Спосіб виготовлення затравки для кристалізації цукру у вигляді затравочної суспензії

Спосіб виготовлення затравки для кристалізації цукру у вигляді затравочної суспензії, який передбачає змішування товарного цукру з певною КІЛЬКІСТЮ нерозчинної рідини, наприклад 96% етиловим спиртом, подрібнення кристалів цукру в пристрої для подрібнення, який відрізняється тим, що подрібнення здійснюють способом томління Винахід відноситься до області виробництва цукру, зокрема, отримання затравки для прискореної кристалізації цукрових сиропів Відомий спосіб приготування затравки у вигляді суміші дрібних кристалів цукру з етиловим спиртом [1] Суть способу полягає в тому, що цукор розчиняють у воді, фільтрують через тканину, розчин уварюють до концентрації близько 88% сухих речовин (СР) У нього додають інвертований цукор, кип'ятять при температурі вище 100°С і охолоджують при перемішуванні Отриману помадку змішують з етиловим спиртом при співвідношенні 1 2 в кульовому млині і відразу використовують в якості затравки Інакше відбувається злипання кристалів Недоліком способу є складність технології приготування затравки та и низька якість, що виражається у великому розкиді розмірів часток кристалів затравки та малому терміні принадності Найбільш близьким за технічною суттю до того, що заявляється, є спосіб, реалізований в принципі дії англійського млина TALO SLURRY MILL [2] Суть способу полягає в наступному Заздалегідь готують певну КІЛЬКІСТЬ цукру, однорідних за розміром кристалів, шляхом просіювання на решетах На одне завантаження беруть 1,62кг цукру і змішують з 3,60л зневодненого етилового спирту (співвідношення цукор-спирт приблизно 1 2) і завантажують в кульовий млин Приготування затравки здійснюють протягом 6 годин, причому, за 5хв до кінця роботи млина додають 250мл дистильованої води, чим гарантують розчинення "борошна" у готовій суспензії Гарантується наступний грансостав суспензії 1 - 5мкм - 39% 5- Юмкм -57% більше за Юмкм - 4% Витрати суспензії на кожні 10м3 ємності варочного апарата 45 - 65мл, термін зберігання суспензії - 3 доби Об'єм барабана млина - 5л, вага куль - 2,25кг Недоліком способу є те, що подрібнення кристалів товарного цукру у млинах будь-якої конструкції супроводжується нерівномірністю грансоставу затравки, яка містить велику КІЛЬКІСТЬ різновеликих уламків кристалів розміром, менших за 5мкм та більших за 20мкм, що знижує и технологічні властивості, а частки кристалів потрібних розмірів мають здебільш дендридну, відмінну від ізометричної, форму, через силові ударні впливи куль на кристал цукру у продовж усього процессу подрібнення Суспензію, за відомою технологією, готують протягом досить тривалого часу (6 годин), а термін зберігання вельми обмежений - до трьох діб Для поліпшення якості затравки, частки затравки, що відіграють роль первинних центрів кристалізації, повинні мати більш подібну до ізометричної, "заовалену" форму, (від якої також залежить і термін придатності), а кристали товарного цукру вироблятимуться близькими за геометричними розмірами Метою способу виготовлення затравочної су (О ю ю 55611 спензм, що пропонується, є досягнення максимально можливого рівня рівномірності розмірів подрібнених кристалів цукру, тобто зменшення розкиду грансоставу часток в затравці, наближення форми часток до ізометричної, скорочення термінів приготування затравки і збільшення часу зберігання Поставлена мета досягається виконанням основних ДОВІДМІННИХ ознак, таких як змішування кристалів товарного цукру з нерозчинюючою рідиною, наприклад етиловим спиртом в певному