СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УТФЕЛЯ ПЕРВОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК C13B25/00 

Изобретение относится к производству белого сахара и может быть использовано для более эффективной работы продуктового отделения сахарного завода.

Известен способ получения утфеля первой кристаллизации предусматривающий сгущение сиропа, заводку в нем затравочных центров из расчета 10-12 шт. на 1 мм длины поверхности «пробного стекла», их наращивание до 0,2-0,3 мм в первом вакуум-аппарате, отбор части утфеля в количестве 50-55% от общей его массы и подачу во второй вакуум-аппарат, уваривание утфеля в первом и втором аппаратах до готовности, спуск утфелей в приемную утфелемешалку и центрифугирование с отбором первого оттека, промывание кристаллов сахара с отделением второго оттека и выгрузку из центрифуги [SU №1017736 А, C13F 1/02, 17.09.1981 г.].

Недостатком данного способа является то, что заводку центров кристаллизации проводят с использованием сахарной пудры, что может быть причиной неоднородности полученных кристаллов белого сахара, как и ухудшение его органолептических и физико-химических показателей качества. Одной из основных причин формирования неоднородности кристаллов сахара может быть их срастание именно в момент образования затравочных центров кристаллизации. При этом возможно ухудшение разделения такого утфеля в центробежном силовом поле, а значит привести к снижению выхода сахара из центрифуги.

Наиболее близким является способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий приготовление клеровок сахара второй и третьей кристаллизации, сгущение их в вакуум-аппарате до состояния пересыщения (лабильная зона 1,20-1,30), заводку центров кристаллизации, их наращивание и сгущение утфеля до готовности перед спуском из аппарата в приемную утфелемешалку. При этом формирование центров кристаллизации проводят непосредственно в клеровке сахара второй кристаллизации, сгущенной в вакуум-аппарате до 82-83% сухих веществ, используя в качестве затравочных кристаллов сахарную пудру, фракционированную ситовым рассевом до кристаллов размером 0,120-0,160 мм из расчета 5-6 шт. на 1 мм длины поверхности «пробного стекла».

При этом их наращивание осуществляют в две ступени, на первой из которых в вакуум-аппарат подкачивают сироп после его сгущения в выпарной установке до 55-65% сухих веществ и доводят количество кристаллов в утфеле до 46-50%. На второй ступени кристаллы сахара наращивают на подкачках клеровки сахара третьей кристаллизации, содержащей 70-75% сухих веществ. Причем предварительно в нее вводят моноглицерид дистиллированный мягкий температурой 50-60°С в количестве 0,005-0,010% к массе клеровки и после этого утфель сгущают до содержания в нем 93,0-93,5% сухих веществ, а перед спуском из вакуум-аппарата его раскачивают сиропом из выпарной установки до содержания 92,0-92,5% сухих веществ. Полученный утфель из вакуум-аппарата спускают в приемную утфелемешалку, где готовят для подачи в ротор центрифуги. В процессе центрифугирования его разделяют с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков [RU №2619308, С13В 25/00, 15.05.2017 г. ].

К основным недостаткам данного способа следует отнести использование в качестве центров кристаллизации сахарной пудры без ее предварительного фракционирования, их наращивание и сгущение утфеля в конце уваривания, а также недостаточно обоснованные условия центрифугирования утфеля в силовом центробежном поле. Все это может быть причиной снижения выхода сахара из центрифуг, ухудшение его органолептических и физико-химических показателей качества, как и увеличение потерь сахара в продуктовом отделении.

Техническим результатом заявленного способа является повышение выхода кристаллов сахара из утфеля за счет улучшения технологии уваривания и центрифугирования утфеля первой кристаллизации.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающем сгущение смеси сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизаций, заводку центров кристаллизации, их закрепление и наращивание при регулировании коэффициента пересыщения межкристального раствора в диапазоне 1,08-1,15, сгущение утфеля до готовности к спуску из вакуум-аппарата, выгрузку в приемную утфелемешалку, выдерживание в ней с раскачиванием его первым оттеком до 91,0-91,7% сухих веществ и обеспечение температуры минимальной вязкости в диапазоне 66-72°С и, наконец, разделение и промывание кристаллов сахара в центрифуге с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков.

