Технология отрасли Кафедра «Технология сахаристых, бродильных производств и виноделие» Доц. Клемешов Д. А.
2 технология отрасли С а х а р о з а – углевод, относящийся к группе дисахаридов с химической формулой С 12 Н 22 О 11. Молекула сахарозы построена из двух моносахаридов: глюкозы и фруктозы (1 -α-D-глюкопиранозидо-2 -β-D-фруктофуранозид). Схема конфигурации молекулы сахарозы показана на рисунке: С а х а р б е л ы й к р и с т а л л и ч е с к и й (сахар-песок в пред. – ГОСТ ) (ГОСТ Р 53396 от 15. 09. 2009 г. № 417 -ст, дата введения 07. 01. 2011 и поправка к ГОСТ Р 53396 -2009 от 07. 2011) представляет собой кристаллы сахарозы, получаемые путем технической и физико-химической обработки сахарсодержащего сырья: сахарный тростник, сахарная свекла и тростниковый сахар-сырец.
3 технология отрасли По физико-химическим показателям белый сахар должен соответствовать требованиям, указанным в таблице Наименование показателя Значение показателя для белого сахара категории экстра первой категории 99, 8 99, 7 0, 10 99, 9 0, 10 99, 8 0, 03 0, 04 0, 027/15 0, 036/20 45, 0/6 60, 0/8 Поляризация, °Z, не менее: - кристаллический сахар Массовая доля влаги, %, не более: - кристаллический сахар Массовая доля сахарозы (в пересчете на сухое вещество), %, не менее Массовая доля редуцирующих веществ (в пересчете на сухое вещество), %, не более Массовая доля золы (в пересчете на сухое вещество), %/баллов*, не более Цветность в растворе, единиц оптической плотности (ICUMSA)/баллов**, не более - крепкий Более 10
4 технология отрасли Технологический процесс- это переработка сырья, полуфабрикатов в продукты потребления, характеризующиеся качественным изменением сырья. Технологический режим – определенное сочетание основных параметров технологического процесса (температура, р. Н, давление, продолжительность процесса) влияющих на его скорость, качество и выход продукта. Производственная мощность (А) – свеклосахарного завода характеризуется максимально возможным количеством переработанной сахарной свеклы (т/сут). Партия сахарной свеклы (продукции, сырья) - количество корнеплодов сахарной свеклы, удостоверенное одним документом Коэффициент извлечения сахара (Кизвл. ) - показатель, характеризующий выход сахара в процентах к массовой доле сахарозы, введенной с сырьем. Выход продукта (В) – количество продукта, выработанного из сырья, в процентах к его массе. Верстат сахарного завода – масса сахарозы, содержащееся в промежуточных продуктах производства (сок, сироп, утфели, сахар II и III кристаллизаций), заполняющих собой заводскую аппаратуру, трубопроводы и сборники. Общие потери сахара в производстве (П) – это разность между количеством сахарозы, введенной в производство, и количеством его в готовом продукте, полупродуктах, выраженная в процентах к массе исходного сырья. (% к м. св. ) Сахаристость (СХ) – содержание сахарозы в сырье , выраженное в процентах к массе продукта. Сухие вещества (СВ) – безводная часть продукта, выраженная в процентах к массе продукта. Содержание влаги (W) – массовая доля влаги в продукте, выраженная в процентах. Несахара (НСХ)– сухие вещества в продукте сахарного производства, кроме сахарозы. Чистота (Ч) – массовая доля сахарозы в пересчете на сухие вещества продукта, выраженная в процентах. (Ч=СХ/СВ*100%) Редуцирующие вещества (РВ) – органические вещества в продукте, обладающие восстанавливающей способностью по отношению к окислителям.
5 технология отрасли Основные характеристики сахаропроизводящего комплекса Российской Федерации üИмеющиеся в России мощности позволяют переработать за 140 суток до 43 млн. тонн сахарной свёклы и произвести до 5, 7 млн. т свекловичного сахара (при потребности 6 -6, 5 млн. т). üВ настоящее время работают 76 предприятий по производству сахара. üСредняя мощность предприятия 6 000 тонн свеклы в сутки.
