Совершенствование технологии получения утфеля последней кристаллизации
На правах рукописи
ШУМОВЕЦКИЙ ГРИГОРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ УТФЕЛЯ ПОСЛЕДНЕЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Специальность 05.18.05 – Технология сахара и сахаристых продуктов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
МОСКВА – 2009
Работа выполнена на кафедре технологии сахаристых, субтропических и пищевкусовых продуктов в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств».
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент
Мойсеяк Марина Борисовна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Кочеткова Алла Алексеевна
доктор технических наук, профессор
Решетова Раиса Степановна
Ведущая организация: ГНУ Российский НИИ
сахарной промышленности
Защита диссертации состоится «24» декабря 2009 года
в 10 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. ВК 53.
Автореферат размещен на сайте www.mgupp.ru.
Приглашаем Вас принять участие в заседании Совета или прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах, подписанный и заверенный печатью, по указанному выше адресу на имя профессора М.С. Жигалова.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств».
Автореферат разослан «24» ноября 2009 г.
Ученый секретарь совета Д 212.148.01 проф. М.С. Жигалов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Кристаллизация сахара последнего продукта является одной из наиболее важных стадий технологической переработки сахарной свеклы, так как здесь происходят основные потери сахара с мелассой, достигающие 70% от всех потерь сахара в производстве. Значительный вклад в изучение процесса кристаллизации сахарозы, уваривания утфелей, математического моделирования процесса кристаллизации-охлаждением внесли видные отечественные и зарубежные ученые: И.Г. Бажал, И.Ф. Бугаенко, А.А. Герасименко, П.В. Головин, А.И. Громковский, И.С. Гулый, МИ. Даишев, Ю.М. Жвирблянский, И.Н, Каганов, Ю.Д. Кот, С.М. Петров, К.К. Полянский, В.Д. Попов, А.Р. Сапронов, П.М. Силин, Н.П. Силина, А.А. Славянский, В.И. Тужилкин, Г. Вавринец, К. Вагнеровски и многие другие.
Одной из наиболее важных характеристик сахара последней кристаллизации является его гранулометрический состав, который определяет количество межкристального оттека, оставшегося на кристаллах сахара после центрифугирования, и, тем самым, качество клеровки сахара последней кристаллизации, поступающей на уваривание первого продукта. Вторым, определяющим качество сахара последней кристаллизации, параметром является вязкость межкристального оттека, снижение которой значительно уменьшает количество пленки на кристаллах сахара.
Снижение вязкости межкристального раствора с помощью технологических средств в процессе кристалллизации-охлаждением позволяет улучшить данный процесс и уменьшить потери сахара с мелассой. Моделирование этого процесса с учетом эффекта снижения вязкости с использованием для этой цели поверхностно-активных веществ (ПАВ) позволит уточнить технологический регламент проведения кристаллизации-охлаждением утфеля последней кристаллизации.
Одним из способов улучшения гранулометрического состава сахара последней кристаллизации является применение качественных затравочных материалов и интенсификация получения утфеля последней кристаллизации и процесса его центрифугирования.
Гранулометрический состав и форма затравочных кристаллов являются значимыми характеристиками затравочной суспензии. Применение современных методов Атомно-силовой микроскопии (АСМ) позволяет на качественно новом уровне исследовать затравочные материалы.
Совершенствование процесса уваривания утфеля последней кристаллизации – одна из важнейших задач сахарного производства. Перспективным и высокоэффективным методом является использование для полной заводки кристаллов в сахарных утфелях затравочного утфеля (готовой кристаллической основы). Его применение позволяет интенсифицировать процесс уваривания, улучшить качественные показатели сахара последней кристаллизации, что обеспечивает улучшение технико-экономических показателей сахарного производства.
Различные способы получения затравочных утфелей предложены как отечественными, так и зарубежными учеными. Среди них можно отметить В. А. Карпенко, С.М. Петрова, А.Н. Савича, Н. Н. Сагана, В. О. Штангеева, и др. Основными зарубежными разработками являются Брауншвейгская схема («холодно-горячий» двухступенчатый метод).
Наиболее распространенным способом производства затравочного утфеля является изобарическая испарительная кристаллизация («горячий способ») в одну ступень. В этом направлении известны работы французской фирмы Фив-Кайль. Преимуществом предлагаемого фирмой способа является возможность влияния на размер и дисперсный состав затравочного утфеля, а также пригодность к автоматизации процесса получения на основании контроля электрофизических, физико-химических и других показателей кристаллизующихся сахарных растворов. Адаптация его к применению на заводах РФ является важной задачей современного этапа развития сахарной промышленности.
