Способ обработки сахарозосодержащей жидкости в процессе производства сахара (варианты)
Изобретение относится к производству сахара. Согласно одному из вариантов предложенный способ предусматривает пропускание сахарозосодержащей жидкости, в частности диффузионного сока, одновременно с потоком газа через закрытую камеру аэрации, добавления извести в аэрированную сахарозосодержащую жидкость и затем пропускание диоксида углерода. Согласно другому варианту способа сахарозосодерожащую жидкость пропускают через закрытую вакуумную камеру и затем через закрытую камеру аэрации, добавляют известь в обработанную сахарозосодержащую жидкость, после чего через нее пропускают диоксид углерода. Изобретение обеспечивает уменьшение цветности сахарозосодержащей жидкости. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Настоящая заявка имеет приоритет заявки США Сер. №60/457516, поданной 24 марта 2003 года и включенной в настоящее описание путем ссылки.
Настоящее изобретение в целом относится к обработке сахарозосодержащих жидкостей, получаемых из растительного материала. Конкретно, оно относится к способам обработки сахарозосодержащей жидкости в процессе производства сахара для получения обработанной сахарозосодержащей жидкости с улучшенными свойствами.
Сахароза - это дисахарид, включающий два звена - глюкозное и фруктозное. Сахароза в естественном виде встречается во многих фруктах, овощах и других растениях, в частности в таких как сахарный тростник, сахарная свекла, сахарное сорго, сахарные пальмы или сахарные клены. Количество сахарозы, производимой растениями, может зависеть от их генетических особенностей, почвенных факторов или удобрений, погодных условий во время роста, частоты заболеваний растения, степени зрелости или воздействия на них между сбором урожая и обработкой, а также от многих других факторов.
Сахароза может концентрироваться в некоторых частях растения, таких как корень сахарной свеклы или стебель сахарного тростника. При снятии урожая может собираться и обрабатываться все растение или часть растения, в котором сконцентрирована сахароза, для получения жидкости для производства сахара, в которой содержится некоторое количество сахарозы. См., например, "Технология сахара, производство сахара из свеклы и тростника", by P.W. van der Poel и др. (1998); "Beet-Sugar Technology" edited by R.A.McGinnis, Third Edition (1982); или "Cane Sugar Handbook: A Manual for Cane Sugar Manufacturers and Their Chemists" by C.P.Chen, Chung Chi Chou, 12th Edition (1993); и патенты США 6051075; 592842; 5480490.
В качестве неограничивающего примера сахарная свекла может нарезаться на "стружку", которую подают в диффузионный аппарат, в котором стружка продвигается против потока горячей жидкости. При этом часть сахарозы из стружки переходит в поток жидкости, образуя «сахарозосодержащую жидкость» или диффузионный сок. Часть сахарозосодержащей жидкости может возвращаться на вход для жидкости диффузионного аппарата. Противоточная диффузия может извлекать из стружки до 98% сахарозы, содержащейся в свекле, вместе с другими (побочными) веществами. Сокостружечную смесь, выгружаемую из диффузионного аппарата, подают на пресс, где из смеси отжимается жидкость с получением жома. Отжатую при этом жидкость называют "жомопрессовой водой", которая может иметь pH около 5, и может возвращаться в диффузионный аппарат через вход для жидкости. Поток диффузионного сока из диффузионного аппарата может объединяться с жомопрессовой водой и другой жидкостью (жидкостями), которые могут быть введены в диффузионный аппарат. Поток диффузионного сока от диффузионного аппарата может быть разделен на два и более потоков, а другие жидкости могут быть объединены с тем потоком диффузионного сока, который возвращают на вход диффузионного аппарата для жидкости.
Имеется много альтернативных способов извлечения сахарозосодержащих жидкостей из растительного материала. Во втором неограничивающем примере в диффузионном процессе для сахарного тростника используют псевдоожиженный слой тонкоизмельченного сахарного тростника, через который пропускают распыляемую диффузионную жидкость для извлечения сахарозы (вместе с другими, побочными материалами) из растительного материала в диффузионный сок.
В качестве третьего неограничивающего примера стебли сахарного тростника пропускаются для измельчения через вальцы для выжимания из растительного материала сока сахарного тростника. Этот процесс может повторяться несколько раз путем пропускания растительного материала через ряд измельчающих вальцов для извлечения из сахарного тростника почти всего сока.
Независимо от способа, используемого для экстрагирования сахарозы из растительного материала, полученная сахарозосодержащая жидкость содержит сахарозу, несахарозные вещества и воду. Несахарозные вещества могут включать, без ограничения этим, нерастворимые частицы, такие как частицы растительного волокна, почвы, металлов или другие частицы; и растворимые вещества, такие как удобрения, сахариды, отличающиеся от сахарозы, органические и неорганические несахара, органические кислоты (такие как уксусная кислота, L-молочная кислота или D-молочная кислота), растворенные газы (такие как СO2, SO2 или O2), белки, неорганические кислоты, фосфаты, ионы металлов (например, железа, алюминия или магния) или пектины; окрашенные материалы; сапонины; воски; жиры; или каучуки, а также их связанные или сшитые группы, или их производные.
Постепенное добавление щелочи к сахарозосодержащей жидкости повышает ее рН от диапазона от около 5,5 до около 6,5, до диапазона от около 11,5 до около 11,8. Повышение рН сахарозосодержащей жидкости позволяет некоторым несахарозным веществам, содержащимся в ней, достигнуть своих соответствующих изоэлектрических точек. Эта стадия, часто называемая "предварительной дефекацией", может быть осуществлена в соответствующем дефекаторе. Термин "предварительная дефекация" не означает ограничения стадии добавления основания к сахарозосодержащим жидкостям, содержащим сахарозу, только такими системами, в которых это добавление основания называется "предварительной дефекацией". Скорее следует понимать, что в различных традиционных системах обработки сока может быть желательно сначала использовать щелочь для повышения рН сахарозосодержащей жидкости перед последующими стадиями осветления или очистки. Последующие стадии осветления или очистки могут включать стадию фильтрации, как описано в патентах США №№4432806, 5759283 и т.п.; стадию ионного обмена, как описано в патенте Великобритании №1043102 или патентах США №№3618589, 3785863, 4140541 или 4331483, 5466294 и т.п.; стадию хроматографии, как описано в патентах США №№5466294, 4312678, 2985589, 4182633, 4412866, 5102553 и т.п.; или стадию ультрафильтрации, как описано в патенте США №4432806 и т.п.; или фазового разделения, как описано в патенте США №6051075 и т.п.; или системы обработки, в которых химикаты добавляют в сатуратор, как описано в патенте США №4045242, при этом каждый документ показывает варианты основной дефекации и сатурации в традиционном процессе получения сахара.
Термин щелочь означает любой основный материал, способный повысить рН сока или сахарозосодержащей жидкости, включая, без ограничения этим, соединения кальция, например карбонат кальция, выпадающий в осадок при дефекации или сатурации. Использование извести обычно включает использование конкретно негашеной извести, или оксида кальция, полученного нагреванием известняка в кислородной среде. Во многих случаях предпочтительно используют известковое молоко, которое состоит из суспензии гидроксида кальция (Са(ОН)2) в воде, полученного в известегасителе в соответствии с реакцией:
CaO+H2O=Са(ОН)2+15,5 Кал
Термин "изоэлектрическая точка" означает рН, при котором растворенные или коллоидные материалы, такие как белки, в сахарозосодержащей жидкости имеют нулевой электрический потенциал. Когда такие растворенные или коллоидные материалы достигают присущих им изоэлектрических точек, они могут образовать множество твердых частиц, осаждаться или флоккулировать в сахарозосодержащей жидкости.