співвідношенні, подрібнення кристалів цукру в пристрої для подрібнення, а також нових істотних ознак процес подрібнення і змішування здійснюють одночасно, втомлюючим методом, в режимі коливань подрібнюючого пристрою згідно із законом, близьким до гармонічного Спосіб здійснюють таким чином Початковими компонентами є товарний цукор і зневоднений етиловий спирт Суміш завантажують у робочий орган пристрою для подрібнення, який не обертається, а закріплений на пружинах Робочий орган на пружинах здійснює плоскопаралельні коливання еліптичної форми в площині, перпендикулярній ВІСІ барабана згідно із розрахованим законом, близьким до гармонічного x=Aosinwt, y=Bocoswt, де Ао, Во - амплітуди коливань, і частотою ш, які вибирають в залежності від об'єму робочого органу, співвідношення мас компонентів суміші та подрібнюючих тіл Подрібнення кристалів товарного цукру здійснюють фракціями подрібнюючих тіл, при співвідношенні мас від 1,51 до 3 1 Вибрані розміри тіл, їх співвідношення, а також режими коливань дозволяють за рахунок численних слабких впливів здійснювати втомлююче руйнування, на відміну від силового ударного, характерного для будь-яких видів млинів Завдяки слабкому впливу обраної частоти, амплітуди і направленості, суміш (кристали цукруспирт) набуває абсолютно нової якості вона швидко гомогенізується і одночасно подрібнюється Таким чином в одному апараті здійснюють повне виготовлення суспензії Втомлюючий спосіб подрібнення характеризується переходом від одиничного впливу, що створює напруження вище межі руйнуючих напружень, що характерно для кульових млинів, до чисельних слабких впливів, прикладених до різних точок кристала цукру, що руйнується Це створює напруження нижче межі руйнуючих напружень, в наслідок чого кристал цукру не розлітається на дрібні і різновеликі осколки У процесі слабих, але чисельних впливів на кристал, в ньому поступово зароджуються мікродефекти, які потім перетворюються в мікротріщини, у які попадає спирт, плівка якого перешкоджає їх залікуванню Відомо, що руйнування гармонічним навантаженням завжди більш ефективне, ніж руйнування постійним впливом, і особливо в тому випадку, коли власна частота коливань завантаженої суміші (цукор-спирт) співпадає з частотою коливань впливу Ось чому коливання робочого органу здійснюють згідно із законом, близьким до гармонічного, а будь-яка точка робочого органу рухається в площині коливань по орбіті, близькій до еліптичної Вплив забезпечується подрібнюючими тілами розраховано го розміру Співвідношення розмірів подрібнюючих тіл та мас фракцій забезпечує інтенсивне і рівномірне подрібнення Збільшення розмірів негативно впливає на форму часток, з'являються частки з гранями голкоподібної (дендридної) форми Застосування подрібнюючих тіл малих розмірів (менше за 10мм) збільшує подрібнення за рахунок тертя, що, в свою чергу, призводить до підвищення долі дуже дрібних часток в затравці - т з "борошна" Розраховане співвідношення мас фракцій також забезпечує оптимальний час подрібнення, внаслідок чого отримується суспензія з частками цукру максимально близькими за розмірами і за формою, що близька до ізометричної Збільшення долі великих тіл знижує швидкість подрібнення дрібних часток цукру, а збільшення долі менших тіл знижує швидкість подрібнення в початковій стадії подрібнення Співвідношення мас цукру і спирту вибрано також з міркувань оптимізацм процесу приготування суспензії Збільшення долі спирту "розріджує" суміш і знижує КІЛЬКІСТЬ контактів подрібнюючих тіл, з кристалом цукру Збільшення долі цукру приводить до