Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние теории и практики процессов получения кристаллического сахара (Аналитический обзор)
1.1. Сахар-песок и основные требования к его качеству 10
1.1,1. Несахара сахара-песка и их влияние на его качественные показатели 11
1.2. Физико-химические основы процесса кристаллизации и особенности ее проведения в сахарном производстве 14
1.2.1. Теория и практика процесса образования центров кристаллизации в сахарных растворах 15
1.2.1,1. Отличительные особенности образования центров кристаллизации в производственных условиях 17
1.2.2. Анализ существующих представлений о механизме роста кристаллов сахарозы 19
1.3. Первая ступень кристаллизации сахарозы и ее особенности 28
1.3.1. Некоторые представления о включении несахаров в кристаллы сахара-песка 29
1.3.2. Срастание кристаллов в процессе кристаллизации сахарозы 33
1.3.3. Продукты первой ступени кристаллизации, условия формирования качества клеровки 38
1.3.4. Анализ кристаллизационных схем и способов работы продуктового отделения, оценка их эффективности 45
1.4. Формулирование цели, задач и структуры проведения теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации
ГЛАВА 2. Кинетика кристаллизации сахарозы в пересыщенных растворах и влияние на нее условий получения утфеля i кристаллизации
2.1. Диффузионный подход к описанию кинетики роста кристаллов сахарозы 53
2.1.1, Разработка математического описания и обоснование условий роста кристаллов сахарозы 56
2.2. Разработка способа получения утфеля I кристаллизации 64
ГЛАВА 3. Механизм срастания кристаллов в процессе кристаллизации сахарозы 66
З.Ї. Физические процессы при срастании кристаллов и их математический анализ 68
3.2. Разработка способа уваривания утфеля I на кристаллической основе утфеля II 77
ГЛАВА 4. Повышение эффективности первой ступени кристаллизации при переработке сиропов различного качества 80
4.1. Исследование влияния условий смешивания сиропа и клеровки на качество их смеси 81
4.1.1. Математическая обработка экспериментальных данных 82
4.2. Технология уваривания утфеля I кристаллизации из высококонцентрированных сахарных растворов и ее возможности 90
4.2.1. Исследование процесса уваривания утфеля I кристаллизации с использованием концентрированной клеровки сахара II кристаллизации 92
ГЛАВА 5. Разработка усовершенствованной технологии получения утфеля i кристаллизации и ее эффективность 104
5.1. Технология получения утфеля I кристаллизации с повышенным содержанием сухих веществ 105
5.1.1. Улучшение технологии получения утфеля I кристаллизации с повышенным содержанием сухих веществ 110
5.2. Способ получения утфеля I кристаллизации с раздельным использованием сиропа и клеровок сахара II и III кристаллизации 122
5.4. Обоснование и применение усовершенствованной технологии получения утфеля I кристаллизации при переработке сырья различного качества 127
Выводы и рекомендации промышленности 132
Список использованной литературы
- Физико-химические основы процесса кристаллизации и особенности ее проведения в сахарном производстве
- Разработка математического описания и обоснование условий роста кристаллов сахарозы
- Разработка способа уваривания утфеля I на кристаллической основе утфеля II
- Технология уваривания утфеля I кристаллизации из высококонцентрированных сахарных растворов и ее возможности
Введение к работе
Актуальность работы. Сформировавшаяся в последние годы в России экономическая ситуация на рынке сахара и возрастающие требования потребителей к его качеству, обуславливают необходимость дальнейшего совершенствования технологии сахарного производства. Одним из направлений решения данной задачи является повышение эффективности определяющих процессов типовой технологии, из которых особое внимание заслуживает кристаллизация сахарозы при уваривании утфеля I кристаллизации. Ее эффективность определяется выходом и качеством сахара-песка, которые в значительной степени зависят от исходного сырья и технологии осуществления данного процесса.
Совершенствование технологии получения утфеля I кристаллизации на основе развития существующих теоретических представлений о кристаллизации сахарозы и новых технологических решений ее проведения является перспективным направлением повышения эффективности продуктового отделения сахарного завода при переработке сырья различного качества.
Поэтому данная работа является вполне актуальной. Подтверждением ее актуальности и своевременности является также то, что она выполнялась в рамках программы Министерства промышленности, науки и технологии РФ по государственному контракту № 45.055.11.2552 от 05.02.2002 г.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы явилось проведение комплексных исследований, направленных на совершенствование процесса кристаллизации сахарозы в промышленных условиях.
