Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Сахар — практически чистая сахароза (С12Н22О11), обладающая сладким вкусом, легко и полностью усваиваемая организмом, способствующая быстрому восстановлению затраченной энергии. Сахароза — это дисахарид, который под действием кислоты или фермента расщепляется на глюкозу и фруктозу (инвертный сахар). Сахароза может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. По химической природе сахар является слабой многоосновной кислотой, дающей с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов соединения — сахараты.
Инвертный сахар благодаря фруктозе гигроскопичен. Он предохраняет варенье от засахаривания, замедляет процесс черствения хлеба, предохраняет от высыхания кондитерские изделия (мармелад, пастилу, зефир, помадку и др.).
Сахароза хорошо растворяется в воде, при повышении температуры ее растворимость возрастает. В растворах сахароза является сильным дегидратором. Она легко образует пересыщенные растворы, кристаллизация в которых начинается только при наличии центров кристаллизации. Скорость этого процесса зависит от температуры, вязкости раствора и коэффициента пересыщения.
Исходным сырьем для получения сахара являются сахарная свекла и сахарный тростник. Благодаря более высокой урожайности сахарного тростника по сравнению с сахарной свеклой с каждого гектара его посевов получают сахара примерно в 2 раза больше, хотя содержание сахарозы в стеблях сахарного тростника несколько меньше, чем в сахарной свекле.
Сахарная промышленность выпускает следующие виды сахара:
— сахар-песок — сыпучий пищевой продукт белого цвета (без комков), имеющий сладкий вкус без посторонних привкусов и запахов (с содержанием влаги не более 0,14 %, сахарозы не менее 99,75 %, металлопримесей не более 3 мг на 1 кг сахара, с размерами на более 0,3 мм);
— сахар жидкий — жидкий пищевой продукт светло-желтого цвета, сладкий на вкус, без посторонних привкусов и запахов (с содержанием сахарозы не менее 99,80 % для высшей категории и не менее 99,5 % для первой категории, с содержанием сухих веществ не менее 64 %);
— сахар-рафинад — кусковой прессованный сахар, рафинадный сахар-песок и рафинадная пудра белого цвета, сладкие на вкус, без посторонних привкусов и запахов (с содержанием сахарозы не менее 99,9 %, редуцирующих веществ не более 0,03 %, влаги не более 0,2 %).
Особенности производства и потребления готовой продукции. На всех сахарных заводах России действует типовая схема получения сахара — песка из сахарной свеклы с непрерывным обессахариванием свекловичной стружки, прессованием жома и возвратом жомопрессовой воды в диффузионную установку, известково-углекислотной очисткой диффузионного сока, тремя кристаллизациями и аффинацией желтого сахара III кристаллизации. В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20. . 25% сухих веществ, из них содержание сахарозы колеблется от 14 до 18 %.Сахарозу извлекают из свеклы диффузионным способом. Полученный диффузионный сок содержит 15. 16 % сухих веществ, из них 14. 15 % сахарозы и около 2 % несахаров. Чтобы избавиться от несахаров проводят очистку диффузионного сока известью (дефекация) с последующим удалением ее избытка диоксидом углерода (сатурация). Для снижения цветности и щелочности фильтрованный сок II сатурации обрабатывают диоксидом серы (сульфитация). Сгущение сока ведут в два этапа: сначала его сгущают на выпарной установке до содержания сухих веществ 55. 65 % (при этом сахароза еще не кристаллизуется), а затем после дополнительной очистки вязкий сироп на вакуум-аппарате сгущают до содержания сухих веществ 92,5.. .93,5 % и получают утфель. Готовый утфель I кристаллизации центрифугируют, получая кристаллы сахара и два оттека. Сахар-песок выгружают из центрифуги с содержанием влаги 0,8. 1 % и высушивают горячим воздухом температурой 105. 110 °С до 0,14 % (при бестарном хранении массовая доля влаги в сахаре-песке должна быть 0,03. 0,04 %).
Норма потребления сахарозы составляет 75 г в день, включая сахар, находящийся в других пищевых продуктах. В настоящее время в России действует 95 свеклосахарных заводов, перерабатывающих в сутки 280 тыс. т свеклы. Период уборки сахарной свеклы длится 40.. .50 сут. в году. Средняя производственная мощность одного завода составляет 2,84 тыс. т переработки свеклы в сутки с коэффициентом извлечения сахара из свеклы 72 %.
