CC BY
3УДК 544.778.3
doi.org/10.24412/2413-5518-2024-1-48-56
Совершенствование технологии центрифугирования утфеля I кристаллизации в фильтрующих центрифугах периодического действия
A.А. СЛАВЯНСКИЙ, д-р техн. наук, профессор
B.А. ГРИБКОВА, канд. техн. наук, доцент
Н.В. НИКОЛАЕВА, канд. техн. наук, доцент (e-mail: nata_nik@inbox.ru) А.А. АВАКОВА, магистр
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (ПКУ)»
Введение
Получение белого сахара основано на использовании центробежного поля для выделения кристаллов из утфельной массы первой ступени кристаллизации сахарозы. От условий её проведения во многом зависит не только количество кристаллического белого сахара (выход твёрдой фазы), но и органолептические и физико-химические показатели его качества, количество образуемых оттёков (жидкая фаза), а также энергетические и экономические затраты в продуктовом отделении сахарного завода [1, 3].
Таким образом, центрифугирование представляет собой процесс разделения утфеля в центробежном силовом поле на кристаллы сахара, первый и второй оттёки. Его реализуют в автоматизированных центрифугах (машинах) периодического действия, оснащённых программным управлением. Применяемые в сахарной промышленности центрифуги являются машинами фильтрующего типа. Однако при всей их универсальности они не лишены некоторых недостатков. В первую
очередь это обусловлено особенностями рабочего цикла разделения утфеля. Так как основные его операции строго регламентированы по времени их проведения, в этом режиме утфель должен иметь постоянные физико-механические характеристики. Однако, учитывая непостоянство качества исходного сырья (сахарная свёкла) по причине длительных сроков его хранения, обеспечить оптимальные условия разделения утфеля достаточно сложно. Позитивная реализация этой проблемы требует выдерживания постоянного контроля процесса центрифугирования, особенно при разделении утфеля I кристаллизации [2—4]. Данная операция осуществляется по завершении уваривания утфеля в вакуум-аппарате перед высушиванием и последующим хранением белого сахара. Причём в зависимости от технологии её проведения наряду с качественными показателями белого сахара и их соответствием требованиям ГОСТ 33222-2015 находятся количество и качество отделяемых при этом первого и второго оттёков, а значит, и по-
следующие затраты на их перекристаллизацию в продуктовом отделении завода. Как видим, данная технологическая операция тесно увязана с энергетическими и экономическими затратами на её реализацию в продуктовом отделении завода [3, 4, 6].
Используемые для разделения утфеля центробежные машины оснащены вспомогательными механизмами, обеспечивающими основные операции цикла центрифугирования, реализация которых осуществляется поэтапным включением в автоматическом режиме через блок управления работой центрифуг [3, 6, 15].
Разделение утфеля, особенно I кристаллизации, в сахарной отрасли характеризуется некоторыми особенностями. В частности, к ним можно отнести различное воздействие на процесс центрифугирования и его качественное осуществление как объёмных, так и поверхностных сил. Более эффективно по сравнению с поверхностными освобождают по-ровое пространство слоя сахара от жидкой фазы объёмные силы. Эффективность воздействия по-
48 САХАР № 1 • 2024
верхностных сил затруднена произвольным расположением капилляров в слое осадка кристаллов сахара и возможным образованием в нём застойных зон межкристального раствора. Поэтому освобождение порового пространства этого слоя сахара от межкристального раствора происходит именно за счёт объёмных сил, к которым также относится центробежная сила.
Экспериментальный раздел
Проведёнными ранее в этом направлении исследованиями установлено, что кристаллы сахара утфеля I кристаллизации имеют достаточно большой размер (до 1 мм), тогда как величина вязкости его межкристального раствора выражается в десятых долях Па-с и не считается высокой. Это позволяет говорить о том, что формирующийся на ситовой поверхности ротора осадок сахара имеет сравнительно высокую пористость [5, 13]. Её можно уточнить через отношение общего объёма пор к объёму слоя осадка сахара. При этом в реальных условиях формирование слоя осадка сахара и отвод из него межкристального раствора протекают совместно.
Размерная неоднородность кристаллов сахара существенно влияет на общую пористость фильтрующего слоя осадка. Это обусловлено тем, что наличие в фильтрующем слое сахара отличающихся размерами кристаллов ухудшает общую пористость слоя осадка. Так, по Г.М. Знаменскому [3, 6] величина пористости этого слоя равняется 0,256 %, а по Б.Н. Терешину для утфеля I кристаллизации — 0,36 %. Количество жидкой фазы в слое осадка сахара выражают через величину его пористости, умноженную на плотность межкристального раствора.
