СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ УВАРИВАНИЯ УТФЕЛЯ ПЕРВОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК C13B30/02 

Изобретение относится к производству кристаллического белого сахара и может быть использовано при уваривании утфеля первой кристаллизации в сахарном производстве.

Известен способ получения кристаллического белого сахара, предусматривающий сгущение смеси сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизации, заводку кристаллов, их наращивание, сгущение утфеля до готовности, центрифугирование с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков, отличающийся тем, что после набора смеси сиропа с клеровкой в вакуум-аппарат процесс его сгущения интенсифицируют путем введения в него водяного пара извне из отдельного паросборника в кипящий утфель температурой 105-110°С до заводки центров кристаллизации, в качестве которых используют сахарную пудру фракционированную до размеров кристаллов в диапазоне 0,15-0,180 мм, заведенные центры кристаллизации закрепляют подкачками сиропа с клеровкой концентрацией 65-72% сухих веществ при температуре 74-76°С и затем наращивают с использованием для обогрева паровой камеры греющего пара температурой 105-110 причем по завершении подкачек сиропа с клеровкой снижают пересыщение утфеля до 1,110-1,120 путем ввода фильтрационного сока II сатурации и дальнейшее уваривание утфеля ведут на подкачках оттеков с учетом их качества, окончательное сгущение утфеля ведут при температуре 72-74°С до содержания в нем 93,0-93,5% сухих веществ и перед спуском из вакуум-аппарата раскачивают его первым оттеком до 91,5-92,0% сухих веществ, процесс центрифугирования проводят в фильтрующей центрифуге периодического действия с созданием в ней условий насыщенности воздуха влагой, для чего пар температурой 130-140°С подается в пространство внутри ротора центрифуги в количестве, необходимом для повышения температуры в этом объеме до температуры утфеля, в течение времени активного центрифугирования, разность между чистотой второго и первого оттеков утфеля первой кристаллизации выдерживается в диапазоне 5,0-7,0%, промывание кристаллов сахара начинают после отделения 85-90% первого оттека, а расход промывной воды составляет 1,8-2,2% к массе утфеля при температуре 80-90°С [RU 2771069 С1].

Недостатком этого способа является слабая интенсивность перемешивания утфеля в вакуум-аппарате, что ухудшает условия формирования и последующего наращивания центров кристаллизации, как и использование для раскачивания в вакуум-аппарате утфеля фильтрованного сока II сатурации, что может в итоге уменьшить выход кристаллического белого сахара из аппарата. Использование пара температурой 130-140°С в процессе разделения утфеля в роторе центрифуги может отрицательно влиять на выход белого сахара и его качественные показатели. Помимо этого, отсутствие строгих требований к процессу разделения утфеля в центрифуге, как и выдерживание диапазона температур в процессе уваривания утфеля также может привести к снижению выхода и качества белого сахара.

Наиболее близким способом (прототипом) является способ получения утфеля первой кристаллизации, характеризующийся тем, что в вакуум-аппарат с циркулятором подготовленный к работе набирают маточный утфель в смеси с сиропом и клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизации до полного закрытия поверхности нагрева паровой камеры, в качестве центров кристаллизации используют маточный утфель с размерами кристаллов 0,120 -0,160 мм, затем ведут наращивание кристаллов при сгущении утфеля до 88,5-90,0% сухих веществ при температуре 72,0-76,0°С при использовании для обогрева паровой камеры греющего пара температурой 105-110°С, причем по завершении подкачек сиропа с клеровкой в утфель вводят его второй оттек и окончательное сгущение утфеля ведут при температуре 68,0-72,0°С до содержания сухих веществ 93,0-93,5%, затем перед спуском из вакуум-аппарата раскачивают его первым оттеком до 92,0-92,5% сухих веществ [RU 2521422 С1].

Недостатком способа является отсутствие обоснованных требований к размеру центров кристаллизции, как и температуре подкачиваемого сиропа с клеровкой в период заводки кристаллов и по завершении процесса уваривания утфеля. При этом не предусмотрена возможность интенсификации процесса кристаллизации при вводе первого оттека на последних подкачках. При этих условиях сложно обеспечить быстрое и эффективное истощение межкристального раствора утфеля, а значит и высокий выход кристаллического белого сахара.

