На нашем интернет портале море информации по пищевой
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
Сырьем для выработки сахара-рафинада служит свекловичный сахар-песок и частично импортный тростниковый сахар-сырец. Основной задачей сахаро-рафинадного производства является получение кристаллического продукта высокого качества с содержанием сахарозы не менее 99,9%.
На рафинадных заводах большую часть продукции получают в виде плотных кусков определенной формы и крепости и относительно небольшую часть (около 17%) в виде рафинированного сахарного песка. По способу производства кускового сахара различают сахар-рафинад прессованный и литой.
В послевоенные годы восстановление и развитие рафинадного производства происходило главным образом на основе прессового способа как менее трудоемкого и легче поддающегося механизации и автоматизации. Этот способ за последние годы почти полностью вытеснил старый способ выработки литого рафинада. Прессованный кусковой рафинад получают прессованием полученной из утфеля влажной рафинадной кашки под большим давлением. Сближение монокристаллов достигается при этом способе прессованием, а сцепление их (цементация) происходит в результате дополнительной кристаллизации сахарозы, которая выкристаллизовывается из раствора (клерса) при высушивании влажного прессованного рафинада.
В сахаро-рафинадном производстве применяют многократную кристаллизацию, и обычно каждой кристаллизации предшествует механическая и адсорбционная очистка сиропов. При этом наблюдается цикличная повторяемость технологических операций, в результате которых сахароза сахарного песка превращается в сахар-рафинад, а несахара, удерживая значительную часть сахарозы, концентрируются в рафинадной мелассе.
Каждый цикл технологических операций начинается с получения и очистки (механической и адсорбционной) исходного сиропа.
Из сиропа уваривают и кристаллизуют утфель, который разделяют на кристаллический сахар и оттеки. Выделенная из утфеля межкристальная жидкость называется первым темным оттеком (зеленый оттек), а при пробеливании кристаллов клерсом образуется второй светлый оттек (белый оттек). Светлый оттек присоединяется к сиропу той же кристаллизации, а темный — направляют на следующий цикл для очистки и получения утфеля.
Таких циклов кристаллизации бывает пять — семь. При этом сахар-рафинад получают только из первых двух-трех циклов. Последующие циклы служат для обессахаривания темного оттека утфеля последней рафинадной кристаллизации. В обессахаривающих циклах получают не рафинадную кашку, а сахар-песок, который растворяют и присоединяют к сиропу из предыдущих циклов.
Технологическая схема производства прессованного рафинада состоит из следующих основных операций:
очистка сахара-песка; приготовления рафинадного сиропа и клерса; удаления из сиропа механических примесей; адсорбционной очистки; уваривания рафинадного сиропа; получения рафинадной кашки; прессования кашки; сушки рафинада.
Перед подачей сахарного песка в роспускное отделение из него удаляют крупные примеси (обрезки шпагата, мешочный ворс, солому и др.) на шпагатоуловителе. Шпагатоуловитель представляет собой короткий ленточный транспортер с сетчатой проволочной лентой, натянутой на два барабана. При движении лента непрерывно сотрясается, и сахарный песок просеивается через сетку, а задержанные крупные примеси сбрасываются в ящик или подвешенный мешок.
Приготовление рафинадного сиропа и клерса
После предварительного удаления крупных примесей сахарный песок из склада подается в роспускное отделение для приготовления первого рафинадного сиропа и клерса. Здесь сахарный песок направляют в роспускной котел, который представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный мешалкой и приспособлением для обогрева паром. Сахар растворяют в горячей воде при непрерывной работе мешалки и подогреве. При достижении раствором нужной температуры (80—85°С) и концентрации сироп перекачивают в сборник на башне, расположенной на высоте 3,0— 3,5 м над песочными фильтрами.
Клере содержит 63—65% сухих веществ, для его приготовления используют лучший по качеству сахарный песок и отходы, получаемые при прессовании и разделке рафинада. Рафинадный же сироп получают из обычного сахарного песка концентрацией до 73% СВ.