Флоккуляцию можно усилить путем добавления в сок карбонатно-кальциевых частиц, вызывающих связывание с ними твердых частиц с образованием хлопьев. Этот процесс повышает размер, вес или плотность частиц, тем самым облегчая фильтрацию или осаждение таких твердых частиц или материалов и их удаление из сока.
В традиционном способе производства сахара, сахарозосодержащую жидкость также очищают от различных веществ, таких как остаточная известь, избыточный карбонат кальция, твердые частицы, флоккулят или хлопья, чтобы стабилизировать хлопья или частицы, образовавшиеся на стадии предварительной дефекации. Стадия холодной основной дефекации может включать добавление около 0,3-0,7 вес.% предварительно дефекованных сахарозосодержащих жидкостей (или больше в зависимости от качества предварительно дефекованного сока), проводимое при температуре от около 30 до около 40°С.
Сахарозосодержащая жидкость может подвергаться, кроме холодной дефекации, также горячей дефекации для дальнейшей деградации инвертного сахара и других нестабильных компонентов. Горячая основная дефекация может включать дальнейшее добавление извести, чтобы обеспечить повышение рН дефекованного сока до уровня от около 12 до около 12,5. Это позволяет извлечь из жидкости часть растворимых несахарозных материалов, которые не были извлечены при предшествующем добавлении щелочи (извести). В частности, горячая основная дефекация сахарозосодержащей жидкости может достигнуть термостабильности при частичном разложении инвертированного сахара, аминокислот, амидов и других растворенных несахарозных материалов.
После холодной или горячей основной дефекации дефекованная жидкость может быть подвергнута первой сатурации, при которой газообразный диоксид углерода вводят в сахарозосодержащую жидкость. Диоксид углерода реагирует с остаточной известью в этой жидкости с образованием карбонатно-кальциевого осадка.
Посредством этого способа может удаляться не только остаточная известь (обычно около 95 вес.% остаточной извести), но при этом карбонатно-кальциевый осадок может улавливать значительные количества оставшихся растворенных несахаров и таким образом содействовать их удалению при фильтровании дефекованного или сатурационного сока.
Осветленный сок первой сатурации может затем подвергаться дополнительным стадиям дефекации, нагревания, второй сатурации, стадиям фильтрации, мембранной ультрафильтрации, хроматографическому разделению или ионному обмену, как описано выше, или их комбинациям, модификациям или производным для дальнейшего осветления или очистки сока, полученного на первой сатурации, в результате чего образуется очищенный (неконцентрированный) сок.
Этот сок затем концентрируют посредством выпаривания части содержащейся в нем воды для получения сахарного сиропа. Выпаривание части содержащейся воды может осуществляться в многоступенчатом выпарном аппарате.
Полученный сахарный сироп может смешиваться с другими сахарозосодержащими жидкостями и сиропами и менее качественными кристаллами сахара из клеровочных аппаратов и подаваться в первый кристаллизатор. В первом кристаллизаторе выпаривают еще больше воды, пока не создаются подходящие условия для выращивания кристаллов сахара. Поскольку процесс кристаллизации бывает затруднен, в сироп добавляют некоторое количество затравочных кристаллов сахара для инициации образования кристаллов. После выращивания кристаллов образовавшиеся кристаллы ("утфель") могут быть отделены от оставшегося сахарного раствора ("оттека") в центрифуге первого утфеля. Оттек первого утфеля от кристаллизатора подают во второй кристаллизатор для повторной кристаллизации. Кристаллы сахара-сырца, полученные во втором кристаллизаторе, отделяют от оттека второго утфеля посредством центрифуги и возвращают в клеровочный аппарат для объединения с поступающим сиропом, а оттек первого утфеля от кристаллизатора рекристаллизуют в третьем кристаллизаторе. Кристаллы сахара-сырца возвращают в клеровочный аппарат для объединения с поступающим концентрированным соком. Оставшуюся жидкость из третьего кристаллизатора, которую уже невозможно кристаллизовать, называют мелассой ("черной патокой").
Сахарные кристаллы из первого кристаллизатора после их отделения от оттека в центрифуге первого утфеля могут быть промыты для получения требуемого окрашивания. Оттек из центрифуги первого утфеля содержит значительное количество сахарозы и его возвращают в клеровочный аппарат. Отделенные кристаллы сахара затем подают в сушильное устройство для получения кристаллов сахара, имеющих требуемое содержание влаги.
Как можно понять из вышеприведенных неограничивающих примеров, в процессе получения и переработки сахарозосодержащей жидкости из растительного материала образуется множество различных сахарозосодержащих жидкостей и материалов, которые включают твердые вещества, содержащие растительные остатки, твердые вещества, отделенные от сахарного раствора во время осветления, очистки или рафинирования; соки; кристаллизованный сахар; оттеки, оставшиеся от кристаллизации сахара; побочные продукты производства сахара; и различные их комбинации, модификации и производные, каждый из которых имеет уровень загрязнения, соответствующий процессу, используемому для их получения, или соответствующий данному виду или типу получаемого продукта, такого как:
корм для животных, включая отходы растительного материала, например отработанную свекольную стружку, мезгу или жом сахарного тростника или других твердых веществ или соков, отделенных от жидкостей, используемых в процессе получения сахара;
твердое топливо, которое может сжигаться для получения пара при производстве электроэнергии или для получения пара низкого давления, который может быть возвращен в систему производства сахара, или для получения низкокачественного тепла;
сиропы, включающие и растворы чистой сахарозы, например, продаваемые пользователям из промышленности, и обработанные сиропы, содержащие ароматические вещества и красители, или сиропы, содержащие некоторое количество инвертного сахара для предотвращения кристаллизации сахарозы;
меласса, полученная удалением всего или части кристаллизуемого сахара или сахарозы, или продукты, полученные из мелассы, одним примером чего является обычная меласса;
спирт, полученный дистилляцией из мелассы;
белый сахар, полученный сульфитацией с использованием диоксида серы (SO2);
окрашенные сахара типа "джугери" или "гур", полученные кипячением соков, содержащих сахарозу или сахар, до по существу сухого состояния;
окрашенный сахар, полученный при клеровании рафинированного белого сахара соком (соками), который может также подвергаться обесцвечиванию;
тростниковые сахара одной кристаллизации, часто называемые "нерафинированный сахар" в Великобритании или в других частях Европы, или называемые "выпаренный тростниковый сок" в пищевой промышленности Северной Америки для обозначения свободнотекучего тростникового сахара, производимого с минимальной степенью обработки;
измельченный тростник;
сахар-сырец, содержащий около 94-98% сахарозы, остальное - меласса, зола и следы других элементов;
рафинированные сахара, такие как экстра мелкие гранулированные, качество которых основано на стандарте качества, установленном Национальной ассоциацией безалкогольных напитков США, и имеющие окрашивание как у воды, содержащие по меньшей мере 99,9% сахарозы; специальные белые сахара, такие как колотый сахар, леденцовый сахар, кусковой сахар, сахарный песок;
коричневые сахара, которые могут быть получены напылением мелассы на рафинированный сахар или смешиванием последнего с мелассой и которые могут быть светлым или коричневым сахаром в зависимости от характеристик мелассы; или сахарная пудра с различной степенью измельчения сахарного порошка посредством размола кристаллов сахара на мельнице, который может также содержать зерновой крахмал или другие химические вещества для предотвращения слеживания.
