Схема противоточного обессахаривания свекловичной стружки.

Обессахаренная свекловичная

стружка Свекловичная стружка

Вода Диффузионный сок

Сахароза и часть нерастворенных несахаров постепенно переходят в воду, в результате чего содержание их в стружке понижается, а в воде увеличивается до 12-14% сухих веществ. Обессахаренную свекловичную стружку (жом) содержащую 0,3% сахарозы выводят из хвостовой части аппарата, а полученный раствор сахарозы и несахаров называемый диффузионным соком отбирают из головной части аппарата. Массу диффузионного сока в % к массе переработанной свеклы называют откачкой (отбор сока). Из 100 кг свекловичной стружки получается 120-125% диффузионного сока. При увеличении расхода воды на Обессахаривание стружки (увеличение разницы концентраций) возрастают расходы топлива и электрической энергии на ее последующее выпаривание, что экономически невыгодно. Длительность диффундирования составляет 60-65 мин, температура не должна превышать 75⁰С, то есть при ее повышении стружка будет сильно развариваться и забивать ситовые поверхности диффузионных аппаратов. При этом также ухудшается качество диффузионного сока из-за значительного перехода коллоидных и высокомолекулярных веществ в сок. Выход обессахаренной стружки в диффузионных аппаратах составляет: колонного типа – 70% к массе свеклы, СВ_ж=8,0%; наклонного типа – 65%, СВ_ж=8,3%.

Очистка диффузионного сока. Диффузионный сок представляет собой поликомпонентную систему, содержащую сахарозу и несахара, в состав которых входят растворимые белковые, пектиновые вещества и продукты их распада, редуцирующие сахара (альдегидо-, кетогруппы, способны восстанавливать окись меди в закись меди), органические кислоты, соли органических и неорганических кислот, кроме того в диффузионном соке содержится 1,5-3 г в 1 л мезги (частички стружки). Сок имеет кислую реакцию (рН=6-6,5), имеет темный цвет и сильно пенится. Все несахара диффузионного сока замедляют процессы кристаллизации сахарозы, увеличивают потери сахара с мелассой (темно-коричневая тягучая жидкость, из которой сахара не получается) поскольку несахара способны связывать сахарозу и удерживать ее в растворенном состоянии, поэтому для достижения высокого выхода товарного сахара диффузионный сок подвергают химической и физико-химической очистке с целью удаления как можно большего количества несахаров и доведения его до слабощелочной реакции (рН=7,5-8). В настоящее время эффективным является способ очистки диффузионного сока известью (известковое молоко) и диоксидом углерода. При простате технологических операций и относительно низкой стоимости реагентов этот способ обеспечивает высокую эффективность очистки и сахароза при этом практически не разрушается. Последовательность основных процессов очистки диффузионного сока следующая: предварительная дефекация, основная дефекация, первая сатурация, отделение фильтрационного осадка, вторая дефекация, вторая сатурация, отделение осадка, сульфитация.

Дифф узионный сок Нефильтрованный сок

Прогрессивная предварительная дефекация

1-й сатурации на пред-

варительную

дефекацию

Теплая основная дефекация

Са(ОН)₂

1-ая сатурация

СО₂

2-ая дефекация

Са(ОН)₂

2-ая сатурация

СО₂

Сульфитация

SО₂

Схема очистки диффузионного сока

Предварительная дефекация. Ее целью является коагуляция и осаждение под действием ионов ОН^- и Са⁺, белков, пектиновых и других веществ коллоидной дисперсности, а также образование хорошей структуры осадка. Кроме коагуляции и осаждения белково-пектинового комплекса на предварительной дефекации происходят реакции нейтрализации. Виды предварительной дефекации: оптимальная и прогрессивная.

Технологический режим. На предварительной дефекации к диффузионному соку добавляют 0,2-0,3% СаО к массе свеклы, 30-100% нефильтрационного сока первой сатурации, рН предварительной дефекации 10,8-11,4. В зависимости от температуры различают: холодную дефекацию (до 50⁰С), длительность (τ) 20-30 мин; теплую предварительную дефекацию (50-60⁰С), τ 15-20 мин; горячую предварительную дефекацию (85-90⁰С), τ 10-15 мин.

Основная дефекация. Ее проводят сразу же после предварительной дефекации без предварительного фильтрования и подогрева сока. Главной задачей основной дефекации является разложение амидов кислот, солей аммония, редуцирующих веществ, омыление жиров, а также создание избытка извести необходимого для получения достаточного количества осадка СаСО₃ на 1-й сатурации.

Технологический режим. На дефекации к соку добавляют 2,5-3% СаО к массе свеклы, рН сока повышается до значения 12,2-12,4. Раствор выдерживают при перемешивании. Длительность основной дефекации регулируется в зависимости от содержания несахаров в соке и способа проведения предварительной дефекации. Различают холодную основную дефекацию (50⁰С), τ 30-40 мин; теплую (50-60⁰С), τ 15-20 мин; горячую (85-90⁰С), τ 10-12 мин. Растворимость извести при повышении температуры с 20 до 80⁰С уменьшается примерно в два раза, поэтому на сахарных заводах проводят комбинированную холодно-горячую (или тепло-горячую) основную дефекацию позволяющую провести достаточно полное разложение несахаров и получить менее окрашенный сок.

1-ая сатурация - обработка дефекованного сока сатурационным газом содержащим 30-34% диоксида углерода (СО₂). Цель 1-й сатурации – получение максимального эффекта адсорбции неосаждаемых известью несахаров и образование структуры осадка с хорошими фильтрационными и седиментационными свойствами. Сатурацию проводят при температуре 80-85⁰С, рН 10,8-11,4 и τ 8-10 мин. На 1-й сатурации при обработке дефекованного сока диоксидом углерода образуются кристаллы карбоната кальция, на поверхности которых адсорбируются несахара. Коэффициент использования сатурационного газа на 1-й сатурации составляет 60-65%. После проведения 1-й сатурации сок нагревают до температуры 85-90⁰С (см. схему) и направляют на фильтрацию. Осадок карбоната кальция с адсорбируемыми несахарами и коагулянтом (фильтрационный осадок) выводят в отходы. Сатурацию проводят в две стадии: первая и вторая (с промежуточным отделением осадка несахаров) для того, чтобы предотвратить обратный переход в раствор несахаров выпавших в осадок на стадиях предварительной дефекации и основной дефекации.

2-ая сатурация. Цель – максимальное снижение в соке содержания растворимых солей кальция, так как неполное удаление солей кальция из сока приводит к образованию накипи в теплообменных аппаратах и увеличивает потери сахарозы.

Технологический режим. Сок перед 2-й сатурацией нагревают до температуры 92-95⁰С, добавляют известь в количестве 0,-0,5%, проводят вторую дефекацию, а затем обрабатывают сок сатурационным газом (2-ая сатурация), рН сока 2-й сатурации 9-9,5, τ 10 мин, коэффициент использования сатурационного газа 50-55%. После 2-й сатурации сок фильтруют (дисковые фильтры).

Сульфитация. Процесс обработки сока (сиропа и воды) сернистым газом или кислотой. Сернистый газ содержащий SО₂ получаемый при сжигании серы в печи, используется для сульфитации сока, сиропа и воды. Процесс сульфитации проводится с целью снижения вязкости и понижения окрашенности сока.

1. Сернистая кислота и ее соли блокируют карбонильные группы редуцирующих соединений – моносахаридов и продуктов их распада, таким образом предотвращая образование красящих веществ.

2. Сернистая кислота является хорошим восстановителем красящих веществ сока превращая их в бесцветные соединения (лейкосоединения).

Технологический режим. Температура 80-85⁰С; оптимальная рН 8,5-8,8; τ сульфитации 5-10 мин; чистота очищенного сока 89-96%. Эффект очистки диффузионного сока известью и СО₂ 30-35%.

Сгущение сока выпариванием – процесс получения сиропа из очищенного сульфитированного сока выпариванием из него воды в выпарной установке до содержания СВ=60-65%. Всего из очищенного сока выпаривают 110-115% воды к массе свеклы. Выпаривание сока ведут в многокорпусных выпарных установках, что позволяет снизить расход топлива примерно в 2,5 раза. На сахарных заводах применяют четырехкорпусные выпарные установки с концентратором или пятикорпусные. Нагретый до температуры кипения 126⁰С сульфитированный сок направляется в первый корпус выпарной установки, где из него выпаривается часть воды образуя вторичный пар, последовательно сок проходит из первого корпуса во второй, из второго в третий, из третьего в четвертый и затем в концентратор сгущаясь до заданной плотности. Многократное использование теплоты пара возможно при условии понижения температуры кипения сока и давления начиная от первого до последнего корпуса выпарной установки. СВ сиропа после выпарной установки составляют 60-65%. Сироп после выпарной установки сульфитируют до рН 7,8-8,2 при температуре 80-85⁰С, нагревают до температуры 85-90⁰С и фильтруют. Фильтрованный сок направляют на уваривание утфелей 1-й кристаллизации. Кристаллизация является завершающим этапом сахарного производства. Кристаллизация сахара – процесс выделения сахаров в виде кристаллов путем выпаривания воды или охлаждения кристаллизуемой массы. Для максимального извлечения сахара при минимальных затратах топлива кристаллизацию сахарозы ведут многократно. Рациональной является трехкристаллизационная схема с аффинацией сахара 3-й кристаллизации первым оттеком утфеля 1-й кристаллизации. Эта схема с учетом использования совершенного оборудования обеспечивает получение сахара стандартного качества при минимальном содержании сахара в мелассе.

