RU2167941C1

RU2167941C1 - Method for producing sugar from molasses

Info

Publication number: RU2167941C1
Application number: RU2000101361A
Authority: RU
Inventors: С.М. Петров; Н.М. Подгорнова
Original assignee: Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: sugar industry. SUBSTANCE: method involves cooling molasses to supersaturated state and directing molasses flow in vertical cylindrical crystallizer through suspended layer of fine-grain filler placed into cylindrical chamber and having temperature below temperature of molasses for crystallization of sugar on surface of filler grains in the form of crystalline enclosures. Cylindrical chamber has diameter approximating that of crystallizer and is equipped with end grids having cells of size smaller than that of filler. Method further involves transmitting low-frequency vibrational motion to chamber containing filler in vertical plane for providing porosity of 0.8 of suspended filler; separating filler from molasses upon termination of crystallization process; solving crystalline enclosures of filler particles with solvent in crystallizer by providing vibratory motion chamber containing filler. EFFECT: intensified crystallization process and increased yield of product. 1 ex

Description

Изобретение относится к сахарной промышленности. The invention relates to the sugar industry.

Известен способ получения сахара путем его кристаллизации из вязкого сахарсодержащего раствора, предусматривающий выделение сахара в виде кристаллической оболочки на охлаждаемой ребристой поверхности барабанов вальцевых кристаллизаторов [Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. - М.: Химия, 1968, С. 188-191]. A known method of producing sugar by crystallization from a viscous sugar-containing solution, providing for the allocation of sugar in the form of a crystalline shell on a cooled ribbed surface of the drums of roller molds [Matusevich L.N. Crystallization from solutions in the chemical industry. - M .: Chemistry, 1968, S. 188-191].

Недостатком известного способа являются невысокая эффективность процесса, обусловленная малой величиной межфазной поверхности. The disadvantage of this method is the low efficiency of the process, due to the small size of the interface.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ получения сахара из мелассы, предусматривающий охлаждение ее до пересыщенного состояния, пропускание потока охлажденной пересыщенной мелассы в вертикальном цилиндрическом кристаллизаторе через взвешенный слой мелкозернистой насадки с температурой ниже температуры мелассы для кристаллизации сахара на поверхности зерен насадки в виде кристаллических оболочек, отделение насадки от мелассы по окончании кристаллизации и растворение кристаллических оболочек растворителем [Харин В. М. Кристаллизация на взвешенной насадке // Теоретические основы химической технологии. - 1978. - Т. XII, N 4. - С. 510-515 (прототип)]. The closest technical solution to the proposed one is a method for producing sugar from molasses, which involves cooling it to a supersaturated state, passing a stream of cooled supersaturated molasses in a vertical cylindrical mold through a suspended layer of a fine-grained nozzle with a temperature below the molasses temperature to crystallize sugar on the surface of the grains of the nozzle in the form of crystalline shells, separation of the nozzle from molasses at the end of crystallization and dissolution of the crystalline shells of the solvent m [Harin VM Crystallization on a weighted nozzle // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. - 1978. - T. XII, N 4. - S. 510-515 (prototype)].

Недостатками известного способа являются длительность процесса, вызванная низкой относительной скоростью движения фаз "насадка-меласса"; необходимость применения насадки из плотных материалов для интенсификации процесса, что требует повышенных энергозатрат на поддержание насадки во взвешенном состоянии, и недостаточно высокий выход продукта. The disadvantages of this method are the duration of the process, caused by the low relative speed of the phases "nozzle-molasses"; the need to use nozzles made of dense materials to intensify the process, which requires increased energy consumption to maintain the nozzle in suspension, and the product yield is not high enough.

Технический результат изобретения заключается в увеличении выхода продукта и ускорении процесса кристаллизации. The technical result of the invention is to increase the yield of the product and accelerate the crystallization process.

