СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО БЕЛОГО САХАРА
CRYSTALLINE WHITE SUGAR PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к производству сахара и может быть использовано для повышения эффективности технологии уваривания и центрифугирования утфелей I кристаллизации в сахарном производстве.
Известен способ получения утфеля первой кристаллизации, предусматривающий уваривание его в вакуум-аппарате по традиционной технологии до 94,0-95,0% сухих веществ, раскачивание перед спуском первым оттеком утфеля I кристаллизации, причем соотношение первого оттека и утфеля составляет (1-5):6.
После выгрузки из вакуум-аппарата утфель выдерживают в течение 20-40 мин в кристаллизаторе при пересыщении 1,10-1,13. Перед центрифугированием утфель повторно раскачивают до коэффициента пересыщения межкристального раствора 1,01-1,03 добавлением того же оттека (SU 1402620, C13F 1/02. Опубл. 15.06.88 - Бюл. №22).
Недостатком данного способа(аналог) является то, что он не предусматривает необходимых требований к формированию центров кристаллизации, а также условиям их наращивания при уваривании утфелей в вакуум-аппаратах, что может не только привести к ухудшению качественных показателей кристаллического белого сахара, но и стать причиной дополнительных потерь сахарозы в продуктовом отделении завода.
Наиболее близким является способ производства сахара, предусматривающий уваривание утфеля I кристаллизации в первом вакуум-аппарате, отбор части его и подачу во второй вакуум-аппарат, спуск готовых утфелей в приемную утфелемешелку и центрифугирование в фильтрующей центрифуге периодического действия с отделением первого оттека, промывание кристаллов сахара с отделение второго оттека и выгрузку кристаллического белого сахара. В качестве центров кристаллизации используют кристаллы сахара размером 0,160-0,220 мм, которые наращивают в вакуум-аппарате при содержании в утфеле 88,0-89,0% сухих веществ.
В первом вакуум-аппарате утфель уваривают до 92,0-92,5% сухих веществ, а во втором до 93,0-94,0% сухих веществ. Этот утфель перед спуском раскачивают первым оттеком утфеля из первого вакуум-аппарата до 92,0-92,5% сухих веществ. Утфель из первого аппарата направляют на центрифугирование раньше, чем утфель из второго вакуум-аппарата.
Промывание кристаллов сахара проводят в течение времени, соответствующего времени отделения первого оттека при расходе воды 0,15-0,22% к массе утфеля в секунду (RU 22644710, C13F 1/02. Опубл. 22.11.2005. - Бюл. №32).
Недостатком данного способа является то, что технически сложно обеспечить условия ввода уже готовых центров кристаллизации в вакуум-аппарат, полностью исключив при этом возможность их слипания и растворение в сиропе, не исключена также возможность образования вторичных центров кристаллизации ("муки"), что может не только стать причиной дополнительных потерь сахарозы в процессе ее кристаллизации, но и ухудшить условия разделения утфелей в центрифугах.
Техническим результатом заявленного способа является повышение выхода кристаллического белого сахара в процессе уваривания и центрифугирования утфеля I кристаллизации.
Этот результат достигается тем, что в предложенном способе производства кристаллического белого сахара, предусматривающем уваривание утфеля I кристаллизации в первом вакуум-аппарате, отбор части его и подачу во второй аппарат, спуск готовых утфелей в приемную утфелемешалку и центрифугирование в фильтрующей центрифуге периодического действия с отделением первого оттека, промывание кристаллов сахара с отделением второго оттека и выгрузку кристаллического белого сахара.