Уваривание утфеля – процесс сгущения сиропа до пересыщения, заводка и наращивание кристаллов.

Утфель – масса состоящая из кристаллов сахарозы и межкристального раствора, образующаяся при уваривании сиропа и оттеков в вакуум-аппаратах.

Межкристальный раствор – жидкая фаза утфеля заполняющая промежутки между кристаллами сахара.

Центрифуга для утфеля – машина для разделения кристаллов сахара и межкристального раствора.

Оттек – межкристальный раствор отходящий при центрифугировании утфеля.

Клеровка – раствор сахара в очищенном соке или воде.

Аффинация сахара – технологическая операция по повышению качества желтого сахара путем удаления (смывания) значительной части несахаров с поверхности кристаллов при смешивании этого сахара с оттеком более высокой частоты.

Меласса – побочный продукт сахарного производства, является межкристальным раствором полученным при центрифугировании утфеля последней кристаллизации.

Технологические процессы в продуктовом отделении. Проходят в следующей последовательности:

1. Уваривание и центрифугирование утфеля 1-й кристаллизации. Утфель первый уваривают из сиропа с клеровкой. Содержание СВ=60-65%, рН 7,8-8,2, цветность не более 40 единиц. Утфель уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах в 4 этапа:

1) сгущение сиропа до пересыщенного раствора;

2) заводка кристаллов сахара;

3) наращивание кристаллов сахара;

4) окончательное сгущение и спуск утфеля.

Чтобы предотвратить разложение сахарозы сироп уваривают выпариванием при остаточном давлении 0,02 мПа и температуре 70-72⁰С. По мере сгущения сиропа до содержания СВ 80-82% температура его кипения при том же разряжении повышается до 74-76⁰С, коэффициент пересыщения до 1,25-1,3. коэффициент пересыщения показывает во сколько раз в данном сиропе растворено сахарозы больше, чем в насыщенном растворе при тех же условиях. При этом коэффициент пересыщения находится в неустойчивом состоянии, в этот момент производят заводку кристаллов, вводят в аппарат тонкоизмельченную сахарную пудру в количестве 50 г на 40 тонный аппарат. После заводят необходимое количество кристаллов и наращивают их для того, чтобы росли образовавшиеся кристаллы, но не образовывались новые постоянно в вакуум-аппарат вводят сироп поддерживая при этом коэффициент пересыщения на уровне 1,12-1,15. Когда кристаллы сахарозы достигнут необходимой величины утфель доводят до концентрации СВ=92-92,5%, температура составляет 70-73⁰С, τ уваривания 170 мин, содержание кристаллов в утфеле 1-ом 50-55%. Затем утфель подают в автоматизированные центрифуги периодического действия ( ФПН 660 кг и 1000 кг). В результате центрифугирования получают межкристальный раствор утфеля. На поверхности кристаллов сахара остается тонкая пленка придающая желтоватый цвет, чтобы удалить ее в центрифуге ведут пробелку сахара горячей ортозеанской водой (85-90⁰С), расход воды 3-3,5% к массе утфеля. Содержание влаги в выгруженном из центрифуги сахаре-песке составляет 0,9-1%, температура 55-60⁰С. Влажный сахар направляют на сушильно-охладительную установку, сахар сушат горячим воздухом (105-110⁰С). Температура высушенного сахара должна быть не более 22-25⁰С, влажность не более 0,14%. Высушенный сахар направляется на упаковку и хранение в полипропиленовые мешки массой 50 кг (тарный метод) или в силосные башни массой 10 тыс. тонн (бестарный метод).