Этот перечень не предназначен для ограничения продуктов, изготовленных из сахарозосодержащих жидкостей, полученных из растительного материала, или из последовательно получаемых жидкостей в процессе изготовления сахара во время очистки, но скорее он предназначен для иллюстрации многообразия продуктов, которые могут быть получены в обычных системах производства сахара, включая, но без ограничения этим, системы получения сахара, описанные выше, и другие системы получения сахара, конкретно не описанные, но разумеющиеся из вышеприведенного описания, основанные на типе обрабатываемого растительного материала или получаемого конечного продукта. Системы производства сахара охватывают многочисленные превращения и комбинации отдельных компонентов или стадий обработки, которые могут привести к одинаковым или к сходным, или к различным продуктам и побочным продуктам в процессе обработки. Считают, что изобретение может быть использовано в каждом типе или виде системы производства сахара, которая здесь конкретно описана или не описана.
С учетом огромного рынка сахара и побочных продуктов сахарного производства даже небольшое снижение цены сахара или побочного продукта может дать существенный экономический эффект.
Важной проблемой, связанной с производством сахара, может являться количество органических кислот и неорганических кислот в обрабатываемых жидкостях сахарного производства. Когда сок растительной клетки содержит достаточно катионов, ион гидроксида (ОН-) может действовать как анион, который позволяет диоксиду углерода (CO2) растворяться в соке в качестве ионов карбоната (СО3)-2 или бикарбоната НСО3 -. Диссоциация НСО3 - дает очень слабую кислоту. Однако, когда сок содержит недостаточное число катионов, чтобы растворенный СО2 мог образовать ионы карбоната или бикарбоната, то возникает равновесное состояние между диоксидом углерода и угольной кислотой Н2СО3. Угольная кислота может действовать как сильная кислота в диапазоне рН, в котором обрабатывают сахарозосодержащую жидкость.
Аналогичным образом в сахарозосодержащую жидкость может вводиться диоксид серы (SО2) или бисульфит аммония (NН4НSO3) для уничтожения, уменьшения или подавления микробиологической активности, гидролиза сахарозы, образования инвертного сахара, или потери сахарозы, или для регулировки рН в сторону уменьшения. Опять же, когда сахарозосодержащая жидкость содержит достаточно катионов, таких как кальций, сульфиты, то может образоваться сульфит кальция. Однако, когда сок содержит достаточное число катионов, чтобы растворенный диоксид серы (SO2) мог образовать сульфиты, то возникает равновесие между диоксидом серы (SO2), сернистой кислотой (H2SO3) и серной кислотой (H2SO4). Серная кислота и сернистая кислота также могут действовать как сильные кислоты.
Вследствие микробиологической активности в растении также могут образовываться другие неорганические и органические кислоты, включающие без ограничения этим, уксусную кислоту, угольную кислоту, пропановую кислоту, бутановую кислоту, пентановую кислоту, фосфорную кислоту, соляную кислоту, серную кислоту, сернистую кислоту, лимонную кислоту, щавелевую кислоту, янтарную кислоту, фумаровую кислоту, гликолевую кислоту, пирролидинкарбоновую кислоту, муравьиновую кислоту, масляную кислоту, малеиновую кислоту, 3-метилмасляную кислоту, 5-метилкапроновую кислоту, капроновую кислоту, или энантовую кислоту по отдельности или в различных комбинациях и концентрациях.
Неорганические кислоты и органические кислоты, содержащиеся в сахарозосодержащей жидкости, понижают рН жидкостей в процессе получения сахара и должны нейтрализоваться основанием. Чем выше концентрация органических или неорганических кислот в сахарозосодержащих жидкостях, тем больше требуется основания, которое может быть необходимо для повышения рН жидкости до желаемого уровня в аппарате предварительной дефекации или другой стадии перед последующими стадиями очистки.
Как описано выше, оксид кальция и гидроксид кальция могут добавляться к сахарозосодержащей жидкости, чтобы повысить ее рН, что обеспечивает осаждение из нее некоторых растворенных веществ в виде твердых частиц, флоккулятов или хлопьев. Оксид кальция обычно получают посредством обжига известняка - процесса, в котором известняк нагревают в обжиговой печи в присутствии кислорода, пока из него не будет удален диоксид углерода, и образуется оксид кальция. Обжиг известняка является дорогостоящей операцией, требующей затрат на приобретение печи, известняка и топлива, такого как газ, уголь, кокс и т.п., которое сжигают для достаточного повышения температуры печи, чтобы из известняка был удален диоксид углерода. Кроме этого, требуется вспомогательное оборудование для транспортировки известняка и топлива к печи и вывоза полученного оксида кальция от печи, а также оборудование для очистки воздуха от некоторых газов и частиц, выделяемых печью во время обжига известняка.
Кроме того, оксид кальция, получаемый обжигом известняка, нужно превратить в гидроксид кальция для использования в известных системах производства сахара. Это также влечет за собой расходы на покупку оборудования для превращения оксида кальция в частицы нужного размера и для смешивания последних с водой для получения гидроксида кальция.
Другой проблемой, связанной с использованием основания в традиционных системах производства сахара, может быть удаление осадков, хлопьев и карбоната кальция, образовавшихся на стадиях дефекации и сатурации. Когда в системе производства сахара используют одну или больше стадий сатурации при осветлении или очистке сока, количество образовавшегося карбоната кальция или других солей, часто называемых осадком, отработанной или сатурационной извести будет пропорционально количеству извести, добавляемой к сахарозосодержащим жидкостям. Проще говоря, чем больше количество извести, добавляемой к сахарозосодержащим жидкостям, тем больше осадка образуется на стадиях сатурации. Осадок на дне резервуара сатуратора образует то, что иногда называют "известковым шламом". Известковый осадок может быть отделен от шлама посредством ротационного вакуумного фильтра или пластинчатого и рамочного пресса. Отделенный известковый осадок в основном является осадком карбоната кальция, но может также содержать сахара, другие органические и неорганические вещества или воду. Эти отделенные осадки почти всегда обрабатываются отдельно от других отходов в системе получения сахара и они могут быть, например, смешаны в виде шлама с водой и насосами перекачаны в пруды-отстойники или на участки, окруженные дамбами, или подаваться в земляные насыпи для заполнения.
