Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Содержание сахара в мелассе. Оптимизация режима кристаллизации сахарозы на последнем продукте
.pdf
Щ
= 0,617 – 5,86 · 10
ф. опт.
– 3
· Ч
диф. с.
(16)
В зависимости от указанных причин и периода переработки
свеклы чистота сиропа за последние сезоны переработки колебалась в значительных пределах: от 83 до 94 %.
Ухудшение качества сиропа осложняет работу варочно-кри-
сталлизационного отделения, снижает качество полупродуктов
и конечных продуктов, способствует замедлению процессов
кристаллизации и разложению сахарозы.
Следует отметить, что при высокой сахаристости свеклы
и повышенной чистоте сиропа недостаточная мощность основного оборудования варочно-кристаллизационного отделения приводит к неполному истощению мелассы. Повышение чистоты
мелассы на 2–4 % увеличивает содержание сахара в ней на 0,15–
0,3 % к массе свеклы.
В варочно-кристаллизационном отделении под воздействи-
ем высоких температур и длительности кристаллизационных
процессов сахароза разлагается с образованием редуцирующих
веществ, кислотных радикалов и красящих веществ. На степень
разложения сахарозы влияют уровень рН продуктов, температура кристаллизации и длительность пребывания продуктов в варочно-кристаллизационном отделении.
Многие исследования определили зону максимальной устой-
чивости сахарозы – рН = 8,0–9,2, однако на разложение сахарозы оказывает воздействие присутствие в растворах буферных
веществ. При переработке свеклы худшего качества образуются
высокобуферные продукты и рН минимального разложения сахарозы смещается в область более низких величин.
При рН выше оптимального значения имеет место разложе-
ние сахарозы с образованием кислот, при рН ниже оптимума –
сахароза разлагается с образованием редуцирующих веществ.
31
Оптимальное значение рН сиропа устанавливается путем
расшифровки неучтенных потерь сахара в варочно-кристаллизационном отделении.
Значительное количество красящих веществ мелассы (свыше 80 %) образуется во время уваривания утфелей I, II, III кристаллизации, образование красящих веществ продолжается также и при кристаллизации охлаждением из-за ее длительности.
Для уменьшения разложения сахарозы необходимо уваривать утфель в оптимальном температурном режиме и применять
современные приемы для сокращения продолжительности уваривания: уваривание утфелей на кристаллической основе, применение поверхностно-активных веществ и др.
При снижении температуры уваривания утфелей на каждые
10 °С скорость разложения сахарозы уменьшается в 2–3 раза.
По действующим нормативам неучтенные потери сахарозы
в варочно-кристаллизационном отделении должны составлять
0,14–0,15 % к массе свеклы.
При распаде сахарозы в процессе уваривания, помимо прямых потерь сахарозы в результате химического разложения,
примерно столько же сахара связывается дополнительно образовавшимися продуктами разложения сахарозы (несахарами), увеличивая содержание сахара в мелассе.
Таким образом, источниками образования мелассы и содержания сахара в ней являются несахара, которые поступили с сиропом в кристаллизационное отделение, и несахара, которые образовались в результате разложения сахарозы в процессе уваривания и кристаллизации.
Содержание сахара в мелассе зависит от ее чистоты (см.
уравнение 8).
Эффективность работы варочно-кристаллизационного отделения сахарного производства в значительной мере зависит от
степени истощения мелассы. Снижение содержания сахара в мелассе, составляющего примерно 70 % суммарных потерь в про-
32
изводстве, – важный резерв увеличения выхода сахара. Получе-
м о нас
м
100(100 СВ ) Н К
,
СВ
- ⋅⋅
ние мелассы с минимальной чистотой является важнейшей задачей технологов в кристаллизационном отделении, так как сниже ние чистоты мелассы на 1 % приводит к уменьшению ее выхода
на 0,2 % к массе свеклы. При этом надо учитывать экономическую составляющую.
Важнейшие параметры, определяющие степень истощения
мелассы – чистота и концентрация сухих веществ.
