вторник, 7 апреля 2020 г.

Тема 17. Потокові лінії виробництва цукру


                              

                              
                              ТЕМА17.Потокові лінії виробництва цукру
Характеристика продукції, сировини і напівфабрикатів.
Цукор – практично чиста сахароза (С12 Н22 О11), солодкого смаку, легко і повністю засвоюється організмом, сприяє швидкому відновленню витраченої енергії.Сахароза - це дисахарид, який під дією кислоти або фермента розщеплюється на глюкозу і фруктозу (інвертний цукор). Сахароза може знаходитися в двох станах: кристалічному і аморфному. За хімічною природою цукор є слабкою багатоосновною кислотою, що дає сполуки з оксидами лужних і лужноземельних металів - сахарат.
Інвертний цукор завдяки фруктозі гігроскопічний. Він запобігає зацукровуванню під час варіння, уповільнює процес черствіння хліба, оберігає від висихання кондитерські вироби (мармелад, пастилу, зефір, помадку та ін.)
Сахароза добре розчиняється у воді, при підвищенні температури її розчинність зростає. У розчинах сахароза є сильним дегідратором. Вона легко утворює пересичені розчини, кристалізація в яких починається тільки при наявності центрів кристалізації. Швидкість цього процесу залежить від температури, в'язкості розчину і коефіцієнта пересичення.
Початковою сировиною для отримання цукру є цукровий буряк і цукровий очерет. Завдяки більш високій врожайності цукрового очерету по порівняно з цукровим буряком з кожного гектара його посівів отримують цукру приблизно в 2 рази більше, хоча вміст сахарози в стеблах цукрової тростини дещо менше, ніж в цукровому буряку.
Цукрова промисловість випускає наступні види продукту:
-         цукор-пісок  - сипкий харчовий продукт білого кольору (без грудок), який має солодкий смак без сторонніх присмаків і запахів (з вмістом вологи не більше 0,14%, сахарози не менш 99,75%, металодомішок не більше 3 мг на 1 кг цукру, з розмірами на більше 0,3 мм);
-         цукор рідкий - рідкий харчовий продукт світло-жовтого кольору, солодкий на смак, без сторонніх присмаків і запахів (з вмістом сахарози не менш 99,80% для вищої категорії і не менше 99,5% для першої категорії, з вмістом сухих речовин не менше 64%);
-         цукор-рафінад - кусковий пресований цукор, рафінадний цукор-пісок і рафінадна пудра білого кольору, солодкі на смак, без сторонніх присмаків і запахів (з вмістом сахарози не менше 99,9%, редукуючих речовин не більше 0,03%, вологи не більше 0,2%).
Особливості виробництва і споживання готової продукції. На всіх цукровых заводах діє типова схема отримання цукру - піску з цукрового
буряка з безперервним відділенням цукру із бурякової стружки, пресуванням жому та поверненням пресової води в дифузійну установку, вапняновуглекислотним очищенням дифузійного соку, трьома кристалізації і аффінацієй жовтого цукру III кристалізації. 
У коренеплодах цукрових буряків міститься 20 .. .25% сухих речовин, з них вміст сахарози коливається від 14 до 18%. Сахарозу витягують з буряка дифузійним способом. Отриманий дифузійний сік містить 15 ... 16% сухих речовин, з них 14 ... 15% цукрози і близько 2% нецукрів. Очищення дифузійного соку від нецукрів здійснюють вапном (дефекація) подальшим видаленням її надлишку діоксидом вуглецю (сатурація). Для зниження кольоровості і лужності фільтрований сік II сатурації обробляють діоксидом сірки (сульфітація). Згущення соку проводять в два етапи: спочатку його згущують на випарній установці до вмісту сухих речовин 55 ... 65% (при цьому цукроза ще не кристалізується), а потім після додаткового очищення в'язкий сироп на вакуум-апараті згущують до вмісту сухих речовин 92, 5 .. .93,5% і отримують утфель. Готовий утфель I кристалізації центрифугують, отримуючи кристали цукру.Цукор-пісок вивантажують з центрифуги з вмістом вологи 0,8 ... 1% і висушують гарячим повітрям температурою 105 ... 110 ° С до 0,14% (при безтарному зберіганні масова частка вологи у цукріпіску повинна бути 0,03 ... 0,04%).
Норма споживання сахарози становить 75 г на день, включаючи цукор, що знаходиться в інших харчових продуктах. 
Стадії технологічного процесу. Процес отримання цукру-піску на цукрових заводах складається з наступних стадій:
-         подавання буряків і очищення їх від домішок;
-         одержання дифузійного соку з бурякової стружки;
-         очищення дифузійного соку;
-         згущення соку випарюванням;
-         варіння утфелю та отримання кристалічного цукру; - сушіння, охолодження та зберігання цукру-піску.
Характеристика комплексів обладнання. Лінія починається з комплексу обладнання для підготовки буряків до виробництва, що складається з установки  для піднімання буряка, гідротранспортера, піскоуловлювача, уловлювача бадилля, каменеуловлювача, водороздільника, а також бурякомийної машини.
Провідий комплекс обладнання лінії складається з конвеєра з магнітним сепаратором, бурякорізки, ваг, дифузійної установки, шнекового преса і сушарки для жому.   Наступний комплекс обладнання представляють фільтри з пристроями для підігрівання, апарати попередньої та основної дефекації, сатуратори, відстійники, сульфітатори та фільтри.
Найбільш енергоємним комплексом обладнання лінії є випарна установка з концентратором, а також вакуум-апарати, мішалки і центрифуги.
Завершальний комплекс обладнання лінії складається з віброконвеєру, сушильно-охолоджувальної установки і вібросита. Машинно-апаратурна схема лінії виробництва цукру-піску з цукрових буряків представлена на рис.3.2.
Будова і принцип дії лінії. Цукровий буряк подається на завод з бурячного або кагатного поля. По гідравлічному конвеєру він надходить до буряконасосів і піднімається на висоту до 20 м. Подальше переміщення його для здійснення різних операцій технологічного процесу відбувається самопливом. По довжині гідравлічного конвеєра 1 послідовно встановлені уловлювач бадилля 2, каменеуловлювач 4 і водороздільники 5. Це технологічне обладнання призначене для відділення легких (солома, бадилля) і важких (пісок, каміння) домішок, а також для відокремлення транспортерно-мийної води. Для інтенсифікації процесу уловлювання соломи і бадилля в поглиблення 3 подається повітря. Цукрові буряки після водороздільників надходить в мийну машину
Мийна машина призначена для остаточного очищення буряків (кількість землі при ручному збиранні буряка становить 3 ... 5%, а при механізованому збиранні комбайнами - 8 ... 10%). Кількість води, яка подається на миття буряків, залежить від ступеня їх забруднення, конструкції машини і в середньому становить 60 ... 100% до маси буряків. У стічні води гідравлічного конвеєра і мийної машини потрапляють відламані хвостики буряків, невеликі шматочки і дрібні коренеплоди (всього 1 ... 3% до маси буряків), тому транспортерно-мийні води попередньо направляються в сепаратор для відділення від  хвостиків і шматочків буряка, які після оброблення надходять на стрічковий конвеєр 14.
Відмитий цукровий буряк зрошується чистою водою зі спеціальних пристроїв 7, піднімається елеватором 8 і надходить на конвеєр 9, де електромагніт 10 відокремлює металеві предмети, які випадково потрапили в буряк. Потім буряк зважують на вагах 11 із бункера 12 направляють в подрібнювальні машини-бурякорізки 13. Стружка повинна бути рівною, пружною і без мезги, пластинчастого або ромбовидного перерізу, товщиною
0,5 ... 1,0 мм.
