Сахар — пищевой продукт, состоящий из сахарозы высокой степени чистоты.
Сахароза имеет приятный сладкий вкус. В водных растворах сладость ее ощущается при концентрации около 0,4%. Растворы, содержащие свыше 30% сахарозы, приторно-сладкие. Энергетическая ценность 100 г сахара составляет 1565-1569 кДж (374 ккал).
Сахароза быстро и легко усваивается. В организме под действием ферментов она расщепляется на глюкозу и фруктозу. Сахароза используется организмом человека как источник энергии и материал для образования гликогена, жира, белково-углеродных соединений.
Сырьем для выработки сахара служат сахарный тростник, произрастающий в районах с тропическим и субтропическим климатом, и сахарная свекла (около 45%). Для производства сахара используют также сорго, кукурузу, пальму. Отечественная промышленность вырабатывает из сахарной свеклы сахар двух видов: сахар-песок и сахар-рафинад.
Товарный сахар должен практически полностью состоять из сахарозы. Свободные примеси не допускаются, но в процессе производства несахара могут адсорбироваться внутри кристаллов сахарозы и на их поверхности в виде тонкой пленки. Кроме того, во всех видах сахара присутствуют минеральные веществ (Na, К, Са, Fe) — около 0,006%.
Сахар-песок представляет собой сыпучий продукт, состоящий из кристаллов сахарозы. Получают его из веретенообразных, белого цвета корнеплодов сахарной свеклы.
Основные стадии производства сахара-песка
Свеклу моют, измельчают в стружку (в узкие тонкие пластины) и обрабатывают в диффузионных барабанах горячей водой. Переход сахара и растворимых несахаров из свеклы в воду совершается вследствие диффузии. Диффузионный сок очищают от механических примесей и несахаров и обрабатывают известковым молоком (водной суспензией оксида кальция) для нейтрализации кислот, осаждения солей алюминия, магния, железа и коагуляции белков и красящих веществ (дефекация).
Для осажчения избытка извести и виде мелкокристаллического углекислого кальция, на поверхности частиц которого адсорбируются несахара, сок обрабатывают диоксидом углерода (сатурация). На следующей стадии сок сгущают путем выпаривания, затем следует кристаллизация сахара из сиропа — образование утфеля и отделение кристаллов сахара от межкристальной жидкости (зеленой патоки). Кристаллы сахара промывают водой и отделяют их от межкристальной жидкости (белой патоки); на последней стадии проводят сушку, охлаждение и освобождение кристаллов от ферромагнитных примесей и комков сахара.
Товарный получают только при уваривании утфеля 1-й кристаллизации.
Белая и зеленая патоки, полученные при центрифугировании утфеля 1-й кристаллизации, поступают на уваривание утфеля 2-й кристаллизации. При центрифугировании утфеля 2-й кристаллизации получают также два оттека (белая и зеленая патока) и сахар 2-й кристаллизации. Он удерживает на своей поверхности пленку межкристального раствора, поэтому окрашен в интенсивно желтый цвет.
Для уваривания утфеля 3-й кристаллизации используют второй и первый оттеки утфеля 2-й кристаллизации. Получаемый в результате сахар 3-й кристаллизации наравне с сахаром 2-й кристаллизации используется на уваривание утфеля 1-й кристаллизации. Оттек, отбираемый при центрифугировании утфеля 3-й кристаллизации, называется мелассой, она является отходом производства.
Качество сахара-песка определяют по ГОСТ 21-94. Из орга- полептических показателей оценивают: вкус и запах - сладкий, без посторонних привкусов и запахов, как сухого сахара, так и его растворов; сыпучесть - без комков, сыпучий, предназначенный для промышленной переработки, может иметь комки, разваливающиеся при легком нажатии; цвет товарного сахара-песка — белый, для промышленной переработки — белый с желтоватым оттенком; чистоту раствора — раствор сахара прозрачный или слабо опалесцирующий, без нерастворимого осадка, механических или других посторонних примесей.
По физико-химическим показателям (в пересчете на сухое вещество) сахар-песок должен соответствовать следующим требованиям (в %): массовая доля сахарозы - не менее 99,75, для промышленной переработки — не менее 99,65; массовая доля редуцирующих веществ - не более 0,050, для промышленной переработки — не более 0,065; массовая доля золы - не более 0,04, для промышленной переработки — не более 0,05; массовая доля влаги - не более 0,14, для промышленной переработки — 0,15; массовая доля ферропримесеи - не более 0,0003; цветность (в условных единицах оптической плотности) — не более 0,8, для промышленной переработки — не более 1,5.
Наиболее распространенные дефекты сахара-песка — увлажнение, потеря сыпучести, наличие нерассыпающихся комочков являются результатом хранения при высокой относи тельной влажности и резких перепадах температуры воздуха. Нехарактерный желтоватый или сероватый цвет и наличие комочков непробеленного сахара появляются при нарушении технологии. Посторонние вкус и запах образуются при упаковке в новые мешки, обработанные эмульсией с запахом нефтепродуктов, а также при несоблюдении товарного соседства; посторонние примеси (окалина, ворс и костра) — результат плохой очистки сахара на электромагнитах и использования для упаковки мешков из плохо обработанной мешковины.
Сахар-рафинад — продукт, состоящий из кристаллической, дополнительно очищенной (рафинированной) сахарозы, выпускаемой в виде кусков и кристаллов. Цель рафинации сахара-песка или тростникового сахара-сырца заключается в том, чтобы в результате последовательного выполнения технологических операций максимально удалить примеси и получить практически чистую сахарозу. По действующему стандарту содержание примесей в сахаре-рафинаде — не более 0,1%. Рафинация — это отделение сахарозы от несахаров путем ее кристаллизации в растворах.
Основные стадии производства сахара-рафинада. Сахар-песок растворяют в воде. Полученный сироп очищают, применяя адсорбенты (активные угли) и иониты, поглощающие из сиропа красящие вещества.
В рафинадном производстве проводят несколько циклов кристаллизации. Сахар-рафинад получают на первых двух или трех циклах, на последующих трех-четырех циклах из паток получают желтый сахар, который возвращают на переработку. Из последнего цикла выводят рафинадную патоку как отход производства.
Для снижения инверсии сахарозы поддерживают слабощелочную реакцию сахарных растворов, а для маскировки желтого оттенка рафинада применяют краситель синего цвета — ультрамарин. Его добавляют в виде суспензии в рафинадный утфель или при промывке кристаллов сахара в центрифугах.
Сахар-рафинад вырабатывается в следующем ассортименте:
- прессованный колотый насыпью в мешках, пачках и коробках;
- прессованный быстрорастворимый в пачках и коробках;
- прессованный в мелкой фасовке;
- рафинированный сахар-песок насыпью в мешках и пакетах;
- рафинированный сахар-песок в мелкой фасовке;
- сахароза для шампанского;
- рафинадная пудра насыпью в мешках и пакетах.
Кусковой прессованный сахар-рафинад вырабатывается в виде отдельных кусочков, имеющих форму параллелепипеда. Толщина кусочка сахара-рафинада прессованного колотого может быть 11 и 22 мм. Допускаются отклонения от толщины по месту раскола кусочков ±3 мм.