Величина показателя чистоты мелассы зависит от содержа-
ния в ней сухих веществ, качественного и количественного состава присутствующих несахаров, качества утфелей III кристаллизации, технологического режима кристаллизации в аппаратах
и в кристаллизационной установке, температуры охлаждения
утфеля последнего продукта и режима работы центрифуг. Оптимальный технологический режим кристаллизации зависит от
многочисленных взаимоувязанных факторов: технологических,
физико-химических, механических, теплотехнических.
Эти факторы обобщены П. М. Силиным в уравнении:
Ч
где Ч
– чистота мелассы, %; СВм – содержание сухих веществ
м
в мелассе, %; Н
туре центрифугирования, кг/кг воды; К
щения (отношение коэффициентов растворимости сахарозы
в мелассе и чистом растворе).
Из приведенного уравнения 17следует, что величина чисто-
ты мелассы уменьшается с увеличением содержания в ней сухих веществ, однако увеличение содержания сухих веществ
в мелассе лимитируется ее вязкостью и разделяющей способностью центрифуг. Нормальная работа центрифуг при разделении
утфеля последней кристаллизации возможна в том случае, если
вязкость отделяемой мелассы составляет примерно 7,1 Па·с при
температуре 40 °С.
м
– растворимость сахарозы в воде при темпера-
о
нас
(17)
– коэффициент насы-
33
Обычно меласса имеет следующий состав, в % к массе мелассы: 83–85 % сухих веществ, 45–52 % сахарозы, 32–36 % несахара, 15–18 % воды; чистота ее составляет 54–63 %.
Снижение чистоты мелассы достигается в основном путем
рециркуляции большого количества несахаров. При этом их накопление на верстате варочно-кристаллизационного отделения
отрицательно сказывается на технико-экономических показателях завода. Возникает проблемная задача, в решении которой
заложена конфликтная ситуация: с одной стороны стремление
повысить выход сахара за счет снижения чистоты мелассы, с другой – необходимость повышения качества сахара последней кристаллизации и исключение рециркуляции несахаров. Надо стремиться сахарозу выкристаллизовывать на I и II стадиях, не
«закручивая» ее на верстате варочно-кристаллизационного отделения.
При изучении технологических и физико-химических факторов обычно рассматривают: оптимальный состав утфеля и межкристального раствора при спуске из аппарата и перед центрифугированием, их взаимосвязь; вязкость мелассы и утфеля, способы уменьшения вязкости утфеля в процессе варки, холодной
кристаллизации и перед центрифугированием; температуры
варки, охлаждения и центрифугирования утфеля, способы снижения перенасыщения перед центрифугированием.
При рассмотрении механических и теплотехнических факторов предпочтение отдается тем, от которых зависит создание
и обеспечение оптимального технологического режима кристаллизации.
Если бы несахара не влияли на растворимость сахарозы, т. е.
коэффициент насыщения К
= 1, то меласса все равно образо-
нас
валась бы из-за прекращения кристаллизации сахарозы в утфеле последнего продукта при достижении предельной вязкости
межкристального раствора (при 40 °С и факторе разделения
1500 вязкость примерно 7,1 Па·с). При такой вязкости содержа-
34
ние сухих веществ в мелассе соответствует по рефрактомет-
-⋅ ⋅
ру без разбавления 83,5 %, т. е. в 100 кг мелассы содержится
100 – 83,5 = 16,5 % воды, в которой при температуре 40 °С растворяется (см. табл. 1) 2,334 · 16,5 = 38,51 кг сахарозы. Но это –
идеальная меласса. Чистота такой идеальной мелассы будет
38,51 100
⋅
= 46,12 %.
83, 5
В действительности несахара значительно увеличивают рас-
творимость сахарозы. Коэффициент насыщения в мелассе при
40 °С может находиться в пределах 1,10–1,2, а ее чистота – 52–62 %.
Например, при К
= 1,15 чистота мелассы (уравнение 17):
нас
Ч
100(100 83,5) 2, 334 1,15
=
м
83, 5
= 53,04 %.
Но такую мелассу (СВ = 83,5 % и Ч = 53,04 %) можно полу-
чить только при наиболее благоприятных условиях работы варочно-кристаллизационного отделения сахарного завода. На
практике же меласса может содержать меньше сухих веществ
и иметь чистоту выше.
