Производство глюкозно-фруктозного сиропа

Крохмаль:

Зола 0,15

Протеін 0,8

Жир

    екстраємий 0,10

    гідролізний 0,55

Іншее 0,15

Домішки 1,75

Крохмаль 98,25

Редукуючи речовини 40,0

Зола 0,40

Протеін 0,18

Потужність виробництва 35000 т/рік.

При виробництві сиропу у якості допоміжної речовини використовують соляну кислоту, витрати якої складають 7-8 кг на 1 т. Для нейтралізації кислоти витрачають 2,5-3,5 кг кальцинованої соди.

Витрати допопіжного фільтруючого матеріалу перліту на 1 т патоки складає 4 кг.

Для знебарвлення сиропу використовують активоване вугілля знебарвлююче марки Б з витратою 8 кг на 1 т патоки, знебарвлююча властивість 100%.

Витрати фільтрувальних тканин: тканина для вакуум-фільтру 0,011м2, фільтр-діагональ — 0,5 м, сітка капронова — 0,015 м2.

Для припинення піноутворення при виробництві патоки додають кукурудзяне масло 0,03 кг.

Для виварювання вакуум-апаратів додають каустичну соду у розмірі 0,05 кг.

Витрати води на виробництві глюкозного сиропу на 1 т складає 23,4 м3, у тому числі свіжої — 10,8 м3. Впровадження нових технологій та повторне використання води дозволяє зменшити витрати свіжої води до 6,3 м3. Витрати пару на 1 т глюкозного сиропу 4660 кДж.

            Теоретичний вихід патоки:

Вт = Дб/(1 — 0.001, D) +M + N

де, Дб — вміст хімічно чистого крохмалю (доброякісність), % за СР;

     D — вміст редукуючих речовин, % за СР;

     М — зольність, % за  СР;

     N — вміст протеіну у патоці, % за СР;

Вт = 98,25/(1 — 0.001,40) + 0,40 + 0,18 = 102,92%

При практичному використанні патоки 100%, витрати складають:

102,92 — 100,0 = 2,92%

Теоретичний вихід безводного оцукреного та нейтралізованого сиропу:

Втеор = 98,25/(1-0.001,40) +1,75  + 0,3 + 0,05 = 140,44%,

де, 1,75 — сумарні дмішки крохмалю, % ;

       0,3 — кількість NaCl, яка утворилася при нейтралізації сиропу, % ;

       0,05 — кількість Hcl, зв'язаного домішками крохмалю, % .

 

Загальна кількість втрат сухих речовин крохмалю, які не входять до складу патоки:

104,44 — 102,92 = 1,52%

Приріст сухих речовин при гідролізі крохмалю:

98,23/(1-0,01-40) — 98,25 = 4,09%

Вихід сухих речовин в кінці виробництва:

104,44 — 2,92 — 1,52 = 100,0%

Передається на переробку сухих речовин патоки:

5,80-2,92 = 2,88%,

з них: 1,23% — на станцію гідролізу крохмалю,

            1,65% - в перлітовий збірник.

 

 

 

 

 

2.5.2 Матеріальні розрахунки за  стадіями біотехнологічного процесу

 

Матеріальний баланс окремих технологічних стадій

 

Назва операції	Витрачено, кг	Втрачено, кг	Отримано, кг
Скімер
Сироп із нейтралізатора	106,62	_	_
Жиро-білкова суміш	_	0,70	_
Сухі речовини патоки	_	0,60	_
Всього:	106,62	1,30	104,22
Перлітовий фільтр
Сироп із перлітового збірника	104,22	—
Перліт із збірника	0,50	—	—
Промивні води	1,65	—	—
Перліт	—	0,50	—
Решта домішок	—	0,92	—
Сухі речовини патоки	—	2,25	—
Всього:	106,47	3,67	102,83
Фільтрування рідкого сиропу
Сироп з контактного чану з вугіллям	102,84-0.15	_	—
Активоване вугілля	—	—	—
Сухі речовини патоки	—	0,75
Всього:	102,95	0,90	102,05
Випарний апарат

Сироп для випарювання	102,05	—	—
Витрати сухих речовин	—	0,15	_
Всього:	102,05	0,15	101,90
Фільтрування згущеного сиропу	—	—	—
Густий сироп із контактного збірника з вугіллям	101,90	—	_
Виділене з вугільним осадом	—	0,60	—
Сухі речовини патоки	—	1,70	—
Всього:	102,50	2,30	100,20
Вакуум-аппарат	—	—	—
Сироп	100,20	—	—
Втрати сухих речовин	—	—	—
Враховані	—	0,10	—
не враховані	—	0,10	—
Всього:	100,20	0,20	100,00

 

2.6. Вибір основного технологічного  обладнання за обсягом та продуктивністю виробництва

 

 

Основним технологічним апаратом за обсягом та продуктивністю виробництва є вакуум-випарний аппарат.