Альтернативно, сатурационная известь, шлам или отделенный известковый осадок могут подвергаться повторному обжигу. Однако стоимость печи для повторного обжига и вспомогательного оборудования для повторного обжига отработанной извести может быть значительно выше, чем стоимость печи для обжига известняка. Кроме того, качество повторно обожженной "сатурационной извести" может отличаться от качества обожженного известняка. Чистота обожженного известняка по сравнению с повторно обожженной сатурационной известью может быть в одном примере, как 92% по сравнению с 77%. При этом количество повторно обожженной извести, требующейся для нейтрализации одинакового количества иона гидроксония в соке, может быть соответственно больше. Также содержание диоксида углерода в отработанной извести может быть гораздо выше, чем в извести. При этом получение повторно обожженой извести может быть не только дорогим, но также может требовать больше газовых трубопроводов и оборудования для переноса полученной СО2 от повторно обжигаемой извести, больше оборудования для перемещения повторно обожженной извести, больше резервуаров для сатурации и т.п. Когда отработанную известь удаляют в очистные пруды, на поля или на рециркуляцию, то чем больше извести используют в конкретной обрабатывающей системе, тем обычно выше расходы на удаление отработанной извести.
Еще одной важной проблемой в традиционных системах производства сахара может являться все возрастающее уменьшение производительности систем, соответствующее все возрастающему количеству используемой извести 15 в сахарозосодержащей жидкости. Одним аспектом этой проблемы может являться имеющееся ограничение на количество или скорость, с которой известь 15 может производиться или подаваться на стадии процесса для производства сахара. Как рассмотрено выше, известняк может обжигаться для получения оксида кальция 15 перед его использованием в качестве основания в системах производства сахара. Количество получаемой извести 15 может ограничиваться недостаточной доступностью известняка, производительностью печи, доступностью топлива и т.п. Скорость, с которой может доставляться известь 15 в систему производства сахара, может меняться в зависимости от размера, вида или количества оборудования для получения извести, доступной рабочей силы и т.п. Другим аспектом этой проблемы может являться то, что количество извести 15, используемое в системе производства сахара, может пропорционально уменьшать доступный объем сахарозосодержащей жидкости в системе производства сахара. Возрастающее использование основания, такого как известь 15, может также потребовать больших площадей для ее хранения, трубопроводов и т.п., чтобы сохранять уровень производительности при одинаковом объеме сока.
Другой важной проблемой в традиционных системах производства сахара может быть присутствие в сахарозосодержащей жидкости солей, не осажденных на стадиях предварительной дефекации, основной дефекации и сатурации, но которые тем не менее должны быть удалены из сахарозосодержащей жидкости до ее упаривания для получения сиропа, чтобы предотвратить или уменьшить образование накипи в испарителе. Например, оксалат - кальциевая соль щавелевой кислоты - часто является основным компонентом, образующим накипь, в сахарных растворах после сатурации. И неконцентрированные жидкости, и сиропы могут содержать достаточно кальция, чтобы оксалат мог образовать накипь при выпаривании воды. Удаление накипи с поверхностей оборудования может быть дорогой процедурой, включающей, без ограничения этим, затраты, обусловленные спадами и уменьшением экономической эффективности производства или уменьшением эффективного срока службы оборудования.
Для удаления известковых солей до стадии выпаривания, чтобы уменьшить осаждение накипи в испарителях, сахарозосодержащие жидкости могут пропускаться через анионообменник, который связывает ион кальция с анионообменной смолой в обмен на освобождение двух ионов натрия, переносимых в сахарозосодержащей жидкости (в некоторых традиционных системах производства сахара известковые соли не удаляются перед выпариванием). Ион кальция, связанный с анионообменной смолой, освобождается при периодической промывке колонны регенерирующим раствором, таким как раствор гидроксида натрия или раствор серной кислоты, в зависимости от вида ионообменной смолы. Использованный регенерирующий раствор, в основном состоящий из иона кальция и иона гидроксида в растворе (когда раствор гидроксида натрия используют в качестве регенерирующего), имеет высокий рН и может являться рециркулированным раствором со стадии предварительной дефекации в дополнении к известковому молоку. Это может быть выгодно из-за уменьшения количества известкового молока, необходимого для повышения рН сахарозосодержащей жидкости в аппарате для предварительной дефекации до рН в диапазоне 11,5-11,8. Однако, когда содержание известковых солей увеличивается, также возрастает количество израсходованного регенерирующего раствора, и это может вызвать проблемы с установлением равновесия в аппарате предварительной дефекации и в его работе могут возникнуть сбои. Изменение щелочности и рН в аппарате предварительной дефекации может привести к плохому удалению несахарозных материалов и к повышенному содержанию известковых солей, что в свою очередь требует более частой регенерации анионообменника. Все это повышает стоимость производства сахара.
Другой важной проблемой в традиционных системах производства сахара может являться количество других органических соединений в сахарозосодержащей жидкости. Эти органические соединения могут без ограничений включать уксусный альдегид, этанол, ацетон, диметилсульфид, 2-пропиленнитрил, метилацетат, изопропионовый альдегид, 2-метилпропионовый альдегид, метакролеин, 2-метил-2-пропановый спирт, пропаннитрил, 1-пропаноловый спирт, 2-бутанон, 2,3-бутандион, этилацетат, 2-бутанол, метилпропионат, 2-бутанал, 3-метилбутанал, 3-метил-2-бутанон, 3-метил-1-бутанол, изопропилпропаноат, изобутилацетат, 2-метил-3-пентанол, 2,3-гександион, 2-гексанон, этилбутаноат, бутилацетат, 4-метилпентаннитрил, 2-гексенал, 3-метил-1-бутанолацетат, 3-гептанон, 5-гептен-2-1, гептанал, 3-октен-2-1, 2-гептенал, 3-октанон, бутилбутаноат, 2-метокси-3-изопропилпиразин, 2-метокси-3-(1-метилпропил)пиразин, спирты, альдегиды, кетоны, летучие кислоты, моноокись углерода, диоксид углерода, диоксид серы, эфиры, нитрилы, сульфиды, пиразин.
Некоторые органические соединения могут быть сильно окрашены или являться расходуемыми материалами для окрашиваемых соединений, которые могут образоваться, когда повышают рН и температуру сахарозосодержащих жидкостей во время предварительной или основной дефекации. Линия производства сахара, обрабатывающая около 8500 тонн в день измельченной сахарной свеклы при окрашивании жидкого сока около 4000 стандартных основных единиц (СОЕ), производит конечный белый сахар с окрашиванием около 43 СОЕ. Для достижения "стандартного" белого окрашивания сахара, но не более 40 СОЕ, должна быть проведена промывка сахара в центрифуге, чтобы снизить окрашивание сахарных кристаллов от 43 до 40 СОЕ. Однако промывка в центрифуге для уменьшения окрашивания уменьшает количество производимого сахара примерно на 0,65 тонн/час.
Другой важной проблемой в традиционных системах производства сахара может являться низкая чистота сахарозосодержащих жидкостей, выраженная в виде процентного отношения сахара к общему содержанию сухих веществ в сахарозосодержащей жидкости. Обычно чем выше концентрация всех сухих веществ в сахарозосодержащей жидкости, включая любой из вышеуказанных или других материалов, по отношению к количеству сахарозы в жидкости, тем менее предпочтительна такая сахарозосодержащая жидкость. Понятно, что любое уменьшение общего количества сухих веществ по отношению к сахарозе в сахарозосодержащей жидкости обеспечивает лучший сок для последующей очистки.
