Технология производства сахара из сахарной свеклы

На ротационных  водоотделителях,  установленных  до свекломоек, от массы свеклы вместе с транспортерной водой отделяются  камни, песок,  обломки  и хвостики корней,  а также частично ботва и солома. Для того,  чтобы повторно использовать воду для транспортировки свеклы, ее необходимо очистить и осветлить. Чтобы обломки и хвостики свеклы направить в производство  или использовать на  корм  скоту,  их необходимо уловить. Это производится на установке,  состоящей  из  хвостико-улавливателя и классификатора КХЛ-6.  Хвостики, бой свеклы и легкие примеси из  хвостикоулавливателя  сортируют  в  специальном устройстве. Хвостики и кусочки свеклы скатываются из устройства в  специальную мойку для боя и хвостиков, а ботва, черешки листьев и мелкие кусочки свеклы поступают на транспортер и далее в  жомохранилище или на реализацию. 

Отсортированные хвостики  и бой свеклы из свекломойки насосом подают в открытый лоток и  шнеком-водоотделителем  направляют  на элеватор, которым вместе со свеклой транспортируют к свеклорезкам.  Такой тракт подачи наиболее эффективен,  так как  здесь  наибольший эффект  отделения  примесей от свеклы,  наименьшие потери свеклы при очистке  и  транспортировке  и  не  происходит  потерь хвостиков и боя, которые в противном случае составили бы примерно 3%. 

4. Мойка свеклы

Свекла, поступающая на завод с  кагатного поля или из бурачной, содержит значительное количество примесей: 1 - 3% при ручной и 10 - 12% к массе  свеклы при поточной механизированной уборке.

При подаче свеклы по гидравлическому  транспортеру часть механических примесей отделяется, но остаются примеси в  виде прилипшей земли и другие. Для их удаления свекла подается в  моечное отделение завода. Процесс  мойки должен проводиться очень  тщательно, так как оставшиеся примеси  ухудшают работу свеклорезок и загрязняют диффузионный сок. Для мойки свеклы применяют свекломоечные машины различных систем.

Для мойки сильно загрязненной свеклы применяют комбинированные свекломойки, в корпусах которых имеются отделения  с пониженным уровнем воды для  лучшего отмывания при» липших к  поверхности свеклы примесей и отделения  с повышенным уровнем воды для  лучшего улавливания легких примесей. Они представляют собой корытообразные емкости, заполненные водой, в которых  расположены валы с кулаками. Кулаки образуют винтовую линию и выполняют  роль шнека. Перегородки делят емкость  машины на несколько отделений. Во время  перемещения свеклы происходит отделение  примесей. Свекломоечные машины снабжены песколовушками и камнело-вушками. В камерах, где уровень воды выше кулаков на 300 - 400 мм, легкие примеси  всплывают и удаляются. Переброс свеклы из одного отделения в другое и выброс ее из моечной машины осуществляется с помощью ковшей. В комбинированных  свекломойках предусматривается противоточное  движение свеклы и воды, автоматическое поддерживание уровня воды, надежное удаление легких примесей и мелких осевших примесей по всей длине моющей части. [4]

5. Получение диффузионного сока из свекловичной стружки  

Для учета количества свеклы,  поступающей на  переработку  всвекло-сахарный завод, она взвешивается. Взвешивание свеклы производится на автоматических порционных весах [2]

Сахар из свеклы извлекают диффузионным способом. Для этого свеклу измельчают в тонкую стружку желобчатой или  пластинчатой формы. Толщина пластинок  свекловичной стружки не должна превышать 0,5 - 1 мм, ширина полоски желобчатой стружки 4 - 6 мм, пластинчатой - 2,5 - 3 мм.

Качество свекловичной стружки  оказывает решающее влияние на работу диффузионной установки и оценивается  длиной 100 г стружки в метрах (число  Силина) или отношением массы стружки  длиной более 5 см к массе стружки  длиной менее 1 см (так называемый шведский фактор), а также содержанием в  стружке брака. В непрерывнодействующих  диффузионных аппаратах используется свекловичная стружка, число Силина для которой составляет 9 - 15 м, а  шведский фактор не ниже 8. Более тонкая стружка быстро измельчается и забивает ситовые поверхности, что приводит к снижению выхода сока. Допустимое количество брака в стружке не более 3%.

Наибольшее распространение в  промышленности получили центробежные свеклорезки СЦБ-12 и СЦБ-16, имеющие 12 и 16 ножевых рам соответственно. В центробежных свеклорезках рамы с  ножами неподвижно закреплены в вырезах  вертикального корпуса. Это удобно тем, что в случае необходимости  ножи можно менять на ходу, не останавливая свеклорезку. Свекла поступает во вращающийся  ротор-улитку свеклорезки, центробежной силой прижимается к ножам  и режется. Центробежные свеклорезки  дают стружку наилучшего качества по сравнению с другими конструкциями. Производительность их можно регулировать, изменяя частоту вращения ротора или количество ножей.