Рафинированный сахар-песок вырабатывают со следующими размерами кристаллов (в мм): от 0,2 до 0,8 — мелкий; от 0,5 до 1,2 — средний; от 1,0 до 2,5 — крупный.
Сахарозу для шампанского вырабатывают в виде кристаллов размером от 1,0 до 2,5 мм.
Сахар-рафинад прессованный получается удалением на центрифугах патоки изутфеля и промыванием кристаллов клерсом (чистым раствором сахара-рафинада). Влажные кристаллы образуют рафинадную кашку. Их грани покрыты тонкой пленкой сахарного раствора. Из кашки на прессах формуют кусочки сахара-рафинада или бруски, которые раскалывают после сушки на кусочки.
Крепость получаемого сахара-рафинада зависит от влажности кашки, которую регулируют количеством оставшегося в ней клерса. Влажность кашки для получения быстрорастворимого сахара-рафинада должна быть 1,6-1,8%, прессованного колотого — 1,8-2,3%. Бруски сахара-рафинада обладают капиллярно-пористой структурой, что способствует их высушиванию. Удаление влаги в процессе сушки вызывает дополнительную кристаллизацию сахарозы, которая была в ней растворена. Чем больше клерса находится в бруске или кусочке прессованного сахара-рафинада (следовательно, и растворенной сахарозы), тем более прочно она соединяет кристаллы в конгломерат и сахар-рафинад получается более крепким.
Качество сахара-рафинада оценивают по ГОСТ 22-94. По органолептическим показателям сахар-рафинад должен соответствовать следующим требованиям: вкус и запах - сладкие, без посторонних привкуса и запаха как сухого сахара, так и его водного раствора; цвет — белый, чистый, без посторонних примесей, допускается голубоватый оттенок; сыпучесть - рафинированный сахар-песок сыпучий, без комков; чистота раствора - раствор сахара прозрачный или слабо опалесцирующий, допускается едва уловимый опалесцирующий оттенок.
Дефекты сахара-рафинада: сероватый оттенок, темные вкрапления и др. — результат недостаточного осветления сиропов, засорения кашки, несоблюдения режимов прессования и сушки.
Технологическая линия производства сахара-песка
из сахарной свеклы
Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Сахар – относится к важнейшим компонентам пищевого рациона – углеводам. Последние подразделяются на моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза), на перевариваемые полисахариды (крахмал, глюкоген) и неперевариваемые полисахариды (пищевые волокна). Моносахариды и дисахариды имеют сладкий вкус и поэтому их называют сахарами. Дисахариды и неперевариваемые полисахариды расщепляются в организме человека с образованием глюкозы и фруктозы. Сахароза легко и полностью усваивается в организме человека, способствует быстрому восстановлению затраченной энергии.
При переработки сахарной свеклы для пищевых целей вырабатывают белый сахар-песок, содержащий не менее 99,75 % сахарозы (в пересчете на сухое вещество) и имеющий цветность не более 0,8 условных единиц. Для промышленной переработки также производят белый с желтым оттенком сахар-песок, содержащий не менее 99,55 % сахарозы (в перерасчете на сухое вещество) и имеющий цветность не более 1,5 условных единиц. Сахар-песок вырабатывается с размерами кристаллов от 0,2 до 2,5 мм.
Качество сахара-песка должно соответствовать требованиям стандарта по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.
Сахар-песок имеет особую ценность благодаря быстроте и легкости его усвояемости и тем самым служит незаменимым источником калорий для людей умственного и физического труда.
Исходным сырьем в отечественной сахарной промышленности является сахарная свекла, корнеплод которой выкапывают и отгружают на переработку. Заготовляемая свекла должна соответствовать требованиям стандарта по показателям физического состояния и нормированного содержания корнеплодов с определенными дефектами (подвяленные, цветущие, поврежденные и др.). Технологические качества сахарной свеклы также зависят от технической спелости свеклы во время уборки, общей загрязненности и важнейших химических показателей – содержания сахарозы и чистоты свекловичного сока.
Следует отметить, что у заготовителей свеклы в процессе хранения происходит ухудшение большинства показателей качества, что в свою очередь снижает эффективность протекания технологических процессов, повышает потери сахарозы, снижает выход и качество готовой продукции . Поэтому оптимальный производственный период переработки сахарной свеклы равен 100 суткам.
Основными полуфабрикатами свеклосахарного производства являются свекловичная стружка, диффузионный сок, сироп, утфель и промытый сахар-песок. Свекловичная стружка – срезы свеклы определенных размеров и формы, полученные путем изрезания корнеплодов в свеклорезках. Диффузионный сок – водный раствор сахарозы и несахаров, извлеченный из свекловичной стружки диффузионным методом. Сироп – насыщенный сахарный раствор, полученный из очищенного сока выпариванием из него воды в выпарной установке. Утфель – масса, состоящая из кристаллов сахарозы и межкристального раствора, образующаяся при уваривании сиропа и оттеков в вакуум-аппаратах . Промышленный сахар-песок – промытые горячей водой кристаллы сахарозы, отделенные от межкристального раствора (оттеков) при центрифугировании утфеля.
В результате переработки сахарной свеклы наряду с основной продукцией (сахар-песок) получают большое количество побочной продукции. При среднем выходе сахара 10…12 % свекловичное производство дает в процентах к массе переработанной свеклы: 80…83 сырого свекловичного жома, 5,0…5,5 мелассы, 10…13 фильтрационного осадка, которые являются ценными вторичными ресурсами .
Свекловичный жом представляет собой обессахаренную свекловичную стружку, оставшаяся после извлечения из нее сахарозы диффузионным методом. Он содержит 0,3 % сахарозы. Жом имеет большую кормовую ценность, однако для увеличения срока хранения требуется его обработка: высушивание или силосование. Эффективность использования жома можно повысить за счет получения из него пектина, пищевых волокон, метана, одноклеточного протеина.
Меласса представляет собой межкристальный раствор, получаемый при центрифугирования утфеля последней кристаллизации. Меласса содержит: минеральные органические вещества, в том числе углеводы; ценные аминокислоты и амиды; катионы щелочных и щелочноземельных металлов; анионы угольной, серной и фосфорной кислот. Около 50 % вырабатываемой мелассы направляется на кормовые цели.
Кроме того, меласса является ценным сырьем для производства этилового спирта, дрожжей, пищевых кислот, растворителей и др.
Фильтрационный осадок содержит углекислый газ, азотистые соединения, безазотистые соединения и минеральные вещества, ряд элементов и других соединений, полезных для питания растений и животных. Однако этот ценный отход свеклосахарного производства до настоящего времени не находит полезного практического применения, он наносит ущерб экологии природной среды при накапливании в отвалах.
Особенности производства и потребления готовой продукции. Сахарные заводы размещаются в местах выращивания сахарной свеклы. Современный свеклосахарный завод – это крупное промышленное предприятие, которое в зависимости от проектной мощности может перерабатывать от 1,5 до 6 тысяч тонн сахарной свеклы в сутки.
