Автoр: Шиманcкая Татьяна Михайлoвна
Изoбретение отноcитcя к cахарной промышленноcти и может быть иcпользовано для производcтва жидкого cахара из cахароcодержащего сырья. Линия по производству жидкого сахара из продуктов хранения сахаросодержащего сырья включает блок подготовки сырья, блок мембранной фильтрации, блок электродиализа, блок тонкой очистки, блок обратноосмотического концентрирования, блок выпаривания, систему химической промывки, установку водоподготовки, систему теплотехнического контура. Способ производства жидкого сахара из соргового меда или сахара-сырца включает разбавление соргового меда или сахара-сырца пермиатом, смешивание и нагрев в блоке подготовки сырья с получением фильтрата, очистку фильтрата в блоке мембранной фильтрации, обработку фильтрата в блоке электродиализа, доочистку на блоке тонкой очистки, концентрацию раствора сахаров на блоке обратноосмотического концентрирования и выпаривание сахаросодержащего раствора на блоке выпаривания. Способ производства жидкого сахара из соргового сока включает получение сока, смешивание в блоке подготовки сырья с получением фильтрата, отстаивание фильтрата в баке-отстойнике, очистку фильтрата в блоке мембранной фильтрации, обработку фильтрата в блоке электродиализа, доочистку на блоке тонкой очистки, концентрацию раствора сахаров на блоке обратноосмотического концентрирования и выпаривание сахаросодержащего раствора на блоке выпаривания. Изобретение позволяет повысить выход жидкого сахара из сахаросодержащего сырья и снизить его потери при производстве. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил.
В процессе производства сахара крайне важно вовремя переработать полученное хозяйствами сырье в готовый сахар, поскольку пик сахоросодержания, обнаруживаемый до начала крахмализации, примерно три недели в зависимости от сельскохозяйственной культуры. Поскольку сроки уборки сырья обусловлены многими факторами и часто составляют не более два месяца, то необходимо успеть переработать все полученное сырье до момента начала крахмализации. Таким образом, чтобы снизить потери собранного хозяйствами сырья при переработке и позволить хозяйствам оптимизировать сроки сбора сорго, представляется возможной быстрая переработка сахаросодержащего сырья в продукты хранения, например сорговый мед и сорговый сок, в случае если сахаросодержащим сырьем является сорго, или сахар-сырец из других сельскохозяйственных культур. Такие продукты хранения могут в дальнейшем планомерно перерабатываться в очищенные сиропы в течение продолжительного времени после уборки сорго.
В настоящее время большое внимание уделяется возможности использования сорго в качестве сахаросодержащего сырья. Сахарное сорго является экономически ценной агрокультурой в связи с повышенным содержанием сахара по сравнению с другими злаковыми культурами. Указанное свойство сорго позволяет проводить его переработку и получать как сахаросодержащие продукты, например сорговый мед, очищенные сиропы, так иные продукты, этанол, пищевые волокна, с высокой рентабельностью.
Как и любой сельскохозяйственный продукт, сорго является сезонным продуктом. Продолжительность уборки сорго может составить примерно два месяца, однако пик сахоросодержания, обнаруживаемый до начала крахмализации семян, примерно три недели. Таким образом, крайне важно оптимизировать всю технологическую схему получения сахаросодержащих продуктов, начиная с посевов сорго в хозяйствах и кончая непосредственным получением этих продуктов. Чтобы снизить потери собранного хозяйствами сырья и позволить хозяйствам оптимизировать сроки сбора сорго, представляется возможной быстрая переработка сорго в продукты хранения, например сорговый мед и сорговый сок, с дальнейшей планомерной переработкой в готовый продукт.
Из уровня техники известен способ производства сиропа из сахаросодержащего сырья (RU 2000124104 А, 27.08.2002), предусматривающий экстракцию сырьевой стружки водой, получением диффузного сока, его охлаждение, ультрафильтрацию в несколько стадий с разбавлением концентрата между ними водой, смешивание полученных на каждой стадии ультрафильтратов, умягчение полученного объединенного ультрафильтрата, его сгущение обратным осмосом. Однако существенным недостатком указанного способа является то, что при получении диффузного сока большое количество сахаросодержащих веществ остается в сырьевой стружке, что делает указанный способ малоэффективным.
