способ производства сахара

Формула изобретения

1. Способ производства сахара, предусматривающий получение свекловичной стружки, ошпаривание ее перед подачей в диффузионный аппарат или ее нагревание в последнем, экстракцию сахарозы из стружки питательной водой, отвод из аппарата диффузионного сока и выгрузку жома, введение водного раствора, содержащего неанионный флокулянт и кислый реагент в зону подачи питательной воды в корпус диффузионного аппарата, а также введение раствора неорганического коагулянта и раствора гидроксида кальция в зону подачи свекловичной стружки или в среднюю зону корпуса аппарата для проведения очистки свекловичного сока от высокомолекулярных соединений и веществ коллоидной дисперсности одновременно с экстракцией, при этом в полученный диффузионный сок вводят раствор неорганического коагулянта и раствор кислого реагента до рН 4,5-5,5 для коагуляции высокомолекулярных соединений и коллоидно-дисперсных примесей в кислой среде, затем в диффузионный сок добавяют известковое молоко до достижения рН 6,5-8,5, вводят раствор неанионного флокулянта, нагревают до 60-65°С и вводят реагент, ускоряющий процесс флокуляции частиц несахаров, отделяют образовавшийся осадок, после чего проводят дефекацию сока известковым молоком до рН 10,8-11,4, в дефекованный сок добавляют раствор неорганического коагулянта и обесцвечивающий реагент, доводят рН до 9,1-9,3 кислым реагентом, нагревают до 70-75°С, снижают рН до 7,8-8,2, фильтруют и очищенный сок направляют на сгущение и уваривание утфеля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до и после нагревания сока до 70-75°С в сок добавляют раствор некатионного флокулянта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что из неанионных флокулянтов используют поликатиониты и полиамфолиты, в частности четвертичные аммониевые соли, полиэпихлоргидриндиметиламины, полидиаллилдиметиламмоний галогениды, катионные и неионные полиакриламиды, элементоорганические полифлокулянты, крахмал, декстрин, желатин в количестве 10-110 мг/л диффузионного сока.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислого реагента используют ортофосфорную или полифосфорную кислоту в количестве 20-120 мг/л сока.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что из неорганических коагулянтов используют титановые, а также основные соли алюминия, активированные многовалентными анионами ортотитановой, полифосфорной, кремниевой или серной кислот, и используют оксалат алюминия, сульфаты титана, алюминия и железа, основной хлорид алюминия в активной форме, их гидроксокомплексы и свежеосаждаемые гидроксиды в количестве 0,0001-0,008% к массе свеклы.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента, ускоряющего процесс флокуляции частиц несахаров, используют кремнийполимерные соединения в количестве 0,005-0,01% к массе свеклы, активную кремниевую кислоту - 0,0001-0,03% к массе свеклы, модифицированные алюмосиликатные соединения в количестве 0,001-0,009% к массе свеклы.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве обесцвечивающего реагента используют органические или неорганические перекиси и гидроперекиси, в частности перекись водорода в количестве 10-90 мг/л, а также озон, сернистый газ.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что из некатионных флокулянтов используют полианиониты и полиамфолиты, в частности неионные и анионные полиакриламиды, альгинат натрия, карбоксиметилцеллюлозу, желатин, казеин, а также смесь алюмосиликата с органическими модификаторами в количестве 10-100 мг/л сока.

Описание изобретения к патенту

(i) Область техники

Изобретение относится к сахарной промышленности.

(ii) Предшествующий уровень техники

Известен способ производства сахара, предусматривающий получение диффузионного сока путем ошпаривания свекловичной стружки и ее экстракции, приготовление раствора неорганического коагулянта дигидроксосульфата алюминия и неанионного (катионного) флокулянта поли-4-винил-N-бензилтриметиламмонийхлорида и его введение в свекловичную стружку перед или в процессе ее ошпаривания для снижения содержания в диффузионном соке веществ коллоидной дисперсности и потерь сахарозы (SU 1377294, от 29.02.88).

Недостаток известного способа заключается в невысоком эффекте очистки свекловичного сока вследствие применения неорганического коагулянта и высокомолекулярного флокулянта в смеси в начале процесса экстрагирования сахарозы.