Бурякова стружка з подрібнювальних машин за допомогою стрічкового конвеєра 14, на якому встановлені конвеєрні ваги, подається в дифузійну установку 15.


Рис.3.2.Машино-апаратурна схема виробництва цукру із цукрового буряка.
Цукор, розчинений в буряковому соку коренеплоду, витягується з клітин противотечійною дифузією, за якою стружка надходить в головну частину агрегату і рухається до хвостової частини, цукор віддається  дифузією в воду, яка  рухається назустріч буряковій стружці. З кінця хвостової частини агрегату виводиться стружка з малою концентрацією цукру, а екстрагент, збагачений цукром, виводиться як дифузійний сік. З 100 кг буряка отримують приблизно 120 кг дифузійного соку. Жом відводиться з дифузійних установок конвеєром 16 в цех для пресування, сушіння та брикетування.
Дифузійний сік пропускається через фільтр 17, підігрівається в пристрої 28 і направляється в апарати попередньої та основної дефекації 27, де він очищається в результаті коагуляції білків і фарбувальних речовин і осадження ряду аніонів, що дають нерозчинні солі з іоном кальцію, що містяться у вапняковому молоці (розчин вапна). Вапняне молоко вводиться в сік за допомогою дозувальних пристроїв. 
Сік дефекації подається в котел першої сатурації 26, де він додатково очищається шляхом адсорбції розчинних нецукрів і особливо фарбувальних  речовин на поверхні частинок дрібного осаду СаСО3, який утворюється при пропущенні діоксиду вуглецю через сік дефекції. Сік першої сатурації подається через підігрівач 25 в гравітаційний відстійник 24. У відстійниках сік поділяється на фракції: освітлену (80% усього соку) і згущену суспензію, що надходить до вакуум-фільтрів 23.
Відфільтрований сік першої сатурації направляється в апарат другої сатурації 22, де з нього відділяється вапно у вигляді СаС03.
Сік другої сатурації подається на фільтри 21. Соки цукрового виробництва фільтруються декілька разів. Залежно від мети фільтрування користуються різними схемами процесу і фільтрувальним обладнанням.
Відфільтрований сік з фільтра 21 подається в котел сульфітації 20. Ціль сульфітаціі - зменшення кольоровості соку шляхом оброблення його діоксином сірки, який отримують при спалюванні сірки.
Сульфітований сік направляють на станцію фільтрів 19, а потім транспортують через підігрівачі в перший корпус випарної станції 18. Випарні установки призначені для послідовного згущення очищеного соку в сатураторі до концентрації густого сиропу; при цьому вміст сухих речовин у продукті збільшується з 14 ... 16% в першому корпусі,  до 65 ... 70% (згущений сироп) в останньому. Свіжа пара надходить тільки в перший корпус, а наступні корпусиобігріваються вторинною парою попереднього корпусу. Площа поверхні нагрівання випарної станції цукрового заводу продуктивністю 5000 т буряка на добу становить 10 000 м2.
Отриманий сироп направляють у сульфітатор 29, а потім на станцію фільтрації  30. Відфільтрований сироп підігрівається в підігрівачі 31, звідки надходить у вакуум-апарати першого продукту 32. Сироп у вакуум-апаратах уварюється до перенасичення, цукор виділяється у вигляді кристалів. Продукт, отриманий після уварювання, називається утфелем. Він містить близько 7,5% води і близько 55% кристалізованого цукру.
Сироп уварюють в періодично діючих вакуум-апаратах. Утфель першої кристалізації з вакуум-апаратів надходить до приймальників утфелемішалки 33, звідки його направляють в розподілювальну мішалку, а потім у центрифуги 34, де під дією відцентрової сили кристали цукру відокремлюються від міжкристалічної рідини. Ця рідина називається першим відтоком. Чистота першого відтоку 75 ... 78%, що значно нижче чистоти утфелю.
Щоб отримати з центрифуги білий цукор, його кристали промивають невеликою  кількістю гарячої води - відбілюють. При відбілюванні частина цукру розчиняється, тому з центрифуги відходить відтік більш високої чистоти - другий відтік.  Другий і перший відтоки подають у вакуум-апарат другий (останньої) кристалізації, де отримують утфель другої кристалізації, що містить близько 50% кристалічного цукру. Цей утфель поступово охолоджують до температури 40 ° С при перемішуванні в утфелемішалках - кристалізаторах. При цьому додатково викристалізовується ще деяка кількість цукру. Нарешті, утфель другої кристаллізації направляється в центрифуги, де від кристалів цукру відокремлюється меляса, яка є відходом цукрового виробництва, тому що одержання з неї цукру методом подальшого згущення і кристалізації нерентабельно. Жовтий цукор другої кристалізації рафінують першим відтоком, отриманий туфель,який направляється в розподільну мішалку, а потім в центрифуги. Отриманий цукор розчиняється, і сік надходить у лінію виробництва.
Білий цукор, який вивантажується з центрифуг 34, має температуру 70 ° С і вологість 0,5% при відбілюванні парою або вологість 1,5% при відбілюванні водою. Він потрапляє на віброконвеєр 35 і транспортується в сушильно-охолоджувальну установку 36. Після сушіння цукор-пісок надходить на ваговий стрічковий конвеєр 37 і далі на вібросито 38. Грудочки цукру відділяються, розчиняються і повертаються в продуктовий цех.
Товарний цукор-пісок надходить в силосні башти 39 (склади тривалого зберігання).
Очищення дифузійного соку — складний комплекс операцій:
оброблення соку гідратом окису кальцію Са(ОН)2, дефекація вуглекислим
газом СО2 (сатурація), відстоювання та фільтрація соку на фільтрпресах або
вакуум-фільтрах, оброблення сірчистим газом SО2 (сульфітація), відстоювання
та фільтрування. Цей складний процес, що кількаразово повторюється,
проводять у різноманітних апаратах: теплообмінниках, переддефекаторах,
дефекаторах, сатураторах, сульфітаторах, відстійниках-декантаторах і фільтрах
різноманітної конструкції.
Необхідні для оброблення соку СаО та СО2 одержують у вапняній печі, в
якій випалюється вапняк (СаСО3), що розкладається за високої температури на
112
СаО та СО2. Одержане випалене вапно гаситься водою у барабанах. У цьому
разі одержують вапняне молоко. Під час гасіння відбувається реакція :
СаО + Н2О = Са(ОН)2.
Вапняне молоко використовують для дефекації.
Під час оброблення вапном частина нецукрів утворює нерозчинні солі, які
осідають, інші нецукри розкладаються вапном або коагулюють, а частина з них
адсорбується на поверхні вуглекислого кальцію. На очищення витрачається
близько 2,5% СаО до маси буряків. Надлишок вапна осаджують вуглекислим
газом СО2.Для ослаблення забарвлення соку застосовують оброблення
сірчистим газом, який одержують спалюванням сірки у спеціальних печах.
Сульфітація також знижує в’язкість соку і стерилізує його. Тривалість
сульфітації — не більше 5 хв за температури соку 85-90°С. Попри складне
оброблення соку вдається вилучити приблизно лише 35-40% цукрів, а решта
переходить у відходи виробництва — мелясу. Наявність нецукрів у соку
унеможливлює вилучення всього цукру у чистому вигляді. Близько 2% цукру
переходить разом із нецукрами у мелясу. Вапно взаємодіє із соком у
різноманітних напрямах. Із цукрозою вапно утворює розчинні у воді сполуки
С12Н22О11СаО. Близько 15% цукрози у дефекованому соку міститься у формі
моносахарату кальцію. Взаємодіючи з багатьма нецукрами дифузійного соку,
вапно дає осад.
Кілька кислот (щавлева, лимонна, винна, фосфорна тощо) осаджуються.
