Технология производства сахара из сахарной свеклы

Отсатурированный сок отводится  из нижней части сатуратора через  контрольный переливной ящик, обеспечивающий определенную высоту слоя в аппарате, и делится па два потока - один возвращается на преддефекацию, а второй - на фильтрование.

Использование сатурационного сока в  первом сатураторе составляет 70 - 75%.

Вторая сатурация 

На II сатурацию поступает тщательно  отфильтрованный сок I сатурации  для дальнейшего удаления извести  и солей кальция, присутствие  которых ухудшает процессы уваривания сока, приводит к образованию накипи на стенках выпарных аппаратов, увеличивает  потери сахара с мелассой.

Для разложения бикарбоната кальция  и осаждения как можно большего количества CaC03 II сатурацию ведут  при температуре кипения сока 101 - 102°С в течение 10 мин. При этом происходит дополнительная физико-химическая очистка сока в результате адсорбции  на поверхности частиц СаСО3 солей  кальция, поверхностно-активных веществ  и других несахаров. Иногда для этой цели непосредственно в сатуратор  добавляют небольшое количество известкового молока (0,2 - 0,5% к массе  свеклы).

Аппараты II сатурации обычно не имеют  расширения в верхней части, так  как заметного вспенивания сока на этой стадии не наблюдается.

Фильтрование соков (сиропа)

Сок в процессе получения и очистки  фильтруют несколько раз: после 1 и II сатурации, а также фильтруют  сироп после сгущения сока в вакуум-выпарных аппаратах.

Фильтрование соков после I и II сатурации  производят для удаления взвешенных, не выпавших в осадок частиц. Сок I сатурации  имеет содержание твердых частиц около 5%, сок II сатурации - 0,2 - 0,5%. После  первой, грубой фильтрации сок фильтруют  еще раз для удаления остающейся тонкой мути. Сироп фильтруют для  удаления осадков, выпадающих в процессе выпаривания.

Движущей силой фильтрования является разность давлений по обе стороны  фильтрующей перегородки. При этом на одной стороне перегородки  должно быть избыточное давление или  вакуум, а на другой - атмосферное  давление. Фильтрование можно осуществлять при постоянном давлении или при  постоянной скорости. В процессе фильтрования толщина осадка увеличивается и, следовательно, растет его сопротивление. Поэтому при фильтровании с постоянным давлением скорость фильтрования постепенно падает, а при фильтровании с постоянной скоростью растет давление.

Различают два вида осадков: несжимаемые, состоящие из кристаллических частиц, и сжимаемые - из аморфных, легко  сформирующихся частиц. Если осадок несжимаем, то скорость фильтрования пропорциональна  разности давлений. Если же осадок содержит гели, то с повышением давления он сжимается, поры между его частицами становятся меньше и фильтрование замедляется. Для сжимаемых осадков скорость фильтрования растет не пропорционально  увеличению разности давлений, а медленнее  и наступает момент, когда скорость фильтрования с повышением давления не увеличивается, а уменьшается  вследствие сжатия осадка. Давление, при  котором для данного типа осадка скорость фильтрования максимальная, называется критическим. Для фильтров I и II сатурации критическое избыточное давление равно 0,3 - 0,4 МПа.

Сульфитация сока (сиропа)

Последней стадией очистки диффузионного  сока является, сульфитация, т. е. обработка  сока диоксидом серы. Цель сульфитации - обесцвечивание сока, снижение его  вязкости, а также его обеззараживание. Диоксид серы на сахарном заводе получают путем сжигания серы в специальных  сернистых печах. В получаемом сульфитационном  газе (сернистый газ) содержится 10 - 15% S02. При пропускании S02 через сок  образуется сернистая кислота, являющаяся сильным восстановителем. Она частично переходит в серную кислоту, и  выделяющийся при этом молекулярный водород восстанавливает органические окрашенные вещества. Действие сернистого газа продолжается и на выпарке, что  способствует меньшему потемнению сиропа.

