Спосіб електрообробки цукрових розчинів

УКРАЇНА (19) UA (11) 93224 (13) C2 (51) МПК (2011.01) C13B 20/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ЕЛЕКТРООБРОБКИ ЦУКРОВИХ РОЗЧИНІВ 1 2 (13) 93224 (11) енергії для створення магнітного поля великої величини. Найбільш близьким даному способу електрообробки цукрових розчинів є їх обробка в реакторі з розміщеними в ньому відкритими електродами (Федоткин И. М. и др. Интенсификация технологических процессов пищевых производств. - К., Техніка, 1984, с.123). При цьому на електроди подається постійний електричний струм. Обробка цукрових розчинів проходить в результаті протікання електричного струму в розчині, що визиває електрофоретичний рух не цукрів і концентрацію їх біля електродів, де вони, вступаючи в реакцію частково виводяться з соку. У випадку, якщо електроди відкриті і знаходяться в електропровідній рідині, то при подачі на них різниці потенціалів в рідині протікає електричний струм. При цьому в рідині проходять наступні реакції: - окислювально-відновлювальні реакції, які протікають на поверхні електродів, - створення двошарової електричної зони, в якій наявні високі концентрації реакційних іонів, - використання іонів ОН- для створення з'єднань з великою адсорбційною поверхнею, - очисні властивості атомарного кисню і озону, - використання іонів Н+ для електрохімічних реакцій. Вказані реакції проходять при протіканні струму через розчин і напруженості електричного поля між електродами нижче 10В/см, оскільки збільшити вказану величину напруженості неможливо в силу пасивації електродів газами. Дія електричного поля такої напруженості на збільшення ефекту UA Винахід належить до харчової промисловості, а саме до способів електрообробки цукрових розчинів електричним полем. Аналогом способу електрообробки цукрових розчинів є спосіб, коли на розчин, який знаходиться в реакторі діють електромагнітним полем котушки індуктивності (О степени влияния магнитного поля на производственные соки. Федоткин И.М. и др. Изв. вузов. Пищ. технология, 1972, №6, с.121124). При такому способі електрообробки на рідину діє в основному магнітне поле. Оскільки не цукристі речовини мають як електричний заряд так і своє магнітне поле, то взаємодія останнього з зовнішнім магнітним полем, створюваним котушкою індуктивності, приводе до коагуляції електрозаряджених частинок, їх випадінню в осадок і можливості видалення з розчину. В результаті цього доброякісність цукрового розчину збільшується. Недоліком такого способу електрообробки цукрового розчину є низьке підвищення доброякісності оброблюваного розчину, оскільки його магнітне поле має мале числове значення; 4,2* 10-8кДж/моль при напруженості магнітного поля 80*104A/м, що на десять порядків менше теплової енергії (Тебенихин Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. - М.; Энергоатомиздат, 1985, с.8). Тому процеси коагуляції під дією зовнішнього магнітного поля проходять дуже повільно. Крім того, для створення магнітних полів високої напруженості необхідно мати котушки високої індуктивності, які потребують великої кількості кольорових матеріалів і великих затрат електричної C2 RU C1 2281335, 10.08.2006 UA C1 10293, 25.12.1996 UA A 36942, 16.04.2001 UA U 17173, 15.09.2006 (57) Спосіб електрообробки цукрових розчинів, що передбачає обробку цукрових розчинів електричним полем, який відрізняється тим, що електричне поле створюється ізольованими від цукрового розчину електродами, при цьому напруженість електричного поля між електродами становить 75150 В/см. (19) (21) a200809067 (22) 10.07.2008 (24) 25.01.2011 (46) 25.01.2011, Бюл.