Известен способ производства сахара, предусматривающий измельчение сахарной свеклы в стружку, ее ошпаривание и подачу в диффузионный аппарат для экстракции, получение диффузионного сока и его очистку одновременно с экстракцией путем применения в качестве экстрагента водного раствора, содержащего водорастворимый полимер, электролит, обесцвечивающий реагент и антисептик с поддержанием рН диффузионной среды с помощью углекислого газа и последующей фильтрацией, сгущением сока и варки сахара (RU № 2255980 С1, 10.07.2005). Способ предусматривает проведение процесса экстракции при поддержании рН на уровне 8,5-8,8, температуре 72°С и времени экстракции 90 минут.

Недостаток известного способа заключается в том, что в процессе экстракции не достигается достаточно высокий эффект очистки. При экстракции сахарозы из свекловичной стружки в диффузионном соке происходит накопление белковых, пектиновых и редуцирующих веществ, других растворенных продуктов гидролиза протопектина, изокаталитические точки которых рН 5,5-7,5 не совпадают с предложенным поддержанием уровня рН 8,5-8,8 соко-стружечной смеси, и поэтому их мицеллирование и коагуляция предложенными в способе реагентами и полимерным флокулянтом не всегда может быть глубокой. Это подтверждается тем, что в названных условиях проведения очистки экстрагируемого сока органические синтетические полимерные флокулянты имеют недостаточно высокую эффективность при их применении для очистки ионогенных и неионогенных несахаров диффузионного сока в одну стадию.

(iii) Раскрытие изобретения

Технический результат изобретения заключается в повышении эффекта очистки свекловичного сока на стадии экстракции и на стадии известковой очистки, уменьшении расхода извести и потерь сахарозы в фильтрационном осадке.

Технический результат достигается предложенным способом, предусматривающим получение свекловичной стружки, ошпаривание ее перед подачей в диффузионный аппарат или ее нагревание в последнем, экстракцию сахарозы из стружки питательной водой, отвод из аппарата диффузионного сока и выгрузку жома, введение водного раствора, содержащего неанионный флокулянт и кислый реагент в зону подачи питательной воды корпуса диффузионного аппарата, а также введение раствора неорганического коагулянта и раствора гидроксида кальция в зону подачи свекловичной стружки или в среднюю зону корпуса аппарата для проведения очистки сока от высокомолекулярных соединений и веществ коллоидной дисперсности одновременно с экстракцией. В полученный диффузионный сок вводят раствор неорганического коагулянта и раствор кислого реагента до рН 4,5-5,5 для коагуляции высокомолекулярных соединений и коллоидно-дисперсных примесей в кислой среде. Затем в диффузионный сок добавляют известковое молоко до достижения рН 6,5-8,5, вводят раствор неанионного флокулянта, нагревают до 60-65°С и вводят реагент, ускоряющий процесс флокуляции частиц несахаров, отделяют образовавшийся осадок, после чего проводят дефекацию сока известковым молоком до рН 10,8-11,4. В дефекованный сок добавляют раствор неорганического флокулянта, обесцвечивающий реагент, доводят рН до 9,1-9,3 кислым реагентом, нагревают до 70-75°С, снижают рН до 7,8-8,2 и фильтруют. Очищенный сок направляют на сгущение и уваривание утфеля. В дефекованный сок после нагревания до 70-75°С целесообразно добавлять раствор некатионного флокулянта.

Из неанионных флокулянтов можно использовать поликатиониты и полиамфолиты, в частности четвертичные аммониевые соли, полиэпихлоргидриндиметиламины, полидиаллилдиметиламмоний галогениды, катионные и неионные полиакриламиды, элементоорганические полифлокулянты, крахмал, декстрин, желатин в количестве 10-110 мг/л диффузионного сока.

В качестве кислого реагента используют ортофосфорную или полифосфорную кислоту в количестве 20-120 мг/л сока.

Из неорганических коагулянтов следует использовать титановые, а также основные соли алюминия, активированные многовалентными анионами ортотитановой, полифосфорной, кремниевой или серной кислот, и используют оксалат алюминия, сульфаты титана, алюминия и железа, основной хлорид алюминия в активной форме, их гидроксокомплексы и свежеосаждаемые гидроксиды в количестве 0,0001-0,008% к массе свеклы.

