Варка утфелей и получение кристаллического сахара
Очищенный сироп, содержащий 55...60 % сухих веществ, поступает на дальнейшее уваривание. Он содержит большую часть несахаров, которые не удалось выделить при очистке диффузионного сока. Чтобы выделить из сиропа практически чистую сахарозу, кристаллизацию проводят в кипящих пересыщенных растворах в вакуум-аппаратах при низкой температуре.
Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит лишь 7,5...8 % воды, 92...92,5 % сухих веществ и около 55 % выкристаллизовавшегося сахара. Межкристальная жидкость представляет собой вязкий раствор, содержащий несахара и насыщенный раствор сахарозы.
Для того чтобы максимально извлечь сахар, содержащийся в сахарной свекле, при минимальных затратах топлива, кристаллизацию сахарозы ведут многократно. Рациональной является трехкристаллизационная схема продуктового отделения (рисунок 8). По данной схеме сироп из сборника поступает в вакуум-аппарат и уваривается до содержания сухих веществ 92,5 %. Готовый утфель I кристаллизации (утфель I) спускают в приемную утфелемешалку. Через утфелераспределитель он поступает в центрифуги. В процессе центрифугирования отделяют кристаллы сахарозы и два оттека. Так как поверхность кристаллов покрыта пленкой межкристальной жидкости, здесь же, в центрифуге, кристаллы пробеливают артезианской водой температурой 70...95 °С. Воду расходуют в количестве 3...3,5 % к массе утфеля. Таким образом, первый оттек – это межкристальный раствор утфеля, содержащий некоторое количество мелких кристаллов, а второй получают при пробеливании кристаллов сахара. Сахар-песок выгружают из центрифуги с содержанием влаги 0,8...1 % на вибротранспортер и элеватором подают в сушильно-охладительную установку, где высушивают горячим воздухом до содержания влаги 0,14 % (при бестарном хранении массовая доля влаги в сахаре-песке должна быть 0,03...0,04 %), а затем охлаждают. Когда сахар-песок проходит по ленточному транспортеру, из него удаляют ферропримеси с помощью магнитного сепаратора, а затем в сортировочной установке отделяют комки и выделяют три фракции по размеру кристаллов. Очистка воздуха от сахарной пыли ведется в циклонах. Далее сахар-песок поступает в бункер на хранение.
Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля I, подают в сборники и направляют на уваривание утфеля II кристаллизации (утфель II) в вакуум-аппараты до содержания сухих веществ 93 %.
Утфель II спускают в приемную утфелемешалку, добавляют небольшое количество горячей воды и направляют в центрифуги. При центрифугировании отбирают два оттека, отличающиеся чистотой. Пробеливание кристаллов ведут также горячей водой, расходуемой в количестве 1 % к массе утфеля. Оттеки направляют в вакуум-аппараты на уваривание утфеля III и доводят содержание сухих веществ в нем до 93,5...94 %. Готовый утфель спускают через утфелемешалку в кристаллизационную установку, где происходит дополнительная кристаллизация сахарозы за счет охлаждения утфеля с 70...75 до 35...40 °С. Затем утфель подогревают в утфелераспределителе до 45...50 °С и центрифугируют без пробеливания сахара водой. Полученный оттек – мелассу насосом перекачивают в емкость для хранения.
Сахар III кристаллизации для повышения чистоты направляют в аффинатор, смешивают с первым оттеком утфеля I, разбавленным очищенным соком до 74...76 % сухих веществ, и получают аффинационный утфель (аффинация – растворение сахара III кристаллизации в разбавленном первом оттеке утфеля I до содержания сухих веществ 89...90 %). Часть сахаров при этом переходит в раствор. Утфель центрифугируют, отделяемый сахар пробеливают водой, и все оттеки сливают в сборник. Полученный сахар вместе с сахаром II кристаллизации подают шнеком в клеровочный аппарат и растворяют (клеруют) в соке II сатурации до содержания сухих веществ 65...70 %, после чего смешивают с сиропом из выпарной установки и подают на сульфитацию.
Рисунок 8 – Трехкристаллизационная схема продуктового отделения
Утфель уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах в четыре этапа: получение пересыщенного раствора, заводка кристаллов сахара, наращивание кристаллов сахара, окончательное сгущение и спуск утфеля.
Чтобы предотвратить карамелизацию сахарозы, сироп сгущают выпариванием при остаточном давлении 0,02 МПа и температуре кипения 70...72 ºС. По мере сгущения сиропа до содержания сухих веществ 80...82 % температура его кипения при том же разрежении повышается до 74...76 °С, а коэффициент пересыщения – до 1,25...1,3 (коэффициент пересыщения показывает, во сколько раз в данном сиропе растворено сахарозы больше, чем в насыщенном растворе при тех же условиях).
При этом коэффициенте пересыщения, когда раствор находится в неустойчивом состоянии, начинают заводку кристаллов, вводя тонкоизмельченную сахарную пудру, что вызывает немедленное образование новых кристаллов. Своевременные заводка кристаллов и прекращение их образования имеют очень важное значение.
Поэтому, как только в утфеле окажется достаточное количество кристаллов, их образование прекращают, снижая коэффициент пересыщения до 1,08...1,12, вводя новые порции сиропа. Дальнейшее наращивание кристаллов ведут при остаточном давлении 0,02 МПа и температуре 76 °С. Для того чтобы росли уже образовавшиеся кристаллы, но не образовывались новые, постоянно вводят сироп, поддерживая при этом коэффициент пересыщения на уровне 1,12...1,15.
Когда кристаллы сахарозы достигнут необходимой величины, утфель доводят до максимально возможной концентрации сухих веществ 92...92,5 %, при этом его температура не должна превышать 70...73 ºС.
Утфель I кристаллизации подают в автоматизированную центрифугу периодического действия и сразу же центрифугируют. Ротор центрифуги, который представляет собой барабан, закрепленный на валу, заполняется утфелем. Межкристальный раствор под действием центробежной силы отделяется от кристаллов и направляется в сборник первого оттека. На поверхности кристаллов сахара остается тонкая пленка межкристального раствора, придающая им желтоватый цвет. Чтобы удалить ее, здесь же, в центрифуге, ведут пробелку сахара-песка горячей артезианской водой (3,0...3,5 % к массе утфеля), образовавшийся второй оттек поступает в соответствующий сборник. Содержание влаги в выгружаемом из центрифуги сахаре-песке 0,9... 1,0 %. А сахар-песок температурой 55...60 °С поступает в сушильно-охладительную установку, состоящую из двух наклонно вращающихся стальных барабанов, на внутренних стенках которых по винтовой линии закреплены лопатки. При вращении барабанов сахар-песок, пересыпаясь, одновременно передвигается вдоль барабана. Через первый сушильный барабан вентилятором просасывается горячий воздух температурой 105...110 °С, через второй – охлаждающий, очищенный холодный воздух. Охлажденный сахар-песок направляется на упаковывание.