчатый цилиндр в режиме полного вытеснения. Готовую затравочную суспензию охлаждают на 2,0-3,0^oC для закрепления центров кристаллизации.

Способ осуществляют следующим образом.

Сгущенный в концентраторе при абсолютном давлении 0,035-0,037 МПа сироп сахарозы поступает в кристаллогенератор, в котором при температуре 70-72^oC и коэффициенте пересыщения 1,1-1,2 прямоточно циркулирует через слой крупной фракции кристаллов сахара, помещенных в вертикальный сетчатый цилиндр. Предварительно кристаллы покрывают тонкой пленкой полиамида, а цилиндр располагают коаксиально с минимальным зазором в вертикальном цилиндрическом корпусе кристаллогенератора и приводят в низкочастотное вибрационное движение с интенсивностью 30-45 см²/с³. При этом сетчатый цилиндр заполняют кристаллами таким образом, чтобы при его вибрационном движении обеспечивалась порозность вибрирующего слоя кристаллов 0,6-0,8. Циркуляцию сиропа через вибрирующий слой кристаллов осуществляют в режиме полного вытеснения, чтобы поступающие объемы сиропа не смешивались с предыдущими, а полностью вытесняли их. В результате этого концентрация сиропа меняется плавно от начальной на входе в рабочую зону кристаллогенератора до конечной на выходе из нее. Циркуляция пересыщенного сиропа через слой кристаллов, покрытых тонкой пленкой полиамида, приводит к образованию центров кристаллизации в результате ориентирующего воздействия поверхности кристаллов на молекулы сахарозы в сиропе и на выходе из кристаллогенератора образуется затравочная суспензия. При этом латентный период образования центров кристаллизации не превышает время пребывания сиропа в кристаллогенераторе. Защитная пленка полиамида на кристаллах позволяет их длительно использовать для инициирования образования центров кристаллизации, так как они при этом не растут и не изменяют свои геометрические размеры и форму.

На выходе из кристаллогенератора обеспечивают интенсивное охлаждение затравочной суспензии на 2/3^oC для закрепления центров кристаллизации и достижения термодинамического и физико-химического равновесия во времени дисперсной системы "сироп - центры кристаллизации". Это предотвращает растворение образовавшихся центров кристаллизации.

Пример 1.

Крупные кристаллы сахара размером 0,8 мм, предварительно покрытые тонкой пленкой полиамида, помещают в сетчатый цилиндр с размером отверстий в сетке 0,5 мм. Масса вносимых кристаллов определена исходя из порозности вибрирующего слоя 0.6. Сетчатый цилиндр коаксиально помещают в цилиндрическом корпусе кристаллогенератора с минимальным зазором, в котором создают прямоточную циркуляцию сиропа с температурой 70-72^oC и коэффициентом пересыщения 1,1. Одновременно приводят сетчатый цилиндр в низкочастотное вибрационное движение в вертикальном направлении с интенсивностью 45 см²/с³ (гармонические колебания с амплитудой 0,6 см и частотой 5 с^-1). При обтекании вибрирующего слоя кристаллов пересыщенным сиропом в нем возникают упорядоченные флуктуации давления, которые способствуют интенсификации генерирования центров кристаллизации. Вибрационное перемешивание пересыщенного сиропа также приводит к ускорению появления центров кристаллизации за счет дополнительных флуктуаций плотности в элементарных объемах кристаллообразующей массы, что увеличивает вероятность возникновения центров кристаллизации, сокращая латентный период до 180 с. Образовавшаяся затравочная суспензия отличается более равномерным, в сравнении с известным способом гранулометрическим составом с преобладающим размером центров кристаллизации, равным 0,05-0,10 мм, при этом их количество составляет 30·10⁹ шт./см³.

После образования центров кристаллизации и снижения по этой причине пересыщения сиропа, на выходе из кристаллогенератора обеспечивают интенсивное охлаждение затравочной суспензии на 2^oC для закрепления центров кристаллизации. При этом происходит дозревание центров кристаллизации, затравочная суспензия приходит в равновесное состояние и исключается возможность вторичного кристаллообразования.

Пример 2.

Осуществляют также, как и пример 1, но порознь слоя задают 0,7. Сетчатый цилиндр приводят в низкочастотное вибрационное движение в вертикальном направлении с интенсивностью 38 см²/с³ (гармонические колебания с амплитудой 0,55 см и частотой 5 с^-1). При обтекании вибрирующего слоя кристаллов пересыщенным сиропом в нем возникают упорядоченные флуктуации давления, которые способствуют интенсификации генерирования центров кристаллизации. Латентный период составляет 170 с. Образовавшаяся затравочная суспензия отличается более равномерным гранулометрическим составом с преобладающим размером центров кристаллизации, равным 0,05-0,10 мм, а их количество составляет 35·10⁹ шт./см³.

После образования центров кристаллизации и снижения по этой причине пересыщения сиропа, на выходе из кристаллогенератора обеспечивают интенсивное охлаждение затравочной суспензии на 3^oС для закрепления центров кристаллизации.

Пример 3.

