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
Таблица 10.
Содержа ние в утфеле, %
кристал лов сахара
(0,2 мм)
10 90 300 0,300 20 80 600 0,133 30 70 900 0,078 4,35
40 60 1200 0,050 11, 24
42 58 1260 0,046 14,50
44 56 1320 0,042 19, 25
46 54 1380 0,039 26,30
48 52 1440 0,036 35,70
межкристального
раствора
Поверхность
кристаллов
утфеля, м
Количе ство межк ри-
стального раст вора
на 1 м2 поверхност и
2
кристал лов, кг/м
Отношение вяз-
кости у тфеля к вяз-
кости межкриста ль-
2
ного рас твора
Анализ данных табл. 10 показывает, что с увеличением со-
держания кристаллов в утфеле от 10 до 48 % количество межкристального раствора, приходящееся на 1 м2 поверхности кристаллов, уменьшилось в 8 раз (до 0,036 кг/м2).
При ухудшении условий роста кристаллов, когда резко сни-
жается количество межкристального раствора в утфеле, из-за
снижения коэффициента перенасыщения наблюдается замедление скорости кристаллизации, повышение вязкости утфеля,
уменьшение его подвижности. Это подтверждается данными,
приведенными в табл. 8.
Поэтому для повышения эффекта кристаллизации охлажде-
нием необходимо наряду с увеличением поверхности кристаллов сахарозы обеспечивать эту поверхность необходимым количеством межкристального раствора.
Оптимальное соотношение количества межкристального
раствора и поверхности кристаллов достигается:
увеличением количества межкристального раствора пу-
тем введения водных раскачек (придерживаясь расчетной величины);
снижением оптимальной чистоты утфеля;
уменьшением поверхности кристаллов путем увеличения их
размеров.
51
Для улучшения состава кристаллов необходимо сочетать современные способы уваривания, способствующие получению
крупных и равномерных кристаллов, с применением поверхностно-активных веществ и приемами, позволяющими улучшить
состав кристаллов в процессе кристаллизации охлаждением.
Соли кальция отрицательно влияют на скорость кристаллизации. Кальций, связывая соли органических кислот, действует высаливающе на сахарозу в межкристальном оттеке. Но
он одновременно повышает его вязкость, что приводит к необходимости снижения содержания сухих веществ межкристального оттека. Чем выше содержание солей кальция в межкристальном растворе, тем ниже удельная скорость кристаллизации сахарозы, что способствует увеличению длительности
уваривания утфелей, повышению потерь сахарозы от термического разложения и в конечном счете повышению содержания
сахара в мелассе.
При обработке на дефекосатурации соков с недостаточной
натуральной щелочностью содержание солей кальция может повыситься в 20–50 раз по сравнению с соками, полученными из
хорошей свеклы. При выпаривании и кристаллизации таких
продуктов наблюдаются осложнения, оказывающие вредное
воздействие на ведение технологического процесса.
Обычно считается, что при переработке свеклы хорошего
качества в соке содержится 0,02–0,04 % СаО на 100 сухих веществ сока, в соке среднего качества – 0,04–0,07 %.
Если содержание солей кальция в соке, поступающем на выпарку, превышает 150 мг СаО (0,15 % СаО) на 100 сухих веществ
сока и на верстате наблюдается падение рН продуктов (рН сиропа ниже 7,8), можно прибегнуть к добавлению щелочных реактивов.
Для этих целей широко применяется сода (Nа
2СО3
), что
объясняется ее дешевизной. Добавление соды способствует по-
52
2–
вышению рН, наличие в ней СО
-иона способствует осажде-
3
нию растворимых солей кальция. Иногда для повышения
рН добавляют NаОН. При применении тринатрийфосфата
(Nа3РО4·12 Н2О) также повышается рН продуктов, кроме того, образующийся при взаимодействии с растворимыми солями кальция Са3(РО4)2 довольно плохо выпадает в осадок и не оседает на
поверхности нагрева выпарных аппаратов.
К добавлению этих реактивов нужно подходить осторожно,
так как они могут вызывать целый ряд следующих ненормальностей в ведении технологического процесса:
увеличение содержания сахарозы в мелассе. Мелассообразо-
вательные коэффициенты реактивов составляют: NаОН – 4,61,
Nа2СО3 – 2,88, Nа3РО4 – 1,5. Согласно химической реакции образования сахаратов, 53 г соды должны унести в мелассу 342 г
сахарозы, или на 1 часть соды приходится 6,5 частей сахарозы.
