СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ УТФЕЛЯ ПЕРВОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ЦЕНТРИФУГЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2024 года по МПК C13B30/10 

Изобретение относится к производству сахара, а именно к процессу разделения утфеля первой кристаллизации в фильтрующих центрифугах периодического действия.

Известен способ разделения утфеля первой кристаллизации, характеризующийся тем, что подачу его в ротор центрифуги периодического действия и разделение на белый сахар, первый и второй оттеки осуществляют с помощью устройства контроля момента отделения оттека, содержащего чувствительный элемент, связанный с пневмосиловым преобразователем и блоком управления работой центрифуги. Перед подачей утфеля в ротор центрифуги его выдерживают в утфелемешалке до температуры 68-72°С. В процессе разделения утфеля с помощью данного устройства кристаллы белого сахара после их промывания доводят до влажности 0,8-1,5% к их массе перед выгрузкой из центрифуг.

Промывание кристаллов сахара проводят последовательно в два этапа, сначала разбавленным до 72-76% сухих веществ сахаросодержащим раствором, а затем горячей водой. Подачу сахаросодержащего раствора для промывания кристаллов начинают в момент достижения давления на чувствительный элемент межкристального раствора в диапазоне 0,09-0,10 МПа. Расход сахарсодержащего раствора составляет 1,5-2,5%, а горячей воды - 1,2-1,8% к массе утфеля, причем в промывную воду добавляют перекись водорода в количестве 0,004-0,008% к массе сахара [RU 226 44 72 С1 (С13F 1/08). Способ разделения утфеля первой кристаллизации / А.А. Славянский, В.В. Ильина, B.C. Штерман. - Опубл. 20.11.2005, Бюл. №32].

Недостатком работы этого способа является повышенная растворимость сахара при подготовке утфеля к центрифугированию и недостаточная точность в регулировании работы устройства по контролю за отделением оттеков.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, отличающийся тем, что утфель при спуске из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку предварительно сгущают в вакуум-аппарате до содержания в нем 93,5-93,8% сухих веществ. Затем в утфелемешалке утфель раскачивают первым оттеком до 91,0-91,5% сухих веществ и перед подачей в центрифугу доводят его температуру до 68-72°С. Процесс разделения утфеля в центрифуге проводят с использованием устройства для фиксирования момента отделения межкристального раствора от кристаллов сахара. Это устройство содержит: корпус и установленный в нем чувствительный элемент в виде пластины, контактирующий с потоком отделяемого межкристального раствора и одновременно связанный с блоком управления центрифугой. Пластина чувствительного элемента установлена в корпусе с возможностью ее возвратно-поступательного движения по горизонтали под действием ударной силы отделяемого от кристаллов сахара межкристального раствора. В момент перемещения пластина воздействует на пружину, вызывая ее сжатие, и размыкает контакт соответствующего устройства. По завершению отделения межкристального раствора от кристаллов сахара его ударное действие на пластину чувствительного элемента сводится к нулевому значению и она возвращается в исходное положение, то есть замыкает контакт устройства, включая при этом через блок управления последующие операции цикла центрифугирования. Промывание кристаллов проводят в два этапа, сначала сахаросодержащим раствором, концентрацией 70-75% сухих веществ из расчета 1,5-2,5% к массе утфеля и температурой 68-72°С, а затем горячей водой температурой 80-85°С при ее расходе 0,16-0,26% к массе утфеля в секунду [RU 2771068 C1 (С13В 30/10). Способ разделения утфеля I кристаллизации в силовом центробежном поле / А.А. Славянский, Д.П. Митрошина, Т.С. Бычкова. - Опубл. 26.04.2022, Бюл. №12].

Недостатком данного способа является усложнение подготовки утфеля к процессу центрифугирования после спуска из вакуум-аппарата, как и условий разделения получаемых оттеков, что приводит к повышению растворимости сахара в центрифугах.

Технический результат изобретения заключается в увеличении выхода сахара за счет улучшения условий центрифугирования утфеля и снижения потерь сахара в процессе его промывания и разделения в центробежном поле.