В качестве центров кристаллизации используют маточный утфель, содержащий 20-30% кристаллов размером 0,120-0,160 мм, приготовленный в отдельном охлаждающем кристаллизаторе (Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства. Часть 2 / В.О.Штангеев, В.Т.Кобер, Л.Г.Белостоцкий и др. - Под ред. В.О.Штангеева. - К.:"Цукор Украiны”, 2004. - С.116-117 (320 с.)), который подают в первый вакуум-аппарат, где наращивают кристаллы до 0,180-0,220 мм, выдерживая пересыщение межкристального раствора 1,12-1,15, после чего часть этого утфеля в количестве 35-50% отбирают во второй аппарат с одновременным набором в него сульфитированной смеси сиропа с клеровкой сахаров II и III кристаллизации, содержащей 65-75% сухих веществ до полного закрытия поверхности нагрева паровой камеры, наращивание кристаллов сахара в первом и втором вакуум-аппаратах проводят на систематических подкачках сульфитированной смеси сиропа с клеровкой, выдерживая при этом коэффициент пересыщения межкристального раствора в интервале 1,10-1,12 и скорость циркуляции утфеля в вакуум-аппарате 0,5-1,5 м/с, в первом вакуум-аппарате утфель сгущают до 92,0-93,0%, а во втором - до 93,0-94,0% сухих веществ и этот утфель раскачивают первым оттеком утфеля из первого аппарата сначала перед спуском, а затем в приемной утфелемешалке до 92,0-92,5% сухих веществ, причем утфель из первого вакуум-аппарата подают на центрифугирование раньше, чем утфель из второго аппарата, и промывание кристаллов сахара проводят в течение времени, соответствующего периоду отделения первого оттека, при расходе промывной воды 0,16-0,26% к массе утфеля в секунду.
Способ осуществляется следующим образом.
Вначале готовится маточный утфель в отдельном охлаждающем кристаллизаторе (Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства. Часть 2 / В.О.Штангеев, В.Т.Кобер, Л.Г.Белостоцкий и др. - Под ред. В.О.Штангеева. - К.:"Цукор Украiны", 2004. - С.116-117 (320 с.)) При этом к маточному утфелю предусматриваются дополнительные требования по содержанию в нем кристаллов в пределах 20-30% и размеру кристаллов, который следует выдерживать в интервале 0,120-0,160 мм. Эти отличия в технологии получения маточного утфеля улучшают его последующее уваривание в вакуум-аппарате, уменьшают риск слипания и срастания кристаллов сахара и положительно влияют на качественные показатели готового кристаллического белого сахара. При содержании в маточном утфеле менее 20% или более 30% кристаллов возможно образование вторичных центров кристаллизации, снижается скорость роста кристаллов, возрастают термические потери сахарозы в процессе уваривания утфеля I продукта.
Требования к размерам кристаллов в диапазоне 0,120-0,160 мм получены экспериментальным путем: при их размере менее 0,120 мм возрастает риск срастания, а при размере более 0,160 мм снижается скорость их роста, возможно образование новых центров кристаллизации и требуется больше времени на достижения этих размеров кристаллов в процессе охлаждения.
По завершении процесса получения маточного утфеля его направляют в качестве кристаллической основы в первый вакуум-аппарат, где наращивают кристаллы до 0,180-0,220 мм, выдерживая пересыщение межкристального раствора 1,12-1,15. Эти условия необходимы для улучшения маточного утфеля как кристаллической основы при ее уваривании не только в первом, но и во втором вакуум-аппарате. При размерах кристаллов менее 0,180 мм или более 0,220 мм ухудшается достижение технического результата изобретения, что обусловлено в том числе возможностями ухудшения их качества. Выдерживание пересыщения межкристального раствора в пределах 1,12-1,15 позволяет создать оптимальные условия роста кристаллов, исключив тем самым их срастание и образование вторичных центров кристаллизации. При пересыщении менее 1,12 или более 1,15 ухудшаются условия роста кристаллов, их качественные показатели, а также возрастают потери сахарозы в процессе уваривания утфеля.
После окончания процесса наращивания кристаллов в маточном утфеле часть его в количестве 35-50% отбирают из первого аппарата во второй с одновременным набором в него сульфитированной смеси сиропа с клеровкой сахаров II и III кристаллизации, содержащей 65-75% сухих веществ до полного закрытия поверхности нагрева паровой камеры. Количество отбираемого из первого вакуум-аппарата утфеля в диапазоне 35-50% установлено опытным путем и позволяет создать оптимальные условия для процесса уваривания утфеля I кристаллизации параллельно в двух аппаратах. При отборе утфеля из первого аппарата менее 35 или более 50% от его общего количества не обеспечивается техническое решение заявляемого изобретения.
