СПОСОБ КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИФФУЗИОННО-ПРЕССОВОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ САХАРОЗЫ ИЗ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ
METHOD FOR CONTROL AND PREDICTION OF DIFFUSION-AND-PRESSURE EXTRACTION OF SUCROSE FROM BEET CHIPS

Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно к контролю и прогнозированию результатов процесса извлечения сахарозы из свекловичной стружки при переработке сахарной свеклы.
Известен способ контроля и прогнозирования диффузионного процесса (Силин П.М. Технология сахара. - М.: Пищевая промышленность, 1967, с.188-193), предусматривающий использование номограммы, построенной на основе математической модели противоточного непрерывного экстрагирования сахарозы, которая описывается уравнением (I):
n - относительная объемная откачка, т.е. отношение объемов диффузионного и клеточного соков;
1
C - относительные потери сахарозы;
А - коэффициент работы диффузионного аппарата;
2
5
D - коэффициент диффузии, отражающий температурный фактор, см/мин·10;
l - длина 100 г стружки, м;
τ - продолжительность активной диффузии, мин;
γ - технологический коэффициент, отражающий влияние технологических факторов - А, D, l и τ.
1
1
В данном уравнении потери сахарозы C зависят лишь от двух переменных - n и γ. Эта зависимость выражается номограммой, пользуясь которой, можно определить значение C, не решая логарифмического уравнения. По оси абсцисс расположена шкала значений γ, по оси ординат - шкала относительных потерь сахарозы с жомом х, рассчитанных в логарифмическом масштабе на 100 кг сахара. В поле номограммы расположены кривые, характеризующие количество диффузионного сока - величину откачки α в процентах к массе свеклы.
Зная коэффициент работы диффузионного аппарата А, технологический коэффициент γ и сахаристость стружки, с помощью номограммы находят величину ожидаемых потерь сахарозы при заданных параметрах получения диффузионного сока.
Недостатком данного уравнения и, соответственно, номограммы является их применимость только для работы диффузионного аппарата без возврата жомопрессовой воды. Современными непрерывнодействующими диффузионными установками предусмотрен возврат всей жомопрессовой воды, получаемой при различной степени прессования жома, что позволяет сократить расход свежей воды и уменьшить величину откачки α диффузионного сока, уменьшая энергозатраты на его выпаривание. Кроме того, потери сахарозы с жомом х, значения которых размещены на оси ординат, рассчитаны в логарифмическом масштабе в процентах по массе сахарозы в стружке, а в настоящее время принято рассчитывать потери сахарозы в процентах к массе свеклы.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в возможности достижения заданного предела обессахаривания свекловичной стружки диффузионно-прессовым способом путем оперативного расчета потерь сахарозы в отжатом жоме по заранее построенной номограмме в зависимости от заданной величины откачки и сахаристости свекловичной стружки.
Для достижения этого результата в предложенном способе предусматривается подача свекловичной стружки и питательной воды в диффузионный аппарат, измерение сахаристости свекловичной стружки, проведение процесса противоточной диффузии, отделение диффузионного сока от обессахаренной свекловичной стружки, прессование обессахаренной свекловичной стружки с возвратом всей жомопрессовой воды на диффузию. В зависимости от сахаристости свекловичной стружки при заданном значении откачки рассчитывают величину потерь сахарозы в отжатом жоме по заранее построенной номограмме, на которой по оси абсцисс расположена шкала значений технологического коэффициента, по оси ординат расположена шкала относительных потерь сахарозы с жомом к массе сахарозы в свекле, кривые в поле номограммы характеризуют величину откачки. В левой части номограммы дополнительно по оси абсцисс размещена шкала сахаристости стружки, слева по оси ординат - шкала потерь сахарозы в отжатом жоме в процентах к массе свеклы, а в поле номограммы расположены вспомогательные наклонные линии перехода относительных потерь сахарозы в отжатом жоме к фактическим значениям, выраженным в процентах к массе свеклы.
Способ контроля и прогнозирования диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки заключается в следующем.
Извлечение сахарозы из свекловичной стружки проводят противоточной диффузией с последующим прессованием обессахаренной свекловичной стружки (сырого жома) и возвратом всей получаемой от прессования воды на диффузию раздельно или в смеси со свежей водой. Диффузионное извлечение ограничивают остаточным содержанием сахарозы в обессахаренной свекловичной стружке (жоме) в пределах, позволяющих осуществить дополнительное извлечение сахарозы прессованием сырого жома до остаточного содержания сахарозы в нем, соответствующего заданному.
Для определения заданной степени обессахаривания свекловичной стружки с последующим прессованием и возвратом всей жомопрессовой воды используют заранее построенную номограмму, которая представляет собой графическое отображение способа диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки и описывается уравнением (2):
где n - относительная объемная откачка, т.е. отношение объемов диффузионного и клеточного соков;
х - относительные потери сахарозы с отжатым жомом, выраженные как содержание сахарозы в отжатом жоме, отнесенное к сахарозе свекловичной стружки;
b - доля отжатой воды от содержания ее в сыром жоме;
А - коэффициент работы диффузионного аппарата, объединяющий в себе постоянные или принятые таковыми при выводе формулы;
2
5
D - коэффициент диффузии, отражающий температурный фактор, см/мин·10;
l - длина 100 г стружки, м;
τ - продолжительность активной диффузии, мин;
γ - технологический коэффициент, отражающий влияние технологических факторов - A, D, l, τ.