Этот результат обеспечивается тем, что в разработанном способе разделения утфеля первой кристаллизации, утфель перед спуском из вакуум-аппарата раскачивают его первым оттеком, разбавленным горячей водой до содержания в нем 91,5-92,0% сухих веществ и повышают его температуру по сравнению с утфелем в вакуум-аппарате на 5-7°С, выдерживая в нем коэффициент пересыщения в диапазоне 1,03-1,05, что исключает образование в спускаемом утфеле вторичных затравочных кристаллов, перед подачей на центрифугирование его раскачивают в приемной утфелемешалке разбавленным до 82-83% первым оттеком в смеси с перекисью водорода из расчета 0,003-0,010% к массе утфеля и перед разделением в центрифугах доводят в нем содержание сухих веществ до 91,5-91,7%, причем температуру утфеля выдерживают в пределах 68-72°С для обеспечения его минимальной вязкости, разделение утфеля в центрифуге снабженной устройством для фиксирования момента отделения межкристального раствора от кристаллов сахара, которое содержит корпус и установленный в нем чувствительный элемент в виде пластины, контактирующий с потоком отделяемого межкристального раствора и связанный с блоком управления центрифугой, пластина чувствительного элемента установлена в корпусе с возможностью ее возвратно-поступательного движения по горизонтали под действием ударной силы отделяемого межкристального раствора, при перемещении она воздействует на пружину, вызывая ее сжатие, и размыкает контакт с контактирующим устройством, в момент окончания отделения межкристального раствора от кристаллов сахара его ударное действие на пластину сводится к нулю и она возвращается в исходное положение, замыкая контактирующее устройство, включая при этом через блок управления последующие операции цикла центрифугирования, отделение первого оттека сопровождается вводом в ротор центрифуги насыщенного влагой воздуха температурой выше, чем утфеля на 5-7°С, промывание кристаллов сахара проводят в два этапа, сначала сахаросодержащим раствором через форсунки под давлением 0,3-0,4 МПа, концентрацией 70-72% сухих веществ из расчета 1,5-2,5% к массе утфеля и температурой 68-72°С, а затем горячей водой, насыщенной паром температурой 80-95°С при расходе воды в секунду из расчета 0,15-0,22% к массе утфеля, что по времени равно периоду отделения межкристального раствора, оттеки направляют в отдельные сборники, сахар выгружают из центрифуги и высушивают.

Способ осуществляется следующим образом.

Утфель первой кристаллизации перед спуском из вакуум-аппарата, раскачивают его первым оттеком, разбавленным горячей водой до содержания в нем 91,5-92,0% сухих веществ и повышают его температуру по сравнению с утфелем в вакуум-аппарате на 5-7°С, выдерживая в нем коэффициент пересыщения в диапазоне 1,03-1,05, что исключает образование в спускаемом утфеле вторичных затравочных кристаллов.

Применение для раскачивания утфеля первого оттека, разбавленного горячей водой, позволяет уменьшить в нем потери сахара, а также количество оттеков, образуемых в процессе его разделения в центрифугах. Требования к повышению температуры утфеля при спуске из вакуум-аппарата на 5-7°С, как и по пересыщению его межкристального раствора в диапазоне 1,03-1,05, исключают возможность повторного образования в нем новых центров кристаллизации.

Это обусловлено тем, что температура поверхности приемной утфелемешалки ниже, чем в вакуум-аппарате, что может спровоцировать образование новых центров и значительно ухудшить условия отделения межкристального раствора от поверхности кристаллов.

Раскачивание утфеля до состояния пересыщения его межкристального раствора 1,03-1,05 позволяет исключить возможность растворения дополнительного количества кристаллов, или вероятность их повторного образования при понижении температуры. Таким образом при запредельных значениях интервала 1,03-1,05 ухудшаются условия обеспечения технического решения изобретения.