Стадии технологического процесса. Процесс получения сахара-песка на свеклосахарных заводах складывается из следующих стадий:
— подача свеклы и очистка ее от примесей;
— получение диффузионного сока из свекловичной стружки;
— очистка диффузионного сока;
— сгущение сока выпариванием;
— варка утфеля и получение кристаллического сахара;
— сушка, охлаждение и хранение сахара-песка.
Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки свеклы к производству, состоящего из свеклоподъемной установки, гидротранспортера, песколовушки, ботволовушки, камнеловушки и водоотделителя, а также свекломоечной машины.
Ведущий комплекс оборудования линии состоит из конвейера с магнитным сепаратором, свеклорезки, весов, диффузионной установки, шнекового пресса и сушилки для жома.
Следующий комплекс оборудования представляют фильтры с подогревательными устройствами, аппараты предварительной и основной дефекации, сатураторы, отстойники, сульфитаторы и фильтры.
Наиболее энергоемким комплексом оборудования линии является выпарная установка с концентратором, а также вакуум-аппараты, мешалки и центрифуги.
Завершающий комплекс оборудования линии состоит из виброконвейера, сушильно-охладительной установки и вибросита.
Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы представлена на рис.
Рис. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы
Устройство и принцип действия линии. Сахарная свекла подается в завод из бурачной или с кагатного поля. По гидравлическому конвейеру она поступает к свеклонасосам и поднимается на высоту до 20 м. Дальнейшее перемещение ее для осуществления различных операций технологического процесса происходит самотеком. По длине гидравлического конвейера 1 (рис.) последовательно установлены соломоботволовушки 2, камнеловушки 4 и водоотделители 5. Это технологическое оборудование предназначено для отделения легких (солома, ботва) и тяжелых (песок, камни) примесей, а также для отделения транспортерно-моечной воды. Для интенсификации процесса улавливания соломы и ботвы в углубление 3 подается воздух. Сахарная свекла после водоотделителей поступает в моечную машину 6.
Моечная машина предназначена для окончательной очистки свеклы (количество прилипшей земли составляет при ручной уборке 3. 5 % свеклы, а при механизированной уборке комбайнами — 8. 10 %).
Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60. 100 % к массе свеклы. В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики свеклы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1. 3 % к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечные воды предварительно направляются в сепаратор для отделения от них хвостиков и кусочков свеклы, которые после обработки поступают на ленточный конвейер 14.
Отмытая сахарная свекла орошается чистой водой из специальных устройств 7, поднимается элеватором 8 и поступает на конвейер 9, где электромагнит 10 отделяет металлические предметы, случайно попавшие в свеклу. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 направляют в измельчающие машины-свеклорезки 13. Стружка должна быть ровной, упругой и без мезги, пластинчатого или ромбовидного сечения, толщиной 0,5. 1,0 мм.
Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.
Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода, извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из конца хвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. Жом отводится из диффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки и брикетирования.
Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогревается в устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основной дефекации 27, где он очищается в результате коагуляции белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция, содержащимся в известковом молоке (раствор извести). Известковое молоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.
Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, где он дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаС03, который образуется при пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурации подается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. В отстойниках сок делится на две фракции: осветленную (80 % всего сока) и сгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23.
Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппараты второй сатурации 22, где из него удаляется известь в виде СаСОз.
Сок второй сатурации подается на фильтры 21. Соки сахарного производства приходится фильтровать несколько раз. В зависимости от цели фильтрования используются различные схемы процесса и фильтровальное оборудование.
Отфильтрованный сок из фильтра 21 подается в котел сульфитации 20. Цель сульфитации — уменьшение цветности сока путем обработки его диоксидом серы, который получают при сжигании серы.
Сульфитированный сок направляют на станцию фильтров 19, а затем транспортируют через подогреватели в первый корпус выпарной станции 18. Выпарные установки предназначены для последовательного сгущения очищенного сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих веществ в продукте увеличивается с 14. 16 % в первом корпусе до 65.. .70 % (сгущенный сироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующие корпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса. Площадь поверхности нагрева выпарной станции сахарного завода производительностью 5000 т свеклы в сутки составляет 10 000 м 2 .
