автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Разработка способов уваривания и кристаллизации утфелей с целью повышения их эффективности

РГб од

I МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

КИЕВСКИЙ ТЕХНОЛОга'ЕСКИЙ ИНСТИТУТ 1Д1ЩЕЕОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

АНТОНОВСКИЙ Валерий Николаевич

Уда 664.1.054

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УВАРИВАНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ УТФЕЛЕЯ С Ц?ЛЫ) ПОВЫШЕНИЯ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Специальность 05.18.05 - технология сахара и сахаристых веществ

Автор е.ф е р а т диссертации на Листание ученой степени кандидата технических наук

Киев 1993

Работа выполнена в Украинском научно-исследовательскск институте сахарной проккзленности

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент В.О.Штангее'в

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Герасименко А.А. кандидат технических наук Михайлик В.А.

Ведущая организация: НПО "Спектр"

Защита диссертации состоится "/2" 19-93 года

р ) У часов на заседании специализированного совета Д 008.17.01 Киевского технологического института пищевой промышленности по адресу: 252017, г.Ккев-17, ул.Владимирская, 68, КТИ1Ш, корпус "А" гЗ 1!

С диссертацией можно ознакомиться в ОиЬлиотеке КТШ1П.

Автореферат разослан 1893 года

УченьЯ секретарь с чизированного совета,канд.техн. наук, доцент

М.Хокичмк

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМИ. На сахарных заводах стран СНГ в качестве типовой принята трехкристоллизационная схема с аффинацией сахара III кристаллизации первым оттеком утфеля I кристаллизации.

Преимущество трехкристаллизационной схемы состоит в получении сахара-песка повьшенного качества, так как доброкачествен -..ость сиропа при р-боте по этой схеме значительно повышается иоз-вратом в него клеровки желтых Сахаров, а не уваривание утфеля I кристаллизации не возвращаются оттеки. При переработке свеклы ухудшенного качества наблюдаются затруднения при уваривании и центрифугировании утфеля III кристаллизации, что снижает качество сахара-песка и увеличивает его массовую долю в мелассе. Поэтому сахарные заводы переходят на работу по двухкристаллизационной схеме, не обеспечивающей истощение мелассы до нормального уровня.

Таким образом современные способы получения сахара, в основу которых положены двух- и трехкристаллиэационные схемы, г.рн переработке свеклы ухудшенного технологического качества не обеспечивают выпуска сехара-псска высокого качества и нормативной массовой доли сахара в мелассе.

Актуальность темы диссертации заключается в разработке модернизированной трехкристаллизационной схемы ураривания утфелей, гарантирующей выработку сахара рыночных кондиций с низкой массовой долей его в мелассе из сиропов низкой доброкачественности.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в разработке научных основ и способа трехступенчатой кристаллизации сахарных утфелей из сиропов низкой доброкачественности, а также проверке в производственных условиях результатов аналитических и лабораторных исследований и разjaсо -тайного на их основе способа.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы заключается в т<;и, что разработана метрика расчетио-эксперныентального спрчд';л«;иия уь-нсЯ скорости роста кристаллов сахарозы в условиях ивсспвсй к; и о т.г.--

лизации при механическом перемешивании монодисперсных модельных утфелей;

математической обработкой результатов гкспериментог- получена зависимость скорости кристаллизации сахарозы от коэффициента пере-сыцения, темперы /ры, доброкачественности и массовой доли кристаллов б утфеле;

получены значения термодинамических функций поликомпонентных растворов сахарозы;

определены термодинамические условия образования центров кристаллизации сахарозы из раствором высокой доброкачественности;

доказано отсутствие термодинамически оптимальных условий образования центров кристаллизации в растворах низкой доброкачественности;

разработана методика анализа технологиче их схем кристаллизации сахг.ра с использованием методов теории графов;

разработана методика расчета массовой дели крисгаллкческого сахара в мелассе по гоказателям гранулометрического состава кристаллов сахара в утфеле III кристаллиза1;ии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ГАЬОТЫ

Ка основе теоретических, лабораторных и промышленных исследований разработан принципиально нос::"? способ приготовления кристаллической основы для уваривания утфзлей II и III кристаллизации, позволяющий улучшить их кристаллострук:уру и уменьшить на 20-30 % длительность пронесся;

разработана, ишк-.-ана и внедрена в производство тре<кристал-лизеционнал слома уваривания утфелей из сиропов низкой добрска -чествгнности, поэролирелк уменьшить продолжит'льность уьнриррчия утфеля I на 15-10 5. уь<\г,ичить выход спхара на С,3 '/<- к кассе пере-

работанной свеклы и снизить его цветность на 30 %.

