Технология производства сахара

Содержание
Содержание
Введение
1.Современный уровень рассматриваемого производства
1.1. Технологические схемы производства
1.2.Современный ассортимент и пути его расширения
1.3. Применение добавок и улучшителей
1.4. Выводы и предложения
2. Выбор и обоснование технологической схемы производства
3. Научные основы технологических процессов
4. Расчет технологического оборудования по отделениям
Заключение
Список литературы

Технология производства сахара

Новая технология прошла апробацию в лаборатории, на полупромышленном стенде и на макете производительностью 2 тонны свеклы в час.
В 1997 г. технология была запатентована в России и за рубежом в ряде стран РСТ.
К настоящему времени появились дополнительные разработки, позволяющие упростить технологию и повысить ее экономические показатели.
Производство новой техники - сборочное, с изготовлением отдельных аппаратов и узлов на специализированных заводах, с покупкой материалов и комплектующих в России и за рубежом.
Этапы развития новой техники целесообразно организовать, не разрушая традиционной сахарной промышленности, а дополняя ее и поднимая ее эффективность, а именно:
1. Создание модулей по очистке и концентрированию, которые можно установить на площадках действующих сахарных заводов для производства из диффузионного сока или мелассы продуктов нового качества.
2. Создание мини-заводов по переработке сахарной свеклы, сахарного сорго, сахара-сырца, сахарного тростника, мелассы больших заводов.
3. Создание мощностного ряда модулей для замещения действующего оборудования сахарных заводов.
2. Выбор и обоснование технологической схемы производства
Приемку сахарной свеклы, отбор образцов, определение загрязненности и сахаристости проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 17421-82 "Свекла сахарная для промышленной переработки. Требования при заготовках".
После того как проведена технологическая оценка сахарной свеклы, ее направляют на хранение. Корнеплоды укладывают в кагаты на предварительно подготовленном кагатном поле.
Поступающая на завод свекла накапливается в железобетонной емкости, называемой бурачной и располагающейся рядом с главным корпусом завода. Гидротранспортер завода обычно бывает разделен на два участка: нижний и верхний. В начале нижнего участка, заглубленного в землю, устанавливают песколовушку большой вместимости. После нее свекловодяная смесь проходит через соломоботволовушку и камнеловушку, где освобождается от легких и тяжелых примесей и центробежным насосом подается в желоб верхнего участка гидротранспортера.
В верхнем гидротранспортере смесь повторно очищается с помощью ботвосоломоловушки и камнеловушки от примесей.
На нижнем гидротранспортере устанавливают четырехвалковую соломоловушку для более эффективного улавливания легких примесей, а на верхнем гидротранспортере - двухвалковую для контрольного улавливания легких примесей.
В гидравлическом транспортере и свеклоподъемных устройствах свекла частично отмывается от приставших к ней примесей. Для окончательной очистки свеклы от загрязнений и дополнительного отделения тяжелых и легких примесей применяются свекломойки.
В комплексе с барабанной мойкой работает ополаскиватель.
После барабана свекла направляется в ополаскиватель. Внизу ополаскивателя имеется камнеловушка. Всплывшие в ополаскивателе легкие примеси удаляются ситчатым транспортером. После ополаскивателя свекла дополнительно очищается в гидрокамнепескоулавливателе.
После барабанной свекломойки и ополаскивателя свекла поступает в корытную свекломойку типа Ш1-ПМД-2. Свекломойка состоит из отделения с низким уровнем воды и отделением с высоким уровнем воды.
Из свекломойки свекла элеватором подается на контрольный ленточный транспортер с подвесным электромагнитным сепаратором и далее направляется в бункер перед свеклорезками.
Процесс получения стружки из свекловичного корня осуществляется на свеклорезках при помощи диффузионных ножей, установленных в специальных рамках.
После того, как свекла была изрезана в стружку, стружка по ленточному транспортеру направляется к диффузионному аппарату, предварительно производят взвешивание стружки ленточными весами.
Диффузией называется извлечение из сложного по своему составу вещества, с помощью растворителя.
