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
Одной из причин неполноты кристаллизации охлаждением
⋅⋅
является неправильный выбор температуры охлаждения и центрифугирования.
Таблица 14.
Чистота, %
30 40 50 60 70 80
80 2,12 2,32 2,58 2,88 3,27 3,83
75 2 ,17 2,33 2,66 2,98 3,41 4,09
70 2,23 2,48 2,79 3,16 3,64 4,00
65 2,30 2,58 2,95 3,40 4,00 5,25
60 2,37 2,70 3,14 3,70 4,57 6,00
Температура, °С
В условиях свеклосахарного производства не представляется
возможным при охлаждении утфеля до 40 °С получить насыщенный межкристальный раствор мелассы в кристаллизационной установке. Если утфель охладить до 40 °С и направить его
на центрифугирование, то межкристальный раствор мелассы
будет перенасыщен и содержание сахарозы в нем повышено.
Для снижения перенасыщения необходимо более глубокое
охлаждение утфеля (до 30 °С). Для успешного использования
этого способа нужно применить такую скорость охлаждения утфеля от 40 до 30 °С, при которой интенсивность кристаллизации
не отставала бы от нее. Коэффициент остаточного перенасыщения достигает примерно 1,03.
Для пояснения приведем пример 1.
Пример 1. Расчет содержания сахара в мелассе в зависимости от
температуры центрифугирования утфеля
(100 СВ )
Ав
П
⋅
=
м
100 100
-
м
,
Н
где А – суточная производительность завода (принимаем 7000 т/сут переработки свеклы); в – выход мелассы (принимаем 3,5 % к массе свеклы); С Вм – содержание сухих веществ мелассы (принимаем 82,0 %,
без разбавления); Н – коэффициент растворимости сахарозы при температуре центрифугирования (см. табл. 1).
(22)
61
Расчет произведем для температур центрифугирования 30, 40
мм
и 50 °С.
Содержание сахара в мелассе, в тоннах, по уравнению:
30
П = (7000 · 3,5) / 100 · (100 – 82,0) / 100 · 2,37 = 104,52 т,
м
40
П = (7000 · 3,5) / 100 · (100 – 82,0) / 100 · 2,70 = 119,07 т,
м
50
П = (7000 · 3,5) / 100 · (100 – 82,0) / 100 · 3,14 = 138,47 т.
м
Содержание сухих веществ в мелассе, в тоннах, рассчитаем по
уравнению:
СВВ
=
м
А в СВм
100 100⋅⋅⋅
,
(23)
СВ
= (7000 · 3,5· 82,0) / 100 · 100 = 200,9 т.
м
Чистота мелассы:
П
м
100,
Ч
30
Ч = 104,52 · 100 / 200,9 = 52,03 %,
м
40
Ч = 119,07 · 100 / 200,9 = 59,27 %,
м
50
Ч = 138,47 · 100 / 200,9 = 68,92 %.
м
=
м
⋅ (24)
СВВ
м
Содержание сахара в мелассе, в % к массе мелассы:
СХ
30
СХ = 82,0 · 52,03 / 100 = 42,66 %,
м
40
СХ = 82,0 · 59,27 / 100 = 48,60 %,
м
50
СХ = 82,0 · 68,92 / 100 = 56,51 %.
м
м
=
СВ Ч
100
(25)
,
⋅
Содержание сахара в мелассе, в процентах к массе свеклы:
в СХ
⋅
м
,
Сх
30
Сх = 3,5 · 42,66 / 100 = 1,49,
м
=
м
(26)
100
62
40
Сх = 3,5 · 48,60 / 100 = 1,70,
м
50
Сх = 3,5 · 56,51 / 100 = 1,98.
м
Вывод: из расчетов следует, что охлаждение утфеля до более
низкой температуры способствует снижению содержания сахара в мелассе. Это объясняется существенным повышением растворимости сахарозы с ростом температуры.
Учитывая производственные условия, когда не всегда пред-
ставляется возможным центрифугировать утфель при 40 °С
и ниже, следует руководствоваться «нормальным» содержанием
сухих веществ мелассы в зависимости от температуры центрифугирования, которое представлено в табл. 15. Приведенные величины содержания сухих веществ нормальной мелассы рассчитаны по уравнению П. М. Силина:
СВ
= 0,2 t + 75,5, (27)
н
Уравнение 27 выражает зависимость коэффициента насыщения
нормальных меласс от величины их соотношения несахар / вода.
Таблица 15.
