Способ производства сиропа из сахаросодержащего сырья

 

Изобретение относится к сахарной промышленности. Способ предусматривает экстракцию измельченного сырья, в частности свеклы, экстрагентом, в качестве которого используют обессоленную воду, с получением диффузионного сока; очистку его ультрафильтрацией в несколько стадий и концентрирование обратным осмосом с использованием высокоселективных мембран до получения сиропа с СВ 30-50% и обессоленной воды с солесодержанием не более 30 мг/л. Эту воду кроме экстракции используют также в качестве разбавителя концентрата, разбавление которого проводят между стадиями ультрафильтрации. Диффузионный сок перед ультрафильтрацией разбавляют обессоленной водой с солесодержанием не более 30 мг/л, а смесь ультрафильтратов со всех стадий умягчают. Способ обеспечивает повышение эффективности очистки, увеличение степени извлечения сахарозы и уменьшение ее потерь. 1 ил.

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано для получения сиропа из сахаросодержащего сырья.

В настоящее время в сахарной промышленности при получении сиропа производятся значительные затраты энергоресурсов, труда, химических реагентов, что обусловлено существующими технологическими процессами.

Так известен способ производства сиропа из сахаросодержащего сырья, включающий диффузионное извлечение сахарозы из стружки свеклы и другого сырья, очистку диффузионного сока путем дефекации, сатурации, сульфитации и фильтрации. Полученный и очищенный диффузионный сок затем упаривают до состояния сиропа, с последующей его очисткой и фильтрацией, после чего он поступает на варку первого утфеля (Востоков А. И., Лепешкин И. П. Свеклосахарное производство. - М.: Пищ. промышл., 1973, с. 42).

В качестве экстрагента при получении диффузионного сока традиционным способом используют "питательную" воду, представляющую собой смесь воды из открытого водоема или скважины, парового конденсата и очищенных от взвесей жомопрессовой воды и других вод сахарного производства.

Указанный выше способ, хотя и получил широкое распространение, обладает целым рядом недостатков.

Высокое содержание ионных примесей в питательной воде (до 400-600 мг/л) снижает скорость экстракции сахарозы из стружки, а следовательно, и выход сахара и повышает минерализацию сока. Для получения известкового молока требуется наличие энергоемкого производства по обжигу известняка с высоким грузооборотом. Операция известковой очистки сока от высокомолекулярных соединений (ВМС) и коллоидов приводит к образованию больших отходов, а также значительному насыщению сока ионами жесткости, которые полностью не удаляются в процессе двухстадийной сатурации.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ производства сиропа из сахаросодержащего сырья, предусматривающий экстракцию измельченного сырья экстрагентом с получением диффузионного сока, его очистку от механических примесей, охлаждение, ультрафильтрацию сока с образованием ультрафильтрата и концентрата, коагуляцию в нем высокомолекулярных и коллоидно-диспергированных веществ электролизом, осаждение коагулята в отстойнике, фильтрацию отделенного от осадка раствора с наполнителем и возврат его в процесс путем смешивания с исходным соком, полученный ультрафильтрат концентрируют до сиропа обратным осмосом и проводят деионизацию сиропа электродиализом в две ступени (авт.св. N 482496, кл. C 13 D 3/16, 1975).

Недостатки способа заключаются в следующем.

Скорость ультрафильтрации сока по мере отбора ультрафильтрата быстро снижается до полного прекращения процесса, что обусловлено нарастанием концентрационной поляризации над поверхностью мембран, усилением коллоидообразования, стимулируемого минеральными примесями в соке, с последующим отложением коллоидов на мембранах. Это вызывает необходимость частых промывок оборудования.

В процессе электрокоагуляции качество сока снижается за счет насыщения его ионами металлов, многие из которых катализируют отрицательные химические реакции. Операция концентрирования сока ведется с малой эффективностью из-за быстрого блокирования мембран отложениями солей жесткости.

Технический результат изобретения заключается в увеличении степени извлечения сахарозы из сахаросодержащего сырья, уменьшении ее потерь путем повышения эффективности очистки.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе производства сиропа из сахаросодержащего сырья, предусматривающем экстракцию измельченного сырья экстрагентом с получением диффузионного сока, его охлаждение, ультрафильтрацию сока и концентрирование ультрафильтрата до сиропа обратным осмосом, в качестве экстрагента используют воду солесодержанием не более 30 мг/л, при этом диффузионный сок перед ультрафильтрацией разбавляют этой же водой и процесс проводят в несколько стадий с разбавлением концентрата между ними указанной водой и полученные на каждой стадии ультрафильтраты смешивают и умягчают, причем процесс обратного осмоса проводят на высокоселективных мембранах до получения сиропа с содержанием сухих веществ 30-50% и фильтрата, имеющего солесодержание не более 30 мг/л с последующем его использованием в процессе экстракции и ультрафильтрации.

Предложенный способ поясняется технологической схемой, изображенной на чертеже, и заключается в следующем.

"Питательную" воду по трубопроводу подают на установку 1 для обессоливания, после которой воду с общим солесодержанием, не превышающим 30 мг/л, собирают в емкости 2, откуда она в качестве экстрагента поступает в экстрактор 3. В него противоточно воде подают стружку из сахаросодержащего сырья, например свеклы. Жом после экстракции отводят из экстрактора и прессуют, а диффузионный сок охлаждают до температуры 20-30^oC в теплообменнике 4, очищают от взвесей и подают в емкость 5, в которой производится его разбавление в 2,5-3,5 раза обессоленной водой из емкости 2.

