CC BY
62
ВестникВГУИТ, № 3, 202
УДК 664.1.054
Профессор А.И. Громковский, ассистент Н.Н. Бражников, доцент Ю.И. Последова
(Воронеж. гос. ун-т инж. технол.) кафедра технологии сахаристых веществ, тел. (473) 255-07-51
Дозирование затравочных материалов в современных технологиях кристаллизации сахарозы
Расчет дозировки затравочной суспензии, холодного кристаллизата и маточного утфе-ля при кристаллизации сахарозы.
Calculation of a dosage of seed, cooling kristallizat, magma at sugar crystallization.
Ключевые слова: дозирование затравочного материала, затравочная суспензия, холодный кристаллизат, маточный утфель.
Традиционная технология кристаллизации сахарозы предусматривает использование для заводки кристаллов сахарную пудру. При этом дозирование сахарной пудры имеет второстепенное значение, так как она является только инициатором кристаллообразования, и количество введенных кристаллов значительно увеличивается от начала к концу процесса кристаллизации.
В современных технологиях кристаллизации сахарозы [1] для обеспечения равенства скоростей, создания пересыщения и роста кристаллов дозировка затравочных материалов проводится с учетом удельного количества кристаллов, приходящихся на единицу массы готового утфеля. Масса кристаллов сахарозы в затравке, тк 0, кг находится по формуле;
Г.
Л3
N0, о
N
V ,1 ) ^
где тк 1 - масса кристаллов сахарозы в готовом утфеле, кг; dк 0 - средний размер в затравке, мкм; dк 1 - средний размер в готовом
утфеле, мкм; N0 - количество кристаллов в затравке, шт.; N1 - количество кристаллов в готовом утфеле, шт.
Принимаем, что, N0 = N1 т.е. количество кристаллов не изменяется в процессе их наращивания.
Для расчета дозировки затравки по уравнению (1) представим величину тк 0
© Громковский А.И., Бражников Н.Н., Последова Ю.И., 2012
через , которая учитывает процентное
содержание кристаллов в затравке ®ёб:
т,
тк 0 -100
даобааеё
т
(2)
еб
После подстановки (2) в (1) получим
^ V
т9аобааёё _ mK,1
K ,0 i
V dK,1 У
100
теб
(3)
Величину тк 1 для конкретного аппарата можно определить по уравнению, исходя из технологических параметров уваривания утфеля
Т х -х- А
тк1 = М3 • ИА у 1б /100,
к,1 3 100 ^ 100 - х1б. где М ,, - вместимость аппарата, кг; Т,, - коэффициент, учитывающий заполнение аппарата утфелем, %; ИАу - содержание сухих веществ в готовом утфеле, %; х у - чистота
утфеля, %;
раствора, %. В итоге
i .б.
чистота межкристального
Т „ х -х ■ т>обааеё = M. -10) - NAy j^y^ "00 X
'к ,0
(4)
100
т
еб
Размеры кристаллов в затравочных материалах dк 0 и dк 1 определяют с помощью компьютерно-оптического метода [2].
3
ВестникВГУИТ, № 3, 202
В современных технологиях наращивание кристаллов сахарозы осуществляют в несколько стадий: затравочная суспензия ^ холодный кристаллизат ^ маточный утфель ^ производственный утфель.
Дозирование затравочной суспензии. Затравочную суспензию получают путем мокрого измельчения кристаллов сахарозы (тСх)
с изопропиловым спиртом (тш ) .
Поэтому в уравнении (4) необходимо учитывать, что:
тъ -100
Са ="
т~
-та
где тСх и ти - массы соответственно спирта и сахарозы, требуемые для приготовления единицы объема затравочной суспензии, кг.
Массу изопропилового спирта тт рассчитывали по уравнению
т~. = У~. - р~ ,
т т г-т '
где Усп - объём изопропилового спирта, м3; Рсп - плотность изопропилового спирта, кг/м3, при 20 °С Рсп = 785,5.
Затравочную суспензию со средним размером кристаллов ^к,о ~ 10 используют для заводки кристаллов в холодном кристаллизате.