Осуществляют так же, как и примеры 1 и 2, но порозность слоя задают 0,8. Сетчатый цилиндр приводят в низкочастотное вибрационное движение в вертикальном направлении с интенсивностью 30 см²/с³ (гармонические колебания с амплитудой 0,49 см и частотой 5 с^-1). При обтекании вибрирующего слоя кристаллов пересыщенным сиропом в нем возникают упорядоченные флуктуации давления, которые способствуют интенсификации генерирования центров кристаллизации. Латентный период составляет 190 с. Образовавшаяся затравочная суспензия отличается более равномерным гранулометрическим составом с преобладающим размером центров кристаллизации, равным 0,05 - 0,10 мм, а их количество 25·10⁹ шт./см³.

После образования центров кристаллизации и снижения по этой причине пересыщения сиропа, на выходе из кристаллогенератора обеспечивают интенсивное охлаждение затравочной суспензии на 3^oC для закрепления центров кристаллизации.

Установлено, что интенсивность вибрационного движения менее 30 см²/с³ является недостаточной для сокращения длительности латентного периода и завершения его в кристаллогенераторе, а интенсивность более 45 см²/с³ приводит лишь к излишним энергозатратам, так как скорость образования центров кристаллизации уже достигает максимального значения и далее не увеличивается.

Порозность вибрирующего слоя кристаллов менее 0,6 повышает сопротивление течению сиропа по поровым извилистым каналам между отдельными кристаллами. Одновременно при этом затрудняется относительное по отношению к сетчатому цилиндру перемещение кристаллов в плотном слое и снижается эффективность генерирования центров кристаллизации в моменты мгновенных остановок и изменения направления движения кристаллов. При порозности слоя выше 0,8 уменьшается сопротивление течению сиропа в межкристальных каналах, но одновременно уменьшается суммарная поверхность кристаллов в слое и падает истинная скорость течения сиропа в поровых каналах при данном значении вибрационной скорости кристаллов, рассчитанной на полное сечение слоя. В итоге падает скорость образования центров кристаллизации.

Вибрационное движение кристаллов способствует турбулизации потока сиропа, протекающего в порах между кристаллами. Это многократно увеличивает путь обтекания кристаллов сиропом, так как во время его протекания кристаллы совершают многократно колебательные движения вдоль циркулирующего потока. Вибрационное движение кристаллов приводит к сокращению латентного периода и улучшению гранулометрии образовавшихся центров кристаллизации затравочной суспензии.

Процесс кристаллообразования с точки зрения термодинамического равновесия носит затухающий характер с тенденцией установившегося равновесного состояния дисперсной системы "сироп - центры кристаллизации". При этом пересыщение снижается до уровня метастабильного состояния раствора, а затравочная суспензия отличается более равномерным гранулометрическим составом центров кристаллизации в единице объема и может определенное время храниться без роста и агрегации кристаллов.

Использование предлагаемого способа непрерывного кристаллообразования по сравнению с известным способом позволяет: увеличить выход центров кристаллизации; сократить время латентного периода и завершить его в кристаллогенераторе, поскольку увеличивается межфазное взаимодействие сиропа с вибрирующими кристаллами; улучшить гранулометрический состав центров кристаллизации, то есть, получать центры кристаллизации меньших размеров и с максимальной однородностью и интенсифицировать процесс непрерывного кристаллообразования.

Изобретение относится к сахарной промышленности, в частности, к получению затравочной суспензии, используемой для последующего наращивания кристаллов в вакуум-аппаратах непрерывного действия. Способ непрерывного кристаллообразования предусматривает циркуляцию в кристаллогенераторе горячего пересыщенного сиропа через слой крупной фракции кристаллов сахара, покрытых тонкой пленкой полиамида, и образование центров кристаллизации в затравочной суспензии. Кристаллы сахара помещают в сетчатый цилиндр и приводят в кристаллогенераторе в вибрационное движение по вертикали с интенсивностью 30 - 45 см²/с³ для обеспечения порозности слоя кристаллов 0,6 - 0,8. Циркуляцию сиропа на входе кристаллогенератора осуществляют прямоточно в режиме полного вытеснения. Готовую затравочную суспензию охлаждают на 2 - 3^oC для закрепления центров кристаллизации. Способ обеспечивает уменьшение латентного периода. Увеличивает количество центров кристаллизации и повышает однородность гранулометрического состава затравочной суспензии.

Способ получения затравочной суспензии для варки утфеля, предусматривающий циркуляцию в кристаллогенераторе горячего пересыщенного сиропа через слой крупной фракции кристаллов сахара, покрытых тонкой пленкой полиамида, образование центров кристаллизации в сиропе и отвод готовой затравочной суспензии из кристаллогенератора, отличающийся тем, что кристаллы сахара помещают в сетчатый цилиндр и приводят его в вибрационное движение по вертикали с интенсивностью 30 - 45 см²/c³ для обеспечения порозности слоя кристаллов 0,6 - 0,8 и осуществляют прямоточную циркуляцию сиропа через сетчатый цилиндр в режиме полного вытеснения, при этом готовую затравочную суспензию охлаждают на 2,0 - 3,0^oС для закрепления центров кристаллизации.