Технология хранения сахарной свеклы

     Суммарные потери в свекольной массе составили:

     18,75 + 24 + 18 + 18 +12,5 +7,6 + 5,2 +2,8 +0,6 = 107,45 (тонн)

     4.3. Производства сахара-песка

     Завод начинает работать после поступления  выкопанных с полей корнеплодов. По мере поступления корнеплодов на завод начинают формировать кагаты.

     Основные  этапы производства сахара-песка: хранение в кагате, складе или на сплавной площадке; гидротранспортирование сырья  в помещение завода; очистка от примесей в свекловичной массе на гидротранспортере и в моечных машинах; взвешивание отмытого сырья; получение из корнеплодов стружки для диффузии; получение диффузионного сока; очистка диффузионного сока (дефекация); дальнейшая очистка сока (сатурация и сульфитация); сгущение сока выпариванием; кристаллизация сахара; переработка оттеков; сушка, охлаждение и хранение сахара-песка.

     Подготовка  сырья.

     С кагатного поля корнеплоды по желобам  гидротранспортеров сплавляют в бурачную завода. По мере движения корнеплодов по транспортеру они частично отмываются от прилипшей грязи и других примесей. Гидротранспортеры, имеющие прямоугольное сечение, оборудованы ловушками для отделения корней, песка и легких примесей. Накапливаемая в бункере бурачной свекла с помощью другого гидротранспортера поступает в моечную машину, где отмывается и дополнительно очищается от примесей.

     Применяют различные марки свекломоек. Наиболее распространена кулачковая КМЗ-57М. Свекломасса  перемещается в мойке с помощью  шнека и кулачков. Трение корнеплодов  друг о друга способствует очистке  их поверхности. Песок и земля проходят через верхнее сетчатое дно машины, а камни улавливаются камнеловушкой. Легкие примеси всплывают на поверхность воды в моющей части свекломойки и через щели смываются в желоб с водой. Моющая вода поступает непрерывно в выбрасывающую часть машины навстречу потоку отмытых корнеплодов.

     При перемещении корнеплодов по гидротранспортерам и их обработке водой в свекломоечной  машине происходят потери сахарозы, которые  достигают 0,3-0,4 % массы свеклы и зависят от продолжительности нахождения корнеплодов в воде, их состояния и температуры воды. Последняя должна быть не выше 15-18 °С. Оптимальное время нахождения корнеплодов в гидротранспортере не более 6 мин, а в свекломойке 6-8 мин. В некоторых случаях это время увеличивается до 20-30 мин.

     Для усиления эффекта осаждения примесей и дезинфекции в транспортерно-моечную воду вводят 0,2-0,3 % СаО массы корнеплодов. Изменение рН среды до 10-11, т.е. щелочной, останавливает деятельность микрофлоры и предупреждает образование органических кислот, декстрана и левана. Дезинфицируют корнеплоды на завершающем этапе мойки хлорной известью вместе с подаваемой чистой водой в количестве 10-20 кг на 100 т корнеплодов.

     Использованная  в гидротранспортерах и при мойке  вода сильно загрязнена. В 1 л такой воды содержится до 1 г растворенных и 3-5 г взвешенных веществ при большом количестве микрофлоры, главным образом почвенной. Дальнейшая утилизация такой воды возможна лишь после очистки. Воду помещают в отстойники и осветленную снова используют в гидротранспортерах с добавкой в нее свежей воды. Нижнюю часть отстоя направляют на поля фильтрации или на биологическую очистку.

     Сахарный  завод расходует много воды. Так, если использовать на заводе только прямоточную схему водоснабжения, а отработанную воду не возвращать в производство, то потребность в воде составит около 1500 % массы корнеплодов.

     Используя на различных этапах производства отработанную и очищенную воду, безвозвратный расход чистой воды может быть доведен до        100-150 %. На заводах разработаны система использования различных отработанных вод и классификация в зависимости от загрязнения.

     Мытые корнеплоды на специальном транспортере, снабженном подвесным электромагнитным сепаратором, освобождаются от ферропримесей и поступают на взвешивание. Последнее необходимo для составления баланса сахарозы - соотношение количества сахарозы, введенной с переработанным сырьем, и сахарозы в выработанном сахарном песке, потерянной в производстве, содержащейся в мелассе и продуктах незавершенного производства.

