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
Все технологические процессы в той или иной степени зави-
сят от фракционного состава кристаллов, от размера и равномерности кристаллов, от величины их поверхности.
Средний размер кристаллов для сахара последней кристал-
лизации 0,3– 0,5мм. В этом интервале размер кристаллов почти
не влияет на скорость кристаллизации.
В начале уваривания утфеля с мелкими кристаллами (менее
0,25 мм) увеличивается общая масса выкристаллизовывающегося сахара в единицу времени, так как в нем больше суммарная
площадь поверхности кристаллов в сравнении с крупнокристаллическим утфелем. Но при дальнейшем уваривании, при повышении концентрации кристаллов и при прочих равных условиях, массовая скорость кристаллизации в утфеле с мелкими кристаллами будет уменьшаться вследствие увеличения вязкости
утфеля и уменьшения скорости осаждения кристаллов в нем.
Это особенно важно учитывать при разработке режима кристаллизации утфеля последнего продукта в кристаллизационной установке.
Изменение величины среднего размера кристаллов в утфеле
последней кристаллизации, при прочих равных параметрах,
приводит к изменению величины продолжительности цикла
центрифугирования.
Уменьшение величины среднего размера кристаллов сахара
утфеля последней кристаллизации, при прочих равных параметрах, приводит к увеличению продолжительности цикла центрифугирования. В этом случае для обеспечения нормальной
производительности центрифуг снижают вязкость мелассы путем уменьшения содержания в ней сухих веществ, что приводит
к увеличению ее чистоты и, соответственно, повышению содержания сахара в ней.
При увеличении же среднего размера кристаллов утфеля по-
следней кристаллизации можно обеспечить нормальную производительность центрифуг, отделяя мелассу с большей вязкостью,
а соответственно и с более высокой концентрацией сухих веществ.
41
В табл. 6 приведена характеристика параметров массы 1 кг
кристаллов сахарозы в зависимости от их размера.
Таблица 6.
Длина
кристал ла, мм
0,1 0,000324 3090 0,0194 60,0
0,2 0,002592 386 0,0780 30,0
0,3 0,0 08748 115 0,1740 20,0
0,4 0,020736 46,3 0,3160 15,0
0,5 0,040600 24,7 0,4857 12,0
0,6 0,069984 14 ,3 0,7010 10,0
0,7 0,111138 9,0 0,9517 8,6
0,8 0,165888 6,0 1,240 0 7,4
0,9 0 , 23619 6 4,2 1,5738 6,5
1,0 0,324000 3,1 1,9445 6,0
1,1 0,431244 2,3 2,3484 5,4
1,2 0,569872 1,8 2,79 75 5,0
1,3 0,711828 1,4 3,2795 4,6
1,4 0,899056 1,1 3,8500 4,2
1,5 1,093500 0,915 4,3757 4,0
Масса 1 к рист алла, мгСодержание
в 1 г, тыс. шт.
Поверхность 1
кристал ла, мм
Суммарная
2
поверхност ь 1 кг, м
2
Из данных, приведенных в табл. 6, следует, что величина поверхности 1 кг кристаллов зависит от их размера и резко возрастает для кристаллов с размерами 0,1–0,3 мм. Продвижение межкристального раствора внутри пор, образующихся в слое сахара,
зависит от размера кристаллов и будет тем интенсивнее, чем
крупней и однородней кристаллы.
При работе без аффинации крупные кристаллы желтого
сахара оказывают положительное влияние на качество белого
сахара, так как меньшей поверхностью желтого сахара будет
удерживаться и меньше мелассы, возвращаемой на клеровку
и на уваривание утфеля I кристаллизации. Однако есть и такое мнение, что для снижения сахара в мелассе необходимы
максимальная поверхность кристаллов и минимальный их
размер.
42
Это мнение основывается на теории кристаллизации, со-
гласно которой количество выкристаллизовавшегося сахара S
(кг) определяется по уравнению:
вк
S
где С – скорость кристаллизации, мг/м
= СtF, (18)
вк
2
·мин; t – длительность
кристаллизации, мин; F – поверхность кристаллов утфеля, м2.
Произведем расчеты по определению теоретического коли-
чества сахара, способного выкристаллизоваться и практического его количества в конкретных производственных условиях.
Принимаем: постоянные величины – скорость и длительность
кристаллизации, содержание кристаллов в утфеле; переменные –
поверхность кристаллов, величина которой будет разная в зависимости от размера кристаллов.