6 технология отрасли
. 7 технология отрасли Технико-экономические показатели свеклосахарного завода Для свеклосахарного завода производственной мощностью 6, 0 тыс. т переработки свёклы в сутки при среднем выходе сахара – 10, 6%, мелассы – 5, 5%, жома – 72% и коэффициенте использования мощности равном 0, 9 за 100 суток сокодобывания будет выработано соответственно в количестве: Сахар 57, 2 тыс. т; Меласса – 29, 7 тыс. т; Свекловичный жом - 456 тыс. т. Расход мазута, угля и известнякового камня, из расчёта потребности 10, 7%, 18, 5% и 6, 2% к массе свёклы, их соответственно составит: 28, 9, 49, 9 и 16, 7 тыс. т за 100 суток работы завода. Для завода производственной мощности 6 тыс. т переработки свёклы в сутки при длительности сокодобывания 100 суток, годовой объем заготовляемой сахарной свёклы принимают 550 тыс. т. Расход пара на технологические нужды, включая жомосушение, составит 47% к массе свёклы, а свежей воды (речной) – 250… 500 м 3/ч, на промывание сахара-песка и питьевые нужды (артезианской) – около 70 м 3/ч среднесуточная численность работающих в производстве и непроизводственных подразделениях около 300 человек.
8 Технологическая схема получения сахара технология отрасли
9 технология отрасли Свеклосахарное производство – единый процесс, его условно делят на три производственных и на вспомогательные отделения. Производственные: Øсвеклоперерабатывающее , в котором проводят подготовительные операции со свеклой и извлечение свекловичного сока из стружки экстракцией; Ø сокоочистительное , в этом отделении диффузионный сок очищают от несахаров и сгущают до сиропа; Øпродуктовое, где сахароза выкристаллизовывается из сиропа с получением готового продукта. Вспомогательные отделения: Ø известковое- получение известкового молока и сатурационного газа; Ø жомосушильное – получение сушеного жома.
10 технология отрасли Средний химический состав сахарной свеклы
11 технология отрасли СВЕКЛОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОТДЕЛЕНИЕ Станция диффузии Диффузия (экстракция) – извлечение сахарозы из свекловичной ткани с помощью растворителя (воды) обусловленное тепловым движением молекул и ионов. Диффузионный сок – (сок) полученный в процессе диффузии раствор сахарозы и примесей. Сокостружечная смесь - смесь свекловичной стружки и диффузионного сока Жом – обессахаренная свекловичная стружка. Откачка(отбор сока) – это масса диффузионного сока в процентах к массе переработанной свеклы. Величина ее составляет 115… 125%. При средней величине 120% клеточный сок (93%) разбавляется в 120 : 93 = 1, 3 раза. Процесс диффузии в свеклосахарном производстве описывается уравнением П. М. Силина. Это уравнение создано на основе первого закона диффузии Фика: где S – количество растворенного вещества; (С – с) – средняя разность концентраций сахарозы внутри и на поверхности стружки является движущей силой процесса; F – поверхность контакта стружки с диффузионным соком; τ – продолжительность активного обессахаривания стружки (с момента достижения температуры диффундирования до выгрузки из аппарата); D – коэффициент диффузии сахарозы; d – толщина стружки. Схема противоточного обессахаривания свекловичной стружки
12 технология отрасли Конструкция шнека
13 технология отрасли СОКООЧИСТИТЕЛЬНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Вместе с сахарозой, которая экстрагируется почти полностью, из свекловичной стружки в диффузионный сок переходит и часть примесей (4/5 растворимых несахаров): общего азота и окислов К, Na, Mg – (60… 70%), вредного азота до 95%, окислов кальция около 10%, Р 2 О 5 – (75… 80%). В нём содержится много мелких частиц свеклы (мезги), он быстро темнеет на воздухе, пенится. Показатели его колеблются в пределах: сухих веществ 15… 19%, сахарозы 12… 15 %, чистота 82… 89%, мезги 2… 3%, р. Н 5, 5… 6, 5. Из такого сока без очистки трудно выделить сахарозу, так как несахара замедляют скорость кристаллизации и увеличивают потери сахарозы с мелассой. Одна часть несахаров удерживает в мелассе 1, 2… 1, 5 части сахарозы. Чтобы обеспечить высокий выход товарного сахара и низкий выход мелассы, из диффузионного сока необходимо удалить как можно больше несахаров и довести его до слабощелочной реакции. Известно много способов очистки диффузионного сока, но в практике нашел широкое распространение способ обработки диффузионного сока известью (дефекация) с последующим удалением ее избытка углекислым газом (сатурация).