После шпагатоуловителя мелкие примеси остаются в сахарном песке и попадают в сироп. Для их удаления сиропы фильтруют через тканевые или песочные (гравиевые) фильтры. Более полная очистка достигается добавлением к сиропу (от 0,1 до 0,25% к массе сухих веществ сиропа) диатомита или перлита 1 с последующей фильтрацией на фильтр-прессах.
Для удаления из сиропа красящих веществ и частично минеральных примесей сироп обрабатывают адсорбентами. Основной адсорбент в рафинадном производстве — костеугольная крупка, значительно реже используется активный (активированный) древесный уголь разных марок. Костеугольную крупку получают на специальных заводах из предварительно измельченных и обезжиренных костей животных прокаливанием в течение 8—12 ч при 700°С без доступа воздуха. При прокаливании остаток сгоревших органических веществ в виде углерода выстилается тонким слоем на стенках пористого минерального остова костей. Средний состав крупки в %: Са3(РO4)2 77—78, углерода 7—10, СаС03 7—8, воды 4—9. После прокаливания крупку охлаждают и измельчают до частиц размером 5—15 мм.
Адсорбционная обработка сиропа костеугольной крупкой происходит в специальных аппаратах (адсорберах), которые представляют собой заполненные костяной крупкой железные вертикальные цилиндры диаметром около 1 м и высотой около 8 м.
Из сборников, установленных на 8— 10 м выше горловины адсорбера, сироп самотеком под давлением поступает в адсорбер (рис. 1). Чтобы сахар не разлагался, температура сиропов не должна превышать 85°С, а рН 7,0—7,5. Примерная продолжительность соприкосновения сиропа с углем для отдельных продуктов от 2,25 до 3 ч. Для удлинения пути прохождения сиропа и увеличения эффекта его обесцвечивания адсорберы соединяют в батареи, в которых более доброкачественные продукты обрабатываются более свежей крупкой, а менее доброкачественные — уже использованной («уставшей») крупкой.
Обработанный адсорбентом сироп направляется через контрольный фильтр в сборник сиропа.
При фильтрации сиропов костяной уголь постепенно теряет свою активность, и через некоторое время адсорбция прекращается,- Крупку обессахаривают промыванием горячей водой, выгружая из адсорбера, и направляют на регенерацию.
Рис. 1. Схема адсорбционной очистки: 1— адсорбер; 2 — напорный сборник; 3 — мешочный фильтр; 4 — контрольный фильтр; 5 — сборник сиропа; 6 — клеровочный котел; 7 — ловушка; 8 — насос.
Различают термическую и химическую регенерацию. В первом случае регенерируемую крупку сначала подвергают выварке в кипящей воде в течение 1—2 ч для удаления растворимых веществ, адсорбированных ею, затем промывают горячей проточной водой в течение 3—4 ч, пропаривают паром и направляют на термическую регенерацию. Процесс регенерации заключается в прокаливании крупки без доступа воздуха при температуре около 500— 550°С в течение часа в специальных костекалильных печах различных систем. При термической регенерации крупки полностью удаляются только органические вещества. Неорганические примеси отделяются только частично при промывании и пропаривании. Остальная часть неорганических адсорбированных веществ, главным образом соли кальция (CaS04, СаСО3), крепко удерживаются капиллярами крупки. Количество их постепенно нарастает, что приводит к забиванию капилляров. Поэтому приблизительно через каждые 10 термических регенераций производят химическую регенерацию угля.
Перед регенерацией крупку предварительно обрабатывают горячей водой, а затем ее кипятят 1,5—2 ч в растворе соды. После спуска щелока крупку промывают (4—6 ч) горячей водой и обрабатывают в течение часа технической соляной кислотой (при кипячении) .
Кислотный раствор спускают, и крупсвязи с охлаждением утфельной горячей водой до полного удаления хлористых солей.
