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
Рис. 3.Вязкость насыщенных свеклосахарных растворов
в зависимости от температуры и чистоты
Однако следует иметь в виду, что при превышении нормаль-
ного значения содержания сухих веществ (табл. 15) на центрифугирование поступит перенасыщенный раствор, что приведет
к повышению содержания сахара в мелассе.
Так как минимальная вязкость для продуктов последней
кристаллизации наблюдается в области температур 30–40 °С,
лучшие результаты по истощению межкристального раствора
и центрифугированию утфеля последней кристаллизации возможны при глубоком охлаждении.
71
Вязкость является управляющим фактором при центрифугировании утфеля последней кристаллизации, она определяет скорость охлаждения и разбавление межкристального
раствора.
Для снижения степени перенасыщения, концентрации и вязкости межкристального раствора производят раскачку утфеля.
Основные причины необходимости раскачки утфеля водой:
поддержание коэффициента перенасыщения межкристального раствора в кристаллизационной установке на заданном
уровне;
поддержание оптимальной вязкости утфеля, чтобы можно
было без затруднений его перемешивать;
улучшение гранулометрического состава кристаллов сахара
в утфеле;
отделение несахаров от сахара.
При охлаждении утфеля происходит отделение сахарозы от
несахаров. Сахароза выкристаллизовывается, а несахара накапливаются в межкристальном растворе. Эффективность этого
процесса зависит от количества и состава несахаров. Обычно
малые количества несахаров даже снижают растворимость сахарозы, но более значительное их количество всегда увеличивает
ее растворимость. Отношение растворимости сахарозы в присутствии несахаров к растворимости в воде называется коэффициентом насыщения.
Содержание сахарозы и сухих веществ межкристального
раствора, а также его чистота, скорость кристаллизации и вязкость непрерывно изменяются, соотношение несахара к воде
в утфеле может регулироваться добавлением воды.
Одним из главных факторов, влияющих на величину вязкости утфеля, является величина содержания сухих веществ утфеля. Допустимое содержание сухих веществ утфеля последней
кристаллизации в конце уваривания рассчитывается по уравнению:
72
СВ
м
м
(100 К) СВ 1,1
К,
100 0,1 СВ
-⋅ ⋅
+
+⋅
=
у
(30)
где К – содержание кристаллического сахара в утфеле, % к массе утфеля; СВ
– содержание сухих веществ нормальной мелас-
м
сы, % (разбавление 1:1); 1,1 – коэффициент перенасыщения межкристального раствора.
Из уравнения 30 следует, что содержание сухих веществ ут-
феля зависит от содержания кристаллов в нем и от содержания
сухих веществ мелассы, а эти показатели для разных заводов свои.
Для упрощения определения допустимого содержания сухих
веществ утфеля в конце кристаллизации охлаждением предлагается табл. 18, показатели которой рассчитаны по уравнению 30.
Таблица 18.
Тем пе -
Содержа ние су хих
ратура
утфеля,
веществ в нор-
мальной мелассе,
°С
30 83 89,0 89,3 89,6 90,0 90,3 90,6 90,9 91, 2
35 84 89,7 90,0 90,3 90,6 90,8 91,1 91, 4 91,7
40 85 90,3 90,6 90,9 91, 2 91,4 91,7 92,0 92,3
45 86 91,0 91,2 91,5 91,7 92,0 92,3 92,5 92,8
50 87 91,6 91,9 92,1 92,3 92,6 92,8 93,1 93,3
55 88 92,3 92,5 92,7 92,9 93,2 93,4 93,6 93,8
60 89 92,9 93,1 93,3 93,5 93,7 93,9 94,1 94,3
(ра зба в л.1:1)
Содержа ние су хих веществ в утфеле п ри содержани и кристаллов, %
30 32 34 36 38 40 42 44
Анализ приведенных в табл. 18 данных показывает, что со-
держание сухих веществ утфеля снижается при понижении температуры центрифугирования и увеличивается при повышении
содержания кристаллов в нем.
Для нормального истощения мелассы и получения утфеля
с хорошим гранулометрическим составом сахара необходимо,
чтобы сваренный утфель имел определенное содержание кристаллов, которое определяется возможностями кристаллизаци-
73
онного отделения и величиной эффекта кристаллизации в кри-
сталлизационной установке.
Режим добавления воды имеет большое значение для проведения процесса кристаллизации. При определении этого режима необходимо руководствоваться показателями желаемого коэффициента перенасыщения и допустимой вязкости. Степень
перенасыщения желательно определять в момент спуска утфеля
из вакуум-аппарата.
Для достижения оптимального содержания сухих веществ
в конце кристаллизации утфель уваривают в вакуум-аппарате
до сухих веществ 94–94,5 %, а затем перед спуском раскачивают
водой.
Для обоснования применения водных раскачек в процессе
кристаллизации представляет интерес зависимость, предложенная О. Виклундом (уравнение 30). Оказывается коэффициент насыщения можно выражать как функцию отношения несахара
к воде для данного продукта. Автор показал, что эта функция не
зависит от температуры, т. е.:
Н
К
нас
= f
с
(31)
,
В
д
Н
где К
– коэффициент насыщения; f
нас
ния несахара к воде в данном растворе.
с
– функция отноше-
В
д
Отношение несахара к воде одинаково и для утфеля и для
его межкристального раствора. При охлаждении утфеля меняется состав межкристального раствора (мелассы).
В табл. 19 приведено изменение процентного состава мелассы с чистотой 60 % (при растворимости сахарозы по Груту, коэффициент насыщения 1,05) в зависимости от температуры.
Из данных табл. 19 видно, что при снижении температуры
содержание сухих веществ мелассы, насыщенной при данной
температуре, уменьшается и также уменьшается отношение несахара к воде.
74
Таблица 19.
Состав мелассы, %
к массе мелассы
Содержание сухих веществ 80,6 81,5 82,5 83,6 84,6 85,6
Вода 19,4 18,5 17,5 16 ,4 15,4 14 ,4
Сахар 48,4 48,9 49,5 50,2 50,8 51,4
Несахар 32,2 32,6 33,0 33,4 33,6 34,2
Отношение несахара к воде 1,66 1,78 1,89 2,04 2,18 2,38
30 35 40 45 50 55
Температура, °С
Правильное определение количества воды на раскачку ут-
феля последней кристаллизации имеет большое значение для
получения мелассы с минимальным содержанием сахара. Количество добавляемой воды должно быть таким, чтобы было
обеспечено оптимальное перенасыщение с точки зрения кристаллизации сахарозы и минимальное ее растворение.
При расчете количества добавляемой воды для раскачки ут-
феля использован способ, в основе которого заложена величина
отношения содержания несахара к содержанию воды, так называемое число Грута. Грут рекомендовал в процессе кристаллизации выдерживать определенные значения этого соотношения,
которые приведены в табл. 20.
Таблица 20.
Период кристаллизации Отношение несахар/вода
При спуске утфеля из вакуум-аппарата 3,05
Во время перемешивания в приемной мешалке 2,8 – 2,9
При чистоте межкристального раствора менее
63 % и температуре ниже 50 °С
При центрифугировании 2,5
2,6
Пример 4. Обоснование и расчет водной раскачки.
Состав утфеля перед спуском после уваривания: содержание су-
хих веществ 94,5 %, сахара 69,0 %, несахара 25,5 %, вода 5,5 %.
При спуске утфеля из вакуум-аппарата отношение содержания не-
сахара к содержанию воды должно составлять по Груту 3,05 (табл. 20).
Тогда содержание воды в утфеле должно составить повышено до:
75
25, 5
= 8,36 %.
Таким образом, перед спуском в вакуум-аппарат необходимо добавить 8,36–5,5 = 2,86 % воды к массе утфеля.
Во время перемешивания спущенного, раскаченного водой (2,86 %
к массе утфеля) утфеля в приемной мешалке отношение содержания
несахара к содержанию воды должно быть по Груту 2,85 (табл. 20).
Тогда содержание воды в утфеле должно быть повышено до
В приемную мешалку необходимо добавить (8,96–8,36) = 0,6 % воды
к массе утфеля.
При дальнейшем охлаждении (до температуры ниже 50 °С) отношение несахара к воде по Груту должно составлять 2,6 и содержание
воды в утфеле должно быть снова повышено
3, 05
25, 5
2,85
= 8,96%.
до
т. е. в кристаллизационную установку, где температура утфеля достигла 50 °С, необходимо добавить 9,81–8,96 = 0,85 % воды к массе утфеля.