Полученный сироп направляется в сульфитатор 29, а затем на станцию фильтрации 30. Фильтрованный сироп подогревается в подогревателе 31, откуда поступает в вакуум-аппараты первого продукта 32. Сироп в вакуум-аппаратах уваривается до пересыщения, сахар выделяется в виде кристаллов. Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит около 7,5 % воды и около 55 % выкристаллизовавшегося сахара.
Сироп уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах. Утфель первой кристаллизации из вакуум-аппаратов поступает в приемную утфелемешалку 33, откуда его направляют в распределительную мешалку, а затем в центрифуги 34, где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристальной жидкости. Эта жидкость называется первым оттеком. Чистота первого оттека 75. 78 %, что значительно ниже чистоты утфеля.
Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают небольшим количеством горячей воды — пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттек более высокой чистоты — второй оттек.
Второй и первый оттеки подают в вакуум-аппарат второй (последней) кристаллизации, где получают утфель второй кристаллизации, содержащий около 50 % кристаллического сахара. Этот утфель постепенно охлаждают до температуры 40 °С при перемешивании в утфелемешалках — кристаллизаторах. При этом дополнительно выкристаллизовывается еще некоторое количество сахара. Наконец, утфель второй кристаллизации направляется в центрифуги, где от кристаллов сахара отделяется меласса, которая является отходом сахарного производства, так как получение из нее сахара путем дальнейшего сгущения и кристаллизации нерентабельно. Желтый сахар второй кристаллизации рафинируют первым оттеком, полученный утфель направляется в распределительную мешалку, а затем в центрифуги. Полученный сахар растворяется, и сок поступает в линию производства.
Белый сахар, выгружаемый из центрифуг 34, имеет температуру 70 °С и влажность 0,5 % при пробеливании паром или влажность 1,5 % при пробеливании водой. Он попадает на виброконвейер 35 и транспортируется в сушильно-охладительную установку 36.
После сушки сахар-песок поступает на весовой ленточный конвейер 37 и далее на вибросито 38. Комочки сахара отделяются, растворяются и возвращаются в продуктовый цех.
Товарный сахар-песок поступает в силосные башни 39 (склады длительного хранения).
Производство сахара из свеклы является сложным физико-химическим процессом. Сахарозу извлекают из клеток диффузией, после чего применяют химические и теплофизические воздействия для отделения сахара от несахаров и превращение его в чистый кристаллический продукт.
Свекла, убранная комбайном, содержит значительное количество примесей, которые, попадая в свеклорезки и диффузионные аппараты, вызывают преждевременный износ оборудования, способствуют увеличению потерь сахара. Поэтому перед переработкой свеклу тщательно очищают от посторонних примесей, используя разнообразное оборудование: гидравлические транспортёры, ботво-, камне- и песколовушки, моечные машины.
Подача. С кагатного поля (Кагасные поля место, где сваливают сахарную свеклу и откуда она с помощью водяного транспортера попаает на переработку) сахарная свекла через сеть гидротранспортёров подаётся на переработку. Гидротранспортёры устанавливают с уклоном от кагатного поля к заводу. При подаче свеклы по гидротранспортёрам происходит частичная мойка корнеплодов, в устроенных ловушках отделяется большая часть примесей (песка, камней, ботвы). Свёкла поступает в бурачную или на сплавную площадку. Бурачные разгружают струёй воды, выходящей из головки гидранта под давлением. Вода смывает свеклу в жёлоб гидравлического транспортёра.
Очистка и мойка. На гидротранспортёре оборудуют песко-, ботво- и камнеловушки, которые отделяют примеси в два этапа. Для предотвращения заторов на главном гидротранспортёре устанавливают регулирующие шиберы. После отделения примесей во втором каскаде из свекловодяной смеси отводится избыток транспортно-моечной воды. Окончательное отмывание корнеплодов свеклы происходит в свекломоечных машинах. Эти машины оборудованы также камне – и песколовушками. Корнеплоды отмываются кулачными или барабанными свекломоечными машинами и струйным отмывом. Для уменьшения вымывания сахарозы из свеклы её транспортируют и отмывают водой температурой не выше 18 о С. После свекломоечной машины корнеплоды ополаскивают водой, в которую предварительно добавляют хлорную известь (10…15 кг на 100 т свеклы).