Распространенный метод получения затравочных утфелей - их уваривание на стандарт-сиропе высокой чистоты. Применение для уваривания затравочного утфеля для последней ступени кристаллизации продуктов низкой чистоты уменьшит потери сахара с мелассой. Трудности при уваривании продуктов низкой чистоты можно решить с помощью ПАВ, которые являются перспективным инструментом улучшения технологических процессов в продуктовом отделении сахарного завода. Разработка способа поэтапного ввода ПАВ при использовании затравочных утфелей для получения сахара последней кристаллизации необходима для улучшения предлагаемой технологии.
Таким образом, оценка качества затравочных материалов с помощью современных методов АСМ, разработка технологии получения затравочного утфеля и уточнение на его основе технологического регламента получения утфеля последней кристаллизации с применением ПАВ, а также применение метода моделирования кристаллизации-охлаждением с учетом эффекта снижения вязкости, с применением ПАВ, является актуальной задачей для сахарной промышленности.
Цель и задачи работы. Цель исследования заключалась в усовершенствовании технологии получения утфеля последней кристаллизации путем использования затравочного утфеля, улучшения технологических процессов ПАВ, на стадии получения затравочной суспензии, затравочного утфеля и утфеля III кристаллизации.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- изучить качественные характеристики затравочной суспензии с применением современных методов исследования, в частности АСМ, которая позволяет определить наличие микрочастиц менее 1 мкм, изучить их дисперсионный состав для объяснения механизма вторичного кристаллообразования;
- усовершенствовать технологию получения затравочного утфеля «горячим способом» для утфеля последней кристаллизации с использованием ПАВ;
- уточнить технологические параметры получения утфеля последней кристаллизации на затравочном утфеле с применением ПАВ;
- изучить влияние различных видов ПАВ на снижение вязкости утфеля последней кристаллизации и его межкристального раствора в зависимости от исходного состава несахаров перерабатываемых продуктов с использованием методов математического моделирования процесса кристаллизации-охлаждением;
- изучить влияние гранулометрического состава затравочной суспензии, содержащей ПАВ, на кристаллоструктуру затравочного утфеля, полученного с поэтапным ведением ПАВ и сахара последней кристаллизации;
- улучшить качественные показатели сахара последней кристаллизации путем снижения количества пленки на кристаллах сахара в процессе центрифугирования за счет применения ПАВ;
- уточнить коэффициент пересыщения в процессе уваривания затравочного утфеля и утфеля последней кристаллизации;
- разработать технологические регламенты уваривания затравочного утфеля и утфеля последней кристаллизации и провести производственные испытания разработанной технологии получения затравочного утфеля и уточненного режима уваривания утфеля последней кристаллизации на примере ОАО «Жабинковский сахарный завод».
Научная новизна работы заключается в следующем:
- впервые методом АСМ показано, что гранулометрический состав затравочной суспензии представлен достаточным количеством микрочастиц размером менее 1 мкм, определен дисперсионный состав затравочной суспензии и дано объяснение механизма процесса образования вторичных кристаллов связанного с наличием частиц размером, не превышающим 1 мкм. В результате уточнено количество вводимой в вакуум-аппарат затравочной суспензии;
- выявлена эффективность применения первого оттека утфеля первой кристаллизации и ПАВ для уваривания затравочного утфеля «горчим способом» на стадии получения утфеля последней кристаллизации;
- расчетным путем определены коэффициенты пересыщения в процессе уваривания затравочного утфеля и утфеля последней кристаллизации;
- с использованием метода математического моделирования установлено влияние различных видов ПАВ на процесс кристаллизации – охлаждением, показана эффективность снижения вязкости утфеля ПАВ и межкристального раствора в зависимости от исходного состава несахаров перерабатываемых продуктов;
- изучено влияние гранулометрического состава затравочной суспензии, содержащей ПАВ, на кристаллоструктуру затравочного утфеля полученного с поэтапным введением ПАВ и сахара последней кристаллизации;
- экспериментально подтверждено улучшение качественных характеристик сахара последней кристаллизации в результате снижения количества пленки межкристального раствора (мелассы) в процессе центрифугирования за счет уменьшения межфазного натяжения с помощью ПАВ.
Практическая значимость. По результатам экспериментальных исследований и производственных внедрений технологии затравочного утфеля для уваривания утфеля последней кристаллизации разработаны способ получения затравочного утфеля «горячим способом» и способ производства утфелей последней кристаллизации, выбраны наиболее эффективные ПАВ.