В способе сахара-песка из сахарных соков (RU 2016637 С1, 30.07.1994) предусмотрено получение диффузионного сока, его очистка от примесей и последующая очистка ионитами, концентрирование раствора, уваривание его до утфеля, разделение утфеля на патоки ионитами и электродиализом, направление зеленой патоки, предварительно очищенной ультрафильтрацией, на уваривание. Однако указанный способ имеет те же недостатки, что и вышеуказанный.
Из уровня техники также известен способ производства сиропа из сахаросодержащего сырья (RU 2118664 С1, 10.09.1998), предусматривающий экстракцию измельченного сырья с получением диффузионного сока, охлаждение, ультрафильтрацию сока и концентрирование ультрафильтрата до сиропа обратным осмосом. Указанный способ малоэффективен при производстве жидкого сахара из соргового сырья, поскольку выход жидкого сахара незначителен.
Ближайшим техническим решением к предложенному является способ производства сахарного сиропа из сахаросодержащего сырья (RU 2114177 С1, 27.06.1997), включающий измельчение, получение сока, очистку сока путем подкисления, нагревание, электролиз сока с использованием активных электродов, отделением осадка, ультрафильтрацию, электродиализ ультрафильтрата, ионообменную очистку, концентрирование сока путем обратного осмоса. Существенным недостатком указанного способа является то, что в ходе электролиза качество сока снижается за счет насыщения его ионами металлов, многие из которых катализируют отрицательные химические реакции.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка способа получения жидкого сахара из продуктов хранения сахаросодержащего сырья, а также производственной линии, которые позволили бы повысить выход жидкого сахара из продуктов хранения и снизить его потери при производстве.
Настоящее изобретение относится к линии по производству жидкого сахара из продуктов хранения сахаросодержащего сырья, включающей блок подготовки сырья, блок мембранной фильтрации, блок электродиализа, блок тонкой очистки, блок обратноосмотического концентрирования, блок выпаривания, систему химической промывки, установку водоподготовки, систему теплотехнического контура, причем блок выпаривания состоит из секции выпаривания рассола и секции сгущения сиропа.
Вариантом настоящего изобретения является линия по производству жидкого сахара из продуктов хранения сахаросодержащего сырья, где сырьем может быть сорговый мед, сорговый сок, сахар-сырец.
Вариантом настоящего изобретения является линия, где блок подготовки сырья (БПС) включает баки-отстойники, баки с мешалками, перекачивающие насосы, запорная и регулирующая арматура, приборы КИПиА, пульт управления с элементами системы АСУ ТП, сборник пермеата обратного осмоса и конденсата выпарной установки. Баки с мешалками выполнены с возможностью подачи пара в межстенное пространство мешалок.
В наиболее предпочтительном варианте БПС включает дополнительный паровой подогреватель воды. Это позволяет при прерывистых запусках обеспечить необходимый тепловой режим работы блока БПС с использованием только лишь обогреваемой паровой рубашки баков с мешалками.
Емкость бака-сборника пермеата и конденсата выпарной установки может быть различной. Можно использовать бак емкостью 10 м3, предпочтительно 25 м3.
Если сырьем является сахар-песок, то может быть предусмотрена линия трубопроводов в обход баков-отстойников, подающая раствор сахара непосредственно в бак БПС. Она исключает предварительное отстаивание сахарного раствора.
Другим вариантом настоящего изобретения является линия, где на выходе баков с мешалками установлены фильтры из нержавеющей стали. Это позволяет уменьшить загрязнение баков-отстойников песком и предотвратить попадание волокон от мешков в те же баки и на контактные датчики уровня.
Вариантом изобретения является линия, где блок мембранной фильтрации (ВМФ) включает четыре ступени фильтрации, соединенных по фильтрату последовательно.
При этом продукт блока подготовки сырья (БПС) поступает в буферный бак первой ступени фильтрации, а продукт четвертой ступени фильтрации поступает на переработку в приемные баки блока электродиализа. Каждая ступень блока, кроме фильтрационных модулей, предпочтительно содержит напорные и циркуляционные насосы, запорную и регулирующую арматуру, приборы КИПиА, пульт управления с элементами системы АСУ ТП.
