19. Растворимость сахарозы в чистых и технических растворах. Коэффициенты насыщения и пересыщения. Видимый и истинный коэффициент пересыщения.

Насыщенные растворы. Сахароза хорошо растворяется в воде. Ее рас­творимость (коэффициент растворимости ) при данной температуре при­нято выражать числом килограммов сахарозы, растворившейся в 1 кг воды.

С повышением температуры растворимость сахарозы увеличивается: напри­мер, при 20 °С в 1 кг воды растворяется 2,007 кг сахарозы, а при 75 ^СС— 3,470 кг, т. е. в 1,73 раза больше.

Сахарный раствор, который содержит максимально возможное при дан­ной температуре количество растворенной сахарозы, называется насы­щенным.

Коэффициент насыщения. В технических сахарных растворах (сок, сироп, оттеки, меласса) кроме сахарозы содержатся различные несахара, боль­шинство из которых способствует увеличению растворимости сахарозы. В растворе имеется как бы два растворителя; вода и несахара, между кото­рыми и распределяется растворенная сахароза.

Коэффициент растворимости сахарозы в присутствии иесахаров зависит как от состава и концентрации иесахаров, так и от температуры раствора Влияние несахаров на растворимость сахарозы в воде характеризуется коэффициентом насыщения (Кнас), т. е. отношением коэффициентов раство­римости сахарозы в растворе, содержащем несахара, и в чистом растворе при одной и той же температуре: Кнас=Н/Н₀

В растворах с небольшим содержанием несахаров (доброкачественность 80—100 %) коэффициент насыщения равен единице или немного меньше. В растворах, где доброкачественность ниже 80%, коэффициент насыщения всегда больше единицы.

Коэффициент пересыщения. Раствор, содержащий больше растворенной сахарозы, чем насыщенный, называется пересыщенным. Пересыщение при кристаллизации поддерживается выпариванием воды или охлаждением (в кристаллизационной установке).

Число, показывающее, во сколько раз больше в данном растворе саха­розы, чем в насыщенном, при той же температуре называется истинным коэффициентом пересыщенияКпер

Кпер = H₁/H

где Н₁—масса сахарозы, растворенной в единице воды в пересыщенном растворе, содержащем несахара.

Если в знаменателе вместо Hподставить H₀, то получим видимый коэф­фициент пересышеиия

Кпер = H₁/H₀

При оценке процесса уваривания утфеляI видимый коэффициент пере­сыщения является важным и правильным показателем, так как его величина почти не отличается от величины истинного коэффициента пересыщения. Но в последнем утфеле, значения видимого и истинного коэффициентов пересыщения са­харозы различные, и пользоваться в расчетах видимым коэффициентом пересыщения не рекомендуется.

19. Основные стадии и различия уваривания утфелей 1, 2, 3 ступеней кристаллизации. Основные этапы уваривания утфелей.

Полный цикл уваривания утфеля 1 состоит из четырех основ­ных этапов.

1.Сгущение сиропа до заводки кристаллов. Сначала в вакуум-аппарате созда­ется остаточное давление 0,060—0,067 МПа, а затем создает более низкого ос­таточного давления (до 0,020 МПа). Одновременно с этим набирают сироп с клеровкой. Как только аппарат заполнится на 1/з высоты паровой камеры начинают про­гревать камеру. Когда уровень сиропа достигнет такой высоты, при которой он в состоянии кипения будет покрывать всю пло­щадь поверхности паровой камеры, при остаточном давлении около 0,020 МПа проводят сгуще­ние сиропа выпариванием.

При сгущении сиропа до 80—82 % СВ, что соответствует коэффициенту пересыщения 1,2—1,3, температура кипения при неизменном разрежении повышается до 73—75 °С, что связано с увеличением содержания сухих веществ.

2.Заводка кристаллов сахара. При коэффициенте пересыще­ния 1,2—1,3, момент для заводки кристаллов наиболее благоприятен. Перед этим температуру сиропа немного повышают и вводят затравку в виде тонкоизмельченной сахарной пудры. Затравка вызывает немедленное образование новых кристал­лов, кроме тех кристаллов, которые в ней содержатся. Это на­зывается заводкой кристаллов. После ввода сахарной пудры через 0,5—1 мин отбирают пробы сиропа на стеклянную плас­тинку и наблюдают за числом образовавшихся кристаллов. Для получения кристаллов среднего размера (около 3000 штук в 1 г сахара-песка) нужно, чтобы на 1 мм длины стекла размеща­лось 5—6 кристаллов.

Как только в увариваемой массе по­явится достаточное количество зародышей, в вакуум-аппарат подкачивают некоторое количество сиропа для снижения коэф­фициента пересыщения до 1,08—1,10, т. е. для создания усло­вий, когда новые кристаллы не образуются, а растут уже име­ющиеся. Подкачка сиропа в это время называется закрепитель­ной, так как кристаллы быстро растут (закрепляются).

3.Наращивание кристаллов сахара. На этой стадии главной задачей является наращивание уже имеющихся кристаллов без образования новых. Для этого необходимы систематическая по­дача свежего сиропа в аппарат, поддержание определенного коэффициента пересыщения в межкристальном растворе, энер­гичная циркуляция утфеля и достаточная площадь поверхности кристаллизации.