Уточнены технологические параметры и разработаны технологические регламенты получения затравочного утфеля и утфеля последней кристаллизации с применением ПАВ.
Практическая значимость и научная новизна работы подтверждены положительными решениями на выдачу двух патентов «Способ получения затравочного утфеля» (положительное решение №2009109363/13(012618) от 12 октября 2009 г.) и на «Способ производства утфелей» (положительное решение №2009109364/13(012619) от 12 октября 2009 г.).
На основе полученных технологических режимов получения затравочного утфеля и утфеля последней кристаллизации разработаны режимные карты для автоматизированного управления процессом уваривания.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования изложены и обсуждены автором на четырех российских и международных конференциях, в том числе: ежегодной международной научно-практической конференции «Пути повышения технико-экономической эффективности отечественного свеклосахарного производства» 2007, 2008, 2009 гг. и «Идентификация фальсифицированных пищевых продуктов. Контроль содержания и безопасности наночастиц в продукции сельского хозяйства и пищевых продуктах» 2009 г. – организованные МГУПП.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 6 в журналах рекомендованных ВАК и 2 положительных решения о выдаче патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 184 страницах, содержит 44 рисунка, 41 таблицу, библиографический список, включающий 177 источников, и 14 страниц приложений.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы научная новизна, практическая значимость полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассмотрены вопросы образования новой фазы, кристаллических зародышей, интенсификации кристаллообразования и роста кристаллов, влияния на скорость кристаллообразования неионогенных ПАВ. Проведен обзор современных методов исследования с использованием АСМ в пищевой промышленности. Проанализированы существующие способы получения затравочного утфеля, выявлены их недостатки и преимущества. Проведен анализ литературных данных о методах получения утфеля последней кристаллизации. Рассмотрено влияние неионогенных ПАВ на процесс уваривания, кристаллизации-охлаждением и центрифугирования утфеля последней кристаллизации. Описаны возможности применения методов математического моделирования для процесса кристаллизации-охлаждением. Особое внимание уделено вопросам улучшения качества сахара последней кристаллизации за счет улучшения гранулометрического состава и снижения вязкости межкристального раствора в процессе кристаллизации-охлаждением, улучшение процесса центрифугирования. На основе собранной информации сформулированы цель, основные задачи и направления исследования.
Во второй главе рассмотрены методы АСМ и возможности её применения.
Описываются экспериментальные исследования затравочной суспензии на атомно-силовом микроскопе «Интегра», входящем в состав оборудования эталонной нанолаборатории МГУПП.
При исследовании затравочного материала, полученного методом размола в шаровой мельнице, выявлено наличие большого количества микрочастиц менее 1мкм, которые при определенных условиях влияют на процесс зарождения вторичных кристаллов. Изучен их дисперсионный состав.
Отмечено, что затравочные материалы, содержащие ПАВ, не могут быть проанализированы данным методом.
Было выдвинуто предположение, что имеющиеся микрочастицы, размеры которых не превышают 1 мкм, могут участвовать в процессе кристаллообразования, выступая в роли центров кристаллизации, наряду с микрочастицами сахарозы, вносимыми в утфель в качестве затравки.
При проведении измерений с помощью методов АСМ был разработан и уточнен способ пробоподготовки исследуемых образцов. Так как чувствительность метода АСМ зависит от рельефа поверхности, имеющего перепады по высоте более 5 мкм, то это существенно влияет на выбор области сканирования, что потребовало провести специальное исследование по выбору области сканирования исследуемого образца. По результатам сканирования были подобраны и установлены оптимальные значения параметров сканирования.
В результате серии измерений на образце затравочной суспензии в разных точках поверхности были получены двухмерное и трехмерное изображения образца затравочной суспензии. На рисунках 1 и 2 представлена поверхность образца затравочной суспензии размером 80*70 мкм.
Достаточно большой разброс по линейным размерам частиц затравочной суспензии указал на возможность наличия микрочастиц менее 1мкм.
Применение кварцевого фильтра, задерживающего частицы с размерами более 1-2 мкм, позволило удалить из раствора частицы, размеры которых превышают 1 мкм. Результаты измерений образца за
травочной суспензии после отделения частиц более 1 мкм на поверхности размером 14*14 мкм представлены на рисунках 3 и 4, где на снимке двухмерного изображения правая шкала сопоставляет цвет высоте рельефа.
На рисунках 3 и 4 видно присутствие значительного количества микрочастиц, имеющих осколочную форму, характерную для затравочной суспензии, полученной методом размола.
Определенный интерес представляла количественная характеристика микрочастиц менее 1 мкм для определения времени, когда при достаточном пересыщении они достигнут размера критического зародыша.
