Технология хранения сахарной свеклы (стр. 5 из 8)
Взвешивают корнеплоды на автоматических порционных весах ДС-800 с электрическим приводом производительностью 100 т/ч. Затем корнеплоды поступают в бункер-накопитель перед свеклорезками.
Изрезывание корнеплодов в стружку.
Успех извлечения сахара при диффузии во многом зависит от качества стружки: тургора ее клеток и ткани, отношения ее поверхности к единице мacсы и др. Поэтому стружку получают толщиной 1,2-1,5 мм и шириной 4-6 мм в виде полосок желобчатой или прямоугольной формы. Стружку получают на свеклорезных машинах: центробежных, дисковых или барабанных, в которых рабочими органами являются ножи, закрепленные в рамы. На заводах России более распространены центробежные свеклорезки.
Качество стружки оценивают длиной 100 г стружки в метрах (число Силина), выложенной в одну линию. Для удобства подсчета стружку укладывают в канавки на специальной доске. Хорошая стружка имеет длину 12-15 м. При этом обрывки стружки короче 1 см и мезгу в канавки не укладывают. Такого брака должно быть не более 3 %, т.е. 3 г на 100 г стружки. Качество стружки может быть ухудшено в результате нарушения работы свеклорезок (нарушения в установке ножей, попадания примесей и др.).
Получение диффузионного сока.
Полученная стружка поступает в диффузионные аппараты, где и происходит экстракция сахара - переход его в воду. Одновременно с сахаром в водную фазу переходят и растворимые в воде несахара. При смешивании путем залива в аппарат объема воды, соответствующего объему свекловичного сока, будет экстрагированна лишь половина сахара. Для дальнейшего извлечения сахара потребуется свежая вода. Такой процесс извлечения сахара путем настаивания («мацерации») оказывается длительным и громоздким. Для его осуществления требуется целая батарея аппаратов - диффузоров (12-14) и трубопроводных коммуникаций, чтобы менять очередность каждого из них. Все это требует применения большого числа насосов и затрат энергии.
Систему мацерации долгое время применяли на заводах для получения диффузионного сока. Теперь на заводах применяют систему противоточной диффузии в свекловичной стружке, разработанную крупным русским ученым П.М. Силиным на основе первого закона диффузии Фика.
С созданием действующих диффузионных автоматизированных аппаратов непрерывного действия вертикальных (колонных) или наклонных двухшнековых процесс получения диффузионного сока является основным на заводах.
Скорость диффузии сахара и растворимых несахаров зависит от температуры воды. Так, при температуре 70 °С коэффициент диффузии возрастает в 3 раза по сравнению с температурой 20 °С. Рекомендуемая температура при этом должна быть 70-75 °С. При более высоких температурах происходит интенсивное набухание пектиновых веществ и размягчение стружки. Температуры ниже 70 °С способствуют активному развитию микроорганизмов.
Важный фактор в процессе диффузии - рН среды. Так, при рН = 5,3-6,3 наблюдаются наименьшая пептизация и меньший переход протопектина в диффузионный сок. Важен и срок диффузии в аппарате. Он ограничен 1 ч. При более продолжительном времени выделяется больше растворимых пектиновых веществ.
Для более легкого выделения сахарозы стружку перед загрузкой в диффузоры ошпаривают в специальных аппаратах - ошпаривателях. Стружку смешивают с соком, нагретым до температуры 85 °С. В результате чего происходит коагуляция белков протоплазмы клеток, облегчающая переход сахаров в раствор.
Несмотря на постоянную высокую температуру (до 70 °С), в диффузорах может развиваться термофильная микрофлора, находящаяся на стружке и содержащаяся в воде. Для предупреждения развития этой микрофлоры в диффузоры и ошпариватели вводят 40 %-й раствор формалина в количестве 0,01 % массы свеклы. Эту операцию повторяют через 2 ч.
В результате диффузионного процесса образуется три компонента: диффузионный сок, обессахаренная стружка и мезга (мелкие частицы свекловичной стружки). Процесс диффузии завершается почти полным обессахариванием стружки, называемой жомом. Содержание сахарозы в нем не превышает 0,2-0,3 % массы свеклы. Дальнейшее обессахаривание стружки нетехнологично и неэкономично. Отделяемый от диффузионного сока жом прессуют на шнековых прессах до содержания 12-14 % сухих веществ и в таком виде сразу же скармливают скоту, так как он быстро портится. Большую часть жома прессуют до содержания сухих веществ 22-25 % и затем досушивают до содержания сухих веществ 86 %. При такой влажности его хранят, транспортируют и реализуют на различные цели (выработку комбикормов, получение пектина и т.д.). Перед прессованием в жом вводят и отмытые частицы мезги. В среднем выход сушеного жома составляет 4,5-5,0 % массы корнеплодов, из 100 кг которой в жом переходит 5,5 кг сухих веществ (0,5 кг растворимых несахаров и 5 кг мякоти).