В соответствие с поставленной целью определены основные задачи: уточнить математическую модель диффузионного процесса кристаллизации сахарозы для количественной оценки кинетики роста ее кристаллов; исследовать срастание кристаллов в процессе их роста и дать его математическое описание; на основе многофакторного—эксперимента
fOC. НАЦИОНАЛЬНАЯ
3 БИБЛИОТЕКА J
получить математическую зависимость, позволяющую определять рациональные условия уваривания утфеля I кристаллизации при изменении качества сиропа и клеровки; усовершенствовать технологию получения утфеля I кристаллизации при его уваривании из высоконцентрированных сахарных растворов и с повышенным содержанием в нем сухих веществ; разработать и испытать в проиводстве новые способы получения утфеля I кристаллизации и на их основе предложить промышленности его усовершенствованную технологию для условий переработки сырья различного качества.
Научная новизна работы состоит в развитии существующих теоретических и практических представлений о кристаллизации сахарозы в вакуум-аппарате, основных факторов, влияющих на этот процесс, и на их основе раскрытие и обоснование технологических условий, обеспечивающих повышение качества и выхода сахара-песка.
Усовершенствована математическая модель диффузионного процесса кристаллизации сахарозы и на ее основе показана зависимость кинетики роста кристаллов сахарозы от основных параметров процесса. Получены уравнения, позволяющие в любой момент процесса кристаллизации сахарозы определить увеличение размера ее кристаллов при уваривании утфеля и расход сахарозы на этот процесс.
Впервые рассмотрен механизм срастания кристаллов в процессе уваривания утфеля I кристаллизации и дано его математическое описание. Получено уравнение, позволяющее оценить вероятность срастания кристаллов при уваривании утфеля I кристаллизации в вакуум-аппарате.
На основе результатов многофакторного эксперимента, установлена математическая зависимость, позволяющая подобрать рациональные условия уваривания утфеля I кристаллизации в зависимости от качества сиропа и клеровки.
Выявлены и научно обоснованы новые технологические и технические параметры проведения процесса кристаллизации сахарозы в промышленных условиях.
Сформулированы основные положения, обеспечивающие повышение скорости роста кристаллов сахарозы при уваривании утфеля I кристаллизации и позволяющие повысить выход и качество сахара-песка при переработке сырья различного качества.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Разработаны математические модели, позволяющие количественно оценить кристаллизацию и вероятность срастания кристаллов сахарозы в процессе их роста.
Разработаны и внедрены на ОАО «Мелеузовский сахарный завод», ОАО «Чишминский сахарный завод» способы получения утфеля I кристаллизации (патенты РФ 2166544, 2158311), обеспечивающие получение сахара-песка высокого качества.
Получена математическая зависимость, позволяющая определять рациональные условия уваривания утфеля I кристаллизации в зависимости от качества сиропа и клеровки.
Разработаны и внедрены на ОАО «Мелеузовский сахарный завод», ОАО «Чишминский сахарный завод», ОАО «Ритм» (Алексеевский сахарный завод) способ получения утфеля I кристаллизации с повышенным содержанием сухих веществ (патент РФ 2157852) и с раздельным использованием сиропа и клеровок сахара II и III кристаллизации (экономический эффект от внедрения патента РФ 2166544 составил 550,80 тыс.руб за производственный сезон), а также способ получения сахара, включающий получение и центрифугирование утфеля I кристаллизации (патент РФ 2208647).
Разработана и внедрена на ОАО «Чишминский сахарный завод» усовершенствованная технология получения утфеля I кристаллизации, предусматривающая комбинирование способов по патентам РФ: 2150506;
2158311; 2166544; 2208647. Ее применение позволило увеличить производительность продуктового отделения завода на 25...30%.
Апробация результатов работы. Основные результаты
исследований, выполненных автором, опубликованы в центральной печати и обсуждались на научно-технических конференциях:
-
«Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов» -научно-техническая конференция. - Кемерово, 2002.
-
«Сахар - 2004. Повышение эффективности работы свеклосахарного комплекса» - IV ежегодная международная научно-практическая конференция. - Москва, МГУПП, 15... 16 апреля 2004.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе получено 5 патентов РФ на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы, рекомендации промышленности, список литературы (182 наименования) и приложения. Она изложена на 145 страницах, иллюстрирована 21 рисунком и 22 таблицами.