Технический результат изобретения заключается в повышении качественных характеристик утфеля I кристаллизации и выхода из него кристаллического белого сахара.

Этот результат достигается тем, что в предлагаемом способе интенсификации уваривания утфеля первой кристаллизации, характеризующемся тем, что он включает набор сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизации, их сгущение до заводки кристаллов, наращивание кристаллов, доведение утфеля до готовности с набором на последующие подкачки в вакуум-аппарат первого оттека этого утфеля, подготовку и спуск утфеля из вакуум-аппарата для разделения в центрифугах, причем уваривание утфеля проводят в вакуум-аппарате, оснащенном механическим циркулятором, в качестве центров кристаллизации используют маточный утфель, который перед набором в вакуум-аппарат предварительно фракционируют до содержания в нем 5-7 шт. кристаллов на 1 мм длины поверхности пробного стекла размером 0,120-0,160 мм и после набора маточного утфеля его кристаллы закрепляют подкачками сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизаций выдерживая коэффициент пересыщения в интервале 1,10-1,12 при скорости циркуляции утфеля в диапазоне 0,5-1,2 м/с, при этом температуру сиропа с клеровкой в этот период поддерживают на 3-5°С выше, чем утфеля в вакуум-аппарате, а температуру пара, подаваемого в греющую камеру регулируют в диапазоне 105-110°С, при этом кристаллы сахара в процессе уваривания утфеля наращивают в диапазоне размеров 0,60-0,85 мм на подкачках сиропа с клеровкой температурой 74-76°С и концентрацией 65-72% сухих веществ до содержания в утфеле 92,5-93,5% сухих веществ и по завершении подкачек сиропа с клеровкой на уваривание утфеля подают его первый оттек, разбавленный горячей водой до 82,5-83,0% сухих веществ, который вводят в аппарат под нижнюю трубную решетку паровой камеры и перед спуском из вакуум-аппарата его раскачивают первым оттеком до содержания в нем 91,7-92,0% сухих веществ.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале на основе сиропа в специальном охлаждающем кристаллизаторе готовится маточный утфель [Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства. Часть 2 / В.О. Штангеев, Т. В. Кобер, Л.Г. Белостоцкий и др. - Под ред. В.О. Штангеева. - К.: «Цукор Украiни», 2004. - С.116-117 (320 с.)].

Уваривания утфеля проводят в вакуум-аппарате, оснащенным механическим циркулятором, в качестве центров кристаллизации используют предварительно подготовленный маточный утфель, который перед набором в вакуум-аппарат предварительно фракционируют до содержания в нем 5-7 шт. кристаллов на 1 мм длины поверхности пробного стекла размером 0,120-0,160 мм.

Вакуум-аппарат с механическим циркулятором по своему назначению является технологическим инструментом, позволяющим уваривать утфель, используя для этого низкопотенциальный теплоноситель (вторичный пар последних корпусов выпарной установки), то есть при пониженных темпертурных напорах, а также из сиропов высоких концентраций с содержанием сухих веществ 72-74%. Это дает возможность увеличить кратность испарения выпарной установки за счет использования на вакуум-аппаратах ее греющего пара более низкого потенциала, уменьшить его расход и, следовательно, снизить расход топлива на производство технологического пара. Именно в решении проблемы уменьшения расхода топлива и заключается технико-экономическое целесообразность применения вакуум-аппаратов с механическим циркулятором [Вакуум-аппарат с циркулятором: оптимизация теплопотребления, улучшение качества готовой продукции / В.Н. Кухар, П.И. Лысюк, А.К. Сущенко и др. // Сахар. - 2006. - №7. - С.48-52].

Регулирование содержания кристаллов в затравочной основе в пределах 5-7 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла позволяет легко получить требуемый размер кристаллов сахара высокого качества. При отклонении от принятого количества затравочных кристаллов менее 5 шт. или более 7 шт. на 1 мм длины поверхности пробного стекла эти условия ухудшаются.