После осветления транспортёрно-моечной воды в отстойниках её возвращают в гидравлические транспортёры, а сгущенный отстой перекачивают на поля фильтрации и подвергают искусственной биологической очистке.
Корнеплоды свеклы после ополаскивания поступают на контрольный ленточный транспортёр, на котором они обдуваются сильной струёй воздуха для удаления оставшихся лёгких примесей и поверхностной влаги.
Измельчение. Мытую и обсушенную сахарную свеклу взвешивают на автоматических порционных весах и выгружают в бункер-накопитель. Из бункера корнеплоды самотёком поступают в свеклорезки и измельчаются в стружку шириной 4…6 и толщиной 1,2…1,5 мм. Свекловичная стружка должна обладать достаточно большой удельной площадью поверхности, упругостью на изгиб и сжатие, а масса её – хорошей проницаемостью слоя в течение всего периода экстракции. Браком считается неразрезанные гребешки, стружка короче5 мм или толщиной менее0,5 мм. Содержание брака в стружке не должно превышать 3%.
Для получения свекловичной стружки применяют центробежные, дисковые и барабанные свеклорезки.
Диффузия. Это процесс извлечения сахарозы из клеток свекловичной ткани посредством вымывания её горячей водой. На сахарных заводах извлечение сахарозы осуществляется в непрерывно действующих диффузионных установках.
После измельчения свекловичная стружка поступает на транспортёр, подающий её в диффузионные аппараты. Для получения диффузионного сока используют диффузионную колонну, двухшнековую диффузионную или ротационную установку.
К примеру, в шнековом диффузионном аппарате нагретая стружка перемещается с одного конца аппарата в другой, отдавая потоку воды сахара и растворимые несахара. По мере движения стружка всё более обессахаривается. При выходе из аппарата стружка (жом) содержит 0,2…0,28 % сахара от массы переработанной свеклы.
Оболочки клеток корнеплодов проницаемы для сахара и других водорастворимых веществ, однако живая цитоплазма клеток полупроницаема и почти не пропускает сахар и другие растворённые в клеточном соке вещества. Наиболее эффективно процесс диффузии происходит при быстром нагревании стружки и поддержании температуры в интервале 72…75 о С. При этом происходит коагуляция белков цитоплазмы, и сахар легко проходит в окружающий раствор. Денатурация белка зависит от температуры. Например, при 70 о С полная денатурация белков паренхимной ткани заканчивается через 12 мин, флоэмы – только через 26 мин. Вместе с сахарозой, экстрагируемой почти полностью (98 % от содержания), из свекловичной стружки в диффузионный сок переходит часть несахаров: до 95% аминного и аммиачного азота, около 80 % общего азота, 88…92 % калия и натрия, вымывается до 30 % белка от общей массы его в стружке. Значительно медленнее сахарозы в сок переходят пектиновые вещества. Переход пектиновых веществ в сок заметно увеличивается при повышении температуры более 80 о С.
Для успешного извлечения сахара диффузию проводят быстро при слабокислой реакции среды (рН 5,5…6).
На процесс диффузии оказывает влияние толщина, физическое состояние, равномерность массы свекловичной стружки и количество брака.
Свекловичная стружка и сок являются хорошими питательными средами для развития микроорганизмов. Выделяемые микроорганизмами продукты обмена ухудшают качество сахара, создают опасность взрыва. Поэтому для подавления микрофлоры в диффузионный аппарат через промежутки времени вводят 40 %-ный раствор формалина (0,015…0,02 % к массе свеклы).
Диффузионный сок представляет собой мутную, быстро темнеющую на воздухе жидкость. В1 лсока, выходящем из диффузионного аппарата, содержится 10…15 г мезги, а при переработке свеклы низкого качества содержание мезги в соке повышается до 20…25 г/л. Мезгу из диффузионного сока выделяют на ротационных мезголовушках, оснащённых сетчатыми барабанами, или на дуговых ситах. Эффект удаления мезги, к примеру, на дуговом сите составляет 90…95 %.