Вапно змінює кислу реакцію соку (рН 6,0-6,5) на лужну (рН 11), запобігаючи
інверсії (розкладу) цукрози під час нагрівання соку. Для цього досить 0,3%
СаО, але додають 2,5-3,0% СаО для збільшення адсорбації барвників та
поліпшення структури осаду. Густина вапняного молока повинна бути 1,19
кг/дм3
, час дефекації — 8-10 хв. Дефекація здійснюється в апаратахпереддефекаторах і дефекаторах. Це місткості з мішалками та пристроями для
введення і виведення продуктів. У зв’язку з тим, що дефектований сік
направляють до сатурації самопливом, контроль якості операції не здійснюється.
Сатурація призначена для переведення вапна, яке міститься в дифузійному
соку, в нерозчинний стан:
С12Н11О11СаО + СО2 = С12Н22О11 + СаСО3.
113
Під час пропускання сірчистого газу, що містить 12-15% сірчистого
ангідриду SО2, одержують сірчисту кислоту:
SО2 + Н2О = Н2SО3,
яка є сильним відновником, а барвники стають безбарвними. Після закінчення
сульфітації сік має слабку лужну реакцію (рН = 8,5). Час сульфітації — 1-5 хв.
Сатуратори і сульфітатори є по суті адсорберами. Використовують і додаткові
засоби для очищення дифузійного соку — кізельгур (адсорбент) та іонообмінні
матеріали.
Типову технологічну схему очищення дифузійного соку можна коротко
описати так.
Очищений від пульпи сік подають у підігрівник, у якому він
нагрівається до 85-90°С, та направляють на попередню дефекацію в
переддефекатор. Перед цим до потоку дифузійного соку додають частину
недогазованого соку І сатурації, який містить 0,3-0,5%, СаО або нормально
відгазованого соку (0,08-0,1% СаО).
Попередньо дефекований сік самопливом надходить у котел основної
дефекації, куди за допомогою дозатора додають вапняне молоко. Потім сік
надходить у котел І сатурації, де обробляється вуглекислим газом до вмісту
0,08-0,10% СаО. Частину нефільтрованого соку І сатурації з контрольного ящика
сатуратора направляють на переддефекацію, а останню частину насосом
перекачують через підігрівник (температура 90-95°С) на фільтрування. Після
цього сік надходить до збірника та на контрольні серветкові фільтри.
Відфільтрований сік І сатурації, підігрітий до 100-102° С у підігрівнику,
насосом надходить у котел сатурації, де він обробляється СО2 до лужності 0,01-
0,25%, потім він надходить на фільтри, збірник та контрольні серветкові
фільтри. Відфільтрований сік II сатурації спрямовують у сульфітатор
самопливом, сірчистий газ із сірчаної печі охолоджують у субліматорі та
вентилятором подають у нижню частину сульфітатора. Потім сульфітований сік
через напірний ящик направляють на випарювання.
чищення сиропу
Густий сироп із концентрацією 65% сухих речовин (СР) змішують із
клеровкою (розчин жовтих цукрів), додають 0,10-0,15% кізельгуру і подають
на сульфітацію (до рН 7,5) до апарата зрошувального типу. Потім сік
підігрівають і фільтрують. Очищений сироп збирають у приймальних
збірниках над вакуум-випарними апаратами. Очищення дифузійного соку і
сиропу — достатньо складний процес, адже відбувається складна взаємодія
різноманітних за хімічним складом продуктів. Осади вилучаються осадженням і
фільтруванням в апаратах різноманітних конструкцій і типів: фільтрпресах,
патронних, дискових, відцентрових, листових, пластинчастих фільтрах.
Відстійники застосовують здебільшого гравітаційні, багатошарові з шаром
рідини заввишки 0,8 м і об’ємом близько 10 м3
.На кожні 100 кг буряків, що
надійшли на перероблення, одержують 120-130 кг очищеного соку з умістом
15-16% СР, з яких на частку цукрози припадає 14-15%. Для відокремлення
цукрози сік згущують до високої концентрації — 92,5-93,5% СР. Згущення
здійснюють упродовж двох стадій. Спочатку його випарюють у випарних
апаратах до концентрації 65% СР. Потім одержаний сироп додатково
очищують, після чого уварюють у вакуум-апаратах до кінцевої концентрації
сухих речовин.
Перша стадія згущення — випарювання — відбувається у
багатокорпусних випарних установках (БВУ), які використовують принцип
утилізації вторинної пари. Вторинна пара першого корпусу випарювання
використовується для обігрівання другого корпусу і т. д. 1 кг пари, що
надходить до першого корпусу, може випарювати в n-корпусній установці
близько 4 кг води. Принцип утилізації вторинної пари дає змогу значно
зменшити витрати пари на випарювання. Випарювання здійснюється у 3-, 4-, 5-
корпусних випарних апаратах.
Очищений сироп надходить до вакуум-апаратів для остаточного
випарювання. Утфель, одержаний після уварювання, містить 7-8% води та
близько 55% цукру, який викристалізовується з маточного розчину.
Міжкристалічна рідина високої в’язкості містить усі нецукри сиропу і
невикристалізований цукор. Уварювання сиропу і дотепер є періодичним
процесом, який проводиться в апаратах із нагрівальною камерою. Уварювання
проходить чотири стадії: згущення сиропу до високої концентрації (коефіцієнт
насичення 1,20-1,25), утворення кристалів після введення до апарата затравки
у вигляді цукрової пудри, нарощування кристалів і згущення утфелю до
концентрації 92,5-93%. Цикл роботи апарата триває 2,5-4,0 год. Утфель
надходить до утфелемішалок, далі через утфелерозподільник — на центрифуги.
Для вилучення кристалів цукру з міжкристалічного розчину
використовують фільтрувальні центрифуги періодичної або безперервної дії. У
115
результаті центрифугування більша частина міжкристалічного розчину
вилучається («зелений відтік»), але на поверхні утворюється невеликий шар
міжкристалічної рідини, для вилучення якої шар кристалів промивають водою.
У результаті цієї операції, що має назву пробілювання, одержують чистий
цукор та відтік, або білу патоку.
Кристалічний цукор після центрифугування надходить до сушарок, а
потім на склад для пакування.
Перероблення відтоку — патоки, що має назву зеленої, може бути
здійснено різними способами (див. рис. 5.1). Зелена патока разом із білою, що
містять значну кількість цукрози, надходять до вакуум-апаратів другого
продукту (уварювання II утфелю), де знову уварюється до високої концентрації
(84,0-85,5 % СР). Водночас цукроза кристалізується і одержаний утфель
надходить на центрифугування. Одержаний на цьому етапі центрифугування так
званий жовтий цукор надходить до клерувального змішувача. Тут він
розчиняється сатураційним соком і надходить до випарників разом з очищеним
сиропом. Відтік із центрифуг другого продукту має назву меляси і є відходом
цукробурякового виробництва. Процес розчинення продукту, що утворюється
після центрифугування, можна багаторазово повторювати (клерування) і також
багаторазово очищати, але витрати на процес одержання додаткової кількості
цукру з кожним циклом зростають. На сучасних цукробурякових заводах
використовується більш складна економічно обґрунтована трипродуктова
схема перероблення зеленого відтоку. Продукт, одержаний після
центрифугування III утфелю, називають бурим цукром.
Під час перероблення буряків одержують 4 % меляси, яка містить
близько 80 % сухих речовин і 20 % води. До складу сухих речовин входить
близько 50 % цукрози, решта — нецукри. Меляса є цінним продуктом і
використовується як корм для худоби, сировина для виробництва спирту,
дріжджів, молочної і лимонної кислот, харчового пектину тощо. Іншими
залишками цукробурякового виробництва є буряковий жом, фільтр-пресний
бруд, транспортно-мийні води. Буряковий жом використовують для відгодівлі
худоби. Фільтр-пресний бруд може використовуватись як добриво для деяких
видів ґрунтів. Транспортно-мийні води спрямовують на поля фільтрації. Мелясу
переробляють переважно на спиртових заводах на харчовий спирт-ректифікат,
технічний спирт-біопаливо.