Важным элементом формирования центров кристаллизации на основе маточного утфеля является операция по их закреплению. Выдерживание температуры сиропа с клеровкой в интервале 72-74°С позволяет быстро растворять образовавшиеся вторичные центры кристаллизации. Процесс закрепления центров кристаллизации проводят на напрерывных подкачках сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизации, что обеспечивает стабильную скорость их роста и растворение вторичных, вновь образуемых кристаллов. В значительной степени этому способствует выдерживание степени пересыщения межкристального раствора в диапазоне 1,10-1,12. При запредельных значениях величины пересыщения, т.е. ниже и выше указанных значений достижение технического результата изобретения ухудшается. Регулирование величины пересыщения имеет место при скорости циркуляции утфеля в диапазоне 0,5-1,2 м/с, что позволяет стабилизировать данные условия и последующее наращивание центров кристаллизации. При скорости циркуляции утфеля менее 0,5 или более 1,2 м/с условия роста центров кристаллизации ухудшаются.

Кроме того, температуру сиропа с клеровкой в этот период поддерживают на 3-5°C выше, чем утфеля в вакуум-аппарате, а температуру пара, подаваемого в греющую камеру регулируют в диапазоне 105-110°С, при этом кристаллы сахара в процессе уваривания утфеля наращивают в диапазоне размеров 0,60-0,85 мм на подкачках сиропа с клеровкой температурой 74-76°С и концентрацией 65-72% сухих веществ.

Необходимость поддержания температуры сиропа с клеровкой на 3-5°С выше чем утфеля в период формирования затравочных кристаллов обусловлена тем, что при таком температурном режиме улучшается интенсивность теплообмена за счет вскипания подкачиваемого в аппарат сиропа с клеровкой. Такая оптимизация этого гидродинамического режима подкачек позволяет повысить скорость циркуляции утфеля при самовскипании пузырьков пара.

Требования к температуре пара, подаваемого в греющую камеру вакуум-аппарата в диапазоне 105-110°С объясняется тем, что при температуре ниже 105°С возрастают затраты времени на уваривание утфеля, а при температуре выше 110°С увеличивается вязкость и ухудшаются качественные показатели увариваемого утфеля.

Обеспечение размеров кристаллов сахара в диапазоне 0,60-0,85 мм установлено экспериментальным путем. В частности, показано, что при размерах кристаллов менее 0,60 мм или более 0,85 мм качественные показатели сахара ухудшаются. При размерах кристаллов в диапазоне 0,60-0,85 мм в них снижается количество сросшихся кристаллов и они имеют более однородный состав и качественные показатели.

Выдерживание температуры сиропа с клеровкой в интервале температур 74-76°С и концентраций сухих веществ в диапазоне 65-72% обусловлено оптимальным значением этих величин и их влиянием на выход и качество сахара. При запредельных значениях сиропа с клеровкой по температуре и сухим веществам достижение технического результата изобретения ухудшается.

Уваривание утфеля на подкачках сиропа с клеровкой сахара второй и третьей кристаллизаций до размеров кристаллов сахара в диапазоне 0,6-0,85 мм и достижению в утфеле 92,5-93,5% сухих веществ необходимо для более глубокого истощения межкристального раствора. При запредельных условиях по содержанию в утфеле сухих веществ условия его истощения снижаются.

По завершении подкачек сиропа с клеровкой в вакуум-аппарат на уваривание утфеля подают первый оттек, который предварительно раскачивают горячей водой до 82,5-83,0% сухих веществ. Это необходимо для ускорения процесса сгущения утфеля и доведения его до готовности перед спуском из вакуум-аппарата (т.е. до заполнения объема вакуум-аппарата). При использовании первого оттека с запредельным содержанием сухих веществ условия сгущения утфеля и его подгтовка к выгрузке ухудшаются. Для более эффективной выгрузки утфеля из аппарата его раскачивают первым оттеком до содержания в нем 91,7-92,0% сухих веществ.

