5.2 Технологическая схема получения сахара-песка

На всех сахарных заводах России принята единая технологическая схема получения сахара-песка из сахарной свеклыПолучение свекловичной стружки производят на резальных машинах (дисковые горизонтальные и цилиндрические с вставленными ножевыми рамами). Длинна 100 г стружки должна быть 10 – 12 м.

Получение свекловичного сока можно проводить путем прессования стружки и с применением диффузионного способа. Прессовым способом извлекается 70 – 80% сока. Диффузионный способ позволяет сократить затраты и в более полном количестве выделить сахар. Под явлением диффузии понимают способность смешивающихся между собой различных веществ самопроизвольно проникать друг в друга, до образования однородной смеси.

Технологическая сущность получения диффузионного сока заключается в следующем. Ткань свекловичного корня состоит из клеток, содержащих сок, в которых растворены сахара и несахара. Задача свекловичного производства извлечь сахара, а именно сахарозу. Но клетка окружена протоплазменным слоем, который состоит преимущественно из белков. Через этот слой из клетки проходит только вода, а не сахар и другие вещества. Чтобы произошла диффузия сока через стенки клеток нужно разрушить протоплазменный слой. Это достигается обработкой свекловичных клеток водой температурой 60ºС и выше. На практике обработка стружки горячей водой осуществляется в диффузионных аппаратах периодического и непрерывного действия.

Получили распространение колонные диффузионные аппараты (КДА). Аппарат состоит из ошпаривателя, где стружку подогревают, и вертикальной колонны (собственно диффузора). В аппаратах такого типа навстречу свекловичной стружке противоточно движется сок, в конце аппарата – в верхней его части обессахаренная стружка встречается с чистой горячей водой, которая омывает стружку. После обессахаривания стружки она имеет вид отжатой массы и называется жом. Продвижение стружки в верхнюю часть диффузионного аппарата производится вращающимся валом с лопастями.

Диффузионный способ извлечения сока – это непрерывное обессахаривание свекловичной стружки сначала соком (предыдущего извлечения), концентрация которого постепенно снижается, и к концу процесса стружка омывается горячей водой. Продолжительность операции 80 – 100 мин.

Получают диффузионный сок, который содержит 83% влаги и 17% сухих веществ, из них 15% сахароза и 2% несахара. Из полученного сока необходимо удалить несахара, что осуществляется химическими способами. Несахара задерживают кристаллизацию сахарозы, увеличивая потери сахара с конечным продуктом – мелассой. Чтобы избавиться от несахаров проводят очистку сока известью - дефекацию с последующим удалением ее избытка диоксидом углерода - сатурация.

Дефекация диффузионного сока – это обработка сока известью, которая проводится в два этапа: предварительная дефекция и основная дефекция. На преддефекции к массе свеклы добавляют 0,2 – 0,3% CaO, на основной 2,5 – 3% CaO, при этом pH сока повышается до 12,2 – 12,3.

Назначение операции – известь с несахарами дает осадок. Происходит коагуляция коллоидных веществ, нейтрализация и осаждение кальциевых солей ряда кислот (лимонной, оксилимонной, яблочной и др.). Продолжительность 20 – 30 мин, температура сока: при проведении холодной преддефекции 50ºС, теплой – 50 – 60 ºС, горячей – 85 – 90 ºС.

Основную дефекацию проводят сразу после преддефекации. Основные процессы при второй дефекации: разложение несахаров сока, омыление жиров, осаждение анионов кислот, создание избытка извести (для дальнейшего достаточного количества CaCO3, образующего при сатурации) продолжительность операции 10 – 30 мин.

Сатурация диффузионного сока. Под сатурацией понимают обработку сока сатурационным газом, содержащим 30 – 34% диоксида углерода. Сатурацию проводят в две стадии (I и II сатурации) с промежуточным отделением осадка несахаров. Чтобы предотвратить обратный переход в раствор несахаров, которые выпали в осадок на стадиях дефекации, I сатурацию заканчивают при наличии в растворе небольшого избытка извести, как и на преддефекации (0,2 – 0,3% CaO), pH сока поддерживается на уровне 10,8 – 11,6. Сатурацию горячего сока (80 – 85 ºС) с целью перевода извести в нерастворимое состояние CaCO3.

CaO + CO₂ → CaCO₃ (известняк).CaCO3 является хорошим адсорбентом, адсорбирует нерастворимые в воде сахара и красящие вещества.

