Способ уваривания утфеля с использованием предварительно приготовленной спиртовой затравочной суспензии Российский патент 2023 года по МПК C13B30/00 

Изобретение относится к сахарной промышленности, в частности к увариванию утфелей. Кристаллизация сахара является важной стадией технологической переработки сахарной свеклы. Одним из способов улучшения гранулометрического состава сахара является применение качественных затравочных материалов.

Традиционная технология кристаллизации сахарозы предусматривает использование для заводки кристаллов различные способы: сахарной пудрой, жидкой кристаллической суспензией и твердопластичной кристаллической пастой. Чаще всего на практике для получения затравочной суспензии (slurry) используется мокрый размол суспензии сахар/изопропанол в шаровой мельнице.

Развитие технологии кристаллизации сахарозы при уваривании утфелей с использованием предварительно приготовленной спиртовой затравочной суспензии привело к разработке различных способов получения затравочного утфеля.

Из уровня техники известен способ получения затравочной суспензии кристаллов для утфелей сахарного производства (патент №2137842 на изобретение, МПК C13F 1/02, 20.09.1999), предусматривающий смешивание сиропа с этанолом для образования зародышей кристаллов и их выращивание в смеси сиропа со спиртом. Сироп готовят путем растворения сахара-песка в обессоленной воде до достижения коэффициента пересыщения 1,15 - 1,20 с последующим отделением от него примесей. После выращивания кристаллов в смеси сиропа со спиртом суспензию разделяют в поле центробежных сил в две ступени. Выделенную фракцию кристаллов смешивают с приготовленным насыщенным раствором сахара для образования затравочной суспензии.

Известен способ уваривания утфеля (патент №2150507 на изобретение, МПК C13F 1/02, 10.06.2000), предусматривающий сгущение сахарсодержащего раствора в вакуум-аппарате до достижения пересыщения, приготовление затравочной суспензии путем кристаллизации водного сахарсодержащего раствора при охлаждении, заводку кристаллов в сгущенном сахарсодержащем растворе введением в него затравочной суспензии, наращивание кристаллов в утфеле и его окончательное сгущение. Полученную затравочную суспензию перед введением в сгущенный сахарсодержащий раствор подвергают осадительному центрифугированию с отделением межкристального раствора. Сгущенную суспензию кристаллов смешивают с фосфатидным концентратом в соотношении 9: 1 и суспендируют.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения затравочной суспензии кристаллов для утфелей сахарного производства (патент №2342437 на изобретение, МПК C13F 1/02, 27.12.2008), предусматривающий приготовление суспензии из сахара-песка и изопропилового спирта, измельчение кристаллов сахара в суспензии до образования пасты, внесение ее в сгущенный сироп, наращивание кристаллов путем охлаждения. Кристаллы сахара в указанной суспензии измельчают до размера 25-30 мкм, при этом пасту вводят в сироп с коэффициентом пересыщения 1,05. Охлаждение кристалломассы осуществляют в течение 6 часов до достижения размеров кристаллов в основе 0,20-0,25 мм.

Однако известные способы не могут обеспечить контролируемое содержание кристаллов, их размер, быстрый процесс уваривания, высокое качество - чистота и цветность сахаров первой, второй и третьей кристаллизации с уменьшением содержания сахара в мелассе и ее выхода.

Известен способ расчета дозировки затравочной суспензии, холодного кристаллизата и маточного утфеля, позволяющий вводить на стадии заводки кристаллов в современных технологиях кристаллизации сахарозы необходимое количество кристаллов заданного размера, который может служить в качестве исходных данных для расчета технологического оборудования при работе сахарных заводов разной производственной мощности, что дает возможность проводить процесс уваривания утфелей в оптимальном режиме, исключающем растворение вводимых при заводке кристаллов и повторное кристаллообразование на стадии их наращивания; повысить выход кристаллического сахара песка и снизить тепло- и энергозатраты в продуктовом отделении сахарного завода (профессор Громковский А.И. Дозирование затравочных материалов в современных технологиях кристаллизации сахарозы [Текст] / Бражников Н.Н., доцент Последова Ю.И., Д. Шлипаке// Сахар Вестник ВГУИТ - 2012 - № 3. - С.170-172).

Однако данный способ характеризуется сложностью выполнения, за счет того, что при его использовании возникает необходимость в привлечении дополнительного оборудования, автоматизации и человеческих ресурсов.

Общим недостатком для известных способов является низкий коэффициент однородности кристаллов в кристаллической основе.