Физико-химические основы процесса кристаллизации и особенности ее проведения в сахарном производстве
Несахара присутствуют в сахаре-песке в виде растворимых соединений и нерастворимых примесей (суспендированные вещества). При общем содержание в нем 0,25% несахаров и, учитывая, что на редуцирующие, зольные и красящие вещества приходится около 0,10%, то доля остальных несахаров составляет примерно 0,15%. Причем основную их массу составляют нерастворимые примеси [20, 140].
Несмотря на незначительное содержание редуцирующих веществ в товарном сахаре-песке, их концентрация, тем не менее, является мерой стабильности сахара при хранении. При увеличении содержания инвертного сахара (особенно фруктозы) повышается гигроскопичность кристаллов и вероятность образования красящих веществ.
Цветность сахара-песка обусловлена присутствием в нем несахаров, объединенных в группу под названием - красящие вещества. Причем присутствие красящих веществ в кристаллах сахара-песка оказывает влияние не только на цветность сахара-песка, но и на такие физико-химические показатели, как электропроводимость, буферность и мутность его раствора, а также содержание редуцирующих веществ [64].
Красящие вещества сахарного производства представлены продуктами карамелизации, щелочно-термического разложения редуцирующих веществ, меланоидинами и полифенольными комплексами. Из них наибольшее влияние на величину цветности сахара-песка оказывают меланоидины [20, 75, 78].
Кроме этих несахаров в сахаре-песке может присутствовать раффиноза, высокомолекулярные соединения, органические кислоты, аминокислоты и ДР. [75].
Содержание органических кислот, таких как молочная, валериановая и левулиновая кислоты, составляет в среднем около 5 мг на 1кг сахара-песка. Из аминокислот наиболее часто встречаются аланин, глицин, серии (следы) и аспарагиновая кислота ( 0,5 мг/кг) [75].
Присутствие в сахаре-песке высокомолекулярных соединений при определенных условиях увеличивает способность его раствора к пенообразованию [20]. Наиболее известные из них сапонины, декстан, соединения, в состав которых входят гемицеллюлоза и белок [75].
Природные органические соединения - сапонины - оказывают сильное влияние на поверхностное натяжение сахарных растворов. При содержании сапонинов в сахаре-песке более 2 10-4 % наблюдается интенсивное пенообразование [133]. По мнению ряда исследователей [75, 99, 125, 165], раствор сахара-песка из мелких кристаллов, более склонен к пенообразованию, чем раствор, полученный из крупных кристаллов. Это объясняется тем, что мелкие кристаллы в сумме имеют большую удельную поверхность, а значит и более высокое содержание ПАВ (поверхностно-активных веществ).
Зольные элементы присутствуют в сахаре-песке в виде растворимых и нерастворимых примесей и представлены, главным образом, неорганическими соединениями: катионами калия, натрия, кальция, железа; анионами - хлоридом, сульфатом, карбонатом и фосфатом [75, 126]. Причем большая часть золы в кристаллах сахара-песка (44 % к общей массе) представлена калием [97]. Присутствие в сахаре-песке нерастворимых в воде примесей оказывает негативное влияние на такой органолептический показатель качества сахара, как прозрачность его растворов. Нерастворимые (суспендированные) несахара состоят из кальциево-магниевого фосфата, кальциево-магниевого силиката, кальциевых солей, органических кислот, сернокислого кальция [20].
Содержание суспендированных примесей колеблется от 19 до 39 мг в 1 кг сухих веществ сахара-песка [91]. Из них около 3 % от общей массы составляют примеси неорганического происхождения, представленные в основном щелочными, щелочно-земельными металлами и кремнием. Соответственно остальные 97% относятся к органическим компонентам [99].
Состав и количество несахаров в кристаллах сахара-песка в значительной степени зависит от его гранулометрических характеристик [15, 76,88,91,97,125].
Так, например, установлена эмпирическая зависимость цветности, мутности и электропроводности (У) от размера кристаллов (X) [88] Y = al-a2-X + a3-X2 , (1.1) где cij, а.2, аз - регрессионные коэффициенты, которые имеют свои значения для цветности, мутности и электропроводности.
Экспериментально доказано, что фракции сахара-песка с размером кристаллов 0,63...0,80 и 0,80... 1,0 мм обладают наименьшей цветностью [15].