Известно, что центробежная сила не в состоянии обеспечить полное удаление межкристального раствора из порового пространства слоя осадка сахара. Поэтому Б.Н. Терешин для её оценки предложил дополнительный показатель, названный им коэффициентом мелассоотдачи (т7). Данный коэффициент с учётом величины фактора разделения позволяет оценить степень освобождения пор осадка от межкристального раствора. По своему значению он меньше, чем пористость осадка сахара, и рассчитывается из зависимости m/ = V /V, где V — отде-
Ш о' ^ m ^
ляемый объём межкристального раствора, Уо — общий объём слоя осадка кристаллов сахара в центрифуге. Его величина для утфеля I кристаллизации равняется 33— 34 % [3, 15].
По мнению С.Ф. Жигалова [3], разделение утфеля в центрифуге протекает с уплотнением кристаллов сахара в слое их осадка за счёт воздействия на них отделяемого межкристального раствора. Характер изменения этого
>«•1 |11( • •-ггт
к.« •••• • • • . ¡¡•А'«»» • • • .
Рис. 1. Характер изменения давления в центрифугируемом утфеле
давления представлен на рис. 1 в виде прямой линии 1—17. Одновременно с уплотнением в слой кристаллов, расположенных по внутреннему радиусу Лв, начинает поступать воздух. Уровень межкристального раствора перемещается в направлении фильтрующего сита, имеющего радиус Ян. Там, где из пор осадка сахара отделился межкристальный раствор и в них стал поступать воздух, по представлениям С.Ф. Жигалова, начинается второй период. Таким образом, имеет место частичное отделение межкристального раствора из порового пространства кристаллов сахара. В положении 2—2/ изменение давления характеризуется линией 2—2 и т. д. Такое представление линий отделения межкристального раствора он объясняет сопротивлением поро-вых каналов (капилляров) проходу межкристального раствора, что также обусловлено ухудшением пористости осадка сахара в направлении его фильтрации. Это указывает на то, что давление в межкристальном растворе постепенно уменьшается и по завершении его отделения уплотнение слоя кристаллов тоже обычно заканчивается. Причём наибольшая сжатость в слое осадка кристаллов сахара наблюдается по его периферии. Этот процесс сопровождается разрушением структуры кристаллов (их граней) за счёт воздействия на них центробежных сил и уносом их обломков к периферии. По этой причине ухудшается пористость слоя осадка кристаллов, особенно там, где они наиболее напряжены. Наличие обломков кристаллов сопровождается их последующим растворением в межкристальном растворе, что может быть причиной увеличения его чистоты, после чего его уже классифицируют как первый оттёк утфеля I кристаллизации.
№ 1 • 2024 САХАР 49
ШЕШ
мчми. п-ргот. ги
отдельные сборники
Наименование операций центрифугирования Частота вращения ротора, мин-1 Продолжительность операции центрифугирования, сек
Загрузка утфеля в ротор центрифуги . 200(230) 15-20
У Разгон ротора с отделением межкристального раствора в виде первого оттёка 230- 500-1000 60-80
Центрифугирование: завершение отделения первого оттёка и промывание кристаллов с образованием второго оттёка 960(1000) 50-70
V Торможение ротора до 115 20
Выгрузка сахар^ на виброконвейер и далее в сушильное отделение 115 30
Рис. 2. Основные операции цикла центрифугирования утфеля Iкристаллизации в фильтрующей центрифуге марки ФПН-1251Т-01:1 — сегрегатор; 2 — кожух центрифуги; 3 — запорный конус; 4 — горизонтальные тяги; 5, 6, 7 — верхние и нижние тяги; 8 — перфорированный ротор; 9 — подъёмная труба; 10 — стопоры; 11 — пневмоцилиндры
Разделение утфеля состоит из пяти основных операций рабочего цикла центрифугирования (рис. 2) [3, 6, 15]. К его особенностям можно отнести то, что при реализации каждого последующего цикла угловая скорость вращения ротора в нём не выдерживается постоянной. Так, в машинах марки ФПН-1251Т-01 загрузку их ротора утфелем проводят при частоте его вращения 230 мин-1, выдерживая толщину слоя загружаемого ут-феля в роторе 165—230 мм [3, 6]. Затем, ориентируясь на команды регулятора управления центрифугой, ротор поочерёдно разгоняется с 230 до 500 мин-1 и далее до 1000 (960) мин-1.
