Использование процесса измельчения при производстве сахара

Свеклосахарный завод имеет три основных производственных отделения: свеклоперерабатывающее, сокоочистительное и продуктовое. В данной работе нами был рассмотрен и подробно охарактеризован процесс измельчения сахарной свеклы при производстве сахара.
Измельчение представляет собой процесс увеличения поверхности твердых материалов в результате их раскалывания, раздавливания (прессования), истирания и удара. Резание — разделение материала с приданием ему заданной формы, размеров и качества поверхности.
В процессе изрезания корнеплодов, в частности, сахарной свеклы в стружку у 30...40 % клеток разрушаются их стенки и оболочки. Сок из этих клеток, содержащий сазарозу, практически полностью вымывается водой в диффузионных аппаратах. К свекловичной стружке предъявляют следующие требования. Она до ...

ВВЕДЕНИЕ 3
1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ 5
1.1 Краткая история российского сахарного производства 5
1.2 Принципиальная схема производства сахара-песка 6
1.3 Подробное описание свеклосахарного производства 9
2 МЕХАНИЗМ ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ 13
2.1 Характеристика и подготовка используемого сырья 13
2.2 Получение свекловичной стружки резанием 14
3 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА 17
3.1 Классификация устройств для резания 17
3.2 Характеристика некоторых типов оборудования 18
4 ОСНОВНЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА 24
5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ САХАРА 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 30

Сахар – важнейший ингредиент различных блюд, напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий. Его добавляют в чай, кофе, какао; он главный компонент конфет, глазурей, кремов, мороженого и других кондитерских изделий. Сахар – песок используют при консервировании мяса, выделке кожи и в табачной промышленности. В химической промышленности из сахара получают тысячи производных, используемых в самых разных областях, включая производство пластмасс, фармацевтических препаратов, шипучих напитков и замороженных пищевых продуктов.
Сахар (сахароза С12Н21О11) занимает особое место в рационе питания человека. Благодаря тому что это вещество легко и быстро усваивается организмом, оно служит незаменимым источником энергии. За счет потребления сахара восполняется 15...20 % энергии, расходуемой человеком. О сновной источник сахара в рационе человека — растения. Сахар входит в состав всех высших растений и содержится во всех их органах (плодах, семенах, стеблях, листьях, корнях). Но для промышленного производства сахара пригодны только два вида. Это сахарный тростник и сахарная свекла. Тростник выращивают в тропических странах, а свеклу — в странах с умеренным климатом. Первоначально (середина XVIII в.) содержание сахара в так называемой белой свекле не превышало 1...2 %. Но уже к началу XIX в. в Германии и России появляются первые заводы, производящие сахар из свеклы. В дальнейшем селекция свеклы приводит к тому, что содержание сахара в ее корнях резко увеличивается, достигая 14... 18 %. Белая свекла получает название сахарной и становится одной из ведущих технических культур в нашей стране и Европе.
Ежегодно в мире из сахарной свеклы вырабатывают 48...50 млн т сахара, что составляет 40 % валового производства этого продукта [3, 6].
В Российской Федерации производство сахара-песка сосредоточено на 95 предприятиях. Часть из них в качестве сырья использует сахарную свеклу, а остальные — импортный тростниковый сахар-сырец. Свеклосахарные заводы перерабатывают корнеплоды в основном по непрерывной схеме. Работа на этих предприятиях сезонная. Обычно в зависимости от зоны и погодных условий она начинается 5...20 сентября и заканчивается в декабре или первом квартале следующего года. В первые 1,5...2 мес работы свекла поступает в переработку непосредственно с полей, а начиная с ноября завод использует корнеплоды, хранящиеся на заводском складе, или завозит их со свеклоприемных пунктов.
Сахар относится к товарам первой необходимости, рацион питания без него представляется невозможным. Поэтому изучение производства этого важного продукта для дальнейшего исследования и разработки рекомендаций в данной области является актуальной и интересной задачей.