Для этих целей было проведено исследование гранулометрического состава затравочной суспензии путем обработки полученных изображений в специальной программе, входящей в комплекс программного обеспечения АСМ «Интегра». На рисунке 5 представлен общий вид программы по определению гранулометрического состава.
Полученная гистограмма распределения микрочастиц затравочной суспензии по размерам (Рис. 6) позволяет сделать вывод о Гауссовском характере распределения (логарифмически нормальное распределение) частиц по размерам. Это подтверждается исследованиями, сделанными А.Н. Колмогоровым, о виде распределения дисперсных сред, полученных методом дробления. Что может являться подтверждением того, что анализируемые частицы получены путем размола и, таким образом, являются частицами затравочной суспензии.
Исследования показали, что метод АСМ может быть применен для оценки качества затравочных материалов в сахарной промышленности.
В процессе исследований разработан и апробирован метод пробоподготовки для анализа образцов затравочной суспензии, не содержащей ПАВ, позволяющий определять микрочастицы менее 1 мкм с помощью АСМ.
Показано, что при дозировании затравочной суспензии необходимо учитывать наличие микрочастиц менее 1мкм, которые при достижении лабильной зоны пересыщения межкристального раствора, в котором происходит рост введенных затравочных кристаллов, будут вызывать образование вторичных центров кристаллизации. Это может объяснить причину длительного процесса кристаллообразования при уваривании утфелей.
По результатам измерений был определен гранулометрический состав микрочастиц, размеры которых не превышают 1 мкм, и построена гистограмма их распределения по размерам.
Третья глава посвящена технологии получения затравочного утфеля с использованием ПАВ для последней ступени кристаллизации. Дана характеристика затравочного утфеля и способов его получения. Проанализированны три основных способа получения затравочного утфеля – «холодный», «холодно-горячий» и «горячий».
Рассмотрены вопросы интенсификации процесса кристаллизации с помощью ПАВ неионогенной природы.
На Жабинковском сахарном заводе была исследована возможность, в качестве исходного материала для уваривания затравочного утфеля для стадии последней кристаллизации, вместо стандарт-сиропа высокой чистоты, применять первый оттек утфеля первой кристаллизации с добавлением ПАВ для улучшения условий проведения процесса.
В результате производственных испытаний были уточнены следующие параметры: коэффициент пересыщения в момент заводки затравочной суспензии, количество затравочной суспензии для подачи в вакуум-аппарат и достижения заданного размера кристаллов, коэффициент пересыщения в процессе уваривания, рациональное содержание сухих веществ при выгрузке затравочного утфеля.
По результатам производственных испытаний был разработан способ получения затравочного утфеля «горячим методом» на первом оттеке первой кристаллизации с использованием неионогенных ПАВ, представленный на рисунке 7.
Результаты производственных испытаний данного способа приведены в таблице 1.
Результатом внедрения уваривания затравочного утфеля «горячим методом» на первом оттеке первой кристаллизации с применением неионогенных ПАВ стало улучшение качества сахара последней кристаллизации, снижение количества оттеков подаваемых на уваривание утфеля третьей кристаллизации, исключено вспенивание увариваемой массы, снижение коэффициента неоднородности.
По результатам производственных испытаний был разработан и введен новый технологический регламент получения затравочного утфеля с применением ПАВ на ОАО «Жабинковский сахарный завод». Проведен анализ результатов производственных испытаний.
Рисунок 7 – Схема получения затравочного утфеля для стадии последней кристаллизации
Таблица 1 - Сопоставление результатов получения затравочного утфеля для последней ступени кристаллизации на стандарт-сиропе и оттеке первой кристаллизации
| Параметры | Затравочный утфель | |
| На стандарт-сиропе | На оттеке первой кристаллизации | |
| Дозирование затравочной суспензии (Кр=30…32 %) в вакуум-аппарат затравочного утфеля, л | 3,7…4,0 | 4,2…4,3 |
| Температура уваривания затравочного утфеля, 0С | 74…76 | 74…76 |
| Чистота затравочного утфеля, % | 92…94 | 85…86 |
| Температура при выгрузке, 0С | 74…76 | 74…76 |
| Содержание сухих веществ в утфеле при выгрузке, % | 86…87 | 88…90 |
| Кристаллосодержание,% | 33…35 | 40…45 |
| Размер кристаллов, мкм | 200…220 | 150…170 |
| Уровень в вакуум-аппа-рате перед спуском, % | 65 | 65 |
| Количество сваренного утфеля, т | 32,5 | 32,5 |
| Время уваривания | 2 ч 40 мин | 3 ч 00 мин |
| Метод управления процессом уваривания в режимной карте | По СВ | По СВ |
В четвертой главе проанализированы различные способы интенсификации получения утфеля последней кристаллизации.