АПРОБАЦИЯ РАЮТЫ. Основное содержание диссертационной работы доложено на совещании главных инженеров и главных технологов объединений и заводов России в 1900 г.; на научно-практической конференции по проблемам развития сахарной промышленности и кауки в 1992 г. в г.Курске.

ПУБЛИКАЦИИ, lio теме диссертации опубликовано 7 статей и получено 4 патента.

СТРУКТУРА И ОБЬЕМ РАБОТЫ. Диссертационная р'Зота состоит из введения, четырех глав, выводе в, списка использованной литературы и приложений.

Изложена на 233 страницах основного текста и приложений, содержит 22 рисунка и 26 таблиц. Список использованной литературы включает 145 названий.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении оооснонана актуальность темы диссиртации, опредо-,1ены цели и задачи исследования, приведена информация об основных научных и практических результатах работы.

I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ УТФЕЛЯ

В первой главе представлен обзор литературы о анализом современных способов кристаллизации сахарньгх утфелей, отмечены их достоинства и недостатки.

Установлено, что многочисленные варианты двух- и тр^ггристал-чизационных схем не решают задачи получения сахара-песка стандартного качества при переработке сиропа низкой добрекач тв^нности, а ре се ни'; ее затрудняет отсутствие данных о скорости роста кристаллов сахарозы в зависимости от коэффициента пересьг'енмя, температуры, массовой доля твердой фаэы и доброкачественности мелкр'/ст&льио-

го растрора в условиях массовой кристаллизации.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СКОКСГИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЯ РАСТВОРОВ САХАРОЗЫ

Во второй главе приведены результаты лабораторных исследований скорости кристаллизации сахарозы.

Ъ разработанный нами лабораторный кристаллизатор емкостью £00 см3, состоящий из горизонтального цилиндрического корпуса с мешалкой, вращающейся со скоростью 50 об/мин, загружали определенное количество раствора сахарозы (Дб = 100 %) с заданным козффи -циентом пересыцения и кристаллы сахара-песка, предварительно подогретые до температуры опыта.

Кристаллы сахара для всех опытов готовили заранее путем рассева товарного сахара на ситах с отверстиями 0,4 и 0,5 мм, удаляя при этом конгломераты. Вычисленная по формуле Кухаренко площадь поверхности единичного кристалла такого размера составила 4,25 -Ю-7 м2.

Через заданнь'й промежуток времени отбирали пробу межкристального раствора путем опускания в загрузо мое отверстие кристаллизатора цилиндрического сосуда с сеткой, соединенного с вакуумом. Продолжительность' отбора пробы межкристального раствора не превышало 10 с. Отобранную пробу массой не менее о г взвешивали в закрытом бюксе на аналитических весах и определяли массовую долю сухих веществ методом высушивания на бумажном ролике в вакуум-сушильном шкафу. В течение опыта опирали ге менее 7-8 проб. Отбор межкристального раствора скачкообразно изменяет массовую долю кристаллов в утфеле, что влияет на скорость кристаллизации. В связи с этим для предотвращения дополнительных погрешностей, после каждого отбора пробы в установку загружали сахарный раствор, имещиЯ массу и тех! логические показатели предьвущ-'й пробы. В дальнейшем ¿слсвия опыта оставались одинаковыми, но интервал от начала эксперимента до

отбора пробы увеличивали на величину, равную времени отбора проб. Как показали специально поставленные опыты, относительная погрешность определения СВ по этой иетодике составила около 2 %.

По массовой доле сухих веществ в межкристальном растворе рассчитывали весовую долю кристаллов Кр в 100 г утфеля, площадь их поверхности $<1ГХ>), м^ и скорость кристаллизации сауарозы К , г/(м2'с)

1С - 100 Ко. ' (<оо -Кр„ )С&0 - /00 С В . {п

Юосе

3 ^Ю.ЮО) ( Кр« ) '

и - £Ц<е. Л- ...