После химической регенерации крупку направляют на термическую регенерацию.
При установившейся работе на рафинадном заводе масса крупки составляет около 65% массы рафинада, при этом ежедневно около 14—15% ее регенерируется.
Регенерация угля представляет собой очень сложный, трудоемкий и дорогостоящий процесс.
С целью уменьшения затрат на очистку адсорбцией в нашей рафинадной промышленности в последние годы стали широко применять древесные активные угли, обладающие высокой активностью.
Из древесных активных углей в рафинадном производстве нашел применение преимущественно карбофин, полученный при прокаливании пропитанных ZnCb древесного угля или древесины при температуре 600°С.
Он состоит из микроскопических пылинок угля.
Адсорбирующее действие карбофина значительно выше, чем костеугольной крупки. Поэтому одинакового эффекта обесцвечивания им можно достигнуть при сравнительно небольшом расходе (0,3—0,5% к массе рафинируемого сахара).
Из активного угля предварительно готовят 30%-ную водную суспензию, которую затем в течение 15—20 мин перемешивают с сиропом в периодически работающей мешалке при температуре 80°С.
Обработанный сироп фильтруют через фильтр-пресс и карбофин после однократного использования выбрасывают.
Мощным средством для обесцвечивания рафинадных сиропов могут служить также синтетические смолы — иониты.
Общий расход ионитов 0,02% к массе вырабатываемого рафинада.
Варка утфеля из рафинадного сиропа принципиально не отличается от варки утфеля в свеклосахарном производстве. Только рафинадные утфели варят значительно меньше свеклосахарных (около 50 мин), что обусловлено высокой чистотой увариваемых сиропов и большей их концентрацией (73% СВ вместо 65%).
Особенность получения рафинадного утфеля — введение при его уваривании ультрамарина, представляющего собой минеральную краску интенсивно синего цвета (80—150 г на 100 ц утфеля).
Рафинадной кашкой называется полупродукт, получаемый после центрифугирования и пробелки клерсом рафинадных утфелей. Она состоит из кристаллов сахара, покрытых пленкой увлажняющего их клерса.
Для центрифугирования утфелей в рафинадном производстве широко применяют непрерывно действующие пульсирующие центрифуги (рис. 1). Центрифуга имеет 4 горизонтальных барабана, изготовленных из щелевидных сит, расположенных последовательно вдоль оси центрифуги 1 и вращающихся с частотой 800 об/мин. Диаметры барабанов увеличиваются по мере продвижения сахара. Первый (2) и третий (3) барабаны находятся как во вращательном, так и в возвратно- поступательном движении.
Центрифуга заключена в горизонтальный кожух, в котором установлена перегородка для отделения зеленого оттека от белого. Утфель через неподвижную загрузочную трубу непрерывно поступает на первый барабан, где начинается его центрифугирование.
Под воздействием пульсирующих толчков сахар перемещается с
барабана на барабан и с четвертого барабана выводится из центрифуги. На третий
барабан подводят для пробелки клере (5—6% к массе утфеля).
Влажность рафинадной кашки регулируется расходом клерса и режимом работы
центрифуги. В зависимости от желаемой крепости рафинада влажность,
обусловливаемая остаточным клерсом, может колебаться от 1,5 до 3%. При
производстве прочного сахара в кашке оставляют максимально возможное количество
клерса, чтобы в дальнейшем после прессования в процессе сушки кристаллизуемая
сахароза цементировала монокристаллы кусков сахара.
Рафинадную кашку прессуют для сближения монокристаллов и получения влажного рафинада определенной формы.
При прессовании объем кашки и ее пористость уменьшаются и кристаллы сближаются.
При этом она формуется в бруски массой 125 г, которые после высушивания раскалываются до кусочков стандартного размера, или в кусочки рафинада массой 5,5 г.