При этом в качестве центров кристаллизации в данном способе используют сахарную пудру из расчета 5-7 шт. на 1 мм длины поверхности «пробного стекла». Причем ее предварительно фракционируют с использованием сепаратора до размеров 0,100-0,160 мм. После закрепления образованных центров кристаллизации на подкачках смеси сиропа с клеровкой их наращивают в области пересыщения межкристального раствора 1,10-1,12 при температуре 74-76°С. Промывание кристаллов сахара проводят в две стадии - сначала кристаллы сахара промывают вторым оттеком утфеля с добавкой в него насыщенного раствора тринатриевой соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты (Nа₃НТФ) в качестве ингибитора цветности в количестве 0,015-0,025% к массе утфеля, который предварительно выдерживают в отдельной емкости при температуре 80-90°С и содержании сухих веществ 76-80% и по мере необходимости его подают на промывание кристаллов из расчета 3,0-4,0% к массе утфеля, а затем кристаллы сахара обрабатывают горячей водой насыщенной паром температурой 130- 140°С через форсунки под давлением 0,3-0,4 МПа в количестве 0,5-1,0% к массе утфеля.

Способ осуществляется следующим образом.

Процесс уваривания утфеля первой кристаллизации проводят в вакуум-аппарате на основе смеси сиропа из выпарной установки и клеровки сахаров второй и третьей кристаллизаций. В качестве центров кристаллизации используют сахарную пудру (отбирается в сушильном отделении), которая готовится из расчета 5-7 шт. на 1 мм длины поверхности «пробного стекла». Предварительно сахарную пудру фракционируют с использованием сепаратора и выделением кристаллов сахара в диапазоне 0,100-0,160 мм. После закрепления центров кристаллизации на подкачках сиропа с клеровкой Сахаров второй и третьей кристаллизаций их начинают наращивать в области пересыщения межкристального раствора 1,10-1,12, выдерживая температуру в интервале 74-76°С.

Выбор сахарной пудры для формирования центров кристаллизации обусловлен тем, что ее легко можно набрать в сушильном отделении и рассеять по размерным фракциям. Учитывая то, что ее фракционируют с использованием сепаратора, обеспечиваются более лучшие условия получения на ее основе однородных центров кристаллизации.

Использование сахарной пудры из расчета 5-7 шт. на 1 мм длины поверхности «пробного стекла» позволяет улучшить условия получения кристаллов сахара в размерном диапазоне 0,6-0,8 мм, что позволяет обеспечить высокое качество сахара. При этом повышается выход сахара, как в процессе уваривания, так и при разделении утфеля в центробежном силовом поле. При запредельных размерных значениях кристаллов, то есть менее 5 или более 7 шт. на 1 мм длины поверхности «пробного стекла», ухудшаются условия достижения технического результата изобретения.

Фракционирование кристаллов сахара в размерном диапазоне 0,100-0,160 мм позволяет значительно уменьшить возможность их срастания. Последующее закрепление сформированных в диапазоне 0,100-0,160 мм кристаллов обеспечивает их необходимую однородность как центров кристаллизации. При их запредельных значениях, то есть менее 0,100 мм или более 0,160 мм, достижение технического результата изобретения снижается.

Выдерживание условий наращивания кристаллов сахара в области пересыщения 1,10-1,12 при температуре 74-76°С обеспечивает необходимые условия их наращивания при минимальных включениях различных несахаров, как путем инклюзии, так и окклюзии в растущие кристаллы. Это обеспечивает высокое качество вырабатываемого белого сахара.

Экспериментально подтверждено то, что наращивание кристаллов в области пересыщения межкристального раствора 1,10-1,12 при температуре 74-76°С обеспечивает необходимую степень однородности центров кристаллизации. При запредельных значениях по величине коэффициента пересыщения и температуре эти результаты ухудшаются.