Произведена сравнительная оценка получения утфеля последней кристаллизации с затравочным утфелем, приготовленным «холодным» и «горячим» методом с использованием стандарт-сиропа.
Предложена эффективная технология получения утфеля последней кристаллизации на затравочном утфеле, приготовленном «горячим способом» на первом оттеке первой кристаллизации с применением ПАВ.
Применение данной технологии позволило для утфеля третьей кристаллизации: повысить эффект кристаллизации, увеличить содержание кристаллов, чистоту сахара третьей кристаллизации и средний размер кристаллов, снизить время уваривания, выход мелассы и содержание сахара в ней.
Проведенные производственные испытания предложенного способа получения утфеля последней кристаллизации на ОАО «Жабинковский сахарный завод» подтвердили эффективность разработанного способа и его практическую значимость.
При внедрении в производство технологии получения затравочного утфеля для утфеля третьей кристаллизации были уточнены такие параметры, как коэффициент пересыщения в момент ввода затравочного утфеля, его количество для подачи в вакуум-аппарат в качестве готовых центров кристаллизации и достижения заданного размера кристаллов, коэффициент пересыщения в процессе уваривания, рациональное содержание сухих веществ при выгрузке утфеля третьей кристаллизации.
Результаты внедрения технологии затравочного утфеля для уваривания утфелей второй и третьей кристаллизаций представлены на уточненной технологической схеме (рис. 8) и приведены в таблице 2.
Рисунок 8 – Уточненная технологическая схема продуктового отделения Жабинковского сахарного завода
Таблица 2 – Сравнительная таблица уваривания утфеля третьей кристаллизации на затравочной суспензии и на затравочном утфеле
| Параметры | Уваривание на затравочной суспензии | Уваривание на затравочном утфеле |
| Дозирование затравочного материала в вакуум –аппарат | 150…200 см3 | 1,9, м3 |
| Время уваривания в вакуум-аппарате, мин | 660 | 540 |
| Уровень утфеля в вакуум-аппарате, % | 95 | 95 |
| Размер кристаллов при спуске вакуум-аппарата, мм | 0,15…0,35 | 0,35…0,44 |
| Размер кристаллов перед фуговкой, мм | 0,2…0,4 | 0,4…0,5 |
| Показатели качества утфеля при спуске: - СВу, % - Чу, % - СВмо, % - Чмо, % | 91,0…92,0 69…72 87…89 63…64 | 90,5…91,0 70,0…72,0 87,0…88,0 58,0-60,0 |
| Температура уваривания, 0С | 68…76 | 68-76 |
| Эффект кристаллизации, % | 8…10 | 12-14 |
| Кристаллосодержание, % | 30…35 | 40-45 |
| Показатели качества сахара третьей кристаллизации: - Ч, % - СВ, % - Цв, усл. ед. | 98,6…99,0 97,5…98,0 10…14 | 99,0…99,5 98,3…98,6 10…12 |
| Метод управление процессом уваривания | по СВ | по СВ |
По результатам варок с использованием затравочного утфеля в качестве кристаллической основы при уваривании утфеля третьей кристаллизации получены следующие положительные результаты:
- снизилось время уваривания, в среднем, на 1 час;
- улучшилось качество сахара – стабилизировался гранулометрический состав, уменьшились содержание вторичных центров кристаллизации;
- увеличились кристаллосодержание сваренного утфеля и эффект кристаллизации;
- сократилось количество воды на пробелку сахара третьей кристаллизации, о чём свидетельствует увеличение содержания сухих веществ (СВ);
Разработанный технологический регламент получения утфеля третьего продукта на затравочном утфеле включен в технологический режим работы продуктового отделения.
В пятой главе Описано моделирование процесса кристаллизации охлаждением с учетом снижения вязкости межкристального раствора в процессе его охлаждения с применением ПАВ.
Целью исследования процесса кристаллизации-охлаждением утфеля последней кристаллизации был выбор наиболее эффективного ПАВ и его количества для снижения вязкости утфеля последней кристаллизации в зависимости от исходного состава несахаров перерабатываемых продуктов.
Для реализации поставленной задачи были использованы результаты лабораторных экспериментов по снижению вязкости сахарсодержащих растворов различными видами ПАВ (рис. 9).