Наряду с обесцвечиванием сернистая  кислота понижает щелочность сока. В результате значительно понижается вязкость сиропов, что улучшает условия  фильтрования сока и сиропа, облегчает  кристаллизацию сахара и отделение  кристаллов от маточного сиропа. Большое  значение имеет также способность  серной кислоты и ее солей блокировать  карбонильные группы редуцирующих соединений (глюкоза, фруктоза, манноза) и тем  самым предотвращать образование  красящих веществ в соке.

Сульфитация сока обычно проводится в оросительных или жидкостно-струйных сульфитаторах. Коэффициент использования  диоксида серы составляет 98%; оптимальное  значение рН сульфитированиого сока - 8,5 - 8,8.

Несмотря па достаточно сложный  комплекс мероприятий по очистке  диффузионного сока, удается отделить только 35 - 40% несахаров сока. Остальные 60 - 65% переходят в мелассу, снижая выход сахара и удерживая от кристаллизации 1,8 - 2,2%' сахарозы к массе переработанной свеклы.

[4]

7. Сгущение сока выпариванием

Полученный очищенный сок содержит 15 - 16% сухого вещества, из которого 14 - 15% составляет сахароза. Чтобы выделить сахарозу необходимо сгустить сок и  получить пересыщенный сахаром раствор. Эту операцию ведут в два приема: сначала сок сгущают до содержания сухого вещества 65%. при котором сахароза еще не кристаллизуется. После дополнительной очистки сироп повторно концентрируют (упаривают) до содержания сухого вещества 92,5 - 93,5%. Всего при сгущении из очищенного сока удаляют 110 - 115% воды к массе  свеклы. Разделение процесса сгущения на два этапа - сгущение сока выпариванием и уваривание утфеля вызвано тем, что на первом этапе при небольшой  вязкости раствора процесс ведут  с использованием многокорпусных выпарных установок, что позволяет снизить  удельный расход топлива примерно в 2,5 раза.

В качестве типовой на сахарных заводах  применяют схему с четырехкорпусной выпарной установкой и концентратором. Последний корпус работает под разряжением. Нагретый до температуры кипения (126°С) сульфитированный сок направляется в первый корпус выпарной установки, где из него выпаривается, образуя  вторичный пар, часть воды. Сок  последовательно проходит из первого  корпуса во второй, третий, четвертый  и затем в концентратор, сгущаясь до нужной плотности. Греющий пар  подается только в первый корпус, остальные  обогреваются вторичным паром, образующимся в предшествующем корпусе. Многократное использование теплоты пара в  выпарной установке возможно только при условии понижения температуры  кипения сока от первого корпуса  к последнему, т. е. понижения давления.

Концентратор не обогревается паром, в нем происходит только самоиспарение  воды в результате перепада давления.

После сгущения сиропа до содержания сухого вещества 65% производят его очистку. Для этого в сироп добавляют  кизельгур (для улучшения фильтрования), сульфитируют до рН 7,5 и фильтруют. Очищенный  сироп направляют в вакуум-аппараты для получения и уваривания утфеля.

Утфель I центрифугируют с выделением сахара-песка и двух оттеков. Сахар-песок  поступает на высушивание и охлаждение. Оттеки утфеля 1 содержат все несахара и образовавшийся иннертный сахар. Его надо разложить, чтобы не повышалась цветность раствора. С этой целью  часть оттеков утфеля I смешивают  с клеровкой сахара III кристаллизации и возвращают в начало технологической  схемы на стадию дефекации клеровки, а часть используют при уваривании утфеля II. Утфель II уваривают до 92,5% сухого вещества, центрифугируют и  получают сахар II кристаллизации и  оттеки. Сахар II кристалли-1ации клеруют  и подают на сульфитацию, а из оттеков  варят утфель III до содержания сухого вещества 94%.

Утфель III подвергают дополнительной кристаллизации при охлаждении в  течение 60 - 72 ч, а затем центрифугируют, выделяя сахар III кристаллизации и  оттек (мелассу). Сахар III кристаллизации растворяют в промоях и направляют на дефекацию, а мелассу используют в зависимости от ее доброкачественности. При доброкачественности выше 54% мелассу возвращают на варку утфеля III; при доброкачественности 51 - 54% - используют на раскачку (разжижение) утфеля III перед  его дополнительной кристаллизацией. При доброкачественности 50% и ниже меласса поступает в хранилище  и затем используется в других производствах, например, как добавка  к мелассе свеклосахарного производства в качестве источника биотина  при выращивании дрожжей.

