Дозирование затравочных материалов в современных технологиях кристаллизации сахарозы

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, m_{K 0}, кг находится по формуле;

Г d_K Y

K ,0

mK ,0 = mK ,1 • "Т²" • —,        ⁽¹⁾

( d K ,1 J ^N 1

где m_K1 - масса кристаллов сахарозы в готовом утфеле, кг; d_K0 - средний размер в за

через т ^^ , которая учитывает процентное содержание кристаллов в затравке о _ёб :

_ тк ,0 -100

m ^аОбааёё =               ^{.                       (2)}

^ ёб

После подстановки (2) в (1) получим

m ^аОбааёё

= m K ,1

Г d K ,0 1 100

Величину m K 1 для конкретного аппара

та можно определить по уравнению, исходя из технологических параметров уваривания утфеля

^mK ,1 = M а •

L

X,-X. .

—^{У iA} /100, 100 - х^

травке, мкм; d_K 1 - средний размер в готовом утфеле, мкм; N ) - количество кристаллов в затравке, шт.; N 1 - количество кристаллов в готовом утфеле, шт.

Принимаем, что, N ) = N 1 т.е. количество кристаллов не изменяется в процессе их наращивания.

Для расчета дозировки затравки по уравнению (1) представим величину m K ₀

где M _ai - вместимость аппарата, кг; L _ai - коэффициент, учитывающий заполнение аппарата утфелем, %; NA _y - содержание сухих веществ в готовом утфеле, %; x _y - чистота утфеля, %; x _{i б} - чистота межкристального раствора, %.

В итоге

т.-М- • ——-NA, ^аобааёё ai 1QQ У

^Х-^Х: а y i .б.

100 - X i.б.

( я А ^{3 d}K ,0

I d K ,1 ;

® ёб

/100 X

Размеры кристаллов в затравочных материалах d_{K 0} и d_K1 определяют с помощью

компьютерно-оптического метода [2].

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 ( т _Cx ) с изопропиловым спиртом ( т _ш ).

Поэтому в уравнении (4) необходимо учитывать, что:

т^ _е -100

оёб = --------, тш + т No где тСх и тш - массы соответственно спирта и сахарозы, требуемые для приготовления единицы объема затравочной суспензии, кг.

Массу изопропилового спирта тш рас- считывали по уравнению ш— = V— * о— , П1 П1 ^ш , где Vсп - объём изопропилового спирта, м3; рсп - плотность изопропилового спирта, кг/м3, при 20 °С рсп = 785,5.

Затравочную суспензию со средним размером кристаллов d _K ,o ~ 10 используют для заводки кристаллов в холодном кристаллизате.

Расчет дозировки затравочной суспензии для получения холодного кристаллизата осуществляют по уравнению

L

Х -Х. *

^{у 1Л} /100 X

100 - х_1Л

^т ^й. = ^M al •

^тт + ^тко

•------------------------------.

т _Со - 100

где M _а1 - принимают по паспортным данным аппарата холодного кристаллизата, L _ai , d_K1 -задают согласно технологическому регламенту завода, d кд ~ 10 мкм.

Параметры готового холодного кристаллизата (NA y , x _y ) и его межкристального раствора ( x _{1 6} ) определяют в заводской лаборатории.

Дозирование холодного кристаллиза-та. Содержание кристаллов о _кр._х._к. , %, в холодном кристаллизате равно:

О ^ = NA

^100-Х 1 .6. о . ё.

где СВх.к. - содержание сухих веществ в готовом холодном кристаллизате, %; Чх.к. - чистота холодного кристаллизата, %; Чм.р.х.к. - чистота межкристального раствора холодного кристаллизата, %.

Масса холодного кристаллизата для заводки кристаллов в маточном утфеле выражается уравнением т- -о.ё.

= M al

L

.у

Х; -Х. .. .

-^y ^о'^/ 100 X 100-х.   .

1 .6.1 .о.

f d v dK ,2

Л3

100-х. А_.

1 .6.о.ё. •-----------------------------------:-------------------------------------------------------------------:-------------------------

NA ~ f х ~ „ — х ,    , - 1 о 0

о . е .            о . е .            z . д . о . е .

где dK , - 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 утфеле d_K3 ~ 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) x x 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.

ВестникВГУИТ, № 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, нeсахаров: 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 ……..

Коэффициент пересыщения, достигаемый выпариванием, ед. …………………………..0,95

Коэффициент пересыщения, достигаемый охлаждением, ед. ……………………………1,05

Конечная температура охлаждения, °С…...

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 темп ературе 72 °С, предварительное охлаждение для создания пересыщения в растворе 1,05, заводку кристаллов (массой сахарозы с вносимыми кристаллами пренебрегаем) и основноe 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, нeсахаров: 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) ×

×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) × ×100/70,0 = 37,941 кг.

Затравочная суспензия. По уравнению (3) при юёб = 33 % масса затравочной суспензии для заводки кристаллов в холодном кри-сталлизате равна m= 0,092-f-°-) - -0° = 2,79-10-4

• ^{f .} ” .      ,       ( 100 ) 33      ,

Таким образом, полученные результаты могут служить в качестве исходных данных для расчета технологического оборудования при работе сахарных заводов разной производственной мощности.