Використання вторинної сировини при виготовленні цукру
Асортимент продукції цукрових заводів України обмежений, здебільшого,
випуском кристалічного цукру-піску. Водночас у розвинених країнах
випускають жовтий цукор, жовтий рафінад, кольоровий цукор та інші види
спеціальних цукрів. Жовтий цукор містить у собі, крім цукрози, значну
кількість корисних нецукрів-амінокислот, оксикислот, макро- і мікроелементів
та інших речовин, необхідних для повноцінного харчування людини. До того ж,
собівартість його нижча за собівартість білого цукру і у разі забезпечення
відповідної якості цей продукт знайде споживача.
Особливе значення для розширення асортименту продукції цукрових
заводів має організація випуску рідких цукропродуктів, надзвичайно цінних для
трансформації біологічно активних речовин в організмі людини. Але рідкі
цукропродукти, на жаль, в Україні не випускаються.
З погляду фахівців, виробництво рідких цукропродуктів із сиропу з
випарної станції дасть змогу створити безмелясну технологію, за якою близько
2,5% цукрози, що втрачається з мелясою, буде залишатися в готовому продукті і
продаватися споживачам за вартістю цукру. До того ж, значно
зменшаться витрати на вантажно-розвантажувальні роботи.
Заслуговує на увагу технологія очищення меляси для використання її у
мікробіологічному виробництві амінокислот та інших продуктів.
Підвищення культури цукробурякового виробництва дасть змогу не
лише зменшити втрати цукрози, а й одержати цукор високої мікробіологічної
чистоти, оскільки цих вимог уже давно дотримуються на світовому ринку.
Підвищення рентабельності цукрового виробництва України
найближчими роками можливе в напрямі зниження собівартості сировини та її
технічного перероблення за рахунок збільшення врожайності буряків та
вилучення з них цукру на цукрових заводах.

                       Питання для самоперевірки
1. Яку сировину використовують для виробництва цукру? Охарактеризуйте її
хімічний склад.
2. Охарактеризуйте принципово-технологічну схему виробництва цукру.
3. З якою метою сік обробляють вапном?
4. Охарактеризуйте процес випарювання соку та утворення сиропу.
5. Як вилучити кристали цукру з міжкристалічного розчину?
6. У чому полягає раціональне використання відходів цукрових заводів?

Рис.3.2.Машино-апаратурна схема виробництва цукру із цукрового буряка.
Цукор, розчинений в буряковому соку коренеплоду, витягується з клітин противотечійною дифузією, за якою стружка надходить в головну частину агрегату і рухається до хвостової частини, цукор віддається  дифузією в воду, яка  рухається назустріч буряковій стружці. З кінця хвостової частини агрегату виводиться стружка з малою концентрацією цукру, а екстрагент, збагачений цукром, виводиться як дифузійний сік. З 100 кг буряка отримують приблизно 120 кг дифузійного соку. Жом відводиться з дифузійних установок конвеєром 16 в цех для пресування, сушіння та брикетування.
Дифузійний сік пропускається через фільтр 17, підігрівається в пристрої 28 і направляється в апарати попередньої та основної дефекації 27, де він очищається в результаті коагуляції білків і фарбувальних речовин і осадження ряду аніонів, що дають нерозчинні солі з іоном кальцію, що містяться у вапняковому молоці (розчин вапна). Вапняне молоко вводиться в сік за допомогою дозувальних пристроїв. 
Сік дефекації подається в котел першої сатурації 26, де він додатково очищається шляхом адсорбції розчинних нецукрів і особливо фарбувальних  речовин на поверхні частинок дрібного осаду СаСО3, який утворюється при пропущенні діоксиду вуглецю через сік дефекції. Сік першої сатурації подається через підігрівач 25 в гравітаційний відстійник 24. У відстійниках сік поділяється на фракції: освітлену (80% усього соку) і згущену суспензію, що надходить до вакуум-фільтрів 23.
Відфільтрований сік першої сатурації направляється в апарат другої сатурації 22, де з нього відділяється вапно у вигляді СаС03.
Сік другої сатурації подається на фільтри 21. Соки цукрового виробництва фільтруються декілька разів. Залежно від мети фільтрування користуються різними схемами процесу і фільтрувальним обладнанням.
Відфільтрований сік з фільтра 21 подається в котел сульфітації 20. Ціль сульфітаціі - зменшення кольоровості соку шляхом оброблення його діоксином сірки, який отримують при спалюванні сірки.
Сульфітований сік направляють на станцію фільтрів 19, а потім транспортують через підігрівачі в перший корпус випарної станції 18. Випарні установки призначені для послідовного згущення очищеного соку в сатураторі до концентрації густого сиропу; при цьому вміст сухих речовин у продукті збільшується з 14 ... 16% в першому корпусі,  до 65 ... 70% (згущений сироп) в останньому. Свіжа пара надходить тільки в перший корпус, а наступні корпусиобігріваються вторинною парою попереднього корпусу. Площа поверхні нагрівання випарної станції цукрового заводу продуктивністю 5000 т буряка на добу становить 10 000 м2.
Отриманий сироп направляють у сульфітатор 29, а потім на станцію фільтрації  30. Відфільтрований сироп підігрівається в підігрівачі 31, звідки надходить у вакуум-апарати першого продукту 32. Сироп у вакуум-апаратах уварюється до перенасичення, цукор виділяється у вигляді кристалів. Продукт, отриманий після уварювання, називається утфелем. Він містить близько 7,5% води і близько 55% кристалізованого цукру.
Сироп уварюють в періодично діючих вакуум-апаратах. Утфель першої кристалізації з вакуум-апаратів надходить до приймальників утфелемішалки 33, звідки його направляють в розподілювальну мішалку, а потім у центрифуги 34, де під дією відцентрової сили кристали цукру відокремлюються від міжкристалічної рідини. Ця рідина називається першим відтоком. Чистота першого відтоку 75 ... 78%, що значно нижче чистоти утфелю.
Щоб отримати з центрифуги білий цукор, його кристали промивають невеликою  кількістю гарячої води - відбілюють. При відбілюванні частина цукру розчиняється, тому з центрифуги відходить відтік більш високої чистоти - другий відтік.  Другий і перший відтоки подають у вакуум-апарат другий (останньої) кристалізації, де отримують утфель другої кристалізації, що містить близько 50% кристалічного цукру. Цей утфель поступово охолоджують до температури 40 ° С при перемішуванні в утфелемішалках - кристалізаторах. При цьому додатково викристалізовується ще деяка кількість цукру. Нарешті, утфель другої кристаллізації направляється в центрифуги, де від кристалів цукру відокремлюється меляса, яка є відходом цукрового виробництва, тому що одержання з неї цукру методом подальшого згущення і кристалізації нерентабельно. Жовтий цукор другої кристалізації рафінують першим відтоком, отриманий туфель,який направляється в розподільну мішалку, а потім в центрифуги. Отриманий цукор розчиняється, і сік надходить у лінію виробництва.
Білий цукор, який вивантажується з центрифуг 34, має температуру 70 ° С і вологість 0,5% при відбілюванні парою або вологість 1,5% при відбілюванні водою. Він потрапляє на віброконвеєр 35 і транспортується в сушильно-охолоджувальну установку 36. Після сушіння цукор-пісок надходить на ваговий стрічковий конвеєр 37 і далі на вібросито 38. Грудочки цукру відділяються, розчиняються і повертаються в продуктовий цех.