Задача, которая ставилась при разработке данного способа, по сравнению с ранее заявленными способами, заключается в простоте приготовления, контроля содержания и размера кристаллов, хранения суспензии, заводки и роста кристалла, быстрый процесс уваривания, высокое качество белого сахара и сахаров второй и третьей кристаллизации, уменьшение содержания сахара в мелассе и ее выхода. Кроме того, заводка кристалла в утфеле предлагаемым способом дает возможность использования для варки утфелей паров с низким потенциалом, что способствует снижению расхода условного топлива.

Техническим результатом изобретения является повышение эффекта кристаллизации, повышение качества сахара за счет его однородности с контролируемым содержанием и размером кристаллов в конце процесса наращивания.

Указанный технический результат достигается в предлагаемом способе, предусматривающем приготовление суспензии из сахара-песка и изопропилового спирта, измельчение кристаллов сахара до образования суспензии, внесение ее в сгущенный сироп.

Новым является то, что суспензия готовится в шаровой мельнице с измельчением кристаллов сахара в изопропиловом спирте до размеров 6 - 10 мкм с перемешиванием для образования затравочной суспензии, отбор пробы и определение в ней количества и размеров кристаллов с помощью цифрового микроскопа до момента ввода затравочной суспензии в варочный аппарат, после чего с использованием математических компьютерных программных средств обработки результатов определяют объем суспензии, необходимый для достижения заданных значений размеров и содержания кристаллов в конце процесса наращивания, при этом в процессе варки утфеля контролируют количество и размер кристаллов, для этого производят отбор проб утфеля и определяют в ней количество и размеров кристаллов с помощью цифрового микроскопа, измерения используются в качестве корректирующих поправок в расчетном блоке программного обеспечения при последующих варях утфелей при подкачках суспензии в вакуум аппарат и в работу автоматической программы варщика утфелей варочного аппарата.

Расчет необходимого объема суспензии для уваривания утфеля в варочный аппарат проводят с использованием математических компьютерных программных средств обработки результатов, исходя из требуемых технологических параметров: кристаллической массы и необходимого размера готового кристалла сахара, параметров исходных продуктов сухих веществ (СВ), доброкачественности и заданных характеристик получаемого продукта по формуле:

M - количество суспензии для приготовления 100 кг готового утфеля;

A - коэффициент запаса на частичное растворение кристаллов суспензии в аппарате, принимают по паспортным данным каждого вакуум-аппарата и корректируют при варке;

B - количество кристаллов в готовом утфеле исходя из заданных параметров утфеля (КР);

C - коэффициент, характеризующий планируемое количество кристаллов в 1 кг готового утфеля, с планируемыми размерами кристалла;

D - количество кристаллов в 1 кг затравочной суспензии, на основе данных цифрового микроскопа;

E - количество кристаллов в затравочной суспензии, задается при приготовлении суспензии.

Рассчитанное количество объема суспензии вводят в виде затравки в сгущенный сироп.

Заводка кристалла суспензией производится в пределах низких величин пересыщения, до момента образования неконтролируемых центров кристаллизации с использованием компьютерных программных средств обработки результатов.

Использование предлагаемого способа позволяет при заводке кристалла вносить такое количество кристаллов, которое необходимо получить в готовом утфеле и затем в готовом продукте, т.е. позволяет спрогнозировать финальное значение размеров кристалла готового утфеля и содержание кристаллов в готовом утфеле.

Использование компьютерных программных средств обработки результатов для контроля и расчета кристалла в суспензии позволяет вносить корректировки в работу автоматической программы варщика утфелей вакуум-аппаратов.

Предлагаемый способ позволяет сократить время варки утфеля за счет сокращения времени заводки и обработки кристалла на стадии закрепления, а также предоставляет возможность работать с сиропами имеющими высокие СВ в пределах от 72 до 74 единиц и чистоту в пределах от 93 до 95 единиц, т.к. заводка кристалла суспензией производится в пределах низких величин пересыщения, до момента образования неконтролируемых центров кристаллизации («муки»).

Преимущество изобретения по сравнению с ранее применяемыми способами заводки является простота приготовления, контроля содержания и размера кристаллов, хранения суспензии, заводки и роста кристалла. Возможность использования для варки утфелей паров с низким потенциалом позволяет снизить расход условного топлива.

Кроме этого применение заявляемого способа позволяет использовать суспензию для заводки утфелей как 1-го, 2-го, так и 3-го продукта.

Изобретение иллюстрируется блок-схемой этапов заявляемого способа уваривания утфеля с использованием предварительно приготовленной спиртовой затравочной суспензии.