Растворимые несахарозные материалы в сахарозосодержащей жидкости могут оказывать вредное влияние на последующих стадиях обработки или очистки или неблагоприятно воздействовать на качество или количество получаемого сахара или других продуктов. По некоторым оценкам, один фунт растворимых несахаров уменьшает количество производимого сахара в среднем на полтора фунта. При этом может быть желательно все или часть этих растворимых несахарозных веществ удалять из сахарозосодержащих жидкостей. Например, в вышеописанном примере производства сахара окрашивание диффузионного сока может составлять около 2500 СОЕ (единиц цветности), при этом очищенный сок с цветностью около 92 СОЕ может дать около 57 тонн/час белого сахара с окрашиванием 30 СОЕ. Если чистоту сока повысить всего лишь на 0,4 СОЕ, производительность по белому сахару может быть увеличена на 0,54 тонн/час.
Настоящее изобретение предлагает способы, которые позволяют решить вышеупомянутые проблемы, совместимые с традиционными процессами производства сахара. Предлагаемые способы могут также, по отдельности или в комбинации, являться добавлением, заменой или модификацией традиционных способов и аппаратов, используемых для обработки жидкостей для производства сахара или других сахарозосодержащих жидкостей.
Второй задачей изобретения в широком смысле является снижение стоимости производства продуктов из сока или других сахарозосодержащих жидкостей за счет снижения затрат на щелочь, например известь, используемую для обработки сахарозосодержащих жидкостей. При сокращении использования извести соответственно сокращаются отходы отработанной извести.
Третьей задачей изобретения в широком смысле является очистка сока ("сахарозосодержащей жидкости") для получения характеристик, желательных на последующих стадиях обработки или очистки или которые увеличивают выход сахара. Очищенная сахарозосодержащая жидкость может характеризоваться пониженной концентрацией органических или неорганических кислот (таких как уксусная кислота, D-молочная кислота, L-молочная кислота, пропионовая кислота, лимонная кислота, соляная кислота, серная кислота и т.п.), летучих органических соединений (таких как спирт), растворенных газов (таких как СО2 или SO2), аммиака и т.п. Другим аспектом этой задачи изобретения может являться получение сахарозосодержащей жидкости, у которой вследствие обработки по изобретению повышен рН, независимо от того, добавляли в нее перед этим щелочь или нет. Еще одним аспектом этой задачи может являться получение сахарозосодержащей жидкости, требующей меньшего количества основания для повышения рН до желаемого уровня. Еще одним аспектом этой задачи может являться получение сахарозосодержащей жидкости, имеющей повышенную концентрацию окисленного материала после обработки по сравнению с изобретением. Еще одним аспектом этой задачи может являться получение сахарозосодержащей жидкости, которая после дефекации и последующей сатурации дает сок с пониженной концентрацией растворенных сухих веществ по отношению к концентрации сахарозы по сравнению с таким же соком, не обработанным по изобретению.
Поставленные задачи решаются посредством способа обработки сахарозосодержащей жидкости в процессе производства сахара, предусматривающего пропускание этой жидкости одновременно с потоком газа через закрытую камеру аэрации, добавление извести в аэрированную сахарозосодержащую жидкость и затем введение диоксида углерода в эту жидкость для уменьшения ее цветности.
Перед добавлением извести аэрированную сахарозосодержащую жидкость, возможно, подают в вакуумную камеру для дегазации жидкости.
В другом варианте способ обработки сахарозосодержащей жидкости в процессе производства сахара предусматривает пропускание этой жидкости через закрытую вакуумную камеру, пропускание вытекающей из последней сахарозосодержащей жидкости через закрытую камеру аэрации, добавление извести в обработанную указанную жидкость и затем введение в нее диоксида углерода для уменьшения ее цветности.
В обоих указанных вариантах в качестве сахарозосодержащей жидкости предпочтительно используют диффузионный сок.
Другие задачи и признаки изобретения будут понятны из последующего описания.
Как следует из нижеприведенного описания, предлагаемые способы позволяют очистить сахарозосодержащие жидкости, такие как диффузионный сок, чтобы изменить различные характеристики этой жидкости, влияющие на качество и количество производимого сахара.
В качестве примера ниже описывается способ производства сахара из диффузионного сока сахарной свеклы, в котором используется способ по изобретению. Диффузионный сок из диффузионного аппарата подают в камеру аэрации. Для подачи сока в камеру аэрации используют насос или силу тяжести при требуемых объеме и давлении. Камера аэрации может иметь конфигурацию, обеспечивающую закрытый объем, граница которой определяется внутренней конфигурацией камеры аэрации. Количество сахарозосодержащей жидкости, которое может пропускаться через закрытый объем камеры аэрации, соответствует пропускаемому количеству по меньшей мере одного газа через закрытый объем камеры. При пропускании по меньшей мере одного газа или смеси газов с требуемым парциальным давлением через закрытый объем камеры аэрации в количестве, соответствующем количеству сахарозосодержащей жидкости, растворенные материалы, подлежащие удалению из сахарозосодержащей жидкости, приводятся в равновесное состояние с газом. Количество газа, проходящее через закрытый объем, может быть отделено от сахарозосодержащей жидкости, проходящей через закрытый объем камеры аэрации, и может быть удалено на следующей стадии.
Способные удаляться несахара распределяются между количеством газа и сока. При этом часть способных удаляться несахаров переместится в аэрирующий газ и будет выведена из камеры аэрации, а некоторая часть несахаров останется в соке. Процесс переноса части несахаров из сока приводит к потери соком некоторого количества тепла.
Термин "сок" следует понимать широко, как охватывающий любую жидкость, содержащую сахарозу, независимо от способа получения или независимо от отношения сахарозы к несахарозным веществам и воде, которое может быть различным в зависимости от качества или вида растительного материала, материалов, относящихся к растительному материалу, или способов или стадий, используемых для обработки растительного материала.
Термин "газ" в широком смысле охватывает, без ограничения, очищенный газ, такой как кислород, азот, гелий, озон, диоксид углерода, неон, криптон; или смесь газов, например воздух, смесь атмосферных газов, содержащую кислород в количестве больше атмосферного, смесь газов, содержащую азот в количестве больше атмосферного, смесь газов, содержащую перекись водорода, смесь газов, содержащую диоксид углерода в количестве больше атмосферного, смесь газов, содержащую аргон в количестве больше атмосферного, смесь газов, содержащую гелий в количестве больше атмосферного, смесь газов, содержащую криптон в количестве больше атмосферного, смесь газов, содержащую озон в количестве больше атмосферного, смесь газов, содержащую кислород в количестве меньше, чем в атмосфере, смесь газов, содержащую азот в количестве меньше, чем в атмосфере, смесь газов, содержащую диоксид углерода в количестве меньше, чем в атмосфере, смесь газов, содержащую инертные газы в количестве меньше, чем в атмосфере и т.п., или смесь газов, которая была пропущена через один или больше фильтров, чтобы уменьшить или в значительной степени устранить присутствие небиологических дисперсных веществ или микробиологических организмов, таких как бактерии, вирусы другие патогены; газ или смесь газов, которая была пропущена через скрубберы или была обработана другим способом для получения желаемого парциального давления газа (газов).
Газовый фильтр (фильтры) для очистки потока газа включают НЕРА-, ULPA-фильтры и другие типы фильтров для задерживания макрочастиц или микрочастиц. Например, нефильтрованный газ или смесь газов может быть подана на предварительный фильтр, затем на последующий фильтр, если требуется, а затем в генератор 7 газового потока. Предварительно отфильтрованная смесь газов затем может пропускаться через газовый фильтр типа НЕРА или ULPA для по существу полной очистки от частиц. Полученный отфильтрованный газ или отфильтрованная смесь газов может быть до 99,99% свободна от частиц размером до около 0,3 мкм, если используют Hepa-фильтр, и до 99,999% свободна от частиц размером до около 0,12 мкм, если используется Ulpa-фильтр.
