Технология сахарного производства

Из общего ежегодного количества произведенного в России сахара примерно две трети приходится на свекловичный.

Характеристика сырья

Сахарная свекла - двулетнее растение семейства маревых. В первый год после высеивания семян образуется сочный корнеплод, содержащий сахарозу как запасное питательное вещество. Убирают свеклу в конце первого года развития, когда в корнеплоде накапливается наибольшее количество сахарозы - состояние технической спелости. Для уборки используют свеклоуборочные комбайны: при этом теряется около 20 % корнеплодов, свекла сильно травмируется.
Приемку свеклы сахарные заводы осуществляют в соответствии с ГОСТ Р 52647-2006 Свекла сахарная, оговаривающим состояние свеклы, а также сахаристость и загрязненность корнеплодов.

Хранят свеклу в кагатах, имеющих форму трапеции и размещенных на специально подготовленных площадках - кагатных полях. Оптимальные температура внутри кагатов 0-4 градуса и относительная влажность 90 % поддерживаются за счет активного вентилирования.

Химический состав сахарной свеклы

Сахарная свекла (100 кг)

/ \

Свекловичный сок (93 кг) Мякоть (7 кг)

/ | \ / \

Сахароза Растворимый Вода Нерастворимый Связанная

(16,5 кг) несахар(2,5 кг) (74 кг) несахар(4,5 кг) вода(2,5 кг)

Переработка свеклы и получение диффузионного сока

Сахарная свекла с кагатного поля или бурачной (бетонированная емкость для выгрузки свеклы железнодорожной или автомобильной доставки) по гидротранспортеру подается в завод при соотношении свекла:вода=1:7. В процессе транспортировки осуществляется отделение ее от примесей на камне- и ботвосоломоловушках. Разделение основано на разной плотности свеклы и примесей. Окончательное отмывание свеклы производится в моечных машинах, после чего она ополаскивается чистой хлорированной водой и взвешивается.
Для выделения сахарозы из свеклы ее изрезывают в стружку на центробежных или дисковых свеклорезках. Качество свекловичной стружки оценивается по длине 100 г ее (оптимальной считается длина 12-15 м) и количеству брака (неразрезанных гребешков, мезги, частиц короче 1 см).

Экстрагирование сахарозы из свекловичной стружки осуществляют в
диффузионных аппаратах за счет противоточной обработки горячей водой. При этом сахароза и растворимые несахара переходят (диффундируют) в воду, в результате чего их концентрация в стружке понижается, а в воде увеличивается - движущая сила процесса.

Свекловичный сок находится в вакуолях клеток, окруженных слоем протоплазмы, которая пропускает воду, но не пропускает растворенных в ней веществ. Для извлечения сахарозы необходимо разрушить протоплазму клеток путем прогрева стружки до температуры 60-70 градусов: при более высокой температуре начинают переходить в сок высокомолекулярные соединения. Процесс экстрагирования сахарозы подчиняется основному закону диффузии Фика S=-DF(C-c)t/x,

где S - количество растворенной сахарозы, продиффундировавшей через слой растворителя; С - концентрация сахарозы в стружке; с - концентрация сахарозы в растворе; t - длительность процесса; x - толщина слоя (длина пути диффундирования); F - поверхность экстрагирования; D - коэффициент диффузии, зависящий от температуры процесса и природы экстрагируемого вещества.
Проводят экстрагирование сахарозы на непрерывнодействующих диффузионных установках наклонных шнековых или колонных. Оптимальным для осуществления процесса диффузии можно считать режим температура 70-74 градуса; длительность 60-70 мин; расход экстрагента 100 % к массе стружки; выход обессахаренной стружки 70-80 %; потери сахарозы в жоме 0,3-0,4 %.
Обессахаренная стружка (жом) непосредственно или после высушивания используется на корм скоту.

Очистка диффузионного сока и получение сиропа

В диффузионный сок переходит 98 % сахарозы и 80 % растворимых несахаров; его чистота (отношение массы сахарозы к сухому веществу, выраженное в процентах) составляет 86-88 %. Все содержащиеся в диффузионном соке несахара препятствуют получению кристаллической сахарозы и увеличивают потери сахарозы в мелассе - конечном отходе сахарного производства. Задача сокоочистительного отделения состоит в максимальном удалении несахаров и части влаги, получении светлого прозрачного сиропа, пригодного для выкристаллизовывания сахарозы.

Диффузионный сок, выходящий из аппарата, представляет собой мутную жидкость темно-серого цвета, содержащую 3-5 г/л мезги и имеющую слабокислую реакцию (рН 5,8-6,4). Для освобождения его от мезги используют ротационные мезголовушки; нейтрализацию и осветление сока осуществляют путем обработки известью в виде известкового молока (раствора Са(ОН)₂ плотностью 1,19 г/см³). Добавление извести осуществляют в два этапа - предварительная и основная дефекации.