     Взвешивают  корнеплоды на автоматических порционных весах ДС-800 с электрическим приводом производительностью 100 т/ч. Затем корнеплоды поступают в бункер-накопитель перед свеклорезками.

     Изрезывание корнеплодов в стружку.

     Успех извлечения сахара при диффузии во многом зависит от качества стружки: тургора ее клеток и ткани, отношения ее поверхности к единице мacсы и др. Поэтому стружку получают толщиной 1,2-1,5 мм и шириной      4-6 мм в виде полосок желобчатой или прямоугольной формы. Стружку получают на свеклорезных машинах: центробежных, дисковых или барабанных, в которых рабочими органами являются ножи, закрепленные в рамы. На заводах России более распространены центробежные свеклорезки.

     Качество  стружки оценивают длиной 100 г  стружки в метрах (число Силина), выложенной в одну линию. Для удобства подсчета стружку укладывают в канавки на специальной доске. Хорошая стружка имеет длину 12-15 м. При этом обрывки стружки короче 1 см и мезгу в канавки не укладывают. Такого брака должно быть не более 3 %, т.е. 3 г на 100 г стружки. Качество стружки может быть ухудшено в результате нарушения работы свеклорезок (нарушения в установке ножей, попадания примесей и др.).

     Получение диффузионного сока.

     Полученная  стружка поступает в диффузионные аппараты, где и происходит экстракция сахара - переход его в воду. Одновременно с сахаром в водную фазу переходят и растворимые в воде несахара. При смешивании путем залива в аппарат объема воды, соответствующего объему свекловичного сока, будет экстрагированна лишь половина сахара. Для дальнейшего извлечения сахара потребуется свежая вода. Такой процесс извлечения сахара путем настаивания («мацерации») оказывается длительным и громоздким. Для его осуществления требуется целая батарея аппаратов - диффузоров (12-14) и трубопроводных коммуникаций, чтобы менять очередность каждого из них. Все это требует применения большого числа насосов и затрат энергии.

     Систему мацерации долгое время применяли  на заводах для получения диффузионного  сока. Теперь на заводах применяют  систему противоточной диффузии в свекловичной стружке, разработанную крупным русским ученым П.М. Силиным на основе первого закона диффузии Фика.

     С созданием действующих диффузионных автоматизированных аппаратов непрерывного действия вертикальных (колонных) или наклонных двухшнековых процесс получения диффузионного сока является основным на заводах.

     Скорость  диффузии сахара и растворимых несахаров  зависит от температуры воды. Так, при температуре 70 °С коэффициент диффузии возрастает в 3 раза по сравнению с температурой 20 °С. Рекомендуемая температура при этом должна быть 70-75 °С. При более высоких температурах происходит интенсивное набухание пектиновых веществ и размягчение стружки. Температуры ниже 70 °С способствуют активному развитию микроорганизмов.

     Важный  фактор в процессе диффузии - рН среды. Так, при рН = 5,3-6,3 наблюдаются наименьшая пептизация и меньший переход протопектина в диффузионный сок. Важен и срок диффузии в аппарате. Он ограничен 1 ч. При более продолжительном времени выделяется больше растворимых пектиновых веществ.

     Для более легкого выделения сахарозы стружку перед загрузкой в  диффузоры ошпаривают в специальных  аппаратах - ошпаривателях. Стружку  смешивают с соком, нагретым до температуры 85 °С. В результате чего происходит коагуляция белков протоплазмы клеток, облегчающая переход сахаров в раствор.

     Несмотря  на постоянную высокую температуру (до 70 °С), в диффузорах может развиваться термофильная микрофлора, находящаяся на стружке и содержащаяся в воде. Для предупреждения развития этой микрофлоры в диффузоры и ошпариватели вводят 40 %-й раствор формалина в количестве 0,01 % массы свеклы. Эту операцию повторяют через 2 ч.