Перед подачей утфеля на центрифугирование его раскачивают в приемной утфелемешалке разбавленным до 82-83% первым оттеком в смеси с перекисью водорода из расчета 0,003-0,010% к массе утфеля, а перед центрифугированием доводят в нем содержание сухих веществ до 91,5-91,7%, выдерживают его температуру в пределах 68-72°С для обеспечения минимальной вязкости.

Раскачивание утфеля в приемной утфелемешалке первым оттеком в смеси с перекисью водорода из расчета 0,003-0,010% к массе утфеля объясняется тем, что этот реагент позволяет снизить цветность утфеля и отделяемого из него белого сахара и тем самым повысить их качественные показатели. Экспериментально доказано, что при использовании перекиси водорода в диапазоне 0,003-0,010% достигаются лучшие результаты. При запредельных значениях этого реагента достижение технического результата изобретения ухудшается.

Требования к содержанию сухих веществ в первом оттеке после его разбавления горячей водой в диапазоне 82-83% сухих веществ и содержания в утфеле 91,5-91,7% сухих веществ установлены экспериментально. При этих параметрах улучшается не только процесс центрифугирования утфеля, но и обеспечиваются условия его проведения, так как он проводится при минимальной вязкости, что в целом обеспечивает более высокий выход сахара из центрифуг. В этих условиях важное значение имеет выдерживание температуры разделяемого утфеля в диапазоне 68-72°С. При запредельных ее значениях, то есть менее 68°С или более 72°С регулирование вязкости утфеля ухудшается.

Разделение утфеля проводят в центрифуге снабженной устройством для фиксирования момента отделения межкристального раствора от кристаллов сахара, которое содержит корпус и установленный в нем чувствительный элемент в виде пластины, контактирующий с потоком отделяемого межкристального раствора и связанный с блоком управления центрифугой. Пластина чувствительного элемента установлена в корпусе с возможностью ее возвратно-поступательного движения по горизонтали под действием ударной силы отделяемого межкристального раствора, при перемещении она воздействует на пружину, вызывая ее сжатие, и размыкает контакт на контактирующем устройстве. В момент окончания отделения межкристального раствора от кристаллов сахара его ударное действие на пластину сводится к нулю, и она возвращается в исходное положение, замыкая контактирующее устройство и включая при этом через блок управления последующие операции цикла центрифугирования. Отделение первого оттека сопровождается вводом в ротор центрифуги насыщенного влагой воздуха температурой выше чем утфеля на 5-7°С.

Использование устройств для фиксации момента отделения межкристального раствора от кристаллов сахара позволяет проводить процесс центрифугирования утфеля в оптимальном режиме, что исключает потери сахара за счет растворения промывными агентами его кристаллов при неполном удалении из их порового пространства избытка межкристального раствора или при его подсушке на поверхности кристаллов [Славянский А.А. Центрифугирование и его влияние на выход и качество сахара (монография). - М: Издательский комплекс МГУПП, 2007. - 180 с].

Требования к вводу в ротор центрифуги насыщенного влагой воздуха температурой выше чем утфеля на 5-7°С обусловлены причиной возможного повторного образования центров кристаллизации ввиду более низкой температуры оборудования для подготовки утфеля к разделению в центрифуге. Экспериментально установлено, что при запредельных значениях этого температурного интервала, то есть менее 5°С или более 7°С достижение технического результата изобретения ухудшается.

Промывание кристаллов сахара проводят в два этапа: сначала сахаросодержащим раствором (сироп с клеровкой или второй оттек утфеля I кристаллизации) через форсунки под давлением 0,3-0,4 МПа, концентрацией 70-72% сухих веществ из расчета 1,5-2,5% к массе утфеля и температурой 68-72°С, а затем горячей водой, насыщенной паром температурой 80-95°С при расходе воды в секунду из расчета 0,15-0,22% к массе утфеля, что по времени равно периоду отделения межкристального раствора.

