СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САХАРА ИЗ МЕЛАССЫ Российский патент 2001 года по МПК C13F1/02 C13J1/00 

Изобретение относится к сахарной промышленности.

Известен способ получения сахара путем его кристаллизации из вязкого сахарсодержащего раствора, предусматривающий выделение сахара в виде кристаллической оболочки на охлаждаемой ребристой поверхности барабанов вальцевых кристаллизаторов [Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. - М.: Химия, 1968, С. 188-191].

Недостатком известного способа являются невысокая эффективность процесса, обусловленная малой величиной межфазной поверхности.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ получения сахара из мелассы, предусматривающий охлаждение ее до пересыщенного состояния, пропускание потока охлажденной пересыщенной мелассы в вертикальном цилиндрическом кристаллизаторе через взвешенный слой мелкозернистой насадки с температурой ниже температуры мелассы для кристаллизации сахара на поверхности зерен насадки в виде кристаллических оболочек, отделение насадки от мелассы по окончании кристаллизации и растворение кристаллических оболочек растворителем [Харин В. М. Кристаллизация на взвешенной насадке // Теоретические основы химической технологии. - 1978. - Т. XII, N 4. - С. 510-515 (прототип)].

Недостатками известного способа являются длительность процесса, вызванная низкой относительной скоростью движения фаз "насадка-меласса"; необходимость применения насадки из плотных материалов для интенсификации процесса, что требует повышенных энергозатрат на поддержание насадки во взвешенном состоянии, и недостаточно высокий выход продукта.

Технический результат изобретения заключается в увеличении выхода продукта и ускорении процесса кристаллизации.

Технический результат достигается тем, что в способе получения сахара из мелассы, предусматривающем охлаждение ее до пересыщенного состояния, пропускание потока охлажденной пересыщенной мелассы в вертикальном цилиндрическом кристаллизаторе через взвешенный слой мелкозернистой насадки с температурой ниже температуры мелассы для кристаллизации сахара на поверхности зерен насадки в виде кристаллических оболочек, отделение насадки от мелассы по окончании кристаллизации и растворение кристаллических оболочек растворителем, насадку помещают в расположенную в кристаллизаторе цилиндрическую камеру с диаметром, близким к диаметру кристаллизатора, снабженную торцевыми решетками, размер ячеек которых меньше размера насадки. Приводят камеру с насадкой в низкочастотное вибрационное движение по вертикали с созданием порозности взвешенной насадки, равной 0,8. Растворение кристаллических оболочек после окончания кристаллизации осуществляют в кристаллизаторе при вибрационном движении камеры с насадкой.

Способ осуществляют следующим образом.

В расположенную внутри вертикального цилиндрического кристаллизатора цилиндрическую камеру, имеющую диаметр, близкий к диаметру кристаллизатора, и снабженную торцевыми решетками, помещают мелкозернистую насадку в виде керамических шариков или в виде полых металлических шариков из стали, латуни, меди, охлажденную до температуры, пониженной относительно начальной температуры пересыщенной мелассы на 8-12^oC. Размер ячеек решетки выбирают меньше размера насадки во избежание ее высыпания из камеры.

В кристаллизатор снизу подают непрерывным потоком охлажденную выносным теплообменником пересыщенную до метастабильного состояния мелассу и приводят потоком мелассы охлажденную насадку во взвешенное состояние, обеспечивая в начале кристаллизации порозность взвешенной насадки, равную 0,8. Затем включают вибропривод и приводят камеру с насадкой в низкочастотное вибрационное движение по вертикали. При достаточно низкой начальной температуре насадки в момент контактирования с мелассой, имеющей более высокую температуру, в результате местного переохлаждения мелассы резко возрастает пересыщение и на поверхности насадки образуется тонкий слой кристаллизирующего сахара (так называемая подложка, способная к дальнейшему росту). Истощенную мелассу, удаленную из кристаллизатора рециркулируют обратно в него. Выносным теплообменником циркулирующую мелассу охлаждают с определенной скоростью и вновь создают в ней пересыщение, соответствующее метастабильной зоне, что позволяет продолжать кристаллизацию сахарозы из мелассы. По истечении определенного времени обтекания насадки пересыщенной мелассой происходит утолщение кристаллической мелкозернистой насадки и уменьшение ее порозности.

После достижения заданной конечной температуры кристаллизации и порозности взвешенной насадки 0,7 прекращают циркуляцию пересыщенной мелассы через цилиндрическую камеру с насадкой, отключают вибропривод и отделяют декантацией насадку с кристаллической оболочкой от оставшейся в кристаллизаторе мелассы.

Затем кристаллизатор заполняют фильтрованным соком II сатурации с температурой около 85^oC до полного погружения в него насадки и растворяют кристаллическую оболочку насадки при работающем виброприводе и обогреве рубашкой. Полученный сахарсодержащий раствор удаляют из кристаллизатора для смешивания с клеровкой или на выпаривание, а регенерированную охлажденную насадку используют в следующем цикле кристаллизации.

Пример. В цилиндрическую камеру помещают термостатированную с температурой 30^oC мелкозернистую насадку в виде керамических шариков диаметром 0,01 м, имеющих скорость свободного осаждения единичной частицы в неподвижной мелассе 0,0065 м/с. С учетом расширения взвешенного слоя в кристаллизатор подают снизу непрерывным потоком пересыщенную мелассу со скоростью 0,016 м/с в расчете на полное сечение камеры. Массовая доля сухих веществ в мелассе составляет СВ= 86,1% (содержание сухих веществ получено методом разбавления 26 г мелассы в 100 см³ воды), ее чистота равна 56,4%, начальная температура кристаллизации составляет 40^oC, что соответствует коэффициенту пересыщения 1,1. Потоком циркулирующей мелассы насадку переводят во взвешенное состояние, обеспечивая порозность 0,8. Затем включают вибропривод и приводят камеру и находящуюся в ней насадку в низкочастотное вибрационное движение в вертикальном направлении с амплитудой 0,02 м и частотой 1 Гц, то есть со средней колебательной скоростью 0,08 м/с. При начальной температуре насадки 30^oC в момент контактирования с мелассой, имеющей температуру 40^oC, на ее поверхности сразу образуется тонкий слой кристаллизующегося сахара - подложка, способная к дальнейшему росту.