Для снижения чистоты заводской мелассы и содержания са-
хара в ней целесообразно систематизировать современные познания по вопросам кристаллизации с учетом специфических
условий производства и возможностей сахарных предприятий.
Меласса должна находиться в состоянии насыщенного рас-
твора, лишь тогда можно обеспечить минимальные потери сахара при ее истощении. В случае же перенасыщения содержание
сахара в мелассе будет выше.
В мелассе накапливаются минеральные несахара, в ней со-
держится в среднем около 10 % золы. Зольные вещества являются сильными мелассообразователями, поэтому их содержание
всегда учитывается при прогнозировании содержания сахарозы
в мелассе (уравнения 10, 11).
По химическому составу мелассы важно знать два коэффи-
циента – органический и зольный. Органический коэффициент –
это отношение содержания органических несахаров к содержанию золы в мелассе; зольный – отношение содержания сахарозы
35
к содержанию золы. При переработке свеклы, выросшей в годы
с высокой влажностью, получают мелассу с высоким содержанием золы, она имеет низкий органический коэффициент. Меласса, полученная из свеклы, выросшей в засушливый период,
имеет высокий органический коэффициент. Пределы колебаний
органического коэффициента 1–3.
Зольный коэффициент «нормальной» мелассы равняется 4–6.
Более высокое значение зольного коэффициента свидетельствует о недостаточном обессахаривании мелассы.
Наибольшая доля сверхнормативных потерь сахара приходится на неполноту кристаллизации.
Для каждой мелассы существует определенный предел практически достижимой чистоты, который не зависит от дальнейшего понижения температуры и сгущения раствора при кристаллизации. Существование такой предельной чистоты мелассы
связано со значительным повышением ее вязкости при низких
температурах и высоких концентрациях, вследствие чего процесс кристаллизации замедляется или полностью прекращается.
Глава 4
Кристаллизацию сахара на последней ступени проводят в два
этапа: первый этап – в вакуум-аппарате, второй – после выгрузки утфеля из вакуум-аппарата в кристаллизационную установку, где продолжают выкристаллизовывать сахарозу из межкристального раствора, поддерживая коэффициент перенасыщения
в необходимом интервале путем медленного охлаждения утфеля.
При кристаллизации сахарозы в вакуум-аппаратах невозможно
достичь требуемого обессахаривания мелассы, поскольку кристаллизация осуществляется при температуре кипения растворов. Поэтому оставшаяся в утфеле вода при температуре кипения (при более высоком коэффициенте насыщения) растворяет значительно
большее количество сахарозы, чем при низких температурах.
Кристаллизация сахарозы в утфеле при его охлаждении
в кристаллизационной установке приводит к более полному
обессахариванию межкристального раствора. Вот почему этот
способ кристаллизации широко применяется в производстве
сахара.
Эффективность работы варочно-кристаллизационного отде-
ления определяется качеством и количеством получаемого сахара, выходом мелассы и расходом энергии. Новые технологии
в этой области направлены на совершенствование схем кристаллизации и интенсификацию непосредственно процесса кристаллизации сахарозы с использованием различных методов воздействия: механических, электрических, ультразвуковых и т. д.
Приоритетным направлением в этой области остается непрерывная кристаллизация сахарозы.
37
При работе варочно-кристаллизационного отделения общая
величина понижения чистоты сиропа до мелассы составляет 32–
38 % (суммарный эффект кристаллизации).
Кристаллизацию сахарозы легче производить в вакуум-аппарате, чем в кристаллизаторах. Вследствие этого надо максимально использовать все возможности кристаллизации сахарозы в вакуум-аппаратах.
Основная цель уваривания утфеля последней кристаллизации – его получение с максимальной степенью обессахаривания
межкристального раствора.
Обратим внимание на основные аспекты, влияющие на кристаллизацию сахарозы в вакуум-аппарате.
Вязкость утфеля и его межкристального раствора является
одним из основных параметров, определяющих скорость кристаллизации сахарозы. Вязкость утфеля зависит не только от
количества и качества несахаров, но также и от количества кристаллов в утфеле, от его температуры. Вязкость межкристального раствора различной чистоты при различных темпе ратурах
различна. Исследованиями, выполненными ВНИИСП, установлено, что вязкость межкристального раствора различной чистоты в пределах температур, принятых при уваривании
и кристаллизации утфелей, с повышением температуры уменьшается лишь до определенного предела, после которого она снова растет. По мере снижения чистоты минимум вязкости насыщенного сахарного раствора смещается в область пониженных
температур.
