Технологія виробництва цукру
Буряк і цукор
Виробництво цукру з буряка є складним фізико-хімічним процесом. Сахарозу витягують з клітин дифузією, після чого застосовують хімічні та теплофізичні впливу для відділення цукру від несахаров і перетворення його в чистий кристалічний продукт.
Буряк, прибрана комбайном, містить значну кількість домішок, які, потрапляючи в бурякорізки і дифузійні апарати, викликають передчасний знос обладнання, сприяють збільшенню втрат цукру. Тому перед переробкою буряк ретельно очищають від сторонніх домішок, використовуючи різноманітне обладнання: гідравлічні транспортери, ботво-, камне- і песколовушкі, мийні машини.
Подача. З кагатні поля (Кагасние поля місце, де звалюють цукровий буряк і звідки вона за допомогою водяного транспортера попаает на переробку) Цукрові буряки через мережу гідротранспортёров подається на переробку. Гідротранспортёри встановлюють з ухилом від кагатні поля до заводу. При подачі буряка по гідротранспортёрам відбувається часткова мийка коренеплодів, в влаштованих пастках відділяється велика частина домішок (піску, каменів, бадилля). Буряк надходить в буряковій або на сплавних майданчик. Буряковій розвантажують струменем води, що виходить з головки гідранта під тиском. Вода змиває буряки в жолоб гідравлічного транспортера.
Очищення і мийка. На гідротранспортёре обладнають піско-, ботво- і Каменеловушки, які відокремлюють домішки в два етапи. Для запобігання заторів на головному гідротранспортёре встановлюють регулюють шибери. Після відділення домішок в другому каскаді з свекловодяная суміші відводиться надлишок транспортно-мийної води. Остаточне відмивання коренеплодів буряка відбувається в бурякомийне машинах. Ці машини обладнані також камені - і песколовушкі. Коренеплоди відмиваються кулачними або барабанними бурякомийне машинами і струменевим відмивання. Для зменшення вимивання сахарози з буряка її транспортують і відмивають водою температурою не вище 18проС. Після бурякомийне машини коренеплоди споліскують водою, в яку попередньо додають хлорне вапно (10 ... 15 кг на 100 т буряка).
Після висвітлення транспортерної-мийної води у відстійниках її повертають в гідравлічні транспортери, а згущений відстій перекачують на поля фільтрації і піддають штучної біологічної очистки.
Коренеплоди буряка після ополіскування надходять на контрольний стрічковий транспортер, на якому вони обдуваються сильним струменем повітря для видалення залишилися легких домішок і поверхневої вологи.
Подрібнення. Миту і обсушену цукровий буряк зважують на автоматичних порційних вагах і вивантажують в бункер-накопичувач. З бункера коренеплоди самопливом надходять в бурякорізки і подрібнюються в стружку шириною 4 ... 6 і товщиною 1,2 ... 1,5 мм. Бурякова стружка повинна мати досить велику питому площею поверхні, пружністю на вигин і стиск, а маса її - хорошою проникністю шару протягом всього періоду екстракції. Браком вважається нерозрізані гребінці, стружка короче5 мм або товщиною менее0,5 мм. Зміст шлюбу в стружці не повинно перевищувати 3%.
Для отримання бурякової стружки застосовують відцентрові, дискові і барабанні бурякорізки.
Дифузія. Це процес вилучення сахарози з клітин бурякової тканини за допомогою вимивання її гарячою водою. На цукрових заводах витяг сахарози здійснюється в безперервно діючих дифузійних установках.
Після подрібнення бурякова стружка надходить на транспортер, що подає її в дифузійні апарати. Для отримання дифузійного соку використовують диффузионную колону, двухшнековом диффузионную або ротаційну установку.
Наприклад, в шнековом диффузионном апараті нагріта стружка переміщається з одного кінця апарату в інший, віддаючи потоку води цукру і розчинні несахара. У міру руху стружка все більш обессахарівается. При виході з апарату стружка (жом) містить 0,2 ... 0,28% цукру від маси перероблених буряків.
Оболонки клітин коренеплодів проникні для цукру і інших водорозчинних речовин, однак жива цитоплазма клітин напівпроникності і майже не пропускає цукор та інші розчинені в клітинному соку речовини. Найбільш ефективно процес дифузії відбувається при швидкому нагріванні стружки і підтримці температури в інтервалі 72 ... 75проС. При цьому відбувається коагуляція білків цитоплазми, і цукор легко проходить в навколишній розчин. Денатурація білка залежить від температури. Наприклад, при 70проЗ повна денатурація білків паренхимной тканини закінчується через 12 хв, флоеми - тільки через 26 хв. Разом з сахарозою, що екстрагуються майже повністю (98% від змісту), з бурякової стружки в дифузійний сік переходить частина несахаров: до 95% амінного і аміачного азоту, близько 80% загального азоту, 88 ... 92% калію і натрію, вимивається до 30% білка від загальної маси його в стружці. Значно повільніше сахарози в сік переходять пектинові речовини. Перехід пектинових речовин в сік помітно збільшується при підвищенні температури понад 80проС.