Технический результат достигается тем, что в способе получения сахара из мелассы, предусматривающем охлаждение ее до пересыщенного состояния, пропускание потока охлажденной пересыщенной мелассы в вертикальном цилиндрическом кристаллизаторе через взвешенный слой мелкозернистой насадки с температурой ниже температуры мелассы для кристаллизации сахара на поверхности зерен насадки в виде кристаллических оболочек, отделение насадки от мелассы по окончании кристаллизации и растворение кристаллических оболочек растворителем, насадку помещают в расположенную в кристаллизаторе цилиндрическую камеру с диаметром, близким к диаметру кристаллизатора, снабженную торцевыми решетками, размер ячеек которых меньше размера насадки. Приводят камеру с насадкой в низкочастотное вибрационное движение по вертикали с созданием порозности взвешенной насадки, равной 0,8. Растворение кристаллических оболочек после окончания кристаллизации осуществляют в кристаллизаторе при вибрационном движении камеры с насадкой. The technical result is achieved in that in a method for producing sugar from molasses, which involves cooling it to a supersaturated state, passing a stream of cooled supersaturated molasses in a vertical cylindrical mold through a suspended layer of a fine-grained nozzle with a temperature below the molasses temperature to crystallize sugar on the surface of the grains of the nozzle in the form of crystalline shells , separating the nozzle from molasses at the end of crystallization and dissolving the crystalline shells with a solvent, nozzle omeschayut disposed in a cylindrical chamber in the mold with a diameter close to the diameter of the mold, provided with end bars, mesh size smaller than the nozzle size. The chamber with the nozzle is brought into the low-frequency vibratory movement vertically with the creation of porosity of the weighted nozzle equal to 0.8. The dissolution of crystalline shells after crystallization is carried out in the mold with the vibrational movement of the chamber with the nozzle.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

В расположенную внутри вертикального цилиндрического кристаллизатора цилиндрическую камеру, имеющую диаметр, близкий к диаметру кристаллизатора, и снабженную торцевыми решетками, помещают мелкозернистую насадку в виде керамических шариков или в виде полых металлических шариков из стали, латуни, меди, охлажденную до температуры, пониженной относительно начальной температуры пересыщенной мелассы на 8-12^oC. Размер ячеек решетки выбирают меньше размера насадки во избежание ее высыпания из камеры.A fine-grained nozzle in the form of ceramic balls or in the form of hollow metal balls of steel, brass, copper, cooled to a temperature lower than the initial temperature, is placed in a cylindrical chamber located inside a vertical cylindrical mold having a diameter close to the mold diameter and equipped with end gratings. supersaturated molasses at 8-12 ^o C. the Cell size of the lattice is chosen smaller than the size of the nozzle in order to avoid its precipitation from the chamber.

В кристаллизатор снизу подают непрерывным потоком охлажденную выносным теплообменником пересыщенную до метастабильного состояния мелассу и приводят потоком мелассы охлажденную насадку во взвешенное состояние, обеспечивая в начале кристаллизации порозность взвешенной насадки, равную 0,8. Затем включают вибропривод и приводят камеру с насадкой в низкочастотное вибрационное движение по вертикали. При достаточно низкой начальной температуре насадки в момент контактирования с мелассой, имеющей более высокую температуру, в результате местного переохлаждения мелассы резко возрастает пересыщение и на поверхности насадки образуется тонкий слой кристаллизирующего сахара (так называемая подложка, способная к дальнейшему росту). Истощенную мелассу, удаленную из кристаллизатора рециркулируют обратно в него. Выносным теплообменником циркулирующую мелассу охлаждают с определенной скоростью и вновь создают в ней пересыщение, соответствующее метастабильной зоне, что позволяет продолжать кристаллизацию сахарозы из мелассы. По истечении определенного времени обтекания насадки пересыщенной мелассой происходит утолщение кристаллической мелкозернистой насадки и уменьшение ее порозности. Molasses, supersaturated to a metastable state, cooled by an external heat exchanger, are fed into the crystallizer from below, and molasses are supersaturated to a metastable state and the cooled nozzle is brought to a suspended state, providing a porosity of the suspended nozzle equal to 0.8 at the beginning of crystallization. Then the vibrodrive is turned on and the camera with the nozzle is brought into the low-frequency vibratory movement vertically. At a sufficiently low initial temperature of the nozzle at the moment of contact with molasses having a higher temperature, as a result of local overcooling of molasses, supersaturation sharply increases and a thin layer of crystallizing sugar forms on the surface of the nozzle (the so-called substrate capable of further growth). The depleted molasses removed from the crystallizer is recycled back to it. Using a portable heat exchanger, the circulating molasses is cooled at a certain speed and the supersaturation corresponding to the metastable zone is re-created in it, which allows continued crystallization of sucrose from molasses. After a certain time has passed over the nozzle overflowing with supersaturated molasses, the crystalline fine-grained nozzle thickens and its porosity decreases.