В качестве реагента, ускоряющего процесс флокуляции частиц несахаров, можно использовать кремнийполимерные соединения в количестве 0,005-0,01% к массе свеклы, активную кремниевую кислоту - 0,0001-0,03% к массе свеклы, модифицированные алюмосиликатные соединения в количестве 0,001-0,009% к массе свеклы.

В качестве обесцвечивающего реагента следует использовать органические и неорганические перекиси и гидроперекиси, в частности перекись водорода в количестве 10-90 мг/л, а также озон, сернистый газ.

Из некатионных флокулянтов целесообразно использовать полианиониты и полиамфолиты, в частности неионные и анионные полиакриламиды, альгинат натрия, карбоксиметилцеллюлозу, желатин, казеин, а также смесь алюмосиликата с органическими модификаторами в количестве 10-100 мг/л.

Способ осуществляют следующим образом.

Корнеплоды свеклы измельчают в свеклорезках с получением свекловичной стружки. Последнюю ошпаривают перед подачей в колонный диффузионный аппарат или ее нагревают непосредственно в шнековом диффузионном аппарате. Проводят экстракцию стружки питательной водой, отводят из аппарата диффузионный сок с температурой 40-45°С и рН 5,6-6,5 и выгружают из него жом.

Готовят водный раствор, содержащий неанионный флокулянт и кислый реагент.

Из указанных флокулянтов можно использовать поликатиониты и полиамфолиты, в частности четвертичные аммониевые соли, полиэпихлоргидриндиметиламины, полидиаллилдиметиламмоний галогениды, катионные и неионные полиакриламиды, элементоорганические полифлокулянты, крахмал, декстрин, желатин в количестве 10-110 мг/л сока.

Из кислых реагентов используют ортофосфорную или полифосфорную кислоту в количестве 20-120 мг/л сока. Этот раствор вводят в корпус аппарата в зону подачи питательной воды.

В зону подачи свекловичной стружки или в среднюю зону корпуса диффузионного аппарата вводят раствор неорганического коагулянта и раствор гидроксида кальция. Из неорганических коагулянтов используют титановые, а также основные соли алюминия, активированные многовалентными анионами ортотитановой, полифосфорной, кремниевой или серной кислот, и используют оксалат алюминия, сульфаты титана, алюминия и железа, основной хлорид алюминия в активной форме, их гидроксокомплексы и свежеосаждаемые гидроксиды в количестве 0,0001-0,008% к массе свеклы.

В диффузионном аппарате в процессе экстракции образуется слабокислая среда соко-стружечной смеси с рН ~5,6-6,5. Вещества коллоидной дисперсности (ВКД) экстрагируются из стружки в диффузионный сок в процессе всего периода экстракции, а высокомолекулярные соединения (ВМС) несахаров переходят в диффузионный сок в средней и последней зонах аппарата. Чтобы приостановить или ограничить выход ВМС из свекловичной стружки в диффузионный сок, способ предусматривает осаждение и коагуляцию ВМС внутри растительных клеток свекловичной стружки с улучшением модуля упругости свекловичной ткани. Это достигается тем, что в зону подачи стружки в экстрактор вводят раствор указанного неорганического коагулянта, а в зону подачи в аппарат питательной воды раствор неанионного флокулянта.

Раздельный ввод неорганического коагулянта и флокулянта в диффузионный аппарат предусматривает получение в соко-стружечной смеси активных форм гидроксидов металлов и их последующую флокуляцию.