Рисунок 9 - Влияние различных видов неионогенных ПАВ на вязкость мелассы
На основе лабораторных результатов для дальнейших исследований были выбраны ПАВ следующих марок: KEBOSOL, ПО-90, АМГД, имеющие наибольший эффект по снижению вязкости сахарсодержащих растворов.
Проведенное моделирование процесса кристаллизации-охлаждением, разработанной в МГУПП на кафедре «Технология сахаристых, субтропических и пищевкусовых продуктов» Тужилкиным В.И. математической модели «Кристаллизация охлаждением» написанной в программе VisSim, предназначенной для исследований технологических процессов продуктового отделения сахарного завода, представляет собой имитационную математическую модель динамики различных процессов.
В качестве исходных параметров были выбраны следующие показатели мелассы, соответствующие зоне Республики Беларусь: m= 0,33; b= 0,67; k= 0,7. При этом чистота мелассы равнялась 62,2 %, а сухие вещества, соответственно, 82,9%.
Процесс кристаллизации сахарозы охлаждением проходил при заданной скорости охлаждения и коэффициенте пересыщения K= 1,1; задаваемым для каждого момента времени температурой охлаждения утфеля; с максимальной скоростью кристаллизации.
Полученные результаты эксперимента, проведенного с помощью математической модели, показали эффективность различных марок ПАВ по снижению вязкости сахарных растворов в процессе кристаллизации сахарозы охлаждением и позволили выбрать марки ПАВ, которые имеют наибольший эффект и уточнить их количество. При этом KEBOSOL и ПО-90 позволяют получить утфель вязкостью ниже 200 Па*с, что необходимо для нормальной работы вертикального кристаллизатора, при этом вязкость межкристального раствора находится в интервале 5,8…6,3Па*с. Это позволит уменьшить количество подаваемой воды на раскачку утфеля перед центрифугированием и сократить потери сахара с мелассой.
Установлено, что эффект снижения вязкости может меняться при изменениях качества перерабатываемого сырья, поэтому для получения оптимального результата необходимо следить за изменением состава примесей, характеризующиеся коэффициентами m,b и k.
В шестой главе приведены качественные характеристики сахара последней кристаллизации и методы их улучшения.
Рассмотрены возможности снижения вязкости межкристального раствора перед стадией центрифугирования. Обосновано применение ПАВ для снижения вязкости сахарсодержащих растворов, позволяющего уменьшить потери сахарозы в процессе нагрева или раскачки утфеля перед центрифугированием.
Проанализировано влияние ПАВ неионогенного характера на снижение количества пленки на сахаре последней кристаллизации. Установлено, что применение ПАВ неионогенного характера позволяет уменьшить количество пленки на кристаллах сахара последней кристаллизации, тем самым улучшая качество клеровки, поступающей на уваривание утфеля первой кристаллизации.
Результаты исследований по снижению количества пленки на кристаллах сахарозы с помощью ПАВ неионогенного характера представлены в таблице 3.
Данные таблицы 3 показывают, что для улучшения качества получаемого сахара последней кристаллизации нужно увеличить время центрифугирования. Так, при центрифугировании исследуемых проб модельного утфеля, содержащего KEBOSOL и МГД марок ПО-90 и М-90, в течение 8 мин наблюдается уменьшение количества пленки на кристаллах сахара до 17 % по сравнению с контрольными. При увеличении времени центрифугирования можно достичь удаления пленки межкристального оттека до 35 % в сравнении с контрольным.
| № | Модельный утфель | Общее количество оттека на кристаллах сахара в процессе центрифугирования, % | |||||||||||||||
| Время центрифугирования, мин | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| 1 | Контрольный | 0 | 28,0 | 24,7 | 23,3 | 21,9 | 20,7 | 19,9 | 19,3 | 19,3 | 19,6 | 19,6 | |||||
| 2 | С добавлением KEBOSOL | 0 | 25,1 | 19,1 | 17,5 | 16,7 | 16,4 | 16,2 | 15,9 | 15,6 | 15,4 | 15,0 | 14,5 | 14,0 | 13,0 | 13,1 | 13,2 |
| 3 | С добавлением ПО-90 | 0 | 27,2 | 18,5 | 17,4 | 16,9 | 16,6 | 16,6 | 16,1 | 15,8 | 15,6 | 15,0 | 14,6 | 14,3 | 13,1 | 13,1 | 13,3 |
| 4 | С добавлением М-90 | 0 | 24,6 | 22,3 | 20,7 | 19,2 | 18,3 | 17,3 | 16,6 | 16,1 | 15,8 | 15,4 | 14,7 | 14,1 | 13,1 | 13,3 | 13,4 |
Таблица 3 - Влияние ПАВ неионогенного характера на общее количество пленки на кристаллах сахара от времени центрифугирования
Проведено исследование гранулометрического состава затравочной суспензии, содержащей ПАВ, и без него, получаемого на её основе затравочного утфеля на котором уваривался с поэтапным введением ПАВ утфель первой кристаллизации, а также анализ гранулометрического состава утфеля третьей кристаллизации при уваривании на затравочной суспензии или затравочном утфеле. Дополнительно были проанализированы пробы сахара-песка и сахара III кристаллизаций при их уваривании с применением ПАВ.