Необходимость промывания кристаллов обусловлена тем, что одним только центрифугированием нельзя освободить кристаллы от пленки межкристального раствора на их поверхности. Поэтому удаление этой пленки - необходимая операция для обеспечения качества сахара потребительского достоинства. Вместе с тем промывание необходимо не только для освобождения кристаллов от пленки межкристального раствора, но и для минимально возможного растворения самих кристаллов и минимальной остаточной влажности выгружаемого из центрифуг сахара [Даишев М.И. Пробеливание сахара паром. // Сахарная промышленность. - 1993. - №2. - С. 14-16].

Промывание кристаллов сахара в два этапа, то есть сначала сахаросодержащим раствором через форсунки под давлением 0,3-0,4 МПа, концентрацией 70-72% сухих веществ, а затем горячей водой, насыщенной паром, позволяет снизить расход промывной воды, а значит увеличить его выход из центрифуг. Эксперименты показали, что промывание кристаллов сахара с использованием форсунок позволяет не только уменьшить расход промывной воды из расчета 0,15-0,22% к массе утфеля в секунду, но и увеличить его выход. При расходе воды менее 0,15% или более 0,22% к массе утфеля в секунду достижение технического результата изобретения ухудшается.

Использование для промывания кристаллов сахара воды насыщенной паром и нагретой до 80-95°С, обусловлено тем, что в виду существенной разницы по сравнению с температурой центрифугирования утфеля создаются хорошие условия для ее самоиспарения и конденсации в слое кристаллов сахара. При ее распределении форсунками на слой кристаллов сахара образуется очень тонкий и равномерный (на уровне тумана) распыл, легко проникающий внутрь слоя кристаллов и поддерживающий общую температуру центрифугируемого утфеля в требуемых пределах.

Конденсирование промывной воды в слое кристаллов в данном интервале температур обеспечивает более полное удаление пленки межкристального раствора с их поверхности и мест соприкосновения отдельных кристаллов. Все это позволяет улучшить качество сахара при минимальном расходе воды и времени центрифугирования.

При температуре 80°С ухудшаются условия самоиспарения и конденсации промывной воды, а значит возрастает и ее расход и возможно ухудшение качества сахара. При температуре воды более 95°С увеличивается растворимость кристаллов и снижается их выход из центрифуги.

По существу, пленка межкристального раствора смывается с поверхности кристаллов не водой, а клерсом (сахаросодержащим раствором) образующимся в верхних слоях кристаллов сахара, уже освобожденных от пленки, но неизбежно отмываемых водой, необходимой для промывания нижних (у сита) слоев [Даишев М.И. Пробеливание сахара паром. // Сахарная промышленность. - 1993. - №2. - С. 14-16]. Промывание должно продолжаться до тех пор, пока не будет промыт сахар в зонах с минимальным распылом воды.

Сегрегатор переключают на второй оттек после начала подачи промывных компонентов на слой кристаллов сахара. Получаемые оттеки направляют в отдельные сборники, сахар выгружают из центрифуги и высушивают.

Для сопоставления предлагаемого способа с известным (прототип) определяют чистоту утфеля первой кристаллизации (Ч_утфI, %), содержание в нем сухих веществ (СВ_утфI, %, выход кристаллов сахара из центрифуги (К_утфI, % к массе утфеля), а также физико-химические показатели качества белого сахара: цветность (Цв_сах, ед.опт.пл), содержание редуцирующих веществ (РВ_сах, % и золы (Зола, %, а также время центрифугирования утфеля (τ_утфI, мин).

Пример. Утфель первой кристаллизации в конце уваривания перед спуском из вакуум-аппарата, раскачивают его первым оттеком, разбавленным горячей водой до содержания в нем 91,7% сухих веществ. После этого повышают его температуру по сравнению с утфелем в вакуум-аппарате на 6°С, выдерживая при этом в нем коэффициент пересыщения равным 1,04, что исключает образование в спускаемом утфеле вторичных затравочных кристаллов. Перед подачей на центрифугирование утфель повторно раскачивают в приемной утфелемешалке разбавленным до 82,5% сухих веществ его же первым оттеком в смеси с перекисью водорода из расчета 0,005% к массе утфеля и доводят в утфеле перед его разделением в центрифугах (ФПН-1251Т) содержание сухих веществ до 91,6%, выдерживая при этом его температуру 70°С для обеспечения минимальной вязкости.