Почти все несахара диффузионного сока замедляют процесс очистки сока и кристаллизации сахарозы. Несахара способны связывать сахарозу и удерживать её в растворённом состоянии.
Свежий жом, выходящий из диффузионного аппарата, прессуют до влажности 12…14 % сухих веществ при скармливании скоту в сыром виде и до влажности 22…25 %, если он предназначен для высушивания.
Очистка диффузионного сока. Сок представляет собой поликомпонентную систему. Он содержит сахарозу и несахара, представленные растворимыми белками, пектиновыми веществами и продуктами их распада, редуцирующими сахарами, аминокислотами, солями органических и неорганических кислот и др.
Очистка сока включает следующие операции: дефекацию предварительную и основную, сатурацию первую и вторую, сульфитацию и контрольную фильтрацию сока.
Одним из основных способов очистки является дефекация – обработка сока известью. Сок, подогретый до температуры 85…90 0 С, дважды обрабатывается известковым молоком. Сначала в сок добавляют 0,2…0,3 % СаО к массе свеклы, медленно повышая рН до 10,8…11,4, при этом значительная часть веществ коллоидной дисперсности и высокомолекулярных соединений коагулируют. Эту ступень называют предварительной дефекацией, или преддефекацией. Затем в сок вводят остальное количество извести (1,8…2,0% СаО), предназначенное для очистки, повышая рН до 12,3…12,4, и выдерживают паузу в течение 10…15 мин для разложения части несахаров. Эту ступень называют основной дефекацией. В процессе дефекации, кроме коагуляции веществ коллоидной дисперсности, происходит также нейтрализация и осаждение кальциевых солей некоторых кислот.
В результате преддефекации под действием ионов гидросила и кальция полностью заканчиваются реакции нейтрализации кислот диффузионного сока, коагуляции и осаждения веществ коллоидной дисперсности, высокомолекулярных соединений, а также реакции осаждения большей части анионов фосфорной, щавелевой, уксусной, лимонной, оксилимонной, яблочной, винной кислот и катионов солей магния, алюминия, железа.
Но реакции разложения ряда органических несахаров на первом этапе только начинаются, и для их завершения необходима более высокая щёлочность, температура и продолжительность реакции. Поэтому главной задачей основной дефекации является разложение амидов кислот, солей аммония, редуцирующих веществ, омыление жиров, доосаждение анионов кислот. Если реакции разложения не завершены в сокоочистительном отделении, то, продолжаясь на следующих этапах технологического процесса, они будут снижать качество сиропа и сахара.
Сатурация проводится в два приема: сначала первая, а после отделения осадка – вторая. Основная цель сатурации – вызвать выпадение извести в осадок в виде СаСО3 путем насыщения сока диоксидом углерода. Сатурацию проводят в специальных аппаратах-сатураторах. Сок в сатуратор поступает сверху, разбрызгивается диском и смешивается с поступающим газом. При высокой скорости адсорбции диоксида углерода получается тонкодисперсный осадок карбоната кальция, который поглощает различные органические вещества, окрашивающие сок. Сок после сатурации становится более светлым и прозрачным.
После первой сатурации сок подогревают и направляют на фильтрацию. Цель фильтрации сатурированного сока – это разделение суспензии при помощи пористой фильтрующей перегородки на условно чистую жидкость (фильтрат) и влажный осадок (фильтрационный осадок). Для уменьшения вязкости сока перед фильтрованием его нагревают до 85…88 0 С.
Повторную сатурацию проводят для того, чтобы перевести оставшиеся после первой сатурации свободные гидроксиды кальция, калия и натрия в карбонаты, а также вывести в осадок растворимые соли кальция. После второй сатурации в соке остается минимальное количество кальциевых солей, что уменьшает накопление накипи в выпарных аппаратах.
При переработке свеклы низкого качества, когда основная дефекация и первая сатурация не обеспечивают эффективной очистки диффузионного сока, перед второй сатурацией для разложения редуцирующих веществ и амидов дополнительно проводят четырёх-пятиминут-ную дефекацию сока.
На второй сатурации так же, как на первой, на поверхности образующихся кристаллов СаСО3 происходит адсорбция солей кальция.