Определение гранулометрического состава затравочной суспензии проводили микроскопированием пробы кристаллов, распределенных на предметном стекле в глицерине, насыщенном сахарозой (Рис. 10). Пробы накрывали покровным стеклом и помещали на предметный столик гранулометра ГИУ-1, который предназначен для определения гранулометрического состава частиц размером от 1 мкм до 1,5 мм и их ситового анализа. Гранулометр ГИУ-1 снабжен программным обеспечением, которое позволяет определять: 1) распределения частиц по размерам по числу частиц в дифференциальном и интегральном представлении; 2) распределения по вытянутости в отображении по объему и числу частиц; 3) позволяет анализировать отдельные частицы и отображать их «паспорт» для настройки автоматической селекции частиц по всему или выборочному набору вычисляемых параметров; 4) выполнять ситовой анализ; 5) рассчитывать статистические параметры распределений.
Для достоверности получаемых результатов представительное минимальное число подсчитанных кристаллов принималось равным более трех тысяч штук, при анализе кристаллов затравочного утфеля и десяти тысяч штук, при анализе затравочной суспензии.
Результаты исследований представлены в таблице 4.
| Рисунок 10 - Дисперсионный анализ затравочной суспензии |
Таблица 4 - Сравнение статистических коэффициентов изучаемых образцов
| Параметр | Затравочная суспензия с ПАВ | Затравочный утфель | Затравочный утфель с ПАВ |
| Среднее значение, мм | 0,0054 | 0,1821 | 0,1632 |
| Среднеквадратичное отклонение | 0,0087 | 0,0711 | 0,0635 |
| Медиана распределения | 0,0135 | 0,17 | 0,18 |
| Коэффициент вариации | 0,5660 | 0,3905 | 0,3108 |
| Коэффициент асимметрии | 0,6181 | 0,5377 | 0,4885 |
| Коэффициент эксцесса | -0,3815 | 0,3605 | 0,3511 |
Как видно из таблицы 4, затравочный утфель, полученный с использованием ПАВ имеет лучший гранулометрический состав, по сравнению с другими двумя образцами. Проведенный ситовой анализ, представленный в таблицах 5, 6, 7, подтверждает данное замечание.
| Таблица 5 - Ситовой анализ затравочной суспензии | Таблица 6 - Ситовой анализ затравочного утфеля |
| Таблица 7 - Ситовой анализ затравочного утфеля с применением пищевого ПАВ | |
| Размер, мм | Объем, % |
| 0,3500 | 1,9 |
| 0,2000 | 22,3 |
| 0,1500 | 40,8 |
| 0,1000 | 24,7 |
| 0,0500 | 9,2 |
| 0,0100 | 1,1 |
По представленным данным можно сделать вывод о том, что применение технологии получения утфеля с использованием затравочного утфеля совместно с ПАВ позволяет улучшить качественные показатели сахара III кристаллизации и, в конечном итоге, готовой продукции – белого сахара-песка.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
- В процессе исследований разработан и апробирован метод пробоподготовки для анализа методом АСМ образцов затравочной суспензии, не содержащей ПАВ, позволяющий определять частицы размером менее 1 мкм в сахарсодержащем растворе.
- Показано, что при дозировании затравочной суспензии необходимо учитывать наличие микрочастиц, размеры которых не превышают 1 мкм, которые при достижении лабильной зоны пересыщения межкристального раствора, в котором происходит рост введенных затравочных кристаллов, вызовут образование вторичных центров кристаллизации. Это является косвенным доказательством причины длительного процесса кристаллообразования при уваривании утфелей.
3. По результатам производственных испытаний был предложен способ получения затравочного утфеля на первом оттеке первой кристаллизации с использованием неионогенных ПАВ. Результатом внедрения уваривания затравочного утфеля на первом оттеке первой кристаллизации с применением ПАВ стало улучшение качества сахара последней кристаллизации, снижение количества оттеков, подаваемых на уваривание утфеля третьей кристаллизации, исключено вспенивание увариваемой массы, снижение коэффициента неоднородности. По результатам производственных испытаний был введен новый технологический регламент получения затравочного утфеля с применением ПАВ на ОАО «Жабинковский сахарный завод».