После I сатурации сок фильтруют (используют вакуум-фильтры или фильтры-сгустители) и направляют на II сатурацию. Она проводиться с целью снижения в соке содержания растворимых солей кальция, так как неполное их удаление приводит к образованию накипи в теплообменных аппаратах и увеличивают потери сахарозы. Продолжительность II сатурации 10 мин при 85 – 92 ºС.

Затем сок фильтруют с применением дисковых фильтров под избыточным давлением 0,15 – 0,20 МПа.

Сульфитация диффузионного сока проводится для снижения цветности и щелочности. Сок обрабатывают диоксидом серы. Сульфитационный газ содержит 10 – 15% диоксида серы. Осветляющие действие SO2 заключается в образовании сернистой кислоты, которая является хорошим восстановителем:

SO ₂ + H 2O → H ₂SO ₃

Сернистая кислота и ее соли блокируют карбонильные группы моносахаридов и продуктов их распада, тем самым предотвращая образование красящих веществ в соке. Сернистая кислота снижает щелочность сока за счет перехода карбоната калия в нейтральный сульфит.

K ₂CO ₃ + H ₂SO ₃ → K ₂SO ₃ + H ₂O + CO ₂

Очищенный сок содержит (%): 12 – 14 сухих веществ, из них 10 – 12 сахарозы, 0,5 – 0,7 азотистых веществ, 0,4 – 0,5 безазотистых органических веществ, 0,5 золы. Чистота сока 86 – 92%.

Сгущение сока выпариванием ведут в два этапа: сначала сгущают до содержания сухих веществ 65%, затем после очистки сгущают до содержания сухих веществ 92,5 – 93,5%.

Первый этап сгущения проводят на выпарной установке и получают сироп. Очищенный сироп, содержащий 60 – 65% сухих веществ, поступает на уваривание.

Варка утфелей и получение кристаллического сахара. Чтобы выделить из сиропа чистую сахарозу, кристаллизацию проводят в кипящих пересыщенных растворах в вакуум-аппаратах при низкой температуре. Чтобы извлечь сахар в максимальном количестве кристаллизацию сахарозы ведут многократно (как правило, проводят три кристаллизации). Продукт, полученный после уваривания сока называется утфелем. Он содержит 7,5 – 8% воды, 92 – 92,5% сухих веществ и около 55% выкристаллизовавшегося сахара. Процесс уваривания в вакуум-аппарате разделяют на 4 этапа: получение пересыщенного раствора – сгущение сиропа; заводка кристаллов сахара – образование кристаллов; наращивание кристаллов сахара; окончательное сгущение утфеля и спуск из вакуум-аппарата утфеля. Готовый утфель I кристаллизации (утфель I) направляют на центрифуги для отделения кристаллов сахарозы и оттеков. Кристаллы пробеливают артезианской водой (70 - 95 ºС).

Сахар-песок, вышедший из центрифуги, содержит влаги 0,8 – 1%; его высушивают горячим воздухом до содержания влаги 0,14% и затем охлаждают.

Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля I направляют в вакуум-аппараты на уваривание и получение утфеля II от кристаллизации (утфель II). Уваривание ведут до содержания сухих веществ 93%. При центрифугировании утфеля II отбирают два оттека и кристаллы сахарозы. Пробеливание кристаллов ведут также горячей водой и доводят их до необходимой влажности.

Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля II направляют на уваривание и получение утфеля III с содержанием сухих веществ в нем 93,5 – 94%. В этом случае утфель центрифугируют без пробеливания сахара водой. Получают один оттек – мелассу, которую направляют в емкости для хранения. Меласса – густая жидкость темно-коричневого цвета с острым запахом и неприятным вкусом, содержит 76 – 85% сухих веществ, из них 46 – 51% сахарозы. Чистота массы 56 – 62%, величина pH 6 – 8. В состав несахаров входят (%): редуцирующие сахара 0,5 – 25; раффиноза 0,6 – 1,4; общий азот 1,5 – 2; молочная кислота 4 – 6; уксусная, муравьиная кислоты 0,2 – 0,5; красящие вещества и зольные элементы 6 – 11.

Сахар III-ей кристаллизации для повышения чистоты направляют в аффинатор, где смешивают с первым оттеком утфеля I, который разбавляют очищенным соком до 74 – 76% сухих веществ, и получают аффинационный утфель. Этот утфель центрифугируют. Полученный сахар вместе с сахаром II-ой кристаллизации направляют в клеровочный аппарат и растворяют (клеруют) в соке II-ой сатурации до содержания сухих веществ 65 – 70%, затем смешивают с сиропом из выпарной установки и направляют на сульфитацию.

