Способ кристаллизации фруктозы Советский патент 1993 года по МПК C13K11/00 

Изобретение относится к технологии получения фруктозы.

Цель изобретения - повышение выхода фруктозы. . .

Для достижения этой цели в способе кристаллизации фруктозы, предусматрива- ющем приготовление пересыщенного раствора с добавлением в него этанола, введение безводных затравочных кристаллов фруктозы, наращивание последних и их выделение, при приготовлении пересыщенного раствора фруктозы этанол добавляют в количестве, достаточном для образования гомогенной азеотропной смеси этанол-вода с минимально низкой температурой кипения и степенью пересыщения 1,02-1,1. при этом используют затравочные кристаллы, имеющие средний размер 10-80 мкм, предпочтительно 40-50 мкм, и наращивание кристаллов ведут в процессе выпаривания из пересыщенного раствора азеотропной смеси этанол-вода при давлении 10-70 кПа и температуре раствора 50-75°С. Степень пересыщения раствора должна составлять 1,04-1,06, давление при выпаривании 45- 52 кПа, температура раствора 62-67°С. Выпаренную азеотропную смесь следует конденсировать и из конденсата выделять этанол. Кристаллы фруктозы необходимо промывать азеотропной смесью этанол-вода.

Способ кристаллизации фруктозы заключается в следующем.

В качестве исходного материала используют водный раствор фруктозы или ее сироп, полученный путем отделения фруктозы от иэомеризованного глюкознтэго сиропа,

В частности, фруктозный сироп концентрируют путем выпаривания воды до содержания сухого вещества по меньшей мере приблизительно 90 мае. %, предпочтительно 95 мае. %. Затем к фруктозному сиропу дооавляют этанол для получения исходного раствора фруктозы в полученной смеси эта- нол-вода. После дальнейшей концентрации этот раствор служит в качестве маточного раствора для кристаллизации.

Количество этанола, которое необходимо добавить, можно варьировать в зависимости от количества воды, содержащейся в концентрированном фруктозном сиропе, однако оно должно быть таким, чтобы образовалась гомогенная азеотропная смесь этанол-вода с минимально низкой температурой кипения при температуре и давлении кристаллизации. Смесь этанол-вода в исходном -растворе должна содержать приблизительно 94-98 мае. % этанола, предпочтительно 96 мае. %. К тому же перед введением в кристаллизатор этот раствор недонасыщен по отношению к фруктозе при предполагаемой температуре кристаллизации, т.е. он имеет степень пересыщения менее 1. Предпочтительно исходный раствор имеет степень пересыщения приблизительно 0,9-0,95 по отношению к фруктозе при температуре кристаллизации.

Затем исходный раствор пересыщают до требуемой степени пересыщения путем азеотропного испарения. Требуемая степень пересыщения находится в интервале 1,02-1,1. Предпочтительная степень пересыщения составляет 1,05.

Пересыщенный исходный раствор служит в качестве маточного раствора, когда он смешан с безводными кристаллами фруктозы, диспергированными в маточном растворе для образования поверхности кристаллизации.

Предпочтительный средний размер частиц затравочных безводных кристаллов фруктозы составляет 40-50 мкм.

Количество затравочных кристаллов зависит от их конкретного размера, от требуемого количества готовых кристаллов и от заданных размеров кристаллов в соответствии со следующим уравнением:

Ms (ds/D)3M,

где Ms - количество затравочных кристаллов, кг;

ds - эффективный диаметр затравочных кристаллов;

М - количество готовых кристаллов, кг;

D - заданный диаметр готовых кристаллов.

Маточный раствор, содержащий диспергированные затравочные кристаллы со средним размером 10-80 мкм, подвергают затем действию пониженного давления с

целью осуществления азеотропного выпаривания растворителя, при этом маточный раствор поддерживают в основном при постоянной температуре 50-75°С, предпочтительно при 65°С.

Поскольку конкретная азеотропная смесь этанол-вода зависит от температуры, а также от давления, то контролируют как температуру маточного раствора, так и давление в кристаллизаторе. В соответствии с предложенным способом создают пониженное или близкое к атмосферному давление в интервале 10-70кПа.