Содержа ние су хих веществ, %
30 40 50 60
Без разбавления 81,5 83,5 85,5 87,5
Разбавление 1:1 83,0 85,0 87,0 89,0
Температура, °С
Анализ данных табл. 15 показывает, что при повышении
температуры центрифугирования утфеля последней кристаллизации для получения чистоты заводской мелассы близкой к нормальной следует повышать содержание сухих веществ межкристального раствора при центрифугировании.
В данном случае содержание сахара в мелассе будет другим,
что видно из примера 2.
63
Пример 2. Расчет содержания сахара в мелассе с учетом зависимости «нормального» содержания сухих веществ мелассы (без разбавления) от температуры центрифугирования.
Воспользуемся уравнениями 22-26 и показателями «нормальных»
сухих веществ мелассы (табл. 15).
Расчет произведем для температур центрифугирования 40 и 50 °С.
2.1. При 40 °С и СВ = 83,5 % (с учетом «нормальных» СВ):
40
П = (7000 · 3,5) / 100 · (100 – 83,5) / 100 · 2,70 = 109,15 т,
м
40
СВВ = (7000 · 3,5· 83,5) / (100 · 100) = 204,58 т,
м
40
Ч = 109,15 · 100 / 204,58 = 53,4 %,
м
40
СХ = 83,5 · 53,4 / 100 = 44,59 % к массе мелассы,
м
40
Сх = 3,5 · 44,59 / 100 = 1,56 % к массе свеклы.
м
В примере 1 при содержании сухих веществ мелассы, принятых
82,0 % (без учета температуры), содержание сахара в мелассе при
40
40 °С, в процентах к массе свеклы, составило
Сх 1,70, т. е. на 0,14%
м
выше (1,70 –1,56).
2.2. При 50 °С и СВ = 85,5 % (с учетом «нормальных» СВ):
50
П = (7000 · 3,5) / 100 · (100 – 85.5) / 100 · 3,14 = 111,55 т,
м
50
СВВ =(7000 · 3,5· 85,5) / (100 · 100)= 209,48 т,
м
50
Ч = 111,55 · 100 / 209,48 = 53,25 %,
м
50
СХ = 85,5 · 53,25 / 100 = 45,53 % к массе мелассы,
м
50
СХ = 3,5 · 45,53 / 100 = 1, 59% к массе свеклы.
м
В примере 1 при содержании сухих веществ мелассы, принятых
82,0 %, (без учета температуры), содержание сахара в мелассе при
50
50 °С, в процентах к массе свеклы, составило
СХ = 1,98%, т. е. на
м
0,39% выше (1,98–1,59).
Вывод: при повышении температуры центрифугирования
приведение содержания сухих веществ в мелассе к «нормальному» их значению позволяет снизить содержание сахара в мелассе. Но и в этом случае при более низкой температуре содержание сахара в мелассе будет меньше.
64
Расчеты в примерах 1 и 2 доказывают, что следует прово-
дить глубокое охлаждение утфеля, до температуры 28–35
°С,
с последующим подогревом его на 5–7 °С для снижения повышенной вязкости.
При низкотемпературном способе варки утфеля III кристал-
лизации (табл. 5) температура утфеля при спуске составляет
65–70 °С, следовательно температурный перепад охлаждения
в кристаллизационной установке будет меньше. Это позволяет
обеспечить близкую минимальной вязкость межкристального
раствора, а также нужную температуру охлаждения.
Необходимо осуществлять контроль содержания сухих ве-
ществ межкристального раствора перед фуговкой и выдерживать этот параметр в зависимости от температуры.
Практически в Республике Беларусь утфель последней кри-
сталлизации центрифугируют при 40 °С, в США – при 27 °С
и считают, что при этом выход сахара увеличивается.
Вопрос о «нормальной» чистоте мелассы при охлаждении
до различных температур был весьма успешно исследован
М. И. Даишевым.
Более глубокое охлаждение утфеля последней кристаллиза-
ции полезно для мелассы, имеющую повышенную чистоту
«нормальной» мелассы (более 60 %). Другой результат наблюдается с низкой чистотой «нормальной» мелассы (около 55 %). Для
такой мелассы оптимальной температурой охлаждения утфеля
последней кристаллизации может быть 50–60 °С.
Выбор оптимальной температуры охлаждения утфеля по-
следней кристаллизации зависит от величины угла наклона диаграммы (зависимость чистоты от содержания сухих веществ насыщенных в течение 3–4 сут проб мелассы), построенной по результатам, полученным при определении «нормальной» чистоты
мелассы:
если угол наклона диаграммы меньше 30°, то лучше закан-
чивать кристаллизацию при высокой температуре – 50–60 °С;
при большем угле наклона диаграммы нужно вести охлаж-
дение до 40 °С и ниже, особенно если угол наклона превышает 50 °.