Для успішного вилучення цукру дифузію проводять швидко при слабокислою реакції середовища (рН 5,5 ... 6).
На процес дифузії впливає товщина, фізичний стан, рівномірність маси бурякової стружки і кількість браку.
Бурякова стружка і сік є хорошими поживними середовищами для розвитку мікроорганізмів. Кошти, виділені мікроорганізмами продукти обміну погіршують якість цукру, створюють небезпеку вибуху. Тому для придушення мікрофлори в дифузійний апарат через проміжки часу вводять 40% -ний розчин формаліну (0,015 ... 0,02% до маси буряка).
Дифузійний сік являє собою каламутну, швидко темніють на повітрі рідина. В1 ЛСОК, що виходить з дифузійного апарату, міститься 10 ... 15 г мезги, а при переробці буряків низької якості утримання мезги в соку підвищується до 20 ... 25 г / л. Мезгу з дифузійного соку виділяють на ротаційних мезголовушках, оснащених сітчастими барабанами, або на дугових ситах. Ефект видалення мезги, наприклад, на дуговом ситі становить 90 ... 95%.
Майже всі несахара дифузійного соку уповільнюють процес очищення соку і кристалізації сахарози. Несахара здатні зв`язувати сахарозу і утримувати її в розчиненому стані.
Свіжий жом, що виходить з дифузійного апарату, пресують до вологості 12 ... 14% сухих речовин при згодовуванні худобі в сирому вигляді і до вологості 22 ... 25%, якщо він призначений для висушування.
Очищення дифузійного соку. Сік являє собою полікомпонентну систему. Він містить сахарозу і несахара, представлені розчинними білками, пектинові речовини та продуктами їх розпаду, редукуючими цукрами, амінокислотами, солями органічних і неорганічних кислот і ін.
Очищення соку включає наступні операції: дефекацію попередню і основну, сатурацию першу і другу, сульфітацію і контрольну фільтрацію соку.
Одним з основних способів очищення є дефекація - обробка соку вапном. Сік, підігрітий до температури 85 ... 900З, двічі обробляється вапняним молоком. Спочатку в сік додають 0,2 ... 0,3% СаО до маси буряка, повільно підвищуючи рН до 10,8 ... 11,4, при цьому значна частина речовин колоїдної дисперсності і високомолекулярних сполук коагулюють. Цю щабель називають попередньою дефекацією, або преддефекаціей. Потім в сік вводять решту кількість вапна (1,8 ... 2,0% СаО), призначене для очищення, підвищуючи рН до 12,3 ... 12,4, і витримують паузу протягом 10 ... 15 хв для розкладання частини несахаров. Цю щабель називають основною дефекацією. У процесі дефекації, крім коагуляції речовин колоїдної дисперсності, відбувається також нейтралізація і осадження кальцієвих солей деяких кислот.
В результаті преддефекаціі під дією іонів Гідросила і кальцію повністю закінчуються реакції нейтралізації кислот дифузійного соку, коагуляції і осадження речовин колоїдної дисперсності, високомолекулярних сполук, а також реакції осадження більшої частини аніонів фосфорної, щавлевої, оцтової, лимонної, оксілімонной, яблучної, винної кислот і катіонів солей магнію, алюмінію, заліза.
Але реакції розкладання ряду органічних несахаров на першому етапі тільки починаються, і для їх завершення необхідна більш висока лужність, температура і тривалість реакції. Тому головним завданням основної дефекації є розкладання амідів кислот, солей амонію, редукуючих речовин, омилення жирів, доосажденіе аніонів кислот. Якщо реакції розкладання не завершені в сокоочисного відділенні, то, продовжуючись на наступних етапах технологічного процесу, вони будуть знижувати якість сиропу і цукру.
Сатурація проводиться в два етапи: спочатку перша, а після відділення осаду - друга. Основна мета сатурації - викликати випадання вапна в осад у вигляді СаСО3 шляхом насичення соку діоксидом вуглецю. Сатурацию проводять в спеціальних апаратах-сатураторах. Сік в сатуратор надходить зверху, розбризкується диском і змішується з вступником газом. При високій швидкості адсорбції діоксиду вуглецю виходить тонкодисперсний осад карбонату кальцію, який поглинає різні органічні речовини, що забарвлюють сік. Сік після сатурації стає більш світлим і прозорим.