После распада СССР на территории России осталось 95 свеклосахарных заводов. В новых экономических условиях эти предприятия существенно сократили выработку сахара, так как объем перерабатываемой свеклы уменьшился в 2 раза. При этом возросли объемы переработки импортного тростникового сахара-сырца.
В настоящее время резко сократились площади посева и объем заготовки сахарной свеклы. Основные производственные фонды сахарных заводов имеют значительный износ.
Восстановление и дальнейшее развитие отечественного свеклосахарного комплекса зависит от решения проблем по созданию производства, конкурентоспособного на мировом рынке. При этом придется учитывать, что около 80 % конструкторско-исследовательской и машиностроительной базы осталось на Украине.
Особенности производства сахара-песка из сахарной свеклы обусловлены тем, что готовая продукция практически чистая сахароза. Такой химический состав продукции достигается тем, что почти на всех стадиях технологического процесса выполняются операции очистки исходного сырья и полуфабрикатов от загрязнений и посторонних примесей. Большинство операций связано с обеспечением чистоты наружной поверхности корнеплодов свеклы, диффузионного сока, а также кристаллов белого сахара.
Наружную поверхность корнеплодов сахарной свеклы очищают от легких (плавающих) и тяжелых (камни, песок и др.) примесей. Значительная часть примесей отделяется при транспортировании свеклы на переработку в потоке свекловодяной смеси. Загрязнения, прочно связанные с поверхностью корнеплодов, отмывают при помощи механических рабочих органов в моечных машинах.
Вода является наиболее материалоемким отходом производства . Количество воды при прямоточной схеме ее использования (без повторного и оборотного) составляет около 1800 % к массе перерабатываемой свеклы. Промышленные сточные воды требуют специальной очистки, чтобы исключить отрицательное воздействие на окружающую среду.
В связи с полной механизацией уборочных и погрузочно-разгрузочных работ значительно увеличились загрязнения свеклы землей и зеленой массой. Свекла с повышенной загрязненностью значительно увеличивает объем транспортных перевозок, расход транспортерно-моечной воды и нагрузку на очистные сооружения , снижает производительность при переработке свеклы, что в конечном счете приводит к дополнительным затратам и снижению конкурентоспособности производства.
Следует отметить, что при всех дополнительных усилиях не удается получить свеклу с необходимой для прогрессивной технологии чистотой наружной поверхности, что приводит к износу оборудования. В частности, в СССР были прекращены серийный выпуск и практическое применение дисковых свеклорезок. Среди известных типов свеклорезок именно дисковые потребляют меньше энергии и производят свекловичную стружку хорошего качества. Для надежной работы дисковых свеклорезок требуется более высокий уровень чистоты свеклы, но это не препятствует их широкому применению на передовых зарубежных сахарных заводах.
Диффузионный сок содержит примерно 16…19 % сухих веществ из них 14…17 % сахарозы и около 2 % несахаров. Все сахара в большей или меньшей степени затрудняют получение кристаллической сахарозы и увеличивают ее потери с мелассой. Одна часть несахаров при кристаллизации способна удерживать в растворе 1,2…1,5 части сахарозы. Поэтому одной из важнейших задач технологии сахарного производства является максимальное удаление несахаров из сахарных растворов.
В состав несахаров входят многочисленные вещества: органические кислоты, белки, пектины, жиры, редуцирующие вещества (продукты разложения сахарозы в водных растворах на глюкозу и фруктозу под действием ионов водорода или ферментов), красящие вещества и др. Несахара обладают широким спектром физико-химических свойств, что обусловливает различную природу реакций, приводящих к удалению их из диффузионного сока.
Последовательность основных этапов физико-химической очистки диффузионного сока следующая: предварительная дефекация, основная дефекация, I сатурация, II сатурация, отделение осадка, сульфитация.
Дефекация – процесс обработки диффузионного сока известью (известковым мелом). Целью предварительной дефекации являются коагуляция и осаждение под действием дегидратирующих свойств ионов, белков, пектиновых и других веществ коллоидной дисперсности, а также образование хорошей структуры осадка. Кроме коагуляции и осаждения белково-пектинового комплекса, на предварительной дефекации происходит реакция нейтрализации кислот и осаждения солей кальция. Главной задачей основной дефекации является разложение амидов кислот, солей аммония , редуцирующих веществ, омыление жиров, а также создание избытка извести, необходимой для получения достаточного количества осадка СаСО3 на I сатурации.
Сатурация – процесс обработки дефекованного сока сатурационным газом, содержащим диоксид углерода (СО2). В результате чего образуются кристаллы карбоната кальция, на поверхности которых в свою очередь адсорбируются частицы несахаров. После I сатурации осадок карбоната кальция с адсорбированными несахарами и коагулятом отделяют отстаиванием или фильтрованием и выводят в отходы. Затем в сок добавляют известь и проводят II дефекацию. На II сатурации в результате химических реакций на поверхности образующегося осадка СaCO3 осаждаются соли кальция и другие несахара. После этого снова от сока отделяется сатурационный осадок.
Сульфитация – процесс обработки сока или сиропа сернистым газом или сернистой кислотой. Сульфитация проводится с целью снижения вязкости сахаросодержащих растворов и понижения их окрашенности. Сульфитированный сироп фильтруют для отделения осадка.
Количество несахаров в исходном сырье существенно влияет на эффективность процесса очистки сока: чем их больше, тем труднее добиться требуемой чистоты, т. е. массовой доли сахарозы в пересчете на сухие вещества. Соотношение между количествами сахарозы и несахаров в свекле зависит от ее технологических свойств. В частности, цветущие корнеплоды имеют пониженное (на 2…3 %) содержание сахарозы и повышенное количество редуцирующих веществ. Чистота свекловичного сока в подвяленных корнеплодах ниже на 4…12 %, чем у нормальной свеклы. Из корнеплодов с сильными механическими повреждениями при гидроподаче на переработку вымывается в транспортерно-моечную воду до 0,16…0,30 % сахарозы. При наличии зеленой массы на корнеплодах снижается чистота диффузионного сока на 1,7…2,6 %. Естественно, что при хранении перечисленных дефектных корнеплодов ухудшение показателей их качества происходит более интенсивно, чем у нормальной свеклы. Таким образом, заготовка и переработка свеклы ухудшенного качества приводит к потерям сахара и, в конечном счете, снижает конкурентоспособность свеклосахарного производства.
Сахароза хорошо растворяется в воде, при повышении температуры ее растворимость возрастает. В растворах сахароза является сильным дегидратором. Она легко образует пересыщенные растворы, кристаллизация в которых начинается только при наличии центров кристаллизации. Скорость этого процесса зависит от температуры, вязкости раствора и коэффициента пересыщения.
Кристаллизация позволяет из многокомпонентной смеси веществ, которой является сироп, получить практически чистую сахарозу.
Технологическая схема предусматривает столько ступеней кристаллизации, чтобы суммарный эффект кристаллизации (разность чистоты исходного сиропа с клеровкой и мелассы) составлял 30…33 %. Обычно заводы работают по схемам с двумя или тремя кристаллизациями, при этом товарный продукт получают только на первой степени. Двухкристаллизационная схема проще и экономнее трехкристаллизационной, но при ее эксплуатации не всегда достигается достаточно полное обессахаривание мелассы и получение сахара-песка высокого качества.