Трехкристаллизационная схема продуктового отделения позволяет максимально выделить сахарозу из перерабатываемого сырья.

Вопросы для самоконтроля по теме 5

1. Назовите состав сахарной свеклы.

2. Что такое доброкачественность (чистота) диффузионного сока? Производственное значение этого показателя.

3. Как осуществляется процесс диффузии сахарозы на современных свеклосахарных заводах?

4. Какие операции включает в себя очистка сока и каково их назначение?

5. В чем заключается сущность уваривания утфеля? Из каких стадий состоит этот процесс?

6. Меласса, ее состав и использование?

7. Особенности получения сахара из тростникового сахара-сырца.

8. Какова цель операции дефекации диффузионного сока?

9. Какова цель операции сатурации диффузионного сока?

10. Какова цель операции сульфитации диффузионногосока?

Тесты по теме 5

1. Потемнение диффузионного сока обусловлено образованием __________- в результате реакции между неразложившимися монозами и аминокислотами

2. Поверхностно-активное вещество ________ вызывает образование в диффузионном соке стойкой пены, что осложняет очистку диффузионного сока

3. Выход сахара из тростника составляет ___________%

4. Отход свеклосахарного производства меласса содержит_______%сахарозы

5. Дефекация – технологическая операция очистка диффузионного сока известью от ______________

6. Сульфитация – обработка фильтрованного диффузионного сока диоксидом серы для снижения его _________и____________

7. Продукт, состоящий из смеси кристаллов сахарозы и сиропа, называют___________

8. Безазотистые органические соединения, содержащиеся в диффузионном соке

1 белки

2 пектиновые вещества

3 аминокислоты

4 инвертный сахар

5 органические кислоты

9. Вещества диффузионного сока, препятствующие кристаллизации сахарозы

1 инвертный

2 сахар

3 органические кислоты

4 раффиноза

5 аминокислоты

6 пектиновые вещества

7 белки

10. Процессы, происходящие при дефекации диффузионного сока

1 нейтрализация и осаждение кислот в виде кальциевых солей

2 снижение концентрации извести и растворимых солей кальция

3 коагуляция коллоидных веществ

4 обесцвечивание диффузионного сока

5 снижение щелочности диффузионного сока

6 создание избытка извести

11. Процессы, происходящие при сатурации диффузионного сока

1 нейтрализация и осаждение кислот в виде кальциевых солей

2 снижение концентрации извести и растворимых солей кальция

3 коагуляция коллоидных веществ

4 обесцвечивание диффузионного сока

5 снижение щелочности диффузионного сока

6 отделение осадка несахаров

12. Процессы, происходящие при сульфитации диффузионного сока

1 нейтрализация и осаждение кислот в виде кальциевых солей

2 снижение концентрации извести и растворимых солей кальция

3 коагуляция коллоидных веществ

4 обесцвечивание сока

5 отделение осадка несахаров

6 снижение щелочности сока

13. Химическое соединение, применяемое при дефекации диффузионного сока

1 диоксид углерода

2 окись кальция

3 диоксид серы

4 сернокислый аммоний

5 двууглекислый кальций

14. Химическое соединение, применяемое при сульфитации диффузионного сока

1 диоксид углерода

2 окись кальция

3 диоксид серы

4 сернокислый аммоний

5 двууглекислый кальций

15. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая перевод несахаров диффузионного сока в осадок

1 основная дефекация

2 II сатурация

3 I сатурация

4 сульфитация

5 предварительная дефекация

16. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая обесцвечивание диффузионного сока

1 основная дефекация

2 II сатурация

3 I сатурация

4 сульфитация

5 предварительная дефекация

17. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая нейтрализацию и осаждение кислот в виде кальциевых солей в диффузионном соке

1 основная дефекация

2 II сатурация

3 I сатурация

4 сульфитация

5 предварительная дефекация

Таблица 5 - Эталоны ответов на тесты по теме 5

№ теста	Ответ
1	Меланоидинов
2	сапонин
3	8-12
4	46-51
5	несахаров
6	Цветности и щелочности
7	утфелем
8	2.4,5
9	1,4,6
10	1.3.6
11	2,6
12	4,6
13	2
14	3
15	3
16	4
17	5