Товарний цукор-пісок надходить в силосні башти 39 (склади тривалого зберігання).
Очищення дифузійного соку — складний комплекс операцій:
оброблення соку гідратом окису кальцію Са(ОН)2, дефекація вуглекислим
газом СО2 (сатурація), відстоювання та фільтрація соку на фільтрпресах або
вакуум-фільтрах, оброблення сірчистим газом SО2 (сульфітація), відстоювання
та фільтрування. Цей складний процес, що кількаразово повторюється,
проводять у різноманітних апаратах: теплообмінниках, переддефекаторах,
дефекаторах, сатураторах, сульфітаторах, відстійниках-декантаторах і фільтрах
різноманітної конструкції.
Необхідні для оброблення соку СаО та СО2 одержують у вапняній печі, в
якій випалюється вапняк (СаСО3), що розкладається за високої температури на
112
СаО та СО2. Одержане випалене вапно гаситься водою у барабанах. У цьому
разі одержують вапняне молоко. Під час гасіння відбувається реакція :
СаО + Н2О = Са(ОН)2.
Вапняне молоко використовують для дефекації.
Під час оброблення вапном частина нецукрів утворює нерозчинні солі, які
осідають, інші нецукри розкладаються вапном або коагулюють, а частина з них
адсорбується на поверхні вуглекислого кальцію. На очищення витрачається
близько 2,5% СаО до маси буряків. Надлишок вапна осаджують вуглекислим
газом СО2.Для ослаблення забарвлення соку застосовують оброблення
сірчистим газом, який одержують спалюванням сірки у спеціальних печах.
Сульфітація також знижує в’язкість соку і стерилізує його. Тривалість
сульфітації — не більше 5 хв за температури соку 85-90°С. Попри складне
оброблення соку вдається вилучити приблизно лише 35-40% цукрів, а решта
переходить у відходи виробництва — мелясу. Наявність нецукрів у соку
унеможливлює вилучення всього цукру у чистому вигляді. Близько 2% цукру
переходить разом із нецукрами у мелясу. Вапно взаємодіє із соком у
різноманітних напрямах. Із цукрозою вапно утворює розчинні у воді сполуки
С12Н22О11СаО. Близько 15% цукрози у дефекованому соку міститься у формі
моносахарату кальцію. Взаємодіючи з багатьма нецукрами дифузійного соку,
вапно дає осад.
Кілька кислот (щавлева, лимонна, винна, фосфорна тощо) осаджуються.
Вапно змінює кислу реакцію соку (рН 6,0-6,5) на лужну (рН 11), запобігаючи
інверсії (розкладу) цукрози під час нагрівання соку. Для цього досить 0,3%
СаО, але додають 2,5-3,0% СаО для збільшення адсорбації барвників та
поліпшення структури осаду. Густина вапняного молока повинна бути 1,19
кг/дм3
, час дефекації — 8-10 хв. Дефекація здійснюється в апаратахпереддефекаторах і дефекаторах. Це місткості з мішалками та пристроями для
введення і виведення продуктів. У зв’язку з тим, що дефектований сік
направляють до сатурації самопливом, контроль якості операції не здійснюється.
Сатурація призначена для переведення вапна, яке міститься в дифузійному
соку, в нерозчинний стан:
С12Н11О11СаО + СО2 = С12Н22О11 + СаСО3.
113
Під час пропускання сірчистого газу, що містить 12-15% сірчистого
ангідриду SО2, одержують сірчисту кислоту:
SО2 + Н2О = Н2SО3,
яка є сильним відновником, а барвники стають безбарвними. Після закінчення
сульфітації сік має слабку лужну реакцію (рН = 8,5). Час сульфітації — 1-5 хв.
Сатуратори і сульфітатори є по суті адсорберами. Використовують і додаткові
засоби для очищення дифузійного соку — кізельгур (адсорбент) та іонообмінні
матеріали.
Типову технологічну схему очищення дифузійного соку можна коротко
описати так.
Очищений від пульпи сік подають у підігрівник, у якому він
нагрівається до 85-90°С, та направляють на попередню дефекацію в
переддефекатор. Перед цим до потоку дифузійного соку додають частину
недогазованого соку І сатурації, який містить 0,3-0,5%, СаО або нормально
відгазованого соку (0,08-0,1% СаО).
Попередньо дефекований сік самопливом надходить у котел основної
дефекації, куди за допомогою дозатора додають вапняне молоко. Потім сік
надходить у котел І сатурації, де обробляється вуглекислим газом до вмісту
0,08-0,10% СаО. Частину нефільтрованого соку І сатурації з контрольного ящика
сатуратора направляють на переддефекацію, а останню частину насосом
перекачують через підігрівник (температура 90-95°С) на фільтрування. Після
цього сік надходить до збірника та на контрольні серветкові фільтри.
Відфільтрований сік І сатурації, підігрітий до 100-102° С у підігрівнику,
насосом надходить у котел сатурації, де він обробляється СО2 до лужності 0,01-
0,25%, потім він надходить на фільтри, збірник та контрольні серветкові
фільтри. Відфільтрований сік II сатурації спрямовують у сульфітатор
самопливом, сірчистий газ із сірчаної печі охолоджують у субліматорі та
вентилятором подають у нижню частину сульфітатора. Потім сульфітований сік
через напірний ящик направляють на випарювання.
чищення сиропу
Густий сироп із концентрацією 65% сухих речовин (СР) змішують із
клеровкою (розчин жовтих цукрів), додають 0,10-0,15% кізельгуру і подають
на сульфітацію (до рН 7,5) до апарата зрошувального типу. Потім сік
підігрівають і фільтрують. Очищений сироп збирають у приймальних
збірниках над вакуум-випарними апаратами. Очищення дифузійного соку і
сиропу — достатньо складний процес, адже відбувається складна взаємодія
різноманітних за хімічним складом продуктів. Осади вилучаються осадженням і
фільтруванням в апаратах різноманітних конструкцій і типів: фільтрпресах,
патронних, дискових, відцентрових, листових, пластинчастих фільтрах.
Відстійники застосовують здебільшого гравітаційні, багатошарові з шаром
рідини заввишки 0,8 м і об’ємом близько 10 м3
.На кожні 100 кг буряків, що
надійшли на перероблення, одержують 120-130 кг очищеного соку з умістом
15-16% СР, з яких на частку цукрози припадає 14-15%. Для відокремлення
цукрози сік згущують до високої концентрації — 92,5-93,5% СР. Згущення
здійснюють упродовж двох стадій. Спочатку його випарюють у випарних
апаратах до концентрації 65% СР. Потім одержаний сироп додатково
очищують, після чого уварюють у вакуум-апаратах до кінцевої концентрації
сухих речовин.
Перша стадія згущення — випарювання — відбувається у
багатокорпусних випарних установках (БВУ), які використовують принцип
утилізації вторинної пари. Вторинна пара першого корпусу випарювання
використовується для обігрівання другого корпусу і т. д. 1 кг пари, що
надходить до першого корпусу, може випарювати в n-корпусній установці
близько 4 кг води. Принцип утилізації вторинної пари дає змогу значно
зменшити витрати пари на випарювання. Випарювання здійснюється у 3-, 4-, 5-
корпусних випарних апаратах.
Очищений сироп надходить до вакуум-апаратів для остаточного
випарювання. Утфель, одержаний після уварювання, містить 7-8% води та
близько 55% цукру, який викристалізовується з маточного розчину.