Преддефекация предусматривает постепенное увеличение рН сока за счет противоточного введения в него известкового молока в количестве 0,25 % CаО. Под действием иона кальция коагулируют и осаждаются коллоидные вещества сока - белки, пектины, красящие вещества; осаждаются соли некоторых органических (щавелевой, лимонной, оксилимонной, яблочной, винной, уксусной) и минеральных (серной и фосфорной) кислот; под действием иона гидроксила удаляются катионы магния, железа, алюминия на счет образования нерастворимых гидроокисей. Сок осветляется, приобретает желто-зеленую окраску, рН его увеличивается до 10,8-11,6.

В процессе предварительной дефекации осаждается 60 % всех несахаров, удаляемых в процессе очистки, формируется структура осадка с оптимальными свойствами. Для улучшения структуры осадка и повышения эффективности удаления несахаров целесообразно возвращать на преддефекацию суспензию сока 2 сатурации.

Основная дефекация предназначена для разложения под действием ионов гидроксила и высокой температуры редуцирующих веществ, солей аммония, амидов, белковых и пектиновых веществ, омыления жиров. Продуктами реакции являются кальциевые соли соответствующих органических и минеральных кислот. Разложение белка и пектина нежелательно, так как продукты распада являются растворимыми и не удаляются из соков; разложение азотистых небелковых соединений и редуцирующих веществ препятствует образованию окрашенных соединений, ухудшающих качество сахара.

На реакции разложения расходуется не вся известь, большая часть ее остается в соке в виде осадка. При низких температурах растворимость извести повышается.
I сатурация. Сок после дефекации обрабатывают сатурационным газом, содержащим 28-32 % СО₂ - сатурация. При этом протекает реакция по уравнению:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Образующийся карбонат кальция обладает коллоидными свойствами и имеет развитую активную адсорбционную поверхность, на которой адсорбируются несахара диффузионного сока.

В процессе сатурирования рН снижается, но нельзя его уменьшать ниже 10,8-11,0, так как при этом значении осаждена большая часть несахаров на преддефекации: при более низком значении рН они перейдут в раствор.
После сатурирования сок направляется на отстаивание или фильтрование с целью удаления осадка карбоната кальция и адсорбированных на нем несахаров. Фильтрованный сок направляется на 2 сатурацию, а фильтрационный осадок обессахаривается и выводится с производства.

2 сатурация. Повторная обработка сатурационным газом осуществляется с целью максимального удаления ионов кальция. Допускается введение перед 2 сатурацией СаО в количестве 0,25-0,30 % к массе сока для дополнительной адсорбционной очистки. Конечное рН сока 2 сатурации 9,0-9,5; сок фильтруется, осадок направляется на преддефекацию.

Сульфитация. Фильтрованный сок 2 сатурации подвергается сульфитации - обработке сульфитационным газом, содержащим 10-12 % SO₂. При этом снижается рН сока до 8,5-8,7, уменьшается его вязкость. Основное назначение сульфитации - снижение цветности сока за счет блокирования сернистым газом хромофорных групп окрашенных соединений с превращением их в бесцветные лейкосоединения и стерилизация.

Сульфитированный сок фильтруют и направляют на сгущение.

Лекция 19.

Получение сиропа.

Удаление воды из сока осуществляют в пятикорпусной выпарной установке, в которой реализуется принцип многократного использования тепла и пара, то есть пар, полученный при выпаривании воды из сока в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. При этом от первого корпуса к последнему снижаются температура и давление греющего пара, температура кипения сока, увеличиваются концентрация и цветность.
Высокие температура и давление пара в первом корпусе обеспечиваются потенциалом греющего пара (подается ретурный пар с паровой турбины при температуре 132 градуса и давлении 0,3 МПа); низкая температура кипения и разрежение в последнем корпусе поддерживаются за счет подачи соковых паров из этого корпуса на барометрический конденсатор.

В процессе сгущения протекают химические реакции разложения сахарозы и редуцирующих веществ, азотистых соединений, образования красящих веществ; происходит отложение накипи на поверхности теплообмена выпарных аппаратов и изменение рН сока. Если на основной дефекации недостаточно полно проведены реакции разложения редуцирующих и азотистых веществ, то они продолжаются на выпарной станции. Продуктами реакции являются красящие вещества, которые перейдут в готовую продукцию. При несоблюдении оптимального режима очистки сока в нем остается много кальциевых солей органических и минеральных кислот, которые при сгущении сока откладываются в виде накипи.

Сок сгущают в выпарной установке до массовой доли сухих веществ 60-65 %, удаляя из него 100-115 % воды по массе. Полученный сироп сульфитируют, фильтруют на дисковых фильтрах с предварительным нанесением фильтровального порошка перлита или кизельгура и направляют на кристаллизацию.

Получение кристаллического сахара и переработка оттеков

Назначение кристаллизации - максимальное выделение в кристаллическом виде сахарозы, содержащейся в сиропе. В зависимости от чистоты сиропа необходимо выбрать число ступеней кристаллизации: при чистоте ниже 90 % - две ступени; выше 90 % - три.