Поверхня теплопередачі випарної установки визначають по основному рівнянню теплопередачі:

F=Q/(K*Δtп)

Для визначення теплового навантаження Q, коефіцієнта теплопередачі К і корисної різниці температури ∆t(n) необхідно знати розподіл упарюваної води, концентрації розчинів і їх температури кипіння. Ці величини знаходять методом послідовних наближень. [24, c.27]

Перше наближення:

Продуктивність установки по випарній воді визначають з рівняння матеріального балансу:

W=Gн *(1-хп /хк )

Підставивши, отримаємо:

18 т/год =5 кг/с

W=5(1-4/19) =3,95 кг/с

Розподіл концентрацій розчину по корпусах установки залежить від співвідношення навантажень по выпарній воді в кожному апараті. У першому наближенні на підставі практичних даних приймають, що продуктивність по выпарній воді розподіляється між корпусами у відповідності із співвідношенням:

w1 :w2 =1,0:1,1.

Тоді:

w1 =1,0 W/(1,0+1,1)=3,95/2,1=1,88 кг/з

w2 =1,1 W/(1,0+1,1)=4,345/2,1=2,068 кг/з

Далі розраховуємо концентрації розчинів в корпусах:

х1 =Gн*хн /(Gн-w1)=5*0,04/(5-1,88)=0,064, або 6,4%

х2 =Gн*хн /(Gн-w1-w2)= 5*0,04/(5-1,88-2,068)=0,19, або 19%

Концентрація розчину в останньому корпусі х2 відповідає заданій концентрації упарюваного розчину.

Витрата що гріє пара, продуктивність кожного корпусу по випареної води і теплові навантаження по корпусам визначимо шляхом спільного розв'язання рівнянь теплових балансів і рівняння балансу по воді для всієї установки:

Q1 =D∙(Іг1-i1 )=1,03∙[Gн ∙С ∙(tк1-tн )+w 1 ∙(Нвп1-Св∙tк1 )+Qконц1 ];

Q2 = w1 ∙(Іг2-i2 )=1,03∙[(Gн - w1 )∙1 ∙(tк2-tк1 )+w 2 ∙(Івп2-Св∙tк2 )+Qконц2 ];  
де 1,03 - коефіцієнт, що враховує 3% втрат тепла в навколишнє середовище; 
Сн , С1 - теплоємність розчинів відповідно вихідної і в першому корпусах.

кДж/(кг*К);

Сн =4.14 кДж/(кг*К), С1 =3.994 кДж/(кг*К).Св – теплоємність

води, кДж/(кг*К).;

tн - температура кипіння вихідного  розчину при тиску в корпусі,0 С; D - витрата що гріє пара, кг/с;

При вирішенні рівняння можна прийняти:

Івп1 ≈ ІГ2 ; Івп2 ≈ Ібк ;

Qконц1 , Qконц2-теплоти концентрування  по корпусам, кВт; так як ці

величини мають невелике значення, то ними нехтуємо.

Q1 =D∙(2744-104.6)=1,03∙[5∙4.14∙(122.82-122.6)+w1 ∙(2711-4,19∙122.82)]

Q2 =w1∙(2711-516.1)=1,03[(5-w1)∙3,994∙(63.29-122.82)+w2 ∙(2585-4.19∙63.29)]

W=w1 +w2 =3.95

Рішення цієї системи рівнянь дає такі результати:

D=2.384 кг/с; w1 =1.859 кг/с; w2 =2.091 кг/с;

Q1 =6292 кВт; Q2 =4080 кВт.

Коефіцієнт теплопередачі для першого корпусу визначаємо за рівнянням адитивності термічних опорів:

К1 =(1/α1 +Σδ/λ+1/α2 )-1

Приймемо, що сумарний термічний опір одно термічного опору стінки δст /λст і накипу δн /λн. Термічний опір забруднень з боку пара не враховуємо. Отримаємо:

Σδ/λ=δст /λст +δн /λн

де δст , δн - товщина стінки, товщина шару накипу, м.

при δст =0,002 м.

при δн =0,0005 м.

де λст , λн - коефіцієнт теплопровідності стінки і накипу, Вт/(м∙К).

при λст =25,1 Вт/(м*К).