Доля отжатой воды b в зависимости от ее содержания в сыром жоме определяется уравнением (3):
ж
где А - масса сырого жома в расчете на свекловичную стружку, в которой содержится 100 л сока. При доле клеточного сока в свекловичной стружке, равной 0,93
ов
ов
3
ρ - плотность отжатой воды, ρ=1,017 кг/дм;
ож
СВ - содержание сухих веществ в отжатом жоме, % по его массе;
ж
ж
ж
ж
Т - количество сухих веществ жома, не переходящих в сок, % по массе стружки, Т=5,6%. (Численное значение Т включает сухие вещества, не извлекаемые диффузией: 5,0% мякоть, 0,2% белки. Так как независимо от степени отжатия жома при условии возврата жомопрессовой воды в прессованном жоме содержание сахарозы не должно превышать нормируемых потерь, то количество сухих веществ в неотжатом клеточном соке жома составит 0,4%, в том числе 0,3% сахара и 0,1% несахаров, а всего количество сухих веществ в отжатом жоме - Т=5,6%.)
1 - единица объема клеточного сока свекловичной стружки.
Подставив численные значения в уравнение (3), получим:
ож
Из уравнения (3а) видно, что параметр b зависит только от одной переменной (СВ). Тогда, принимая значение b достаточно близкой к работе реальных аппаратов - b=0,242, рассчитывают значения lgx в зависимости от значений отбора n и величины технологического коэффициента γ, которые используют для построения номограммы работы непрерывнодействующих диффузионных аппаратов с учетом возврата жомопрессовой воды.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена номограмма. Данная номограмма отражает зависимость между содержанием сахарозы в свекловичной стружке, величиной откачки и потерями сахарозы в отжатом жоме при разной степени прессования, что позволяет определить необходимый предел обессахаривания свекловичной стружки диффузией с последующим дополнительным извлечением сахарозы прессованием и возвратом получаемой жомопрессовой воды на диффузию.
Левая часть номограммы предназначена для перехода от относительных потерь сахарозы в жоме к фактическим в пересчете на процент к массе свеклы. Наклонные линии, расположенные в левой части, представляют собой вспомогательные линии перехода относительных потерь сахарозы в отжатом жоме х к фактическим значениям, выраженным в процентах к массе свеклы. На оси абсцисс расположена шкала значений сахаристости стружки в пределах от 12 до 20%. На оси ординат шкала потерь сахарозы в отжатом жоме имеет пределы 0,15-1,20% к массе свеклы.
В правой части номограммы на оси абсцисс показаны значения технологического коэффициента γ от 3 до 8, а на оси ординат - шкала относительных потерь сахарозы в жоме имеет пределы от 1,0 до 8,0% к массе сахарозы в свекле. Кривые линии правой части номограммы характеризуют величину откачки (отбора) диффузионного сока от 100 до 150% к массе свеклы.
Шкалы номограммы построены таким образом, что показатели (сахаристость стружки, величина откачки, потери сахарозы с жомом) содержат пределы значений, которые соответствуют результатам, получаемым при использовании различных технологических режимов в производственных условиях.
Данная номограмма позволяет оперативно прогнозировать величину потерь сахарозы с жомом при различных условиях работы диффузионной установки (величина отбора диффузионного сока - откачка, температура проведения процесса, его продолжительность и длина 100 г свекловичной стружки) и вводить необходимые корректировки в режим работы, определив фактическое значение технологического коэффициента γ для конкретной диффузионной установки и задавая величину откачки с учетом степени прессования жома.
Контроль и прогнозирование диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки поясняются на следующем примере.
Пример. Для диффузионного аппарата расчетным способом определяют значение технологического коэффициента γ=3,7. Измеряют сахаристость свекловичной стружки - 16,7%. Величину откачки диффузионного сока α принимают равной α=123% к массе свеклы. По номограмме находят точку пересечения вертикальной линии, проведенной от значения коэффициента γ=3,7, с кривой, соответствующей откачке α=123% (точка 1), и проецируют из нее влево горизонтальную линию до границы между правой и левой частями номограммы (точка 2). Из точки 2 параллельно вспомогательной наклонной линии проводят линию до пересечения с вертикальной линией, соответствующей значению сахаристости стружки - 16,7% (точка 3). Точка пересечения этих линий (точка 3) проецируется на ось ординат для нахождения фактического значения потерь сахарозы в жоме х=0,38% к массе свеклы (точка 4).
Таким образом, предложенный способ контроля и прогнозирования диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки позволяет с помощью номограммы оперативно определять целесообразный предел обессахаривания свекловичной стружки диффузией с последующим дополнительным извлечением сахарозы прессованием и возвратом всей получаемой жомопрессовой воды на диффузию при различных значениях откачки, а также прогнозировать снижение величины откачки без увеличения потерь сахарозы с отжатым жомом.