На чертеже представлено:

1 - блок приготовления суспензии;

2 - блок измерения;

3 - блок программного обеспечения;

4 - блок варки.

Способ осуществляется следующим образом.

Блок приготовления суспензии 1 состоит из шаровой мельницы и мешалки хранения затравочной суспензии.

Блок измерения 2 состоит из цифрового микроскопа, результаты измерений с которого вносятся вручную на блок программного обеспечения 3, который с использованием математических компьютерных программных средств обработки результатов производит расчет объема суспензии, вводимой в вакуум-аппарат блока варки 4.

Наращивание кристаллов сахара ведется после затравки суспензией в вакуум-аппарате блока варки 4. Блок программного обеспечения 3 включает в себя персональный компьютер с программным обеспечением средств обработки результатов.

В процессе варки утфеля производят контроль роста кристаллов, для чего производят отбор проб утфеля и определяют в ней количество и размер кристаллов с помощью цифрового микроскопа блока измерения 2. Данные по измерению используются в качестве корректирующих поправок в блоке программного обеспечения 3 при последующих варях утфеля и подкачках суспензии в вакуум-аппарат, а также в работу автоматической программы варщика утфелей вакуум-аппарата блока варки 4.

Способ осуществляется следующим образом.

Сахар-песок подают в шаровую мельницу блок приготовления суспензии 1, где его измельчают до размеров 6 - 7 мкм в изопропиловом спирте, с одновременным перемешиванием до состояния гомогенной суспензии. Длительность измельчения зависит от конкретных технических характеристик выбранной шаровой мельницы.

До момента ввода затравочной суспензии в варочный аппарат 4 производят отбор проб и с помощью цифрового микроскопа 3 определяют в ней количество и размер кристаллов. Результаты измерений вручную вносятся на блок расчета программного обеспечения 3.

После чего с использованием математических компьютерных программных средств обработки результатов блока программного обеспечения 3 определяют объем суспензии, необходимый для достижения заданных конечных значений размеров и содержания кристаллов в конце процесса наращивания.

Заданные значения размеров и содержания кристаллов определяют исходя из параметров исходного сырья для вари утфелей: сиропа/оттеков для варки утфеля, содержание сухих веществ (СВ), доброкачественность/чистота (ДБ).

Расчет необходимого объема суспензии для уваривания утфеля в варочный аппарат с использованием математических компьютерных программных средств обработки результатов, проводят исходя из требуемых технологических параметров: кристаллической массы и необходимого размера готового кристалла сахара, параметров исходных продуктов сухих веществ (СВ), доброкачественности и заданных характеристик получаемого продукта по формуле:

M - количество суспензии для приготовления 100 кг готового утфеля;

A - коэффициент запаса на частичное растворение кристаллов суспензии в аппарате, принимают по паспортным данным каждого вакуум-аппарата и корректируют при варке;

B - количество кристаллов в готовом утфеле исходя из заданных параметров утфеля (КР);

C - коэффициент, характеризующий планируемое количество кристаллов в 1 кг готового утфеля, с планируемыми размерами кристалла;

D - количество кристаллов в 1 кг затравочной суспензии, на основе данных цифрового микроскопа;

E - количество кристаллов в затравочной суспензии, задается при приготовлении суспензии.

Рассчитанное по формуле количество объема суспензии вводят в виде затравки в сгущенный сироп в вакуум-аппарат блока варки 4.

Наращивание кристаллов сахара ведется после затравки суспензией в вакуум-аппарате блока варки 4. В процессе варки утфеля производят контроль роста кристаллов, для чего производят отбор проб утфеля и определяют в ней количество и размер кристаллов с помощью цифрового микроскопа блока измерения 2, а также по результатам рассева готового сахара. Данные по измерению используются для корректировки в расчетном блоке программного обеспечения 3 используются в качестве корректирующих поправок при последующих подкачках суспензии в вакуум-аппарат блока варки 4 и для внесения корректировок в работу автоматической программы варщика утфелей для следующих варей.

Способ поясняется следующим примером.

На предприятии ООО «Раевсахар», п. Раевский Альшевского района республики Башкортостан была проведена варка утфеля 1 продукта с применением предлагаемого способа и при заводке кристалла сахарной пудрой.

Ресурсы для проведения серии тестов при варке утфеля 1 продукта с применением предлагаемого способа и при заводке кристалла сахарной пудрой:

1. Суспензия «Slurry» с характеристиками: размер кристалла 6 - 7 мкм, приготовленная заранее размолом кристаллов сахара (фракция 0,8 мм) в изопропиловом спирте на мельнице.