2. Уваривание и центрифугирование утфеля 2-й кристаллизации. Полученные после центрифугирования утфеля 1-й кристаллизации оттеки являются насыщенными растворами сахарозы, их используют для уваривания утфеля второго. Уваривание проходит 4 цикла. Заводку кристаллов проводят при помощи сахарной пудры (60-65 кг на 40 тонн утфеля). После наращивания сгущают до содержания СВ=93%. Утфель второй центрифугируют в центрифугах непрерывного действия. При центрифугировании утфеля второго получают сахар 2-й кристаллизации (желтый сахар) и межкристальный оттек. Сахар пробеливают чистой горячей водой в количестве 1% к массе утфеля и получают второй оттек, τ уваривания составляет 300 мин.

3. Уваривание и центрифугирование утфеля 3-й кристаллизации. Утфель третий уваривают из первого и второго оттеков утфеля второго и аффинационного оттека. Продолжительность уваривания утфеля в 1,5 раза больше, чем утфеля второго из-за более низкой чистоты оттеков и большей их вязкости. Для затравки кристаллов используют сахарную пудру в количестве 150-200 г на 40 тонн утфеля, утфель уваривают до СВ=94,5-96%. Из вакуум-аппарата через приемную утфелемешалку поступает в кристаллизационную установку. Утфель охлаждается холодной водой движущейся навстречу внутри вала. За время кристаллизации температура утфеля снижается с 70-75⁰С до 35-40⁰С, при понижении температуры коэффициент пересыщения увеличивается до 1,20-1,25. За счет увеличения коэффициента пересыщения выкристаллизовывается в утфелемешалках дополнительное количество сахара. Таким образом, процесс кристаллизации сахарозы происходит в два этапа: 1) кристаллизация при выпаривании в вакуум-аппарате; 2) при охлаждении утфеля в утфелемешалках.

Перед центрифугированием утфель нагревают до температуры 45-50⁰С и центрифугируют в центрифугах непрерывного действия без пробеливания сахара водой. При центрифугировании получают желтый сахар 3-й кристаллизации и один оттек – мелассу.

4. Аффинация желтого сахара 3-й кристаллизации. Для повышения качества сахара 3-й кристаллизации его смешивают с разбавленным первым оттеком утфеля 1-й кристаллизации до содержания СВ=89-90%, перемешивают в утфелемешалке в течение 20 мин при температуре 70-75⁰С, в результате этого часть несахаров, содержащихся в пленке покрывающей кристаллы сахара, перейдет в аффинирующий раствор и при центрифугировании будет получен более чистый аффинированный сахар (Ч=97%).

5. Клерование желтых сахаров. Аффинированный желтый сахар 3-й и 2-й кристаллизации растворяют (клеруют) очищенным соком 2-й сатурации при температуре 80-85⁰С до содержания СВ=60-65%, смешивают с сиропом из выпарной установки, сульфитируют и подают на уваривание утфеля 2-й кристаллизации.

Сырье Вода вспомогательные

Сахарный завод

материалы

Отходы

Готовый продукт

Побочный продукт

Сахар-песок Жом, Фильтрационный

(сахар рафинад) меласса осадок

Переработка тростникового сахара-сырца. В последние годы в России на сахар-песок и сахар рафинад перерабатывают 4-5 млн. тонн тростникового сахара-сырца на свеклосахарных заводах оборудованных складами для хранения сахара-сырца, пунктами для разгрузки сахара и транспортными средствами для передачи его со склада на переработку. Переработку сахара-сырца на свеклосахарных заводах проводят после окончания сезона переработки сахарной свеклы. Решающее влияние на технико-экономические показатели переработки сахара-сырца, ведение технологических процессов показывают его технологические качества, они зависят от сорта тростника, условий его вегетации, технологии сбора урожая, его переработки, условий хранения и способа транспортировки к месту переработки. Качественные показатели тростникового сахара в % к массе сахара-сырца: сахароза ( поляризация 96-98% к массе сахара-сырца); влага 0,5-0,8; редуцирующие вещества 0,6-0,9; цветность 35-45 условных единиц; рН раствора сахара-сырца 6,2-6,5. Содержание сахарозы в сахаре-сырце является наиболее общим показателем его качества и определяет выход готовой продукции. Для оценки его по этому показателю установлена базисная поляризация равная 96%. Высокое качество имеет сахар-сырец, процентное содержание сахарозы в котором составляет 97-98%, а низкое качество – ниже 96%. Выход сахара из тростникового сахара-сырца рассчитывается по формуле:

В_р=2Р-100,

Где В_р – прогнозируемый выход сахара, %; Р – поляризация сахара-сырца, %.