Полученную при прессовании жома прессовую воду вновь используют в диффузионных аппаратах.
Основной продукт диффузии - диффузионный сок представляет собой мутную жидкость, быстротемнеющую на воздухе. Он имеет слабокислую реакцию. Кроме сахарозы и других сахаров в нем содержатся и растворимые несахара неорганического и органического происхождения. Чистота диффузионного сока 82-88 %, и зависит она от качества перерабатываемых корнеплодов.
Технологическая схема производства диффузионного сока приведена на рисунке 1.
Рис.1. Схема основных технологических процессов свеклосахарного производства: а - от сырья до получения диффузионного сока
а
Продолжение рисунка 1
Продолжение рисунка 1
Рис.1. в – от сульфитации до сахарного песка
Очистка диффузионного сока.
Лишь в результате многoкратной очистки диффузионного сока из него удается выкристаллизовать чистую сахарозу. Сок очищают в результате химических процессов, тепловых воздействий, явлений сорбции и др., используя следующие технологические приемы: предварительную и основную дефекацию, I и II сатурацию, сульфитацию и контрольную фильтрацию сока.
Первый этап очистки разделяют на предварительную дефекацию и основную дефекацию. Суть его заключается в обработке сока известью. Вводимая в сок известь в виде Са(ОН)2 вступает в реакцию с несахарами. Ионы Са, соединяясь с кислотами (щавелевой, лимонной и др.), образуют нерастворимые соли, выпадающие в осадок. Гидроксильные ионы (ОН)2 реагируют с соединениями алюминия, магния и железа, образуя гидроокиси данных металлов. Кроме того, белки, находящиеся в соке в виде крупных мицелл, тоже коагулируют. Таким образом, значительная часть несахаров выпадает в осадок.
Основная дефекация имеет две ступени: холодную (температура до 50 °C) и горячую (температура 85-90 °C). Ее осуществляют в аппаратах - преддефекаторе и дефекаторах. Холодная длится 20-30 мин, горячая - 15.
В процессе дефекации сок дважды обрабатывается известковым молоком. Общее количество активной извести, используемой на очистку диффузионного сока, составляет 2,2-2,5 % СаО. Ее получают непосредственно на заводе обжигом известнякового камня, содержащего не менее 93 % карбоната кальция и не более 2,5 % карбоната магния. Перед обжигом известняковый камень дробят на куски размером 80-200 мм. Для сжигания пользуются коксом или антрацитом. Гашение извести и приготовление известкового молока производят на специальной установке. При обжиге извести в печи получают и сатурационный газ.
Вслед за дефекацией диффузионный сок со всеми включениями, которые он приобрел при дефекации, подвергается сатурации (насыщению). Ее назначение - удалить из сока как растворенную, так и связанную известь и тем самым получить более очищенный сок. Сатурацию проводят , вводя в сок сатурационный газ, получаемый в печи при обжиге известкового камня. Очищенный газ в основном состоит из диоксида углерода. При разбрызгивании сока в сатураторе пропускаемый сатурационный газ, соединяясь с водой, образует угольную кислоту Н2СОз, вступающую в реакцию с гидроксидом кальция Са(ОН)2. В результате этой реакции получается выпадающий в осадок карбонат кальция СаСО3. Дальнейшая очистка сока при сатурации происходит и потому, что образующийся карбонат кальция активно поглощает органические несахара, придающие окраску соку.
Сатурацию проводят дважды. После каждой сок фильтруют на фильтропрессах или в вакуум - фильтрах. Обрабатывают сок при температуре 90-100 °С. В результате сатурации чистота сока достигает 91-93 %, а содержание сахарозы -13-14 %.
В результате сатурации получают два продукта: более очищенный диффузионный сок и фильтрованный осадок (дефекационная грязь). Последний на 75-80 % состоит из карбоната кальция и на 20-25 % - из органических и минеральных несахаров. Остается в нем и некоторое количество сахарозы (0,10-0,15 % массы свеклы), а также сухой фильтрационный осадок (5-6 % массы свеклы). Его используют в качестве удобрения и при известковании кислых почв.
Заключительный этап очистки диффузионного сока - обработка его диоксидом серы, т.е. сульфитация. При пропускании последнего в сульфитаторе через разбрызгиваемый сок образуется сернистая кислота. Она восстанавливает низкомолекулярные красящие вещества и обесцвечивает их. Кроме того, в результате сульфитации снижается щелочность сока и в дальнейшем облегчается процесс кристаллизации сахара.
Для получения диоксида серы сжигают в печи комовую серу.
Получаемый из серы сульфационный газ состоит на 10-15 % из диоксида серы и 85-90 % воздуха.