Товарный сахар-песок высушивается до нормативной влажности 0,04 % при бестарном хранении и 0,14 % при упаковывании в мешки и пакеты.
Хранение сахара на свеклосахарных заводах усложняется тем, что вся продукция вырабатывается в течение нескольких месяцев, после чего ее приходится хранить продолжительное время. Для эффективного использования емкости сахарного склада мешки с сахаром укладывают в штабеля. Для штабелирования мешков применяются различные передвижные подъемники. Обычно под мешки подкладывают деревянные решетки, поддерживающие их на высоте около 100 мм от пола и обеспечивающие хорошую вентиляцию воздуха под ними. Для правильного хранения сахара в складе нужно обеспечить соответствующий температурный и влажностный режим.
Силоса бестарного хранения сахара должны иметь конструкцию, исключающую возможность образования влаги на их внутренних поверхностях. Такой склад должен быть оборудован системой кондиционирования, а также аспирации, обеспечивающей очистку отсасываемого воздуха до взрывобезопасной концентрации сахарной пыли.
Для доставки потребителям неупакованного сахара используют вагоны специальной конструкции (хоппера).
Стадии технологического процесса. Производство сахара-песка из сахарной свеклы можно разделить на следующие стадии и основные операции:
– транспортирование и предварительная очистка свеклы;
– мойка свеклы;
– изрезывание свеклы в свекловичную стружку;
– извлечение сока из свекловичной стружки;
– физико-химическая очистка диффузионного сока;
– выпаривание сока и очистка сиропа;
– уваривание утфеля, кристаллизация сахарозы и отделение утфеля (центрифугирование);
– сушка, охлаждение, сортирование и упаковка сахара-песка.
Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для транспортирования и очистки наружной поверхности свеклы, в состав которого входят системы гидротранспортеров, свеклонасос, ботвосоломоловушки, камнеловушки, водоотделитель, свекломойка и магнитный сепаратор, а также оборудование для отбора хвостиков свеклы.
Следующий комплекс оборудования предназначен для получения и обработки свекловичной стружки, включающий весы, свеклорезку, диффузионный аппарат, мезголовушки и оборудование для отжима влаги от свекловичного жома.
В третий комплекс оборудования для физико-химической обработки диффузионного сока и отделения осадков входят аппараты для дефекации и сатурации сока, подогреватели, дозаторы известкового молока, отстойники, сульфитаторы и фильтры.
Четвертый комплекс оборудования предназначен для выпаривания диффузионного сока и очистки сиропа, содержащий в своем составе четырехкорпусную выпарную установку с концентратором, сульфитатор сиропа и фильтр сиропа.
Ведущим является комплекс оборудования для уваривания сиропа, кристаллизации сахара, отделения утфеля и промывки кристаллов сахара. Основным оборудованием этого комплекса является вакуум-аппараты утфеля, утфелемешалки, утфелераспределители, центрифуги, аффинационная мешалка, сборники оттёков утфелей и мелассы, а также вибротранспортер для промытого сахара-песка.
Завершающий комплекс оборудования для получения товарного сахара-песка включает элеватор, сушильно-охладительную установку, сортировочную установку для сахара, приемные бункеры сахара-песка, а также циклоны сухой и влажной очистки воздуха от сахарной пыли и мешалку для растворения сахарной пыли и комков сахара-песка.
Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из кондиционной сахарной свеклы показана на рис. 2.8.
Устройство и принцип действия линии. Свекла из склада краткосрочного хранения (бурачной) 1 в виде свекловодяной смеси в соотношении 1: 6…1: 7 подается в главный гидротранспортер, состоящий из нижнего и верхнего участков. Нижний гидротранспортер 2 заглублен в земле с уклоном в сторону свеклоподъемной станции. На входе в главный гидротранспортер для предотвращения заторов установлены наклонная и горизонтальная решетки 3 . В конце гидротранспортера установлен регулятор потока – пульсирующий шибер 4 .
Из нижнего участка гидротранспортера свекловодяная смесь перекачивается свеклонасосом 5 в верхний гидротранспортер 6 , размещенный на высоте более 20 м. Дальнейшее перемещение ее для выполнении различных технологических операций происходит за счет силы тяжести. При движению по металлическому гидравлическому транспортеру корнеплоды подвергаются очистке попеременно в ботвосоломоловушках и камнеловушках. Легкие примеси улавливаются в ботвосоломоловушках 7 и 9 , а тяжелые в камнеловушках 8 и 10 .
Далее свекловодяная смесь проходит через дисковый водоотделитель 11 , где корнеплоды освобождаются от транспортерно-моечной воды, обломков свеклы, песка и мелких свободных примесей и подаются в свекломойку 12 для отмывания от земли и других прилипших примесей. Количество примесей составляет при ручной уборке 1…3 % к массе свеклы, а при механизированной уборке комбайнами 8…10 % и более.
Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60% к массе свеклы. Из мойки корнеплоды поступают на свеклоополаскиватель 13 , где производится окончательный смыв грязи с поверхности свеклы и очистка ее от посторонних примесей. Из свеклоополаскивателя корнеплоды поступают на второй водоотделитель 14 , где от них отделяют моечную воду и ополаскивают хлорированной водой, подаваемой через форсунки, и направляют на элеватор 15 .
В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики светлы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1...3 % к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечная вода с обломками свеклы из водоотделителей подается в ротационный хвостикоулавливатель 16 . Отделенные в улавливателе обломки свеклы, солома и ботва поступают в классификатор хвостиков 17 . Здесь обломки свеклы отделяются от соломы и ботвы и направляются на свеклоополаскиватель 18 , а из него подаются насосом на элеватор и перерабатываются вместе со свеклой. Растительные примеси сбрасываются на конвейер 19 .
Отмытая свекла поднимается элеватором 15 на контрольный конвейер 20 с электромагнитным сепаратором 21 для улавливания ферромагнитных примесей и поступает на автоматические весы 22 , расположенные над свеклорезками. Взвешенная на автоматических весах свекла выгружается в бункер-накопитель 23 .
Свекла из бункера-накопителя подается в свеклорезку 24 для получения свекловичной стружки. Для хорошего экстрагирования свекловичного сока из стружки она должна быть гладкой, упругой и без мезги. Хорошая свекловичная стружка представляет собой длинные и тонкие полоски свеклы желобчатого, прямоугольного или ромбовидного сечения толщиной 0,5…1 мм.
Свекловичная стружка конвейером 25, на котором установлены автоматические ленточные весы 26 , направляется в непрерывно-действующий диффузионный аппарат 27 . В качестве питательной воды используются сульфитированные аммиачные конденсаты или барометрическая вода из сборника 29 , а также очищенная жомопрессовая вода из сборника 28 .
В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20...25 % сухих веществ, из них содержание сахарозы колеблется от 14 % до 18 %.