По завершении разделения утфеля частота вращения ротора последовательно снижается от 1000-500-230 мин-1 до 115 мин-1
и далее до полной остановки. Таким способом торможение ротора протекает в обратном порядке его разгону, причём в его основе заложен принцип рекуперативного торможения. Кроме того, центрифуга данного типа оборудована саморазгружающим титановым ротором с кольцевым выгружателем сахара. Механизм последнего состоит из верхнего и нижнего перфорированных кольцевых ножей. Он работает при полной остановке ротора с использованием двух пневмоцилиндров (рис. 2, п. 11), которые поднимают его вверх, где он срезает сахар по всей окружности цилиндрической части ротора. Так как нижняя часть ротора выполнена конической, весь сахар осыпается вниз на вибротранспортёр (рис. 3, п. 5) и далее направляется в сушильное отделе-
ние. Однако незначительная его часть (толщиной 2-4 мм) остаётся на внутренней поверхности ротора. Поэтому её периодически удаляют, растворяя горячей водой и пропаривая ситовую поверхность ротора.
Процесс загрузки утфеля сопровождается одновременным частичным отделением первого оттёка. На эту операцию существенно влияет гранулометрический состав кристаллов сахара, вязкость отделяемого оттёка и фактор разделения центрифуги (7). Последний показатель может быть уточнён из уравнений
ю^Л Г=п2 Р Т д ' г 1790'
Так, в отношении центрифуги марки ФПН-1251Т-01 (диаметр
50 САХАР № 1 • 2024
ротора 1,25 м, частота вращения 960 мин-1) значение фактора разделения Fr для этих условий равняется 1,25 • 9 602/1790 = 643,5 [3, 6].
По мнению М.И. Даишева [16, 14], удаление с поверхности кристаллов сахара плёнки межкристального раствора в самом начале следует проводить концентрированным сахарным раствором, а не горячей водой. Он отмечал, что подобный сахарный раствор образуется за счёт растворения верхних слоёв кристаллов сахара, уже освобождённых от плёнки межкристального раствора. Подобная технология, по М.И. Даишеву, позволяет снизить количество растворяемого сахара.
Отделяемые первый и второй оттёки отбрасываются центробежной силой на внутреннюю поверхность кожуха, стекают вниз и удаляются из него сегрегатором (подвижная заслонка) в соответствующие сборники. Используемые в центрифугах периодического действия сегрегаторы представляют собой лоток, соединённый через штуцер с днищем центрифуги. Лоток сегрегатора имеет горизонтальную ось, вокруг которой он может поворачиваться на 90°. Из закожушного пространства центрифуги оттёки сначала поступают в жёлоб сегрегатора и далее в предназначенные для них сборники (см. рис. 3). Так, по завершении отделения первого оттёка именно в момент подачи промывного агента лоток поворачивается на 90° вокруг горизонтальной оси, в результате чего его штуцер соединяется с жёлобом и сборником второго оттёка и далее второй оттёк поступает в сам сборник.
Установление и регулирование требований к работе сегрегатора при разделении первого и второго оттёков осуществляется заводской лабораторией. Поэтому в современных центрифугах методы се-
грегации не позволяют полностью исключить частичное смешивание первого и второго оттёков [14]. Центрифугирование утфеля I кристаллизации с использованием сегрегатора позволяет отрегулировать чистоту первого оттёка выше, чем межкристального раствора, на 5-7 %. Однако при попадании первого оттёка во второй чистота его может быть на 2-4 % ниже, чем утфеля I кристаллизации.
Для уменьшения количества растворяемого белого сахара в процессе промывания и тем самым обеспечения его более высокого выхода данную операцию следует начинать именно в момент отделения основной массы межкристального раствора. Причём наиболее важной задачей является удаление плёнки несахаров с поверхности кристаллов промывным агентом при их минимальном растворении [1, 3, 6]. Известно, что эти условия достигаются, когда начало промывания и момент окончания отделения основной массы межкристального раствора (первого оттёка) совпадают.
Промывание кристаллов сахара условно подразделяют на две стадии: первую, при которой стремятся к возможно более полному вытеснению жидкой фазы (межкристального раствора) из пор между кристаллами, и вторую, когда пытаются удалить влагу из мест стыков граней кристаллов и их поверхности. При этом в первой стадии рекомендуется применять не воду, а близкий к состоянию насыщения и низкой цветности сахарсодержащий раствор, например второй оттёк или клеровку. Наличие поперечных пор или образовавшихся застойных зон в слое кристаллов сахара является причиной повышенного расхода горячей воды для их удаления в процессе промывания.