Важнейшее требование, предъявляемое к диффузионным аппаратам - это строгое соблюдение принципа противотока сока и стружки при равномерном заполнении всего аппарата. Хорошая работа диффузионного аппарата возможна только на стружке высокого качества. Стружка не должна перемешиваться в ходе процесса, а лишь перемещаться, если в аппарате имеются транспортирующие устройства. Для получения диффузионного сока высокого качества в аппарате следует поддерживать определенную температуру, а длительность диффундирования должна быть оптимальной.
Выходящий из диффузионного аппарата свежий жом прессуют до содержания сухих веществ 22%, что дает возможность возвращать жомопрессовую воду на диффузию.
После диффузионной установки жом направляется на двухступенчатое прессование. После первой ступени наклонных прессов СВ=12%, жом направляется либо на вторую ступень прессования до СВ=22%, либо - на реализацию свеклосдатчикам.
После второй ступени прессования жом направляется в отделение высушивания в барабанных жомосушках до СВ=87%.
Жомопрессовую воду перед возвращением в диффузионный аппарат подвергают очистке: фильтрации, тепловой стерилизации и т.д. Схема работает следующим образом. Жомопрессовая вода через мезголовушку поступает в сборник исходной воды и оттуда насосом подается в одноходовой пароконтактный подогреватель I ступени, где нагревается паром самоиспарения отработанной воды. Из подогревателя вода проходит через гидрозатвор с высотой столба жидкости около 9 м и поступает в одноходовой пароконтакный подогреватель II ступени, где вторичным паром IV или III ступени выпарной установки подогревается до температуры (85-90)оС. Из подогре_ вателя вода поступает в цилиндрический отстойник, где в течении (10-12) мин осветляется, стерилизуется и направляется в охладитель. Очищенная жомопрессовая вода, охлажденная до (70-75)оС, поступает в сборник жомопрессовой воды.
Далее к соку применяются физико-химические методы очистки сока. Очищенный сок подогревают до 90 0С и направляют в котел преддефекации. После технологических операций в предефекаторе сок направляется на основную дефекацию.
Далее дефекованный сок поступает в циркуляционный сборник, в котором сатурируется в течение 10 минут до pH 10.8-11.6. Затем сок самотеком поступает в сборник и насосом через подогреватель перекачивается в напорный сборник, расположенный примерно на высоте 6 м над листовыми фильтрами и направляется в выпарной аппарат. При выпаривании в соке происходят химические превращения: снижение рН, нарастание цветности, образование осадков. Эти процессы протекают наиболее интенсивно в термолабильном соке, т.е. соке, неустойчивом к температурному воздействию.
Снижение рН обусловлено разложением в соке 0.04-0.06% сахарозы, до 30% редуцирующих веществ и образованием органических кислот. Чтобы поддерживать необходимый рН в ВУ (примерно 7.5-8), в сок перед II сатурацией добавляют тринатрийфосфат.
Цветность сиропа нарастает в результате разложения редуцирующих веществ и их взаимодействиями с аминокислотами, а также карамелизации сахарозы. Интенсивность этих реакций зависит от рН, t, концентрации реагирующих веществ, реагентов, продолжительности выпаривания, наличия ионов железа и прочих факторов.
Результатом образования осадков в сиропе при выпаривании является снижение растворимости солей Са, когда они оказываются в пересыщенном состоянии и их избыток выкристаллизовывается.
Задача получения сахара стандартного качества решается с помощью многоступенчатой кристаллизации, при этом потери будут минимальны.
Наибольшее распространение получили двухступенчатая и трехступенчатая схемы продуктового отделения. Для получения сахара хорошего качества используют гибкие схемы, предусматривающие оперативное перераспределение потоков в соответствии с ситуацией на заводе[10.13].