В примере 4 общее количество воды, необходимое для раскачки
утфеля с содержанием сухих веществ 94,5 %, составляет 9,81–5,5 =
4,31 % к массе утфеля: 2,86 % в вакуум-аппарат, 0,6 % в приемную
мешалку и 0,85 % в кристаллизационную установку при достижении
температуры охлаждения утфеля 50 °С; а содержание сухих веществ
в утфеле после его раскачки и кристаллизации охлаждением (в нашем
случае рассматривается охлаждение глубокое – до 30 °С) будет составлять 100–9,81 = 90,2 % к массе утфеля.
25, 5
2, 6
= 9,81 %,
Ввиду того, что коэффициенты насыщения не постоянны
и зависят от качества перерабатываемой свеклы и условий ее
переработки, необходимо определять соотношение несахар/вода
по конкретным заводским данным.
Количество воды (кг) на раскачку 100 кг утфеля можно определить по уравнению:
76
В =
12
2
СВ СВ
100,
СВ
⋅
(32)
где СВ
ум-аппарата, %; СВ
– содержание сухих веществ утфеля при спуске из ваку-
1
– содержание сухих веществ утфеля в кон-
2
це кристаллизации, которое определяется по уравнению 30 или
по табл. 18, %.
Для упрощения расчетов в табл. 21 приведены данные по количеству воды, необходимой для проведения раскачки утфеля
(для расчета использовано уравнение 32).
Таблица 21.
Содержа ние су хих
веществ в утфеле после его к ристалл изации охлаждением , %
90,5 0,50 0,44 0,39 0,33 0,28 0,22
91,0 0,44 0,38 0,33 0,27 0,22 0 ,16
91,5 0,38 0,33 0,27 0,22 0 ,16 0,11
92,0 0,33 0,27 0,22 0,16 0,11 0,05
92,5 0,27 0,22 0,16 0 ,11 0,05 93,0 0,22 0,16 0,11 0,05 - 93,5 0,16 0,11 0,05 - - 94,0 0,11 0,05 - - - -
Содержа ние в уварен ном в вакуу м-ап парате утфеле су хих веществ, %
95,0 94,5 94,0 93, 5 93,0 92,5
Рассмотрим пример 5.
Пример 5. В конце уваривания в вакуум-аппарате получен утфель
последней кристаллизации с содержанием сухих веществ 94,5 %
и чистотой 73 %. Чистота нормальной мелассы равна 56 % и допустимое содержание кристаллов в утфеле 40 %. Необходимо определить
допустимое содержание сухих веществ в утфеле, охлаждаемом до
30 °С, в конце кристаллизации (глубокое охлаждение).
По табл. 9 находим допустимую чистоту утфеля (75,4 %) по содержанию кристаллов в нем (40 %) и чистоте нормальной мелассы (56 %).
Содержание сухих веществ в утфеле определяем по табл. 18 (90,6 %)
в зависимости от его температуры в конце кристаллизации (30 °С)
и допустимого содержания кристаллов в нем (40 %).
77
По табл. 21 находим необходимое количество воды для раскачки
утфеля с содержанием сухих веществ 94,5 % до 90,6 %. Оно составляет 0,43 м3 на 10 т утфеля, а на 50 т – 2,15 м3 воды.
Анализ данных, приведенных в табл. 20, и результаты расчетов в примере 4 показывают, что больше половины воды,
предназначенной для раскачки, необходимо направлять в вакуум-аппарат перед спуском утфеля (в примере 4 – 67 %). При этом
вода, введенная в вакуум-аппарат для раскачки при температуре
варки, вследствие испарения быстро смешивается со всей массой утфеля и образовавшиеся в период сгущения утфеля мелкие
кристаллы сахара («мука») растворяются. Остальное количество
воды (в примере 4 – 33 %), предназначенное для раскачки утфеля, подается в приемную мешалку или кристаллизационную
установку, где температура утфеля достигла 50 °С.
Разница между температурами утфеля и охлаждающей воды
при достижении утфелем температуры 50 °С должна находиться
в пределах 10–14 °С.
П. М. Силин предлагает вводить в вакуум-аппарат полное
количество воды, предназначенное для раскачки, в том случае,
если расход ее по расчету не превышает 1,5 % к массе утфеля.
Если же количество воды больше, то часть ее следует вводить
в кристаллизационную установку в процессе охлаждения.
Правильно проведенные водные раскачки способствуют равномерности и укрупнению кристаллов, улучшению условий
центрифугирования утфеля, снижению содержания сахара в мелассе.