Практикой работы установлено, что каждая часть соды уводит
в мелассу 5 частей сахарозы, т. е. каждые 100 кг добавленной
соды уменьшают выход сахара примерно на 500 кг. В США считают достаточным поддерживать с помощью соды значение эффективной щелочности 0,01 % СаО. При таком значении рН заметно снижается содержание растворимых солей кальция в соках, а также не наблюдается повышения содержания сахарозы
в мелассе;
ухудшение цветности соков, сиропа, особенно при высоких
дозах добавок;
пенообразование на выпарной станции и в вакуум-аппаратах;
добавление соды и тринатрийфосфата может не только не
повысить рН, но даже его понизить, если количество добавляемых реактивов меньше эквивалентного содержания солей кальция в соке;
иногда добавление соды может вызвать усиленное «загора-
ние» выпарных аппаратов при явном снижении содержания солей кальция.
53
Кристаллизацию утфеля последней ступени в вакуум-аппаратах можно вести двумя способами:
1. Уваривание утфеля до концентрации 94–95 % сухих веществ, а затем раскачка утфеля водой в аппарате (половина всей
предназначенной на раскачку воды) и после спуска вари (остальное количество воды).
2. Уваривание утфеля до оптимальной концентрации сухих
веществ с дальнейшей кристаллизацией охлаждением в кристаллизаторах без раскачки.
По первому способу раскачка утфеля позволяет растворить
мелкие кристаллы сахара, но при неправильном добавлении
воды на раскачку есть вероятность растворения кристаллического сахара и, вследствие этого, повышение содержания сахарозы в мелассе. По сравнениию со вторым способом, существует необходимость в добавлении воды и растворении уже выкристаллизовавшегося ранее сахара. Но растворение некоторого
количества кристаллического сахара при правильном ведении
процесса кристаллизации не отразится на общем эффекте кристаллизации, так как скорость кристаллизации достаточно велика и сахароза успевает выкристаллизовываться.
Второй метод требует увеличения продолжительности кристаллизации охлаждением. При таком способе после спуска утфеля с содержанием в нем сухих веществ 90–92 % из вакуум-аппарата в кристаллизационную установку можно добавлять желтый сахар в количестве 10–18 % для увеличения площади
поверхности кристаллов и повышения скорости кристаллизации
сахарозы из межкристального раствора.
Вопрос о конечной концентрации утфеля, до которой необходимо уваривать утфель в вакуум-аппарате, имеет важное
практическое значение не только для выбора рационального режима кристаллизации охлаждением, но и для способа его интенсификации.
Классен указывает, что сгущать утфель необходимо с учетом его чистоты и температуры в момент спуска: чем больше
чистота, тем ниже температура при спуске.
54
И. Н. Акиндинов отмечает, что истощение межкристального
раствора лучше осуществлять в вакуум-аппаратах. По его мнению, предложения уваривать утфель до содержания более высоких сухих веществ справедливы. При этом пределом плотности
уваривания утфеля должны служить вязкость межкристального
раствора и кристаллосодержание в нем. И. Н. Акиндинов обращает внимание, что утфель с низким содержанием сухих веществ при спуске не всегда имеет низкую вязкость, что не дает
возможность избежать его раскачки.
К. П. Захаров говорил, что «...вопрос о том, следует ли ува-
ривать утфель до более высокого СВ
, необходимо решать, ис-
у
ходя из конкретных качеств. В частности, если утфель имеет некоторое количество «муки», его надо уваривать несколько больше, чтобы растворить затем водой до нормального содержания
сухих веществ межкристального раствора СВм перед спуском.
Если кристаллы равномерны, дальнейшего сгущения не требуется. Нецелесообразно раскачивать утфель в мешалке, так как
концентрация несахаров в межкристальном растворе будет меньше нормальной, что приведет к увеличению выхода мелассы
и содержанию сахара в ней...».
В то же время В. П. Головин, Н. Я. Ямпольский рекомендуют
уваривать утфель последней кристаллизации только до содержания сухих веществ 90–92 %, перенося большую часть нагрузки истощения мелассы в кристаллизационную установку, а по
П. М. Силину – уваривать надо до содержания сухих веществ
95–96 %.
Краткий анализ различных точек зрения на проблему уста-
новления конечной концентрации утфеля при спуске свидетельствует об отсутствии единого мнения у специалистов по данному вопросу.
На основании изучения кинетики кристаллизации утфелей из
многокомпонентных растворов с различным составом несахаров,
увариваемых к моменту спуска из вакуум-аппарата до низких и высоких концентраций, В. И. Тужилкин сделал следующие выводы:
независимо от чистоты утфеля и состава несахаров, присут-
ствующих в межкристальном растворе, осуществлять кристал-
55
лизацию охлаждением утфелей, имеющих низкую концентрацию
при спуске из вакуум-аппарата, нецелесообразно ввиду большой
длительности истощения межкристального раствора в кристаллизационной установке. Как исключение, утфели высокой чистоты (которые можно уваривать до низких концентраций с последующей концентрацией в кристаллизационной установке с добавлением в них желтого сахара (15–20 % к массе утфеля), охлаждением
до 34 °С и выдерживанием при этой температуре в течение 4–6 ч
до достижения чистоты нормальной мелассы;
утфели средней чистоты следует уваривать до концентрации
сухих веществ 92–93 % и осуществлять кристаллизацию охлаждением, добавляя желтый сахар (4–5 % к массе утфеля) до достижения чистоты нормальной мелассы;
утфели низкой чистоты необходимо уваривать в вакуумаппаратах до высокой концентрации (94–95 % сухих веществ
утфеля) с целью максимального истощения межкристального
раствора, вплоть до достижения в вакуум-аппарате чистоты
межкристального раствора, близкого или равного чистоте нормальной мелассы.
Технология уваривания низкокачественных утфелей до высоких концентраций вплоть до достижения в вакуум-аппаратах
значения чистоты межкристального раствора близкого или равного чистоте нормальной мелассы заслуживает внимания производственников. Она позволяет существенно упростить технологию получения желтого сахара последней кристаллизации,
исключить или укоротить сложный процесс кристаллизации
сахара охлаждением.
Основным препятствием для внедрения такой технологии
(уваривание низкокачественного утфеля до высоких концентраций вплоть до достижения в вакуум-аппаратах значения чистоты межкристального раствора, близкого или равного чистоте
нормальной мелассы) является высокая вязкость готового утфеля при спуске из вакуум-аппарата, которая в процессе охлаждения утфеля резко увеличивается.
В табл. 11 приведены показатели «нормального» утфеля чистотой 75,8 % и его вязкость.
56
Из табл. 11 видно, что при содержании сухих веществ утфе-
ля СВу порядка 95,3 % межкристальный раствор достигает чистоты нормальной мелассы, равной 51,4 %.
Таблица 11.
утфеля
Вязкост ь, Па·с
межкриста льного рас-
Чистота межкриста ль-
ного рас твора, %
твора
Содержа ние су хих
веществ в утфеле, %
94,0 122 9,6 56,1
94,5 164, 9 11,9 54,5
95,0 321 18,5 52,8
95,5 680 31, 3 51,9
В табл. 12 приведены показатели густого утфеля (содержа-
ние сухих веществ 94,5 %) при его охлаждении в течение 6 ч.
Из табл. 12 видно, что чистота межкристального оттека ут-
феля с содержанием сухих веществ 94,5 % при охлаждении в течение 6 ч достигает значения «нормальной» чистоты мелассы,
при этом вязкости утфеля и межкристального раствора почти
такие же, как у «нормального» утфеля (табл. 11).
Таблица 12.
Длитель-
ность ох-
лаждения,
ч
сухие
вещества, %
0 94,5 164,9 44,2 54,5 90,1 11, 9 75
1 94,5 193, 2 44,8 53,9 90,1 13,1 73
6 94,5 364,9 47,4 51,4 89,5 19,3 65
Утфел ь Межкристальный раствор
вязкость,
Па·с
содержан ие
кристал лов, %
чистота, %сухие
вещества, %
вязкость,
Па·с
Темпе-
ратура,
°С
Если этот утфель выдержать при температуре 65 °С в тече-
ние 5–8 ч, то получим результаты кристаллизации сахара, которые свидетельствуют о возможности достижения нормативных
параметров «нормальной» мелассы. При таком высоком содержании сухих веществ в межкристальном растворе снижается
выход мелассы и содержание сахара в ней.
Глава 5
Конечный продукт свеклосахарного производства – нормальная техническая меласса (заводская меласса) – должна иметь такой состав, чтобы при оптимальной температуре охлаждения она
была насыщенным раствором, и вязкость ее не превышала нормы
для эксплуатируемого на заводе типа центрифуг.
Цель кристаллизации охлаждением – получение заводской
мелассы с минимально возможной чистотой и подготовка утфеля к центрифугированию.