при λн =2 Вт/(м*К).

Σδ/λ=0,002 /25,1+0,0005/2=2,87 ∙10-4 м2 *К/Вт.

Коефіцієнт тепловіддачі від конденсирующої пара до стінки α1 дорівнює: 
α1 =2,04∙((r1 ∙ρж1 2 ∙λж1 3 )/(μж1 ∙М∙Δt1 ))1/4

де r1 - теплота конденсації що гріє пара, Дж/кг;

рж1 , λж1 , μж1 - відповідно щільність (кг/м3 ), теплопровідність,

Вт/(м*К), в'язкість (Па*с) конденсату при середній температурі

плівки:

tпл =tг1-Δt1 /2

де Δt1 - різниця температур конденсації пари і стінки, °С.

Розрахунок α1 - ведемо методом послідовних наближень.

В першому наближенні приймемо Δt1 =2 °С. Тоді

tпл =142.9-2/2=141,9°С.

α1=2,04∙(2144∙103 ∙10322 ∙0,4083 /0,19∙10-3 ∙4∙2)1/4 =6484 Вт/(м2 ∙К)

Для усталеного процесу передачі тепла справедливо рівняння:

q=α1 ∙Δt1 =Δtст /(ΣΔδ/λ)=α2 ∙Δt2

де q - питома теплова навантаження, Вт/кв. м;Δtcт – перепад температур на стінки, °С;Δt2 - різниця між температурою стінки з боку розчину і температурою кипіння розчину, °С.

Звідси:

Δtст =α1 ∙Δt1 ∙(Σδ/λ)=6484∙2∙2,87∙10-4 =3,72°С.

Тоді

Δt2 =Δtп1-Δtст-Δt1 =20,08-3,72-2=16,36°С.

Коефіцієнт теплопередачі від стінки до киплячого розчину для бульбашкового кипіння у вертикальних кипятильных трубках за умови природної циркуляції розчину дорівнює:

α2 =А∙(q0,6 )=780∙(q0,6 )∙(λ1 1,3 )∙(ρ1 0,5 )∙(ρп1 0,06 )/((с1 0,3 )∙(σ1∙

0,5 )∙(гв1 0,6 )∙(ρ0 0,66 )∙(μ1 0,3 ))(3.12)

По довідкової літературі визначаємо:

λ1 =0,4159 Вт/(м∙К); ρ1 =1068 кг/м3 ; ρп1 =1,22 кг/м3 ; σ1 =0,067

Н/м; гв1 =2200∙103 Дж/кг; ρ0 =0,529 кг/м3 ; с1 =4095 Дж/кг∙К; μ1

=0,265∙10-3 Па∙с

Підставивши ці значення, отримаємо:

α2 =780∙(q0,6 )∙0,41591,3 ∙10680,5 ∙1,220,06 /0,0670,5 ∙(2200∙103 )0,6

∙0,5290,66 ∙

40950,3 ∙(0,265∙10-3 )0,3 =7,408∙(6484)0,6 =1435 Вт/(м2 ∙К)

Перевіримо правильність першого наближення по рівності питомих

теплових навантажень:

q1 =α1 ∙Δt1 =6484∙2=12968 Вт/кв. м

q2 =α2 ∙Δt2 =1435∙16,36=2348 Вт/кв. м

q1≠ q2

Для другого наближення приймемо Δt1 =5,0 град

Нехтуючи зміною фізичних властивостей конденсату при зміні

температури на 3,0 град, розрахуємо α1 за співвідношенням:

α1 =6484∙(2/5)1/4 =5156 Вт/(м2 ∙К)

Отримаємо:

Δtст=5156∙5∙2,87∙10-4 =7,4 град;

Δt2 =20,08-5-7,4=7,68 град;

α2=7,408*(5156∙5)0,6 =3285 Вт/(м2 ∙К)

q1 =5156∙5=25780 Вт/м2

q2 =3285∙7,68=25229 Вт/м2

q1≈ q2

Розбіжність між тепловими навантаженнями не перевищує 3%, отже, розрахунок коефіцієнтів α1 і α2 на цьому можна закінчити.

Знаходимо К1 :

К1=(1/5156+2,87∙10-4 +1/3285)-1 =1271 Вт/(м2 ∙К).

Далі розраховуємо коефіцієнт передачі для другого корпусу К2 .