Технологические процессы при переработке тростникового сахара-сырца:

1) клерование (растворение) сахара-сырца при температуре 90-95⁰С и рН 9-9,5; τ 15-20 мин; СВ=52-55%;

2) дефекация (обработка известью клеровки). Расход извести 4-6%, τ 5-20 мин, температура 78-82%;

3) сатурация проводится после дефекации без нагрева. Осуществляется в две ступени в двух аппаратах без промежуточного фильтрования. Первая ступень – рН 9,5-10,5; τ 30-35 мин. Вторая ступень – рН 8,5-9,5;

4) фильтрование. Сатурированную клеровку подогревают до температуры 80-85⁰С и направляют на фильтрование, СВ=55%;

5) сульфитация отсатурированной фильтрованной клеровки осуществляется совместно с клеровкой сахара 2-й кристаллизации;

6) фильтрация сульфитированной клеровки. Подогревают до температуры 80-85⁰С и направляют на уваривание утфеля 1-й кристаллизации;

7) уваривание утфелей. При переработке тростникового сахара-сырца на свеклосахарном заводе применяют трехкристаллизационную технологическую схему уваривания утфелей. Утфель 1-й кристаллизации уваривают до СВ=92-93%, 2-й до СВ=93-94%, 3-й до СВ=94-95%.

Сахарорафинадное производство. Сахар-песок содержащий некоторое количество несахаров, в том числе красящие вещества, зольные элементы придающие ему желтоватый цвет. Основная цель сахарорафинадного производства – получение продукта высокого качества с содержанием сахарозы не менее 99,9%. Основной процесс рафинирования – отделение сахарозы от несахаров путем ее многократной кристаллизации. При производстве сахара рафинада различают две группы продуктов: 1) рафинадную; 2) продуктовую. Сахар рафинад получают в первых двух или трех кристаллизациях, а последние служат для обессахаривания оттеков и возврата желтого сахара на адсорбционную очистку и кристаллизацию при уваривании рафинадных утфелей. Сахар рафинад получают из сахара-песка и из тростникового сахара-сырца.

Технологическая схема производства прессованного сахара рафинада включает: взвешивание; просеивание; приготовление сахарного сиропа и клерса; удаление из сиропа механических примесей; адсорбционную очистку сиропа; сгущение сиропа до образования кристаллов; кристаллизацию; центрифугирование; пробеливание кристаллов клерсом; получение рафинадной кашки; прессование рафинадной кашки и охлаждение брикетов; упаковка сахара рафинада.

Требования предъявляемые к качеству сахара-песка. По качеству сахар-песок должен соответствовать требованиям ГОСТ 21-94 «Сахар-песок. Технические условия». Данным ГОСТом регламентируются 4 вида показателей: органолептические, физико-химические, токсикологические, микробиологические.

Органолептические. По внешнему виду сахар-песок должен быть белым, однородным по величине кристаллов с минимальным количеством сросшихся кристаллов и мельчайших кристалликов (0,25 мм). Различают крупную, среднюю и мелкую фракции кристаллов.

Кристаллы сахара должны быть прозрачными с ровным блеском и ясно выраженными гранями, а растворы приготовленные из них прозрачными, свободными от микроорганизмов, нерастворимых осадков и не пениться.

Физико-химические. Чистота не менее 99,75% в СВ; содержание редуцирующих веществ не более 0,05%; содержание золы не более 0,04%; цветность сахара на 100 частей сухих веществ не более 0,8 условных единиц или 104 единицы оптической плотности; ферропримеси не более 0,0003%.

По качественным показателям сахар-песок предназначенный для использования в кондитерской, консервной, хлебопекарной и других отраслях пищевой промышленности должен соответствовать следующим требованиям: чистота 99,55%; содержание редуцирующих веществ не более 0,065%; содержание золы не более 0,05%; цветность не более 1,5 условных единицы. Для переработки сахара-песка на сахарорафинадных заводах цветность должна составлять не более 1,8 условных единиц, содержание влаги не более 0,15%. Сахар-песок цветностью более 1,8 условных единиц повторно подвергается кристаллизации на сахарных заводах.

Микробиологические. Регламентируется количество мезафильных аэробных и анаэробных микроорганизмов, плесневых грибов, дрожжей. Бактерии группы кишечной палочки (БГКП) и сальмонеллы не допускаются.

Токсикологические. Регламентируются предельно допустимые уровни тяжелых металлов (Cu, Zn), содержание пестицидов (гексахлоран, ДДТ), радионуклидов (цезий, стронций).