Для расчзта К по уравнению (3) методом наиюньших квадратов определили аналитическую зависимость массовой доли сухих Ее-ществ в межкристальном растворе от продолжитечьности кристаллизации 'С , с, которое согласно экспериментальным данные описывается уравнением:

се *Свь*АТ (4)

где А , В - коэффициенты, зависящие от температуры, концентрации сахарозы и доброкачественности, массовой доли кристаллов в утфеле, площади их поверхности и интенсивности переыепквания. Подставляя полученную зависимость СВ(Т) в уравнения (I) к,(5), получили формулу для расчета скорости кристаллиэа«м сахарозы В любой момент времени:

л" Ж\Г (6)

В та б л. I представлены результаты опытг. по кристаллизации ут-феля доброкачественностью Г00 % с начальной массовой долей кристаллов 5 % размером 0,45 мм при температуре 60°С. Рассчитанные методом наименьших квадратов коэффициенты А и В в этом опыте имели такие значения: А = -6,256 'Ю-4; Ь = 1,151 'Ю-7. Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что в ходе опыта скорость кристаллизации уменьшилась более, чем в три раза. Это объясни 'ся уменьшением коэффициента псресыцения межкристального раствора с 1,103 до 1,037, а также ростом содержания кристаллов в утфеле.

Таблица I.

Определение удельной скорости роста кристаллов сахарозы при 60°С

! Массовая доля ! ! !Площадь по- !

% С ! СВ, % ' КрД 1 «6 !верхности I К, 10

¡окспери-! расчет- ! ! !кристаллов ! г/м2с

(менталь-! ное ! Г !в ЮС г. ут- !

!ное ! ! t !феля, 1

0 76,100 76,103 5,000 1,103 6,67 4,744

92 76,0»./ •76,025 5,289 1,099 6,92 4,506

126 76,001 75,998 5,392 1,097 7,01 4,422

180 75,959 75,955 5,557 1,095 7,15 4,288

312 75,859 75,853 5,9-18 1,089 7,48 3,976

388 75,812 75,796 6,131 1,086 7,64 3,832

525 75,691 75,696 6,598 Г, 079 8,02 3,471

602 75,642 75,641 6,766 1,076 8,17 3,328

В22 75,497 75,492 7,338 1,068 8,61 2,916

1157 75,270 75,'283 8,188 1,055 9,26 2,304

1340 75,193 .75,179 8,455 1,051 9,46 2,117

1770 7-;,961 74,960 9,321 1,037 10,10 1,529

Следовательно, для Еьшеда аналитической зависимости скорости кристаллизации сихрггзы от коэффициента пересыщения межкристально-

го раствора опыта необходимо проводить при постоянстве не только температуры и доброкачественности, но и массовой доли кристаллов в утфеле. Для вьтюлнения последнего условия Сила несколько изменена методика экспериментов. Отличие заключалось в том, что в !<ввдой серии опытов изменяли исходную концентрацию сахарозы в межкристальном растворе, то есть коэффициент пересыцения, и определяли по ры-ше описанной методш скорость кристаллизации в начальный момент, когда массовая доля кристаллов в утфеле была ¿о всех опытах постоянна - 5 %. Естественно, для такого определения в каждой серии опытов необходимо было получить не менее 7-10 экспериментпльных значений массовой доли сухих веществ в межкристальном растворе в зависимости от времени кристаллизации утфеля, а затем вычислить методом наименьших квадратов коэффициенты А и В в уравнении (4). Гезультаты серии этих опытов, в которых начальная массовая доля кристаллов была постоянной, представлены на рис.1 и в табл.2.

кристаллов Й при ;ьил':ратур; €СЧ.

Таблица 2

Определение удельной скорости роста кристаллов сахарозы при постоянной начальной массовой доле кристаллов Ь % И темперагуро 60°С

п опытов ! ! СВ, % 1 I I аС ■ ! { к, ю-' 1 г/м2с ! ! -А, Ю-4 ! I ! В, КГ8 !

I 76,100 т,103 4,744 8,26 П.Ь

2 76,013 1,098 4,437 7,47 5,22

3 75,937 1,094 4,200 7,37 и,з

4 ''5,869 1,090 4.ОС' 6,85 7,54

5 75,804 1,086 з,8ба 6,56 7,89

6 75,766 1,084 3,75'1 6,38 7,97

7 75,712 1,080 3,584 6,11 7, £2

8 75,680 1,078 3,473 5,93 6,67

9 75,572 1,072 3,203 5t^J 7,80

10 75,411. 1,063 2,752 4,75 6,89

II 75,355 1,060 2,616 4,35 5,31

12 75,190 1,050 2,146 3,74 5,66

В этих опытах коэффициент пересыцения исходного межкристального раствора колебался в интервале 1,1030-1,0603, массовая доля сухих веществ - от '/6,100 до 75,190 Из этих даыык видно, что с уменьшением коо'^ициента пересыления значительно уменьшается и скорость кристаллизации сахарозы, причем зависимость ме»ду К и 1п («<-/), ка:' видно из рис.2, »^жст быть описана уравнением:

€пК = -0, 55/8 * V. Нд ¿г («<- *) (б)

ИЛИ -„„

К = 0.18В ■ е (7)

Из рис.2 видно, и/о экспериментальные значения скорости кристаллизап'.»*/ сахарогк и коэффициента пересыщения хорошо коррелирует МГЖДУ С01:0Й .