Циркулирующую через взвешенную насадку по замкнутому контуру мелассу постоянно охлаждают в выносном теплообменнике кристаллизатора, поддерживая тем самым избыточное пересыщение мелассы в метастабильной зоне. По истечении определенного времени обтекания насадки пересыщенной мелассой происходит утолщение кристаллической оболочки сахара на развитой межфазной поверхности вибрирующей мелкозернистой насадки и уменьшение ее порозности. При достижении конечной температуры охлаждении 28^oC и порозности взвешенной насадки 0,7 процесс кристаллизации останавливают. При этом параметры мелассы соответствуют СВ=83,2%, Ч=53,8%, что равнозначно дополнительному выкристаллизовыванию сахара в количестве 4,8% к массе исходной мелассы. По сравнению с известным способом сокращение времени кристаллизации в результате многократной интенсификации процесса массоотдачи на вибрирующей насадке, оцениваемой по критерию Шервуда, составляет 1,5-1,7 раза.

В результате применения способа удается значительно снизить потери сахара, выкристаллизовывающегося при длительном хранении мелассы, составляющие 75% от суммарных потерь сахара в производстве по традиционной технологии кристаллизации утфелей последнего продукта.

После достижения заданной конечной температуры кристаллизации прекращают циркуляцию пересыщенной мелассы через кристаллизатор, отключают вибропривод и декантацией отделяют насадку с кристаллической оболочкой от оставшейся в кристаллизаторе мелассы.

Затем, для повышения концентрации сахарозы в растворе, кристаллические оболочки растворяют не в проточном растворителе, а в малом его объеме. Для этого кристаллизатор заполняют фильтрованным соком II сатурации с температурой 85^oC в таком количестве, чтобы обеспечить полное погружение в нее насадки, и растворяют кристаллическую оболочку насадки при работающем виброприводе и обогреве сока II сатурации через рубашку, полученный сахарсодержащий раствор удаляют из кристаллизатора для смешивания с клеровкой или на выпаривание, а регенерированную охлажденную насадку используют в следующем цикле кристаллизации.

Поскольку взвешенная насадка совершает вибрационное движение в вертикальном направлении, это позволяет многократно увеличить относительно скорость движения фаз "насадка - меласса" и тем самым существенно интенсифицировать процесс кристаллизации. Порозность взвешенной насадки по мере наращивания кристаллической оболочки снижается от 0,8 до 0,7, а скорость кристаллизации, как установлено экспериментально, при данных значениях порозности достигает наивысших величин. Кроме того, при вибрационном перемешивании снижается вязкость дисперсной системы, что позволяет провести циркуляцию и охлаждение раствора до более низких температур. В результате увеличивается выход продукта и сокращается время кристаллизации.

Использование предложенного способа получения сахара из мелассы по сравнению с известным способом позволяет:
интенсифицировать процесс кристаллизации за счет дополнительного увеличения относительно скорости движения фаз "насадка - меласса" и применить насадку из менее плотного материала;
увеличить выход продукта и сократить время кристаллизации путем интенсификации теплопередачи вибрирующей насадкой;
повысить концентрацию сахара в растворе при растворении с вибрационным перемешиванием кристаллической оболочки в малом объеме растворителя.

Изобретение относится к сахарной промышленности. Способ предусматривает охлаждение мелассы до пересыщенного состояния и пропускания ее потока в вертикальном цилиндрическом кристаллизаторе через взвешенный слой мелкозернистой насадки, помещенной в цилиндрическую камеру и имеющей температуру ниже температуры мелассы для кристаллизации сахара на поверхности зерен насадки в виде кристаллических оболочек. Камера имеет диаметр, близкий к диаметру кристаллизатора, и снабжена торцевыми решетками, размер ячеек которых меньше размера насадки. Камеру с насадкой приводят в низкочастотное вибрационное движение по вертикали с созданием порозности взвешенной насадки, равной 0,8. По окончании кристаллизации насадку отделяют от мелассы. Кристаллические оболочки частиц насадки растворяют растворителем в кристаллизаторе при вибрационном движении камеры с насадкой. Способ обеспечивает увеличение выхода продукта и ускорение процесса кристаллизации.

Способ получения сахара из мелассы, предусматривающий охлаждение ее до пересыщенного состояния, пропускание потока охлажденной пересыщенной мелассы в вертикальном цилиндрическом кристаллизаторе через взвешенный слой мелкозернистой насадки с температурой ниже температуры мелассы для кристаллизации сахара на поверхности зерен насадки в виде кристаллических оболочек, отделение насадки в виде кристаллических оболочек, отделение насадки от мелассы по окончании кристаллизации и растворение кристаллических оболочек растворителем, отличающийся тем, что насадку помещают в расположенную в кристаллизаторе цилиндрическую камеру с диаметром, близким к диаметру кристаллизатора, снабженную торцевыми решетками, размер ячеек которых меньше размера насадки, и приводят камеру с насадкой в низкочастотное вибрационное движение по вертикали с созданием порозности взвешенной насадки, равной 0,8, при этом растворение кристаллических оболочек после окончания кристаллизации осуществляют в кристаллизаторе при вибрационном движении камеры с насадкой.