Другим вариантом изобретения является линия, где первая и вторая ступени фильтрации в блоке мембранной фильтрации соединены параллельно по входному и выходному продуктам путем разводки трубопроводов от насоса бака блока подготовки сырья.
Для повышения эффективности отмывки мембран и улучшения фильтрационных характеристик предпочтительно предусматривается контур рециркуляции промывочного раствора при промывке с соответствующей обвязкой трубопроводом и установлением дополнительного запорного крана с электроприводом на каждую ступень.
На третьей и четвертой ступенях предпочтительно установлен дополнительный трубопровод с запорным, дистанционно управляемым краном, для лучшего слива жидкости из контура.
Другим вариантом изобретения является линия, где над баком четвертой ступени блока мембранной фильтрации установлен трехходовой кран для переключения потоков продукта третьей ступени.
Для лучшего охлаждения их в процессе работы дополнительно может предусматриваться подвод и отвод охлаждающей воды к теплообменникам ступеней.
Вариантом изобретения является линия, где блок электродиализа (БЭД) включает три ступени обессоливания с электродиализными пакетами различной конфигурации. Кроме того, блок предпочтительно включает баковое хозяйство, состоящее из продуктового, рассольного, электролитных баков для каждой ступени, теплообменники пластинчатого типа для съема выделяющегося избыточного тепла, перекачивающие насосы, запорную и регулирующую арматуру, приборы КИПиА, пульт управления с элементами системы АСУ ТП.
Блок электродиализа предпочтительно включает трубопровод для подачи продукта блока электродиализа в бак-отстойник блока БПС, где трубопровод оборудован соответствующей запорной арматурой.
Вариантом изобретения является линия, где блок тонкой очистки включает идентичные ветви, в каждой из которых находятся ионообменные колонны катионитовой и анионитовой ионообменными смолами. Кроме того, блок включает три теплообменника пластинчатого типа для охлаждения, поступающего в колонки сахаросодержащего раствора, буферный бак, перекачивающие насосы, запорная и регулирующая арматура, приборы КИПиА, пульт управления с элементами системы АСУ ТП.
Теплообменник тонкой очистки необязательно может быть усилен дополнительными пластинами для улучшения охлаждения поступающего сахаросодержащего раствора водой оборотного теплотехнического контура.
Для возможности обеспечения промывки теплообменников моющими растворами в гидросхему блока могут быть введены дополнительные штуцеры с отсечными кранами. Вариантом изобретения является линия, где блок обратноосмотического концентрирования (БОК) включает параллельные ветви концентрирования с обратноосмотическими рулонными элементами в каждой, буферный продуктовый бак, встроенную систему промывки, состоящей из бака промывочных растворов, насос подпорного и насос высокого давления, запорную и регулирующую арматуру. Кроме того, блок может включать два теплообменника пластинчатого типа для охлаждения сахаросодержащего раствора и промывочного раствора, запорную и регулирующую арматуру, приборы КИПиА, пульт управления с элементами системы АСУ ТП.
На выходе продукта для улучшения автоматизированного управления блоком необязательно может быть установлен электронный расходомер.
Вариантом изобретения является линия, где блок выпаривания продукта (ВВП) включает пластинчатые испарители (рассола и продукта), пластинчатый конденсатор продуктового пара, вспомогательные пластинчатые теплообменники предварительного подогрева входящего сахаросодержащего раствора, теплообменники охлаждения сиропа и отходящего упаренного рассола. Кроме того, блок предпочтительно содержит буферный бак, перекачивающие насосы, циркуляционный насос, запорную и регулирующую арматуру, приборы КИПиА, пульт управления с элементами системы АСУ ТП.
Теплообменник альтернативно может быть кожухотрубчатый, который предотвращает забивание нагаром, образующимся в испарителе рассола.
Вариантом изобретения является линия, где система химической промывки (СХП) включает перекачивающие насосы, подающие воду и приготовляемые в проточном режиме моющие растворы кислот и щелочи, насосы-дозаторы для приготовления моющих растворов в проточном режиме, емкости с концентрированными растворами моющих средств (азотная кислота, сульфаминовая кислота, серная кислота и едкий натр), паровой пластинчатый подогреватель и бак для приготовления горячей воды, циркуляционный насос горячей воды, а также запорную и регулирующую арматуру, приборы КИПиА, пульт управления с элементами системы АСУ ТП.