Аналогична оякт:. сьли лрогеденк гри разных температурах,

но с постоянными начальными коэффициентами пересыцения 1,09 и Кр 10 % табл.3.

Таблица 3

Определение; удельной скорости роста кристаллов сахароьы при разных температурах

К>Г 1 опи- ! то в !

С. °с

св0, %

! К' , г/м'-с

-2

1

2

3

4

5

30 40 50 60 70

70,125 71,879 73,816 75,876 77.У91

0,883 1,452. 2,385 3,698 6,407

Для математической сбрасотки полученных данных было сделано предположение, что скорость кристаллизации сахарозы можно представить в виде произведения четырех составляющих:

К'Кг ■ Кп ■ Кг , (8)

где Кт, Кк, Кп, К\ - составляющие, учитывающие плипги<= соответ -отвенно температуру, кассовой доли кристаллов в утфеле, коэ1>!/лу'.сн-та пересыцения межкристального растиира. и его доброкачественности.

При доброкачественности исходного раствора 100 % скорость кристаллизации максимальна, поэтому длл чистых сахарных растворов можно принять Кг = I. С понижением Дб будет соответств«. ю уысиь-ваться и Кг . Кроне того, ранее Оыло установлено, что оазисиус.сть скорости кристаллизации сахарозы от коэффициента пересицения »--еу.-кристального раствора имеет вид:

К^Кг- Кк ■ е-

Следовательно:

Кп

<е> (10,

Обрабатывая данные 43 таких опытов методом наименьших квадратов, получили: (

Кт * в (И)

Аналогично провели опыты при температурах 60 и 70°С, коэффициенте пересыщения 1,0896 и Кр 5, 10, 75, 20, 25 и 30 %, определяя К. Далее, используя уравнения 8, 10 и II, вычислили Кк (рис.3)

-Мт

кк,ю

3,0 2,9

2,8 2,7 2,6

О \

ч

1 о >\

Я s:

• > 4 »о \

4.0

3,0

2.0

1,0

г1 /

/ р ?

/

) V

10 15 20 25 Кр,%

0.2

0.4

/ОО-Ша Ха

Рис.4. Зависимость I

/ОО-Л5 Х>6

Рис.3. Зависимость кк от массовой доли кристаллов в утфеле при температуре 60°С.

Несмотря на разброс экспериментальных точек, объясняемый трудностью стабилизации во всех опытах гидродинамических условий, несомненно, с увеличением содержания кристаллов имеет место увеличение Кк. Зависимость эта прямолинейная, при обработке результатов 52 опытов методом наименьших квадратов получено эмпирическое уравнение: '

Кк = о. 05пв - < /а -,<Р (12)

По такой 1-е методике изучали зависимость скорости кристаллит-

ции сахарозы от Дб межкристального раствора.

Отличие заключалось в том, что необходимое для каждой серии опытов количество раствора определенной доброкачественности заготавливалось заранее, путем смешивания одной и той же мелассы с сахаром и водой. В полученном растворе определяли коэффициент насыщения, для чего искусственный утфель, содержащий 30 % кристаллов размером 0,25 мм, ..еремешвали в лабораторном кристаллизаторе при температуре 60 ичи 70°С в течение трех суток, отбирали межкристаль-ньй раствор и анализировали его. По полученным данным вычисляли коэффициент насьщения и истинный коэффициент пересыцения. Результаты этих опытов представлены в табл.4.

Таблица 4

Истинные коэффициенты пересыцения исходных растворов

** ! Темпе- ! 1 ! Коэффи- ! Истинный 1 К. Ю"4 г/м*х

опы- 1 тов ! ратура, С0 1 св,% ! 1 Дб, % \ 1 циент ! насыде- 1коэффици-! 1ент пере-!

1 1 ! ! ния !сыдения !