Как правило, в производственных условиях длительность основных операций цикла центрифугирования эпизодически корректируют по цветности выгружаемого из центрифуг белого сахара.
Цветность сахара, по представлениям Б.Н. Терешина, существенно зависит от способа реализации процесса центрифугирования, тогда как его влажность обусловлена условиями промывания: горячей водой или паром, а также требованиями к его выгрузке из центрифуг. При выгрузке кристаллов белого сахара из ротора центрифуги на вибротранспортёр его влажность может быть в диапазоне от 0,5 до 1,5 % [3, 6]. Влажность сахара определяется как суммарное её содержание на поверхности и внутри кристаллов. Поверхностная влажность в отличие от внутренней существенно влияет на сушку сахара и его последующее хранение. Известно, что цветность сахара за счёт регулирования основных операций цикла разделения утфеля может быть снижена не более чем на 0,3 усл. ед. [3]. Красящие вещества сахарного производства удаляются с поверхности кристаллов в основном путём их механического смыва, причём их количество непропорционально массе используемой с этой целью промывной воды.
Результаты
С целью повышения эффективности процесса разделения утфе-ля в продуктовом отделении в соответствии с предлагаемым способом были проведены соответствующие исследования [7]. Технологическая схема предлагаемого способа центрифугирования утфеля I кристаллизации приведена на рис. 3. При его разработке за основу (в качестве прототипа) был использован ранее запатентованный способ [7, 8]. В соот-
№ 1 • 2024 САХАР 51
ветствии с ним разделение утфеля проводили с использованием центрифуги марки ФПН-1251Т-01 (разовая загрузка её ротора 800 кг при частоте 230 мин-1 до толщины его слоя около 180 мм). К основным недостаткам этого способа, что стало причиной разработки на его основе предлагаемого, следует отнести отсутствие обоснованных требований по предварительной подготовке утфеля к центрифугированию, а также промыванию кристаллов сахара с использованием только горячей воды. Кроме того, данный способ не предусматривает применения химических реагентов для снижения цветности сахара и частичного удаления из него несахаров. Известно, что цветность белого сахара относится к важным физико-химическим показателям его качества и критериям его категорирования. Сахар является продуктом ежедневного потребления населением и отраслями в качестве сырьевого компонента. В соответствии с требованиями ГОСТ 33222-2015 его подразделяют на четыре категории. Белый сахар категории «Экстра» ограничен по цветности — не более 45 ед. опт. пл., категории ТС1 — не более 60 ед. опт. пл., ТС2 — не более 104 ед. опт. пл. и ТС3 — не более 195 ед. опт. пл.
Цветность сахарных растворов обусловлена веществами различной степени конденсации и полимеризации [1, 11]. Причём все красящие вещества в широком интервале рН продуктов сахарного производства обладают реверсивными индикаторными свойствами. Основное влияние на цветность оказывает кислород воздуха, соли железа, ферментная система, температура и ряд других факторов. На её формирование непосредственно воздействуют четыре основные группы красящих веществ. Из них наиболее из-
вестны продукты карамелизации и щелочно-термического разложения редуцирующих веществ, меланоидины и полифенольные комплексы. Образующимся при термическом разложении сахарозы красящим веществам свойственны индивидуальные особенности, поэтому их выделили в отдельную группу и назвали продуктами карамелизации сахарозы (карамели). Они формируются не только при температурах выше точки плавления сахаров, но и при более низких их значениях. Меланоидины относят к наиболее интенсивно окрашенным красящим веществам, обладающим повышенной склонностью к включению в структуру кристаллов сахара. Интенсивность цвета меланоидинов в пять-шесть раз выше, чем других красящих веществ. Существенную роль в их образовании играют аминокислоты, пептиды и белки. На интенсивность цветности и их химический состав оказывает влияние природа редуцирующих сахаров и аминокислот. В сахарном производстве существенное влияние на формирование меланоидинов оказывают глюкоза, фруктоза, глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Олигосахариды и пептиды тоже участвуют в данном процессе, что обусловлено содержанием в них свободных карбонильных и аминных групп. Причиной этого может быть то, что наибольшее влияние на цветность кристаллического белого сахара оказывают продукты щелочного распада редуцирующих сахаров, меланоидины и продукты караме-лизации сахарозы. Красящие соединения, получаемые в ходе кара-мелизации, отличаются от соединений, образуемых при реакции Майяра, за счёт отсутствия в них белка. Красящие вещества отрицательно влияют на центрифу-
гирование утфеля, способствуют увеличению расхода промывной воды в центритфугах и его потерь с отделяемыми при этом оттёками. О количестве образующихся красящих веществ приближённо можно судить по величине неучтённых потерь сахарозы. Это обусловлено тем, что значительная часть продуктов её распада участвует в образовании красящих веществ. Причём потери сахарозы за счёт её превращения в красящие вещества могут составлять от 0,035 до 0,146 % к массе сырья (сахарной свёклы).