№ 2, 2011 р. (72) МИРОНЧУК ВАЛЕРІЙ ГРИГОРОВИЧ, ПОНОМАРЕНКО ВІТАЛІЙ ВАСИЛЬОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ (56) DE A1 19846829, 13.04.2000 SU A1 1192370, 30.11.1993 RU C1 2172347, 20.08.2001 3 очистки цукрового розчину незначна, оскільки низька ступінь взаємодії самої електрозарядженої частинки і слабкого зовнішнього електричного поля. Це приводить до більш повної очистки цукрових розчинів від не цукрів і збільшенню їх доброякісності. При очищенні цукрових розчинів від не цукрів електричним полем велике значення має напруженість електричного поля. При цьому проходить наклад зовнішнього поля, створюваного електродами, і внутрішнього електричного поля електрозаряджених частинок-не цукрів. Доведено, що зі збільшенням напруженості електричного поля ефективність електрообробки зростає. Однак, стабільної роботи реактора з розміщеними в ньому відкритими електродами в цукровому розчині при напруженості електричного поля вище 10В/см досягти не можна (внаслідок пасивації електродів газовиділенням). Також слід відмітити, що в даному випадку є великі затрати електроенергії для проведення процесу очистки, оскільки через розчин протікає значний струм. Недоліком такого способу електрообробки цукрових розчинів відкритими електродами є те, що підвищення якості цукровмісних розчинів проходить при значних затратах електричної енергії, які мають місце при протіканні електричного струму в розчині. Крім того, при такому способі електрообробки не вдається збільшити значення напруженості електричного поля, що значно знижує ефективність електрообробки. В основу винаходу поставлена задача підвищення доброякісності цукрових розчинів, зменшення затрат електричної енергії за рахунок дії на цукровий розчин електричного поля, створеного між ізольованими від цукрового розчину електродами. Поставлена задача досягається тим, що спосіб електрообробки цукрових розчинів передбачає обробку цукрових розчинів електричним полем. Згідно винаходу електричне поле створюється ізольованими від цукрового розчину електродами, при цьому напруженість електричного поля між електродами становить 75-150В/см.. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом полягає в наступному. На електроди, ізольовані від цукрового розчину, подається електричний потенціал, достатній для створення напруженості електричного поля між електродами 75-150В/см. Наприклад, при відстані між електродами 20мм для створення напруженості 75В/см необхідна напруга 150В. Таким чином на розчин, який знаходиться між електродами діють однорідним електричним полем. Це призводить до того, що зв'язки електрично заряджених частинок розриваються і проходить розділення цукру і не цукрів, які в основному мають від'ємний електричний заряд. За рахунок збільшення концентрації цукру в розчині при незмінній кількості сухих речовин збільшується доброякісність цукрового розчину. 93224 4 Нижнім порогом напруженості електричного поля є 75В/см. При більш низькій напруженості електричного поля ефект електрообробки знижується і зрівнюється з електрообробкою розчину відкритими електродами напруженістю 5В/см. Напруженість електричного поля 150В/см є верхньою границею, оскільки при більш високій напруженості подальшого збільшення доброякісності не має, але з'являються труднощі при подачі на електроди напруги високого потенціалу, збільшуються затрати електроенергії на проведення процесу електрообробки. Достоїнством способу електрообробки цукрових розчинів ізольованими електродами є низькі затрати електроенергії, які в основному залежать від якості ізоляції електродів від розчину і мають числові значення в 30-40 раз менші ніж при обробці цукрових розчинів відкритими електродами, коли між ними протікає електричний струм. Слідує також відмітити, що електрообробці підлягає дифузійний сік, преддефекований сік, сік першої сатурації, сік другої сатурації. Числові значення величин підвищення доброякісності залежить від роду оброблюваного соку, початкової доброякісності, температури обробки. Приклади виконання способу при електрообробці дифузійного соку. Приклад 1. Дифузійний сік (Сх=12,2; Св=14,58; Дб=83,7) обробляється в електростатичній ємності 60 секунд відкритими електродами. Струм, протікаючий через цукровий розчин дорівнює 0,5А. Напруженість електричного поля - 5В/см. Аналіз дифузійного соку після його обробки показав, що доброякісність виросла на 0,75%. Затрати електроенергії - 