I 60 78,006 92,301 0,967 1,1732 390

60 73,431 90,000 0,962 1,1789 318

3 60 V0,048 86,746 0,960 1,1814 224

* 60 79,630 83,721 0,961 1,1802 154

5 60 80,357 80,000 0,970 1,1692 88,5

6 60 81,034 76,596 0,991 1,1444 45,6

7 60 81,667 73,469 1,010 1,1229 23,4

8 60 83,200 69,231 1,050 1,1316 12,2

9 60 84,615 65,455 1,110 1,1239 Ь,49

10 70 79,365 93,001 0,967 1,1376 5,31

Вычисляя Кт, Кп и Кк по (II), (10) и '(12), подставляя полученные значения в (0), расчитали ^ (рис.4).

Из этих данных видно, что заьисимость К* от

я5

прямолинейная. При обработке результатов 60 опытов методом ь&кшиь-

ших кведратов получено эмпирическое уравнение:

Кг - е~'гПО ^ (13)

Установлено,

что скорости кристаплизаш»! сахароза в зависимости от массовой доли кристаллов в утфеле, коэффициента пересыщения межкристального раствора, его доброкачественности и температуры может быто выражена эмпирическим уравнением:

К -(о,озог-^сч-ю'к,) ■е""*' 9,мо. (14)

• О.......ЯЗ

Уравнение (14) использовано для расчета процессов уваривания и кристаллизации сахарных утфелей в интервале температур 30-80°С, коэффициентов пересыщения 1-1,3 и доброкачественности 60-10С %.

К; Дб

I - 55 30

2 - 56 30

3 - 52 85

4 - 68 31

5 - 58 30

6 - 56 17

7 - 68 32

8 - 52 85

<: _ 58 30

10- 58 30

И-г 38 30

12- 53 30

13- 58 30

14- 58, 30

о,9 б,: о,з

6,0 6,7 ¿,?

Гиг.5. Тгм'-.ерг.туру-гя з?гиси:.:гсть вязкости ксласс

Из проведенных исследований следует, что с умешшением доброка -чественности и коэффициента пересыцения скорость кристаллизации снижается. Учитывая это и с целью определения пределов доброка -чественности, при которой невозможно быстрое зарождение центров кристаллизации, для разработки эффективного способа уваривания утфелей из сиропов низкой доброкачественности обратились к исследованию термодинамических условий зарождения центров кристаллизации. В исследованиях для расчетов использовали предложенную Мишу-ком формулу температурной зависимости гязкостир, справедливость которой для многокомпонентнис растворов представлена на рис.5. Г Е + м/ Т

1 = • ехр( - г/т) (15)

К I

АН.

70

60

50

40 30

20

10

0

10 ¿0 3 0 40 50 60 70 СБ, %

Рис.6. Зависимость лН растворов меласс Лучанского и Яготин-ского ссхзавг'дов от концентрации при различней темпера-о г

туре, С:

1,2 - 20; 3 - 40; 4 - 60; 6,6 - 80 . О - До = 85,13 % Лучонский гихэавод 0 - Дб = 71,9 % Яготинг.кий сахэавод

Исследованиями термодинамических функций поликомпонентных и чистых сахарных растворов установлена общая тенденция изменения энтальпии 1&Н.) в зависимости от их концентрации (рис.6).

Из этих данных можно сделать вывод, что несахара не являются инертными и оказывают влияние на структуру раствора, что должно сказываться на его кристаллизационной способности по отношению к сахарозе.- Наличие в системе несахара приводит, как правило, к возрастание растворимости сахарозы, однако энергия активации вязкого течения снижается без четко выраженной закономерности (рис.7), что наиболее вероятно определяемся составом кесахаров. Поэтому зависимость энтальпии насыщенных растворов меласс не имеет характерного для чистых растворов минимума, что свидетельствует об отсутствии в системе термодинамически оптимальных условий кристаллообразования. В этих условиях заводку кристаллов целесообразно осу -

.Рис.7. Изменение энтальпии раствора мелассы Яготинского сахарного завода • 1-й'- 1,0 ; 2 - .¿-1,10 У 3 -и'т 1,30

3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРНЫХ УТФЕШ1 ИЗ СИРОПОВ НИЗКОЙ ДОБРОКАЧЕСТВЕННОСТИ

Используя результаты аналитических, лабораторных и промышленных исследований наш разработаны способы приготовления кристаллической основы для уваривания утфелей II и III кристаллизация, способ очистки клеровки сахара II кристаллизации, конструкция клеровоч-ной меиалки для клерования сахара II кристаллизаци; л в целом предложена трсхкристаллизационная схема уваривания утфелей из сиропов низкой доброкачественности.