Міжкристалічна рідина високої в’язкості містить усі нецукри сиропу і
невикристалізований цукор. Уварювання сиропу і дотепер є періодичним
процесом, який проводиться в апаратах із нагрівальною камерою. Уварювання
проходить чотири стадії: згущення сиропу до високої концентрації (коефіцієнт
насичення 1,20-1,25), утворення кристалів після введення до апарата затравки
у вигляді цукрової пудри, нарощування кристалів і згущення утфелю до
концентрації 92,5-93%. Цикл роботи апарата триває 2,5-4,0 год. Утфель
надходить до утфелемішалок, далі через утфелерозподільник — на центрифуги.
Для вилучення кристалів цукру з міжкристалічного розчину
використовують фільтрувальні центрифуги періодичної або безперервної дії. У
115
результаті центрифугування більша частина міжкристалічного розчину
вилучається («зелений відтік»), але на поверхні утворюється невеликий шар
міжкристалічної рідини, для вилучення якої шар кристалів промивають водою.
У результаті цієї операції, що має назву пробілювання, одержують чистий
цукор та відтік, або білу патоку.
Кристалічний цукор після центрифугування надходить до сушарок, а
потім на склад для пакування.
Перероблення відтоку — патоки, що має назву зеленої, може бути
здійснено різними способами (див. рис. 5.1). Зелена патока разом із білою, що
містять значну кількість цукрози, надходять до вакуум-апаратів другого
продукту (уварювання II утфелю), де знову уварюється до високої концентрації
(84,0-85,5 % СР). Водночас цукроза кристалізується і одержаний утфель
надходить на центрифугування. Одержаний на цьому етапі центрифугування так
званий жовтий цукор надходить до клерувального змішувача. Тут він
розчиняється сатураційним соком і надходить до випарників разом з очищеним
сиропом. Відтік із центрифуг другого продукту має назву меляси і є відходом
цукробурякового виробництва. Процес розчинення продукту, що утворюється
після центрифугування, можна багаторазово повторювати (клерування) і також
багаторазово очищати, але витрати на процес одержання додаткової кількості
цукру з кожним циклом зростають. На сучасних цукробурякових заводах
використовується більш складна економічно обґрунтована трипродуктова
схема перероблення зеленого відтоку. Продукт, одержаний після
центрифугування III утфелю, називають бурим цукром.
Під час перероблення буряків одержують 4 % меляси, яка містить
близько 80 % сухих речовин і 20 % води. До складу сухих речовин входить
близько 50 % цукрози, решта — нецукри. Меляса є цінним продуктом і
використовується як корм для худоби, сировина для виробництва спирту,
дріжджів, молочної і лимонної кислот, харчового пектину тощо. Іншими
залишками цукробурякового виробництва є буряковий жом, фільтр-пресний
бруд, транспортно-мийні води. Буряковий жом використовують для відгодівлі
худоби. Фільтр-пресний бруд може використовуватись як добриво для деяких
видів ґрунтів. Транспортно-мийні води спрямовують на поля фільтрації. Мелясу
переробляють переважно на спиртових заводах на харчовий спирт-ректифікат,
технічний спирт-біопаливо.
Використання вторинної сировини при виготовленні цукру
Асортимент продукції цукрових заводів України обмежений, здебільшого,
випуском кристалічного цукру-піску. Водночас у розвинених країнах
випускають жовтий цукор, жовтий рафінад, кольоровий цукор та інші види
спеціальних цукрів. Жовтий цукор містить у собі, крім цукрози, значну
кількість корисних нецукрів-амінокислот, оксикислот, макро- і мікроелементів
та інших речовин, необхідних для повноцінного харчування людини. До того ж,
собівартість його нижча за собівартість білого цукру і у разі забезпечення
відповідної якості цей продукт знайде споживача.
Особливе значення для розширення асортименту продукції цукрових
заводів має організація випуску рідких цукропродуктів, надзвичайно цінних для
трансформації біологічно активних речовин в організмі людини. Але рідкі
цукропродукти, на жаль, в Україні не випускаються.
З погляду фахівців, виробництво рідких цукропродуктів із сиропу з
випарної станції дасть змогу створити безмелясну технологію, за якою близько
2,5% цукрози, що втрачається з мелясою, буде залишатися в готовому продукті і
продаватися споживачам за вартістю цукру. До того ж, значно
зменшаться витрати на вантажно-розвантажувальні роботи.
Заслуговує на увагу технологія очищення меляси для використання її у
мікробіологічному виробництві амінокислот та інших продуктів.
Підвищення культури цукробурякового виробництва дасть змогу не
лише зменшити втрати цукрози, а й одержати цукор високої мікробіологічної
чистоти, оскільки цих вимог уже давно дотримуються на світовому ринку.
Підвищення рентабельності цукрового виробництва України
найближчими роками можливе в напрямі зниження собівартості сировини та її
технічного перероблення за рахунок збільшення врожайності буряків та
вилучення з них цукру на цукрових заводах.

                       Питання для самоперевірки
1. Яку сировину використовують для виробництва цукру? Охарактеризуйте її
хімічний склад.
2. Охарактеризуйте принципово-технологічну схему виробництва цукру.
3. З якою метою сік обробляють вапном?
4. Охарактеризуйте процес випарювання соку та утворення сиропу.
5. Як вилучити кристали цукру з міжкристалічного розчину?
6. У чому полягає раціональне використання відходів цукрових заводів?


Рис.3.2.Машино-апаратурна схема виробництва цукру із цукрового буряка.
Цукор, розчинений в буряковому соку коренеплоду, витягується з клітин противотечійною дифузією, за якою стружка надходить в головну частину агрегату і рухається до хвостової частини, цукор віддається  дифузією в воду, яка  рухається назустріч буряковій стружці. З кінця хвостової частини агрегату виводиться стружка з малою концентрацією цукру, а екстрагент, збагачений цукром, виводиться як дифузійний сік. З 100 кг буряка отримують приблизно 120 кг дифузійного соку. Жом відводиться з дифузійних установок конвеєром 16 в цех для пресування, сушіння та брикетування.
Дифузійний сік пропускається через фільтр 17, підігрівається в пристрої 28 і направляється в апарати попередньої та основної дефекації 27, де він очищається в результаті коагуляції білків і фарбувальних речовин і осадження ряду аніонів, що дають нерозчинні солі з іоном кальцію, що містяться у вапняковому молоці (розчин вапна). Вапняне молоко вводиться в сік за допомогою дозувальних пристроїв. 
Сік дефекації подається в котел першої сатурації 26, де він додатково очищається шляхом адсорбції розчинних нецукрів і особливо фарбувальних  речовин на поверхні частинок дрібного осаду СаСО3, який утворюється при пропущенні діоксиду вуглецю через сік дефекції. Сік першої сатурації подається через підігрівач 25 в гравітаційний відстійник 24. У відстійниках сік поділяється на фракції: освітлену (80% усього соку) і згущену суспензію, що надходить до вакуум-фільтрів 23.
Відфільтрований сік першої сатурації направляється в апарат другої сатурації 22, де з нього відділяється вапно у вигляді СаС03.
Сік другої сатурації подається на фільтри 21. Соки цукрового виробництва фільтруються декілька разів. Залежно від мети фільтрування користуються різними схемами процесу і фільтрувальним обладнанням.
Відфільтрований сік з фільтра 21 подається в котел сульфітації 20. Ціль сульфітаціі - зменшення кольоровості соку шляхом оброблення його діоксином сірки, який отримують при спалюванні сірки.
Сульфітований сік направляють на станцію фільтрів 19, а потім транспортують через підігрівачі в перший корпус випарної станції 18. Випарні установки призначені для послідовного згущення очищеного соку в сатураторі до концентрації густого сиропу; при цьому вміст сухих речовин у продукті збільшується з 14 ... 16% в першому корпусі,  до 65 ... 70% (згущений сироп) в останньому. Свіжа пара надходить тільки в перший корпус, а наступні корпусиобігріваються вторинною парою попереднього корпусу. Площа поверхні нагрівання випарної станції цукрового заводу продуктивністю 5000 т буряка на добу становить 10 000 м2.