Сахароза, растворенная в клеточном соке, может быть извлечена из клеток только после денатурации (свертывания) протоплазмы с ее полупроницаемой оболочкой. Поэтому для нормального протекания диффузионного процесса свекловичную стружку предварительно нагревают до температуры 70…80 °С.
Сахар извлекается из клеток ткани корнеплода противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть аппарата 17 и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую горячую воду. Из конца хвостовой части аппарата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. В сок попадает 1,5…3 г/л мезги, которую отделяют в мезголовушке 32 , затем подают в сборник 33 .
Выгружаемый из диффузионного аппарата жом поступает в шнек-водоотделитель 30 и подается в отжимной пресс 31 , затем – на сушку и бункерирование. В среднем количество жома, удаляемого из аппарата 27 , составляет 80 % к массе свеклы.
Диффузионный сок подается из сборника 33 на физико-химическую очистку, которая состоит из ряда последовательных стадий. Предварительная дефекация осуществляется в аппарате 34 , куда кроме сока подается известковое молоко и суспензия сока II сатурации для формирования осадка несахаров. Из преддефекатора сок поступает на первую ступень основной дефекации в аппарат 35 , где смешивается с известковым молоком для проведения реакции разложения несахаров. Известковое молоко в количестве, соответствующем расходу поступающего сока, подается из мешалки известкового молока 36 дозаторами 37 .
После первой ступени основной дефекации сок поступает в сборник 38 и насосом подается в подогреватель 39 , где нагревается до 85…90 °С и направляется в дефекатор 40 на вторую (горячую) ступень основной дефекации. В переливную коробку дефекатора добавляется известковое молоко для повышения фильтрационных свойств осадка сока I сатурации. Из дефекатора 40 сок поступает в циркуляционный сборник 41 , где смешивается с 5…7-кратным количеством рециркуляционного сока I сатурации, в аппарате 42 подвергается I сатурации и самотеком поступает в сборник сока I сатурации 43 . Далее, пройдя подогреватель 44 , сок перекачивается насосом в напорный сборник 45 , расположенный над листовыми фильтрами 46 .
46 через мешалку 48 и напорный сборник 49 подается в вакуум-фильтры 50 . Фильтрат отводится из вакуум-фильтров через вакуум-сборник 51 в сборник фильтрованного сока I сатурации 47 . Образующийся фильтрационный осадок поступает в мешалку 52 , а из нее направляется на поля фильтрации.
Фильтрованный сок I сатурации, нагретый в подогревателе 53 до температуры 92…95 °C, подается насосом в дефекатор 54 на дефекацию перед II сатурацией. Во всасывающий трубопровод насоса вводится известковое молоко. Из дефекатора сок самотеком поступает в аппарат 55 на II сатурацию, обрабатывается там диоксидом углерода и направляется в сборник 56 , откуда насосом перекачивается в напорный сборник 57 , расположенный над листовыми фильтратами 58 .
Рис. 2.8. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы
Сгущенная суспензия из фильтров 58 подается в мешалку 59 , откуда перекачивается на преддефекацию. Фильтрат из листовых фильтров поступает в сборник 60 . После фильтров сок II сатурации сульфитируется диоксидом серы в сульфитаторе 61 и собирается в сборнике 62 , откуда насосом подается для контрольной фильтрации на фильтр 63 . Фильтрованный сок II сатурации собирается в сборнике 64 .
Сгущение сока ведут в два этапа: сначала его сгущают на выпарной установке до содержания сухих веществ 65 % (при этом сахароза еще не кристаллизуется), а затем после дополнительной очистки вязкий сироп на вакуум-аппарате сгущают до содержания сухих веществ 92,5...93,5 % и получают утфель.
На первом этапе сок направляется насосом через три группы подогревателей 65 в корпус 66 выпарной установки. Она предназначена для последовательного сгущения сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих веществ в продукте увеличивается с 14% в первом корпусе до 65...70 % (сгущенный сироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующие корпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса.
Из I корпуса сок проходит последовательно II корпус 68 , III корпус 69 , IV корпус 70 и концентратор 71 , сгущаясь до определенной плотности. Выпаренная из сока часть воды в I корпусе образует вторичный пар, который используется для обогрева последующего корпуса и т. д. Образующийся в выпарных аппаратах конденсат отводится через конденсатные колонки 67 в сборники конденсата.
Из выпарной установки полученный сироп поступает в сборник 72 , откуда насосом подается в сульфитатор 73 . В сульфитатор также подается клеровка (раствор сахара II кристаллизации и сахара-аффинада). Сульфитированный сироп с клеровкой направляется в сборник 74 . Затем смесь подогревается в подогревателях 75 и направляется в напорный сборник 76 , откуда подается для фильтрации в фильтр 77 и поступает в сборник 78 . Фильтрованная смесь насосом направляется в сборник 79 перед вакуум-аппаратами.
Из сборника 79 смесь поступает в вакуум-аппарат 80 и уваривается до содержания сухих веществ 92,5 %. Таким образом, сироп уваривается до пересыщения, после введения сахарной пудры сахароза выделяется в виде кристаллов и образуется утфель I кристаллизации. Он содержит около 7,5 % воды и 55 % выкристаллизовавшегося сахара. Утфель I кристаллизации (утфель I) спускают в приемную утфелемешалку 81 . Из нее утфель поступает через утфелераспределитель 82 в центрифуги 83 , где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристального раствора. Этот раствор называется первым оттёком. Чистота первого оттека 75%, что значительно ниже чистоты утфеля.
Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают небольшим количеством горячей воды – пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттёк более высокой чистоты – второй оттёк. Первый оттёк направляют в сборник 84 , второй – в сборник 85 .
Из центрифуги 83 промытый сахар-песок влажностью 0,8…1 % выгружают на вибротранспортер 86 , элеватором 87 поднимают в сушильно-охладительную установку 88 ,и высушивают горячим воздухом температурой 105…110 °С до влажности 0,14 %.
Готовый сахар-песок содержит комки и ферромагнитные примеси. Последние удаляют с помощью электромагнитного сепаратора, подвешенного над ленточным конвейером 89 . В сортировочной установке 90 отделяют комки, а сахар-песок по размеру кристаллов разделяют на фракции и подают в бункера 91 , расположенные в упаковочном помещении.
Воздух, отсасываемый вентилятором из сушильно-охладительной установки, очищается от сахарной пыли в циклоне сухой очистки 92 и в циклоне влажной очистки 93 . Уловленная сахарная пудра и комки сахара-песка растворяются соком II сатурации в мешалке 94 , и далее раствор поступает в клеровочную мешалку 104 .
Первый и второй оттёки, полученные при центрифугировании утфеля I, перекачивают соответственно в сборники перед вакуум-аппаратами 95 и 96 . Утфель II кристаллизации (утфель II) уваривают из второго и первого оттёков утфеля I в вакуум-аппаратах 97 до содержания сухих веществ 93 %, в том числе около 50 % кристаллического сахара. Утфель II спускают в приемную утфелемешалку 98 и опрыскивают горячей водой. Через утфелераспределитель 99 утфель направляют в центрифуги 100 , где он центрифугируется с отбором двух оттёков, которые направляют в сборники 101 и 102 . Из центрифуг сахар II кристаллизации шнеком 103 подается в клеровочную мешалку 104 , где он растворяется (клеруется) в фильтрованном соке II сатурации. Затем клеровку направляют на сульфитацию совместно с сиропом.