Способ приготовления затравочного утфеля для увариг~ния утфе-ля II осуществляется следующим образом: в центрифугу непрергвного действия, в зону, где полностью отделена меласса в течение 1-3 с подается пар с температурой 105-115°С, в котором диспергировано поверхностно-активное вещзствс в количестве 0,0001-0,0003 кг на I кг )-рещог'_ пара.

3 условиях высокой температуры прилипшие к плоскости кристалла слои пленки мелассы становятся подвигим/и. Подвижность увеличивается за счет присутствия в паре поверхностно-активных веществ, которые смазывают грани кристагла. Затем желтый сахар смешивают с неразбавленным пргшьм оттеком /тфеля I и на кристалле образуется новая пленка, но уже более высокой доброкачественности. Полученная масса - затпавочный утфель - используе-ся как кристаллическая основа для уваривания утфеля II. Утфель II центрифугируется нагорячо в непрерывт-действупцих центрифугах и клеруется в клеровочной мешалке, разработанной нами конструкции. Затем клеровка счищается с помощью раг;абот~нного н^ми спососа с использованием ссадка сока II сатурации и <ктивированчых >глгй.

Рмраб-таннкй способ приготовления затравочного утфеля для уьаригания утфе/я III заключается в <у.<гцуюв(ем: в ви..уум-аппарат

III кристаллизации набирают первый оттек утфеля I в таком количестве, чтобы покрыть паровую камеру, сгущают до СВ = 83-85 %, достигают поресыцения 1,35-1,40 и вводят затравочные кристаллы в количестве,равном 25-30 шт.на 1 мм пробного стекла. Далее утфель уваривают на этом же оттеке до размера кристаллов 0,10-0,15 мм. После зтого затравочный утфель отбирают в другие вакуум-аппараты, и нв этой кристаллической основе варят утфель III до готовности с использованием оттека утфеля II. На разработку основных элемен-то» схем« получено 4 патента.

Раэработ&нньй способ кристаллизации сахарных утфелей из сиропов низкой доброкачественности предусматривает:

изменение деления оттеков при центрифугировании утфеля I кристаллизации с таким расчетом, чтобы доброкачественность второго оттека била не ниже доброкачественности сиропа, что позволяет воз-ьриццать второй оттек на уваривание утфеля I, не снижая его Дб и не ухудшая качество сахара-песка;

уьаривать утфели низших ступеней кристаллизации на оттеках, имеющих более высокую доброкачественность;

уваривать утфель II кристаллизации на кристаллической основе, полученной, из сахара JI1 кристаллизации и ж разбавленного первого оттека утфеля I кристаллизации;

уваривать утфель III кристаллизации на кристаллической основе этого утфеля.

Принципиальная технологическая схема трехступенчатой кристаллизации представлена на рис.8.

На основании предложенного способа разработан технологический регламент, позволяющий получить сахар-песок цветностью 0,8 усл.ед. из сиропа До ^ Ь5 % с содержанием его ь ..:елассе 2 % к массс пере-расотанной свеклы.

Рис, 3, Принципиальная технологическая схеиа трехступенчатой кристаллизации сахара из сиропов пониженной доброкачественности,

1- вакууу-алпарат утфедя 1

¿- сборник второго оттека утфеля 1 перед вакуум-аппаратои

3- сборник второго оттека утфем 1

4- сборник фильтрованной клеровки перед вакууи-аппаратои

5- рахуум-аппарат утфеля П

6- сборник первого оттека утфеля 1 перед вакууы-«.1паратом

7- сборник первого оттека утфедя 1

8- приемная мешалка

Ч- а?фмнационная мешалка 10- вакуум-аппарат утфеля 3

11- сборник оттека утфедя П перед вакууи-аппаратои

12- сборник оттека утфедя II

11- утфедемезалки-кристаддизаторы

14- центрифуга утфеля 3

15- утфедемеваиа утфеля П

16- центрифуга ут}едя П

17- кдеровочная иезшка

18- утфедемезадка утфедя 1

19- центрифуга утфедя 1

та

Таблица Ь

Основные показатели раооты Отрадинского сахарного завода при различных технологических схемах кристаллизационного отделения

I ! Технологическая схема

м пп Наименование - ' показателей ' 1 ! ! ! существующая II.II -21. П.89г. 1 трехкристал -1 лизационная ! 1.12-10.12.89г.