Образование в диффузионном соке активных гидроксидов металлов происходит через формирование аквакомплексов, например [Al(H₂O)₆]³⁺, или гидроксокомплексов, например TiO(OH)^(2-x)+, (где x зависит от химического состава и состояния раствора). Образование аквакомплексов и гидроксокомплексов солей металлов в сахаросодержащем растворе и их гидролиз приводит к системе акваионов и ионов гидроксония. Протоны H⁺ гидроксония связываются гидрокарбонатом кальция или гидроксидами Ca или Na и придают процессу гидролиза солей металлов и образованию активных аквагидроксокомплексов устойчивый характер. При рН 5,5-6,5 акваионы Al, Ti, Fe и их одно-двух-трехзамещенные ионы являются катионитами и формируют с отрицательно заряженными несахарами дисперсные и коллоидные образования, причем созданный непосредственно в соко-стружечной смеси активный дисперсно-коллоидный раствор аква- и гидроксокомплексов и гидроксидов солей металла имеет положительный потенциал. Несахара диффузионного сока представляют собой коллоидно-дисперсную массу, характеризующуюся отрицательным потенциалом. В результате взаимодействия двух разнополярных систем дисперсные частицы несахаров коагулируются и адсорбируются на труднорастворимые соли коагулянта, которые частично оседают на стенках свекловичной стружки, что упрочает оболочку стружки. По мере продвижения стружки внутри аппарата и постепенного ее размягчения на частицы несахаров, скоагулированные на ее поверхности, воздействует флокулянт, движущийся с питательной водой навстречу стружке. В диффузионном соке внутри аппарата происходит адсорбция полиионами отрицательно заряженных коллоидов несахаров, укрупнение скоагулированных частиц в агрегаты, а также осаждение и флокуляция ВМС внутри клетки, что препятствует их переходу в диффузионный сок и повышает модуль упругости свекловичной стружки. Таким образом, значительная часть несахаров коллоидной дисперсности и ВМС удаляются из аппарата вместе с жомом. В результате диффузионный сок, отбираемый из экстрактора, имеет более высокую чистоту, чем получаемый по известному способу, а количество несахаров в жоме увеличивается более 0,8-0,9%. Этот высокий эффект очистки свекловичного сока обусловлен эффективным взаимодействием неорганического коагулянта с флокулянтом и эффектом их совместного воздействия на несахара в процессе экстракции.

В полученный диффузионный сок вводят раствор одного из неорганических коагулянтов, указанных выше, и раствор кислого реагента, также указанного выше, до рН 4,5-5,5 для коагуляции высокомолекулярных соединений и коллоидно-дисперсных примесей в кислой среде, затем в диффузионный сок добавляют известковое молоко до достижения рН 6,5-8,5, вводят раствор неанионного флокулянта, нагревают до 60-65°С и вводят реагент, ускоряющий процесс флокуляции частиц несахаров, и отделяют образовавшийся осадок фильтрацией или отстаиванием.

В качестве реагента, ускоряющего процесс флокуляции частиц несахаров, используют кремнийполимерные соединения в количестве 0,005-0,01% к массе свеклы, активную кремниевую кислоту - 0,0001-0,03% к массе свеклы, модифицированные алюмосиликатные соединения в количестве 0,001-0,009% к массе свеклы.

При очистке диффузионного сока используется эффект синергизма при взаимодействии неорганического коагулянта и органического флокулянта и реагента, ускоряющего процесс флокуляции частиц несахаров и их адсорбции. Полученный диффузионный сок подвергают очистке от несахаров, учитывая следующие протекающие процессы.

Реакция гидролиза водных растворов солей металлов неорганического коагулянта может протекать в кислой среде диффузионного сока при рН 3,5-6,5 и его температуре 40-50°С. Это определяет одно из условий применения неорганического коагулянта при очистке диффузионного сока. Другим условием, определяющим применение неорганического коагулянта, является изоэлектрическая область активности гидроксидов его солей. Например, для гидроксида алюминия Al(ОН)₃ наименьшая растворимость соответствует рН 6,5-7,8. При рН<6,5 образуются частично растворимые оксисоли катионного типа, при рН 7,8 - растворимые алюминаты анионного типа. Поэтому условиями применения неорганического коагулянта на основе солей металлов алюминия для кислой среды диффузионного сока являются: коагулирование несахаров при рН среды 4,5-6,5 и температуре процесса 40-50°С, формирование осадка и его отделение при рН 6,5-7,8. Эти условия обеспечиваются для очистки от несахаров диффузионного сока при использовании неорганического коагулянта на основе солей алюминия.