По данным МТИПП, С – скорость кристаллизации для продук-
тов с чистотой 60 % при температуре 40 °С равна 18,9 мг/м2·мин;t –
длительность кристаллизации для утфеля последнего продукта
составляет 24 ч (1440 мин); F – поверхность кристаллов утфеля
определяется по уравнению
F = f К, (19)
где f – поверхность массы 1 кг кристаллов в зависимости от их
размера (табл. 6); К – процентное содержание кристаллов в утфеле при спуске (принимаем 40 %).
Согласно уравнению 18 количество выкристаллизовавшего-
ся сахара S
при принятых величинах, при разных размерах
вк
кристаллов (0,1; 0,5; 1 мм), которое должно было бы выкристаллизоваться из 100 кг утфеля при его охлаждении:
S
S
S
= 18,9 · 1440 · 40 · 60 · 10
0,1
= 18,9 · 1440 · 40 · 12 · 10
0,5
= 18,9 · 1440 · 40 · 6 · 10
1,0
–6
= 65,3 кг;
–6
= 13,1 кг;
–6
= 6,5 кг.
Из расчетов следует, что при уменьшении величины кри-
сталлов сахара должно выкристаллизоваться больше. Так, при
размере кристаллов 0,1 мм количество выкристаллизовавшегося
43
сахара из 100 кг утфеля может составлять 65,3 кг. Но в 100 кг
12
утфеля содержится 40 % кристаллов (принято по условию)
и 60 % межкристального раствора, и никак не может при охлаждении 100 кг утфеля выкристаллизоваться из межкристального
раствора 65,3 кг сахара по причине его отсутствия в утфеле
в таком количестве.
Специфика кристаллизации охлаждением заключается в том,
что количество сахара, которое может выкристаллизоваться
в кристаллизационной установке, определяется только разностью
растворимостей при температуре спуска утфеля из вакуумаппарата и при температуре его охлаждения в кристаллизационной установке (центрифугирования). Для каждого сахарного завода данное количество различно. Оно зависит от технологического режима уваривания и охлаждения и может быть рассчитано
на 100 кг утфеля по уравнению:
S = (H
где H
и H2 – растворимость сахарозы соответственно при тем-
1
– H2) W, (20)
1
пературе спуска утфеля и температуре охлаждения (центрифугирования); W – количество воды в утфеле, кг в 100 кг утфеля.
Количество сахара, которое должно выкристаллизоваться,
можно также рассчитать по уравнению (используя результаты
заводских лабораторных испытаний):
СХ СХ
-
S =
где СХ
мр1
и СХ
– соответственно содержание сахара в меж-
мр2
мр мр
100 СХ
-
100,
⋅
(21)
мр
2
кристальном растворе при спуске и после охлаждения (перед
центрифугированием) утфеля.
От размера кристаллов центрифугируемого утфеля последней кристаллизации зависит чистота «нормальной» мелассы.
В табл. 7 приведены результаты исследований И. Ф. Бугаенко,
полученные при установлении влияния размера кристаллов сахара утфеля последней кристаллизации на величину чистоты
«нормальной» мелассы.
44
Таблица 7.
Средний размер
кристаллов
сахара, мм
0,20 81,0 60,2 83,3 61,0
0,25 81, 8 59,6 83,8 60,0
0,30 82,5 58,5 84,4 59,3
0,35 83,1 57,8 85,0 58,8
0,40 83,8 57,0 85,6 58,2
сухие вещес тва, % чист ота, % сухие вещества, % чис тота, %
Показатели норма льной ме лассы
40 °С 50 °С
Из табл. 7 следует, что изменение среднего размера кристал-
лов сахара утфеля последней кристаллизации на 0,05 мм приводит к изменению концентрации сухих веществ отделяемой на
центрифугах мелассы на 0,7–1,0 % и, соответственно, уменьшению или повышению содержания сахара в мелассе примерно на
0,1 %.
При одинаковой вязкости межкристального раствора, дости-
гаемой при завершении кристаллизации, вязкость утфеля уменьшается с увеличением размера кристаллов: при размере кристаллов 0,4 мм в 1,24 раза по сравнению с кристаллами размером 0,2 мм.
Содержание кристаллов при спуске утфеля последней кри-
сталлизации на практике может быть в пределах 26–36 % к массе утфеля, а после кристаллизации утфеля охлаждением в кристаллизационной установке, оно повышается до 33–44 %, т. е.
может повыситься на 6–8 %.
Из выше приведенного следует сделать вывод, что в межкри-
стальном растворе содержание сахара, способного выкристаллизоваться, значительно меньше, чем может его принять имеющаяся площадь поверхности кристаллов, т. е. поверхность кристаллов используется не полностью. Значит, уваривание утфеля
с мелкими кристаллами не является необходимостью для истощения межкристального раствора и снижения чистоты мелассы.
Как отмечалось ранее, такие кристаллы ухудшают показатели
45
центрифугирования, качества желтого сахара. В связи с этим
для интенсификации технологического процесса в варочно-кристаллизационном отделении необходимо варить утфель последней кристаллизации с более крупными кристаллами, используя
современные методы уваривания утфеля последнего продукта
на кристаллической основе (маточный утфель).
К выбору размеров кристаллов, с которым утфель необходимо спускать из вакуум-аппарата, нужно подходить с позиций
соотношения затрат на уваривание утфеля в вакуум-аппаратах,
кристаллизацию сахара в кристаллизационной установке и центрифугирование.
Одна из причин повышения содержания сахара в мелассе –
большое количество микрокристаллов сахарозы, которые прошли через сита центрифуг. Разница между чистотой заводской
и нормальной мелассы, обусловленная этой причиной, может
достигать 2–5 единиц.
Важным звеном для снижения сахара в мелассе является
контроль работы центрифуг, при отклонении в работе которых
величина чистоты мелассы возрастает на 0,5–2,0 %. Основной
причиной при этом является проскакивание мелких кристаллов
через сито центрифуги. Количество кристаллов, прошедших через сито центрифуги, зависит от размера его ячеек. Установлено,
что если через сито с размером ячеек 40 мкм проходит от 0,1 до
1,5 % мелких кристаллов, то через сито с размером ячеек 60 мкм –
0,4–2,2 %. Замена сит с размером ячеек 60 мкм на сита с размером ячеек 40 мкм позволяет снизить чистоту мелассы на 0,5 %.
Микрокристаллы образуются при уваривании утфеля при
повышенных коэффициентах перенасыщения в процессе варки,
а также при охлаждении вследствие нарушения режима процесса охлаждения.
Уваривание утфеля последней кристаллизации с оптимальными по размеру и равномерными кристаллами обеспечивает
ритмичную и качественную работу варочно-кристаллизационного отделения.
46
Для получения мелассы низкой чистоты при кристаллиза-
ции утфеля последнего продукта большое значение играет содержание кристаллов в нем. От содержания кристаллов в утфеле зависит массовая скорость кристаллизации, т. е. количество
выкристаллизовавшегося сахара и, соответственно, эффект кристаллизации. Чем больше содержание кристаллов в утфеле, тем
выше и эффект кристаллизации и, соответственно, ниже чистота мелассы.
Однако с увеличением содержания кристаллов в утфеле воз-
растает его вязкость, а это затрудняет его перемешивание в кристаллизационной установке.
Для обеспечения оптимального режима кристаллизации са-
харозы и нормального истощения мелассы необходимо обеспечить равномерное непрерывное течение утфеля. Важный показатель текучести утфеля – его вязкость. Она пропорциональна
вязкости межкристального раствора и быстро растет с повышением содержания кристаллов в утфеле. В связи с этим одна из
возможностей снижения вязкости утфеля – его получение с хорошим гранулометрическим составом сахара и определенным
содержанием кристаллов, которое обусловлено возможностями
кристаллизационного отделения и величиной эффекта кристаллизации в кристаллизационной установке. Важная задача для
каждого завода – доведение содержания кристаллов в утфеле до
оптимальной величины.
Нормальная величина содержания кристаллов сахарозы
в утфеле последней кристаллизации при истощении межкристаллитного раствора составляет 34–40 %. При высокой чистоте
сваренного утфеля последней кристаллизации, например 78 %,
в нем содержится до 44 % кристаллов, что делает его вязким.
В этом случае для создания лучших условий истощения межкристального раствора применяют способ промежуточного центрифугирования утфеля с целью вывода избыточного количества кристаллического сахара. С уменьшением содержания кри-
47
сталлов сахара снижается вязкость утфеля и кристаллизация
проходит легче.
В табл. 8 приведены данные повышения вязкости утфеля
(через отношение вязкости утфеля к вязкости межкристального
раствора).
Из табл. 8 видно, что при повышении содержания кристаллов в утфеле от 40 до 48 % вязкость увеличивается в 3 раза.
Таблица 8.
Содержа ние криста ллов сахара в утфеле, %
к массе у тфеля
30 4,35
35 6,58
40 11, 2 4
42 14,50
44 19,25
46 26,3
48 35,7
Отношение вязкости утфеля
к вязкости меж крис тального раствора
При высокой чистоте сваренного утфеля последней кристаллизации, например 78,0 %, в нем при спуске из вакуум-аппарата
содержится до 42 % кристаллов, а после кристаллизации сахарозы охлаждением перед центрифугированием в нем содержание
кристаллов повышается до 46 – 48 %, т. е. вязкость его увеличится в 2,5 раза. Выкристаллизовывающийся при охлаждении сахар
будет повышать вязкость утфеля и препятствовать дальнейшей
кристаллизации, а также будет усложнять фуговку утфеля.
С уменьшением содержания кристаллов снижается вязкость
утфеля и кристаллизация проходит легче.
Таким образом, повышенное содержание кристаллов в утфеле последней кристаллизации является главным препятствием
для дальнейшей кристаллизации и снижения содержания сахара
в мелассе.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том,
что для оптимизации процесса кристаллизации охлаждением
48
необходимо уваривать утфель оптимальной чистоты, при которой содержание кристаллов не будет препятствовать процессу
кристаллизации.
Одним из основных параметров утфеля последней кристал-
лизации является его допустимая чистота, выше которой будет
образовываться слишком много кристаллов, что заставит преждевременно прекратить охлаждение и кристаллизацию и будет
способствовать повышению содержания сахара в заводской
мелассе.
Допустимую чистоту утфеля последней кристаллизации
необходимо рассчитывать. Оптимальная чистота утфеля зависит от нормальной чистоты мелассы и допустимого для установленной станции кристаллизации содержания кристаллов
в утфеле.
При этом необходимо руководствоваться следующим. При
низкой чистоте утфеля снижается скорость и увеличивается
длительность кристаллизации сахарозы, кристаллы растут медленно, осложняется центрифугирование. При высокой чистоте утфеля улучшается кристаллизация, повышается качество
и увеличивается содержание кристаллов, но возрастает и вязкость утфеля, что вынуждает преждевременно прекращать процесс кристаллизации и, соответственно, увеличивать чистоту
мелассы.
Как указывалось ранее, оптимальная величина содержания
кристаллов в утфеле последней кристаллизации при истощении
межкристаллитного раствора в кристаллизаторах без разбавления утфеля водой может находиться в пределах 32–42 %.
В конце процесса уваривания в вакуум-аппарате поддержи-
вают оптимальную чистоту утфеля, не превышающую допустимую чистоту. Оптимальная чистота утфеля устанавливается по
средней чистоте маточного утфеля и оттеков, направленных на
уваривание утфеля последней кристаллизации.
49
В табл. 9 приведены показатели допустимой чистоты утфеля
последней кристаллизации, рассчитанные с учетом показателей
чистоты нормальной мелассы и оптимального содержания кристаллов в утфеле.
Таблица 9.
Чистота
«нормальной»
мелассы, %
54 69,7 70,6 71,5 72,4 73,3 74,2 75,2 76,1
56 70,9 71,8 72,7 73,6 74,5 75,4 76,3 7 7, 2
58 72,0 72,9 73,8 74,7 75,6 76,5 77, 3 78,2
60 73,1 74,0 74,9 75,8 76,7 77,6 78,4 79,3
62 74,2 75,1 76,0 76,9 7 7,8 78,7 79,5 80,4
30 32 34 36 38 40 42 44
При содерж ани и крис таллов, % к массе утфел я
Из данных табл. 9 видно, что допустимая чистота утфеля
принимается в зависимости от величины нормальной чистоты
мелассы и содержания кристаллов в утфеле. Чем ниже чистота
утфеля последней кристаллизации, тем ниже чистота нормальной мелассы.
Для интенсификации процесса кристаллизации существенное значение имеет оптимальное соотношение твердой (кристаллов сахара) и жидкой (межкристального раствора) фаз. Твердая
фаза характеризуется поверхностью кристаллов. Жидкая фаза
характеризуется количеством межкристального раствора и содержанием в нем сахара, способного выкристаллизоваться в конкретных условиях.
В процессе кристаллизации поверхность кристаллов увеличивается, а количество межкристального раствора уменьшается.
В табл. 10 приведены результаты расчета условий роста кристаллов в процессе кристаллизации при увеличении их содержания в утфеле от 10 до 48 % к массе (100 кг утфеля), при размере кристаллов 0,2 мм и поверхности 1 кг таких кристаллов
равной 30 м
2
.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]