14 технология отрасли Очистка диффузионного сока - совокупность технологических операций, выполняемых с целью удаления несахаров и повышения качества сока Эффект очистки -отношение количества несахаров, удаленных при очистке сока, к количеству несахаров неочищенного сока, выраженное в процентах Основные реагенты Известковое молоко - продукт гашения извести, представляющий собой водяную суспензию гидрата окиси кальция Сатурационный газ - газ, содержащий СО 2 , охлажденный и очищенный в газопромывателе, используемый для сатурации сока Сернистый газ – это газ, содержащий SO 2 , получаемый при сжигании серы в печи и используемый для сульфитации сока, сиропа и воды Стадии очистки Преддефекация - процесс предварительной обработки диффузионного сока небольшим количеством извести и возвращаемым нефильтрованным соком I сатурации или сгущенной суспензией сока I сатурации. Сатурация - процесс обработки дефекованного сока сатурационным газом, осуществляемый в несколько приемов (I и II сатурации) Фильтрование сока - процесс разделения жидкой неоднородной системы (в сахарном производстве – соков, сиропов и др. ) в фильтрах Сульфитация сока (сиропа, воды) - процесс обработки сока (сиропа, воды) сернистым газом или сернистой кислотой
15 технология отрасли Принципиальная типовая схема известковоуглекислотной очистки диффузионного сока
16 технология отрасли ВЫПАРИВАНИЕ СОКА После химической и физико химической очистки получают сок с содержанием сухих веществ 15… 18% и чистотой около 89… 93%. Выпаривание сока осуществляют в два этапа: • Сок сгущают в выпарной установке до содержания сухих веществ 60… 65%; • Затем в вакуум аппаратах до содержания сухих веществ 92, 5… 93, 5%. Всего из сока выпаривается 115% воды к массе свеклы. Разделение выпаривания сока на два этапа обусловлено следующими причинами. При сгущении в соке уменьшается растворимость солей кальция, разлагаются редуцирующие сахара, бикарбонат кальция превращается в карбонат, происходят и другие реакции, способствующие образованию осадка и цветности. Поэтому до подачи сиропа в вакуум аппараты его надо сульфитировать и фильтровать, что возможно только при концентрации сухих веществ не более 65%. • На первом этапе имеется возможность осуществлять многократное выпаривание сока в многоступенчатых выпарных установках. Это дает возможность, по сравнению с однократным выпариванием, снизить расход топлива на единицу перерабатываемого сырья примерно в 2, 4 раза (с учетом отбора пара на другие технологические нужды). • На втором этапе сгущения сока в вакуум аппаратах удаляется значительно меньше воды и расход топлива не велик. Уваривание утфеля длится всего 3… 4 ч. Чтобы за такое короткое время больше выкристаллизовать сахарозы, надо начинать уваривать из концентрированного раствора сахарозы (сиропа).
17 технология отрасли Масса воды, выпаренной в выпарной установке: Сw= 125, 0 26, 5 = 98, 5 кг
18 технология отрасли ПРОДУКТОВОЕ (КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЕ ) ОТДЕЛЕНИЕ Двухкристаллизационная схема
19 технология отрасли Две ступени I и II (двухкристаллизационная схема): сироп с клеровкой после сульфитации, нагревания до температуры 85… 90 °С и фильтрования, используют для уваривания утфеля I кристаллизации в вакуум аппаратах, обогреваемых паром, до содержания 92, 5… 93, 5% сухих веществ. Готовый утфель выгружают в приемную утфелемешалку, а освободившийся вакуум аппарат пропаривают паром, растворяя остатки утфеля, а полученный раствор направляют в ту же утфелемешалку. Утфель I кристаллизации сразу же после спуска из вакуум аппарата, без охлаждения, с температурой 70… 75°С разделяют в центрифугах на сахар песок и первый оттек. Сахар песок пробеливают в центрифугах горячей водой, получая второй оттек чистотой на 5… 7% большей, по сравнению с первым оттеком, так как в нем растворяется часть кристаллов сахара песка. Влажный сахар песок высушивают до влажности не выше 0, 14%, упаковывают в мешки массой по 50 кг и отправляют на склад. Второй оттек утфеля I кристаллизации возвращают на уваривание этого же утфеля, а из первого оттека утфеля I кристаллизации уваривают утфель II (последней) кристаллизации в вакуум аппарате до содержания 94… 95% сухих веществ. Затем его выгружают из вакуум аппарата в кристаллизационную установку для дополнительной кристаллизации охлаждением.