Отриманий сироп направляють у сульфітатор 29, а потім на станцію фільтрації  30. Відфільтрований сироп підігрівається в підігрівачі 31, звідки надходить у вакуум-апарати першого продукту 32. Сироп у вакуум-апаратах уварюється до перенасичення, цукор виділяється у вигляді кристалів. Продукт, отриманий після уварювання, називається утфелем. Він містить близько 7,5% води і близько 55% кристалізованого цукру.
Сироп уварюють в періодично діючих вакуум-апаратах. Утфель першої кристалізації з вакуум-апаратів надходить до приймальників утфелемішалки 33, звідки його направляють в розподілювальну мішалку, а потім у центрифуги 34, де під дією відцентрової сили кристали цукру відокремлюються від міжкристалічної рідини. Ця рідина називається першим відтоком. Чистота першого відтоку 75 ... 78%, що значно нижче чистоти утфелю.
Щоб отримати з центрифуги білий цукор, його кристали промивають невеликою  кількістю гарячої води - відбілюють. При відбілюванні частина цукру розчиняється, тому з центрифуги відходить відтік більш високої чистоти - другий відтік.  Другий і перший відтоки подають у вакуум-апарат другий (останньої) кристалізації, де отримують утфель другої кристалізації, що містить близько 50% кристалічного цукру. Цей утфель поступово охолоджують до температури 40 ° С при перемішуванні в утфелемішалках - кристалізаторах. При цьому додатково викристалізовується ще деяка кількість цукру. Нарешті, утфель другої кристаллізації направляється в центрифуги, де від кристалів цукру відокремлюється меляса, яка є відходом цукрового виробництва, тому що одержання з неї цукру методом подальшого згущення і кристалізації нерентабельно. Жовтий цукор другої кристалізації рафінують першим відтоком, отриманий туфель,який направляється в розподільну мішалку, а потім в центрифуги. Отриманий цукор розчиняється, і сік надходить у лінію виробництва.
Білий цукор, який вивантажується з центрифуг 34, має температуру 70 ° С і вологість 0,5% при відбілюванні парою або вологість 1,5% при відбілюванні водою. Він потрапляє на віброконвеєр 35 і транспортується в сушильно-охолоджувальну установку 36. Після сушіння цукор-пісок надходить на ваговий стрічковий конвеєр 37 і далі на вібросито 38. Грудочки цукру відділяються, розчиняються і повертаються в продуктовий цех.
Товарний цукор-пісок надходить в силосні башти 39 (склади тривалого зберігання).
Очищення дифузійного соку — складний комплекс операцій:
оброблення соку гідратом окису кальцію Са(ОН)2, дефекація вуглекислим
газом СО2 (сатурація), відстоювання та фільтрація соку на фільтрпресах або
вакуум-фільтрах, оброблення сірчистим газом SО2 (сульфітація), відстоювання
та фільтрування. Цей складний процес, що кількаразово повторюється,
проводять у різноманітних апаратах: теплообмінниках, переддефекаторах,
дефекаторах, сатураторах, сульфітаторах, відстійниках-декантаторах і фільтрах
різноманітної конструкції.
Необхідні для оброблення соку СаО та СО2 одержують у вапняній печі, в
якій випалюється вапняк (СаСО3), що розкладається за високої температури на
112
СаО та СО2. Одержане випалене вапно гаситься водою у барабанах. У цьому
разі одержують вапняне молоко. Під час гасіння відбувається реакція :
СаО + Н2О = Са(ОН)2.
Вапняне молоко використовують для дефекації.
Під час оброблення вапном частина нецукрів утворює нерозчинні солі, які
осідають, інші нецукри розкладаються вапном або коагулюють, а частина з них
адсорбується на поверхні вуглекислого кальцію. На очищення витрачається
близько 2,5% СаО до маси буряків. Надлишок вапна осаджують вуглекислим
газом СО2.Для ослаблення забарвлення соку застосовують оброблення
сірчистим газом, який одержують спалюванням сірки у спеціальних печах.
Сульфітація також знижує в’язкість соку і стерилізує його. Тривалість
сульфітації — не більше 5 хв за температури соку 85-90°С. Попри складне
оброблення соку вдається вилучити приблизно лише 35-40% цукрів, а решта
переходить у відходи виробництва — мелясу. Наявність нецукрів у соку
унеможливлює вилучення всього цукру у чистому вигляді. Близько 2% цукру
переходить разом із нецукрами у мелясу. Вапно взаємодіє із соком у
різноманітних напрямах. Із цукрозою вапно утворює розчинні у воді сполуки
С12Н22О11СаО. Близько 15% цукрози у дефекованому соку міститься у формі
моносахарату кальцію. Взаємодіючи з багатьма нецукрами дифузійного соку,
вапно дає осад.
Кілька кислот (щавлева, лимонна, винна, фосфорна тощо) осаджуються.
Вапно змінює кислу реакцію соку (рН 6,0-6,5) на лужну (рН 11), запобігаючи
інверсії (розкладу) цукрози під час нагрівання соку. Для цього досить 0,3%
СаО, але додають 2,5-3,0% СаО для збільшення адсорбації барвників та
поліпшення структури осаду. Густина вапняного молока повинна бути 1,19
кг/дм3
, час дефекації — 8-10 хв. Дефекація здійснюється в апаратахпереддефекаторах і дефекаторах. Це місткості з мішалками та пристроями для
введення і виведення продуктів. У зв’язку з тим, що дефектований сік
направляють до сатурації самопливом, контроль якості операції не здійснюється.
Сатурація призначена для переведення вапна, яке міститься в дифузійному
соку, в нерозчинний стан:
С12Н11О11СаО + СО2 = С12Н22О11 + СаСО3.
113
Під час пропускання сірчистого газу, що містить 12-15% сірчистого
ангідриду SО2, одержують сірчисту кислоту:
SО2 + Н2О = Н2SО3,
яка є сильним відновником, а барвники стають безбарвними. Після закінчення
сульфітації сік має слабку лужну реакцію (рН = 8,5). Час сульфітації — 1-5 хв.
Сатуратори і сульфітатори є по суті адсорберами. Використовують і додаткові
засоби для очищення дифузійного соку — кізельгур (адсорбент) та іонообмінні
матеріали.
Типову технологічну схему очищення дифузійного соку можна коротко
описати так.
Очищений від пульпи сік подають у підігрівник, у якому він
нагрівається до 85-90°С, та направляють на попередню дефекацію в
переддефекатор. Перед цим до потоку дифузійного соку додають частину
недогазованого соку І сатурації, який містить 0,3-0,5%, СаО або нормально
відгазованого соку (0,08-0,1% СаО).
Попередньо дефекований сік самопливом надходить у котел основної
дефекації, куди за допомогою дозатора додають вапняне молоко. Потім сік
надходить у котел І сатурації, де обробляється вуглекислим газом до вмісту
0,08-0,10% СаО. Частину нефільтрованого соку І сатурації з контрольного ящика
сатуратора направляють на переддефекацію, а останню частину насосом
перекачують через підігрівник (температура 90-95°С) на фільтрування. Після
цього сік надходить до збірника та на контрольні серветкові фільтри.
Відфільтрований сік І сатурації, підігрітий до 100-102° С у підігрівнику,
насосом надходить у котел сатурації, де він обробляється СО2 до лужності 0,01-
0,25%, потім він надходить на фільтри, збірник та контрольні серветкові
фільтри. Відфільтрований сік II сатурації спрямовують у сульфітатор
самопливом, сірчистий газ із сірчаної печі охолоджують у субліматорі та
вентилятором подають у нижню частину сульфітатора. Потім сульфітований сік
через напірний ящик направляють на випарювання.