В первом случае процесс прессования ведут на прессе, основной рабочей частью которого является установленный горизонтально вращающийся на вертикальном валу круг. В нем симметрично расположены сквозные прямоугольные прорези, в которые вставляются коробки (матрицы). В эти коробки поступает под действием набивного приспособления кашка. Здесь же она и прессуется.
Каждая матрица имеет перегородки, позволяющие получать бруски размером 24X24X188 мм. Принцип действия пресса показан на рис. 2.
Рис. 1. Пульсирующая центрифуга.
Рис. 2. Схема устройства стола пресса.
В течение каждого полного оборота круга, продолжающегося около 10 с, пресс делает четыре кратковременные остановки, во время которых каждая матрица вместе со своим пуансоном, образующим как бы дно матрицы, поочередно задерживается на 1 —1,5 с в положениях I, II III и IV.
В положении / матрица подготавливается к заполнению кашкой, для чего пуансон опускается.
В положении II матрица подходит под набивную коробку и набивается кашкой.
В положении III матрица подходит под плиту, а пуансон, поднимается вверх и сжимает кашку в матрице.
В положении IV пуансон выталкивает из матрицы спрессованный влажный брусок, сдвигаемый затем на сушильную планку или на ленту транспортера.
Сушка рафинада протекает в два периода, отличающихся в основном скоростью процесса. Первый период характеризуется интенсивным удалением влаги, а второй — резким замедлением процесса. Сушка рафинадных брусков обычно производится в туннельных сушилках, представляющих собой две длинные изолированные камеры (каналы), внутри которых проложен рельсовый путь.
Первая камера имеет в боковой стенке отверстие для загрузки и выгрузки сахара.
Сырой рафинад поступает в первый канал (I зона), где прогревается, при этом из него удаляется часть влаги.
Затем вагончики передвигаются во второй канал, в котором удаляется основное количество влаги. После этого вагончики возвращаются во II зону первого канала, где рафинад охлаждается воздухом.
В туннельной сушилке продолжительность сушки рафинада составляет 10—12 ч при температуре горячего воздуха не выше 95°С. При сушке прочного прессованного рафинада (влажностью выше 2,3%) применяют вакуум-сушилки.
Высушенный и охлажденный рафинад в виде брусков поступает на машину для раскалывания на куски размером 22x22x13-14; 23x23x12-1З или 24x24x11-12 мм. Готовый рафинад упаковывают вручную и механизированными методами.
При комплексной механизации производства прессованного рафинада ряд технологических процессов может быть увязан в едином агрегате, называемом комбайном. К наиболее рациональным можно отнести комбайн, работающий на Московском рафинадном заводе. Главной частью этого комбайна является ротационный пресс, прессующий сахар в виде домино или кубиков. На сушку кусочков рафинада в комбайне требуется значительно меньше времени, чем в туннельной сушилке. При влажности рафинадной кашки 1,6— 1,8% сушка протекает около 30 мин при температуре не выше 70°С.
В настоящее время в основном выпускают три сорта рафинированного сахара: прессованный колотый; прессованный быстрорастворимый; рафинированный сахар-песок. Кроме того в небольших количествах выпускается рафинад колотый литой, прессованный со свойствами литого и дорожный рафинад (в мелкой упаковке). В зависимости от сорта действующий ГОСТ 22—66 предъявляет к сахару-рафинаду ряд требований (табл. 1) по следующим показателям: крепости (временному сопротивлению параллелепипеда раздробляющему давлению пресса), растворимости в воде (растворимость кубика рафинада с ребром 10 мм при 20°С); влажности, чистоте и т. п.
Таблица 1
Качество сахара-рафинадаЧистота рафинада должна быть не менее 99,9%; содержание редуцирующих cахаров в нем не допускается выше 0,03%. Рафинированный сахарный песок должен представлять собой отдельные кристаллы сахарозы размером не более 0,2 мм. Влажность сахара-песка не может превышать 0,1 %.