20 технология отрасли Уваривание утфеля I кристаллизации Поступающий на уваривание утфеля I кристаллизации сульфитированный сироп в смеси с клеровкой должен содержать не менее 65% сухих веществ, быть прозрачным, иметь p. H 7, 8… 8, 2, содержание солей кальция 0, 12… 0, 5% массы сиропа, цветность – не более 40 усл. ед. Утфель уваривают в периодически действующих вертикальных вакуум аппаратах вместимостью 40, 60, 80 т. Полный цикл уваривания утфеля состоит из четырех основных этапов : 1. Сгущение сиропа до заводки кристаллов; 2. Образование центров кристаллизации; 3. Наращивание кристаллов сахара; 4. Окончательное сгущение (отварка) и спуск утфеля. Вертикальный вакуум аппарат
21 Центрифугирование утфеля I технология отрасли Утфель представляет собой текучую суспензию, состоящую из двух фаз: твердой (кристаллы сахара) и жидкой (межкристальный раствор). Чтобы получить кристаллический сахар, твердую фазу отделяют от жидкой механическим способом – на центрифугах и называют этот процесс центрифугированием. Центробежная сила, возникающая при вращении ротора центрифуги с утфелем, во много раз больше силы тяжести, поэтому разделение твердой и жидкой фаз происходит очень быстро. Интенсивность центрифугирования обусловлена фактором разделения Ф. Это безразмерная величина, показывающая во сколько раз действие центробежной силы, ускоряет отделение межкристального раствора от кристаллов сахара по сравнению с действием силы тяжести. Схема фильтрующей центрифуги ФПН 1251 Л
22 технология отрасли Центрифугированием удаляется большая часть межкристального раствора, который после центрифуг называют первым оттеком (разность чистоты между межкристальным раствором и оттеком должна быть не более 1%). На кристаллах сахара после центрифугирования остается тонкая пленка, придающая сахару желтоватый цвет. Чтобы снять ее, слой сахара пробеливают нагретой до температуры 80… 90 °С артезианской водой (но не аммиачной, чтобы не придать сахару неприятного запаха), в результате чего образуется второй оттек. На пробеливание сахара расходуют воды 2… 3, 5% массы утфеля, которую подают через узел промывки 3 на слой сахара после отделения межкристального раствора. Чтобы обеспечить необходимую разность чистоты первого и второго оттеков (5… 7%), через 10… 15 с после начала подачи пробеливающей воды в желобе для оттеков поворачивают сегрегатор и направляют второй оттек в соответствующий сборник. После пробеливания сахара начинается электродинамическое торможение электродвигателя центрифуги в порядке, обратном разгону: 1480, 980, 425, 207, 0 мин 1. При этом электроэнергия возвращается в сеть (рекуперативное торможение).
23 технология отрасли Сушка, охлаждение и хранение сахара-песка Из автоматизированных центрифуг с механической выгрузкой получают сахар песок влажностью 0, 8… 1 %. Такой сахар без сушки хранить нельзя, так как в нем образуются комки, а при транспортировании кристаллы легко повреждаются. Поэтому сахар песок высушивают подогретым воздухом до содержания влаги 0, 14% при хранении в мешках и до 0, 04 % при бестарном хранении в силосах и охлаждают до температуры окружающей среды. Так как почти вся влага находится на поверхности кристаллов (в пленке), сахар песок легко высушивается. Чтобы при транспортировании от центрифуг к сушилке кристаллы влажного сахара песка меньше повреждались, применяют вибротранспортер на катках. С вибротранспортера он поступает в вертикальный ковшовый элеватор, поднимается вверх и с температурой 40… 50 °С загружается в двухбарабанную сахаросушильную установку
24 технология отрасли Установка состоит из двух наклонных вращающихся стальных барабанов с лопатками внутри. Один барабан – сушильный, другой – охладительный. Влажный сахар песок поступает в сушильный барабан 3, где перемешивается и высушивается прямотоком горячего воздуха, предварительно очищенного в фильтре 1, нагретого в подогревателе 2 до температуры 105… 110°С и отсасываемого вентилятором 4. Высушенный сахар из сушильного барабана 3 Схема двухбарабанной сахаросушильной установки попадает в охладительный барабан 7, через который вентилятором 6 противотоком протягивается очищенный в фильтре 8 холодный воздух. Охлажденный до температуры 22… 25°С cахар песок направляется на упаковку, а воздух из барабанов поступает в пылеуловитель 5, освобождается от сахарной пыли и удаляется в атмосферу. Уловленная сахарная пыль растворяется в соке II сатурации и возвращается в производство. В барабанах из за многократного пересыпания часть сахара измельчается, грани кристаллов стираются и теряют блеск.