Для уваривания утфеля III кристаллизации (утфель) в вакуум-аппаратах 108 последовательно забирают второй и первый оттёки утфеля II кристаллизации из сборников 105 и 106 и аффинационный оттёк из сборника 107 . Содержание сухих веществ в утфеле III доводят до 93,5…94 %. Через приемную утфелемешалку 109 его спускают в кристаллизационную установку 110 , где проводят дополнительную кристаллизацию сахара при искусственном охлаждении утфеля. В последней утфелемешалке кристаллизационной установки утфель для снятия избыточного пересыщения межкристального раствора нагревают на 5…10 °С и через утфелераспределитель 111 подают в центрифуги 112 , где его центрифугируют без промывания сахара водой с отбором одного оттёка мелассы в сборник 113 . Мелассу из сборника направляют через напорный сборник 114 на весы 115 , взвешивают и перекачивают в емкости на хранение.
Сахар III кристаллизации смешивают в аффинаторе 116 с первым оттёком утфеля I кристаллизации, получая аффинационный утфель с содержанием сухих веществ 89…90 %. Аффинационный утфель центрифугируют на центрифугах 117 отдельно от утфеля II кристаллизации. Сахар-аффинад промывают горячей водой, отбирая два оттёка вместе, и направляют их в сборник 118 , откуда перекачивают в сборник 107 для уваривания утфеля III кристаллизации. Сахар-аффинад подают шнеком 103 в клеровочную мешалку 104 и растворяют фильтрованным соком II сатурации вместе с сахаром II кристаллизации.
Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Сахар - практически чистая сахароза (С 12 Н 22 О 11), обладающая сладким вкусом, легко и полностью усваиваемая организмом, способствующая быстрому восстановлению затраченной энергии. Сахароза - это дисахарид, который под действием кислоты или фермента расщепляется на глюкозу и фруктозу (инвертный сахар). Сахароза может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. По химической природе сахар является слабой многоосновной кислотой, дающей с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов соединения - сахараты.
Инвертный сахар благодаря фруктозе гигроскопичен. Он предохраняет варенье от засахаривания, замедляет процесс черствения хлеба, предохраняет от высыхания кондитерские изделия (мармелад, пастилу, зефир, помадку и др.).
Сахароза хорошо растворяется в воде, при повышении температуры ее растворимость возрастает. В растворах сахароза является сильным дегидратором. Она легко образует пересыщенные растворы, кристаллизация в которых начинается только при наличии центров кристаллизации. Скорость этого процесса зависит от температуры, вязкости раствора и коэффициента пересыщения.
Исходным сырьем для получения сахара являются сахарная свекла и сахарный тростник. Благодаря более высокой урожайности сахарного тростника по сравнению с сахарной свеклой с каждого гектара его посевов получают сахара примерно в 2 раза больше, хотя содержание сахарозы в стеблях сахарного тростника несколько меньше, чем в сахарной свекле.
Сахарная промышленность выпускает следующие виды сахара:
Сахар-песок - сыпучий пищевой продукт белого цвета (без комков), имеющий сладкий вкус без посторонних привкусов и запахов (с содержанием влаги не более 0,14 %, сахарозы не менее 99,75 %, металлопримесей не более 3 мг на 1 кг сахара, с размерами на более 0,3 мм);
Сахар жидкий - жидкий пищевой продукт светло-желтого цвета, сладкий на вкус, без посторонних привкусов и запахов (с содержанием сахарозы не менее 99,80 % для высшей категории и не менее 99,5 % для первой категории, с содержанием сухих веществ не менее 64 %);
Сахар-рафинад - кусковой прессованный сахар, рафинадный сахар-песок и рафинадная пудра белого цвета, сладкие на вкус, без посторонних привкусов и запахов (с содержанием сахарозы не менее 99,9 %, редуцирующих веществ не более 0,03 %, влаги не более 0,2 %).
Особенности производства и потребления готовой продукции. На всех сахарных заводах России действует типовая схема получения сахара - песка из сахарной свеклы с непрерывным обессахариванием свекловичной стружки, прессованием жома и возвратом жомопрессовой воды в диффузионную установку, известково-углекислотной очисткой диффузионного сока, тремя кристаллизациями и аффинацией желтого сахара III кристаллизации. В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20. ...25% сухих веществ, из них содержание сахарозы колеблется от 14 до 18 %.Сахарозу извлекают из свеклы диффузионным способом. Полученный диффузионный сок содержит 15... 16 % сухих веществ, из них 14... 15 % сахарозы и около 2 % несахаров. Чтобы избавиться от несахаров проводят очистку диффузионного сока известью (дефекация) с последующим удалением ее избытка диоксидом углерода (сатурация). Для снижения цветности и щелочности фильтрованный сок II сатурации обрабатывают диоксидом серы (сульфитация). Сгущение сока ведут в два этапа: сначала его сгущают на выпарной установке до содержания сухих веществ 55...65 % (при этом сахароза еще не кристаллизуется), а затем после дополнительной очистки вязкий сироп на вакуум-аппарате сгущают до содержания сухих веществ 92,5.. .93,5 % и получают утфель. Готовый утфель I кристаллизации центрифугируют, получая кристаллы сахара и два оттека. Сахар-песок выгружают из центрифуги с содержанием влаги 0,8... 1 % и высушивают горячим воздухом температурой 105... 110 °С до 0,14 % (при бестарном хранении массовая доля влаги в сахаре-песке должна быть 0,03...0,04 %).
Норма потребления сахарозы составляет 75 г в день, включая сахар, находящийся в других пищевых продуктах. В настоящее время в России действует 95 свеклосахарных заводов, перерабатывающих в сутки 280 тыс. т свеклы. Период уборки сахарной свеклы длится 40.. .50 сут. в году. Средняя производственная мощность одного завода составляет 2,84 тыс. т переработки свеклы в сутки с коэффициентом извлечения сахара из свеклы 72 %.
Стадии технологического процесса. Процесс получения сахара-песка на свеклосахарных заводах складывается из следующих стадий:
Подача свеклы и очистка ее от примесей;
Получение диффузионного сока из свекловичной стружки;
Очистка диффузионного сока;
Сгущение сока выпариванием;
Варка утфеля и получение кристаллического сахара;
Сушка, охлаждение и хранение сахара-песка.
Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки свеклы к производству, состоящего из свеклоподъемной установки, гидротранспортера, песколовушки, ботволовушки, камнеловушки и водоотделителя, а также свекломоечной машины.
Ведущий комплекс оборудования линии состоит из конвейера с магнитным сепаратором, свеклорезки, весов, диффузионной установки, шнекового пресса и сушилки для жома.
Следующий комплекс оборудования представляют фильтры с подогревательными устройствами, аппараты предварительной и основной дефекации, сатураторы, отстойники, сульфитаторы и фильтры.
Наиболее энергоемким комплексом оборудования линии является выпарная установка с концентратором, а также вакуум-аппараты, мешалки и центрифуги.