После достижения заданной конечной температуры кристаллизации и порозности взвешенной насадки 0,7 прекращают циркуляцию пересыщенной мелассы через цилиндрическую камеру с насадкой, отключают вибропривод и отделяют декантацией насадку с кристаллической оболочкой от оставшейся в кристаллизаторе мелассы. After reaching the specified final crystallization temperature and porosity of the suspended nozzle 0.7, the supersaturated molasses is circulated through the cylindrical chamber with the nozzle, the vibro drive is turned off, and the nozzle with the crystalline shell is separated by decantation from the molasses remaining in the mold.

Затем кристаллизатор заполняют фильтрованным соком II сатурации с температурой около 85^oC до полного погружения в него насадки и растворяют кристаллическую оболочку насадки при работающем виброприводе и обогреве рубашкой. Полученный сахарсодержащий раствор удаляют из кристаллизатора для смешивания с клеровкой или на выпаривание, а регенерированную охлажденную насадку используют в следующем цикле кристаллизации.Then the mold is filled with filtered juice of II saturation with a temperature of about 85 ^o C until the nozzle is completely immersed in it and the crystalline shell of the nozzle is dissolved with the vibrodrive running and heated by the jacket. The resulting sugar-containing solution is removed from the crystallizer for mixing with clearing or for evaporation, and the regenerated cooled nozzle is used in the next crystallization cycle.

Пример. В цилиндрическую камеру помещают термостатированную с температурой 30^oC мелкозернистую насадку в виде керамических шариков диаметром 0,01 м, имеющих скорость свободного осаждения единичной частицы в неподвижной мелассе 0,0065 м/с. С учетом расширения взвешенного слоя в кристаллизатор подают снизу непрерывным потоком пересыщенную мелассу со скоростью 0,016 м/с в расчете на полное сечение камеры. Массовая доля сухих веществ в мелассе составляет СВ= 86,1% (содержание сухих веществ получено методом разбавления 26 г мелассы в 100 см³ воды), ее чистота равна 56,4%, начальная температура кристаллизации составляет 40^oC, что соответствует коэффициенту пересыщения 1,1. Потоком циркулирующей мелассы насадку переводят во взвешенное состояние, обеспечивая порозность 0,8. Затем включают вибропривод и приводят камеру и находящуюся в ней насадку в низкочастотное вибрационное движение в вертикальном направлении с амплитудой 0,02 м и частотой 1 Гц, то есть со средней колебательной скоростью 0,08 м/с. При начальной температуре насадки 30^oC в момент контактирования с мелассой, имеющей температуру 40^oC, на ее поверхности сразу образуется тонкий слой кристаллизующегося сахара - подложка, способная к дальнейшему росту.Example. The cylindrical chamber is placed a thermostated temperature of 30 ^o C to form a fine nozzle of ceramic beads with a diameter of 0.01 m having a deposition rate of free particles in the fixed unit molasses 0.0065 m / s. Taking into account the expansion of the suspended layer, a supersaturated molasses is fed into the crystallizer from below from a continuous stream at a speed of 0.016 m / s, based on the total cross-section of the chamber. The mass fraction of solids in molasses is CB = 86.1% (the solids content was obtained by diluting 26 g of molasses in 100 cm ^{3 of} water), its purity is 56.4%, the initial crystallization temperature is 40 ^o C, which corresponds to a supersaturation coefficient 1.1. The flow of circulating molasses nozzle is transferred into a suspended state, providing a porosity of 0.8. Then the vibrodrive is turned on and the camera and the nozzle located in it are brought into low-frequency vibrational motion in the vertical direction with an amplitude of 0.02 m and a frequency of 1 Hz, that is, with an average vibrational velocity of 0.08 m / s. At an initial nozzle temperature of 30 ^° C at the moment of contact with molasses having a temperature of 40 ^° C, a thin layer of crystallizing sugar immediately forms on its surface - a substrate capable of further growth.