     В результате диффузионного процесса образуется три компонента: диффузионный сок, обессахаренная стружка и мезга (мелкие частицы свекловичной стружки). Процесс диффузии завершается почти полным обессахариванием стружки, называемой жомом. Содержание сахарозы в нем не превышает 0,2-0,3 % массы свеклы. Дальнейшее обессахаривание стружки нетехнологично и неэкономично. Отделяемый от диффузионного сока жом прессуют на шнековых прессах до содержания 12-14 % сухих веществ и в таком виде сразу же скармливают скоту, так как он быстро портится. Большую часть жома прессуют до содержания сухих веществ 22-25 % и затем досушивают до содержания сухих веществ 86 %. При такой влажности его хранят, транспортируют и реализуют на различные цели (выработку комбикормов, получение пектина и т.д.). Перед прессованием в жом вводят и отмытые частицы мезги. В среднем выход сушеного жома составляет 4,5-5,0 % массы корнеплодов, из 100 кг которой в жом переходит 5,5 кг сухих веществ (0,5 кг растворимых несахаров и 5 кг мякоти).

     Полученную  при прессовании жома прессовую  воду вновь используют в диффузионных аппаратах.

     Основной  продукт диффузии - диффузионный сок  представляет собой мутную жидкость, быстротемнеющую на воздухе. Он имеет слабокислую реакцию. Кроме сахарозы и других сахаров в нем содержатся и растворимые несахара неорганического и органического происхождения. Чистота диффузионного сока 82-88 %, и зависит она от качества перерабатываемых корнеплодов.

     Технологическая схема производства диффузионного  сока приведена на рисунке 1.  
 
 
 
 
 
 
 

     Рис.1. Схема основных технологических  процессов свеклосахарного производства: а - от сырья до получения диффузионного  сока  

     а 

     Продолжение рисунка 1

     Продолжение рисунка 1

     Рис.1. в – от сульфитации до сахарного  песка

     Очистка диффузионного сока.

     Лишь  в результате многoкратной очистки  диффузионного сока из него удается  выкристаллизовать чистую сахарозу. Сок очищают в результате химических процессов, тепловых воздействий, явлений сорбции и др., используя следующие технологические приемы: предварительную и основную дефекацию, I и II сатурацию, сульфитацию и контрольную фильтрацию сока.

     Первый  этап очистки разделяют на предварительную  дефекацию и основную дефекацию. Суть его заключается в обработке сока известью. Вводимая в сок известь в виде Са(ОН)₂ вступает в реакцию с несахарами. Ионы Са, соединяясь с кислотами (щавелевой, лимонной и др.), образуют нерастворимые соли, выпадающие в осадок. Гидроксильные ионы (ОН)₂ реагируют с соединениями алюминия, магния и железа, образуя гидроокиси данных металлов. Кроме того, белки, находящиеся в соке в виде крупных мицелл, тоже коагулируют. Таким образом, значительная часть несахаров выпадает в осадок.

     Основная  дефекация имеет две ступени: холодную (температура до    50 °C) и горячую (температура 85-90 °C). Ее осуществляют в аппаратах - преддефекаторе и дефекаторах. Холодная длится 20-30 мин, горячая - 15.

     В процессе дефекации сок дважды обрабатывается известковым молоком. Общее количество активной извести, используемой на очистку диффузионного сока, составляет 2,2-2,5 % СаО. Ее получают непосредственно на заводе обжигом известнякового камня, содержащего не менее 93 % карбоната кальция и не более 2,5 % карбоната магния. Перед обжигом известняковый камень дробят на куски размером 80-200 мм. Для сжигания пользуются коксом или антрацитом. Гашение извести и приготовление известкового молока производят на специальной установке. При обжиге извести в печи получают и сатурационный газ.

     Вслед за дефекацией диффузионный сок со всеми включениями, которые он приобрел при дефекации, подвергается сатурации (насыщению). Ее назначение - удалить из сока как растворенную, так и связанную известь и тем самым получить более очищенный сок. Сатурацию проводят , вводя в сок сатурационный газ, получаемый в печи при обжиге известкового камня. Очищенный газ в основном состоит из диоксида углерода. При разбрызгивании сока в сатураторе пропускаемый сатурационный газ, соединяясь с водой, образует угольную кислоту Н₂СО_з, вступающую в реакцию с гидроксидом кальция Са(ОН)₂. В результате этой реакции получается выпадающий в осадок карбонат кальция СаСО₃. Дальнейшая очистка сока при сатурации происходит и потому, что образующийся карбонат кальция активно поглощает органические несахара, придающие окраску соку.