2. Электронный цифровой микроскоп с камерой.

3. Персональный компьютер с программным обеспечением для расчета объема суспензии для заводки кристалла.

4. Рефрактометр ИРФ.

5. Вакуум-аппараты 1 продукта, производительностью 60 тонн утфеля каждый, с циркулятором, 3 шт. производства ТТК (г. Ульяновск); 1 шт. производства ТМА (Украина).

Исходные данные для проведения серия тестов при варке утфеля 1 продукта с применением предлагаемого способа и при заводке кристалла сахарной пудрой:

1. Очищенная клеровка сахара-сырца:

СВ - 65%; Дб - 97,0%;

СВ - 56%; Дб - 93,5 - 94,0%.

2. Параметры пара на паровую камеру вакуум-аппаратов 0,58 кПа, Т 113°С.

3. Разрежение в системе (на вакуум-аппаратах 1 продукта) 0,75 - 0,85 кПа, Т в вакуум-аппарате 76 - 82°С.

До момента ввода затравочной суспензии в вакуум-аппарат согласно предлагаемому способу был производен отбор проб и с помощью цифрового микроскопа определено количество и размер кристаллов. Результаты измерений вручную внесли на персональный компьютер.

С помощью программного обеспечения произведен расчет объема суспензии для заводки кристалла, вводимой в вакуум-аппарат перед его сгущением, для получения кристалла сахара с заданными параметрами количества и размера кристаллов, исходя из параметров исходного сырья для вари утфелей: сиропа/оттеков для варки утфеля, содержание сухих веществ (СВ), доброкачественность/чистота (ДБ).

Исходные данные для расчета количества суспензии для приготовления 100 кг готового утфеля с размером готового кристалла 0,6 мм по предлагаемому способу:

A = 1,1;

B = 51,4 %;

C = 8000000 шт.;

D = 1,728*10¹² шт.;

E = 31,6%.

на 100 кг готового утфеля или 0,480 кг суспензии для варки 60 тонн готового утфеля 1 продукта с размером готового кристалла 0,6 мм. Рассчитанное количество объема суспензии было введено в виде затравки в сгущенный сироп.

Было выполнено наращивание кристаллов сахара с применением предлагаемого способа и при заводке кристалла сахарной пудрой.

Параметры, которые контролировались в процессе варки утфеля 1 продукта с применением предлагаемого способа и при заводке кристалла сахарной пудрой:

1. Время каждого этапа варки утфеля 1 продукта - сгущения; заводки и обработки кристалла; уваривания утфеля до конечной точки в 2-х вариантах: при заводке сахарной пудрой и суспензией «Slurry».

2. Контроль наличия/отсутствия самопроизвольно образованных кристаллов до определенной в программном обеспечении варки утфеля точки заводки (проведение предварительной калибровки концентратомера каждого вакуум-аппарата, тип Karrer Hassen).

3. Проведение расчета объема суспензии для заводки кристалла, исходя из начального размера кристалла в суспензии «Slurry» и требуемой финальной величины кристалла.

4. Определение точки заводки при работе с суспензией «Slurry».

5. Проведение анализа сваренного утфеля 1 продукта в 2 вариантах при заводке сахарной пудрой и суспензией «Slurry»:

- утфель - СВ, Дб;

- межкристальный раствор - СВ, Дб;

- первый оттек утфеля 1 продукта - СВ, Дб;

- второй оттек утфеля 1 продукта - СВ, Дб.

6. Проведение расчетов эффекта кристаллизации и содержания кристаллов в утфеле в двух вариантах варки утфеля 1 продукта при заводке сахарной пудрой и суспензией «Slurry».

7. Анализ сахара, полученного из утфеля 1 продукта (в двух вариантах):

- проведение рассева, согласно ГОСТ 12579-2013 «Сахар. Метод определения гранулометрического состава»;

- проведение расчета средней величины полученного кристалла каждой вари в каждом варианте;

- проведение расчета коэффициента неоднородности каждой вари в каждом варианте.

Результаты теста при варке утфеля 1 продукта с применением предлагаемого способа и при заводке кристалла сахарной пудрой при заданной величине финального кристалла 0,78 мм (780мкм) сведены в таблицу.

