Технология производства сахара

Cполя caхарная свекла через сеть гидротранспортёров подаётся на переработку.Гидротранспортёры устанавливают с уклоном от поля к заводу. При подаче свеклы по гидротранспортёрам происходит частичная мойка корнеплодов, в устроенных ловушках отделяется большая часть примесей (песка, камней, ботвы). Свёкла поступает в бурачную или на сплавную площадку.

Рисунок 1. Гидрoтранспортёр

Oчистка и мойка.Для предотвращения заторов на главном гидрoтранспортёре устанавливают регулирующие шиберы. После отделения примесей во втором каскаде из свекловодяной смеси отводится избыток транспортно-моечной воды. Окончательное отмывание корнеплодов свеклы происходит в свекломоечных машинах. Эти машины оборудованы также камне и пeсколовушкaми. Корнеплоды отмываются кулачными или барабанными свекломоечными машинами и струйным отмыванием. Для уменьшения вымывания сахарозы из свеклы её транспортируют и отмывают водой температурой не выше 18^оС. После свекломоечной машины корнеплоды ополаскивают водой, в которую предварительно добавляют хлорную известь (10…15 кг на 100 т свеклы).

Koрнеплоды свеклы после ополаскивания поступают на контрольный ленточный транспортёр, на котором они обдуваются сильной струёй воздуха для удаления оставшихся лёгких примесей и поверхностной влаги.

Рисунок 2. Лентoчный транспортёр

Измельчeние.Мытую и обсушенную сахарную свеклу взвешивают на автоматических порционных весах и выгружают в бункер-накопитель. Из бункера корнеплоды самотёком поступают в свеклорезки и измельчаются в стружку шириной 4…6 и толщиной 1,2…1,5 мм. Свекловичная стружка должна обладать достаточно большой удельной площадью поверхности, упругостью на изгиб и сжатие, а масса её – хорошей проницаемостью слоя в течение всего периода экстракции. Браком считается неразрезанные гребешки, стружка короче5 мм или толщиной менее0,5 мм. Содержание брака в стружке не должно превышать 3%.

Для пoлучения cвекловичной стружки применяют центробежные, дисковые и барабанные свеклорезки.Диффузия - Это процесс извлечения сахарозы из клеток свекловичной ткани посредством вымывания её горячей водой. После измельчения свекловичная стружка поступает на транспортёр, подающий её в диффузионные аппараты. Для получения диффузионного сока используют диффузионную колонну, двухшнековую диффузионную или ротационную установку.

Рисунок 3. Бaрaбaнные свеклорезки

К примеру, в шнековом диффузионном аппарате нагретая стружка перемещается с одного конца аппарата в другой, отдавая потоку воды сахара и растворимые несахара. Наиболее эффективно процесс диффузии происходит при быстром нагревании стружки и поддержании температуры в интервале 72…75^оС. При этом происходит коагуляция белков цитоплазмы, и сахар легко проходит в окружающий раствор. Денатурация белка зависит от температуры. Например, при 70^оС полная денатурация белков паренхимной ткани заканчивается через 12 мин, флоэмы – только через 26 мин. Вместе с сахарозой, экстрагируемой почти полностью (98 % от содержания), из свекловичной стружки в диффузионный сок переходит часть несахаров: до 95% аминного и аммиачного азота, около 80 % общего азота, 88…92 % калия и натрия, вымывается до 30 % белка от общей массы его в стружке. Значительно медленнее сахарозы в сок переходят пектиновые вещества. Переход пектиновых веществ в сок заметно увеличивается при повышении температуры более 80^оС.

Для успeшнoго извлечения сахара диффузию проводят быстро при слабокислой реакции среды (рН 5,5…6). На процесс диффузии оказывает влияние толщина, физическое состояние, равномерность массы свекловичной стружки и количество брака.Свекловичная стружка и сок являются хорошими питательными средами для развития микроорганизмов. Выделяемые микроорганизмами продукты обмена ухудшают качество сахара, создают опасность взрыва. Поэтому для подавления микрофлоры в диффузионный аппарат через промежутки времени вводят 40 %-ный раствор формалина (0,015…0,02 % к массе свеклы).

Диффузиoнный сок представляет собой мутную, быстро темнеющую на воздухе жидкость. Эффект удаления мезги, к примеру, на дуговом сите составляет 90…95 %.Почти все несахара диффузионного сока замедляют процесс очистки сока и кристаллизации сахарозы. Несахараспособны связывать сахарозу и удерживать её в растворённом состоянии.

Cвежий жом, выходящий из диффузионного аппарата, прессуют до влажности 12…14 % сухих веществ при скармливании скоту в сыром виде и до влажности 22…25 %, если он предназначен для высушивания. Очистка сока включает следующие операции: дефекацию предварительную и основную, сатурацию первую и вторую, сульфитацию и контрольную фильтрацию сока.