збільшення ЩІЛЬНОСТІ і в'язкості суміші, що утруднює рух подрібнюючих тіл по розрахованій траєкторії Застосування частот і амплітуд більших, ніж розраховані, збільшує вірогідність появи мікрокристалів розміром, меншим за 5мкм, а менших - вірогідність появи мікрокристалів, більших за 20мкм Частота впливів на кристал цукру залежить від обраної частоти коливань робочого органу, співвідношення розмірів подрібнюючих тіл та мас їх фракцій Число контактів залежить від способу укладання подрібнюючих тіл, яке оптимальне для обраних розмірів і відповідає найбільш ЩІЛЬНІЙ упаковці, яка забезпечує максимальне і приблизно однакове число контактів подрібнюючих тіл, між собою Це, в свою чергу, дозволяє забезпечити приблизно однакову товщину прошарку матеріалу, що подрібнюється, між подрібнюючими тілами Іншими словами, при максимальній ЩІЛЬНОСТІ упаковки подрібнюючих тіл, об'єми пустот між ними в кожній одиниці об'єму робочого органу мають приблизно однакову величину, а, отже, і приблизно однакову КІЛЬКІСТЬ матеріалу, що подрібнюється в кожній одиниці об'єму Ці фактори і обумовлюють отримання необхідної рівномірності грансоставу, що сягає 95% Тому вихід часток за розміром менших за 5мкм і більших за 15мкм не перевищує 5% Основна маса затравки містить частки з розміром 8±3мкм Оскільки середній діаметр часток затравки, як показали дослідження під мікроскопом, дорівнює 8мкм та виходячи з того, що КІЛЬКІСТЬ центрів кристалізації в 1см затравки буде приблизно такою, що дорівнює КІЛЬКОСТІ кубиків, в які вписані центри кристалізації, а ребро кубика буде дорівнювати діаметру частки (Ф) затравки, і, отже, його об'єм буде дорівнювати V F ( 0 > ) 3 = ( 8 M K M ) 3 = 5 1 2 М К М 3 = 5 1 2 ( 18 1 0 6 ) V = 5 1 2 1 0 м3=512-1012см3 то звідси - в 1см 3 затравки міститься центрів кристалізації Н 512-10" 12 2-Ю 9 часток 55611 За відсутністю силових ударних впливів, що перевищують межу МІЦНОСТІ кристалу цукру, і наявності численних слабких впливів, кристал, що подрібнюється, руйнується на мікрокристали ізометричної форми, подібні формам кристалів товарного цукру Отриману суспензію порційно затарюють в герметичні ємності в необхідних споживачу дозах і відправляють на склад для зберігання На один варочний апарат об'ємом 40м3 потрібно 10 - 15мл суспензії Переваги заявленого способу перед відомими наступні 1 КІЛЬКІСТЬ центрів кристалізації у одиниці об'єму затравочної суспензії завжди однакова, що дозволяє КІЛЬКІСТЮ її введення впливати - а) на розмір кристалу товарного цукру, - б) на скорочення часу його виготовлення за рахунок рівномірного нарощування у варочному апараті, ліквідації розкачок 2 Мікрокристали цукру в затравці за заявленим способом мають найрівномірніший теоретично можливий грансостав, вихід часток з діаметром, меншим за 5мкм і більших за 15мкм - не більше за 5% 3 У процесі подрібнення одночасно відбувається й перемішування Кожна частка цукру оточується тонкою плівкою спирту, тобто відбувається розподіл спирту по кристалах цукру Плівка спирту також зашкоджує злипанню між частками цукру Тим самим вірогідність злипання зводиться до мінімуму Суспензія зберігається без втрат своїх властивостей 4 Мікрокристали затравки мають не осколкову, а ізометричну форму Вони вельми малі за вагою, тому гравітаційний вплив незначний Оскільки форма мікрокристалів близька до ізометричної, то поверхні можливого контакту теж незначні, тому і ймовірність злипання, яка зростає з часом у тому випадку, коли поверхня має осколкову, "їжакоподібну" форму, що характерно для часток кристалів затравки, отриманої при ударному