В работе [97] найдена зависимость между размером кристаллов и содержанием в сахаре-песке микроэлементов. В сахаре с размерами кристаллов 1 мм обнаружено 1,4... 1,5 % Na и 1,8% К от их концентрации в утфеле, а с кристаллами 0,6 мм - 2,5 % Na и 3,0 % К.
Основная масса примесей в сахаре-песке содержится в пленке межкристального раствора на поверхности его кристаллов и количественно напрямую зависит от их размера, наличия конгломератов и кристаллов с поврежденной поверхностью [75].
Накопление примесей в кристаллах сахара-песка в процессе их роста при уваривании утфеля I кристаллизации зависит от многих факторов, из которых наиболее важными являются: 1. качественные показатели исходных и промежуточных продуктов продуктового отделения; 2. условия проведения процессов кристаллизации сахара и центрифугирования утфеля; 3. выбор схемы работы продуктового отделения и способов проведения уваривания и центрифугирования утфеля. При правильном соблюдении этих условий обеспечивается не только высокий выход, но и качественные показатели сахара-песка.
Разработка математического описания и обоснование условий роста кристаллов сахарозы
В процессе уваривания утфеля в кристаллическую решетку растущих кристаллов могут включаться как различные несахара, так и капельки межкристального раствора [97, 125, 138, 169, 179].
П.Хониг отмечает, что применение извести для очистки диффузионного сока приводит к образованию труднорастворимых солей кальция, которые при плохих условиях фильтрования попадают в сироп, а затем могут захватываться растущими кристаллами сахарозы [125]. Механизм образования жидких включений зависит, главным образом, от гидродинамических и температурных условий уваривания утфеля, а не от химического состава раствора [169]. При этом несахара, входящие в состав межкристального раствора, локализуются в микротрещинах кристаллов, на неровной поверхности кристаллов, пленке межкристального раствора и в местах срастания кристаллов [82, 138, 175].
В некоторых случаях включение отдельных примесей в кристаллическую решетку происходит из-за их химического сродства с молекулой сахарозы. Так, включение калия и железа в кристаллы сахара объясняется образованием сахаратов этих металлов [97].
По H.E.Powers [169], именно дефекты кристаллической решетки дают возможность различным видам несахаров включаться в кристаллы сахарозы.
В молекулярной форме в кристаллы сахарозы внедряется большая часть красящих веществ, раффиноза, фруктоза и др. Причем, для красящих веществ характерно равномерное распределение по всему объему с возрастанием их концентрации от центра кристалла к его поверхности, что объясняется молекулярной адсорбцией их на поверхности растущего кристалла [138, 153,157].
Месторасположение несахаров в кристаллах сахара-песка зависит от их молекулярной массы, распределения электрического заряда, количества и химической природы, а также от технологических параметров процесса кристаллизации сахарозы, но в первую очередь от пересыщения раствора и скорости кристаллизации. Установлено, что при высокой скорости кристаллизации количество сокристаллизующихся несахаров с сахарозой увеличивается [138].
Обычно начальный этап кристаллизации характеризуется максимальной скоростью роста кристаллов, а значит и наибольшим количеством включений в них несахаров [151, 178].
Включение примесей в кристаллы сахара-песка в зависимости от их химической природы классифицировал в своей работе П. Хониг [125]. Анализируя характер включений примесей неорганического характера, он пришел к заключению, что кальций, соли сернистой кислоты и др. весьма активно адсорбируются в объеме кристаллов, в то время как натрий, соли серной кислоты и др., не обладают подобными свойствами.
Органические несахара, главным образом крахмал и пектины, способны к сокристаллизации с сахарозой, и включаются в кристаллы, начиная с момента формирования центров кристаллизации.
Особое внимание П.Хониг уделил несахарам коллоидного происхождения, которые, как он установил, неравномерно распределяются по объему кристалла. По его мнению, растущая поверхность кристалла имеет хоть и слабый, но положительный заряд, поэтому отрицательно заряженные коллоидные примеси адсорбируются на его растущей поверхности в течение всего периода кристаллизации сахарозы.
Известно, что некоторые несахара обладают специфической адсорбцией. Это приводит к блокировке роста кристалла по отдельным граням, что может привести к изменению его габитуса. Например, в присутствие глюкозы кристаллы сахарозы растут и приобретают вид тонких пластинок, а в присутствие раффинозы - иглообразный вид [80, 85].