Особенно предпочтительны следующие

5 условия процесса для маточного раствора со степенью пересыщения 1,05: температура 65°С, давление 48 кПа.

В кристаллизаторе происходит рост кристаллов, когда азеотропную смесь эта0 нол-вода удаляют выпариванием и затем конденсируют. Степень пересыщения маточного раствора поддерживают в основном постоянной при непрерывном добавлении свежего исходного раствора.

5 Скорость добавления исходного раствора определяют по скорости образования кристаллов, которую можно контролировать по скорости изменения показателя преломления маточного раствора.

0При периодическом процессе кристаллы фруктозы обычно отделяют от маточного раствора при достижении выхода кристаллов приблизительно 60-70%. Отделение осуществляют обычно методами цен5 трифугирования, фильтрования и т.п. приемами.

Размер выделенных кристаллов фруктозы обычно находится в интервале приблизительно 200-500 мкм. После отделения

0 кристаллы могут быть промыты с целью повышения их чистоты. Целесообразно осуществлять это с применением смеси этанол-вода с приблизительно таким же молярным соотношением этанол-вода, как и у

5 удаляемой из кристаллизатора азеотропной смеси. Для этой цели может быть использована аликвотная часть конденсата из кристаллизатора.

Конденсированная азеотропная смесь

0 содержит значительное количество этанола, который может быть подан на рециркуляцию в процесс кристаллизации фруктозы после обезвоживания. Обезвоживание этанола может быть осуществлено различными

5 способами. Например, требуемое отделение воды от этанола может быть осуществлено путем дистилляции при пониженном давлении 8,5-9,0 кПа или путем применения азеотропообразователя, например н-пента- на, бензола ил циклогексана.

После кристаллизации отработанный маточный раствор рекуперируют одновременно с извлечением кристаллов фруктозы методами центрифугирования, фильтрования или другим подобным способом. После этого рекуперированный маточный раствор подвергают дистилляции.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1. Раствор фруктозы в воде, выделенный из сиропа изомеризованной глюкозы, концентрируют выпариванием до содержания сухого вещества 95 мае. % с целью получения фруктозного сиропа.

Получают приблизительно 4,6 кг фрук- тозного сиропа, содержащего 0,2 кг воды,

Затем полученный фруктозный сироп смешивают с безводным этанолом (в количестве 7,5 кг) при 67°С для образования гомогенной азеотропной смеси этанол-во- да, который используют в качестве исходного раствора. Его степень пересыщения составляют 0.95.

Одну треть этого питательного раствора подают по трубопроводу в вертикальныйвы- парной кристаллизатор, оборудованный мешалкой, теплообменником, вакуум-линией, паровым конденсатором и паровой линией. Кроме того, кристаллизатор оборудован следующими приборами: рефрактометром, вакуумметром, термометром.

Затем содержимое кристаллизатора выпаривают для повышения степени пересыщения до значения 1,05, после чего вводят безводные затравочные кристаллы фруктозы (в количестве 3,3 г; средний размер частиц составляет 40 мкм). После затравки содержимое кристаллизатора составляет: 1,45 кг фруктозы плюс случайные примеси, 2,25 кг этанола и 0,7 кг воды. Маточный раствор имеет рН 5,0.

Рост кристаллов в кристаллизаторе поддерживают путем выпаривания из него азеотропной смеси этанол-вода, содержащей 97 мае. % этанола. В кристаллизаторе под- держивают температуру 65°С и пониженное давление 48 кПа. Продолжительность кристаллизации составляет 5 ч, и в течение этого периода времени в кристаллизатор постепенно подают остальной исходный раствор для поддержания в маточном растворе в основном постоянного содержания сухого вещества, равного 34 мае, %, как показывает показатель рефракции маточного раствора в пересчете на содержание су- хого вещества.

Кристаллизацию заканчивают после вышеупомянутого пятичасового периода кристаллизации, и образовавшиеся кристаллы фруктозы отделяют центрифугированием.