65
Перенасыщение играет важную роль при обессахаривании
межкристального раствора, особенно в кристаллизационной
установке при охлаждении утфеля. Этот вопрос изучался многими исследователями, так как существовало предположение,
что чрезмерно быстрое охлаждение из-за сильного перенасыщения может привести к образованию в утфеле «муки».
П. М. Силин и Н. П. Силина установили, что кристаллизация сахарозы строго следует за охлаждением утфеля и никаких
чрезмерных перенасыщений не наблюдается. В конце кристаллизации при охлаждении утфеля до 40 °С коэффициент перенасыщения равен примерно 1,1. Эти же выводы подтверждены
и другими исследователями.
Установлено, что для проведения успешной кристаллизации
утфеля последнего продукта в кристаллизационной установке
коэффициент перенасыщения не должен превышать 1,1. Разность же в показаниях чистоты между утфелем и межкристальным раствором достигает 20 %.
Кристаллизация сахарозы протекает и заканчивается при
достаточно низких значениях вязкости утфеля и межкристального раствора. При повышении коэффициента перенасыщения
до 1,2, после 6–8 ч от начала процесса кристаллизации охлаждением, наблюдается сильное увеличение вязкости утфеля
и межкристального раствора, увеличение цикла кристаллизации сахарозы.
Для снижения содержания сахара в мелассе межкристальный раствор утфеля последней кристаллизации перед центрифугированием должен быть насыщенным при температуре 40 °С.
При охлаждении утфеля в процессе производства до 40 °С
межкристальный раствор перенасыщен и требует дальнейшего
охлаждения.
Истинный коэффициент перенасыщения межкристального
раствора подсчитывается по уравнению:
66
К
пер
=
СХ
мр
(100 СВ )Н ⋅-
,
(28)
мр
где СХ
– содержание сахара в межкристальном растворе, %
мр
к массе раствора; Н – растворимость сахарозы для насыщенных
нечистых сахарных растворов (см. табл. 1); СВмр – содержание
сухих веществ в межкристальном растворе, % к массе раствора.
Исследованиями установлено, что при охлаждении утфеля
со скоростью 1,7 °С в час нельзя добиться получения мелассы
с минимальным содержанием сахарозы из-за того, что истинный коэффициент перенасыщения межкристального раствора
при 40 °С составляет в среднем 1,1.
Это подтверждают результаты расчета в примере 3.
Пример 3. Расчет содержания сахара в мелассе в перенасыщенном
межкристальном растворе.
Воспользуемся уравнением 22, произведем расчет содержания са-
хара в мелассе (в тоннах) при коэффициенте перенасыщения 1,10 для
температуры 40 °С.
40
Сх = (7000 · 3,5) / 100 · (100 – 83,5) / 100 · 2,7 · 1,1 = 120,06 т.
м
Сравним результаты расчетов в примере 2 (109,15 т – содер-
жание сахара в мелассе в тоннах для «нормальных» сухих веществ мелассы при 40 °С) и в примере 3 (пересыщенный раствор
мелассы при 40 °С). Содержание сахара в пересыщенном растворе превышает на 10,91 т:
120,06 – 109,15 = 10,91 т.
Следует отметить, что кроме того при центрифугировании
утфеля с пересыщенным межкристальным раствором возможны
затруднения (осложнения) из-за повышенной вязкости, высыпания «муки» и мелассования утфеля. Успешное центрифугирование утфеля может быть достигнуто в том случае, если будут
снижены перенасыщение межкристального раствора и вязкость.
Так как минимальная вязкость для продуктов последней
кристаллизации (продуктов пониженной чистоты) наблюдается
при температуре 30–40 °С, лучшие результаты истощения меж-
67
кристального раствора и центрифугирования утфеля возможны
м о нас
м
100(100 СВ ) Н К
,
СВ
- ⋅⋅
только при глубоком охлаждении утфеля последней кристаллизации. При 30 °С межкристальный раствор будет также перенасыщен, но если его затем подогреть до 40 °С (а может быть и до
35 °С, если позволит величина вязкости, которая зависит от не-
сахаров) раствор станет насыщенным. Установлено [3], что конечная температура подогрева утфеля последней кристаллизации должна быть на 11 °С выше температуры его охлаждения.