15кВт/м3 соку. Приклад 2. Дифузійний сік (Сх=12,01; Св=14,48; Дб=83,14) обробляється в електростатичній ємності 60 секунд відкритими електродами. Струм, протікаючий через цукровий розчин дорівнює 0,65А. Напруженість електричного поля 10В/см. Аналіз дифузійного соку після його обробки показав, що доброякісність виросла на 1%. Затрати електроенергії - 40кВт/м3 соку. Приклади 1 і 2 характеризують спосіб електрообробки дифузійного соку по прототипу при напруженостях електричного поля 5 і 10В/см. Приклад 3. Дифузійний сік (Сх=12,98; Св=14,6; Дб=88,9) обробляється в електростатичній ємності 60 секунд ізольованими електродами. Струм, протікаючий між електродами 1мА.. Напруженість електричного поля - 75В/см. Аналіз дифузійного соку після його обробки показав, що доброякісність виросла на 0,8% (Сх=13,1; Св=14,6; Дб=89,7). Затрати електроенергії - 0,45кВт/м3 соку. Приклад 4. Дифузійний сік (Сх=12,64; Св=14,0; Дб=90,29) обробляється в електростатичній ємності 60 секунд ізольованими електродами. Напруженість електричного поля - 150В/см. Аналіз дифузійного соку після його обробки показав, що доброякісність виросла на 1,1% (Сх=12,89; Св=14,1; Дб=91,4). Затрати електроенергії 0,9кВт/м3 соку. Приклади 3 і 4 характеризують спосіб електрообробки дифузійного соку при напруженостях електричного поля 75 і 150В/см відповідно, що 5 93224 являється крайніми значеннями напруженостей, рекомендованих для виконання обробки соків. Збільшення доброякісності розчину проходить за рахунок збільшення цукру , що говорить про розрив зв'язків між не цукрами і сахарозою і переходом останньої в розчин. Затрати електроенергії при обробці соку ізольованими електродами скоротились в 30-40 разів. Приклад 5. Дифузійний сік (Сх=13,52; Св=15,2; Дб=88,95 ) обробляється в електростатичній ємності 60 секунд ізольованими електродами. Напруженість електричного поля - 70В/см. Аналіз дифузійного соку після його обробки показав, що доброякісність виросла на 0,75% (Сх=13,63; Св=15,2; Дб=89,7). Затрати електроенергії 0,42кВт/м3 соку. Приклад 5 характеризує спосіб електрообробки дифузійного соку при напруженості електричного поля нижче рекомендованого для обробки. Аналогічне підвищення доброякісності соку може бути отримане при напруженості 5В/см при відкритих електродах. Але затрати електроенергії при цьому будуть в 30 разів більші, чим при обробці соку ізольованими електродами. Приклад 6. Дифузійний сік (Сх=11,14; Св=12,3; Дб=90,57 ) обробляється в електростатичній ємності 60 секунд ізольованими електродами. Напруженість електричного поля - 155В/см. Аналіз дифузійного соку після його обробки показав, що доброякісність виросла на 1,1% (Сх=11,37; Комп’ютерна верстка В. Мацело 6 Св=12,3; Дб=91,67). Затрати електроенергії 1,1кВт/м3 соку. Таким чином, збільшення напруженості електричного поля вище 150В/см не привело до збільшення доброякісності оброблюваного розчину при збільшені затрат електроенергії на обробку. Приклад 7. Дифузійний сік (Сх=12,24; Св=13,8; Дб=88,7) обробляється в електростатичній ємності 60 секунд ізольованими електродами. Напруженість електричного поля - 110В/см. Аналіз дифузійного соку після його обробки показав, що доброякісність виросла на 1,0% (Сх=12,38; Св=13,8; Дб=89,7). Затрати електроенергії - 0,66кВт/м3 соку. Таким чином, збільшення доброякісності соку за рахунок його обробки ізольованими електродами відбувається в інтервалі значень напруженостей електричного поля 75-150В/см. Затрати електроенергії при цьому в 30-40 разів менші, ніж при обробці цукрових розчинів відкритими електродами. Таким чином, електрообробка цукрових розчинів запропонованим способом дозволяє збільшити доброякісність цукрових розчинів, що призведе до збільшення виходу білого кристалічного цукру і зменшенню його у відходах виробництва (мелясі). Затрати електроенергії при цьому в 30-40 разів менші в порівнянні з затратами, які мають місце при обробці цукрових розчинів розміщеними в ньому відкритими електродами. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601