Завершающий комплекс оборудования линии состоит из виброконвейера, сушильно-охладительной установки и вибросита.
Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы представлена на рис.
Рис. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы
Устройство и принцип действия линии. Сахарная свекла подается в завод из бурачной или с кагатного поля. По гидравлическому конвейеру она поступает к свеклонасосам и поднимается на высоту до 20 м. Дальнейшее перемещение ее для осуществления различных операций технологического процесса происходит самотеком. По длине гидравлического конвейера 1 (рис.) последовательно установлены соломоботволовушки 2, камнеловушки 4 и водоотделители 5. Это технологическое оборудование предназначено для отделения легких (солома, ботва) и тяжелых (песок, камни) примесей, а также для отделения транспортерно-моечной воды. Для интенсификации процесса улавливания соломы и ботвы в углубление 3 подается воздух. Сахарная свекла после водоотделителей поступает в моечную машину 6.
Моечная машина предназначена для окончательной очистки свеклы (количество прилипшей земли составляет при ручной уборке 3...5 % свеклы, а при механизированной уборке комбайнами - 8... 10 %).
Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60... 100 % к массе свеклы. В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики свеклы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1...3 % к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечные воды предварительно направляются в сепаратор для отделения от них хвостиков и кусочков свеклы, которые после обработки поступают на ленточный конвейер 14.
Отмытая сахарная свекла орошается чистой водой из специальных устройств 7, поднимается элеватором 8 и поступает на конвейер 9, где электромагнит 10 отделяет металлические предметы, случайно попавшие в свеклу. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 направляют в измельчающие машины-свеклорезки 13. Стружка должна быть ровной, упругой и без мезги, пластинчатого или ромбовидного сечения, толщиной 0,5... 1,0 мм.
Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.
Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода, извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из конца хвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. Жом отводится из диффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки и брикетирования.
Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогревается в устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основной дефекации 27, где он очищается в результате коагуляции белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция, содержащимся в известковом молоке (раствор извести). Известковое молоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.
Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, где он дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаС0 3 , который образуется при пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурации подается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. В отстойниках сок делится на две фракции: осветленную (80 % всего сока) и сгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23.
Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппараты второй сатурации 22, где из него удаляется известь в виде СаСОз.
Сок второй сатурации подается на фильтры 21. Соки сахарного производства приходится фильтровать несколько раз. В зависимости от цели фильтрования используются различные схемы процесса и фильтровальное оборудование.
Отфильтрованный сок из фильтра 21 подается в котел сульфитации 20. Цель сульфитации - уменьшение цветности сока путем обработки его диоксидом серы, который получают при сжигании серы.
Сульфитированный сок направляют на станцию фильтров 19, а затем транспортируют через подогреватели в первый корпус выпарной станции 18. Выпарные установки предназначены для последовательного сгущения очищенного сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих веществ в продукте увеличивается с 14... 16 % в первом корпусе до 65.. .70 % (сгущенный сироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующие корпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса. Площадь поверхности нагрева выпарной станции сахарного завода производительностью 5000 т свеклы в сутки составляет 10 000 м 2 .
Полученный сироп направляется в сульфитатор 29, а затем на станцию фильтрации 30. Фильтрованный сироп подогревается в подогревателе 31, откуда поступает в вакуум-аппараты первого продукта 32. Сироп в вакуум-аппаратах уваривается до пересыщения, сахар выделяется в виде кристаллов. Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит около 7,5 % воды и около 55 % выкристаллизовавшегося сахара.
Сироп уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах. Утфель первой кристаллизации из вакуум-аппаратов поступает в приемную утфелемешалку 33, откуда его направляют в распределительную мешалку, а затем в центрифуги 34, где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристальной жидкости. Эта жидкость называется первым оттеком. Чистота первого оттека 75...78 %, что значительно ниже чистоты утфеля.
Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают небольшим количеством горячей воды - пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттек более высокой чистоты - второй оттек.
Второй и первый оттеки подают в вакуум-аппарат второй (последней) кристаллизации, где получают утфель второй кристаллизации, содержащий около 50 % кристаллического сахара. Этот утфель постепенно охлаждают до температуры 40 °С при перемешивании в утфелемешалках - кристаллизаторах. При этом дополнительно выкристаллизовывается еще некоторое количество сахара. Наконец, утфель второй кристаллизации направляется в центрифуги, где от кристаллов сахара отделяется меласса, которая является отходом сахарного производства, так как получение из нее сахара путем дальнейшего сгущения и кристаллизации нерентабельно. Желтый сахар второй кристаллизации рафинируют первым оттеком, полученный утфель направляется в распределительную мешалку, а затем в центрифуги. Полученный сахар растворяется, и сок поступает в линию производства.
Белый сахар, выгружаемый из центрифуг 34, имеет температуру 70 °С и влажность 0,5 % при пробеливании паром или влажность 1,5 % при пробеливании водой. Он попадает на виброконвейер 35 и транспортируется в сушильно-охладительную установку 36.
После сушки сахар-песок поступает на весовой ленточный конвейер 37 и далее на вибросито 38. Комочки сахара отделяются, растворяются и возвращаются в продуктовый цех.
Товарный сахар-песок поступает в силосные башни 39 (склады длительного хранения).
Технология производства сахара - многоуровневая цепочка, которая состоит из нескольких этапов:
Мытье и очистка сырья от примесей;
- получение свекловичной стружки;
- выработка диффузионного сока и его очищение;
- получение сиропа;
- выделение из сиропа сахара;
- переработка сахарной массы в сахар-песок;
- фасовка и хранение готового продукта.
Мытье и очистка
При примеси в ней составляют до 12% от общей массы, причем кроме земли и ботвы в примесях могут быть камни и даже некоторые металлические предметы. Все это необходимо отделить от полезной части плодов. Для мытья свеклы применяется барабанная свекломойка и водоотделитель, оснащенные улавливателями для примесей. Правильно выполненная мойка позволит избежать поломок последующего оборудования для производства сахара.
Произодство сахара из сахарной свеклы - получение свекловичной стружки
В соответствии с технологией производства сахара, для того чтобы произвести сироп, свеклу необходимо измельчить. Измельчение свеклы - процесс превращения ее в стружку на свеклорезках, которые с помощью диффузионных ножей, установленных на рамках, режут плоды на мелкие части. Толщина стружки в 1 мм - оптимальная толщина для дальнейшей переработки.
Внутри корпуса свеклорезки, плоды вращаются с помощью улитки, которая под действием центробежной силы прижимает плоды к режущей кромке ножей. В процессе скольжения вдоль неподвижных ножей свекла превращается в стружку, которая проходя между ножами попадает в контейнер для дальнейшей переработки. Из всего оборудования для производства сахара свеклорезки требуют самой сложно очистки с помощью сжатого воздуха, и периодической замены ножей.
Выработка диффузионного сока
Процесс извлечения сахарозы из свеклы по технологии производства сахара является достаточно примитивным - свекловичную стружку размачивают в горячей воде в промышленных диффузорах, что размягчает ее волокна и выпускает сок. Если использовать холодную воду, то белковые соединения в клетках стружки значительно замедлят процесс получения сока.