Ввод в вакуум-аппарат совместно с отобранным утфелем сульфитированной смеси сиропа с клеровкой, содержащей 65-75% сухих веществ, позволяет исключить риск термического разложения сахарозы при их наборе во второй аппарат. Кроме того, это позволяет ускорить подготовку утфеля для уваривания во втором аппарате и снижает возможные потери сахарозы в процессе уваривания утфеля.
Требования к содержанию сухих веществ в интервале 65-75% в сульфитированной смеси сиропа с клеровкой позволяют сократить время уваривания утфеля во втором аппарате и снизить потери сахарозы от термического разложения. При содержании менее 65% или более 75% сухих веществ технологические условия уваривания утфеля ухудшаются.
Для создания оптимальных условий уваривания утфеля во втором аппарате способ предусматривает проведение этого процесса на систематических подкачках сульфитированной смеси сиропа с клеровкой. При этом уваривание утфелей в первом и втором вакуум-аппаратах проводят выдерживая коэффициент пересыщения межкристального раствора в интервале 1,10-1,12 и скорость циркуляции утфеля в вакуум-аппарате 0,5-1,5 м/с.
Эти результаты были получены экспериментальным путем и положительно отразились на качественных показателях сахара, потерях сахарозы и продолжительности уваривания утфеля. При значениях коэффициента пересыщения и скорости циркуляции утфеля, превышающих установленные пределы, технологические условия уваривания ухудшаются. При этом оказалось, что для поддержания циркуляции утфеля в вакуум-аппарате в интервале, 0,5-1,5 м/с лучше использовать вакуум-аппараты с мешательными устройствами (циркуляторами).
В первом вакуум-аппарате утфель сгущают до 92,0-92,5%, а во втором - до 93,0-94,0% сухих веществ и этот утфель раскачивают первым отеком утфеля из первого аппарата сначала перед спуском, а затем в приемной утфелемешалке до 92,0-92,5% сухих веществ.
Уваривание утфеля до 92,0-92,5% сухих веществ соответствует требованиям типовой технологии (Инструкция по ведению технологического процесса. - М.: ВНИИСП, 1985. - С.234 (372 с). Сгущение увариваемого утфеля до 92,0-92,5% сухих веществ создает необходимые условия для обессахаривания межкристального раствора утфеля и по типовой технологии считается достаточным. Вместе с тем известно, что можно обеспечить его более глубокое истощение, если утфель уваривать до содержания сухих веществ выше 93% (SU 1402620, C13F 1/02. Опубл. 15.06.1988. - Бюл. №22). Как следует из данного авторского свидетельства, уваривание утфеля до 94,0-95,0% сухих веществ позволяет снизить в нем содержание воды на 2,0-3,0% по сравнению с требованиями типовой технологии. Однако при достижении содержания сухих веществ более 94% резко снижается подвижность утфеля, выгрузка его из вакуум-аппарата и последующая обработка в центрифугах.
При содержании в утфеле менее 93% сухих веществ в нем увеличивается количество воды, что приводит к дополнительному растворению сахарозы, а следовательно, снижается выход кристаллического сахара из вакуум-аппарата. Уваривание во втором аппарате утфеля до 93,0-94,0% сухих веществ позволяет более глубоко истощать межкристальный раствор по сравнению с типовой технологией, а значит, обеспечить более высокий выход сахара.
Перед спуском утфеля из второго аппарата его раскачивают первым оттеком утфеля из первого вакуум-аппарата до 92,0-92,5% сухих веществ. Раскачивание утфеля оттеком первого аппарата обусловлено его более высоким качеством по сравнению с первым оттеком утфеля из первого вакуум-аппарата. Кроме того, раскачивание утфеля первым оттеком позволяет сделать его подвижным для спуска из аппарата и последующего разделения в центрифугах.