Количество газа, вводимого в поток сока, может быть подано через вход для газа в камере аэрации, который может быть одним или более отдельных отверстий. Генератор газового потока может быть отрегулирован для получения газа достаточного давления для подачи требуемого количества по меньшей мере одного газа в поток сока, который пропускают через закрытый объем камеры аэрации.
Поток сахарозосодержащей жидкости, который пропускают через закрытый объем, может быть непрерывным или он может регулироваться такими средствами регулировки как вентиль, ограничитель потока или регулятор (механический или электронный), связанными со средством подачи сока (насосом), при этом может быть установлен непрерывный, прерывистый или импульсный поток сока, чтобы увеличить или уменьшить время пребывания потока сока в закрытом объеме камеры аэрации.
Что касается некоторых вариантов выполнения камеры аэрации, то в этой камере поток сока может распределяться на множество потоков, проходящих через закрытый объем, посредством распределяющего элемента. Что касается конкретных выполнений этого элемента, то в качестве неграничивающего примера можно назвать форсунки фирмы ВЕХ Inc. (37709 Schoolcraft Road, Livonia, Michigan). Распределяемые этим элементом потоки сока могут быть направлены так, чтобы они сближались, еще больше диспергируя сок в закрытом объеме камеры аэрации. Поток сока может быть еще больше диспергирован для получения множества капелек, проходящих через закрытый объем камеры аэрации. Понятно, что чем мельче капельки (по отдельности или в среднем), полученные с помощью распределяющего элемента, тем больше общая площадь поверхности сока, контактирующая с газом, вводимым в закрытый объем камеры аэрации. Понятно, что количество газа, количество сока, степень диспергирования сока, общая площадь поверхности контакта и потери тепла могут регулироваться для установления скорости, с которой способные к удалению несахара перемещаются в газ. На выходе из камеры аэрации сок будет иметь характеристики, улучшенные для последующих стадий обработки, как описано ниже.
Ниже приведен неограничивающий пример другого способа изобретения, который может быть использован для производства сахара из сахарной свеклы. В этом способе используют вакуумную камеру, независимую от камеры аэрации или работающую совместно с последней, чтобы улучшить характеристики сока. Сок, подаваемый в вакуумную камеру, пропускают через зону пониженного давления, созданную средством снижения давления. Снижение давления в вакуумной камере приводит к уменьшению парциальных давлений отдельных газов, что позволяет ускорить удаление несахаров (органических и неорганических). При этом некоторое количество несахаров отделяется от сока и удаляется из вакуумной камеры вместе с газами. Часть несахаров остается в соке, выходящем из вакуумной камеры. На выходе из вакуумной камеры сок имеет характеристики, улучшенные для последующих стадий обработки, как описано ниже.
Так же, как и в камере аэрации, поток сока в вакуумной камере может диспергироваться или разделяться иным образом для увеличения площади поверхности сока, с которой могут контактировать газы в зоне пониженного давления. Вакуумная камера, одноступенчатая или многоступенчатая, с последовательно или параллельно соединенными отсеками, может использоваться независимо от камеры аэрации или совместно с одной или более камерами аэрации, соединенными последовательно или параллельно, для удаления несахаров из сока.
Первой характеристикой сока, которая может быть улучшена обработкой сока в различных вариантах камеры аэрации или в различных их комбинациях или модификациях, может являться уровень рН, который может быть повышен примерно на 0,01 единицы рН, примерно на 0,05 единицы рН, примерно на 0,1 единицы рН, примерно на 0,2 единицы рН, примерно на 0,3 единицы рН, примерно на 0,4 единицы рН, примерно на 0,5 единицы рН, примерно на 0,6 единицы рН, примерно на 0,7 единицы рН, примерно на 0,8 единицы рН, примерно на 0,9 единицы рН, приблизительно на 1,0 единицу рН, приблизительно на 1,1 единицы рН, приблизительно на 1,2 единицы рН, приблизительно на 1,3 единицы рН, приблизительно на 1,4 единицы рН, приблизительно на 1,5 единицы рН, приблизительно на 1,6 единицы рН, приблизительно на 1,7 единицы рН, приблизительно на 1,8 единицы рН, приблизительно на 1,9 единицы рН или приблизительно на 2,0 единицы рН.
Повышение рН сока перед дефекацией может уменьшить потребность в щелочи, такой как известь, для достижения необходимого или желательного рН по сравнению с необработанным соком или соком, обработанным традиционным способом. Количество извести, добавляемой для получения желаемого рН, после обработки сока по изобретению может быть существенно снижено. В качестве неограничивающего примера, потребность в извести у сока, обработанного по изобретению, может быть снижена на величину до 30%. Такое уменьшение потребности в извести для вышеупомянутого объема производства может дать экономию 708 долл. в день, что составит 141163 долл. за 200 рабочих дней).
Другой характеристикой сахарозосодержащей жидкости, которая может быть улучшена обработкой сока в различных вариантах камеры аэрации или вакуумной камеры или обеих в различных их комбинациях и модификациях, является цветность сока. Важно, что даже незначительное снижение цветности сока может существенно увеличить количество белого сахара, получаемого из тонны сахарной свеклы или сахарного тростника, или на единицу объема сока.
В некоторых вариантах изобретения материалы, которые окрашивают сок или придают цвет сахару, могут удаляться из потока сока, когда он проходит через камеру аэрации или вакуумную камеру. Удаление материалов, придающих окраску, соответственно снижает цветность обработанного сока, причем понижение цветности соответственно снижает цветность продуктов на последующих стадиях производства сахара и обеспечивает получение сахарных кристаллов с меньшим окрашиванием. В этом отношении, ссылаясь теперь на пример 3 (см. чертеж) в качестве неограничивающего примера, материалы, придающие окраску, такие как 2,3-бутандион и 2-бутанон, могут быть удалены из потока сока, когда он проходит через закрытый объем камеры аэрации. Известно, что эти материалы придают окрашивание соку и их удаление может уменьшить цветность сока и окрашивание сахара.
В других вариантах изобретения молекулярное строение некоторых материалов, содержащихся в соке, позволяет их окислять при обработке сока по изобретению. Соответствующие окисленные формы некоторых материалов могут придавать меньшее окрашивание или вообще не окрашивать сок или полученный сахар. В качестве неограничивающего примера первичные спирты могут быть превращены в соответствующие альдегиды или карбоновые кислоты.
В некоторых вариантах изобретения количество газа или его давление может регулироваться так, чтобы увеличить содержание окислителя в газе, подаваемом в закрытый объем камеры аэрации, включая, без ограничения, такие окислители как кислород, озон, перекись водорода, воздух, из которого удалены некоторые газы, или так, что ввести окислитель, способный превратить первичные спирты в соответствующие альдегиды или карбоновые кислоты. Может использоваться отдельный генератор потока окислителя для диспергирования окислителя (окислителей) в поток сока, пропускаемый через закрытый объем камеры аэрации.