В першому наближенні приймемо Δt1 =4 °С. Тоді:

Δtпл =120. 3-2/2=118.3°С

α1=2,04∙(2210∙103 ∙1133∙0.4265/4∙4∙0.335∙10-3 )1/4 =5164 Вт/м2 До

Δtст=5164∙4∙2,87∙10-4 =5,93°З

Δt2 =57,01-4-5,93=47,08°С

α2 =780∙(q0,6 )∙0,43661/3 ∙11870,5 ∙0,150,06 /0,0960,5 ∙(2350*103 )0,6

0,5290,66 ∙35090,3 ∙(0,851∙10-3 )0,3 = 4,34(388∙4)0,6 =1683 Вт/м2 ∙К

Перевіримо правильність першого наближення з рівності питомих

теплових навантажень:

q1 =α1 ∙Δt1 =5164∙4=20656 Вт/м2

q2 =α2 ∙Δt2 =1683∙47,08=79236 Вт/м2

q1≠ q2

Використовуючи вищеописаний метод наближення, знайдемо:

Δt1 =18.65°С

α1=5164∙(4/18,65)1/4 =3514 Вт/м2 До

Δtст=3514∙18,65∙2,87∙10-4 =18,81°З

Δt2 =57,01-18,81-18,65=19,55°С

α2=4,34∙(3514∙18,65)0,6 =3368 Вт/м2 ∙К

q1 =65536 Вт/м2

q2 =65845 Вт/м2

q1 ≈q2

Визначимо К2 :

К2=(1/3514+2,87*10-4 +1/3368)-1 =1151 Вт/м2 ∙К

Товщину теплової ізоляції δи знаходять з рівності питомих теплових потоків через шар ізоляції від поверхні ізоляції в навколишнє середовище:

αв =(tст2-tв )=(λи /δи )∙(tcт1-tcт2 )

де αв =9,3+0,058∙tст2 - коефіцієнт       тепловіддачі від зовнішньої поверхні

ізоляційного матеріалу      в навколишнє            середовище, Вт/(м2 ∙К); tст2 –

температура ізоляції з   боку навколишнього середовища (повітря),°С;tст1 –

температура ізоляції з боку апарату; зважаючи незначного термічного опору

стінки апарату в порівнянні з термічним опором шару ізоляції tст1приймаємо рівній температурі гріє пара tг1 tв - температура ізоляції навколишнього середовища (повітря),°С; λи - коефіцієнт теплопровідності ізоляційного матеріалу, Вт/(м∙К). Розрахуємо товщину теплової ізоляції: при tcт2 =35

αв =9,3+0,058∙35=11,33 Вт/(м2 *К)

В якості матеріалу для теплової ізоляції виберемо совелит (85% магнезії+15% азбест), що має коефіцієнт теплопровідності λи =0,09 Вт/(м*К). Тоді при tcт1 =142,9 °С, t(л)=20 °С

δи =λи ∙(tст1-tст2 )/(αв ∙(tcт2-tвозд )).

δи=0,09∙(142,9-35)/(11,33∙(35-20))=0,057 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

 

Найбільш перспективним продуктом, який заміняє цукор, є глюкозно-фруктозний сироп (ГФС) з крохмальної патоки. Глюкозно-фруктозний сироп в кілька разів солодше цукру, а також легко змішується з текстурою продукту і продовжує термін його зберігання.

ГФС обмежує процес набухання колоїдів борошна, тому з підвищенням кількості сиропу зменшується потреба в цукрі. Завдяки гігроскопічності фруктози, додавання ГФС підвищує гігроскопічність і здатність до набухання готових виробів, вони стають м'якими і розсипчастими, їх якість підвищується.

Глюзно-фруктозний сироп має такі властивості:

- рівень  солодощі та смакові якості  практично ідентичні цукру;

- велика  біологічна цінність в порівнянні  з цукром, завдяки можливості  контролювати вуглеводний склад, що дозволяє виробляти продукт, подібний за складом з бджолиним  медом;

- стабільність  вуглеводного складу незалежно  від обробки;

- підсилює аромат і зберігає забарвленню фруктів в процесі консервування;

- затримує  кристалізацію сахарози.

Тому ГФС використовують у таких галузях:

- в кондитерській і хлібобулочній промисловості;

- для виробництва консервів з ягід і плодів;

- для виготовлення безалкогольних напоїв.

Заміна ГФС цукру у виробах, в яких рецептурою передбачено 2-4% його до маси борошна, а також 50% цукру у виробах, що за рецептурою містять 5 і 6% його, суттєво не впливає на технологічний процес їхнього виготовлення і забезпечує належну якість виробів.

Тобто заміна цукру ГФС технологічно ефективна. Зважаючи на нижчу вартість ГФС порівняно з цукром, така заміна має і економічний зиск.

Список літератури