Свекловичная стружка затем  по ленточному конвейеру с автоматическими  весами поступает' в отделение для  получения диффузионного сока.

Диффузией (или экстрагированием) называется процесс извлечения из сложного по составу вещества одного или нескольких компонентов с помощью растворителя (экстрагента), обладающего избирательной  способностью растворять только вещество, подлежащее экстрагированию. Движущей силой диффузии является разность концентраций веществ в соприкасающихся растворах, которая перемещает растворенное вещество в сторону меньшей концентрации.

Причиной диффузии является беспорядочное  непрерывное движение молекул вещества.

Различают несколько видов диффузии: свободная диффузия, когда два  раствора (или раствор и растворитель) непосредственно соприкасаются  друг с другом и самопроизвольно  проникают один в другой; о с  м о с - это мембранная диффузия, когда растворы разделены полупроницаемой  перегородкой (мембраной), которая пропускает только чистый растворитель; диализ - тоже мембранная диффузия, но в данном случае мембрана пропускает кроме растворителя еще и частицы растворенного  вещества, но только до определенного  размера, а более крупные задерживает.

Основной закон молекулярной диффузии - закон Фика - устанавливает следующую  связь между количеством экстрагируемого  вещества и основными параметрами  процесса. Массовое количество растворенного  вещества М (в кг), продиффун-дировавшего  сквозь некоторый слой растворителя толщиной прямо пропорционально  разности концентраций на границах этого  слоя, времени диффузии т (в с), площади  сечения слоя (поверхности - контакта раствора и растворителя) F (в м2) и  обратно пропорционально толщине  слоя т. е. длине пути диффундирования  частиц.

Величина называется градиентом концентрации, а D - коэффициентом диффузии (в м2/с) и показывает, какое количество вещества диффундирует через поверхность  площадью 1 м2 в единицу времени  на расстояние 1 м при разности концентрации, равной единице. Величина D зависит  от рода диффундирующего вещества и  от температуры процесса. С повышением температуры она увеличивается, так как возрастает скорость движения молекул, а также уменьшается  вязкость растворителя, вследствие чего молекулы растворенного вещества легче  продвигаются между молекулами растворителя.

Цель диффузионного процесса в  сахарном производстве - извлечь из свекловичной стружки максимально  возможное количество сахарозы. Для  этого прежде всего необходимо нагреть  стружку до температуры денатурации  протоплазмы свекловичных клеток, которая  является полупроницаемой мембраной  и пропускает только чистый растворитель (воду). Процесс такой термообработки стружки называется ошпариванием.

В сахарном производстве диффузионный процесс представляет собой сложный  комплекс трех видов диффузии: свободной  диффузии, осмоса и диализа. В начале происходит диффузия сахара из разорванных  при изрезывании свеклы в стружку  клеток (свободная диффузия), затем  начинается проникновение воды в  клеточный сок (осмос) и после  нагревания стружки до 60°С (ошпаривания) и денатурации протоплазмы начинается основной процесс извлечения сахара из вакуолей клеток свеклы в диффузионный сок (диализ).

Процесс получения диффшовного  сока имеет ряд естественных ограничений. Отбор сока составляет 115 - 130%, т. е. из 100 кг стружки извлекают 115 - 130 кг сока. При большем отборе увеличивается  расход воды на обессахаривание стружки  и возрастают расходы топлива  и электроэнергии на выпаривание  лишней воды при сгущении сока. [4]    

Табл. 2.  Основные технологические показатели наклонного диффузионного аппарата:     

6. Очистка диффузионного сока

В процессе диффузии из 100 кг свекловичной стружки получают 115 - 130 кг диффузионного сока, содержащего 16 - 17% сухого вещества, из них 14 - 15% составляет сахароза и 2% - несахара. Диффузионный сок почти черного цвета, сильно пенится, имеет кислую реакцию (рН 6,0 - 6,5), содержит обрывки клеточных  тканей, хлопья скоагулированного белка, растворимые несахара, мешающие кристаллизации сахарозы и увеличивающие ее потери с мелассой.

Все это делает невозможным получать из него сахар путем непосредственного  выпаривания воды и кристаллизации сахарозы и требует очистки сока. В настоящее время сахарные заводы очистку ведут в несколько  стадий:

1) дефекация - обработка сока  известью;

2) первая сатурация - обработка  сока диоксидом углерод; для  удаления избытка извести;

3) фильтрование;

4) вторая сатурация;

5) фильтрование;

6) сульфитация - обработка сока  сернистым газом.