Наименование параметра 1 вариант
Заводка сахарной пудрой 2 вариант
Заводка суспензией «Slurry» по расчетному объему Время варки: Сгущение, мин 25 20 Заводка и обработка кристалла, мин 10 5 Уваривание утфеля до финишной точки (СВ 91,5-92,0), мин 130 100 Итого: 165 125 Коэффициент неоднородности,
Max
Min 38,6
44,1
33,8 31,9
34,5
26,7 Размер кристалла, мм 0,76 0,76** Эффект кристаллизации, ед.
(Дб утфеля - Дб 1 оттека) 8-10 9-12 Содержание кристалла в утфеле, % к массе утфеля.
(СХутф-СХ мкр) × 100, где
100-СХ мкр
СХутф
СХмкр 51-53
87,76
74,4 53-56
86,18
68,8

Проведенные тесты показали эффективность использования предлагаемого способа уваривания утфеля с использованием предварительно приготовленной спиртовой затравочной суспензии («Slurry»), а именно:

1. Снижение времени варки утфеля 1 продукта на 24%, что позволяет увеличить производительность станции уваривания утфелей 1 продукта (пропускную способность) ориентировочно на 15-20%.

2. Возможность варки утфеля с высоким содержанием кристалла утфеля и, как следствие, с более высоким эффектом кристаллизации, что снижает циркуляцию сахарозы внутри продуктового отделения, повышается производительность продуктового отделения, снижаются потери сахарозы. При этом утфель не теряет текучести (не увеличивается вязкость утфеля из-за отсутствия мелкого кристалла и «муки»).

3. Улучшение качественных характеристики сахара - увеличение однородности, способствует увеличению производительности станции центрифугирования - хорошо фугуется, в связи с практически отсутствием «муки» сахароза не растворяется в оттеки.

4. Увеличивается пропускная способность сушильного отделения, равномерное высыхание и охлаждение кристаллов сахара. Возможность выпускать сахар с заданными параметрами кристалла.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ уваривания утфеля с использованием предварительно приготовленной спиртовой затравочной суспензии из сахара-песка и изопропилового спирта. Суспензию готовят путем измельчения кристаллов сахара в изопропиловом спирте до размеров 6 - 7 мкм с перемешиванием для образования затравочной суспензии, проводят отбор пробы и определение в ней количества и размера кристаллов до момента ввода затравочной суспензии в варочный аппарат, далее определяют объем суспензии для заводки. Изобретение обеспечивает повышение эффекта кристаллизации, повышение качества сахара за счет его однородности с контролируемым содержанием и размером кристаллов в конце процесса наращивания. 1 ил., 1 табл.

Способ уваривания утфеля с использованием предварительно приготовленной спиртовой затравочной суспензии, предусматривающий приготовление суспензии из сахара-песка и изопропилового спирта, измельчение кристаллов сахара до образования суспензии, внесение ее в сгущенный сироп, наращивание кристаллов, отличающийся тем, что суспензия готовится в шаровой мельнице с измельчением кристаллов сахара в изопропиловом спирте до размеров 6 - 7 мкм с перемешиванием для образования затравочной суспензии, отбор пробы и определение в ней количества и размеров кристаллов с помощью цифрового микроскопа до момента ввода затравочной суспензии в варочный аппарат, после чего с использованием математических компьютерных программных средств обработки результатов определяют объем суспензии для заводки, при этом в процессе варки утфеля контролируют количество и размер кристаллов, для чего производят отбор проб утфеля и определяют в ней количество и размер кристаллов с помощью цифрового микроскопа, измерения используются в качестве корректирующих поправок в расчетном блоке программного обеспечения при последующих варях утфеля и подкачках суспензии в вакуум-аппарат, а также в работу автоматической программы варщика утфелей варочного аппарата, при этом расчет необходимого объема суспензии для уваривания утфеля в варочный аппарат проводят с использованием математических компьютерных программных средств обработки результатов, исходя из требуемых технологических параметров: кристаллической массы и необходимого размера готового кристалла сахара, параметров исходных продуктов сухих веществ (СВ), доброкачественности и заданных характеристик получаемого продукта по формуле:

M – количество суспензии для приготовления 100 кг готового утфеля;

A – коэффициент запаса на частичное растворение кристаллов суспензии в аппарате, принимают по паспортным данным каждого вакуум-аппарата и корректируют при варке;

B – количество кристаллов в готовом утфеле исходя из заданных параметров утфеля (КР);

C – коэффициент, характеризующий планируемое количество кристаллов в 1 кг готового утфеля, с планируемыми размерами кристалла;

D – количество кристаллов в 1 кг затравочной суспензии, на основе данных цифрового микроскопа;

E – количество кристаллов в затравочной суспензии, задается при приготовлении суспензии.