способі приготування теж незрівнянно мала Ці обставини і обумовлюють тривале зберігання затравки, обмежене терміном придатності споживання компонентів, що входять в суспензію Нижче, в таблиці 1 наводяться дані, для порівняння якості затравки, виготовленої за прототипом і за заявленим способом Таблиця 1 Розмір кристалів в затравці, мкм 1 -5 5-Ю більше 10 КІЛЬКІСТЬ затравки на кожні 1 0 M J апарата, мл У сезон варіння цукру 2000р затравка була перевірена на цукровому заводі Одеської цукрової компанії "Інтерраф" на цукрі-сирцю та на Півненківському цукрозаводі Сумської області на цукровому буряку з якісними результатами На фіг 1 наводяться криві розподілу розмірів кристалів по фракціях відносно їх загального виходу Крива 1, побудована за даними сезону 2000р на затравці за заявленим способом Крива 2 побудована за даними сезону 1999 року, коли використовувалися затравки за прототипом та аналогічна прототипу підприємства "Магмас" Аналіз кривих показує, що вихід продукції товарного розміру зріс на 14%, зміст фракції 1,18мкм і більш знижений з 6,2% до 3,6% Склад фракцій суспензії, % Прототип за заявленим способом 39 57 4 46-65 3 95 2 3-4 На фіг 2 наводяться криві розподілу розмірів кристалів по фракціях відносно їх загального виходу, одержані у сезон 2000 року на Півненківському цукрозаводі Сумської області при затравці цукровою пудрою, та на затравці ССС-Р, виготовленій за технологією та методикою ПП "СТІД" Сировина - цукровий буряк Перероблено 143000 тонн В таблиці А наведені дані порівняння усереднених типових показників товарних фракцій Евростандарту вищої якості (0,5мм+0,7мм, 0,7мм 1,6мм), одержані на цукровому заводі Одеської цукрової компанії "Інтерраф" у сезон 2000р із затравки за заявленим способом до сезону 1999р , з різних варочних апаратів Таблиця 2 Рафінації 1-я 2-я 3-я 81/76,50 87,58/47 86/81,5 Усереднені дані 2000р/1999р -% Середні значення, % 78/64,42 82/64 80,33/68,30 84/69,27 79/67,09 83,53/61,12 79/78 80/59,6 81,65/73,04 (За даними заводської лабораторії) Як вже відмічалося вище, вихід товарної фракції виріс у середньому на 14%, форма кристалів товарного цукру близька до ізометричної, грансостав звузився, зменшився час промивки на центрифугах, що також сприяє поліпшенню якості виробництва та зниженню злежуваності цукру при транспортуванні і зберіганні Опис до фігур фіг 1 1 - крива, отримана при використанні затравочної суспензії ССС-Р, 2 - аналогічна крива розподілу виходу товар 55611 8 ного цукру в залежності від гран составу (фракції бом цукровою пудрою Середній час варі 280 хви"борошно", 0,212, 0,5, 0,85, 1,18мм і вище), отрилин мана на відомих затравках (підприємство Магмас, З - зона максимальних значень при роботі на англійська фірма TALO-R), затравці ССС-Р фіг 2 Сумарний приріст виходу кристалів цукру оптимального (Європейський стандарт) розміру - 0,5 1 - крива, отримана при використанні затраво+ 0,7, 0,7 + 1,6мм на -14% на кожній варі чної суспензії ССС-Р (середньозважені показники за період 06 10 2000 - 14 11 2000 при роботі на За матеріалами заводських лабораторій затравці ССС-Р, середній час варі 215 хвилин) Література 2 - аналогічна крива розподілу виходу товар1 Хониг П Принципы технологии сахара - М , ного цукру в залежності від гран составу згідно 1961, с 424 (аналог) ситового аналізу 2 Описание и типовые результаты мельницы TALO SLURRY MILL для приготовления суспензии (фракції "борошно", 0,25, 0,5, 1,0, 2,0, 3,0мм і (прототип) вище), отримана при затравці традиційним спосо ФІГ. 1 Фіг. 2 Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24