Циркулирующую через взвешенную насадку по замкнутому контуру мелассу постоянно охлаждают в выносном теплообменнике кристаллизатора, поддерживая тем самым избыточное пересыщение мелассы в метастабильной зоне. По истечении определенного времени обтекания насадки пересыщенной мелассой происходит утолщение кристаллической оболочки сахара на развитой межфазной поверхности вибрирующей мелкозернистой насадки и уменьшение ее порозности. При достижении конечной температуры охлаждении 28^oC и порозности взвешенной насадки 0,7 процесс кристаллизации останавливают. При этом параметры мелассы соответствуют СВ=83,2%, Ч=53,8%, что равнозначно дополнительному выкристаллизовыванию сахара в количестве 4,8% к массе исходной мелассы. По сравнению с известным способом сокращение времени кристаллизации в результате многократной интенсификации процесса массоотдачи на вибрирующей насадке, оцениваемой по критерию Шервуда, составляет 1,5-1,7 раза.The molasses circulating through the suspended nozzle in a closed loop is constantly cooled in the external heat exchanger of the crystallizer, thereby supporting the excessive supersaturation of the molasses in the metastable zone. After a certain time has elapsed over the supersaturated molasses flowing around the nozzle, the crystalline shell of sugar thickens on the developed interphase surface of the vibrating fine-grained nozzle and its porosity decreases. When reaching the final cooling temperature of 28 ^o C and the porosity of the suspended nozzle 0.7 crystallization process is stopped. The molasses parameters correspond to CB = 83.2%, H = 53.8%, which is equivalent to additional crystallization of sugar in an amount of 4.8% by weight of the original molasses. Compared with the known method, the reduction of crystallization time as a result of the multiple intensification of the mass transfer process on a vibrating nozzle, estimated by the Sherwood criterion, is 1.5-1.7 times.

В результате применения способа удается значительно снизить потери сахара, выкристаллизовывающегося при длительном хранении мелассы, составляющие 75% от суммарных потерь сахара в производстве по традиционной технологии кристаллизации утфелей последнего продукта. As a result of the application of the method, it is possible to significantly reduce the loss of sugar crystallizing during prolonged storage of molasses, comprising 75% of the total sugar loss in production using the traditional technology of crystallizing massecuite of the last product.

После достижения заданной конечной температуры кристаллизации прекращают циркуляцию пересыщенной мелассы через кристаллизатор, отключают вибропривод и декантацией отделяют насадку с кристаллической оболочкой от оставшейся в кристаллизаторе мелассы. After reaching the specified final crystallization temperature, the supersaturated molasses is circulated through the mold, the vibrodrive is turned off, and the nozzle with the crystalline shell is separated from the molasses remaining in the mold by decantation.