Эти условия позволяют обеспечить его выгрузку с минимальными потерями, обеспечивая при этом и оптимальные условия загрузки в центрифуги для разделения на белый сахар, первый и второй оттеки.

В ходе исследования анализируют:

- основные технологические показатели: чистота (Ч_утфI, %); содержание сухих веществ (СВ_утфI, %); процентное содержание кристаллов в утфеле (К, %); содержание сросшихся кристаллов (Q, %); время уваривания утфеля (Т_утфI, ч); время центрифугирования (τ_утфI, мин);

- физико-химические показатели кристаллического белого сахара: цветность (Цв_сах, ед.опт.пл.); мутность (М, физ.ед.); содержание редуцирующих веществ (РВ, %); содержание золы (Зол., %);

- гранулометрический состав белого сахара: средний размер кристаллов (Ср, мм); коэффициент неоднородности (К_н, %).

Пример. Вначале на основе сиропа в специальном охлаждающем кристаллизаторе готовят маточный утфель, который перед набором в вакуум-аппарат фракционируют до содержания в нем 6 шт. кристаллов на 1 мм длины поверхности пробного стекла размером 0,14 мм. Затем подготовленный маточный утфель в смеси с сиропом и клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизаций набирают в вакуум-аппарат до полного закрытия поверхности нагрева паровой камеры. Вакуум-аппарат оснащен механическим циркулятором (аппарат марки ВАВ 60).

После набора в аппарат маточного утфеля его кристаллы закрепляют подкачками сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизаций, выдерживая коэффициент пересыщения величиной 1,10 при скорости циркуляции утфеля 0,8 м/с, при этом температура сиропа с клеровкой в этот период поддерживают на 4°С выше чем утфеля в вакуум-аппарате, а температуру пара, подаваемого в греющую камеру регулируют в диапазоне 107°С, причем кристаллы сахара в процессе уваривания утфеля наращивают до 0,72 мм на подкачках сиропа с клеровкой температурой 75°С и концентрацией 70% сухих веществ до содержания в утфеле 93% сухих веществ и по завершении подкачек сиропа с клеровкой на уваривание утфеля подают его первый оттек, разбавленный горячей водой до 82,7% сухих веществ, который вводят в аппарат под нижнюю трубную решетку паровой камеры и перед спуском из вакуум-аппарата его раскачивают первым оттеком до содержания в нем 91,8% сухих веществ. После этого утфель спускают из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку, а из нее на центрифуги, где разделяют на кристаллический белый сахар, первый и второй оттеки.

Результаты, полученные по предлагаемому способу:

- технологические показатели: Ч_утфI=91,72%; СВ_утфI=92,3%; К=52,8%; Q=36,8%; Т_утфI=3,6 ч; τ_утфI=2,90 мин;

- физико-химические показатели кристаллического белого сахара: цветность Цв_сах=99 ед.опт.пл.; М=19,1 физ.ед.; РВ=0,028%; Зол.=0,023%;

- гранулометрический состав белого сахара: Ср=0,725 мм; К_н=23,8%. Параллельно утфель получают по известному способу (прототипу). Вначале на основе сиропа в специальном охлаждающем кристаллизаторе готовят маточный утфель с размерами кристаллов 0,140 мм. Затем маточный утфель в смеси с сиропом и клеровкой набирают в вакуум-аппарат до полного закрытия поверхности нагрева паровой камеры. Вакуум-аппарат оснащен циркулятором (аппарат ВАВ 60). Причем для обогрева его паровой камеры используют греющий пар температурой 107°C.

Наращивание кристаллов саточного утфеля ведут при сгущении утфеля первой кристаллизации до 89% сухих веществ и температурой 77°С

По завершении подкачек сиропа с клеровкой в утфель вводят его второй оттек и окончательное сгущение ведут при температуре 70°С до содержания сухих веществ 93,25%. Перед спуском из вакуум-аппарата утфель раскачивают его первым оттеком до 92,25% сухих веществ. После этого утфель спускают в приемную утфелемешалку, а из нее на центрифуги, где разделяют на кристаллический белый сахар, первый и второй оттек.