Предлагаемый способ позволяет проводить центрифугирование первого утфеля раньше, чем второго. Обычно на сахарных заводах для центрифугирования одной варки утфеля требуется 50-60 мин, что учтено в предлагаемом способе. После загрузки ротора центрифуги утфелем и завершения отделения первого оттека кристаллы сахара промывают в течение времени, соответствующего периоду отделения первого оттека при расходе воды 0,16-0,26% к массе утфеля в секунду. Эти условия установлены опытным путем и являются оптимальными для данного способа. При расходе промывной воды менее 0,16% к массе утфеля в секунду возможно получение некондиционного кристаллического белого сахара, а при расходе ее более 0,26% к массе утфеля в секунду возрастает количество растворяемого сахара, и, следовательно, уменьшается его выход из центрифуги.
Для повышения эффективности процесса центрифугирования утфеля и выполнения операции промывания кристаллов сахара в автоматическом режиме фильтрующая центрифуга периодического действия может быть оснащена специальным устройством для восприятия механического воздействия отделяемого оттека и преобразования его в стандартный выходной сигнал (Славянский А.А. Центрифугирование и его влияние на выход и качество сахара. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2007. - 180 с.).
Промытый и подсушенный до влажности 0,8-1,5% сахар выгружается из центрифуги и направляется в сушильное отделение.
Пример. Вначале готовится маточный утфель из сиропа с содержанием 70% сухих веществ в отдельном охлаждающем кристаллизаторе по известной технологии. Содержание кристаллов в маточном утфеле выдерживают 25%, а их размер 0,140 мм.
Готовый маточный утфель отбирают в первый вакуум-аппарат, позволяющий за один цикл уваривания получить 40 т утфеля, где наращивание кристаллов ведут на систематических подкачках сульфитированной смеси сиропа с клеровкой сахаров II и III кристаллизации до 0,200 мм, выдерживая пересыщение межкристального раствора в диапазоне 1,13.
По завершении процесса наращивания кристаллов (формирование кристаллической основы) часть утфеля из первого аппарата в количестве 40% от его общей массы отбирают во второй вакуум-аппарат с одновременным набором в него сульфитированной смеси сиропа с клеровкой сахаров II и III кристаллизации, содержащей 70% сухих веществ, где уваривают, выдерживая пересыщение 1,11 и скорость циркуляции утфеля 1,0 м/с.
В первом аппарате утфель сгущают до 92,3%, а во втором - до 93,5% сухих веществ, и этот утфель раскачивают первым оттеком утфеля из первого аппарата сначала перед спуском, а затем в приемной утфелемешалке до 92,0% сухих веществ.
Утфель из первого аппарата подают на центрифугирование раньше, чем утфель из второго аппарата, на 60 мин. Процесс разделения утфеля проводят в автоматизированных центрифугах периодического действия марки ФНП-125 IT при разовой загрузке центрифуги утфелем массой 700 кг. Промывание кристаллов белого сахара проводят в течение времени, соответствующего периоду отделения первого оттека, при расходе промывной воды 0,20% к массе утфеля в секунду.
-1
После промывания кристаллы сахара подсушивают в центробежном силовом поле до влажности 0,8% и выгружают из центрифуги при частоте вращения ее ротора 115 мин.
Оттеки утфеля (первый и второй) из первого и второго вакуум-аппаратов направляют в соответствующие сборники, а кристаллический белый сахар - в сушильное отделение.
<mrow><msubsup><mi>Ч</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ч</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><mi>С</mi><msubsup><mi>В</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><mi>С</mi><msubsup><mi>В</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
ср
сах
Для сопоставления предлагаемого способа с известным определяют чистоту утфеля I кристаллизации в первом и втором вакуум-аппаратах (
,
), содержание в них сухих веществ (
,
), средний выход кристаллов сахара из центрифуги для двух утфелей (К, % к массе утфеля), а также средние значения показателей качества кристаллического белого сахара первого и второго утфелей: цветность (ЦВ, усл.ед.), содержание золы (Зол, %), редуцирующих веществ (РВ, %), гранулометрический состав: средний размер кристаллов (Ср, мм), коэффициент неоднородности (Кн, %).