Из емкости 5 разбавленный сок направляют на трехстадийную ультрафильтрационную очистку от ВМС, коллоидов и низкомолекулярных несахаров. Эта операция проводится последовательно на установках 6, 7, 8 с использованием мембран с порогом отсечения по мол. м. 2-5 тысяч Дальтон. Отбор ультрафильтрата на установках составляет 50-70%. На каждой стадии образуются два продукта: ультрафильтрат и концентрат. Ультрафильтраты со всех стадий собирают в емкость 9, а концентрат последовательно проходит все стадии очистки с предварительным разбавлением его перед стадиями в емкостях 10 и 11.

Концентрат с последней стадии направляют на дальнейшую переработку, например на выделение пектина или получение белкового корма.

Ультрафильтрат из емкости 9 забирается насосом 12 и направляется на установку умягчения 13. Эта операция осуществляется на катионитовых смолах в натриевой форме и ведется до снижения жесткости не более 0,1 мг-экв/л. После умягчения ультрафильтрат дополнительно очищают на фильтре 14 с порогом задержания 5-15 мкм и собирают в емкость 15. Из емкости 15 ультрафильтрат подают на сгущение, которое осуществляется в три стадии на установках обратного осмоса 16, 17, 18. В этих установках используются высокоселективные (не менее 95%) мембраны. На каждой стадии сгущения образуются два продукта: фильтрат, имеющий солесодержание не более 30 мг/л, и концентрат. Фильтрат направляют в емкость 2 и используют в качестве экстрагента и для разбавления концентрата на ультрафильтрации. Отбор фильтрата на каждой стадии составляет 50-70% от исходного объема.

Концентрат с первой стадии проходит все стадии сгущения, собираясь после них в емкости 19. Сгущение проводят до содержания CB в концентрате на последней стадии 30-50%. Из емкости 19 сироп забирается насосом 20 и направляется на дальнейшие технологические операции.

Пример.

Экстракцию сахарозы из свекольной стружки осуществляют на противоточном лабораторном экстракторе непрерывного действия при температуре 70^oC. В качестве экстрагента используют воду с солесодержанием менее 30 мг/л и питательную воду, взятую на сахарном заводе с солесодержанием ≈650 мг/л (контроль). При этом в экспериментальном соке по сравнению с контрольным концентрация сахарозы была больше на 0,2-0,4 пункта, а содержание минеральных примесей и ионов жесткости в 1,5-2 раза меньше.

Берут 20 л диффузионного сока с концентрацией в процентах: CB - 16,5, сахарозы - 14,0. Сок получают с использованием в качестве экстрагента воды с солесодержанием менее 30 мг/л. Его охлаждают до температуры 25^oC, очищают от взвесей на механическом фильтре с порогом задержания 10 мкм. Удаление ВМС, коллоидов и низкомолекулярных несахаров осуществляют в три стадии на опытной установке ультрафильтрации с применением мембран с порогом отсечения по молекулярной массе 5000 Дальтон. Перед стадиями проводят разбавление продукта в 3 раза водой с солесодержанием менее 30 мг/л. Отбор ультрафильтрата на этих стадиях составил ≈ 66,6%. Рабочее давление ≈ 3 атм. Продолжительность каждой стадии ≈ 3 час.

Объединенный ультрафильтрат 120 л содержит: CB 2,4%, сахарозы 2,3%. Эффект очистки составляет ≈ 76%, а массовые потери сахарозы составляют 1,5% от ее количества перед первой стадией. Снижения скорости ультрафильтрации не отмечалось.

На последней стадии ультрафильтрации получают концентрат с содержанием CB - 2,2%, из которого выделен пектин.

Объединенный ультрафильтрат умягчают на ионнообменной смоле КУ-2-8 в натриевой форме до жесткости менее 0,1 мг-экв/л и сгущают в три стадии методом обратного осмоса, на мембранах с селективностью 99%, с рабочим давлением 32 атм. Объем сока за 0,5 ч уменьшается до 8,5 литров, при этом концентрация CB увеличивается до 30,5%. В фильтрате сахарозы не обнаружено. Изменение скорости сгущения не отмечено.

Анализ продуктов осуществляют в соответствии с Инструкцией по химико-технологическому контролю свеклосахарного производства (ВНИИСС, Киев, 1983 г).

Предложенный способ обеспечивает следующие преимущества. В процессе экстракции выход сахарозы увеличивается на 0,2-0,4 пункта путем повышения скорости растворения сахарозы в воде с малым содержанием растворенных веществ.

Указанные выше условия ультрафильтрации обеспечивают резкое снижение концентрационной поляризации, обеспечивают эффективное отделение в разбавленном растворе сахарозы от ВМС, коллоидов и низкомолекулярных несахаров. При этом повышается эффективность очистки сока до 70-80%, обеспечивается высокая скорость ультрафильтрации, уменьшается частота промывок мембран, повышается качество диффузионного сока, снижаются потери сахарозы.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить степень извлечения сахарозы из сахаросодержащего сырья, например свеклы, упростить существующую технологическую схему, уменьшить потери сахарозы, повысить качество готовой продукции.

Формула изобретения

Способ производства сиропа из сахаросодержащего сырья, предусматривающий экстракцию измельченного сырья экстрагентом с получением диффузионного сока, его охлаждение, ультрафильтрацию сока и концентрирование ультрафильтрата до сиропа обратным осмосом, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют воду с солесодержанием не более 30 мг/л, при этом диффузионный сок перед ультрафильтрацией разбавляют этой же водой и процесс проводят в несколько стадий с разбавлением концентрата между ними указанной водой и полученные на каждой стадии ультрафильтраты смешивают и умягчают, причем процесс обратного осмоса проводят на высокоселективных мембранах до получения сиропа с содержанием сухих веществ 30 - 50% и фильтрата, имеющего солесодержание не более 30 мг/л с последующим его использованием в процессе экстракции и ультрафильтрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1