Можно сравнить традиционную систему производства сахара с производством сахара, использующим способы по изобретению. Традиционная система производства сахара, обрабатывающая около 335 тонн стружки сахарной свеклы в час, может обеспечить после второй сатурации сок цветностью около 3414 СОЕ. Система производства сахара, которая включает камеру аэрации и вакуумную камеру в соответствии с изобретением и обрабатывает такое же количество сахарной свеклы, может обеспечивать после второй сатурации сок цветностью около 2911 СОЕ. В этих условиях традиционная система производства сахара обеспечивает белый сахар с цветностью 37 СОЕ, тогда как система производства сахара по изобретению снижает цветность конечного белого сахара до 34 СОЕ. В традиционной системе производства сахара, описанной выше, сок, имеющий цветность свыше 3000 СОЕ, может привести к убыткам до 12000 долл. в день в виде потерь сахара, затрат на регенерацию сахара и расхода энергии при повышении цветности сока на каждые 500-1000 СОЕ.
Еще в одном примере традиционная система производства сахара, обрабатывающая около 8500 тонн измельченной сахарной свеклы в день, получающая сок цветностью около 4000 СОЕ, производит конечный белый сахар цветностью около 43 СОЕ. Чтобы добиться "стандартного" белого сахара цветностью не более 40 СОЕ, требуется промывка в центрифуге в конце производства сахара. Это приводит к вымыванию большего количества сахара и в конечном счете снижает выход сахара приблизительно на 0,65 тонн/час.
Таким образом, дополнительная или более длительная промывка сахарных кристаллов приводит к меньшему выходу при производстве сахара. Кроме того, снижение цветности сока может позволить получать мелассы, используемые для обессахаривания, с меньшей цветностью и с повышенным выходом экстракта.
Третьей характеристикой сока, которая может быть улучшена обработкой сока по изобретению в камере аэрации или вакуумной камере, или в обеих в различных их модификациях и комбинациях, может являться концентрация известковых солей. В связи с тем, что обработка сока по изобретению удаляет некоторые анионы, сок образует меньше известкового осадка на стадии сатурации. Как описано выше, часть известковых солей может не осаждаться на стадии предварительной дефекации, основной дефекации или сатурации в связи с растворимостью таких солей в соке.
Когда известковые соли не удаляются перед выпарными аппаратами, известковый осадок образуется на поверхности этих аппаратов, когда из сока выпаривают воду. Удаление накипи удорожает производство из-за дополнительных расходов на обслуживание оборудования. Удаление накипи из выпарных аппаратов может также привести к удлинению цикла производства сахара на несколько дополнительных дней.
Известковые соли или натриевые соли, когда известковые соли подвергаются ионному обмену, приводят к увеличению остатка сахарозы в мелассе. Например, когда известковые соли удаляются из сахарозосодержащей жидкости посредством ионного обмена и заменяются соответствующими натриевыми солями во время регенерации (натриевые соли рециркулируют на стадию дефекации, как описано выше), при этом каждый фунт натриевой соли может привести к остатку от около 0,9 до около 1,5 фунта сахарозы в мелассе. Если концентрация известковых солей снижена на 25 м.д. (миллионных долей), то производство в день дополнительного сахара составит около 0,56 тонн при обработке 8000 тонн свекольной стружки в день и оценивается в сумму около 246,40 долл. при стоимости 100 кг 22 долл. При снижении концентрации известковых солей на 200 м.д. в этой же системе экономия может достигнуть около 2000 долл. в день.
Кроме того, когда концентрация известковых солей снижается, соответствующим образом уменьшается количество используемой каустической соды для регенерации ионнообменной смолы. Для сока из свекольной стружки при производительности 8000 тонн в день с уменьшением концентрации известковых солей на 25 м.д., достигнутой по изобретению, соответствующее уменьшение потребления каустической соды дает экономию около 142,00 долл. Если может быть достигнуто снижение концентрации известковых солей на 200 м.д. в этой же системе, то указанная экономия может составить около 2000 долл.
Помимо этого, более частая регенерация анионообменной смолы также удлиняет конечный этап производства сахара в традиционной системе.
Четвертой характеристикой сахарозосодержащей жидкости, которая может быть улучшена обработкой сока по изобретерию в камере аэрации или вакуумной камере, или обеих в их различных модификациях и комбинациях, может являться степень очистки сока. Степень очистки сока, выраженная в процентах, представляет отношение количества сахарозы в соке с количеством растворенных в нем несахаров.
Как рассмотрено выше, наблюдается значительное уменьшение количества летучих неорганических и органических материалов, когда сок доводится до требуемой кондиции в соответствии с изобретением. Уменьшение содержания несахаров путем их удаления в атмосферу может повысить чистоту сока на величину в диапазоне от около 0,2 до около 0,4% или от около 0,15 до около 0,35%. Это улучшение чистоты соответствует повышению производства сахара 33 от около 1-3 фунта на тонну измельченной сахарной свеклы. Для системы производства сахара в соответствии с изобретением, имеющего производительность по обработке измельченной свеклы 8000 фунтов в день, может быть достигнута экономия от 1500 до 5500 долл. в день.
Кроме того, такая же чистота жидкого сока может быть достигнута при большей производительности в системе производства сахара в соответствии с изобретением. Коллоидные частицы или другие частицы в сахарозосодержащей жидкости могут быть загрязнены благодаря электростатической адсорбции ионов их поверхностью. Этот первичный адсорбционный слой может образовать значительный поверхностный заряд (поверхностный электрический потенциал). Этот поверхностный заряд может вызвать отталкивание между двумя частицами, когда они сближаются, и может также притягивать противоположно заряженные ионы к частице.
В некоторых вариантах выполнения изобретения количество энергии, сообщаемое соку благодаря повышению скорости, распределению и подачи по меньшей мере одного газа в поток сока в закрытом объеме камеры аэрации, может регулироваться, чтобы стимулировать дополнительные столкновения между частицами. В качестве неограничивающего примера сок может протекать через элемент распределения сока (например, через форсунку ВЕХ PSW 3FPS140) со скоростью от около 200 галлонов в минуту до около 300 галлонов в минуту (от около 23 куб. футов в минуту до около 40 куб. футов в минуту) при давлении от около 10 до 40 фунтов/кв.дюйм. Может быть введено от около 108 куб.футов в минуту до около 160 куб.футов в минуту газа (воздуха) в дисперсию этого же количества сока, когда он проходит через закрытый объем камеры аэрации. Обработанный сок проявляет тенденцию к более быстрому образованию хлопьев при повышении рН. рН повышается от диапазона около 5,5-6,5 рН до около 11,5-11,8 рН, и повышается чистота сока при пониженном окрашивании сахара.
Можно сравнить традиционную систему производства сахара с системой по изобретению. Обычная система производства сахара, обрабатывающая около 335 тонн стружки сахарной свеклы в час, может дать после второй сатурации сок чистотой около 91,82%. Система производства сахара, которая дополнительно включает камеру аэрации и вакуумную камеру в соответствии с изобретением, обрабатывающая такое же весовое количество свекольной стружки в час, может дать сок чистотой около 93,02%.
Традиционная система производства сахара, описанная выше, может дать оттек первого утфеля чистотой около 93,52%, а система производства сахара, дополнительно включающая камеру аэрации и вакуумную камеру по изобретению, дает оттек первого утфеля чистотой около 94,17%.