Показатели исследований по предлагаемому способу:
- технологические показатели утфеля I кристаллизации:
<mrow><msubsup><mi>Ч</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>91,81</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><mi>С</mi><msubsup><mi>В</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>92,1</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ч</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>91,72</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><mi>С</mi><msubsup><mi>В</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>92,0</mn><mi>%</mi></mrow>
ср
;
;
;
; К=48,6%;
- физико-химические и гранулометрические показатели кристаллического белого сахара:
сах
ЦВ=0,75 усл.ед.; Зол=0,028%; РВ=0,037%; СР=0,76 мм; КН=27,3%.
Параллельно производство сахара осуществляют по известному способу. В первый вакуум-аппарат, позволяющий за один цикл сварить 40 т утфеля, набирают сироп с клеровкой чистотой 91,80% и сгущают до достижения коэффициента пересыщения 1,22. Затем в него вводят в качестве центров кристаллизации кристаллы сахара размером 0,180 мм из расчета 10 шт на 1 мм длины поверхности пробного стекла. Затем их наращивают при содержании в утфеле 88,5% сухих веществ. После достижения требуемого объема утфеля в первом вакуум-аппарате часть его в количестве 50% отбирают во второй аппарат.
После этого утфель в первом и втором вакуум-аппаратах уваривают до заполнения. Причем в первом из них утфель уваривают до 92,0% сухих веществ, а во втором - до 93,5% сухих веществ. При этом утфель из первого аппарата спускают в приемную утфелемешалку и центрифугируют на 60 мин раньше, чем из второго вакуум-аппарата. Кроме того, утфель во втором вакуум-аппарате раскачивают перед спуском до 92,0% сухих веществ первым оттеком из первого аппарата.
Процесс разделения утфеля на первый, второй оттеки и кристаллический белый сахар проводят в автоматизированных центрифугах периодического действия марки ФНП-1251Т при разовой загрузке ротора центрифуги утфелем массой 700 кг. Центрифуги оснащены устройством, позволяющим начинать промывание кристаллов сахара в момент отделения основной массы межкристального раствора.
Вначале центрифугируют утфель из первого вакуум-аппарата. Начало промывания устанавливают по окончании времени отделения первого оттека и проводят в течение времени, соответствующего времени отделения первого оттека, при расходе воды в количестве 0,20% к массе утфеля в секунду.
-1
После промывания кристаллы сахара подсушивают в центробежном силовом поле до влажности 0,8% и выгружают из центрифуги при частоте вращения ее ротора 115 мин. Через 60 мин подобную операцию проводят с утфелем из второго вакуум-аппарата. Оттеки утфеля (первый и второй) первого и второго аппаратов направляют в соответствующие сборники, а кристаллический белый сахар - в сушильное отделение.
Показатели исследований по известному способу:
- технологические показатели утфеля I кристаллизации:
<mrow><msubsup><mi>Ч</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>91,78</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><mi>С</mi><msubsup><mi>В</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>92,2</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ч</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>91,68</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><mi>С</mi><msubsup><mi>В</mi><mrow><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>ф</mi><mi>I</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>92,1</mn><mi>%</mi></mrow>
ср
;
;
;
; К=48,6%;
- физико-химические и гранулометрические показатели кристаллического белого сахара:
сах
ЦВ=0,80 усл.ед.; Зол=0,039%; РВ=0,045%; Ср=0,62 мм; Кн=29,8%.
Таким образом, из приведенных в примере данных видно, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить выход сахара после уваривания и центрифугирования на 1,4% к массе утфеля или дополнительно по сравнению с известным способом получить 980 кг кристаллического белого сахара. Кроме того, получаемый при этом кристаллический белый сахар также имеет несколько лучшие качественные показатели.