Расчет дозировки затравочной суспензии для получения холодного кристаллизата осуществляют по уравнению
и
х -X , У 1
т ~ = М3 -КАУ-5П 3 100 М00- х;
-/100х
Ч 4
'к ,0
(5)
т
т
тс3 -100
где М3 - принимают по паспортным данным
аппарата холодного кристаллизата, Ьк1 , dк 1 -
задают согласно технологическому регламенту завода, ~ 10 мкм.
Параметры готового холодного кристал-лизата (ЙАу, ху) и его межкристального раствора (х, а) определяют в заводской лаборатории.
Дозирование холодного кристаллизата. Содержание кристаллов со кр.х.к.,%, в холодном кристаллизате равно:
Са.з.ё. = *Аз,
з.е. 1 .а.з.е. -1 /ч/л X-х100,
100-х,.
где СВх.к. - содержание сухих веществ в готовом холодном кристаллизате, %; Чх.к. - чистота холодного кристаллизата, %; Чм.р.х.к. - чистота
межкристального раствора холодного кри-сталлизата, %.
Масса холодного кристаллизата для заводки кристаллов в маточном утфеле выражается уравнением
тз.,= М,1 - ^ - КД
X -х , х , , 1 .у 1 .а.1 .о.
100 1 у 100 - х
/100 х
.а.1 .о.
*к ,1
100-х
(6)
#4е.-(
х _ - х , Л _ |-
о.е. I . о.о.е
)-100
где dк 1 - средний размер в маточном утфеле, мкм, dK2 ~ 300 мкм.
Дозирование маточного утфеля. Масса маточного утфеля, необходимая для заводки кристаллов в производственном утфеле, рассчитывается по уравнению (6) при конечном размере кристаллов в производственном утфе-ле dK3 ~ 800 мкм.
Таким образом, расчет дозировки затравочной суспензии, холодного кристаллизата и маточного утфеля по уравнениям (5) и (6) позволяет вводить на стадии заводки кристаллов в современных технологиях кристаллизации сахарозы необходимое количество кристаллов заданного размера. Это дает возможность проводить процесс уваривания утфелей в оптимальном режиме, исключающем растворение вводимых при заводке кристаллов и повторное кристаллообразование на стадии их наращивания; повысить выход кристаллического сахара-песка и снизить тепло- и энергозатраты в продуктовом отделении сахарного завода.
В технологии сахарного производства расчет продуктов проводится на 100 кг свеклы.
Определим массу затравочной суспензии, холодного кристаллизата, маточного утфеля, необходимых для получения производственного утфеля I кристаллизации.
Утфель I кристаллизации. Заводка кристаллов с помощью маточного утфеля и наращивание кристаллов проводится при коэффициенте пересыщения 1,10.
В утфеле I кристаллизации содержится кристаллов:
28,60 • 92,80 • (93,75 - 84,20)/((100 - 84,20) х х 100 • (800 • 10-6)3 • 1591,5) = 1,97 • 107 шт., где 28,60 - масса утфеля I кристаллизации, кг; 92,80 - массовая доля сухих веществ в утфеле I кристаллизации, %; 93,75 - чистота утфеля I кристаллизации, %; 84,20 - чистота I оттека утфеля I кристаллизации, %; 800 • 10-6 - размер кристаллов в утфеле I кристаллизации, м; 1591,5 - плотность кристаллов сахарозы, кг/м3.
3
3
а
ВестнмкВВТУМТ, № 3, 2012
Маточный утфель I кристаллизации.
Исходные данные:
Массовая доля сухих маточного утфеля I
кристаллизации, %............................... 90,0
Содержание кристаллов в маточном утфеле
I кристаллизации, %.............................. 40,0
Размер кристаллов в маточном утфеле I
кристаллизации, мкм............................ 300
Заводка кристаллов с помощью холодного кристаллизата и наращивание кристаллов проводится при коэффициенте пересыщения 1,08.
Масса маточного утфеля I кристаллизации:
1,97 • 107 • (300 • 10-6)3 • 1591,5 100/40,0 = 2,12 кг.