4.Окончательное сгущение (отварка) и спуск утфеля. После того как в вакуум-аппарат поступила последняя порция сиропа, начинается окончательное сгущение утфеля. При этом масса кристаллов увеличивается до 54—56 % к массе утфеля. Сгу­щение утфеля более 92,5 % СВ нецелесообразно, так как густой утфель очень медленно сгущается и плохо центрифугируется. К концу уваривания температура его не должна превышать 75.

При спуске в холодную приемную утфелемешалку температура утфеля сни­жается на 5- 6°Спри этом появляется опасность выпадения «муки». Поэтому во время спуска утфель опрыскивают горячей водой (температура 75°С), что снижает коэффициент пересыщения до 1,03—1,06. Обычно на это расходуется около 0,5 % воды к массе утфеля.

После опорожнения вакуум-аппарат пропаривают для рас­творения остатков утфеля. Образовавшийся сироп направляют в ту же утфелемешалку, куда спущен утфельI.

Выгруженный из вакуум-аппарата утфель центрифугируется сразу же после выгрузки.

Хорошо сваренный утфель 1 представляет собой рассыпча­тую массу без комков, с равномерными кристаллами сахара. Такой утфель легко центрифугируется.

Уваривание утфеляII кристаллизации

Целью уваривания утфеляII является выделение кристал­лического сахара из первого и второго оттеков утфеляI. Эти оттеки являются насыщенными растворами сахарозы. Условия кристаллизации сахарозы в утфелеII принципиально не отли­чаются от условий кристаллизации в утфелеI, только прово­дится она при большем пересыщении межкристального рас­твора.

Цикл кристаллизации утфеляII, так же как и утфеляI, делится на четыре стадии: сгущение, заводка кристаллов, на­ращивание кристаллов и окончательное сгущение утфеля.

Затравка сахарнаяпудра 60— 80 г иа 40 т утфеля.

УтфельII сгущается до 93% сухих веществ, при спуске из вакуум-аппарата в приемную утфелемешалку его опрыски­вают горячей водой для снижения коэффициента пересыщения межкристального раствора до 1,03—1,06. В конце уваривания утфеляII доброкачественность межкристального раствора сни­жается до 77—78 %

Сироп, образовавшийся при пропаривании вакуум-аппарата, отводится в ту же утфелемешалку, что и утфель.

Полный цикл уваривания утфеляII при доброкачественно­сти увариваемой массы 85—87 % составляет примерно 300 мин.

Уваривание утфеляIII в вакуум-аппарате.УтфепьIII ува­ривают из второго и первого оттеков утфеляII и оттека, полу­ченного от промывки сит в центрифугах утфеляIII. Процессуваривания разделен на две сту­пени: на первой оттеки сгущают выпариванием и обессахаривают в вакуум-аппарате, затем, когда содержание сухих веществ в утфеле достигнет 94—95 % и даль­нейшая кристаллизация сахарозы сгущением из-за высокой вязкости утфеля становится невозможной, утфель выгружают в кристаллиза­ционную установку, и выкристаллизовывание сахарозы продолжа­ется охлаждением при перемеши­вании (вторая ступень).

Цикл уваривания утфеля в ва­куум-аппарате состоит из набора оттека и сгущения его до пробы, заводки кристаллов, наращи­вания кристаллов, окончательного сгущения утфеля.

Сгущение оттека проводится при температуре 64—67 ^СС до содержания 83—85 % сухих веществ, что соответствует коэффициенту пересыщения 1,35—1,40.

Кристаллы заводят при повышенном остаточном давлении, соответствующем температуре 70—75 °С. Для этого в вакуум-аппарат вместимостью 40 т утфеля через пробный кран вво­дят 150—200 г сахарной пудры. Через 1—2 мни после заводки кристаллов начинают от­бирать пробы на стекло и просматривать их на свет. Когда обнаружено, что заведено нужное количество центров кри­сталлизации, коэффициент пересыщения снижается подкачкой свежего оттека, и зарождение новых центров кристаллизации прекращается.

Наращивание кристаллов проводится при истинном коэф­фициенте пересыщения 1,15—1,25 путем непрерывного или ча­стого подкачивания первого оттека утфеляII, нагретого на 5—10 °С выше температуры уваривания утфеля.

Разделка кристаллов (снижение их количества в единице объема утфеля) в вакуум-аппарате осуществляется оттеком, разбавленным до 55—60% СВ и нагретым на 5—10 °С выше температуры уваривания утфеля.

Утфели доброкачественностью 79—81 % уваривают до 95— 96 % СВ, с меньшей доброкачественностью — до 94—95 % СВ. Чем выше содержание сухих веществ в утфеле, тем больше вы­кристаллизовывается сахарозы.

Цикл уваривания утфеляIII в вакуум-аппарате при добро­качественности увариваемых продуктов 77—79 % составляет 420 мин, при 75—76 % —600 мин, при 74 % и ниже —840 мин. Время на вспомогательные операции включено в цикл и не пре­вышает 45 мин.

ИЗ вакуум-аппарата утфель поступает в утфелемешалку, а затем в кристаллизационную установку. За 24 ч температура снижается с 67 до 35 градусов. Коэффициент пересыщения не должен быть больше 1.25.