Традиционная система производства сахара, работающая как описано выше, дает в час около 49,92 тонн сахара, имеющего цветность 37 СОЕ, а система производства сахара по изобретению, дополнительно включающая камеру аэрации и вакуумную камеру, может производить в час около 51,55 тонн сахара, имеющего пониженную цветность 34 СОЕ. Дополнительное количество 1,63 тонн сахара в час равно доходу до около 5700 долл. в день.
Хотя дополнительное производство сахара может меняться в системе производства сахара, работающей в соответствии с изобретением, расчетный дополнительный доход за 200 дневный рабочий год может легко составить свыше 1000000 долл.
Нижеследующие неограничивающие примеры вместе с вышеприведенным описанием являются достаточными для специалиста в данной области, чтобы изготовить и использовать многочисленные и разнообразные варианты выполнения данного изобретения.
Пример 1
Сок из свекольной стружки получали диффузией и разделяли на контрольную группу и экспериментальную группу, каждая из которых состояла из шести одинаковых 500 мл порций диффузионного сока. Каждую порцию сока контрольной группы и экспериментальной группы исследовали для определения ее рН. Что касается контрольной группы, то ее рН составил около 6,3. Каждую порцию сока контрольной группы без какой-либо дальнейшей обработки титровали раствором каустической соды концентрацией 50% вес./об. для получения конечного рН 11,2. Каждую порцию сока экспериментальной группы обрабатывали по изобретению, после чего проверяли рН каждой порции и каждую из них титровали таким же образом, как в контрольной группе, раствором каустической соды концентрацией 50% вес./об. до конечного рН 11,2.
Результаты представлены в нижеприведенной Таблице 1. Как можно понять из таблицы, каждая порция сока перед какой-либо обработкой имела рН около 6,3. Экспериментальная группа после обработки в соответствии с изобретением имела повышенный рН без добавления щелочи и требовала меньшего количества каустической соды для достижения конечного уровня рН 11,2 по сравнению с контрольной группой.
| ТАБЛИЦА 1 | ||||
| Необработанный сок, рН | Каустическая сода, мл | Обработанный сок, рН | Каустическая сода, мл | Уменьшение количества каустической соды, % |
| 6,3 | 1,8 | 6,5 | 1,5 | 16,6 |
| 6,3 | 1,8 | 6,6 | 1,4 | 22,2 |
| 6,3 | 1,8 | 6,6 | 1,4 | 22,2 |
| 6,3 | 1,9 | 6,6 | 1,6 | 15,8 |
| 6,3 | 1,9 | 6,5 | 1,5 | 21,0 |
| 6,3 | 1,9 | 6,5 | 1,6 | 15,8 |
Уменьшение количества каустической соды для достижения конечного рН 11,2 для порций сока в экспериментальной группе, обработанных по изобретению, по сравнению с порциями сока в необработанной контрольной группе составляло от около 15,8% до около 22,2%.
Пример 2
Сок из свекольной стружки был получен обычной диффузией и разделен на контрольную и экспериментальную группы, каждая из которых состояла из пяти по существу одинаковых 500 мл порций диффузионного сока. Каждую порцию в контрольной группе и в экспериментальной группе анализировали для определения ее рН так, что рН сока в контрольной группе составил около 6,1. Каждую порцию контрольной группы без какой-либо дальнейшей обработки титровали раствором известкового молока концентрацией 30 Брикс. Каждую порцию сока в экспериментальной группе обрабатывали в соответствии с изобретением, после чего определяли рН каждой порции и каждую экспериментальную порцию титровали таким же образом, как и в контрольной группе, раствором известкового молока концентрацией 30 Брикс до конечной величины 11,2.
Результаты представлены ниже в Таблице 2. Как можно понять из таблицы, каждая порция сока перед какой-либо обработкой имела рН около 6,1. Экспериментальная группа после обработки в соответствии с изобретением имела повышенный рН без добавления щелочи и требовала меньшего количества известкового молока для достижения конечной рН 11,2 по сравнению с контрольной группой.
| ТАБЛИЦА 2 | ||||
| Необработанный сок, рН | Известковое молоко, мл | Обработанный сок, рН | Известковое молоко, мл | Уменьшение количества известкового молока, % |
| 6,1 | 4,6 | 6,5 | 3,3 | 28,3 |
| 6,1 | 4,4 | 6,6 | 3,2 | 27,3 |
| 6,1 | 4,7 | 6,6 | 3,5 | 25,5 |
| 6,1 | 4,4 | 6,6 | 3,3 | 25,0 |
| 6,1 | 4,5 | 6,6 | 3,3 | 26,7 |
Уменьшение количества известкового молока, требуемого для повышения рН до 11,2 для порций сока в экспериментальной группе, обработанной по изобретению, по сравнению с порциями сока в необработанной контрольной группе составило от около 25,0 до около 28,3%.
Данные, также приведенные в Таблице 1 и Таблице 2, позволяют сравнить два различных способа обработки сока. Эти данные демонстрируют, что предлагаемое изобретение может дать диффузионный сок с более высоким рН, независимо от используемой системы в целом. См., например, исходный рН необработанного диффузионного сока в Таблице 1, в которой рН составляет 6,3, и сравните с рН 6,1 необработанного диффузионного сока, показанным в Таблице 2.
Пример 3
Диффузионный сок получали из стружки сахарной свеклы обычным способом и обрабатывали по изобретению в камерах между диффузионным аппаратом и устройством для предварительной дефекации. При этой обработке диффузионный сок распыляли со скоростью около 100 куб.футов в минуту в поток атмосферных газов, подаваемый со скоростью около 400 куб.футов в минуту в объеме размерами 72 дюйма × 72 дюйма × 144 дюймов, который обеспечил удаление разнообразных веществ из диспергированного сока, которые были идентифицированы посредством хроматографического/масс-спектрального анализа и приведены на чертеже, где показаны результаты газового хроматографического/масс-спектрометрического анализа пробы конденсатов, полученных из потока газа после противоточного обмена с соком, как здесь описано, без использования пониженного давления при температуре сока между 60 и 70°С, при этом хроматография этой пробы показывает летучие соединения, среди которых преобладают различные спирты.
Концепция изобретения может быть реализована различным образом. Хотя здесь раскрыты конкретные иллюстрирующие примеры изобретения, эти примеры не ограничивают объем изобретения, которое охватывает многочисленные и разнообразные варианты выполнения.
1. Способ обработки сахарозосодержащей жидкости в процессе производства сахара, предусматривающий пропускание этой жидкости одновременно с потоком газа через закрытую камеру аэрации, добавление извести в аэрированную сахарозосодержащую жидкость и затем введение диоксида углерода в эту жидкость для уменьшения ее цветности.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сахарозосодержащей жидкости используют диффузионный сок.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед добавлением извести аэрированную сахарозосодержащую жидкость подают в вакуумную камеру.
4. Способ обработки сахарозосодержащей жидкости в процессе производства сахара, предусматривающий пропускание этой жидкости через закрытую вакуумную камеру, пропускание вытекающей из последней сахарозосодержащей жидкости через закрытую камеру аэрации, добавление извести в обработанную указанную жидкость и затем введение в нее диоксида углерода для уменьшения ее цветности.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве сахарозосодержащей жидкости используют диффузионный сок.
