2. Технологічна схема виробництва розсипного цукру
Як свідчить відомий дослідник вітчизняної історії цукрової промисловості академік Г. Воблий, перший цукровий завод (цукроварню) в Україні побудовано в 1824 р. в селі Макошин на Чернігівщині.
Цукровий завод (цукроварня) є великим, добре оснащеним сучасною технікою підприємством, яке працює цілодобово. Цукрові заводи працюють сезонно: починають роботу 10-20 вересня, коли починають викопувати цукрові буряки, а закінчують в першому кварталі наступного року. Великі заводи за добу переробляють 5-6 тис.тонн коренеплодів цукрових буряків.
Технологія отримання цукру є безперервною, складною і багатостадійною. На кожній стадії проходять одиничні технологічні процеси. Основними з них є: миття та подрібнення коренеплодів; отримання дифузійного соку та його очищення від домішок; випарювання дифузійного соку; кристалізація сахарози; висушування і пакування готової продукції (цукру). Ці процеси відбуваються у певних апаратах і разом з ними становлять елементи технологічної системи.
Спрощену схему технологічної системи (ТС) виробництва розсипного цукру подано на рис. 77. У тексті складові елементів виділено.
Елемент 1. Коренеплоди цукрових буряків миють у воді в мийній машині. В одній машині можна помити за добу до 1,5 тисячі тонн коренеплодів буряків. Є і потужніші машини.
Елемент 2. Помиті коренеплоди цукрових буряків (Б) надходять до різальної машини для подрібнення.
На початку розвитку цукроваріння коренеплоди подрібнювали на тертках і з подрібненої маси на потужних пресах витискали сік. При цьому способі отримання соку багато сахарози залишалося в жомі.
Помиті буряки зважують на автоматичній порційній вазі і подають у бункер, з якого буряки надходять до машин для подрібнення. Найкраще подрібнені буряки утворюються тоді, коли довжина стружки становить 9-15 см, а її товщина – 0,5-1,0 мм.
Елемент 3. У цьому елементі отримують дифузійний сік. Для цього стружку нагрівають до температури 600С і стрічковим транспортером подають у дифузійний апарат для вимочування, в якому назустріч стружці надходить гаряча вода. При контакті стружки з водою цукристі та інші речовини із стружки переходять у воду. Оскільки цей перехід відбувається за рахунок дифузії, то утворений розчин називають дифузійним соком. На сучасних цукрових заводах дифузійні апарати працюють безперервно. За добу у них вимочують 1,5-4,5 тисяч тонн бурякової стружки. Час вимочування стружки у воді не повинен перевищувати 65-70 хв. Якщо тривалість вимочування буде довшою, то у стружці та дифузійному соку почнуть розмножуватись мікроорганізми, які споживають сахарозу внаслідок чого кількість цукру зменшиться. Щоб запобігти цьому у дифузійний апарат через кожні дві години подають 40%-ний розчин технічного формаліну (10 л на 100 тонн стружки).
Елемент 4. Знецукрену стружку відтискають на шнекових (нім. „Schnecke” – слимак) пресах і отримують буряковий жом.
Залишок від бурякової стружки після вимивання цукристих і нецукристих речовин називають жомом.
Рис. 77. Схема технологічної системи виробництва розсипного цукру
Після висушування при температурі 800-8500С у сушарнях жом використовують для відгодівлі тварин. Воду, що залишилася після відтискання жому, очищають від завислих частинок. Якщо вміст домішок великий, то до них додають алюміній сульфату (Аl2(SО4)3), в присутності якого завислі частинки легко осідають на дно. Після очищення і стерилізації воду повертають у дифузійний апарат 3.
Елемент 5. Дифузійний сік складається з води, сахарози, нецукристих речовин; у ньому є забарвлюючі речовини, які легко окиснюються на повітрі і надають йому темного кольору. Крім того в ньому містяться білки, пектинові речовини, солі фосфатної та інших кислот, завислі частинки тощо. У присутності великої кількості нецукрів сахароза кристалізується повільно, і вміст її в мелясі зростає, що спричиняє менший вихід цукру.
Для отримання максимального виходу цукру дифузійний сік очищають від нецукристих та інших речовин. Елемент 5 об'єднує у собі різне обладнання (трубові нагрівники; апарати, в яких очищається сік; змішувачі, відстійники, фільтри тощо) і процеси, які відбуваються у ньому. З усіх речовин, які використовуються для очищення дифузійного соку, найпридатнішим і дешевим є гашене вапно, яке додають до дифузійного соку у вигляді вапняного молока. До соку, нагрітого до 85-900С, додають 12-15% розчин вапняного молока. У розчині відбуваються хімічні та фізико-хімічні процеси: реакції обміну, коагуляція колоїдів, нецукристих речовин і випадання в осад продуктів реакції.