После второй сатурации сок снова направляется на фильтрацию. Фильтрацию проводят на фильтр-прессах или вакуум-фильтрах. В результате образуется два продукта: более очищенный сок и фильтр-прессная грязь – отход сахарного производства.
Примерный химический состав очищенного сока, поступающего на сульфитацию, следующий: сухие вещества – 13…16%, азотистые вещества – 0,4…0,5, чистая зола – 0,5…0,6, чистота сока – 89…92, цветность – 12…20 усл. ед., содержание солей кальция – 0,015…0,025% СаО.
Сульфитацией называют обработку сахарных растворов диоксидом серы. При пропускании диоксида серы через сок образуется сернистая кислота, которая является хорошим антисептиком и восстановителем. Она восстанавливает непредельные органические соединения и превращает их в бесцветные вещества. Сок при этом не очищается, так как эти обесцвеченные соединения остаются в растворе.
Кроме обесцвечивания сернистая кислота снижает щелочность сока, способствует уменьшению вязкости сиропа, что облегчает кристаллизацию и отделение кристаллов сахара.
Сульфитация проводится в специальных аппаратах-сульфитаторах, где поступающий сок смешивается с газом. Общий расход серы на сульфитацию сока и сиропа составляет 30…40 кг на 100 т свеклы.
Сгущение сока. Сок после сульфитации представляет собой ненасыщенный раствор сахарозы и оставшихся в нем несахаров. При сгущении до пересыщения сахароза начинает осаждаться в виде кристаллов. Сгущение очищенного сока проводят в два этапа: сначала выпаривают воду в выпарной установке до состояния, близкого к насыщению (содержание сухих веществ в сиропе 65…70%), а затем – в вакуум-аппаратах до пересыщения (содержание сухих веществ 92…93%) с последующей массовой кристаллизацией.
При первом уваривании сока некоторая часть несахаров выпадает в осадок, увеличивается цветность сока, поэтому перед увариванием сока в вакуум-аппаратах сок после первого сгущения сульфитируют и фильтруют.
Кристаллизация является завершающим этапом производства сахара. Выделение сахарозы из раствора производится в две-три ступени. На первой ступени уваривания получают первый утфель. Он представляет собой густую вязкую массу, состоящую из кристаллов сахара и межкристальной жидкости с содержанием сухих веществ 92…93%. При достижении содержания кристаллов в утфеле примерно половины по массе их отделяют на центрифугах, а межкристальный раствор вновь сгущают на второй ступени до пересыщения и выкристаллизовывают остальную сахарозу. Для образования или заводки кристаллов в вакуум-аппарат добавляют небольшое количество (50…100 г) сахарной пудры, способствующей более быстрому образованию центров кристаллизации.
При сгущении сока в выпарной установке отмечается разложение 0,06…0,1% сахарозы от общего количества.
В процессе центрифугирования кроме сахара-песка получают межкристальный раствор (первый оттек), который содержит незначительное количество кристаллов. Его направляют во второй аппарат для уваривания второго утфеля и получают после центрифугирования кристаллы сахара (желтый сахар) и кормовую патоку или мелассу.
На кристаллах сахара после центрифугирования остается прилипший слой межкристального раствора, придающий сахару желтоватый оттенок. Для его удаления кристаллы сахара пробеливают горячей водой. При этом часть кристаллов растворяется и образуется второй оттек (белая патока), который направляют в вакуум-аппараты в конце уваривания первого утфеля.
Полученный после кристаллизации сахар-песок высушивают горячим воздухом в сушильной установке до содержания влаги не более 0,14%, упаковывают в мешки массой по50 кги отправляют на склад.
Эффективность работы завода характеризуется коэффициентом извлечения сахара, который показывает процентное отношение массы сахарозы в сахаре-песке к сахарозе в перерабатываемой свекле. Он составляет около 80 %.
Производство сахара видео
ПРОИЗВОДСТВО САХАРА ИЗ САХАРНОГО ТРОСТНИКА
Переработка сахарного тростника имеет специфические особенности, обусловленные как составом сырья, так и историческими, и экономическими аспектами.
Производство и торговля сахаром имеют важное значение для многих стран. В некоторых же странах сахар является одним из главных источников валютных поступлений.
Основным видом продукции, получаемым при переработке сахарного тростника, является сахар-сырец, который проще получать, транспортировать через океан, легче реализовать на мировом рынке вследствие меньшей его стоимости.