Затем, для повышения концентрации сахарозы в растворе, кристаллические оболочки растворяют не в проточном растворителе, а в малом его объеме. Для этого кристаллизатор заполняют фильтрованным соком II сатурации с температурой 85^oC в таком количестве, чтобы обеспечить полное погружение в нее насадки, и растворяют кристаллическую оболочку насадки при работающем виброприводе и обогреве сока II сатурации через рубашку, полученный сахарсодержащий раствор удаляют из кристаллизатора для смешивания с клеровкой или на выпаривание, а регенерированную охлажденную насадку используют в следующем цикле кристаллизации.Then, to increase the concentration of sucrose in the solution, the crystalline shells are not dissolved in a flowing solvent, but in a small volume. To do this, the mold is filled with filtered saturation II juice with a temperature of 85 ^o C in such an amount as to ensure complete immersion of the nozzle in it, and the nozzle’s crystalline shell is dissolved when the vibrating drive is in operation and the saturation II juice is heated through a shirt, the resulting sugar-containing solution is removed from the mold for mixing with trickling or evaporation, and the regenerated chilled nozzle is used in the next crystallization cycle.

Поскольку взвешенная насадка совершает вибрационное движение в вертикальном направлении, это позволяет многократно увеличить относительно скорость движения фаз "насадка - меласса" и тем самым существенно интенсифицировать процесс кристаллизации. Порозность взвешенной насадки по мере наращивания кристаллической оболочки снижается от 0,8 до 0,7, а скорость кристаллизации, как установлено экспериментально, при данных значениях порозности достигает наивысших величин. Кроме того, при вибрационном перемешивании снижается вязкость дисперсной системы, что позволяет провести циркуляцию и охлаждение раствора до более низких температур. В результате увеличивается выход продукта и сокращается время кристаллизации. Since the suspended nozzle makes a vibratory movement in the vertical direction, this makes it possible to significantly increase relative to the velocity of the phases of the "nozzle - molasses" movement and thereby substantially intensify the crystallization process. The porosity of the weighed nozzle with the growth of the crystalline shell decreases from 0.8 to 0.7, and the crystallization rate, as established experimentally, at these porosity values reaches the highest values. In addition, with vibrational mixing, the viscosity of the disperse system decreases, which allows circulation and cooling of the solution to lower temperatures. As a result, the yield of the product increases and the crystallization time is reduced.

Использование предложенного способа получения сахара из мелассы по сравнению с известным способом позволяет:
интенсифицировать процесс кристаллизации за счет дополнительного увеличения относительно скорости движения фаз "насадка - меласса" и применить насадку из менее плотного материала;
увеличить выход продукта и сократить время кристаллизации путем интенсификации теплопередачи вибрирующей насадкой;
повысить концентрацию сахара в растворе при растворении с вибрационным перемешиванием кристаллической оболочки в малом объеме растворителя.Using the proposed method for producing sugar from molasses in comparison with the known method allows:
to intensify the crystallization process due to an additional increase with respect to the speed of the "nozzle - molasses" phases and to apply the nozzle from a less dense material;
increase product yield and reduce crystallization time by intensifying heat transfer with a vibrating nozzle;
increase the concentration of sugar in the solution upon dissolution with vibrational stirring of the crystalline shell in a small volume of solvent.

Claims

A method of producing sugar from molasses, comprising cooling it to a supersaturated state, passing a stream of cooled supersaturated molasses in a vertical cylindrical mold through a suspended layer of a fine-grained nozzle with a temperature below the molasses temperature to crystallize sugar on the surface of the grains of the nozzle in the form of crystalline shells, separating the nozzle in the form of crystalline shells , separating the nozzle from molasses at the end of crystallization and dissolving the crystalline shells with a solvent, exl characterized in that the nozzle is placed in a cylindrical chamber located in the mold with a diameter close to the diameter of the mold, equipped with end gratings, the mesh size of which is smaller than the nozzle size, and the chamber with the nozzle is brought into a low-frequency vibratory movement vertically with the creation of porosity of the weighted nozzle equal to 0 , 8, while the dissolution of the crystalline shells after crystallization is carried out in the mold with the vibrational movement of the chamber with the nozzle.