Для интенсификации процесса кристаллизации охлаждением существенное значение имеет сокращение его продолжительности без ухудшения параметров заводской мелассы. Единой точки зрения в этом вопросе нет. Специалистами предлагается продолжительность кристаллизации охлаждением от 15 до
42 и более часов. Некоторые исследователи утверждают, что при
78
увеличении продолжительности кристаллизации увеличивается
количество выкристаллизовавшегося сахара из межкристального раствора и значительно снижается чистота мелассы.
Однако Ю. М. Жвирблянский, П. М. Силин, П. В. Фелер
и другие установили следующее. Из идентичного по составу утфеля независимо от продолжительности кристаллизации при
одной и той же конечной температуре охлаждения получают мелассу одинаковой чистоты.
Следовательно, повышение чистоты заводской мелассы не
всегда вызвано недостаточной длительностью кристаллизации
охлаждением. Скорее всего, это происходит за счет недостаточного охлаждения утфеля.
Установлено, что длительность кристаллизации охлаждени-
ем зависит:
от перепада температур утфеля при спуске из вакуум-аппа-
рата и в конце кристаллизации;
от скорости охлаждения и скорости кристаллизации;
от чистоты утфеля;
от перенасыщения межкристального раствора;
от конструкции кристаллизационной установки и т. п.
В примере 6 произведем теоретический расчет длительности
кристаллизации сахарозы в кристаллизационной установке.
Пример 6. Расчет длительности кристаллизации в кристаллизаторах.
Допустим, что при низкотемпературном режиме варки утфеля по-
следней кристаллизации температура утфеля при спуске составляет
65 °С. Охлаждение утфеля глубокое, конечная температура охлажде-
ния утфеля 28 °С. Следовательно, оптимальный температурный перепад будет равняться 65–28 = 37 °С. При скорости охлаждения 1,8 °С/ч
продолжительность кристаллизации составит 37 / 1,8 = 20,6 ч.
При варке утфеля последней кристаллизации по действующей
технологической инструкции температура утфеля при спуске будет
примерно 75 °С. Охлаждение также глубокое, до 28°С. Температурный
перепад составит 75–28 = 47 °С. При скорости охлаждения 1,8 °С/ч
продолжительность кристаллизации составит 47 / 1,8 = 26 ч. Однако
даже такая продолжительность кристаллизации значительно меньше
36 ч, указанных в действующей технологической инструкции как оптимальная продолжительность кристаллизации сахарозы из утфеля последнего продукта охлаждением.
79
Для обоснования оптимальных условий выполнения кристаллизации сахарозы при охлаждении утфеля последней кристаллизации большое значение имеет зависимость скорости
кристаллизации сахарозы от скорости охлаждения утфеля.
Более эффективным является процесс кристаллизации сахарозы с переменной скоростью охлаждения. Он заключается в том,
что первый этап охлаждения (до 50 °С) целесообразно проводить со скоростью 4–6 °С / ч, (скорость охлаждения зависит от
качества сваренного утфеля). Второй этап охлаждения (от 50 °С
и ниже) проводится со скоростью до 2 °С /ч, (этот темп охлажде-
ния заложен при разработке вертикальных кристаллизаторов).
Необходимо подобрать такой режим изменения температуры
утфеля в каждый промежуток времени (скорость охлаждения),
который обеспечит максимальную скорость роста кристаллов
сахара. При поддержании максимальной скорости кристаллизации охлаждением длительность процесса кристаллизации сахара может сократиться на 5–9 ч по отношению к длительности
кристаллизации сахара при постоянном перенасыщении. Однако при снижении температуры в начале кристаллизации возможно вторичное зародышеобразование в этот период. Но научными исследованиями было установлено, что при охлаждении
утфеля до 40 °С в течение 20–24 ч не наблюдается чрезмерно
высоких перенасыщений, поэтому нет необходимости думать
о возможном чрезмерном перенасыщении межкристального
раствора и появлении кристаллов «муки». Сведения относительно предельного перенасыщения, при котором образуются
вторичные зародыши в растворах низкой чистоты, имеющиеся
в литературе и полученные экспериментальным путем, позволяют сделать вывод, что образования зародышей в этот период
можно избежать.
По истечении периода кристаллизации утфеля последней
кристаллизации производят подготовку охлажденной утфельной массы для ее центрифугирования.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]