Тростниковый сахар-сырец для непосредственного употребления непригоден. Поэтому его подвергают переработке (рафинированию), которая проводится как в странах, производящих сахарный тростник, так и импортирующих сахар-сырец. При этом получают рафинированный сахар-песок.
Технология получения сахара-сырца из сахарного тростника в принципе подобна получению сахара из сахарной свеклы. Принципиальная схема получения сахара-сырца на тростниково-сахарном заводе представлена на рис. 8.1
Она практически включает те же операции, которые используются в свеклосахарном производстве:
– извлечение сока из сахарного тростника;
– сгущение очищенного сока в сироп;
– кристаллизация сахара из сиропа;
Технология получения сахара-сырца из сахарного тростника проще, чем получение сахара-песка из сахарной свеклы.
Схема получения сахара-сырца на тростниковосахарном заводе
 |
Однако она имеет свои особенности, обусловленные специфическими особенностями сахарного тростника как сырья и получаемого из него сока. Эти особенности наглядно видны на представленной на рис. 8.2 аппаратурно-технологической схеме получения тростникового сахара-сырца на тростнико-во сахарном заводе, применяющем известковую очистку сока.
Технологическая схема тростниковосахарного производства
 |
Для получения сока из сахарного тростника его вначале взвешивают, а затем изрезывают на куски, которые измельчают на вальцовой дробилке. Измельченную массу подвергают последовательному прессованию на трех вальцовых отжимающих прессах.
Измельчение тростника производится при помощи ножей–измельчителей, расположенных над наклонным транспортером, и вращающихся со скоростью 600 – 800 об./мин.
После ножей тростник поступает на дробилку, состоящую из двух вальцов с зубчатой поверхностью.
Измельченный тросник поступает на мельницы, представляющие собой вальцовые прессы. Каждая мельница имеет три валка. Валки диаметром: 900 мм длиной 2,5 – 3 м имеют рифленую поверхность, облегчающую транспортировку измельченной массы тростника. Два нижних валка неподвижные. Верхний вместе с подшипниками может перемещаться в вертикальной плоскости. При помощи гидравлического устройства он силой до 500 т прижимается к двум нижним валкам.
На сахарном заводе устанавливают последовательно одну за другой несколько мельниц, соединяя их планочным транспортером. Поточная линия, состоящая из одной или двух дробилок и нескольких мельниц (от 3 до 7) называется тандемом.
При прохождении через мельницы из измельченной массы тростника отжимается сок, содержащий сахар. Из последней мельницы тандема выходит обессахаренный остаток (содержащий в основном клетчатку), который называется багассой. Для более полного извлечения сахара из тростника процесс отжима сока на вальцах мельниц сочетают с противоточным выщелачиванием водой. При прохождении массы измельченного тростника от мельницы к мельнице ее смачивают все более жидким соком, а затем водой. Этот процесс называется имбибицией (иногда мацерацией). Вода для имбибиции подается к тростниковой массе перед последней мельницей. Полученный на последней мельнице жидкий сок подают насосом к массе перед предпоследней мельницей и т.д. Благодаря такой противоточной схеме в головной части тандема получают концентрированный сырой сок, а багасса уходит с минимальным содержанием сахара.
Расход воды 10 – 30 % к массе тростника. Повышение температуры более 65°С ведет к растворению воска.
Багасса содержит около 45% клетчатки и до 48% воды, ее выход
25%. сжигается в паровых котлах, теплотворная способность 2260 – 2500 ккал.
Сок, отжатый на мельницах, стекает на поддоны и поступает на бронзовые сита, расположенные над сборниками сока. На ситах от сока отделяются мелкие кусочки багассы, которые называются багацилло.
В производство поступает сок с дробилки и первых двух мельниц. Эту смесь называют смешанным соком и направляют на очистку.
Прессово-имбибиционный (мацерационный) способ позволяет извлечь примерно 85% сахара, содержащегося в сахарном тростнике. Применение же диффузионного способа при обессахаривании измельченной массы позволяет повысить эту величину до 95 – 98%.