В ходе проведения экспериментов по оценке эффективности предлагаемого нового способа в сравнении с известным анализировали по общепринятым методикам чистоту центрифугируемого утфеля I кристаллизации (Чутф, %), процентное содержание в нём сухих веществ (СВутф, %), выход кристаллов сахара из утфеля по завершении цикла центрифугирования (К, %), время цикла центрифугирования (Тц, мин) и гранулометрический состав кристаллов сахара. Оценку гранулометрического состава белого сахара проводят по среднему размеру его кристаллов (Ср, мм) и коэффициенту их неоднородности (Кн, %). Кроме этих исследований белый сахар, получаемый по известной и предлагаемой технологиям, сопоставляли на соответствие требованиям ГОСТ 33222-2015 по таким показателям, как цветность (Цсах, ед. опт. пл.), мутность (Мсах, физ. ед.), содержание редуцирующих веществ (РВ, %), золы и солей кальция, %.
Предварительные исследования показали эффективность применения перекиси водорода (пероксида водорода) для уменьшения состава несахаров и, в частности, цветности сахара
52 САХАР № 1 • 2024
Вода
Сборник воды
10^
Сироп
НА
м
Сборник
ЧЛр5* сиропа
Т= =!
Рис. 3. Технологическая схема предлагаемого способа центрифугирования утфеля Iкристаллизации: 1 — вакуум-аппарат; 2 — кристаллизатор, 3 — утфелераспре-делитель; 4 — ротор центрифуги; 5 — вибротранспортёр; 6 — сборник первого оттёка, 7 — сборник второго оттёка; 8 — сегрегатор; 9 — промывные форсунки; 10 — фильтр
[10—12]. Это вещество относят к неорганическим химическим соединениям водорода и кислорода (класс пероксидов). Оно является «экологически чистым» окислителем, может использоваться в большом интервале значений рН среды и температуры, хорошо растворяется в воде и хранится, так как его товарные растворы стабильны. Действие перекисных окислителей основано на образовании атомарного кислорода в соответствии с реакцией Н2О2 ^ ^ Н2О + О, который обеспечивает реакции окисления высокомолекулярных соединений и окрашенных соединений в сахарных растворах. Наличие реакционно-способного атомарного кислорода способствует окислению редуцирующих веществ, окрашенных комплексов фенолов с катионами железа, переходу меланоидинов в нерастворимые соединения, деза-минированию высокомолекулярных и веществ коллоидной дисперсии с окислением продуктов их деструкции до органических кислот. Отмечается, что процесс снижения цветности растворов при добавках перекиси обусловлен разрывом молекулярных цепочек до меньших размеров несахаров с уменьшением их массы.
Процесс обесцвечивания растворов сахарного тростника является функцией нескольких факторов, таких как качество сырья, эффективность его очистки, температура, величина рН сахарных растворов и др. Существует мнение, что при окислении красящих веществ пероксид водорода расщепляет ненасыщенные участки, а также дикетоновые группы в полифенолы, наиболее важные предшественники цветности, и постепенно удаляет их, преобразуя в легкоудаляемые кислоты.
Ранее проведённые с его использованием эксперименты
№ 1 • 2024 САХАР 53
Показатели качества утфеля Iкристаллизации и способы
его разделения
Показатели качества утфеля I кристаллизации Способы разделения утфеля
Известный Предлагаемый
Технологические показатели
Ч ф, % утф' 91,78 91,75
СВ ф, % утф 92,5 92,4
К, % к массе утфеля 48,6 50,3
Время цикла разделения утфеля, мин 3,10 2,85
Гранулометрический состав сахара: Ср, мм Кн, % 0,58 28,3 0,72 24,2
Физико-химические показатели качества белого сахара
Ц , ед. опт. пл. 103,7 95,7
мсах, фш. ед. 28,2 18,7
РВ, % 0,039 0,027
Содержание золы, % 0,033 0,021
Содержание солей кальция, % 0,028 0,014
подтвердили положительное воздействие перекиси на удаление из тростниковых сахарных растворов цветности (11—15 %) при его добавлении в промывную воду, как и положительное воздействие на сохранность сахара [10]. Перекись распадается на кислород и воду, поэтому она не оказывает отрицательного воздействия на организм человека [7, 6].