Для предотвращения попадания химических реагентов в очищенную воду могут быть установлены обратные клапаны на трубопроводы подачи воды в систему химической промывки.
Необязательно может быть установлен дополнительный насос-дозатор на ветвь дозирования раствора сульфаминовой кислоты для обеспечения повышенной концентрации ее при промывке блока электродиализа.
Вариантом изобретения является линия, где установка водоподготовки (УВП) включает две ступени очистки. Первая ступень очистки является обратно осмотической установкой. Вторая ступень очистки включает четыре бака накопления воды, перекачивающие насосы, запорную и регулирующую арматуру, приборы КИП и А и пульта управления.
Установка оборудована системой автоматического отключения подачи воды с первичной установки водоподготовки при отключенном насосе высокого давления.
Вариантом изобретения является линия, где система теплотехнического контура (СТК) включает градирни, баки для оборотной воды, циркуляционный насос градирни, циркуляционный насос теплотехнического контура, подающего охлажденную воду на все охлаждающие теплообменники линии. Кроме того, в состав контура входят запорная арматура, приборы КИПиА, пульт управления.
Необязательно может быть установлена дополнительная градирня тепловой мощностью 250 кВт с соответствующей системой внутренней циркуляции, состоящей из дополнительного циркуляционного насоса и трубопроводов с запорной арматурой.
Настоящая линия также может включать вспомогательное баковое хозяйство, состоящее из бака соргового меда, бака-нейтрализатора для сбора и промежуточного хранения отработанных промывочных растворов, сборника отходов емкостью 10 м3, предназначенного для сбора концентрата, блока мембранной фильтрации и обессахаренного осадка, блока БПС, бака-сборника сиропа емкостью 25 м3 для промежуточного хранения готового продукта.
Другим вариантом настоящего изобретения является способ производства жидкого сахара из соргового меда на вышеописанной линии, включающий разбавление сока пермиатом, смешивание и нагрев в блоке подготовки сырья с получением фильтрата, очистка фильтрата в блоке мембранной фильтрации, обработку фильтрата в блоке электродиализа, доочистку на блоке тонкой очистки, концентрацию раствора сахаров на блоке обратноосмотического концентрирования и выпаривание сахаросодержащего раствора на блоке выпаривания.
Другим вариантом настоящего изобретения является способ производства жидкого сахара из соргового сока с использованием вышеуказанной линии, включающий получение сока, смешивание в блоке подготовки сырья с получением фильтрата, отстаивание фильтрата в баке отстойнике, очистка фильтрата в блоке мембранной фильтрации, обработку фильтрата в блоке электродиализа, доочистку на блоке тонкой очистки, концентрацию раствора сахаров на блоке обратноосмотического концентрирования и выпаривание сахаросодержащего раствора на блоке выпаривания.
Другим вариантом настоящего изобретения является способ производства жидкого сахара из сахара-сырца с использованием вышеуказанной линии, включающий разбавление пермиатом сахара-сырца, смешивание и нагрев в блоке подготовки сырья с получением фильтрата, очистка фильтрата в блоке мембранной фильтрации, обработку фильтрата в блоке электродиализа, доочистку на блоке тонкой очистки, концентрацию раствора сахаров на блоке обратноосмотического концентрирования и выпаривание сахаросодержащего раствора на блоке выпаривания.
Способы производства жидкого сахара из соргового меда, соргового сока, сахара-сырца схематично показаны на Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3, где
(1) - источник сгущенного жидкого сахара с заданными показателями;
(2) - источник пара с заданной температурой;
(3) - блок подготовки сырья (БПС);
(4) - источник пермиата с заданными показателями;
(5) - блок мембранной фильтрации;
(6) - сборник отходов;
(7) - приемные баки электродиализа;
(8) - источник электрического поля;
(9) - электромембранные пакеты;
(10) - бак-нейтрализатор;
(11) - первый теплообменник;
(12) - второй теплообменник;
(13) - третий теплообменник;
(14) - блок тонкой очистки (БТО);
(15) - блок обратноосмотического концентрирования (БОК);
(16) - первый поток с определенными показателями;
(17) - второй поток с определенными показателями;
(18) - блок выпаривания продукта (БВП);
(19) - вирпулы;
(20) - сепаратор;
(21) - бак-отстойник;
(22) - источник сахара-сырца с заданными параметрами;
(23) - шнек.