25 технология отрасли Уваривание и центрифугирование утфеля II Уваривание утфеля на последней ступени кристаллизации характеризуется тем, что в вакуум аппарат поступают сахарные растворы, содержащие значительно больше несахара, чем на первой и второй ступенях кристаллизации. Это обусловливает высокую вязкость увариваемой массы и снижение скорости кристаллизации. В результате полный цикл уваривания утфеля II кристаллизации в 1, 5… 2, 5 раза больше, чем цикл уваривания утфеля I кристаллизации. На практике межкристальный раствор утфеля II кристаллизации стараются обессахарить наиболее полно, чтобы с мелассой было выведено как можно меньше сахарозы, ибо снижение чистоты мелассы на 1% дает возможность увеличивать выход сахара песка на 0, 07… 0, 1 % массы свеклы. Поэтому кристаллизацию сахара на последней ступени проводят в два этапа: • сначала утфель уваривают в вакуум аппарате до высокого содержания сухих веществ (95… 96%); • затем выгружают в кристаллизационную установку и продолжают выкристаллизовывать сахарозу из межкристального раствора, поддерживая коэффициент пересыщения в необходимом диапазоне путем медленного охлаждения утфеля.
26 технология отрасли Кристаллизация утфеля II охлаждением Из приемной утфелемешалки утфель поступает в кристаллизационную установку, состоящую из 6 – 8 утфелемешалок кристаллизаторов, соединенных последовательно. Суммарная полезная вместимость и поверхность теплообмена кристаллизационной установки рассчи таны так, чтобы обеспечивалось охлаждение утфеля от 65… 68°С до 35… 40°С в течение примерно 28… 30 ч (при работе по трехкристаллизационной схеме). Помимо этого, предусмотрена еще одна утфелемешалка кристаллизатор для нагревания утфеля перед центри фугированием. Следует иметь в виду, что вместимость одной утфелемешалки кристаллизатора соответствует вместимости одного вакуум аппарата. Утфель из приемной утфелемешалки поступает в корыто 5 первой утфелемешалки кристаллизатора (рис. 40), где с помощью дисков 2 и лопастей 6 и 1 перемешивается и, охлаждаясь, передвигается вдоль оси вала к перегородке 4, образующей с торцевой стенкой корпуса секцию. Из этой секции через проем 8 утфель переходит в следующую, где движется в обратном направлении, затем он переходит в третью утфелемешалку кристаллизатор и т. д. Схема утфелемешалки кристаллизатора с дисковой поверхностью теплообмена
27 технология отрасли Кристаллизацию утфеля последнего продукта в каскаде утфелемешалок кристаллизаторов осуществляют до значения допустимой чистоты мелассы, которая получила название чистота нормальной мелассы. Нормальная меласса – это насыщенный межкристальный раствор утфеля последней кристаллизации при температуре 40°С, которому соответствует вязкость 4, 4 и 7, 1 Па·с при частоте вращения ротора центрифуги соответственно 980 и 1480 мин 1. Существует еще понятие условная меласса – это меласса, массовая доля сухих веществ которой пересчитана на 85% при неизменной чистоте. Чистоту нормальной мелассы определяют экспериментально, анализируя заводскую мелассу, а величину допустимого содержания кристаллов в утфеле последней кристаллизации принимают на основании наблюдений последних лет на данном заводе. Обычно допустимое содержание кристаллов колеблется в интервале 42… 46%.
Скачать презентацию Технология отрасли Кафедра Технология сахаристых бродильных производств и
Технология отрасли.pptx