В связи с тем, что активный гидроксид металла, такой как, например, Al(OH)₃·nH₂O постепенно теряет H₂O и распадается, то свежескоагулированные с помощью активного гидроксида несахара необходимо сфлокулировать неанионным флокулянтом, а для ускорения процесса применить катализатор флокуляции.

После отделения осадка проводят дефекацию сока известковым молоком в количестве 0,1-0,3% CaO при температуре 50-65°С до достижения рН 10,8-11,4, при этом часть ВКД и ВМС коагулирует под действием извести, но часть несахаров и редуцирующие вещества разлагаются и частично пептизируют в раствор. Большую часть этих несахаров коагулируют введением неорганического коагулянта, являющегося анионитом, при рН сока 9,1-9,3.

Затем в сок добавляют обесцвечивающий реагент, в качестве которого используют органические или неорганические перекиси и гидроперекиси, в частности перекись водорода в количестве 10-90 мг/л, а также озон, сернистый газ. Сок нагревают до 70-75°С, снижают рН до 7,8-8,2 кислым реагентом, фильтруют и очищенный сок направляют на сгущение и уваривание утфеля.

Пример 1. В двухшнековый диффузионный аппарат подают свекловичную стружку, имеющую сахаристость (Сх) - 15,5%, сухих веществ (СВ) - 19,05%, чистоту (Ч) свекловичного сока - 81,38%, нагревают, готовят раствор неанионного флокулянта - полиэлектролита полиэпихлоргидриндиметиламина в количестве 60 мг/л сока и кислого реагента - ортофосфорную кислоту в количестве 40 мг/л сока.

Этот раствор вводят в зону подачи питательной воды с рН 7,8 и температурой 72°С в корпусе аппарата. Одновременно готовят раствор неорганического коагулянта - оксалата алюминия в количестве 65 мг/л сока и раствор гидроксида кальция - 75 мг/л сока (0,05% к массе свеклы) и подают эти растворы в зону подачи и нагревания свекловичной стружки. Диффузионный сок, полученный в результате экстракции стружки, имеет чистоту Ч - 86,5%. Содержание несахаров в жоме составляет 0,85%, эффект очистки сока - 31,8%. Затем в диффузионный сок вводят раствор неорганического коагулянта - раствор сульфатной соли титана TiO(SО ₄)²⁺ в количестве 10 мг/л сока и раствор кислого реагента - фосфорной кислоты H₃PO₄ до достижения рН 4,5 для коагуляции высокомолекулярных соединений и коллоидно-дисперсных примесей в кислой среде.

В кислую среду сока вводят известковое молоко в количестве 75 мг/л CaO (0,05% к массе свеклы) до достижения рН 7,5 и вводят раствор неанионного флокулянта, нагревают до 65°С, а для ускорения процесса флокуляции вводят раствор коллоидной кремниевой кислоты в количестве 5 мг/л сока и направляют сок в отстойник для отделения осадка несахаров. Отстой сока дефекуют известковым молоком до рН 11,4. В дефекованный сок добавляют раствор неорганического коагулянта - раствор сульфатной соли титана в количестве 7 мг/л сока, обесцвечивающий реагент - перекись водорода в количестве 50 мг/л сока и ортофосфорную кислоту до образования рН 9,2, нагревают до 75°С, снижают кислым реагентом рН сока до 8,1 и фильтруют сок с отделением осадка. В результате чистота сока Ч - 93,9%, сахаристость (Сх) - 14,46%, сухие вещества (СВ) - 15,4%. Общий эффект очистки Эо - 71,6%.

Пример 2. В шахту ошпаривателя колонного диффузионного аппарата подают свекловичную стружку, имеющую сахаристость (Сх) - 15,1%, сухих веществ (СВ) - 18,4%, чистоту (Ч) свекловичного сока - 82,1%. Готовят водный раствор неанионного флокулянта - полидиаллилдиметиламмоний хлорида в количестве 40 мг/л сока и кислого реагента - ортофосфорной кислоты в количестве 30 мг/л сока. Этот раствор вводят в зону подачи питательной воды с рН 7,8 и температурой 72°С в корпусе аппарата. Одновременно готовят раствор неорганического коагулянта - сульфатную соль титана TiO(SO₄)²⁺ в количестве 10 мг/л сока и раствор гидроксида кальция - 75 мг/л сока и подают эти растворы в ошпариватель вместе со свекловичной стружкой.