Помимо этого, при разработке нового способа были уточнены условия обеспечения минимальной вязкости центрифугируемых утфелей I кристаллизации, технология разделения и промывания кристаллов сахара [3, 7].
В соответствии с предлагаемой схемой реализации способа (см. рис. 3) готовый утфель I кристаллизации из вакуум-аппарата 1 спускают в кристаллизатор 2, где в него добавляют сироп. Предва-
рительно в отдельном сборнике в этот сироп вводят перекись водорода из расчёта 0,006 % к массе сахара при активном перемешивании. В кристаллизаторе 2 утфель раскачивают сиропом до содержания в нём сухих веществ от 91,7 до 92,7 %, что позволяет снизить в нём содержание красящих веществ и других несахаров. Вместе с тем это обеспечивает необходимую подвижность утфеля при его загрузке и последующем центрифугировании в роторе центрифуги. При запредельных значениях, т. е. когда в утфеле содержание сухих веществ менее 91,7 или более 92,7 %, условия его разделения значительно ухудшаются, отрицательно влияя на эффективность применения перекиси водорода для удаления красящих веществ и других несахаров. Затем температуру утфеля перед подачей в
ротор центрифуги выдерживают в диапазоне 68—72 °С. В данном диапазоне температур вязкость утфельной массы минимально воздействует на условия разделения в центробежном поле. Наряду с этим условия разделения утфеля улучшаются и снижается растворимость кристаллов белого сахара при их промывании, что тоже позволяет уменьшить количество образуемых оттёков утфеля I кристаллизации.
Ранее проведённые исследования показали на более высокую эффективность очистки кристаллов от несахаров, если их промывание реализуют именно в момент отделения первого оттёка в количестве 95—98 % от всей его массы. При работе в запредельном диапазоне, т. е. менее 95 или более 98 %, эффективность промывания несколько снижается. Так, в случае отделения оттёка массой менее 95 % возрастёт расход промывного агента, а при превышении 98 % возможен риск подсушки порового пространства осадка сахара, соответственно потребуется увеличить расход промывного агента. Таким образом, подобная ситуация приведёт к возрастанию расхода промывной воды, а значит, и к повышению растворения сахара с возможным ухудшением его качества. В соответствии с требованиями предлагаемого способа в отличие от известного кристаллы сахара вначале рекомендуется промывать сахарсодержащим раствором, в качестве которого следует использовать сахарный сироп с включением перекиси водорода в количестве 0,006 % к массе сахара (т. е. сироп, который также используют для раскачивания утфе-ля перед его центрифугированием). Концентрация промывного раствора на основе данного сиропа может быть от 60 до 75 % сухих
54 САХАР № 1 • 2024
веществ. При этом температуру сиропа выдерживают в диапазоне 70—80 °С, а его расход по массе ут-феля составляет 2,0—3,5 %. После промывания кристаллов сахара сиропом, содержащим перекись водорода, эту операцию реализуют повторно, но с использованием только горячей воды, которую предварительно доводят до температуры 90 °С. В среднем расход горячей воды на повторное промывание сахара составляет около 1 % к массе утфеля. При таком режиме промывания кристаллов сахара наблюдается интенсивное самоиспарение и конденсация воды в слое их осадка. Данный эффект достигается в том числе правильным подбором и регулированием работы промывных форсунок сахара для обеспечения более тонкого и равномерного распыла воды [1, 3]. В этих условиях более полно с поверхности кристаллов происходит удаление плёнки несахаров, как и их устранение из мест стыков между собой. По завершении промывания и перед выгрузкой из ротора центрифуги кристаллы сахара подсушивают в центробежном силовом поле до влажности 0,8 %, выгружают на вибротранспортёр 5 и подают в сушильное отделение. Образуемые в процессе разделения первый и второй оттёки сегрегато-ром 8 подают в соответствующие сборники 7 и 6 для последующего использования в продуктовом отделении завода. Выгружаемый из центрифуг белый сахар вибротранспортёром 5 направляется в сушильное отделение.