3. Научные основы технологических процессов
Технология получения особо чистого стерилизованного сахара из сахара-сырца
Проблема получения особо чистого сахара, в основном, заключается в сложности и до­роговизне его обработки различными веще­ствами и реагентами в процессе производства, в том числе с помощью ионообменных уста­новок. При этом стандартные мероприятия по поддержанию санитарного состояния рабочих мест, строений и территории сахарного заво­да, выполнение требований к личной гигиене работающих, осуществление профилактичес­ких дезинфекций оборудования, иными слова­ми соблюдение санитарных правил производ­ства сахара и использование известных спосо­бов его очистки позволяют выпускать сахар, со­ответствующий ГОСТ 22-94, не более того. Тре­бования, предъявляемые потребителями саха­ра к его качеству, существенно отличаются от требований ГОСТ 22-94 (табл. 1).
Таблица 2
Сравнение показателей качества сахара,
требуемых потребителями особо чистого сахара и соответствующих ГОСТ 22-94
Показатель
Требования потребителей особо чистого сахара
ГОСТ 22-94
Плесневые грибы, КОЕ/г, не более
0,5х10
1х10
Дрожжи, КОЕ/г,не более
0,5х10
1х10
Количество мезофильных,аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, КОЕ/г, не более
0,2х10
1х10
Цветность, ед. КЕШ, не более
35
Белый, чистый,без пятен и посторонних примесей, допускается голубоватый оттенок
Недавно разработана достаточно недорогая и эффективная технология получения особо чистого стерилизованного сахара. Однако прежде чем ее рассматривать, остановимся на некоторых факторах, определяющих качествен­ные характеристики сахара, обусловленные в основном жизнедеятельностью микроорганиз­мов.
Как известно, в жидких технологических растворах сахарозы, в том числе в клеровке, содержатся многочисленные виды микроорганизмов - бактерии, дрожжи, грибы. Как правило, микроор­ганизмы существуют в сахаре-сырце в виде спор. Устойчивость спор к воздействию вне­шних факторов обеспечивается за счет того, что они покрыты плотной оболочкой. При раство­рении сахара в воде споры, имеющиеся на по­верхности и внутри кристаллов сахара, в соот­ветствии с их генетической программой, пере­ходят в «живое» состояние. Процесс этот на­чинается через 5-40 мин после растворения сырца. Во время технологического процесса производства сахара одни виды микроорганиз­мов сбраживают сахарозу с образованием орга­нических кислот, другие в процессе жизнедея­тельности выделяют аммиак, что приводит к повышению окраски растворов сахара. В ре­зультате микробиологических процессов могут образоваться полисахариды - леван и декстран. Последний представляет собой трудно гидролизуемую слизь.
На цветность сахара-песка влияет наличие продуктов меланоидообразования и фенолсодержащих комплексов. Принято считать, что меланоиды, образующиеся в результате щелочно-термического разложения редуцирующих веществ путем взаимодействия моносахаридов с аминокислотами, - одна из наиболее вредных групп с точки зрения ухудшения качества саха­ра-песка.
Еще один фактор, определяющий качество сахара при переработке сахара-сырца, - нали­чие в сырце продуктов клейстеризации крах­мала. Так, при производстве крепких алкоголь­ных напитков использование сахара, содержа­щего продукты деструкции крахмала (за счет осаждения их спиртом), может привести к выпадению осадка, иными словами, образованию мути в алкогольных напитках.
Для того чтобы избежать проблем, связан­ных с присутствием в сахаре-сырце и проме­жуточных технологических продуктах при его переработке микроорганизмов выбрано ис­пользование ультрафиолетового излучения и озона, являющихся основой описываемой ниже технологии.
Озон - наиболее мощный и самый быстрый на сегодня и, что очень значимо, коммерчески доступный асептик и оксидант, уничтожающий практически все биологические, органические и неорганические загрязнители. Основные пре­имущества его применения для обработки вод­ных растворов и суспензий при производстве сахара содержатся в самой природе этого ве­щества. Действие озона основано на высокой окислительной способности, обусловленной легкостью отдачи им активного атома кисло­рода.
Действие озона в совокупности с ультрафи­олетовым облучением приводит к фактически полному уничтожеию микрофлоры, присут­ствующей в исходном сырье и развивающейся во время технологического процесса. Среди причин бактерицидного эффекта озона чаще всего отмечается нарушение целостности оболочек бактериальных клеток, вызываемое окис­лением фосфолипидов и липопротеидов. В ходе исследований также определено, что капсулированные вирусы более чувствительны к действию озона, чем некапсулированные. Это объясняется тем, что капсула, представляющая собой слизистый слой, содержащий полисаха­риды и полипептиды, легко разрушается озоном.
Уникальное действие озона состоит в том, что он не только уничтожает микрофлору, но и при взаимодействии с продуктами жизнедея­тельности микроорганизмов, разрушает и их. Озон фактически полностью разлагает декстран. Увеличение скорости фильтрации при раз­ложении озоном не только декстрана и левана, но и продуктов деструкции крахмала - важная составляющая эффективности описываемой технологии.
Рис.1 Схема технологической линии производства особо чистого стерилизованного сахара
Использование озона, кроме того, улучшает цветность конечного продукта, в основном за счет разрушения меланоидов. В результате вза­имодействия озона с меланоидами образуются нерастворимые в воде соединения, и часть кра­сящих веществ переводится в осадок. Озон при этом действует еще и как микрофлокулянт. При озонировании протекают реакции окисления и с фенолсодержащими комплексами, в резуль­тате чего образуются нетоксичные соединения в виде осадка. Результаты опытов показывают, что озон расходуется и на окисление гуминовых кислот, что также приводит к значитель­ному снижению цветности. Вследствие окис­ления гуминовых кислот накапливаются стой­кие к окислению слабо окрашенные или бес­цветные соединения. Гуминовые вещества раз­рушаются озоном до диоксида углерода и воды. Осадок, образующийся в результате действия озона, удаляется на стадии фильтрации.
И, наконец, под действием озона уничтожа­ется запах, появляющийся в результате окисле­ния и минерализации органических примесей.
Предлагаемая технология получения особо чистого сахара реализуется с помощью типо­вого стандартного оборудования и типовых технологических процессов. На рисунке в уп­рощенном виде представлена технологическая линия производства особо чистого стерилизо­ванного сахара, которая состоит из клеровочного котла, станции СОК-150, системы очист­ки, сборника очищенного сиропа, вакуум-аппа­рата, центрифуг, устройств смешивания озона в виде водогазовых инжекторов (далее инжек­тор), станции СППВ-1000, установок сушки и охлаждения сахара, упаковочной линии.
Основой внедрения технологии получения особо чистого стерилизованного сахара служат станции двух типов: СОК и СППВ. Станция СОК-150 обеззараживает ультрафи­олетовым излучением технологические раство­ры и суспензии и вырабатывает в небольших количествах озоновоздушную смесь (ОВС).
Станция СППВ-1000 вырабатывает озон, подготавливает ОВС и позволяет насыщать озо­ном промывную воду, технологические раство­ры и суспензии с целью обеззараживания, де­зодорации и придания им асептических свойств. Основной элемент станций типа СППВ - модуль-озоногенератор. В состав стан­ции входят также основной инжектор, инжек­тор-затвор, датчики, локальный трубопровод с запорно-регулирующей арматурой и автомати­ческая система электропитания и управления. В ходе испытаний пилотной установки с озоногенератором на Эртильском сахарном заво­де (1991 - 1993 гг.), описанных в работе Л. В. Федосова с соавторами, определена минимальная концентрация озона при обработке прудовой воды, обеспечивающей полную де­струкцию микрофлоры - 8 мг/л. В то же время, согласно СНИП 2.04.02-99 для полного обез­зараживания поверхностно-сточной воды (до питьевой) достаточно 1-3 мг/л озона. Потреб­ность в более высокой концентрации озона, оп­ределенная авторами исследований на Эртиль­ском сахарном заводе, обусловлена расходом озона на его взаимодействие с органическими (в основном полисахаридами) и неорганичес­кими соединениями, присутствующими в достаточно больших количествах в растворах са­хара-сырца и промежуточных продуктах его пе­реработки. Учитывая поликомпонентный со­став промежуточных технологических продук­тов при производстве сахара и результаты ис­следований, опубликованные в указанной выше работе, одномодульная станция СППВ-1000 раз­работана таким образом, что обеспечивает со­держание озона в водной среде 27-39 мг/л, дру­гими словами, номинальная единичная мощ­ность модуля станции составляет 1000 г/ч по озону. В случае необходимости получения боль­ших объемов озона модули набираются в бата­рею достаточной мощности (на сахарных заво­дах России введены в эксплуатацию станции СППВ-2000, СППВ-3000 и СППВ-5000 -соот­ветственно двух-, трех- и пятимодульные).