Сироп наряду с сахарозой содержит несахара, неудаленные в процессе очистки сока и вновь образовавшиеся в процессе сгущения. При выкристаллизовывании сахарозы образуется смесь кристаллов и межкристального раствора (утфель): несахара будут накапливаться в межкристальном растворе. Несахара затрудняют кристаллизацию сахарозы, увеличивая вязкость растворов. При определенном соотношении сахарозы и несахаров процесс кристаллизации становится неосуществимым.

Трехпродуктовая схема кристаллизации сахарозы является типовой.

Утфель 1 продукта уваривают в вакуум-аппарате из смеси сиропа и клеровки желтого сахара. Процесс уваривания состоит из четырех этапов: сгущение сиропа до перенасыщенного состояния (метастабильная зона перенасыщения, К=1,20-1,25); образование центров кристаллизации ("заводка кристаллов") за счет введения тонко размолотой сахарной пудры; наращивание кристаллов до оптимального размера; окончательное сгущение и спуск утфеля из вакуум-аппаратов. Длительность уваривания утфеля 1 180-210 мин, температура 70-75 градусов, концентрация кристаллов сахарозы в утфеле 50-55 %, массовая доля сухих веществ 92-92,5 %.

Кристаллы сахара отделяют от межкристального раствора центрифугированием, при этом образуются первый оттек ("зеленый"), а после промывки кристаллов горячей артезианской водой - второй оттек ("белый"). Кристаллы сахара, имеющие влажность 0,8-1,0 %, инерционным конвейером подаются в сушильное отделение.

Утфель второго продукта уваривают из первого и второго оттеков утфеля 1 в течение 300-330 мин до массовой доли сухих веществ в утфеле 93 %, центрифугируют с получением желтого сахара второй кристаллизации и общего оттека.

Утфель третьего продукта уваривают из оттека утфеля второго, затем добавляют аффинационный оттек. Длительность уваривания 420-840 мин, массовая доля сухих веществ 93,5-94,0 %. За счет концентрирования несахаров в утфеле последней кристаллизации скорость выкристаллизовывания сахарозы снижается. Для более полного выделения сахарозы вводят дополнительно кристаллизацию охлаждением. Утфель последнего продукта из вакуум-аппаратов направляют в приемную мешалку, а затем в мешалки-кристаллизаторы, в перемешивающие устройства которых подается холодная вода в противотоке к утфелю. Проходя через батарею мешалок-кристаллизаторов утфель за 36-48 часов охлаждается на 30 градусов, что способствует переходу части сахарозы из межкристального раствора в кристаллы. Перед центрифугированием утфель последнего продукта подогревают на 6-8 градусов для снижения вязкости межкристального раствора.

В процессе центрифугирования утфеля последнего получают желтый сахар и мелассу. По существующей технологии дальнейшее обессахаривание мелассы нецелесообразно из-за высокого содержания несахаров.
Меласса является отходом сахарного производства, содержащим около 50 % сахарозы; выход мелассы 5-6 % к массе перерабатываемой свеклы.
Кристаллы желтого сахара последней кристаллизации содержат на поверхности пленку мелассы, которая снижает их чистоту. Для повышения чистоты желтый сахар смешивают с разбавленным первым оттеком утфеля 1. Этот процесс называют аффинацией, а полученную массу - аффинационной. Аффинационную массу центрифугируют с отбором аффинированного желтого сахара и аффинационного оттека, который направляют на уваривание утфеля последнего.
Аффинированный желтый сахар и желтый сахар второй кристаллизации растворяют соком 2 сатурации до массовой доли сухих веществ 65-70 % (клеровка), смешивают с сиропов после выпарной установки, сульфитируют, фильтруют и направляют на уваривание утфеля 1 кристаллизации.

Сушка и упаковка белого сахара

Влажный сахар после центрифуг инерционным конвейером (для предупреждения слипания кристаллов) подается к ковшовому элеватору, который поднимает сахар в сушильное отделение.

Высушивание сахара осуществляют в двухбарабанной или однобарабанной сушильно-охладительной установке: при этом горячий воздух, предварительно очищенный и подогретый до 102-105 градусов, подается в прямотоке к сахару, холодный - в противотоке. При перемешивании во вращающемся барабане кристаллы сахара частично истираются и теряют блеск.
Сахар высушивают до влажности 0,03-0,14 %, охлаждают до 20-25 градусов, просеивают для отделения комочков и непробеленных частиц, подвергают электро-магнитной обработке и, в зависимости от качества и размера кристаллов, распределяют по бункерам. Сахар из бункеров упаковывают в тканевые мешки вместимостью 50 кг или бумажные пакеты по 1 кг и направляют на хранение.

Качество сахара-песка регулируется требованиями ГОСТ 21-94.

Органолептические показатели сахара-песка

Физико-химические показатели сахара-песка

Лекция 20.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: