Способ обработки сахарозосодержащей жидкости в процессе производства сахара (варианты)

Способ обработки сахарозосодержащей жидкости в процессе производства сахара (варианты)

Реферат

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, 12^th 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. Про