Технология производства особо чистого сте­рилизованного сахара состоит из следующих технологических переходов: растворение саха­ра в насыщенном озоном воде (станция СППВ-1000) с получением клеровок, обработка клеро­вок ультрафиолетовым излучением (станция СОК-150), очистка, обработка сиропа перед кри­сталлизацией ОВС (станция СОК-150), кристал­лизация, центрифугирование, пробеливание (СППВ-1000), сушка и охлаждение, упаковка.
Сахар растворяют в предварительно насы­щенной озоном воде при определенной темпе­ратуре в клеровочном котле, при этом проис­ходит деструкция меланоидных соединений, декстранов и других органических и неоргани­ческих соединений. Далее по трубопроводу сироп поступает в станцию СОК-150 для бак­терицидной обработки ультрафиолетовым из­лучением. При бактерицидной обработке ко­ротковолновое ультрафиолетовое излучение препятствует воспроизводству и делению мик­роорганизмов, а оставшаяся в сиропе микро­флора уничтожается. Под действием ультрафи­олетового излучения в станции СОК-150 кис­лород воздуха окисляется с образованием озо­на. Полученная ОВС по трубопроводам подается в верхнюю часть сборника очищенного сиропа перед вакуум-аппаратом, где образует «подушку» над поверхностью сиропа, вслед­ствие чего последний не контактирует с атмос­ферным воздухом, что предохраняет его от про­никновения спор и микроорганизмов и допол­нительно дезинфицирует сироп. ОВС также обеззараживает стенки сборника сиропа при изменении его уровня в сборнике. Из сборни­ка сироп поступает в вакуум-аппарат, откуда утфель поступает в центрифуги, где с поверх­ности кристаллов удаляется патока и кристал­лы сахара просветляются промывной водой, смешанной с озоном, который поступает со станции СППВ-1000. Каждый кристалл сахара после такой обработки оказывается «упакованным» в оболочку из тончайшей пленки озоносодержащей жидкости. Пленка предотвращает повторный засев кристаллов сахара микроор­ганизмами на дальнейших технологических переходах и даже сохраняется после сушки са­хара, одновременно озон отбеливает кристал­лы сахара. Не позже, чем через 40 мин после пробеливания, то есть до разложения пленки озонированной жидкой среды на поверхности кристаллов, сахар помещают в герметичную упаковку. Остатки озона, испаряясь с поверх­ности кристаллов, заполняют все пространство упаковки, что дополнительно предохраняет продукт от микроорганизмов и сохраняет его стерильность.
Оборудование, реализующее описанную выше технологию, позволяющую удовлетво­рить возрастающие требования потребителей сахара к его качественным показателям, может быть фрагментарно врезано в существующие технологические схемы по переработке сахара-сырца или производства сахара-рафинада без существенных затрат на переделку технологи­ческой схемы.
Созданные группой ЛОЭС станции также дают возможность использовать озон и в дру­гих технологических процессах при производ­стве сахара: экстракции сахарозы из свекловичной стружки в диффузионных аппаратах, обеззараживании мелассы, подготовки и воз­врата жомопрессовой воды и др.
К настоящему времени технологии с приме­нением многомодульных станций типа СППВ внедрены на Ольховатском (2000 г.), Дмитро-тарановском (2001 г.), Земетчинском (2001 г.), Изобильненском (2001 г.) сахарных заводах. Технология получения стерилизованного саха­ра-рафинада особой чистоты из белого сахара с помощью станций СППВ-1000 (одномодульная) и СОК-150 внедрена на Ольховатском са­харном заводе (2000 г.). В 2002 г. технологии, основанные на применении вышеуказанных станций, готовятся к внедрению на ряде заво­дов как в России, так и в Украине и Молдове[13].
4. Расчет технологического оборудования по отделениям