Избирательность красящих веществ по их расположению в кристаллах сахара-песка обусловлена их молекулярной массой. В первую очередь, адсорбируются высокомолекулярные красящие вещества, к которым относятся меланоидины, а затем в процессе роста кристаллов их поверхностными слоями захватываются низкомолекулярные красящие соединения, представленные продуктами щелочного распада редуцирующих веществ [114, 136, 153, 174, 176].
Работая в этом направлении N.W.Broughton, B.J.Houghton разделили цветность сахара на «наружную» и «внутреннюю» [138]. По их мнению «наружная» цветность сахара-песка обусловлена низкомолекулярными соединениями. Они локализованы в приповерхностных слоях кристаллов, а также в пленке межкристального раствора на их поверхности. Авторы работы предполагают, что 40% цветности сахара-песка составляют красящие вещества пленки межкристального раствора и 60% - содержащиеся в самом кристалле.
Несколько другие данные приводятся в исследованиях [142]. Они считают, что 25% цветности находится на поверхности кристаллов, а 75% -распределено по всему их объему. Однако при выработке сахара-песка однородного состава, с отсутствием конгломератов, а также при хорошей работе центрифуг, красящие вещества, формирующие «внешнюю» цветность практически полностью удаляются в процессе промывания кристаллов горячей водой.
«Внутренняя» цветность кристаллов сахара в основном обусловлена присутствием в них высокомолекулярных соединений, и по данным других зарубежных публикаций [138], составляет в среднем 57% цветности всего раствора сахара.
А.У.Дмитриенко и С.А.Бренман на основе своих опытов по включению в кристаллы сахарозы примесей (ионов металлов, красящих веществ) пришли к выводу, что с увеличением положительной гидратации ионов эффект их включения в кристаллы возрастает по линейной зависимости, снижая при этом качество сахара [34]. Именно поэтому, высокомолекулярные соединения и коллоиды, имея высокую положительную гидратацию по сравнению с одноатомными ионами, в большем количестве внедряются в растущие кристаллы.
Установление оптимальных условий процесса кристаллизации и их регулирование в зависимости от свойств сырья является одним из путей повышения качества сахара-песка [64, 83].
В соответствии с экспериментальными данными Л.И.Панкина минимум включения примесей в кристаллы сахара находится в интервале значений рН75 6...7. При рН75 ниже 6,5 и выше 7,5 наблюдается явное ухудшение качественных показателей сахара-песка [64].
Разработка способа уваривания утфеля I на кристаллической основе утфеля II
Как видно из рис.2.2, при условии, что разность концентраций пересыщенного и насыщенного растворов сахарозы в исходном растворе Ас=0,39, D=3,42 10" м/с [30] (кривая 1), приращение радиуса кристалла сахарозы за 60с составляет 6 10"5 м, то есть, учитывая принятый начальный радиус кристалла d/2=l О"4 м, линейный размер кристалла сахарозы за 60с увеличивается на 60 % и составляет R} =R0+AR= ІО +б І О"5=1,6 10"4м.
Для второго варианта расчета приращения радиуса кристалла сахарозы [44] (кривая 2) при Z)=5,0-10"10 м2/с, линейный размер кристалла через 60с от начала процесса кристаллизации составляет 6,81 Ю-5 м, то есть приведенный размер кристалла увеличивается на 68,1 %.
Однако, как следует из рис.2.2, зависимость приращения радиуса кристалла сахарозы на отрезке времени от 0 до 200 с носит экспоненциальный характер, поэтому при увеличении времени кристаллизации сахарозы в два раза прирост радиуса кристалла составит не более 73 % (кривая 1) и 76 % (кривая 2). По истечении от начала процесса кристаллизации 350 с, полученный к этому моменту кристалл сахарозы, как в первом, так и во втором случае устанавливается в данном линейном размере. Практически, независимо от продолжительности процесса кристаллизации, предельное значение линейного размера кристалла сахарозы, для выбранных условий, составляет 1,79 10"4 м, то есть предельное приращение размера при Ас = 0,39 составляет 79 %. Как видно из рассмотренных примеров, проведение процесса кристаллизации при различных коэффициентах диффузии влияет на скорость роста кристаллов, но только при условии наличия определенной разности концентраций пересыщенного и насыщенного растворов. Истощение раствора, из которого кристаллизуется сахароза, приводит к замедлению и последующему прекращению кристаллизации сахарозы за счет диффузии молекул.