Цель курсовой работы является изучение процесса измельчения в производстве сахара
Основными задачами курсовой работы являются:
1) изучение теоретических основ производства сахара - песка;
2) характеристика процесса измельчения сахарной свеклы при производстве сахара-песка;
3) рассмотрение применяемого оборудования для измельчения сахарной свеклы при производстве сахара-песка;
4) рассмотрение физических закономерностей процесса измельчения сахарной свеклы при производстве сахара-песка;
5) расчет применяемого оборудования для измельчения сахарной свеклы при производстве сахара-песка

Операцию добавления извести для очистки сока называют дефекацией (осаждением).На дефекацию расходуют значительный избыток извести. Затем дефекованный сок вместе со всеми осадками насыщают углекислым газом (это так называемое насыщение – I сатурация), при этом избыточная известь превращается в нерастворимый мелкий кристаллический осадок СаСО3, на поверхности частиц которого собираются (адсорбируются) некоторые, особенно окрашенные, несахара сока; таким образом, достигается дополнительная очистка сока путем адсорбции. Отсатурированный сок нагревают до 90° С, чтобы улучшить фильтрацию, и фильтруют на вакуум-фильтрах, которые отделяют дефеко-сатурациоиный осадок, содержащий СаСО3 и несахара, осажденные на дефекации.Цвет профильтрованного сока светло-желтый. В профильтрованном соке содержитсяеще в растворе небольшой избыток извести, поэтому его подвергают II сатурации углекислотой и выпавший осадок СаС03 снова отфильтровывают. Перед II сатурацией сок нагревают в подогревателях до 100° С, что препятствует вредному образованию на II сатурации растворимого бикарбоната кальция Са(НСО3)2.Остающуюся в соке тонкую муть удаляют повторной фильтрацией при малом давлении. Полученный сок обрабатывают газом SО2 (сульфитация) для дополнительного обесцвечивания его и еще раз фильтруют. Очищенный сок светло-желтого цвета. В нем содержится около 15% сухих веществ и около 14% сахара. Очищенный сок выпаривают на выпарном аппарате до концентрации 65% сухих веществ, из которых около 60% сахара и 5% несахаров. Сироп еще раз сульфитируют для дополнительного обесцвечивания и фильтруют.Наконец, очищенный сироп уваривают под разрежением в вакуум-аппаратах до высокой концентрации — около 92,5% сухих веществ (из них около 85% сахара). Этот продукт называется утфелем. Небольшого количества воды, остающейся в утфе-ле (7,5%)> недостаточно, чтобы удержать в растворе весь сахар. Поэтому в процессе уваривания большая часть сахара выкристаллизовывается и утфель содержит более 50% кристаллов сахара. Остается лишь отделить этот сахар от окружающей маточной жидкости, содержащей также сахар в растворе и все несахара.Кристаллы сахара отделяют из утфеля на центрифугах - быстровращающихся вертикальных барабанах с ситчатой боковой поверхностью (1000 об/мин и более). Утфель, загруженный в центрифугу, под действием центробежной силы располагается по боковой поверхности барабана: межкристальный оттек прогоняется центробежной силой сквозь ситчатую поверхность, и в барабане остаются лишь кристаллы сахара, которые промывают небольшим количеством горячей воды. Полученный сахар-песок высушивают и упаковывают в мешки. Маточный раствор («зеленый оттек»), отделенный на центрифугах, содержит еще много сахара (примерно 62%), поэтому его еще раз уваривают в вакуум-аппарате до содержания 95% сухих веществ и получают утфель II кристаллизации. Чтобы выкристаллизовать больше сахара, утфель II кристаллизации охлаждают до 40° С при перемешивании в корытообразных кристаллизаторах. Затем кристаллы сахара отделяют на центрифугах. Получается сахар уже худшего качества — «желтый сахар», который возвращают в производство (растворяют в сатурационном соке и прибавляют к сиропу).В маточном растворе, отделенном от утфеля II кристаллизации, хотя и содержится около 50% сахара по массе раствора, но получить этот сахар методом дальнейшего уваривания и кристаллизации уже не удается, так как содержащиеся в нем несахара затрудняют кристаллизацию. Это раствор является отходом производства, называемым мелассой (или кормовой патокой). Он употребляется на производство спирта или дрожжей, частично идет на .