Результаты, полученные по известному способу (прототипу):

- технологические показатели: Ч_утфI=91,69%; СВ_утфI=92,25%; К=49,4%; Q=44,1%; Т_ухфI=4,2 ч; τ_утфI=3,10 мин;

- физико-химические показатели кристаллического белого сахара: цветность Цв_сах=104 ед.опт.пл.; М=31,2 физ.ед.; РВ=0,039%; Зол.=0,040%;

- гранулометрический состав белого сахара: Ср=0,58 мм; К_н=30%.

Из представленных результатов видно, что предлагаемый способ в сравнении с известным (прототип) требует меньше времени на уваривание и центрифугирование утфеля, при этом получаемый белый сахар имеет более высокие физико-химические показатели качества, как и его гранулометрический состав.

Причем в процессе уваривания обеспечиваются более глубокое истощение межкристального раствора, что позволяет повысить в утфеле процентное содержание кристаллов на 3,4% и снизить потери сахара в производстве на 0,07% к массе свеклы.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ интенсификации уваривания утфеля первой кристаллизации, который включает набор сиропа с клеровкой cахаров второй и третьей кристаллизации, их сгущение до заводки кристаллов, наращивание кристаллов, доведение утфеля до готовности с набором на последующие подкачки в вакуум-аппарат первого оттека этого утфеля, подготовку и спуск утфеля из вакуум-аппарата для разделения в центрифугах. Уваривание утфеля проводят в вакуум-аппарате, оснащенном механическим циркулятором, в качестве центров кристаллизации используют маточный утфель, который перед набором в вакуум-аппарат предварительно фракционируют до содержания в нем 5-7 шт. кристаллов на 1 мм длины поверхности пробного стекла размером 0,120-0,160 мм, и после набора маточного утфеля его кристаллы закрепляют подкачками сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизаций. Кристаллы сахара в процессе уваривания утфеля наращивают в диапазоне размеров 0,60-0,85 мм на подкачках сиропа с клеровкой до содержания в утфеле 92,5-93,5% сухих веществ, и по завершении подкачек сиропа с клеровкой на уваривание утфеля подают его первый оттек, разбавленный горячей водой до 82,5-83,0% сухих веществ. Способ позволяет повысить качественные характеристики утфеля I кристаллизации.

Способ интенсификации уваривания утфеля первой кристаллизации, характеризующийся тем, что он включает набор сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизации, их сгущение до заводки кристаллов, наращивание кристаллов, доведение утфеля до готовности с набором на последующие подкачки в вакуум-аппарат первого оттека этого утфеля, подготовку и спуск утфеля из вакуум-аппарата для разделения в центрифугах, отличающийся тем, что уваривание утфеля проводят в вакуум-аппарате, оснащенном механическим циркулятором, в качестве центров кристаллизации используют маточный утфель, который перед набором в вакуум-аппарат предварительно фракционируют до содержания в нем 5-7 шт. кристаллов на 1 мм длины поверхности пробного стекла размером 0,120-0,160 мм, и после набора маточного утфеля его кристаллы закрепляют подкачками сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизаций, выдерживая коэффициент пересыщения в интервале 1,10-1,12 при скорости циркуляции утфеля в диапазоне 0,5-1,2 м/с, при этом температуру сиропа с клеровкой в этот период поддерживают на 3-5°С выше, чем утфеля в вакуум-аппарате, а температуру пара, подаваемого в греющую камеру, регулируют в диапазоне 105-110°С, при этом кристаллы сахара в процессе уваривания утфеля наращивают в диапазоне размеров 0,60-0,85 мм на подкачках сиропа с клеровкой температурой 74-76°С и концентрацией 65-72% сухих веществ до содержания в утфеле 92,5-93,5% сухих веществ, и по завершении подкачек сиропа с клеровкой на уваривание утфеля подают его первый оттек, разбавленный горячей водой до 82,5-83,0% сухих веществ, который вводят в аппарат под нижнюю трубную решетку паровой камеры, и перед спуском из вакуум-аппарата его раскачивают первым оттеком до содержания в нем 91,7-92,0% сухих веществ.