Надлишок Са(ОН)2 у дифузійному соці осаджують сатураційним газом, який містить в собі СО2:
Одночасно з очищенням соку від Са(ОН)2 він очищається від інших лугів, а також солей:
Щ
275
Для очищення дифузійного соку і сиропу на практиці затрачають близько 40 кг сірки на 1000 тонн цукрових буряків.
За допомогою вапняного молока з соку виводять лише 40% нецукристих речовин. Для повнішого очищення соку застосовують йонообмінники (аніоніти і катіоніти), які діють за принципом очищення води.
Очищений сік пропускають через активоване вугілля для дальшого знебарвлення, а потім через йонообмінники.
Застосування йонообмінників збільшує вихід цукру на 8-10% до ваги цукру у буряках і зменшує кількість відходів.
Елемент 6. Для відокремлення осаду і завислих частинок від дифузійного соку використовують відстійники, фільтр-преси, вакуум-фільтри і механічні преси. У цьому обладнанні відбуваються відповідні технологічні процеси. Для прискорення цих процесів дифузійний сік нагрівають до 98-1000С. У відстійниках тверді частинки осідають під дією сили тяжіння.
Фільтри виготовляють з корозійностійкої сталі або кольорових металів, тканин із синтетичних і природних волокон тощо. Фільтри у порівнянні з відстійниками мають більшу продуктивність, оскільки відокремлення осаду відбувається під тиском 0,07 МПа, внаслідок чого швидкість згущення осаду зростає. У фільтраційному осаді міститься 75-80% СаСО3 і 20-25% органічних і мінеральних нецукристих речовин, серед них білок, кальцієві солі оксалатної, лимонної, яблучної та інших кислот тощо. Його використовують у сільському господарстві для удобрення і вапнування кислих грунтів. Випалений осад можна використовувати для очищення дифузійного соку.
Елемент 7. Очищений дифузійний сік – це ненасичений розчин сахарози і нецукристих речовин у воді. Для отримання цукру дифузійний сік випарюють до сиропу, а потім до пересиченого розчину, в якому зароджуються центри кристалізації, навколо яких ростуть кристалики цукру. Дифузійний сік випаровують у два заходи: спочатку у випарниках, а потім у вакуум-апаратах. Двоступеневе випарювання соку знижує витрату палива майже у 2,5 рази у порівнянні з одноступеневим. Крім того отриманий цукор якісніший.
Щоб зменшити витрати палива, а, отже, і водяної пари, якою підігрівають дифузійний сік, пару використовують багаторазово у кількох випарниках, які працюють безперервно. Температура кипіння соку у першому випарному апараті не перевищує 126-1280С, а в останньому не може бути нижчою за 600С. Тиск також знижується при переході соку від першого до останнього випарника.
Сироп, що утворився після випарювання соку, має забарвлення. Щоб отримати білий цукор сироп продувають сірчистим газом і фільтрують.
Елемент 8. Очищений сироп надходить у вакуум-апарат, де відбувається дальше випарювання води і кристалізація сахарози. Отримана проміжна продукція складається з кристалів сахарози (55-60%) і води (7,5%).
З вакуум-апарату продукцію випускають у мішалку, де продовжується ріст кристалів, а потім у центрифугу. Під дією відцентрових сил кристали цукру відокремлюються від розчину, в якому містяться нецукристі речовини. Цей розчин називають зеленою патокою.
З зеленої патоки після додаткового вилучення цукру отримують харчову патоку (майже чорного кольору). Харчова патока (меляса) містить 48-50% цукру і 32-34% нецукристих речовин. Її використовують для виготовлення етилового і бутилового спиртів, лимонної і молочної кислот, хлібопекарських дріжджів, частково для здобрювання грубих кормів для тварин тощо.
На виробництво етилового спирту використовується 70% меляси; для дріжджів і здобрення грубих кормів для тварин – 25%, з решти виробляють інші речовини.
Кристали цукру залишаються на стінках центрифуги. Їх промивають водою і пропарюють. Рідину, що утворилася після промивання кристалів цукру, називають білою патокою. Її повертають до сиропу.
Елемент 9. Вибраний з центрифуги цукор подають у сушарні або у печі з „псевдокиплячним шаром” для висушування. Висушений цукор має бути сухим, не липким на дотик, сипким, без грудочок і сторонніх домішок.
Розсипний цукор – це суміш кристалів різної величини. Розмір кристалів цукру коливається від 0,55 до 0,95 мм. В одному грамі маси цукру міститися від 1500 до 5000 кристалів. Кристали мають блискучі грані.
Розчин розсипного якісного цукру у воді є прозорим. Він не містить мікроорганізмів і не пінитися.
Висушений цукор зважують і пакують у мішки з тканини або у паперові чи поліетиленові торбинки.
Зберігають цукор у сухих приміщеннях, де відносна вологість повітря не перевищує 70%.