Промывание кристаллов проводят в две стадии - сначала кристаллы сахара промывают вторым оттеком утфеля первой кристаллизации. Причем в оттек добавляют насыщенный раствор тринатриевой соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты в качестве ингибитора цветности в количестве 0,015-0,025% к массе утфеля. При этом его предварительно выдерживают в отдельной емкости при температуре 80-90°С и содержании сухих веществ 76-80% и затем подают на промывание кристаллов сахара из расчета 3,0-4,0% к массе утфеля.

Применение насыщенного раствора тринатриевой соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты (Na₃НТФ) необходимо для снижения цветности второго оттека и улучшения качества белого сахара. Она представляет собой белое, мелкокристаллическое вещество, нетоксичное и хорошо растворимое в воде, а также стабильное в широком диапазоне температур.

Раствор Na₃HTФ вводят во второй оттек утфеля в виде насыщенного раствора, что необходимо для предотвращения разбавления сахарсодержащего продукта. Его добавляют во второй оттек в количестве 0,015-0,025% к массе утфеля. При этих условиях практически не меняется величина рН оттека и потери сахара в продуктовом отделении. При запредельных значениях вводимого раствора Na₃НТФ, то есть менее 0,015% или более 0,025% к массе утфеля обеспечение технического результата изобретения ухудшается.

Механизм воздействия Na₃HTФ можно объяснить тем, что в результате взаимодействия натриевой соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты с катионами тяжелых металлов, присутствующими в растворах сахарного производства, образуются недиссоциируемые комплексы. Эти соединения, очевидно, ассоциативно связывают органические несахара и исключают их внедрение в кристаллическую решетку сахарозы (скорее всего из-за их больших размеров и повышенной степени гидратации).

Второй оттек, обогащенный насыщенным раствором Nа₃НТФ, для промывания кристаллов сахара подают из отдельной емкости при температуре 80-90°С и содержании в нем сухих веществ 76-80% из расчета 3,0-4,0% к массе утфеля. Эти данные получены экспериментальным путем и при их запредельных значениях затрудняют обеспечение технического результата изобретения. Так, например, в процессе центрифугирования при температуре менее 80°С ухудшаются условия самоиспарения и конденсации в слое кристаллов сахара при центрифугировании, что приводит к возрастанию расхода промывного агента. При температуре более 90°С увеличивается растворимость самих кристаллов.

Требования к содержанию сухих веществ во втором оттеке утфеля обосновано оптимальными условиями удаления пленки межкристального раствора с поверхности кристаллов, а выдерживание его количества оттека для промывания кристаллов в диапазоне 3,0-4,0% к массе утфеля обусловлено эффективностью самоиспарения и конденсации в этих условиях.

После завершения первой на второй стадии промывания кристаллы сахара обрабатывают горячей водой насыщенной паром температурой 130- 140°С через форсунки под давлением 0,3-0,4 МПа в количестве 0,5-1,0% к массе утфеля.

Причем процесс насыщения промывной воды паром температурой 130- 140°С проводят в специальной емкости с целью обеспечения его безопасности, а насыщенная паром промывная вода подается в систему промывания центрифуг, оснащенную форсунками.

Использование для промывания кристаллов на второй ее стадии воды, насыщенной паром, позволяет снизить ее расход и улучшить качественные показатели кристаллов сахара. Подача промывной воды с помощью форсунок в диапазоне давления от 0,3 МПа до 0,4 МПа позволяет повысить эффективность данного процесса за счет высокой степени ее распыла на поверхность кристаллов сахара. При этом более полно удаляются остатки оттека не только с поверхности кристаллов сахара, но и из мест их состыковкч между собой. Распыл горячей водой через форсунки под давлением повышает эффективность самоиспарения и конденсации промывной воды в слое кристаллов сахара. Запредельные интервалы по температуре насыщения промывной воды, то есть менее 130°С или более 140°С, а также величина давления в форсунках центрифуги менее 0,3 МПа или более 0,4 МПа ухудшают технический результат изобретения.

Расход промывной воды насыщенной паром с использованием форсунок в количестве 0,5-1,0% к массе утфеля определен экспериментальным путем. При его значениях менее 0,5% к массе утфеля возможно ухудшение качественных показателей кристаллов сахара, а при расходе более 1,0% уменьшается их выход из центрифуги.

По завершению операции промывания кристаллов сахара их подсушивают в роторе центрифуги марки ФПН-1251-01 при частоте его вращения около 1000 мин^-1 до влажности 0,7-0,8% к массе утфеля и выгружают из центрифуги при частоте вращения ее ротора 115 мин^-1. Образуемые в ходе разделения первый и второй оттеки при помощи сегрегатора направляют в соответствующие сборники, а выгружаемый белый сахар влажностью 0,7-0,8%) - в сушильное отделение.

В ходе исследований анализировались технологические показатели утфеля и его межкристального раствора по предлагаемому и известному (прототип) способам. То есть в ходе экспериментов определяли чистоту утфеля (Ч_утф, %), содержание в нем сухих веществ (СВ_утф, %), процентное содержание кристаллов в утфеле (К, %), время уваривания утфеля (Т_у, час), время его разделения в центрифуге (Т_ц, мин); гранулометрические показатели: средний размер кристаллов сахара (С_р, мм), коэффициент неоднородности кристаллов сахара (К_н, %), а также основные физико-химические показатели качества белого сахара: цветность в растворе (Ц_сах, ед.опт.пл.); массовая доля редуцирующих веществ (РВ, %); массовая доля золы (Зол, %); массовая доля диоксида серы (SO₂, мг/кг сахара).

Пример. В качестве центров кристаллизации при уваривании утфеля первой кристаллизации используют сахарную пудру из расчета 6 шт. центров кристаллизации на 1 мм длины поверхности «пробного стекла». Причем предварительно, после отбора необходимого количества сахарной пудры, ее фракционировали с использованием сепаратора марки AI-ОЦМ-5 (сепаратор-очиститель) до размеров кристаллов сахара 0,130 мм. После закрепления образованных центров кристаллизации их наращивают при коэффициенте пересыщения межкристального раствора 1,11 и температуре 75°С в вакуум-аппарате марки ВА2-В-60 (масса утфеля за одно уваривание 60 т). Затем по завершению процесса уваривания утфеля в аппарате его спускают в приемную утфелемешалку, а промывание кристаллов сахара проводят в две стадии. Сначала кристаллы сахара промывают вторым оттеком утфеля (его отбирают из соответствующего сборника). Предварительно в отдельном сборнике во второй оттек добавляют насыщенный раствор Na₃HTФ в количестве 0,020% к массе утфеля (в качестве ингибитора цветности) и выдерживают в отдельной емкости при температуре 85°С и содержании в нем 78% сухих веществ.

После подготовки второго оттека его подают на промывание кристаллов сахара из расчета 3,5% к массе утфеля. Затем по завершению первой стадии переходят ко второму этапу промывания кристаллов. С этой целью подготавливают промывную воду в отдельной емкости за счет ее обработки насыщенным паром температурой 135°С. После этого промывную воду подают в систему промывания центрифуг под давлением 0,35 МПа при расходе 0,75% к массе утфеля.

Результаты исследований по предлагаемому способу: Ч_утф=91,7%; CB_утф=92,5%; К=51,9%; Т_у=3,1 час; Т_ц=2,75 мин; С_р=0,72 мм; К_н=23,8%; Ц_сах=96 ед.опт.пл.; РВ=0,016%; Зол=0,034%; SO₂=6,4 мг/кг сахара.

Параллельно утфель первой кристаллизации получают по известному способу (прототипу).

Вначале раздельно готовят клеровку из сахара второй и третьей кристаллизации с содержанием 72,5% сухих веществ. Затем в вакуум-аппарат набирают клеровку сахара второй кристаллизации, сгущают до коэффициента пересыщения 1,25 и вводят в нее затравку в виде сахарной пудры. Образуемые при этом центры кристаллизации закрепляют подкачками клеровки и затем осуществляют их наращивание в две стадии. На первой стадии кристаллы сахара наращивают на подкачках сиропа с выпарной установки с содержанием в нем 61,5%) сухих веществ, и этот процесс осуществляют до достижения в утфеле 48% кристаллов. Вторую стадию наращивания ведут на подкачках клеровки сахара третьей кристаллизации с содержанием в ней 61,5% сухих веществ. По завершении наращивания кристаллов утфель сгущают в вакуум-аппарате до достижения в нем 92,5% сухих веществ. Полученный утфель разделяют в центрифугах на кристаллический белый сахар, первый и второй оттеки.

Результаты исследований по известному способу (прототипу): Ч_утф=91,8%; CB_утф=92,5%; К=49,8%; Т_у=3,6 час; Т_ц=3,1 мин; С_р=0,60 мм; К_н=26,0%; Ц_сах=104 ед.опт.пл.; РВ=0,022%; Зол=0,046%; SO₂=6,7 мг/кг сахара.

Из представленных результатов исследований видно, что предлагаемый способ в сравнении с известным обеспечивает более глубокое истощение межкристального раствора утфеля, что позволяет повысить выход кристаллов сахара из центрифуг на 2,1%. Кроме того, как было установлено экспериментально, время уваривания утфеля по предлагаемому способу снижается на 14%, а процесс его разделения в центрифуге сокращается на 11%. При этом основные показатели качества кристаллического белого сахара оказались несколько лучше, чем по известному способу.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий сгущение смеси сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизаций, заводку центров кристаллизации, их закрепление и наращивание, сгущение утфеля, выгрузку в приемную утфелемешалку, выдерживание в ней, разделение и промывание кристаллов сахара в центрифуге с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков. В качестве центров кристаллизации используют сахарную пудру из расчета 5-7 шт. на 1 мм длины поверхности «пробного стекла». Промывание кристаллов сахара в центрифуге проводят в две стадии - сначала на первой из них кристаллы сахара промывают вторым оттеком этого утфеля с добавкой в него насыщенного раствора тринатриевой соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты в качестве ингибитора цветности, а на второй стадии кристаллы сахара обрабатывают горячей водой, предварительно насыщенной паром. Изобретение обеспечивает эффективную работу сахарного завода.

Способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий сгущение смеси сиропа с клеровкой сахаров второй и третьей кристаллизаций, заводку центров кристаллизации, их закрепление и наращивание при регулировании коэффициента пересыщения в диапазоне 1,08-1,15, сгущение утфеля до готовности, выгрузку из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку, выдерживание в ней с раскачиванием его первым оттеком до 91,0-91,7% сухих веществ и температуры минимальной вязкости в диапазоне 66-72°С, разделение и промывание кристаллов сахара в центрифуге с получением кристаллического белого сахара, первого и второго оттеков, отличающийся тем, что в качестве центров кристаллизации используют сахарную пудру из расчета 5-7 шт. на 1 мм длины поверхности «пробного стекла», которые предварительно путем фракционирования с использованием сепарирования доводят до размеров 0,100-0,160 мм и после закрепления на подкачках сиропа с клеровкой их наращивают при пересыщении межкристального раствора в диапазоне 1,10-1,12 и температуре 74-76°С, промывание кристаллов сахара в центрифуге проводят в две стадии - сначала на первой из них кристаллы сахара промывают вторым оттеком этого утфеля с добавкой в него насыщенного раствора тринатриевой соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты в качестве ингибитора цветности в количестве 0,015-0,025% к массе утфеля, который перед использованием выдерживают в отдельной емкости при температуре 80-90°С и содержании в нем 76-80% сухих веществ и затем подают на промывание кристаллов сахара из расчета 3,0-4,0% к массе утфеля, а на второй стадии кристаллы сахара обрабатывают горячей водой, предварительно насыщенной паром температурой 130-140°С, через форсунки под давлением 0,3-0,4 МПа в количестве 0,5-1,0% к массе утфеля.