Технология хранения сахарной свеклы и производство сахара-рафинада

     Переработка свеклы и получение диффузионного  сока. Для более полного извлечения сахара при использовании диффузионного способа получения свекловичного сока необходимо измельчить свеклу в стружку. Для этого на большинстве сахарных заводов применяют центробежные свеклорезки барабанного типа. Внутри барабана имеются неподвижные улитки. Свекла, попадая в барабан, заклинивается в нем, улиткой прижимается к ножам и изрезывается в стружку.

     Диффузионный  сок получают путем экстракции из сахарной стружки. Диффузию сахарозы из свекловичной ткани называют молекулярной, так как движущей силой диффузии в данном случае является градиент концентрации веществ в соприкасающихся жидкостях, в результате чего возникает направленный поток веществ, способствующий выравниванию концентрации.

     При повышении температуры коэффициент диффузии сахарозы увеличивается, поэтому в активной части диффузионной уст-новки поддерживают температуру 70—75 °С.

     В настоящее время в свеклосахарном производстве используют непрерывно действующие  диффузионные аппараты, процесс работы которых полностью автоматизирован, а потери сахара в стружке составляют всего 0,25—0,30 % массы свеклы.[11]

     Очистка диффузионного сока. Полученный 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. Поэтому удаление несахаров из сахарных растворов — важнейшая задача.

     Схема очистки диффузионного сока включает несколько технологических этапов. После отделения мезги диффузионный сок проходит обработку, которая называется предварительной дефекацией. Она заключается в том, что подогретый до 85—90 °С диффузионный сок подвергают осторожному воздействию извести для максимального осаждения веществ коллоидной дисперсности и высокомолекулярных соединений, нейтрализации и осаждения в виде кальциевых солей ряда кислот, а также получения кристаллического осадка. На этой стадии расходуют 0,2—0,3 % СаО от массы свеклы и создают условия для образования хорошо фильтруемого плотного осадка, состоящего из относительно крупных частиц. Этот осадок при добавлении остальной извести (основная дефекация) практически не изменяет своего состояния.

     Основную  дефекацию диффузионного сока проводят в дефекаторе, представляющем собой вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем. Внутри дефекатора имеются вал с лопастной мешалкой и контрлопасти, способствующие энергичному перемешиванию сока с известковым молоком.[11]

     Сатурации. Сразу же после основной дефекации сок вместе с осадком поступает в сатуратор, где через него продувают сатурационный газ, содержащий 30—34 % С0₂. В соке, поступающем на первую сатурацию, 0,1 части содержащейся извести находится в растворе, а 0,9 — в виде осадка. При продувании С0₂ почти вся избыточная известь выпадает в осадок в виде оксида кальция.

     Для улучшения условий сатурации  диффузионного сока и получения мелкокристаллического карбоната кальция проводят двухступенчатую сатурацию в двухсекционном сатураторе. Это позволяет повысить эффективность очистки сока на 3—4 % и улучшить использование диоксида углерода на 10—12 %.

     Вторую  сатурацию проводят для снижения в соке концентрации растворимых солей кальция. После данной стадии обработки сока в нем не должно быть свободного гидроксида кальция, так как идет превращение Са(ОН)₂, КОН, NaOH в СаС0₂, К₂С0₃ и Na₂C0₃.

     Сульфитация сока (сиропа). Это последняя стадия очистки диффузионного сока, т. е. обработка фильтрованного сока второй сатурации диоксидом серы, который получают на сахарных заводах путем сжигания серы в специальных печах.

     Сульфитируют  сок обычно в оросительных или  жидкоструйных сульфитаторах. Несмотря на достаточно сложный комплекс мероприятий по очистке диффузионного сока, удается отделить только 36—40 % несахаров. Остальные 60—65 % переходят в мелассу, снижая выход сахара и удерживая от кристаллизации сахарозы примерно 2,5 % массы перерабатываемой свеклы.

     Фильтрование  сока проводят после первой и второй сатурации, фильтруют сироп после  сгущения сока в выпарных аппаратах.

     Сгущение  сока до сиропа. Его осуществляют в  два этапа: сначала до содержания сухого вещества 55—65 %, при этом сахароза еще не кристаллизуется, а затем, после дополнительной очистки, сироп  упаривают до содержания сухих веществ 92,5— 93,5 % и отделяют кристаллы сахарозы.

     Очищенный сироп, содержащий около 60 % сухих веществ, поступает на дальнейшее упаривание.

     Продукт, полученный после упаривания, называют утфелем. Он содержит около 92,0—92,5 % сухих  веществ, в том числе около 55 % выкристаллизовавшегося сахара. Межкристальная жидкость представляет собой вязкий раствор, содержащий как несахара, так  и насыщенный раствор сахарозы.

     Для того чтобы максимально извлечь  сахар, содержащийся в сахарной свекле, сахарозу кристаллизуют по схеме, включающей трехкратную кристаллизацию при  отделении продукта.

     После кристаллизации утфель подают в центрифугу, где под действием центробежных сил происходит отделение межкристального раствора от кристаллов. Выгружаемый из центрифуги сахар-песок, имеющий влажность 0,8—1,0 % и температуру 55— 60 °С, загружают в сушильно-охладительную установку. 

     3.2.3 Технологическое оборудование 

     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 рисунке 3.

     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. 1) 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.

     Моечная машина предназначена для окончательной  очистки свеклы (количество прилипшей  земли составляет при ручной уборке 3...5 % свеклы, а при механизированной уборке комбайнами — 8... 10 %). 
 

     Рисунок 3. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы

     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 м².

     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.