Отримання кристалічного цукру

Отримання кристалічного цукру з соку відбувається в кілька етапів. Спочатку його уварюють у вакуум-апараті до вмісту сухих речовин 92,5—93,5 %. При цьому частина цукрози викристалізову­ється, утворюючи суміш кристалів та міжкристального розчину.

При центрифугуванні кристали цукру відділяють від розчину. Для видалення жовтого забарвлення цукру проводять відбілювання цукру-піску гарячою водою. Сиропи, отримані після центрифу­гування та відбілювання, знову уварюють до утфєля і отримують цукор II кристалізації.

Для того, щоб максимально вичавити цукор, що міститься у цук­рових буряках, при мінімальних витратах палива, кристалізацію цукрози ведуть багато разів за двокристалізаційною схемою, най­частіше — за трикристалізаційною схемою продуктового відді­лення.

Варка утфелів. Призначенням уварювання є виділення цукрози з розчину у вигляді кристалів та отримання суміші кристалів та міжкристального розчину (так званого утфєля І кристалізації). Цикл варіння можна розділити на чотири періоди: згущення до освітлен­ня кристалів, утворення кристалів, їх нарощування, уварювання та спуск утфєля.

Варка утфєля відбувається у варильно-кристалізаційному відді­ленні. Виділення цукрози з розчину кристалізацією проводять на 2 або 3 рівнях. На першому рівні, коли вміст кристалів цукру досягає приблизно половини (за масою) та утфель стає в'язким і малорухо­мим, кристали відділяють, а міжкристальний розчин знову згущу­ють до перенасичення на другому рівні та викристалізовують іншу цукрозу.

На останньому (другому або третьому) рівні кристалізації ^ цу­крозу викристалізовують, підтримуючи необхідне її перенасичення:

• спочатку випаровуванням води у вакуум-апараті;

• потім охолоджуванням утфєля в утфелемішалках-кристалізато-рах.

Кристалізацію проводять при низьких температурах кипіння цукрових розчинів (не вище 80°С), яких досягають створенням гли­бокого розрідження у вакуум-апаратах, де уварюють утфель. Завдя­ки цьому забезпечують мінімальне розкладання цукрози та слабке наростання кольоровості.

Процес кристалізації цукру складається з двох основних фаз: перша — уварювання сиропу до появи центрів кристалізації; дру­га — нарощування кристалів, які з'явилися завдяки безперервним підкачкам сиропу та подальшому випаровуванню води з нових пор­цій сиропу.

Для запобігання надмірного пересичення перед заведенням кри­сталів (тобто перед утворенням центрів кристалізації) в апарат че-

рез пробний кран вводять незначну кількість цукрової пудри (при­близно 100 г). Пудра має бути однорідною та дуже дрібною (у ви­гляді пилу). Заведення центрів кристалізації за допомогою цукро­вої пудри дає можливість отримати однорідні за розмірами кри­стали.

При нормальному вакуумі та температурі після введення в апарат пудри негайно виникають кристалічні центри. Як тільки їх кіль­кість наближається до оптимальної, в апарат вводять більш часті, але невеликі підкачки свіжого сиропу. Цим запобігають випаданню додаткових кристалів, а раніше отримані швидко нарощують.

Третій період варки починають із нарощування освітлених кри­сталів у режимі постійних підкачок сиропу, не допускаючи велико­го пересичення міжкристального розчину.

Утворення нових кристалів нарівні з нарощуванням початкових приводить до появи так званого «борошна». Отримання такого ут­фєля сприяє значному погіршенню фуговки.

За умови постійності густини сиропу в збірниках перед вакуум-апаратами нарощування кристалів можна провести не окремими малими частими підкачками, а постійною безперервною підкачкою шляхом відкриття вентиля на 1/4 або 1/2 оберта. У випадку, коли доброякісність міжкристалевої патоки в апараті наближається до доброякісності білої патоки, введення сиропу в апарат припиняють та починають підкачування заздалегідь нагрітої білої патоки (дру­гий відтік після відбілювання цукру).

Після білої патоки в апарат іноді вводять зелену патоку (перший відтік після відбілювання — його доброякісність нижча, ніж у білої патоки). Введення зеленої патоки в апарат проводять, як правило, на початку виробничого сезону цукроваріння. Надмірна кількість зеленої патоки може призвести до погіршення якості білого цукру.

Четвертий період варки — згущення перед спуском — почина­ють після того, коли введено необхідну кількість патоки та утфель уварено до оптимальної густини.