Після першої сатурації сік підігрівають і направляють на фільтрацію. Мета фільтрації сатурірованних соку - це поділ суспензії за допомогою пористої фільтрувальної перегородки на умовно чисту рідину (фільтрат) і вологий осад (фільтраційний осад). Для зменшення в`язкості соку перед фільтруванням його нагрівають до 85 ... 880С.
Повторну сатурацию проводять для того, щоб перевести залишилися після першої сатурації вільні гідроксиди кальцію, калію і натрію в карбонати, а також вивести в осад розчинні солі кальцію. Після другої сатурації в соку залишається мінімальна кількість кальцієвих солей, що зменшує накопичення накипу у випарних апаратах.
При переробці буряків низької якості, коли основна дефекація і перша сатурація не забезпечують ефективного очищення дифузійного соку, перед другою сатурацією для розкладання редукуючих речовин і амідів додатково проводять чотирьох-пятімінут-ву дефекацію соку.
На другий сатурації так само, як на першій, на поверхні утворюються кристалів СаСО3 відбувається адсорбція солей кальцію.
Після другої сатурації сік знову направляється на фільтрацію. Фільтрацію проводять на фільтр-пресах або вакуум-фільтрах. В результаті утворюється два продукти: більше очищений сік і фільтр-прессной бруд - відхід цукрового виробництва.
Приблизний хімічний склад очищеного соку, що надходить на сульфітацію, наступний: сухі речовини - 13 ... 16%, азотисті речовини - 0,4 ... 0,5, чиста зола - 0,5 ... 0,6, чистота соку - 89 ... 92, кольоровість - 12 ... 20 ум. од., вміст солей кальцію - 0,015 ... 0,025% СаО.
Сульфітацією називають обробку цукрових розчинів діоксидом сірки. При пропущенні діоксиду сірки через сік утворюється сірчиста кислота, яка є хорошим антисептиком і відновником. Вона відновлює ненасичені органічні сполуки і перетворює їх в безбарвні речовини. Сік при цьому не очищається, так як ці знебарвлені з`єднання залишаються в розчині.
Крім знебарвлення сірчиста кислота знижує лужність соку, сприяє зменшенню в`язкості сиропу, що полегшує кристалізацію і відділення кристалів цукру.
Сульфітація проводиться в спеціальних апаратах-сульфітатор, де надходить сік змішується з газом. Загальний витрата сірки на сульфітацію соку та сиропу становить 30 ... 40 кг на 100 т буряка.
Згущення соку. сік після сульфитации є ненасичений розчинсахарози і залишилися в ньому несахаров. При згущенні до пересичення сахароза починає осідати у вигляді кристалів. Згущення очищеного соку проводять в два етапи: спочатку випарюють воду в випарної установці до стану, близького до насичення (вміст сухих речовин в сиропі 65 ... 70%), а потім - в вакуум-апаратах до пересичення (вміст сухих речовин 92 ... 93%) з наступною масовою кристалізацією.
При першому уварюванні соку деяка частина несахаров випадає в осад, збільшується кольоровість соку, тому перед увариванием соку в вакуум-апаратах сік після першого згущення сульфитируют і фільтрують.
кристалізація є завершальним етапом виробництва цукру. Виділення сахарози з розчину проводиться в дві-три ступені. На першому місці уварювання отримують перший утфель. Він являє собою густу в`язку масу, що складається з кристалів цукру і межкрістальной рідини з вмістом сухих речовин 92 ... 93%. При досягненні змісту кристалів в утфелі приблизно половини по масі їх відділяють на центрифугах, а межкрістальной розчин знову згущують на другому ступені до пересичення і викристалізовують решту сахарозу. Для освіти або заведення кристалів в вакуум-апарат додають невелику кількість (50 ... 100 г) цукрової пудри, сприяє більш швидкому утворенню центрів кристалізації.
При згущенні соку в випарної установці відзначається розкладання 0,06 ... 0,1% сахарози від загальної кількості.
В процесі центрифугування крім цукру-піску отримують межкрістальной розчин (перший відтік), який містить незначну кількість кристалів. Його направляють в другій апарат для уварювання другого утфелю і отримують після центрифугування кристали цукру (жовтий цукор) і кормову патоку або мелясу.
На кристалах цукру після центрифугування залишається прилип шар міжкристального розчину, що надає цукру жовтуватий відтінок. Для його видалення кристали цукру пробелівают гарячою водою. При цьому частина кристалів розчиняється і утворюється другий відтік (біла патока), який направляють у вакуум-апарати в кінці уварювання першого утфеля.
Отриманий після кристалізації цукор-пісок висушують гарячим повітрям в сушильній установці до вмісту вологи не більше 0,14%, упаковують в мішки масою по50 кги відправляють на склад.
Ефективність роботи заводу характеризується коефіцієнтом вилучення цукру, який показує процентне відношення маси сахарози в цукрі-піску до сахарози в переробляється буряку. Він становить близько 80%.