Ниже приводятся конкретные примеры осуществления заявленных способов на заявленной линии.
1. Получение жидкого сахара из соргового меда.
Сгущенный жидкий сахар (сорговый мед СВ 70%) в количестве 400-500 кг/час поступает на блок подготовки сырья в 2 блока с мешалками (3), где разбавляется пермиатом до содержания СВ 12-14%. В межстенное пространство мешалок подается пар и подогревает сахаросодержащий раствор до 70°С. Отстоявшийся раствор подается на блок мембранной фильтрации (5). Осадки из баков отстойников подаются периодически в другие баки-отстойники для разбавления водой. Сахаросодержащий раствор проходит последовательно через 4 ступени мембранной фильтрации. Процесс протекает при температуре 70-75°С через керамические мембраны. Накопившийся в блоках мембранной фильтрации и блоке подготовки сырья осадок, состоящий из белково-полисахаридного комплекса, промывается водой в сборник отходов (6) и используется на корм скоту.
Фильтрат с последней ступени ВМФ поступает в приемные баки электродиализа (7), откуда насосом прокачивается через электромембранные пакеты (9). Очищенный раствор проходит последовательно 3 ступени. В электромембранных пакетах под действием электрического поля происходит обессоливание, очистка от минеральных солей, солей органических кислот. Установка работает при рабочем напряжении 380. Образующийся при обессоливании сахаросодержащего раствора концентрат электродиализа (рассол) выводится насосом в бак-нейтрализатор (10) для последующего упаривания. На БТО (14) сахаросодержащей раствор доочищается от минеральных солей, убирается цветность раствора. Перед поступлением на блок сахаросодержащий раствор охлаждается тремя теплообменниками:
- в 1-м теплообменнике охлаждается пермиатом (11),
- во 2-м встречным потоком сахаросодержащего раствора (12),
- в 3-м доохлождается водой (13).
Очистка происходит при последовательном прохождении слоев катионитовой и анионитовой смол в колоннах.
Блок обратноосмотического концентрирования (15) концентрирует сахаросодержащий раствор с 10-15% до 25-28% методом обратного осмоса под высоким давлением (до 60 кг/см2). Входной поток сока делится на выходе на 2 потока: концентрат 1120-1160 л/час (16) и воду (пермиат) 1040 л/час, температура до 45°С (17).
В блоке выпаривания продукта (БВП) (18) происходит выпаривание рассола и сгущение сиропа до 60-64% сухих веществ. Выпаривание происходит при температуре 70°С под вакуумом и остаточном давлении 0,6 бар. Выпаривание рассола происходит при температуре 102°С. Рабочее давление пара 2 кгс/см2 и температура 120°С.
Производительность выпарной установки 350-500 кг/час. Способ позволяет снизить количество персонала, участвующего в процессе производства жидкого сахара, и снизить его потери.
2. Получение жидкого сахара из соргового сока.
Очищенный сок после вирпулов (19) поступает на сепаратор (20) для дополнительной очистки с температурой 70-80°С, затем подается на блок подготовки сырья (3) в количестве 2,9-3,5 т/час с содержанием СВ 12-14% в 2 бака с мешалками и затем перекачивается в баки отстойники (21). Отстоявшийся раствор подается на блок мембранной фильтрации (5). Осадки из баков отстойников подаются периодически в другие баки отстойники для разбавления водой. Сахаросодержащий раствор проходит последовательно через 4 ступени мембранной фильтрации. Процесс протекает при температуре 70-75°С через керамические мембраны. Накопившийся в блоках мембранной фильтрации и блоке подготовки сырья осадок, состоящий из белково-полисахаридного комплекса, промывается водой в сборник отходов (6) и используется на корм скоту.