Таким образом, в области рассматриваемых значений технологических параметров, вследствие снижения концентрации сахарозы в растворе, эффективность процесса ее кристаллизации быстро снижается. Увеличение продолжительности данного процесса в 2 раза обеспечивает прирост кристалла сахарозы лишь на 13 % (кривая 1) и 8% (кривая 2). Поскольку по истечении определенного периода времени процесс кристаллизации сахарозы практически стабилизируется, то его следует либо прекращать, либо дополнительно обогащать раствор сахарозой.
Аналогичные результаты можно получить, используя, для расчета ожидаемого прироста линейного размера кристалла, значения приращения безразмерного радиуса кристалла сахарозы Д от безразмерной переменной Fo AR = 2klA/n . (2.32) Таким образом, разработанная модель процесса кристаллизации позволяет рассчитать максимальное приращение радиуса кристалла сахарозы за счет диффундирования молекул из раствора с заданной концентрацией к граням кристалла, то есть количественно оценить рост кристаллов, исходя из диффузионных представлений о кристаллизации сахарозы.
В производственных условиях, для обеспечения максимальной скорости кристаллизации сахарозы, необходимое пересыщение межкристального раствора утфеля I кристаллизации обычно поддерживается путем ввода сиропа в утфельную массу, а также регулированием температурного режима.
Согласно И.Б. Ляпиной, выдерживание температуры утфеля I кристаллизации в процессе наращивания кристаллов в диапазоне 72...76 С обеспечивает максимальную скорость кристаллизации сахарозы, а сгущение его при температуре 65...72 С позволяет проводить этот процесс при минимальной вязкости его межкристального раствора [59].
В результате проведенных исследований, с использованием результатов моделирования, по уточнению условий уваривания утфеля I кристаллизации (табл.2.1) установлено, что сочетание условий наращивания кристаллов, обеспечивающи максимальную скорость кристаллизации до содержания в утфеле 88,0...88,5% СВ, и минимальную вязкость до содержания в нем 92% СВ, позволяет, за счет равномерного истощения межкристального раствора в процессе уваривания утфеля, увеличить содержание кристаллов в нем на 1,9%, сократить цикл уваривания в среднем на 15%, а время центрифугирования на 20% по сравнению с типовым способом [40]. При этом улучшается гранулометрический состав сахара-песка.
На основе проведенных исследований был разработан и защищен патентом РФ 2166544 [69] способ получения утфеля I кристаллизации, согласно которому смесь сиропа с клеровкой сгущают в вакуум-аппарате до содержания 82...83% СВ и заводят кристаллы, путем ввода в сгущенную смесь затравки в виде тонкоизмельченной сахарной пудры или затравочной пасты с размером кристаллов 15...20 мкм. Заведенные кристаллы закрепляют и наращивают до размеров 160...200 мкм при непрерывном вдувании в утфельную массу пара в количестве 1,5...2,0% к общему расходу греющего пара на уваривание утфеля. Последующее наращивание кристаллов с увеличением содержания СВ в утфельной массе до 88,0...88,5% проводят при температуре 72...76 С. Окончательное сгущение утфельной массы до 92,0...92,5% СВ проводят при температуре 65...72 С на подкачках второго оттека утфеля I и после спуска из вакуум-аппарата разделяют в центрифугах на сахар-песок, первый и второй оттеки.
Технология уваривания утфеля I кристаллизации из высококонцентрированных сахарных растворов и ее возможности
В ходе экспериментов определяли чистоту, содержание сухих веществ, цветность утфеля I кристаллизации и его межкристального раствора, гранулометрический состав и физико-химические показатели качества сахара-песка, а также чистоту и содержание сухих веществ продуктов II и III ступеней кристаллизации. Результаты анализов утфеля I кристаллизации по его раскачиванию в вакуум-аппарате и в приемной утфелемешалке приведены в табл.5.4.
Данные табл. 5.4 показывают, что после сгущения утфеля до содержания в нем 94,1% СВ его цветность составила 45,9 усл.ед. После его раскачивания первым оттеком цветность утфеля возрасла на 13%, а после выдерживания с раскачиванием в приемной утфелемешалке нарастание цветности уже составило 15,5%. Увеличение цветности утфеля І в вакуум-аппарате в конце уваривания по патенту РФ 2157852 в значительной степени обусловлено раскачиванием его своим первым оттеком. Однако при переработке продуктов хорошего качества, что характерно для начала производственного сезона, раскачивание утфеля первым оттеком незначительно влияет на цветность сахара-песка (табл.5.4).