чищення сиропу
Густий сироп із концентрацією 65% сухих речовин (СР) змішують із
клеровкою (розчин жовтих цукрів), додають 0,10-0,15% кізельгуру і подають
на сульфітацію (до рН 7,5) до апарата зрошувального типу. Потім сік
підігрівають і фільтрують. Очищений сироп збирають у приймальних
збірниках над вакуум-випарними апаратами. Очищення дифузійного соку і
сиропу — достатньо складний процес, адже відбувається складна взаємодія
різноманітних за хімічним складом продуктів. Осади вилучаються осадженням і
фільтруванням в апаратах різноманітних конструкцій і типів: фільтрпресах,
патронних, дискових, відцентрових, листових, пластинчастих фільтрах.
Відстійники застосовують здебільшого гравітаційні, багатошарові з шаром
рідини заввишки 0,8 м і об’ємом близько 10 м3
.На кожні 100 кг буряків, що
надійшли на перероблення, одержують 120-130 кг очищеного соку з умістом
15-16% СР, з яких на частку цукрози припадає 14-15%. Для відокремлення
цукрози сік згущують до високої концентрації — 92,5-93,5% СР. Згущення
здійснюють упродовж двох стадій. Спочатку його випарюють у випарних
апаратах до концентрації 65% СР. Потім одержаний сироп додатково
очищують, після чого уварюють у вакуум-апаратах до кінцевої концентрації
сухих речовин.
Перша стадія згущення — випарювання — відбувається у
багатокорпусних випарних установках (БВУ), які використовують принцип
утилізації вторинної пари. Вторинна пара першого корпусу випарювання
використовується для обігрівання другого корпусу і т. д. 1 кг пари, що
надходить до першого корпусу, може випарювати в n-корпусній установці
близько 4 кг води. Принцип утилізації вторинної пари дає змогу значно
зменшити витрати пари на випарювання. Випарювання здійснюється у 3-, 4-, 5-
корпусних випарних апаратах.
Очищений сироп надходить до вакуум-апаратів для остаточного
випарювання. Утфель, одержаний після уварювання, містить 7-8% води та
близько 55% цукру, який викристалізовується з маточного розчину.
Міжкристалічна рідина високої в’язкості містить усі нецукри сиропу і
невикристалізований цукор. Уварювання сиропу і дотепер є періодичним
процесом, який проводиться в апаратах із нагрівальною камерою. Уварювання
проходить чотири стадії: згущення сиропу до високої концентрації (коефіцієнт
насичення 1,20-1,25), утворення кристалів після введення до апарата затравки
у вигляді цукрової пудри, нарощування кристалів і згущення утфелю до
концентрації 92,5-93%. Цикл роботи апарата триває 2,5-4,0 год. Утфель
надходить до утфелемішалок, далі через утфелерозподільник — на центрифуги.
Для вилучення кристалів цукру з міжкристалічного розчину
використовують фільтрувальні центрифуги періодичної або безперервної дії. У
115
результаті центрифугування більша частина міжкристалічного розчину
вилучається («зелений відтік»), але на поверхні утворюється невеликий шар
міжкристалічної рідини, для вилучення якої шар кристалів промивають водою.
У результаті цієї операції, що має назву пробілювання, одержують чистий
цукор та відтік, або білу патоку.
Кристалічний цукор після центрифугування надходить до сушарок, а
потім на склад для пакування.
Перероблення відтоку — патоки, що має назву зеленої, може бути
здійснено різними способами (див. рис. 5.1). Зелена патока разом із білою, що
містять значну кількість цукрози, надходять до вакуум-апаратів другого
продукту (уварювання II утфелю), де знову уварюється до високої концентрації
(84,0-85,5 % СР). Водночас цукроза кристалізується і одержаний утфель
надходить на центрифугування. Одержаний на цьому етапі центрифугування так
званий жовтий цукор надходить до клерувального змішувача. Тут він
розчиняється сатураційним соком і надходить до випарників разом з очищеним
сиропом. Відтік із центрифуг другого продукту має назву меляси і є відходом
цукробурякового виробництва. Процес розчинення продукту, що утворюється
після центрифугування, можна багаторазово повторювати (клерування) і також
багаторазово очищати, але витрати на процес одержання додаткової кількості
цукру з кожним циклом зростають. На сучасних цукробурякових заводах
використовується більш складна економічно обґрунтована трипродуктова
схема перероблення зеленого відтоку. Продукт, одержаний після
центрифугування III утфелю, називають бурим цукром.
Під час перероблення буряків одержують 4 % меляси, яка містить
близько 80 % сухих речовин і 20 % води. До складу сухих речовин входить
близько 50 % цукрози, решта — нецукри. Меляса є цінним продуктом і
використовується як корм для худоби, сировина для виробництва спирту,
дріжджів, молочної і лимонної кислот, харчового пектину тощо. Іншими
залишками цукробурякового виробництва є буряковий жом, фільтр-пресний
бруд, транспортно-мийні води. Буряковий жом використовують для відгодівлі
худоби. Фільтр-пресний бруд може використовуватись як добриво для деяких
видів ґрунтів. Транспортно-мийні води спрямовують на поля фільтрації. Мелясу
переробляють переважно на спиртових заводах на харчовий спирт-ректифікат,
технічний спирт-біопаливо.
Використання вторинної сировини при виготовленні цукру
Асортимент продукції цукрових заводів України обмежений, здебільшого,
випуском кристалічного цукру-піску. Водночас у розвинених країнах
випускають жовтий цукор, жовтий рафінад, кольоровий цукор та інші види
спеціальних цукрів. Жовтий цукор містить у собі, крім цукрози, значну
кількість корисних нецукрів-амінокислот, оксикислот, макро- і мікроелементів
та інших речовин, необхідних для повноцінного харчування людини. До того ж,
собівартість його нижча за собівартість білого цукру і у разі забезпечення
відповідної якості цей продукт знайде споживача.
Особливе значення для розширення асортименту продукції цукрових
заводів має організація випуску рідких цукропродуктів, надзвичайно цінних для
трансформації біологічно активних речовин в організмі людини. Але рідкі
цукропродукти, на жаль, в Україні не випускаються.
З погляду фахівців, виробництво рідких цукропродуктів із сиропу з
випарної станції дасть змогу створити безмелясну технологію, за якою близько
2,5% цукрози, що втрачається з мелясою, буде залишатися в готовому продукті і
продаватися споживачам за вартістю цукру. До того ж, значно
зменшаться витрати на вантажно-розвантажувальні роботи.
Заслуговує на увагу технологія очищення меляси для використання її у
мікробіологічному виробництві амінокислот та інших продуктів.
Підвищення культури цукробурякового виробництва дасть змогу не
лише зменшити втрати цукрози, а й одержати цукор високої мікробіологічної
чистоти, оскільки цих вимог уже давно дотримуються на світовому ринку.
Підвищення рентабельності цукрового виробництва України
найближчими роками можливе в напрямі зниження собівартості сировини та її
технічного перероблення за рахунок збільшення врожайності буряків та
вилучення з них цукру на цукрових заводах.

                       Питання для самоперевірки
1. Яку сировину використовують для виробництва цукру? Охарактеризуйте її
хімічний склад.
2. Охарактеризуйте принципово-технологічну схему виробництва цукру.
3. З якою метою сік обробляють вапном?
4. Охарактеризуйте процес випарювання соку та утворення сиропу.
5. Як вилучити кристали цукру з міжкристалічного розчину?
6. У чому полягає раціональне використання відходів цукрових заводів?

Комментариев нет:

Отправить комментарий