Утфель последней кристаллизации после спуска из вакуумаппарата для дальнейшей кристаллизации сахарозы из его межкристального раствора поступает в кристаллизационную установку. Кристаллизация сахарозы происходит при постоянном
движении утфеля и искусственном его охлаждении.
Насыщенный в вакуум-аппарате при более высокой температуре межкристальный раствор утфеля последней кристаллизации уже не способен к кристаллизации при данной температуре, так как вследствие высокой концентрации сахара и соли много сахара перешло в комплексные соединения, и поэтому сахар
стал несахаром. Но при охлаждении сахар утфеля вновь приобретает способность к кристаллизации, при этом часть комплексных соединений распадается и освободившийся таким образом
сахар может снова кристаллизоваться.
Вследствие понижения температуры утфеля при охлаждении растворимость сахарозы в воде межкристального раствора
уменьшается. Однако в таких условиях коэффициент перенасыщения межкристального раствора постепенно повышается. Часть
58
сахарозы, находясь в перенасыщенном межкристальном растворе, откладывается на поверхности уже существующих кристаллов. При этом межкристальный раствор истощается, размеры
кристаллов сахара растут, а не выкристаллизованный сахар уходит в мелассу. Вследствие роста кристаллов сахарозы в утфеле
повышается содержание кристаллической сахарозы и уменьшается его подвижность. Все эти факторы по мере охлаждения утфеля приводят к уменьшению, а затем и к прекращению роста
кристаллов.
Таким образом, кристаллизацией сахарозы при охлаждении
утфеля также невозможно полностью обессахарить межкристальный раствор. Следовательно, нужно искать такие методы
работы и такую схему кристаллизации, которые позволили бы
более глубоко и предельно максимально обессахаривать мелассу.
Следует помнить, что межкристальный раствор при кри-
сталлизации утфеля не должен иметь чрезмерное перенасыщение, так как при этом могут образовываться новые кристаллы
сахара, а их наличие затрудняет отделение межкристального оттека при центрифугировании и повышает содержание сахара
в мелассе. Поэтому необходимо поддерживать такое перенасыщение межкристального раствора, при котором происходит только
наращивание имеющихся кристаллов, без образования новых.
Для проведения кристаллизации утфеля последней кристал-
лизации в оптимальном режиме необходимо определять конечную температуру охлаждения утфеля и соответствующее ей
нормальное содержание сухих веществ в нем. Для всех заводов
одинаковый температурный режим рекомендовать нельзя.
Снижение температуры утфеля в кристаллизационной уста-
новке (до 30–40 °С)происходит продолжительное время.
Меласса должна находиться в состоянии насыщенного рас-
твора, лишь тогда можно обеспечить минимальные потери сахара при ее истощении. Для достижения этой цели процесс кристаллизации охлаждением предлагается вести таким образом,
чтобы параметры заводской мелассы соответствовали параметрам «нормальной» мелассы – понятие, предложенное П. М. Силиным в качестве эталона.
59
«Нормальная» меласса – это насыщенный раствор при температуре центрифугирования утфеля 40 °С. В табл. 13 приведены три параметра, характеризующие качество кристаллизации –
насыщенный раствор с содержанием сухих веществ 83,5 %, температура 40 °С и вязкость 7–8 Па·с.
Таблица 13.
Содержа ние су хих веществ,
Раствор
Насыщенный 83,5 85,0 40 7–8
без разбавлени я, %с разбавлен ием
1:1, %
Температ ура цен-
трифу гирован ия
утфеля, °С
Вязкост ь, Па·с
Для обеспечения полноты кристаллизации и во избежание
затруднений при этом процессе необходимо разрабатывать оптимальный режим с учетом следующих технологических показателей:
температуры охлаждения и центрифугирования утфеля;
коэффициента перенасыщения межкристального раствора;
вязкости мелассы;
вязкости утфеля.
Процесс кристаллизации охлаждением основывается на
свойстве сахарозы растворяться в воде в строго определенных
количествах в зависимости от температуры. В табл. 14 приведена растворимость сахарозы (по Груту) для насыщенных нечистых сахарных растворов в зависимости от температуры.
Движущей силой процесса кристаллизации охлаждением
является разность растворимостей сахарозы при температуре
спуска утфеля из вакуум-аппарата и при температуре его центрифугирования.
А. Л. Соколова отмечает, что неполное обессахаривание межкристального раствора утфеля в кристаллизационной установке
является причиной повышения содержания сахарозы в мелассе.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]