Разделение утфеля проводят на центрифуге марки ФПН-1251Т оснащенной устройством для фиксирования момента отделения межкристального раствора от кристаллов сахара, которое содержит корпус и установленный в нем чувствительный элемент в виде пластины, контактирующий с потоком отделяемого межкристального раствора и связанный с блоком управления центрифугой. Пластина чувствительного элемента установлена в корпусе с возможностью ее возвратно-поступательного движения по горизонтали под действием ударной силы отделяемого межкристального раствора. При перемещении она воздействует на пружину, вызывая ее сжатие, и размыкает контакт на контактирующем устройстве, в момент окончания отделения межкристального раствора от кристаллов сахара его ударное действие на пластину сводится к нулю и она возвращается в исходное положение, замыкает контактирующее устройство. Включая при этом через блок управления последующие операции цикла центрифугирования. Отделение первого оттека сопровождается вводом в ротор центрифуги насыщенного влагой воздуха температурой выше чем утфеля на 6°С.

Промывание кристаллов сахара проводят в два этапа, сначала сахаросодержащим раствором через форсунки под давлением 0,35 МПа, концентрацией 71%>сухих веществ из расчета 2% к массе утфеля и температурой 70°С, а затем горячей водой, насыщенной паром, температурой 90°С при расходе воды в секунду из расчета 0,18% к массе утфеля, что по времени равно периоду отделения межкристального раствора.

Сегрегатор переключают на второй оттек после начала подачи промывных компонентов на слой кристаллов сахара. Получаемые оттеки направляют в отдельные сборники.

После завершения промывания кристаллов белого сахара в центробежном силовом поле их подсушивают до влажности 0,8% к их массе и выгружают из центрифуги при частоте вращения ротора 115 мин^-1.

Результаты эксперимента по примеру для предлагаемого способа: Ч_улдI=91,78%; СВ_утфI в центрифуге=91,85%; К_утфI=52,1%; Цв_сах=100,5 ед.опт.пл; РВ_сах=0,022%; Зола=0,018%; τ_утфI=3,10 мин.

Параллельно проводили разделение утфеля по известному способу (прототипу).

Утфель первой кристаллизации в конце уваривания сгущают в вакуум-аппарате до содержания в нем 93,5% сухих веществ, спускают из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку и перед началом его центрифугирования раскачивают первым оттеком до содержания в нем 91,15% сухих веществ, а перед подачей в ротор центрифуги его температуру доводят до 69°С.

Процесс центрифугирования утфеля первой кристаллизации проводят на фильтрующей центрифуге периодического действия (тип ФПН-1251Т), с установленным на ее корпусе устройством для контроля отделяемых оттеков.

Утфель подают в ротор центрифуги при частоте его вращения 230 мин^-1 в количестве 750 кг и начинают разделение утфеля при одновременном увеличении частоты вращения ротора до 980 мин^-1.

Установленное на центрифуге устройство фиксирует отделение межкристального раствора и начало промывания кристаллов с передачей этой информации в блок управления центрифугой. Промывание кристаллов сахара проводят в два этапа: сначала сахаросодержащим раствором, концентрацией 72% сухих веществ из расчета 0,21% к массе утфеля в секунду.

После завершения промывания кристаллов сахара их подсушивают при частоте вращения ротора центрифуги 980 мин^-1 до влажности 0,8% к их массе и выгружают из центрифуги при частоте вращения ротора 115 мин^-1.

Результаты эксперимента по известному способу (прототипу): Ч_утфI=91,80%; СВ_утфI после раскачивания=91,60%; K_утфI=50,8%; Цв_сах=99,7 ед.опт.пл; РВ_сах=0,039%; Зола=0,038%; τ_утфI=3,27 мин.