При этом, чем температура выше, тем значительней разрыв
между чистотой заводской мелассы и ее «нормальной» чистотой
и, соответственно, выше содержание сахара в мелассе.
Для определения технологического режима при кристаллизации сахарозы решающую роль играет вязкость межкристального раствора.
Существует зависимость между чистотой мелассы и содержанием сухих веществ в ней. Выражена она уравнением:
Ч
где Ч
м
в мелассе, %; Но – растворимость сахарозы в воде при температуре центрифугирования, кг/кг воды; К
сыщения (отношение коэффициентов растворимости сахарозы
в мелассе и чистом растворе).
Из уравнения 17 видно, что чем выше содержание сухих веществ, тем ниже чистота мелассы, и чем меньше воды в мелассе,
тем меньше будет растворено сахара в ней. Исследованиями
Н. П. Силиной установлено, что содержание сахарозы в мелассе
вызвано в основном наличием в ней воды (80–90 %) и только
10–20 % – наличием несахаров.
Но в производстве при центрифугировании иногда допускается работа с пониженным содержанием сухих веществ, когда
68
=
м
(17)
– чистота мелассы, %; СВм – содержание сухих веществ
– коэффициент на-
нас
при повышении содержания сухих веществ раствора резко увеличивается вязкость и ухудшается фуговка.
Зависимость показателя вязкости межкристального раствора
чистотой 60 % от содержания сухих веществ при разных температурах приведена в табл. 16.
Таблица 16.
Темпера-
тура, °С
40 250 435 806 1690 2960 12 000 40 000
50 131 210 376 726 1570 3880 12000
60 77 121 200 350 719 1630 4310
70 - 74 115 199 361 758 1810
80 - 49 72 115 199 383 644
74 76 78 80 82 84 86
Содержа ние су хих веществ, % (без ра збавления)
Из табл. 16 видно, что с повышением температуры вязкость
уменьшается. Но это только в том случае, если сравнивать растворы с одинаковым содержанием сухих веществ. Но при одинаковой температуре с увеличением содержания сухих веществ
вязкость увеличивается.
И вот это противоположное влияние температуры и содер-
жания сухих веществ на вязкость сахарных растворов для процесса кристаллизации имеет принципиальное значение. Ведь
с повышением температуры уменьшается не только вязкость, но
и перенасыщение сахарного раствора, замедляя скорость кристаллизации.
Для обоснования оптимальных условий процесса кристал-
лизации необходимо сравнивать один с другим только насыщенные сахарные растворы.
Состояние насыщения сахарного раствора определяется тре-
мя параметрами: чистотой, содержанием сухих веществ и температурой. Зависимость насыщенных сахарных растворов от
этих параметров приведена в табл. 17.
69
Таблица 17.
Чистота,
Содержа ние са хара
на 1 г воды, %
%
при 70 °С при 80 °С при 70 °С при 80 °С при 70 °С при 80 °С при 70 °С при 80 °С
100 3, 31 3,80 - - 77,0 79,0 0,085 0,088
90 3,22 3,72 0,35 0, 41 78,0 80,5 0,150 0,160
80 3,27 3,83 0,82 0,96 80,3 82,7 0,250 0,260
70 3,64 4,50 1,53 1,89 83,3 86,5 0,790 0,960
60 4,07 6,00 3,01 3,96 88,3 90,8 5,000 6,500
Содержа ние несаха-
ра на 1 г воды, %
Содержа ние су хих
веществ, %
Вязкос ть,
2
н·с / м
Из табл. 17 видно, что содержание сухих веществ насыщенных растворов увеличивается при повышении температуры
и снижении чистоты сахарного раствора. Это объясняется тем,
что с ростом температуры повышается растворимость сахарозы,
величина которой больше для растворов низкой чистоты. А при
увеличении содержания сухих веществ насыщенных растворов
увеличивается их вязкость.
Закономерность изменения температуры, при которой насыщенный раствор определенной чистоты имеет минимальную
вязкость, выражается уравнением:
t
– температура при минимальной вязкости; Ч – чистота на-
где t
м
= К
м
сыщенного сахарного раствора; К
2Ч 1500 ,- (29)
нас
– коэффициент (при чисто-
нас
те 50–60 равен 0,8; при чистоте 60–65 и 80–90 равен 0,9).
Уравнение 29 подтверждает, что вязкость насыщенных сахарных растворов низкой чистоты минимальна при более низкой температуре.
Такая зависимость визуально просматривается на приведенном графике (рис. 3).
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.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]