Обычно используется несколько последовательных диффузоров, для выработки более концентрированного сока. Для дальнейшей переработки диффузионный сок необходимо очистить от ставшей бесполезной свекловичной стружки. Смесь из сока и стружки помещают в пульповые ловушки, где происходит фильтрация.
Диффузионный сок, даже очищенный от остатков плодов, остается сложным многокомпонентным составом, в котором кроме сахара также содержится белок, пектин, аминокислоты и так далее. С помощью вакуум-фильтров и сатураторов производится процесс очистки сахарного сиропа от примесей.
Выделение сахара из сиропа
Сахарный сироп, полученный после очищения сока, содержит слишком много воды (до 75%), которую удаляют в выпарной установке, получая сироп, содержащий до 70% сухих веществ. После этого, согласно технологии производства сахара, с помощью вакуум-аппарата сироп сгущают до содержания сухих веществ в 93,5%, получая утфель, который после прохождения процесса кристаллизации станет обычным сахаром.
Кристаллизация сахара - завершающий этап технологического процесса производства сахара
Утфель, полученный из вакуум-аппаратов отправляется в центрифугу, где кристаллизуется, после чего высушивается горячим воздухом и через виброконвейер отправляется в сушильно-охладительную установку, после чего сортируется с помощью вибросита.
Несмотря на достаточно длинную технологическую цепочку, большая часть оборудования для производства сахара обладает достаточно простым принципом действия. Простой принцип работы отдельных аппаратов облегчает, как обслуживание, так и ремонт всех видов необходимой техники, что позволяет с достаточно небольшими затратами производить сахар в промышленных масштабах.
В Производство сахара из сахарной свеклы в домашних условиях
Разные способы технологии изготовления свекловичного сахара дома с нуля: от подготовки сырья до получения сиропа. Рецепты натуральных русских продуктов для здорового образа жизни теперь доступны всем.
Свекольный сахар: из глубин истории к сегодняшнему дню
Так сложилось исторически, что наибольшее распространение получил сахар, приготовленный из тростника. Такой продукт был весьма дорогостоящим, ведь основные территории, где взращивались плантации растения были далеко за пределами цивилизованной Европы и дикой Руси , а, следовательно, значительную часть в стоимости сладкого вещества играли затраты, связанные с транспортировкой. Доступной альтернативой был, пожалуй, лишь мёд. Однако, уже в XVI веке, благодаря научным изысканиям Андреаса Сигизмунда Маркграфа и некого французского ботаника Ахарда, миру стал известен ещё один способ добычи сахара, из сахарной свеклы. По своим свойствам, сахар, полученный таким образом, не только делает возможным широкое его применение населением, но и имеет ряд преимуществ перед своим тростниковым собратом, а именно: обладает меньшей калорийностью и содержит максимальное количество микро- и макроэлементов, так как не требует рафинации.
Промышленное производствоВ России большее распространение в силу вышеупомянутых причин получил именно свекольный сахар.
На фабрику поступает сырьё - свекла. Тщательнейшим образом промывается в специальном моечном цехе и нарезается в однородную стружку. На следующем этапе эта масса подаётся в цистерны, где её заливают горячей водой. Под действием воды происходит отделение от стружки содержащегося в ней сахара и некоторых других веществ, которые, окисляясь, придают соку темный коричневый цвет. Для получения максимальной отдачи от сырья, выщелачивание водой проводят несколько раз. Отходы производства - неоднократно вымоченную стружку отправляют на корм скоту.
На следующем этапе полученный сок очищают от примесей, сначала нагревая до 80 °С - это позволяет избавиться от белковых веществ, а затем в герметичных баках обрабатывая известковым молоком, углекислым и сернистым газами. Нежелательные примеси на этой стадии выпадают в осадок, который остаётся в баках после последующего выпаривания сока. Выпаривание позволяет получить сладкий сироп, который затем проходит фильтрацию и сгущение в специальных ёмкостях. На выходе получают сахарный песок с патокой, которую затем отделят от кристалликов сахара в центрифугах.
Свекольный сахар имеет более тёмный цвет, чем тростниковый, поэтому его в конце промывают водой и сушат.
Получение сахара из свеклы дома
Магазинный сахар вы теперь сможете заменить с помощью настоящих русских продуктов: свекольного рафинада и сладкого сиропа.
Свекольный рафинад
Промойте и очистите от кожуры свеклу. Затем нарежьте её тонкими кольцами и поместите в глиняный горшок. Погрузите ёмкость в духовку пропариться, не допуская при этом пригорания нашей заготовки. Время от времени заглядывайте в горшочек - свекла должна стать мягкой. Затем высыпьте свекольные кружочки на противень и вновь поместите в духовку. Теперь свекла должна просушиться. Для более длительного хранения и улучшения общих свойств нашей свеклы, затем подсушенные колечки лучше слегка поджарить на сковородке. Совсем чуть-чуть - это также несколько улучшит запах.
Для употребления вам осталось только перемолоть в муку эти ломтики, так их вполне можно применять для замены магазинного сахара в кулинарии.
Для чая вам понадобиться эти целые ломти немного обвалять в муке и поджарить на сливочном масле. Вкусно и полезно.
Получение сиропа: первый способ
Очистите от корней и головок и промойте свеклу, не счищая кожицу. Промытые корнеплоды плотными рядами уложите в кастрюлю с уже кипящей водой. Следите за огнём. Свекла должна провариться в кипящей воде. Через 1 час выньте корнеплоды из кастрюли, дождитесь их остывания и снимите кожуру.
Нарежьте свеклу на тонкие пластиночки не толще 1 мм. Измельчённую таким образом её положите под пресс, для получения сока, предварительно завернув в чистый холщовый мешочек. Отжатую массу поместите снова в кастрюлю, залейте горячей водой из расчёта половины объема корнеплодов. Эта заготовка для второго отжима. Дайте ей постоять полчаса, а затем жидкость отцедите в ту посудину, куда собирали сок с первого отжима. Выпаренные жмыхи положите снова в холщовый мешочек и повторите отжимку. Собранный сок нагрейте до 70—80°С, а затем отцедите через свёрнутую в несколько раз марлю.
Последний этап - выпаривание. Сок нужно выпаривать до его полного сгущения в невысоком эмалированном тазу, либо другой плоской посудине.
Получение сиропа: второй способ
Подготовьте, как и в первом способе, свеклу к варке, теперь сняв тонкий слой кожицы. Распаривать необходимо в автоклаве около часа поддерживая давление 1,5 атм. Если нет автоклава, можно воспользоваться котлом, у которого должна быть решётка у дна, однако потребуется больше времени.
Получив мягкую свеклу, её измельчают и дважды пропускают через пресс. Отцеженный сок затем выпаривают, как и в первом способе.
Хранить сироп в прохладном месте, защищенном от прямых попаданий солнечных лучей, как любую консервацию
В кулинарии для выпечки пропорция сиропа к муке составляет примерно 0,75-1: 1. Для приготовления варенья соотношение сиропа к ягодам по массе составляет 2: 1.