Таким образом, из приведенных данных эксперимента видно, что предложенный способ по сравнению с известным позволяет повысить процентное содержание кристаллов сахара в утфеле на 2% к его массе, обеспечив более высокие физико-химические показатели его качества, уменьшить время цикла его центрифугирования на 17 мин, что позволило снизить потери сахара в кристаллизационном отделении на 0,025-0,03% к массе свеклы.

Изобретение относится к производству сахара. Предложен способ получения утфеля первой кристаллизации с последующим разделением, предусматривающий его подачу в центрифугу, разделение с отделением кристаллов сахара и межкристального раствора, промывание кристаллов сахара с образованием второго оттека, выделения кристаллов сахара и их сушки. Утфель перед спуском из вакуум-аппарата раскачивают его первым оттеком, разбавленным горячей водой, выдерживая в нем коэффициент пересыщения в диапазоне 1,03-1,05, а перед его подачей на центрифугирование раскачивают первым оттеком в смеси с перекисью водорода. Разделение утфеля проводят в центрифуге снабженной устройством для фиксирования момента отделения межкристального раствора от кристаллов сахара, которое содержит корпус и установленный в нем чувствительный элемент в виде пластины. Промывание кристаллов сахара проводят в два этапа, сначала сахаросодержащим раствором, а затем горячей водой. Изобретение обеспечивает увеличение выхода сахара. 2 пр.

Способ получения утфеля первой кристаллизации с последующим его разделением, предусматривающий подачу его в ротор фильтрующей центрифуги периодического действия, разделение утфеля с отделением кристаллов сахара и межкристального раствора, промывание кристаллов сахара с образованием второго оттека, выделения кристаллов сахара и их сушки, характеризующийся тем, что утфель перед спуском из вакуум-аппарата раскачивают его первым оттеком, разбавленным горячей водой до содержания в нем 91,5-92,0% сухих веществ и повышают его температуру по сравнению с утфелем в вакуум-аппарате на 5-7°С, выдерживая в нем коэффициент пересыщения в диапазоне 1,03-1,05, что исключает образование в спускаемом утфеле вторичных затравочных кристаллов, перед его подачей на центрифугирование раскачивают в приемной утфелемешалке разбавленным до 82-83% сухих веществ первым оттеком в смеси с перекисью водорода из расчета 0,003-0,010% к массе утфеля и перед разделением в центрифугах доводят в нем содержание сухих веществ до 91,5-91,7%, причем температуру утфеля выдерживают в пределах 68-72°С, разделение утфеля проводят в центрифуге снабженной устройством для фиксирования момента отделения межкристального раствора от кристаллов сахара, которое содержит корпус и установленный в нем чувствительный элемент в виде пластины, контактирующий с потоком отделяемого межкристального раствора и связанный с блоком управления центрифугой, пластина чувствительного элемента установлена в корпусе с возможностью ее возвратно-поступательного движения по горизонтали под действием ударной силы отделяемого межкристального раствора, при перемещении она воздействует на пружину, вызывая ее сжатие, и размыкает контакт с контактирующим устройством, в момент окончания отделения межкристального раствора от кристаллов сахара его ударное действие на пластину сводится к нулю и она возвращается в исходное положение, замыкая контактирующее устройство, включая при этом через блок управления последующие операции цикла центрифугирования, отделение первого оттенка сопровождается вводом в ротор центрифуги насыщенного влагой воздуха температурой выше температуры утфеля на 5-7°С, промывание кристаллов сахара проводят в два этапа, сначала сахаросодержащим раствором через форсунки под давлением 0,3-0,4 МПа, концентрацией 70-72% сухих веществ из расчета 1,5-2,5% к массе утфеля и температурой 68-72°С, а затем горячей водой, насыщенной паром температурой 80-95°С при расходе воды в секунду из расчета 0,15-0,22% к массе утфеля, оттеки направляют в отдельные сборники, сахар выгружают из центрифуги и высушивают.