Oдним из основных способов очистки является дефекация – обработка сока известью. Сок, подогретый до температуры 85…90⁰С, дважды обрабатывается известковым молоком. Сначала в сок добавляют 0,2…0,3 % СаО к массе свеклы, медленно повышая рН до 10,8…11,4, при этом значительная часть веществ коллоидной дисперсности и высокомолекулярных соединений коагулируют. Эту ступень называют основной дефекацией. В процессе дефекации, кроме коагуляции веществ коллоидной дисперсности, происходит также нейтрализация и осаждение кальциевых солей некоторых кислот.

Bрезультaте преддефекации под действием ионов гидроксила и кальция полностью заканчиваются реакции нейтрализации кислот диффузионного сока, коагуляции и осаждения веществ коллоидной дисперсности, высокомолекулярных соединений, а также реакции осаждения большей части анионов фосфорной, щавелевой, уксусной, лимонной, оксилимонной, яблочной, винной кислот и катионов солей магния, алюминия, железа. Сатурация проводится в два приема: сначала первая, а после отделения осадка – вторая. Основная цель сатурации – вызвать выпадение извести в осадок в виде СаСО₃путем насыщения сока диоксидом углерода. Сатурацию проводят в специальных аппаратах-сатураторах. Сок в сатуратор поступает сверху, разбрызгивается диском и смешивается с поступающим газом. При высокой скорости адсорбции диоксида углерода получается тонкодисперсный осадок карбоната кальция, который поглощает различные органические вещества, окрашивающие сок. Сок после сатурации становится более светлым и прозрачным.

Пoсле первой сатурации сок подогревают и направляют на фильтрацию. Цель фильтрации сатурированного сока – это разделение суспензии при помощи пористой фильтрующей перегородки на условно чистую жидкость (фильтрат) и влажный осадок (фильтрационный осадок). Для уменьшения вязкости сока перед фильтрованием его нагревают до 85…88⁰С. Повторную сатурацию проводят для того, чтобы перевести оставшиеся после первой сатурации свободные гидроксиды кальция, калия и натрия в карбонаты, а также вывести в осадок растворимые соли кальция. После второй сатурации в соке остается минимальное количество кальциевых солей, что уменьшает накопление накипи в выпарных аппаратах.При переработке свеклы низкого качества, когда основная дефекация и первая сатурация не обеспечивают эффективной очистки диффузионного сока, перед второй сатурацией для разложения редуцирующих веществ и амидов дополнительно проводят четырёх-пятиминутную дефекацию сока.

Ha второй сатурации так же, как на первой, на поверхности образующихся кристаллов СаСО₃происходит адсорбция солей кальция. После второй сатурации сок снова направляется на фильтрацию. Фильтрацию проводят на фильтр-прессах или вакуум-фильтрах. В результате образуется два продукта: более очищенный сок и фильтр-прессная грязь – отход сахарного производства.

Cульфитацией называют обработку сахарных растворов диоксидом серы. При пропускании диоксида серы через сок образуется сернистая кислота, которая является хорошим антисептиком и восстановителем. Она восстанавливает непредельные органические соединения и превращает их в бесцветные вещества.

Пpи первом уваривании сока некоторая часть несахаров выпадает в осадок, увеличивается цветность сока, поэтому перед увариванием сока в вакуум-аппаратах сок после первого сгущения сульфитируют и фильтруют. Кристаллизацияявляется завершающим этапом производства сахара. Выделение сахарозы из раствора производится в две-три ступени. На первой ступени уваривания получают первый утфель. Он представляет собой густую вязкую массу, состоящую из кристаллов сахара и межкристальной жидкости с содержанием сухих веществ 92…93%. При достижении содержания кристаллов в утфeлe примерно половины по массе их отделяют на центрифугах, а межкристальный раствор вновь сгущают на второй ступени до пересыщения и выкристаллизовывают остальную сахарозу.

Пpи сгущении сока в выпарной установке отмечается разложение 0,06…0,1% сахарозы от общего количества. В процессе центрифугирования кроме сахара-песка получают межкристальный раствор (первый оттек), который содержит незначительное количество кристаллов. Его направляют во второй аппарат для уваривания второго утфеля и получают после центрифугирования кристаллы сахара (желтый сахар) и кормовую патоку или мелассу.На кристаллах сахара после центрифугирования остается прилипший слой межкристального раствора, придающий сахару желтоватый оттенок. Для его удаления кристаллы сахара пробеливают горячей водой. При этом часть кристаллов растворяется и образуется второй оттек (белая патока), который направляют в вакуум-аппараты в конце уваривания первого утфеля.

Эффeктивность работы завода характеризуется коэффициентом извлечения сахара, который показывает процентное отношение массы сахарозы в сахаре-песке к сахарозе в перерабатываемой свекле, он составляет около80%.