корм скоту и на получение комбинированных кормов. Кроме того, в настоящее время из мелассы извлекают сахар, применяя химические методы. Действуя известью или окисями стронция или бария («сепарация», т. е. выделение сахара из мелассы), сахар переводят в слаборастворимые соединения.При работе со свеклой более высокого качества в настоящее время часто недостаточно двух увариваний и кристаллизации для того, чтобы выделить весь хорошо кристаллизующийся сахар и получить достаточно истощенную мелассу. Поэтому производят три уваривания: из утфеля I кристаллизации получают белый сахар-песок, утфель II кристаллизации и, наконец, утфель III кристаллизации, который уваривают из оттека утфеля II кристаллизации. Из утфеля II и III кристаллизации получают желтые сахара, возвращаемые в сироп. Эта так называемая трехпродуктовая схема работы.Итак, свеклосахарное производство, перерабатывая сахарную свеклу, дает обычный белый сахар-песок и в качестве отходов — жом (обессахаренную свекловичную стружку), дефеко-сатурационный осадок, получаемый при очистке сока, и мелассу.2 МЕХАНИЗМ ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ2.1 Характеристика и подготовка используемого сырьяВ рамках данной работы нами рассматривается линия для производства пищевых продуктов путем разборки сельскохозяйственного сырья на компоненты. Такими линиями оснащаются предприятия по обработке и переработке сырья: масличных семян (хлопка, рапса подсолнечника и др.), зерна, картофеля, рыбы, скота, птицы, сахарной свеклы и др.Все виды животного и растительного сырья имеют сложную многокомпонентную структуру, а также содержат различные примеси, поэтому основными способами обработки и переработки являются очистка и разборка исходного сырья. В линиях для первичной переработки сырья технологический процесс направлен в основном на разделение пищевых сред. Номенклатура продукции является, как правило, многопредметной, зависит от числа полезных компонентов, содержащихся в сырье. При этом обычно побочные непищевые продукты обладают полезными потребительскими свойствами (жмых, патока, жом и др.) и находят применение в смежных отраслях пищевой промышленности или сельскохозяйственном производстве.Свекла из бурачной или со сплавной площадки на завод подается гидротранспортером. Соотношение массы корнеплодов к массе используемой при этом воды в зависимости от загрязненности свеклы составляет от 1:8 до 1:10. Поступающая на переработку свекла содержит легкие и тяжелые примеси. В качестве легких примесей присутствуют ботва и сорняки, а в качестве тяжелых — камни, почва и песок. Кроме того, в массе, подаваемой на переработку, находятся частицы корнеплодов — так называемый свекловичный бой. Для удаления примесей из свекловичной массы в очистительном отделении завода имеются специальные песко-, ботво- и камнеловушки, пневматические ботвоподъемники, моющие машины, транспортеры, водоотделители, хвостикоулавливатели, классификаторы и буферные емкости. Все перечисленные машины расположены в двух каскадах. В начале каждого каскада установлены буферные емкости для приема корнеплодов.В первом каскаде свекловодяная смесь, выходя из буферной емкости, последовательно проходит песколовушку, пневматический ботвоподъемник, ботво- и камнеловушку. В пневматическом ботвоподъемнике за счет продувания воды воздухом легкая примесь поднимается в верхней слой потока и удаляется из него. Прошедшая таким образом предварительную очистку свекловодяная масса собирается во второй буферной емкости первого каскада, откуда поступает на машины второго каскада. Здесь она в том же порядке проходит через песколовушку, пневматический ботвоподъемник, ботво- и камнеловушку. Из последней в значительной степени очищенная масса свеклы отделяется от воды и поступает в моечные машины. Выйдя из них, свекла ополаскивается сначала чистой водой, а потом водой с растворенной в ней хлорной известью. После этого корнеплоды направляются на дальнейшую переработку.Транспортно-моечная вода наряду с легкой примесью содержит в себе частицы свекловичного боя, которые можно использовать в технологическом процессе. Поэтому вода направляется в хвостикоулавливатель, откуда задержанные в нем примеси и свекловичный бой поступают на классификатор, где частицы свекловичного боя разделяются по размерам. Частицы более 10 мм отделяются и направляются в технологический процесс, а остальная примесь поступает в отделение доработки жома.2.2 Получение свекловичной стружки резаниемИзмельчение представляет собой процесс увеличения поверхности твердых материалов в результате их раскалывания, раздавливания (прессования), истирания и удара (рис.2).