Выводы
Усреднённые результаты по известному и предлагаемому способам приведены в таблице.
Анализ результатов исследований показывает, что предлагаемый способ разделения утфеля
I кристаллизации в центрифугах по сравнению с известным позволяет улучшить как технологические, так и физико-химические показатели качества белого сахара. Из представленных выше экспериментальных данных видно, что при близких средних значениях по чистоте (91,78 и 91,75 %) и содержанию в утфеле сухих веществ (92,5 и 92,4 %) как в известном, так и в предлагаемом способе выход кристаллического белого сахара из центрифуги в среднем возрастает на 1,7 %. Кроме того, по всем гранулометрическим и физико-химическим показателям белого сахара достигнуты лучшие результаты по предлагаемому способу. Это подтверждает не только гранулометрический состав белого сахара, но и его физико-химические показатели качества, в том числе в сравнении с требованиями ГОСТ 33222-2015. В частности, цветность белого сахара по сравнению с известным способом в среднем снизилась на 7,7 %, а мутность — на 33 %.
Список литературы
1. Славянский, А.А. Промышленное производство сахара: учеб. пособие / А.А. Славянский. — М. : РУСАЙНС, 2021. - 396 с.
2. Славянский, А.А. Технологическое оборудование сахарных заводов: классификация, техническая характеристика, расчёты, компоновка: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности 260203 «технология сахаристых продуктов» (Научно-техническая библиотека сахарника) / А.А. Славянский. - М. : МГУПП, 2006 (июнь). - 120 с.
3. Славянский, А.А. Центрифугирование и его влияние на выход и качество сахара (монография) (Научно-техническая библиотека сахарника) / А.А. Славянский. -
М. : МГУПП, 2007 (август). -178 с.
4. Славянский, А.А. Улучшение условий работы продуктового отделения на Чишминском сахарном заводе / А.А. Славянский, А.Р. Сапронов, А.П. Лобанова [и др.] // Сахарная промышленность. - 1984. - № 10. - С. 22-25.
5. Каганов, И.Н. Гранулометрия сахара-песка / И.Н. Каганов, А.А. Славянский // Сахарная промышленность. - 1970. - № 12. -С. 6-10.
6. Mane, J.D. Mill scale evaluation of hydrogen peroxide as a processing and quality improvement in plantation white sugar / J.D. Mane, S.P. Phadnis, D.B. Jambhate [et al.] // International Sugar Journal. -2000. - Vol. 192. - P. 530-533.
7. Патент № 2 508 408 Российская Федерация, С1, МПК С13В 30/10 (2011.01). Способ разделения утфеля первой кристаллизации сахарного производства : № 2012150468/13 : заявл. 27.11.2012 : опубл. 27.02.2014. Бюл. № 6 / Славянский А.А., Сергеева Е.А. ; ГОУ ВО МГУТУ. - 5 с.
8. Патент № 2154107 Российская Федерация С1, 7 С 13 F 1/08. Способ разделения утфеля первой кристаллизации : № 99107893/13 : заявл. 15.04.1999; опубл. 10.08.2000 / Славянский А.А., Бер-жец А.И., Ворошило И.О., Ма-тюха С.В., Добровольсктий Н.Г. ; ГОУ ВО МТУПП. - 5 с.
9. Славянский, А.А. О кинетике потока жидкости в центробежном сепараторе / А.А. Славянский, Е.В. Семенов, Грибкова В.А., Николаева Н.В. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2020. -№ 4. - С. 166-176.
10. Mbanjwa, C.F. Evaluation of hydrogen peroxide at Huletts refinere: preliminary results / C.F. Mbanjwa, N. Deppa, K. Pillay // International sugar journal. - 2011. - Vol. 113. -№ 1349. - P. 343-347.
№ 1 • 2024 САХАР 55
11. Механизм воздействия окислителей на красящие вещества / И.В. Апасов, В.Е. Апасов, В.В. Агеев [и др.] // Матер. между-нар. научно-практич. конф. «Разработка новых и совершенствование существующих технологий, оборудования и методов контроля сахарного производства» (17—18 декабря 2004 г.): — Воронеж : ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова, 2005. - С. 22-24.
12. Мухортова, Л.И. Химия и технология пероксида водорода:
учеб. пособие / Л.И. Мухортова, Ю.Т. Ефимов, И.В. Глушаков [и др.] — Чебоксары : Изд-во Чуваш. ун-та, 2020. — 104 с.