Выход сахара-песка составляет 95 - 96%, содержание сахара в мелассе 1,2 - 1,3% к массе сахара-сырца.

8. Варка утфеля и получение кристаллического сахара

Очищенный сироп, содержащий 65% сухого вещества, поступает на дальнейшее уваривание. Продукт, полученный после  уваривания сиропа, называется утфелем  и содержит около 7,5% воды и около 55% выкристаллизовавшегося сахара. Межкристальный (маточный) раствор представляет собой  вязкий раствор, содержащий все несахара и насыщенный раствор сахарозы.

Уваривание утфеля ведут в периодически действующих вакуум-аппаратах в  четыре стадии:

сгущение сиропа до пересыщения  раствора и начала заводки кристаллов;

заводка кристаллов сахара (образование  центров кристаллизации сахарозы);

наращивание кристаллов сахара; окончательное  сгущение и спуск утфеля.

Сгущение сиропа в вакуум-аппаратах  начинают при остаточном давлении 0,02 МПа при низкой температуре кипения 67 - 70°С, чтобы предотвратить карамелизацию  сахарозы. По мере сгущения сиропа до 80 - 82% сухого вещества температура его  кипения при том же разрежении повышается до 73 - 75 °С, а коэффициент  пересыщения достигает значения 1,2 - 1,25. Коэффициент пересыщения  показывает, во сколько раз больше в 1 кг данного раствора растворено сахарозы, чем в ее насыщенном растворе при тех же условиях. При этом коэффициенте пересыщения, когда раствор  находится в неустойчивом состоянии, начинают заводку кристаллов путем  введения тонкоизмельченной сахарной пудры (затравки), что вызывает быстрое  образование новых кристаллов.

Своевременная заводка кристаллов и своевременное прекращение  их образования имеют очень важное значение. Поэтому как только в  утфеле окажется достаточное количество центров кристаллизации, заводку  прекращают и снижают коэффициент  пересыщения до 1,1 - 1,05 путем введения новых порций сиропа. Дальнейшее наращивание (увеличение размеров) кристаллов ведут  при остаточном давлении 0,02 МПа и  температуре 75°С. Чтобы обеспечить рост уже образовавшихся кристаллов и препятствовать образованию новых  ведут постоянную подачу сиропа, поддерживая  коэффициент пересыщения на уровне 1,08 - 1,1.

Когда кристаллы сахарозы достигнут  нужной величины, утфель доводят до максимально возможной концентрации сухого вещества - 92,5%, при этом его  температура не должна превышать 75°С.

9. Сушка, охлаждение  и хранение сахара-песка

Уваренный утфель сразу же центрифугируется. Для этой цели используют автоматизированные центрифуги периодического действия типа ФПН-1251Л вместимостью 650 кг. Ротор  центрифуги, представляющий собой сетчатый, закрепленный на валу барабан, заполняется  утфелем. Первые порции межкристального  раствора (первый оттек) под действием  центробежной силы отделяют от кристаллов и направляют в сборник первого  оттека. На поверхности кристаллов сахара остается еще тонкая пленка межкристального раствора, придающая  им желтоватый нвет. Чтобы удалить  ее, здесь же в центрифуге ведут  пробеливание сахара-песка горячей  артезианской водой (расход 3 - 3,5% к массе  утфеля), которая отделяется как  второй оттек в соответствующий  сборник. Выгружаемый из центрифуги сахар-песок имеет влажность 0,8 - 1,2%.

Для сушки сахара-песка применяют  двухбарабанную конвективную установку, состоящую из двух вращающихся барабанов. На внутренних стенках барабанов  по винтовой линии прикреплены железные лопатки. При вращении барабанов  сахар-песок пересыпается и передвигается  вдоль барабана. К первому сушильному барабану вентилятором подается горячий  воздух. Ко второму - очищенный холодный воздух для охлаждения сахара-песка. Охлажденный сахар-песок направляется на упаковывание.

10. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы. Устройство и принцип действия.

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.