Рис.2. Процесс измельчения пищевых продуктов:а) прессование, б) раскалывание, в) истирание, г) ударИзмельчение в пищевой промышленности применяют для увеличения поверхности твердых материалов с целью повышения скорости биохимических и диффузионных процессов при переработке фруктов, овощей ит. д., а также в процессах переработки пищевых отходов. Измельчение широко используют в мукомольном, мясном, свеклосахарном, спиртовом, пивоваренном, консервном и других производствах.Метод измельчения выбирают в зависимости от крупности и физико-механических свойств измельчаемых материалов. На практике часто применяют комбинированные методы измельчения. Процессы измельчения разделяются на дробление (крупное, среднее и мелкое), измельчение (тонкое и очень тонкое) и резание. Резание применяют, когда требуется не только уменьшить размер кусков, но и придать им определенную форму.Резание — разделение материала с приданием ему заданной формы, размеров и качества поверхности. Резанию подвергаются фрукты и овощи, конфетная и тестовая масса, мясо и другие продукты. На измельчающих машинах можно проводить различные процессы измельчения, начиная от измельчения глыб и кончая коллоидным измельчением, позволяющим получать продукт с частицами размером до среднего диаметра в мкм.В процессе изрезания корнеплодов, в частности, сахарной свеклы в стружку у 30...40 % клеток разрушаются их стенки и оболочки. Сок из этих клеток практически полностью вымывается водой в диффузионных аппаратах. Из оставшихся неповрежденных клеток сок извлекают в процессе диффузии, после тепловой денатурации белков протоплазмы в клетках.К свекловичной стружке предъявляют следующие требования. Она должна обладать достаточно большой удельной площадью поверхности, упругостью на изгиб и сжатие, а в своей массе — хорошей проницаемостью слоя в течение всего периода экстракции. Удельная площадь стружки определяется ее формой, которая зависит от качества сырья и типа используемых диффузионных аппаратов. Так, здоровую неповрежденную свеклу изрезывают в мелкую ромбовидную или квадратную стружку, подмороженную или подгнившую — в толстую ромбовидную, квадратную или рифленую пластовидную стружку. Для экстрагирования оптимальна стружка ромбовидного или квадратного сечения, которая отличается от пластинчатой повышенной скоростью обессахаривания, большим сопротивлением изгибу и проницаемостью в слое. При получении этих форм стружки брака образуется меньше, чем при желобчатой и пластинчатой. О качестве стружки судят по количеству брака в ее массе, длине линии, в которую можно уложить 100 г стружки, и так называемому шведскому фактору (отношению массы стружки длиной более 5 см к массе стружки длиной менее 1 см). Браком считают неразрезанные гребешки, стружку, длина которой менее 5 мм, а толщина — 0,5 мм. Содержание такого брака не должно превышать 3 % массы стружки. Свеклу считают хорошо изрезанной, когда стружку массой 100 г можно уложить в линию от 9 до 13 м. Более тонкая стружка быстро измельчается в мезгу, что ухудшает проницаемость ее массы и забивает ситовые поверхности. Значение шведского фактора 8 и больше указывает на хорошую проницаемость слоя стружки.3 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА3.1 Классификация устройств для резанияУстройства для резания классифицируют по:назначению — для резания хрупких, твердых, упруговязко-пластичных и неоднородных материалов;принципу действия — на периодические, непрерывные и комбинированные;виду режущего инструмента — на пластинчатые, дисковые, струнные, гильотинные, роторные, струйные (жидкостные и пневматические), ультразвуковые и лазерные;характеру движения режущего инструмента — с вращательным, возвратно-поступательным, плоскопараллельным, поворотным и вибрационным движением;характеру движения материала при резании и по виду его крепления.Для измельчения корнеплодов в стружку можно применять центробежные, барабанные и дисковые свеклорезки. На отечественных заводах в основном распространены центробежные свеклорезки. Они технологичны, дают возможность получать более качественную стружку, но имеют меньший выход стружки и расходуют больше энергии, чем дисковые и барабанные.