Дефекация.

Цель дефекации - очистка диффузионного  сока известью в виде известкового молока. Дефекацию проводят в две  стадии: предварительная (преддефекация) и основная.

При преддефекации происходит нейтрализация  фосфорной, щавелевой, оксилимонной, лимонной, винной и других кислот и их осаждение  в виде нерастворимых солей кальция. Также происходит коагулирование белков, сапонинов и красящих веществ  диффузионного сока. Наиболее плотный  осадок и наиболее прозрачный раствор  получаются при рН 11 и содержании извести 0,2 - 0,3% к массе переработанной свеклы.

Таким образом, при преддефекации  создаются оптимальные условия  для образования хорошо фильтруемого плотного осадка из относительно крупных  частиц. Этот осадок при дальнейшем добавлении извести (основная дефекация) почти не изменяет своего состояния. Длительность преддефекации составляет около 4 мин. По типовой технологической  схеме сахарных заводов преддефекацию  сока проводят возвращаемым нефильтрованным  соком I сатурации с добавлением  в случае необходимости (при недостаточной  щелочности) небольшого количества щелочного  дефекованного сока или известкового молока. Обработка ведется при  температуре 88 - 90°С.

После преддефекации сок сразу  же обрабатывают известковым молоком  из расчета общего расхода извести  в пересчете па СаО 2,5% к массе  переработанной свеклы. При этом идет дальнейшее воздействие извести  на несахара сока с разложением амидов кислот, редуцирующих и пектиновых веществ, омылением жира, а также  создается избыток извести, необходимый  для получения достаточного количества карбоната кальция на первой сатурации. Если же не осуществлять преддефекации, а добавлять сразу всю известь, осадок становится желатинозным и плохо  фильтруется. Дополнительного подогревания при поступлении сока па основную дефекацию не производится, и температура его поддерживается около 88 - 90°С. Известковое молоко смешивается и реагирует с соком в течение 10 мин.

Дефекацию проводят в дефекаторе, представляющем собой, вертикальный цилиндрический сосуд с коническим днищем. Внутри дефекатора имеется вал с лопастной  мешалкой, вращающейся с частотой 75 мин, и 4 контрлопасти, способствующие энергичному перемешиванию сока с известковым молоком. В конической части имеется дополнительное устройство для. взмучивания осадка. Диффузионный сок и известковое молоко поступают  в нижнюю часть дефекатора, перемешиваются и через верхний патрубок и  слив, регулирующий уровень сока в  аппарате, направляются на последующую  стадию.

Первая сатурация

Сразу же после основной дефекации  сок вместе с осадком поступает  в сатуратор, где через него продувают  сатурационный газ, содержащий 30 - 36% С02. Сатурационный газ получают на сахарном заводе при сжигании известкового камня при высокой температуре  в специальных печах. В соке, поступающем  на первую сатурацию, около 10% содержащейся извести находится в растворе, а около 90% - в виде осадка. При  продувании СО2 почти вся избыточная известь, проходя через более  растворимое сахаратное соединение, выпадает в осадок в виде углекислого  кальция.

Частицы выпадающего осадка несут  на себе положительный заряд и  поэтому адсорбируют на своей  поверхности все отрицательно заряженные несахара. Таким образом, избыток  извести, добавляемый на стадии дефекации, необходим именно для физико-химической очистки сока. Чем больше образуется осадка СаСО3 и чем мельче его  частицы, тем полнее проходит очистка  сока. Избыточное количество углекислого  кальция необходимо и для облегчения последующего фильтрования сока.

Величина оптимальной конечной щелочности сока I сатурации находится  в пределах 0,08 - 0,10% СаО, что соответствует  рН 11.

Более полное удаление извести (до 0,05% СаО и ниже) нежелательно, так  как получается пересатурированный сок, в котором повышены цветность  и содержание солей кальция из-за пептизации части несахаров.

Первая сатурация осуществляется в противоточном решетчатом сатураторе - цилиндрической емкости с коническим днищем и расширенной верхней  частью для предотвращения вспенивания  сока. В нижней части корпуса сатуратора установлены решетчатые перегородки, предназначенные для равномерного распределения по всему объему сатурационного газа, который подается снизу. Дефекованный сок подается сверху, при этом большая  часть газа реагирует с Са(ОН)2, образуя кристаллический карбонат кальция. Скорость сатурации влияет на чистоту и фильтрационную способность  сока. Чем она больше, тем мельче частицы осадка и выше их адсорбционная  способность. Сатурацию проводят при  температуре 80 - 85°С в течение 10 мин.