В маточном утфеле I кристаллизации содержится:
сахарозы: 2,12 • 90,0 • 93,75/(100 • 100) = 1,78 кг, сухих веществ: 2,12 • 90,0/100 = 1,90 кг, несахаров: 1,90 - 1,79 = 0,12 кг.
Массовая доля веществ в маточном утфеле I кристаллизации: СВ = 90,0 %, Ч = 93,75 %,
Сх = 90 • 93,75/100 = 84,37 %.
Холодный кристаллизат. Исходные данные:
Температура сиропа с клеровкой, °С ........ 72
Коэффициент пересыщения, достигаемый
выпариванием, ед..................................................................0,95
Коэффициент пересыщения, достигаемый
охлаждением, ед....................................................................1,05
Конечная температура охлаждения, °С............30
Размер кристаллов в холодном кристалли-
зате, мкм............................................ 100
Технология получения холодного кри-сталлизата предусматривает сгущение сиропа с клеровкой до коэффициента пересыщения ~ 0,95 методом выпаривания при температуре 72 °С, предварительное охлаждение для создания пересыщения в растворе 1,05, заводку кристаллов (массой сахарозы с вносимыми кристаллами пренебрегаем) и основное охлаждение до 30 °С с получением готового холодного кристаллизата с размером кристаллов 100 мкм.
Растворимость сахарозы в сиропе с клеровкой при температуре 72 °С: 1,792 + 0,009- 72 + 0,00016 • 722 = 3,27 кг/кг воды.
Массовая доля сухих веществ в сиропе с клеровкой при коэффициенте пересыщения 0,95 составляет:
100 • 1,0 • 0,95 • 3,27/(1,0 • 0,95 • 3,27 + + 0,01 • 93,88) = 76,79 %, где 1,0 - коэффициент насыщения, 93,88 - чистота холодного кристаллизата, %.
Температура после предварительного охлаждения до коэффициента пересыщения 1,05 равна 61,76 °С.
Масса воды в сиропе с клеровкой: 100 - 76,79 = 23,21 кг. Растворимость сахарозы в сиропе с клеровкой при температуре 30 °С: 1,792 + 0,009- 30 + 0,00016 • 302 = 2,21 кг/кг воды.
Масса выкристаллизовавшейся сахарозы из 100 кг сиропа с клеровкой:
(3,27 - 2,21) • 23,21 = 24,68 кг. Масса холодного кристаллизата: 1,97 • 107 • (100 • 10-6)3 • 1591,5 100/24,68 = = 0,127 кг.
В холодном кристаллизате содержится: сухих веществ: 0,127 • 76,79 = 0,098 кг, сахарозы: 0,098 • 93,88/100 = 0,092 кг, несахаров: 0,098 - 0,092 = 0,006 кг. Массовая доля веществ в холодном кри-сталлизате:
СВ = 76,79 %, Ч = 93,88 %,
Сх = 76,79 • 93,88/100 = 72,09 %. Масса сиропа с клеровкой для получения холодного кристаллизата:
0,127 • 76,79/70,0 = 0,139 кг, где 70,0 - массовая доля сухих веществ в сиропе с клеровкой, %.
Масса сиропа с клеровкой для получения маточного утфеля I кристаллизации:
(2,12 • 90,00/100 - 0,127 • 76,79/100) х х 100/70,0 = 2,581 кг.
Масса сиропа с клеровкой для получения производственного утфеля I кристаллизации: (28,62 • 92,80/100 - 2,12 • 90,00/100) х х 100/70,0 = 37,941 кг. Затравочная суспензия. По уравнению (3) при ®ёб = 33 % масса затравочной суспензии для заводки кристаллов в холодном кри-сталлизате равна
\2
m
ç.n.
= 0,092 •
10 100
™ = 2,79 •ю-4
33
Таким образом, полученные результаты могут служить в качестве исходных данных для расчета технологического оборудования при работе сахарных заводов разной производственной мощности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Громковский, А.И. Оптимальный режим уваривания утфеля I продукта [Текст] / А.И. Громковский, Ю.И. Последова, Н.Н. Бражников // Сахар. - № 8. - 2008. - С. 54-56.
2. Сборник докладов IV межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров». Часть 1 / под общ. ред. канд. юрид. наук, проф. Л. М. Лу-