13. Даишев, М.И. Кондиционирование воздуха в барабане центрифуг /М.И. Даишев // Сахарная промышленность. — 1993. — № 1. - С. 6-7.
14. Семенов, Е.В. Комбинированное промывание кристаллов сахара-песка в центрифугах: обоснование эффективности / Е.В. Семенов, А.А. Славянский,
А.А. Алексеев // Сахар. — 2006. — № 4. — С. 50—53.
15. Славянский, А.А. Совершенствование технологии очистки сахаросодержащих растворов, кристаллизации и центрифугирования с целью повышения выхода и качества сахара-песка : специальность 05.18.05 «Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур» : дис. ... д-ра техн. наук / Славянский Анатолий Анатольевич. — М. : МГУПП, 1992.
Аннотация. В сахарной отрасли разделение утфелей в фильтрующих центрифугах считается достаточно сложным процессом, который характеризуется некоторыми особенностями его реализации. От условий его проведения во многом зависит не только выход, но также органолептические и физико-химические показатели качества. Эта технологическая операция осуществляется в специальном оборудовании - центрифугах и включает в себя несколько отличающихся по назначению этапов. Особое значение в них отводится промыванию кристаллов сахара, что позволяет улучшить степень их очистки. Необходимость этапа промывания кристаллов сахара обусловлена наличием на их поверхности плёнки межкристального раствора. В её состав входит целый ряд несахаров, включая красящие вещества, которые отрицательно влияют не только на качество, но и на выход белого сахара.
Известно, что красящие вещества, в зависимости от их сродства с сахарозой, могут содержаться не только в плёнке, но и в молекулярной структуре кристаллов сахара в виде окклюзий и инклюзий. Поэтому они практически не могут быть полностью удаляемы из них в процессе промывания. Наиболее эффективно красящие вещества удаляются только с поверхности кристаллов сахара путём их механического смыва промывными агентами (сахарсодержащий раствор, вода, пар). Поставленная в данной работе задача обусловлена проблемой дальнейшего совершенствования технологии центрифугирования утфеля I кристаллизации путём более полного удаления из его кристаллов красящих веществ и других несахаров. С этой целью в представленном способе предусмотрено использование перекиси водорода и комбинированное промывание кристаллов с раздельной подачей сахарсодержащего раствора и горячей воды. Такой подход к решению поставленной задачи, как показали результаты исследований, не только улучшает органолептические и физико-химические показатели белого сахара при минимальном расходе промывной воды, но и позволяет несколько сократить длительность цикла разделения утфеля первой ступени центрифугирования.
Ключевые слова: утфель первой кристаллизации, межкристальный раствор, белый сахар, красящие вещества, перекись водорода, центрифуги (машины), разделение утфеля, комбинированное промывание кристаллов, поровое пространство. Summary. In the sugar industry, the separation of wafers in filter centrifuges is considered a rather complex process, which is characterized by some features of its implementation. Not only the yield, but also the organoleptic and physico-chemical quality indicators largely depend on the conditions of its implementation. This technological operation is carried out in special equipment -centrifuges and includes several stages that differ in purpose. Moreover, special importance is given to washing sugar crystals, which allows to improve their degree of purification. The need for the washing stage of sugar crystals is due to the presence of an intercrystal solution film on their surface. It contains a number of non-sugars, including coloring agents, which negatively affect not only the quality, but also the yield of white sugar.
It is also known that coloring substances, depending on their affinity with sucrose, can be contained not only in the film, but also in the molecular structure of sugar crystals in the form of occlusions and inclusions. Therefore, they practically cannot be completely removed from them during the washing process. Coloring substances are most effectively removed only from the surface of sugar crystals by mechanical flushing with washing agents (sugar-containing solution, water, steam).
The task set in this work is due to the problem of further improving the technology of centrifugation of wafer I crystallization by more completely removing coloring substances and other non-sugars from its crystals. For this purpose, the presented method provides for the use of hydrogen peroxide and combined washing of crystals with separate supply of a sugar-containing solution and hot water. This approach to solving the task, as the research results have shown, not only improves the organoleptic and physico-chemical parameters of white sugar with minimal consumption of washing water, but also allows to slightly reduce the duration of the separation cycle of the wafer of the first stage of centrifugation.
Keywords: wafer of the first crystallization, intercrystal solution, white sugar, coloring agents, hydrogen peroxide, centrifuges (machines), wafer separation, combined washing of crystals, pore space.