По окончании кристаллизации п кристаллизаторе содержится 1.1 кг этанола. 0.33 кг воды. 4,1 кг фруктозы и 0.22 кг примесей. 3,3 кг из содержащейся фруктозы находится в кристаллическом состоянии, и около 0.8 кг растворено в межкристальном растворе, которая содержит также около 0.20 кг вышеупомянутых примесей.

После центрифугирования отделенные кристаллы промывают смесью этанол-вода, полученной при конденсации выпаренной из кристаллизатора азеотропной смеси. Конечный кристаллический продукт представляет -собой кристаллическую фруктозу высокой чистоты и низкой гигроскопичности со средним размером частиц 400 мкм. Выход фруктозы 80%. При осуществлении известного способа по патенту США N; 3883365 выход фруктозы составляет 43- 49% от исходного ее содержания.

Этанол в конденсате, полученном в результате конденсации выпаренной азеотропной смеси, обогащают до содержания этанола приблизительно 99.5 мас.% путем дистилляции.

Пример 2. Аликвотную часть фруктозного раствора в воде, выделенную из спирта изомеризованной глюкозы и содержащую относительно небольшие количества других Сахаров, концентрируют до содержания твердого вещества 95 мае. % и смешивают с безводным этанолом для получения гомогенной азеотропной смеси следующего состава, г:

Этанол1259,9 Фруктоза 579,1 Вода 45,3 Другие вещества 43,5 Всего 1927,8 Этот исходный раствор подвергают испарительной кристаллизации в кристаллизаторе периодического действия при следующих условиях:

Температура65°С Давление 480 КПа Продолжительность 5 ч Количество затравочных кристаллов 0,3кг Средний размер затравочных кристаллов 0,05 мм В ходе кристаллизации смесь этанол- вода выпаривают и затем конденсируют. Получают 1077 г конденсата. Конденсат содержит 1052,1 г этанола и 24,9 г воды.

Кристаллы отделяют центрифугированием. Получают кристаллы фруктозы среднего размера 400 мкм с выходом 67%. Чистота продукта в основном 100%.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить выход фруктозы и улучшить ее качество по сравнению с известным способом.

Формуле изобретения 1. Способ кристаллизации фруктозы, предусматривающий приготовление пересыщенного раствора с добавлением в него этанола, введение безводных затравочных кристаллов фруктозы, наращивание последних и их выделение, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода фруктозы, при приготовлении пересыщенного раствора фруктозы этфнол добавляют в количестве, достаточном для образования гомогенной азеотропной смеси этанол - вода с минимально низкой температурой кипения и степенью пересыщения 1,02-1,1, при этом используют затравочные кристаллы,

имеющие средний размер 10- 80 мкм пррд почтительно 40-50 мкм, и наращивание кристаллов ведут в процессе выпаривания из пересыщенного раствора азеотропной сме- си этанол - вода при давлении 10-70 кП.э и температуре раствора 50-75°С.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что степень пересыщения раствора составляет 1,04-1,06, давление при выпарива- нии составляет 45-52 кПа, а температура раствора 62-67°С.

3. Способ по п., 1.отличающийся тем, что выпаренную азеотропную смесь конденсируют и из конденсата выделяют этанол.

4. Способ по п. 1,отличающийся тем, что кристаллы фруктозы промывают азеотропной смесью этанол - вода.

Изобретение относится к технологии получения фруктозы. Способ кристаллизации фруктозы предусматривает приготовление пересыщенного раствора с добавлением в него этанола в количестве, достаточном для образования гомогенной азеотропной смеси этанол-вода с минимально низкой температурой кипения и степенью пересы- щенйя 1,02-1,1, введение в раствор безводных затравочных кристаллов фруктозы, имеющих средний размер 40-50 мкм, наращивание последних в процессе выпаривания из пересыщенного раствора азеотропной смеси этанол-вода п.ри давлении 10- 70 кПа и температуре раствора 50-75°С и последующее выделение кристаллов из раствора, например, центрифугированием, Кристаллы фруктозы промывают азеотропной смесью этанол-вода. 3 з.п. ф-лы.