Фильтрат с последней ступени ВМФ поступает в приемные баки электродиализа (7), откуда насосом прокачивается через электромембранные пакеты (9). Очищенный раствор проходит последовательно 3 ступени. В электромембранных пакетах под действием электрического поля происходит обессоливание, очистка от минеральных солей, солей органических кислот. Установка работает при рабочем напряжении 380. Образующийся при обессоливании сахаросодержащего раствора концентрат электродиализа (рассол) выводится насосом в бак-нейтрализатор (10) для последующего упаривания. На БТО (14) сахаросодержащей раствор доочищается от минеральных солей, убирается цветность раствора. Перед поступлением на блок сахаросодержащий раствор охлаждается тремя теплообменниками:
- в 1-м теплообменнике охлаждается пермиатом (11),
- во 2-м встречным потоком сахаросодержащего раствора (12),
- в 3-м доохлождается водой (13).
Очистка происходит при последовательном прохождении слоев катионитовой и анионитовой смол в колоннах.
Блок обратноосмотического концентрирования (15) концентрирует сахаросодержащий раствор с 10-15% до 25-28% методом обратного осмоса под высоким давлением (до 60 кг/см2). Входной поток сока делится на выходе на 2 потока: концентрат 1120-1160 л/час (16) и воду (пермиат) 1040 л/час, температура до 45°С (17).
В блоке выпаривания продукта (ВВП) (18) происходит выпаривание рассола и сгущение сиропа до 60-64% сухих веществ. Выпаривание происходит при температуре 70°С под вакуумом и остаточном давлении 0,6 бар. Выпаривание рассола происходит при температуре 102°С. Рабочее давление пара 2 кгс/см2 и температура 120°С.
Производительность выпарной установки 350-500 кг/час. Способ позволяет снизить количество персонала, участвующего в процессе производства жидкого сахара, и снизить его потери.
3. Получение жидкого сахара из сахара-сырца.
Сахар-сырец в количестве 400-500 кг/час (22) шнеком (23) подается в 2 бака с мешалками (3), где разбавляется пермиатом до содержания СВ 12-14%. Сахаросодержащий раствор подогревается паром, который подается в межстенное пространство мешалок, до 70°С. Отстоявшийся раствор подается на блок мембранной фильтрации (5). Осадки из баков отстойников подаются периодически в другие баки-отстойники для разбавления водой. Сахаросодержащий раствор проходит последовательно через 4 ступени мембранной фильтрации. Процесс протекает при температуре 70-75°С через керамические мембраны. Накопившийся в блоках мембранной фильтрации и блоке подготовки сырья осадок, состоящий из белково-полисахаридного комплекса, промывается водой в сборник отходов и используется на корм скоту (6).
Фильтрат с последней ступени ВМФ поступает в приемные баки электродиализа (7), откуда насосом прокачивается через электромембранные пакеты (9). Очищенный раствор проходит последовательно 3 ступени. В электромембранных пакетах под действием электрического поля происходит обессоливание, очистка от минеральных солей, солей органических кислот. Установка работает при рабочем напряжении 380. Образующийся при обессоливании сахаросодержащего раствора концентрат электродиализа (рассол) выводится насосом в бак-нейтрализатор (10) для последующего упаривания. На БТО (14) сахаросодержащей раствор доочищается от минеральных солей, убирается цветность раствора. Перед поступлением на блок сахаросодержащий раствор охлаждается тремя теплообменниками:
- в 1-м теплообменнике охлаждается пермиатом (11),
- во 2-м встречным потоком сахаросодержащего раствора (12),
- в 3-м доохлождается водой (13).
Очистка происходит при последовательном прохождении слоев катионитовой и анионитовой смол в колоннах.
Блок обратноосмотического концентрирования (15) концентрирует сахаросодержащий раствор с 10-15% до 25-28% методом обратного осмоса под высоким давлением (до 60 кг/см2). Входной поток сока делится на выходе на 2 потока: концентрат 1120-1160 л/час (16) и воду (пермиат) 1040 л/час, температура до 45°С (17).
В блоке выпаривания продукта (ВВП) (18) происходит выпаривание рассола и сгущение сиропа до 60-64% сухих веществ. Выпаривание происходит при температуре 70°С под вакуумом и остаточном давлении 0,6 бар. Выпаривание рассола происходит при температуре 102°С. Рабочее давление пара 2 кгс/см2 и температура 120°С.
Производительность выпарной установки 350-500 кг/час. Способ позволяет снизить количество персонала, участвующего в процессе производства жидкого сахара, и снизить его потери.