Диффузионный сок, полученный в результате экстракции стружки, имеет чистоту Ч - 86,9%. Содержание несахаров в жоме составляет 0,9%, эффект очистки свекловичного сока - 30,86%. Затем в полученный диффузионный сок вводят раствор неорганического коагулянта в количестве 10 мг/л сока и раствор кислого реагента - ортофосфорной кислоты до достижения рН 5,0 для коагуляции высокомолекулярных соединений и коллоидно-дисперсных примесей в кислой среде.

В кислую среду сока вводят известковое молоко в количестве 75 мг/л (0,05% CaO к массе свеклы) до достижения рН 7,5 и вводят раствор неанионного флокулянта в количестве 40 мг/л сока, нагревают до 65°С, вводят раствор коллоидной кремниевой кислоты в количестве 5 мг/л сока и направляют сок в отстойник для отделения осадка несахаров. Отстой сока дефекуют известковым молоком до рН 11,4. В дефекованный сок добавляют раствор неорганического коагулянта в количестве 7 мг/л сока, обесцвечивающий реагент - перекись водорода в количестве 30 мг/л сока и ортофосфорную кислоту до образования рН 9,2, нагревают до 75°С, снижают кислым реагентом рН сока до 8,1 и фильтруют сок с отделением осадка. В результате чистота сока Ч - 94,3%, сахаристость (Сх) - 14,1%, сухих веществ (СВ) -15,0%. Общий эффект очистки Эо - 72,7%.

Пример 3. В двухшнековый диффузионный аппарат подают свекловичную стружку, имеющую сахаристость (Сх) - 15,5%, сухих веществ (СВ) - 18,9%, чистоту (Ч) свекловичного сока - 82,0%. Готовят водный раствор неанионного флокулянта - полидиаллилдиметиламмоний хлорида в количестве 40 мг/л сока и кислого реагента - ортофосфорной кислоты в количестве 30 мг/л сока. Этот раствор вводят в зону подачи питательной воды с рН 7,8 и температурой 72°С в корпусе аппарата.

Одновременно готовят раствор неорганического коагулянта - сульфатную соль титана TiO(SO₄)²⁺ в количестве 10 мг/л сока и раствор гидроксида кальция - 75 мг/л сока и подают эти растворы в среднюю зону аппарата, а именно в третью секцию в соко-стружечную смесь.

Диффузионный сок, полученный в результате экстракции стружки, имеет чистоту Ч - 88,7%, сахаристость (Сх) - 14,6%, сухих веществ (СВ) - 16,5%. Содержание несахаров в жоме составляет 1,05%, эффект очистки свекловичного сока - 41,8%. Затем в диффузионный сок вводят раствор неорганического коагулянта в количестве 10 мг/л сока и раствор кислого реагента - ортофосфорной кислоты до достижения рН 5,0 для коагуляции высокомолекулярных соединений и коллоидно-дисперсных примесей в кислой среде.

В кислую среду сока вводят известковое молоко в количестве 75 мг/л (0,05% СаО к массе свеклы) до достижения рН 7,5 и вводят раствор неанионного флокулянта в количестве 40 мг/л сока, нагревают до 65°С, вводят раствор коллоидной кремниевой кислоты в количестве 5 мг/л сока и направляют сок в отстойник для отделения осадка несахаров. Отстой сока дефекуют известковым молоком до рН 11,4. В дефекованный сок добавляют раствор неорганического коагулянта в количестве 7 мг/л сока, обесцвечивающий реагент - перекись водорода в количестве 30 мг/л сока и ортофосфорную кислоту до образования рН 9,2 и вводят некатионный флокулянт - анионный полиакриламид (Magnofloc LT 27) в количестве 20 мг/л сока, нагревают до 75°С, снижают кислым реагентом рН сока до 8,1 и фильтруют сок с отделением осадка. В результате чистота сока Ч - 96,7%, сахаристость (Сх) - 14,5%, сухих веществ (СВ) - 15,0%. Общий эффект очистки Эо - 84,4%.