и Доброкачественность

сиропа, % 87,2 87,0

2. Выход сахара 10,32 10,62

з. ■ Цветность сахара-'?ска,

усл.единиц 1,15 0,79

4. Доброкачественность

мелассы, % ■ 59,1 58,2

5. Выход мелассы, % к массе

свеклы 5,31 4,90

6. Потери сахара в мелассе, % 2,63 2,45

7. Неучтенные потери и кристал-

лизационном отделении, % 0,23 0,11

Способ принят ведомственной комиссией на Отрадинском сахарном заводе Орловской области и рекомендован к внедрению на сахарных заводах Российской Федерации.

В результате испытаний установлено, что предложенный способ позволяет снизить неучтенные потери сахара при уваривании утфелей на 0,12 % к массе свеклы и содержание сахара в мелассе на 0,18 % к массе свеклы.

Годовой экономический эффект от применения способа трехсту-' пенчатой кристаллизации сахара из сиропов низкой доброкачественности для сахчрного завода производительностью 3,0 тыс.тон.: свеклы составляет 87,1 тыс.руб. в год в ценах 1990 года.

4. ОБОБЦЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Существует множество технологических схем кристаллизационных отделений сахарных зяводов. Однако практически не проводился математический анализ этих схем и не разрабатывались рациональные пргскы их создания с учетом этого анализа.

Для сравнения существующих и разработанной трехкристаллиэа-аионной схем мы использовали методы теории графов.

кристаллизации сахара из сиропов низкой доброкачественности

I, 2, 3 - I, Ii и Ш ступени кристаллизации, ^j - сироп; " са~ хар-песок; ^ - первый оттек утфля I крис чллщации; ^ - второй оттек утфеля I кристаллизации; ^ - оттек утфеля П кристаллизации; ^g - затравочной утфеля для получения утфеля Ш кристаллизации; - мелисса; ^q - cfxap Ш кристаллизации в виде затравочного утфеля для получения утфеля П кристаллизации; - клеровка сахара П кристаллизации.

• На представленном рисунке 9 видно, что в разработанной трех-кристаллизаиионнсй схеме более г^ффективно выродится сахароза, так как подача т из головной масти в хвосте вую, что нЛлюдается в типовой схеме, че производился.

Для определения содержания ^ри^тал.-ического сахара в мелассе разработ-ша f.: :тсг яка расчета по показат-лям гранулометрического состава крис^аллсь сахара в утфеле III кристаллизации

гае с(, - массовая доля кристаллов в мелассе, протедтит через сито;

- линейно-массовый коэффициент неравномерности кристал-

14 ТО1

лов;

- средневзвешенный линейшй размер кристаллов, м.

Результате сравнительны* расчетов по разработанной методике

для предлагаемой и сулествупчей схем кристаллизации показало, что применение предложенной схема позволяло уменьшить массовую доли кристаллического сахара в мелассе на А% /что составляет 0,08^ х массе переработанной свемш/по сравненно е сутествупдей схемой.

вывода и рщшздшии тетигаптоста

1. На основании теоретических к эксперимент ьных исследований разработан эффективный способ уваривания сахарных утфелвй

и я енропов о 2><Г ■ 65 + 87?, преимушество которого по отношению к существующим подтверждается результатами сравнительных промыт. ленных испытаний.

2. Разработана методика раочетно-эксперкментального определения удельной скорости роста криоталлов Сахаровы в условиях масоо-вой кристаллизации при механической перемешивании монодисперсных моделышх утфелей.

3. Математической обработкой результатов экспериментов получена зависимость удельной скорости кристаллизации сахарозы от коэффициента пересыщения, температуры, доброкачественности и массовой доли кристаллов в утфеле, которую можно использовать для определения ппряметроь уваривания угфелей из сиропов низкой до-

брокачеотвеяпости, я диапазоне изменения паралатров: =» t «. ЗО+вО'Ъ. Дб = 60+100?. Кр «= 0440?.

4. Доказано, что при уварпвании тг^телеЯ из сахаросодерхатих продуктов доброкачественностью 60+8C^f сялесообразно применять кристаллическую основу в связи с тем, что энтальпия нечистых сахарных растворов не имеет характерного для чистых опстворов мума, что свидетельствует об отсутствия в cncTeve термодин.пмичео-ки оптимальных условий кристаллообразования.