Смешанный сок сахарного тростника, направляемый на очистку, содержит более 1 % редуцирующих веществ, которые состоят из глюкозы и фруктозы. Эти соединения под действием температуры и извести разлагаются с образованием интенсивно окрашенных соединений (красящих веществ). Если проводить очистку смешанного сока таким же методом, который применяется в свеклосахарном производстве при очистке диффузионного сока, то получается очищенный сок с большой интенсивностью окраски, что затруднит в дальнейшем получение из него сахара соответствующего качества.
Поэтому очистку смешанного сока проводят в более «мягких» условиях, чем в свеклосахарном производстве, а именно при меньшей щелочности (величине рН).
На тростниковосахарных заводах очистка сока при получении тростникового сахара-сырца проводится при помощи двух реагентов: извести и диоксида серы. При этом возможны различные сочетания применения этих реагентов как отдельно, так и совместно, а отсюда и различные варианты способов очистки.
В зависимости от применяемого (применяемых) реагентов различают два способа очистки:
По первому способу для осаждения несахаров используется известь, а по второму – диоксид серы.
Получение сахара-сырца с применением известкового способа очистки распространено на Кубе, Бразилии, а сернокислотного – в странах Азии и Индии.
При известковом способе очистки в тростниковосахарном производстве известь применяют в количестве не более 0,1 % (т. е. примерно в 25 раз меньше, чем в свеклосахарном), величину поддерживают при значениях рН, близких к 7, стремятся избегать высоких температур.
Смешанный сок обрабатывают известью на холоде 5 –10 минут, расход нести колеблется в пределах 0,04 – 0,1 % к массе тростника. Дозирование извести проводится по рН, которое 6,8 – 7. Недостаток извести – плохое отстаивание, избыток – темные и вязкие сока.
После добавления извести сок нагревают до 105°С и затем направляют в отстойники. Из отстойника осветленный сок поступает на выпарку.
К сгущенной суспензии из отстойника добавляют багацилло, и затем эту массу фильтруют на вакуум-фильтре. Фильтрат направляют на выпарную установку. Фильтрационный осадок, называемый качассой, используется в качестве удобрения.
В сернистокислотном способе смешанный сок обрабатывается SO2 до величины рН 3,4 — 4%. При этом значении рН происходит осаждение коллоидов (ВМС) сока. После этого сок обрабатывают известковым молоком, доводя его величину рН до 7.
Сок сгущают на выпарной установке до концентрации сухих веществ примерно 60%.
Сироп направляется в кристаллизационное отделение.
Уваривание утфелей на тростниково сахарных заводах проводится по трех– и двух продуктовой кристаллизационным схемам.
При трех продуктовой схеме утфеля I (А) и II (В) кристаллизации уваривают на кристаллической основе. Она представляет собой утфель-затравку с готовыми кристаллами, полученную в результате смешивания желтого сахара III продукта (сахар С) и сиропа. В зарубежной литературе утфель-затравку называют магмой. Уваривание утфелей на кристаллической основе позволяет сократить время уваривания, получить более крупные кристаллы сахара, что является одним из важнейших показателей, предъявляемых к тростниковому сахару-сырцу.
Сахара А (I кристаллизации) и В (II кристаллизации) смешивают. Эта масса и представляет собой сахар-сырец.
Состав тростникового сахара-сырца как в отдельных странах, так и на отдельных заводах колеблется и зависит от многих факторов (сорта тростника, его качества, применяемой технологии его получения и т.д.).
Из сахарного тростника при его переработке извлекают примерно 85% содержащегося в нем сахара. Остальные 15% (2% к массе тростника) теряются. Эти потери составляют:
в мелассе – 1,1 – 1,2%
в багассе – 0,7 — 0,8%
Отходами в тростниковосахарном производстве являются багасса, меласса и качасса.
Багасса. Выход багассы составляет 20 — 25% к массе сахарного тростника, ее влажность составляет примерно 50%. Она используется в качестве топлива в котлах ТЭЦ, для получения бумаги, строительных материалов и т.д.
Меласса. Выход мелассы составляет примерно 2% к массе сахарной: тростника. Используется, как и меласса свеклосахарного производства, в качестве сырья для бродильных производств.
Качасса представляет собой фильтрационный осадок, выход которого составляет около 3% к массе сахарного тростника. Используется в качестве удобрения.