Большее влияние на цветность сахара оказывает выдерживание утфеля I перед центрифугированием в приемной утфелемешалке перед центрифугированием с неоднократным раскачиванием первым оттеком. Оказалось, что красящие вещества, включающиеся в верхний слой кристаллов сахара-песка на последних стадиях этого процесса, легко удаляются в процессе промывания горячей водой в поле действия центробежных сил.
Вместе с тем по мере ухудшения перерабатываемого сырья и при многократном использовании первого оттека для раскачивания утфеля I кристаллизации, ухудшается состав его несахаров, что может привести к выработке нестандартного сахара-песка. В этой ситуации опытные технологи уваривают утфель I кристаллизации с повышенным содержанием сухих веществ через аппарат или через два аппарата. Иногда для улучшения качества утфеля его раскачивают не первым, а вторым оттеком этой же ступени кристаллизации.
Проведенные нами эксперименты показали, что рециркуляцию несахаров можно уменьшить, повышая требования к качеству первого оттека в процессе центрифугирования утфеля I кристаллизации. Учитывая то, что первый оттек в начале и в конце центрифугирования одной и той же вари утфеля отличается по чистоте примерно на 1%, а по цветности более чем на 10... 15 %, было рекомендовано проводить центрифугирование в две ступени с использованием получаемого на каждой из них первого оттека для различных технологических нужд в зависимости от качества.
На основе этих экспериментов был разработан новый способ получения утфеля I кристаллизации (патент РФ 2208647) [70]. Схема его реализации на заводе приведена на рис.5.1. В соответствии с данным способом утфель I кристаллизации уваривают в вакуум-аппарате 2 из смеси сиропа с клеровкой, отбираемой из сборника 1, с использованием на последние подкачки части второго оттека из сборника 5, подаваемого в аппарат через коллектор 7. Процесс сгущения утфеля I кристаллизации проводят до содержания в нем 93,5...94% СВ. Затем его раскачивают в вакуум-аппарате 2 до содержания в нем 92,0...92,5% СВ оттеком первой ступени кристаллизации, разбавленным до 82...83%СВ, из сборника 3 и спускают из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку 9. При необходимости утфель в приемной утфелемешалке раскачивают дополнительно тем же оттеком через перфорированную трубу 8, а затем выдерживают в ней в течение 20...40 мин, в зависимости от технических возможностей завода. По истечении указанного времени утфель перед центрифугированием повторно раскачивают в приемной утфелемешалке тем же оттеком до коэффициента пересыщения 1,01... 1,03. Причем температура утфеля в приемной утфелемешалке перед подачей на центрифуги должна быть в пределах 70...74С. Разделение утфеля проводят на центрифугах периодического действия 10 в две стадии. На первой из них центрифугируют 45...50% от всей массы вари утфеля, а на второй оставшуюся часть. Отделяемый в ходе первой стадии первый оттек поступает в сборник 14, а из него насосом 15 подается в сборник 4, установленный на площадке вакуум-аппаратов. Часть этого оттека отбирают в сборник 3, где его разбавляют горячей водой до 82...83% СВ и в дальнейшем используют для раскачивания утфеля I, а другая его часть направляется на уваривание утфеля И. Первый оттек, получаемый на второй стадии центрифугирования, поступает в сборник 12, а затем насосом 13 подается на площадку вакуум-аппаратов в сборник 6, откуда его забирают на уваривание утфеля II кристаллизации, и частично на уваривание утфеля III кристаллизации, для заводки центров кристаллизации. После отделения первого оттека кристаллы сахара-песка промывают горячей водой с образованием второго оттека, который направляется в сборник 16, а из него насосом 17 на площадку вакуум-аппаратов в сборник 5. Часть второго оттека поступает на последние подкачки при уваривании утфеля I из сборника 5 через коллектор 7, а оставшийся оттек используют для заводки кристаллов при уваривании утфеля II кристаллизации. Заводка кристаллов на втором оттеке первого утфеля и наращивание на подкачках первого оттека первой стадии центрифугирования позволяет улучшить качество сахара второй кристаллизации.