5. На основания сравнгяия основных технологических схем с использованием методов теория градов показана целесообразность применения разработанной схема, тедусматряватеей умзн гняв материальных потоков сахарозы на низкие ступени кшготаллизаияя.

Г,. На основе теоретических, лабораторных и поомьпвленшх исследования разработан принципиально новый способ приготовления кристаллической основы для утзривания утйвлей II и III кристаллизация, позволяющий улучшить их кзисталлоструктуот и умепьпить яа 20-30? длительность пооцессз.

7. Разработана мптолика определения массовой доли сахага в мелассе в зависимости от гоанулсметрического состава кристаллов в утфеле II и III кристаллазашш, позголивгая опенить различные варианты технологий уваривания утфелеР. Результаты использованы пои разработке способа уваривания утйелеВ из сиропов низкой доброкачественности.

6. В результате исследований разработана, испытана я впедре-на в ГОГИЯ.7ГЛСТВО трехкристаллизапионная схема уваривания сахарных утФела'! из сиропов низкой доброкачественности, позволявшая уменьшить ¡[родолкитольность уваопвачит ут^еля I на 15-20?, тпе-личитъ выход сахара на Р,Я? к массе перерабатываемой свеклы и снизить err- цр-тность на 30?.

9. Разработка принята ведомственной комиссией Гссагропрсма FC3CP в постоянную эксплуатация на Стояпг.нскмг сахяяводе о Головин экономическим аМектом 87,1 rec.ovd, в пенах Т990 года я рекомендована для внедрения на сахарных заводах Росси*скоР Федерации.

Список робот, опубликованиий по материалам диссертации

1. Влияние пекоторых факторов на процесс кристаллизации /Антоновски? Спичек D.3., Итвнгеев В.О. и др./ Сахарная свекла: производство я переработка. - 1990. - * 5. - С. 31-33.

2. Скорость кристаллизации Сахаровы в зависимости от коаффициен-та перйсншения чистых сахарна* растворов /Требин Л.И., Антоновский U.R., Спичак Я.З. и др./ - Киев, 1992. - 14 о. - Дсп. в УкрКНТЭИ 15.06.92, * 905 - Ук. 92.

3. Скорость кристаллизации Сахаровы в зависимости от содержания хриоталлов в утФелв /Антоновский В.Н., Олейник И.А. .Спичах В.В. и др./ - Киев, 1992. - 16 с. - Ren. е ТгцМГТЗИ 17.09.92,

* 1440 - Ук. 92.

4. Скорость кристаллиаации сахарозы в зависимости ог температуры чиотих растворов сахара /Антоновский В.Н., Требин Л.К., Олей-ник И.А. а др./ - Киев, 1992. - 9 с. - Дап. в УкгйНТЭИ 9.07.92, J» 1043 - Ук. 92.

5. Скорость кристаллизации Сахаровы в зависимости от чистоты межкристального раствора /Антоновские В.Н., Требин 1.И., Спичак В.В. и др./ - Киев, 1993, - 9 с. - Деп. в УкрИНТЭИ 04.03.93, * 3SI - Ук. 93.

в. Спичак В.В., Пахолок А.П., Антоновский В.Н. Клеровочяая меиал-ка. - Положительное решение НИИИП) по заявке Я 5030425Д)05851 от 21.10.92.

7. Способ кристаллизации сахара /Антоновский З.П., Сгткчяк В.В., Беляева Л.И. и др./ - Положительное репоние 1ГЛ1ПТЭ по заявке Я 5047725 ДЗ/ 023492 от 29.10.92.

8. Способ кристаллизации сахара /Антоновский В.Н., Сгопак В.В., Беляева Л .И. в др./ - Положительное решение НШПП по заявке 1« 5051843 /13/ 032750 от 10.11.92.

9. Способ очистки свеклосахарного раствора /АптоиовскиЯ В.Н., Спича* В.В., Беляева Л.И. к др./ - Положятелыюч репениа НКИГПЭ по заявке * 5043S42 ДЗ/ 0I4I67 от 29.10.92.

10. Термодинамически оптимальные условия образования вародавев сахарозы /Антоновский В.Н., Птангеев В.О., Мютт* P.O. и др./ Сахарная промнилепяость. - 1493. - * 2. - С. 23-25.

11. Термодинамические функции поляконпоненткых растворов оаха-роан /Антоновски* В.П^. Штантеев В.О., Мгаук Р.". ш др./ Сахарная проттяаппооть. - 1993. - 4 2. - С. 22-23.