В настоящее время наиболее распространенными в отечественной промышленности являются центробежные свеклорезальные машины. В них рамы с ножами закреплены в пазах вертикально установленного корпуса. Свекла, поступающая в свеклорезку, перемещается относительно ножей с помощью ротора и прижимается к ножам при помощи центробежной силы и заклинивающего действия лопастей улитки.Центробежные свеклорезки позволяют заменять ножи на ходу, регулировать производительность как путем изменения частоты вращения ротора, так и количеством работающих ножей, контролировать качество стружки от каждого ножа. Но они имеют довольно сложную конструкцию, дают повышенное содержание брака в стружке и потребляют много электроэнергии.Дисковые свеклорезки серийно выпускают и широко применяют за рубежом. В этих машинах ножи с рамами устанавливаются в пазах горизонтально вращающегося диска, свекла же находится в неподвижном состоянии и прижимается к ножам под действием собственной массы и при помощи специальных прижимов.Дисковые свеклорезки потребляют существенно меньше энергии, чем центробежные и барабанные, на них получают хорошую свекловичную стружку хорошего качества, но требуют остановки электродвигателей при смене ножей. Поэтому при низком качестве мойки свеклы из-за частой смены ножей дисковые свеклорезки имеют значительную трудоемкость при ремонте и обслуживании. Эффективность работы таких свеклорезок обеспечивается только при хорошей очистке свеклы.Барабанные свеклорезки более просты по конструкции, дают хорошую стружку, но потребляют большое количество электроэнергии, смена ножей осуществляется только при остановке свеклорезки.Центробежная свеклорезка СЦБ-16М (рис. 3) состоит из цилиндрического корпуса 2, вращающегося ротора 3, конического редуктора, привода S, верхнего 5 и нижнего 4 кожухов, загрузочного бункера 1, ножевых рам 6, лебедки 7 и гидравлического шибера. Ротор 3 выполнен в виде трехлопастной улитки и установлен на вертикальном валу, соединенном через пару конических зубчатых колес с приводом.Принцип действия свеклорезки заключается в следующем. Загрузка свеклы в свеклорезку производится через загрузочный бункер. В корпусе свеклорезки свекла увлекается вращающимся ротором и под действием центробежной силы прижимается к режущей кромке ножей, скользя по которым постепенно превращается в стружку. Готовая стружка через проемы ножевых рам выпадает в пространство между корпусом свеклорезки и кожухом и затем через отверстие нижнего корпуса поступает на дальнейшую переработку.Рис.3. Схема центробежной свеклорезки СЦБ-16МНожевые рамы с набором ножей устанавливают в гнезда корпуса свеклорезки плотно. Для того чтобы рамы составляли с корпусом свеклорезки внутреннюю поверхность одного радиуса, после установки их протачивают вместе с корпусом. Корпус свеклорезки имеет ремонтные накладки, которые позволяют неоднократно протачивать его. Обычно запасные и рабочие рамы вместе с корпусом свеклорезки протачиваются один раз в сезон сахароварения. Для замены ножей в рабочем состоянии свеклорезка снабжена реечным механизмом, поднимающим ножевую раму из своего гнезда, а на ее место вставляют глухую раму, которая отличается от рабочей отсутствием отверстий для установки ножей.Ножи при переработке волокнистой свеклы часто забиваются волокнами, поэтому для получения стружки хорошего качества их очищают продувкой паром или сжатым воздухом с избыточным давлением 0,7 МПа. Пар и воздух к ножам необходимо подводить так, чтобы они сдували волокна с ножей, а не прижимали их к режущей кромке. Для резания свеклы в сахарной промышленности применяют свеклорезательные ножи, фрезерованные из углеродистой и инструмеятальных сталей (ножи Чижека и кенигефельдские), и ножи Голлера, штампованные из листовой высокоуглеродистой стали. Предусматривается изготовление ножей двух типов: безреберные (тип 1) и ребристые (тип 2) в трех исполнениях: А - левый; В - правый; О - обезличенный. Ножи типа 1 имеют шаг 6, 7, 8, 9, 10, 12 мм, а типа 2 шаг 5 и 6 мм.На отечественных сахарных заводах наибольшее распространение получили свеклорезальные ножи Чижека, которые изготовляют для центробежных и дисковых свеклорезок.