Минимум вязкости перенасыщенных сахарных растворов
с уменьшением чистоты смещается в область пониженных температур, но остается на 5–7 °С выше, чем для насыщенного раствора равной чистоты.
Лучший режим уваривания утфелей – это низкотемпературный, с учетом вязкости. В табл. 5 приведен рекомендуемый температурный режим уваривания утфелей при работе варочно-
38
кристаллизационного отделения по трехпродуктовой схеме. При
использовании приведенного температурного режима обеспечивается оптимальная скорость кристаллизации сахарозы, минимальное разложение сахарозы, слабое нарастание цветности и,
в итоге, снижение содержания сахара в мелассе.
Таблица 5.
Температура, °С
Вакуу м-аппарат
II кристаллизации 71 – 73 68 – 70 60 – 63
III кристаллизации 71 – 73 66 – 68 58 – 60
при вводе и закрепле-
нии криста ллов
в процессе наращива-
ния к ристаллов
в конце
уваривания
Для снижения вязкости утфеля и повышения разности тем-
ператур между греющим паром и температурой кипения в аппарате наращивание введенных кристаллов производят при температуре 66–68 °С. К концу уваривания температуру в аппарате
снижают постепенно, по мере снижения чистоты межкристального раствора, до 58–60 °С (табл. 5).
Чистота межкристального раствора при уваривании утфеля
последней ступени кристаллизации снижается от 75–72 до 65–
62 %. Это соответствует изменению температуры минимальной
вязкости от 70 до 60 °С.
Вводимые в вакуум-аппарат оттеки не должны содержать
кристаллов сахара. Эффект кристаллизации в вакуум-аппарате
последнего продукта при трехкристаллизационной схеме колеблется в интервале 10 – 14 единиц.
Понижение температуры при уваривании утфеля последней
кристаллизации в вакуум-аппарате наряду со снижением вязкости утфеля способствует снижению неучтенных потерь сахарозы. Разработчики низкотемпературного режима уваривания утфелей (ВНИИСП) указывают, что при понижении температуры
39
уваривания утфеля III кристаллизации с 75 до 62 °С константа
скорости распада сахарозы уменьшается в 2,5 раза, а потери сахарозы от разложения в 2,6 раза.
Суммарная величина неучтенных потерь сахарозы зависит
главным образом от величины разложения сахарозы при уваривании утфеля последней кристаллизации, которая, в свою очередь, в значительной степени зависит от величины рН увариваемого утфеля. Величина рН
утфеля последней кристаллизации
20
не должна быть ниже 6,8, так как в противном случае резко возрастают потери сахарозы от ее термохимического разложения.
Снижения потерь сахарозы от ее термохимического разложения
в варочно-кристаллизационном отделении можно достичь за
счет уменьшения количества увариваемых утфелей или за счет
интенсификации процесса уваривания.
Одним из реальных путей уменьшения количества утфелей
является снижение расхода воды на пробеливание сахара I кристаллизации, которое имеет большое значение как с технологической, так и с экономической точек зрения. За счет уменьшения
количества воды на пробеливание увеличивается выход кристаллического сахара, снижается количество направляемых на
последующие стадии кристаллизации оттеков и их чистота, что,
в свою очередь, приводит к уменьшению количества утфеля последней кристаллизации.
Известны различные пути сокращения длительности уваривания утфелей – применение современных методов уваривания,
перемешивание, использование химических реагентов и т. д.
Современный метод уваривания утфеля последней ступени
кристаллизации – использование в качестве готовых центров
кристаллизации маточного утфеля. При этом снижается длительность уваривания и вследствие этого сокращаются неучтенные потери сахарозы. Здесь следует иметь в виду, что основное
значение использования маточного утфеля состоит в улучшении
гранулометрического состава утфеля последней кристаллизации, что важно как для снижения содержания сахара в мелассе,
так и для улучшения качества желтого сахара.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]