4. Предложена эффективная технология получения утфеля последней кристаллизации на затравочном утфеле, приготовленном «горячим способом» с применением неионогенных ПАВ.
5. Применение данной технологии позволило для утфеля III кристаллизации: повысить эффект кристаллизации, увеличить содержание кристаллов и чистоту сахара третьей кристаллизации, средний размер кристаллов, снизить время уваривания, выход мелассы и содержание сахара в ней.
6. Разработаны технологические регламенты получения затравочного утфеля и утфеля последней кристаллизации с применением ПАВ.
7. Проведенные производственные испытания способа получения утфеля последней кристаллизации на затравочном утфеле с применением ПАВ на ОАО «Жабинковский сахарный завод» подтвердили эффективность практическую значимость данного способа. Эффект от внедрения составляет около 700 тысяч рублей в год.
Основные положения диссертации опубликованы
в следующих работах:
- Сидо О.Н., Зубик М.В., Петров С.М., Филатов С.Л., Шумовецкий Г.А. Современный подход к увариванию утфелей на основе маточного утфеля и стандарт-сиропов// Сахар. – 2007. - № 3. – С.9-14.
- Петров С.М., Филатов С.Л., Шумовецкий Г.А. Современный подход к увариванию утфелей на основе маточного утфеля и стандарт-сиропов/[Текст]/ Петров С.М., Филатов С.Л., Шумовецкий Г.А. // Сборник научных трудов VII ежегодной международной научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии сахарного производства». – М.: Издательский комплекс МГУПП. – 2007. – С.97-103.
- Сидо О.Н., Зубик М.В., Петров С.М., Филатов С.Л., Шумовецкий Г.А. Современный подход к увариванию утфелей на основе маточного утфеля и стандарт-сиропов // Цукор Украины. – 2007. - № 4. – С.20-25.
- Шумовецкий Г.А. Получение затравочного утфеля охлаждающей кристаллизацией: заводские испытания// Сахар. 2009. - №1. – С.12-18.
- Шумовецкий Г.А. Затравочный утфель: технологические аспекты применения // Сахар. 2009. - №3. – С.39-42.
- Шумовецкий Г.А., Мойсеяк М.Б. Применение технологии затравочного утфеля на сахарных заводах/[Текст]/ Шумовецкий Г.А., Мойсеяк М.Б. // Сборник научных трудов участников IХ ежегодной международной научно-практической конференции «Новое в технологии сахара, оборудовании и компьютеризации». – М.: Издательский комплекс МГУПП. – 2009. – С.156-159.
- Сидо О.Н., Зубик М.В., Шумовецкий Г.А., Мойсеяк М.Б. Совершенствование технологии получения утфеля первой кристаллизации на ОАО «Жабинковский сахарный завод» // Сахар. 2009. - №7. – С.58-61.
- Сидо О.Н., Зубик М.В., Шумовецкий Г.А., Мойсеяк М.Б. Производственные испытания системы затравочного утфеля для утфелей промежуточной и последней кристаллизаций на ОАО «Жабинковский Ахарный завод» // Сахар. 2009. - №8. – С.47-50.
- Черных В.Я., Шумовецкий Г.А., Мойсеяк М.Б., Балтенко Ю.А. Гранулометрический состав затравочных материалов и кристаллов сахаров продуктовых утфелей /[Текст]/ Черных В.Я., Шумовецкий Г.А., Мойсеяк М.Б.//Сборник докладов II межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров». – М.: Издательский комплекс МГУПП. – 2009. – С.83-87.
- Шумовецкий Г.А., Мойсеяк М.Б. Гранулометрический состав затравочных материалов и кристаллов сахаров продуктовых утфелей// Пищевая промышленность. 2009. - № 11. – С.39-42.
- Положительное решение №2009109363/13(012618) от 12 октября 2009г. на выдачу патента «Способ получения затравочного утфеля».
- Положительное решение №2009109364/13(012619) от 12 октября 2009г. на выдачу патента «Способ производства утфелей».
От автора
Выражаю искреннюю благодарность доктору технических наук, профессору Петрову Сергею Михайловичу за помощь в проведении производственных испытаний, за консультации и ценные замечания при подготовке работы.
Особую благодарность выражаю главному технологу ОАО «Жабинковский сахарный завод», Сидо Оксане Николаевне за неоценимую помощь и поддержку в проведении производственных испытаний.