При закритому набірному вентилі утфель уварюють до вмісту сухих речовин 92,5—93 %. Після досягнення необхідної густини утфєля апарат готують до спуску. Спуск утфєля проводять у такому порядку.

На початку у вакуум-апарат припиняють подачу пари закриттям парових вентилів. Потім закривають повітряний вентиль, тобто

апарат відключають від вакуумної системи. Однак в апараті ще за­лишається вакуум. Для створення тиску за допомогою спеціального вентиля вводять повітря. Тільки після цього відкривають спускний шибер, і утфель повільно виходить в приймальну утфелемішалку.

Тривалість окремих операцій при уварюванні утфеля І продук­ту наведено в таблиці 3.2.

Після спуску утфеля апарат пропарюють з метою видалення за­лишкового утфеля на верхніх трубних ґратах та стінках апарата. Отриману при цьому суміш залишків утфеля і конденсату направ­ляють у клеровочний казан.

Центрифугування утфеля. Утфель являє собою двофазну в'я­зку масу з вмістом 45—60 % кристалів цукру, а інше — міжкриста-левий розчин.

Щоб отримати кристалічний цукор, тверду фазу відділяють від рідкої механічним способом на центрифугах. Називають цей про­цес центрифугуванням (фуговкою). Відцентрова сила, що виникає при обертанні ротора центрифуги з утфелем, у багато разів більше сили важіння, тому розділення твердої та рідкої фаз відбувається дуже швидко.

У цукробуряковому виробництві найбільше поширення мають автоматизовані фільтруючі центрифуги періодичної дії з механіч­ним вивантажувачем цукру. Утфель, завантажений в перфорований барабан з двома рядами сит (підкладкове та штамповане), оберта­ється з коловою швидкістю 50—60 м/с. У цикл роботи центрифуги входять шість операцій: пуск центрифуги в хід та завантаження в неї утфеля; відділення міжкристалевої патоки; відбілювання ут­феля водою; гальмування; вивантаження цукру; промивання та про­парювання сита. Тривалість повного циклу роботи центрифуги —

не більш 5 хвилин для утфеля І продукту, для утфеля II продукту — приблизно вдвічі більше (10 хвилин).

Центрифугуванням видаляють велику частину міжкристалевого розчину, який після центрифугування називають першим відтоком. На відміну від міжкристалевого розчину він містить небагато дрі­бних кристалів.

Відбілювання цукру. На кристалах цукру після центрифугуван­ня залишається тонка плівка, що надає цукру жовтого кольору. Щоб видалити її, шар цукру в центрифузі промивають артезіанською во­дою, нагрітою до 80—90°С, внаслідок чого утворюється другий від­тік.

На промивання витрачають воду в кількості 3—3,5 % до маси утфеля. Тривалість промивання цукру звичайно становить 15—ЗО с. При промиванні цукру утфеля І кристалізації гарячою водою роз­чиняється значна кількість кристалічного цукру. Тому частину води, яку використовують для промивання, замінюють цукровим розчи­ном (сиропом з випарної установки, відтоками і т. п.).

Найбільш доцільною є комбінована схема промивання цукру розбавленим до 70—74 % сухих речовин та нагрітим до 75—80°С другим відтоком утфеля І кристалізації, а потім гарячою водою.

Раціональною є трикристалізаційна схема продуктового відді­лення (рис. 3.5). Трипродуктову схему кристалізації застосовують при доброякісності дифузійного соку понад 86 одиниць. Якщо до­броякісність дифузійного соку низька (нижче 86 одиниць), застосо­вують двопродуктову схему кристалізації, оскільки варка III проду­кту буде дуже тривалою.

Сушіння, панування та зберігання цукру

Вологість вивантаженого з центрифуги цукру коливається в ме­жах 0,5—1,5 %, а температура — 70—80°С. Такий цукор необхід­но сушити, оскільки в ньому утворюються грудки, а при транспо­ртуванні кристали легко ушкоджуються.

Цукросушильна установка складається з двох сталевих бараба­нів, що похило обертаються, з лопатками всередині. Один бара­бан — сушильний, інший — охолоджувальний. Через багаторазове пересипання частина цукру здрібнюється, грані кристалів стира­ються та втрачають блиск.

Важливою є також її форма. Так, поверхня у пластинчастої струж­ки більша, ніж у жолобоподібної, що дозволяє підвищити продук­тивність дифузійного апарата на 10—15 %. До того ж в останньої більший периметр стружки, а тому продуктивність бурякорізок зни­жується на ЗО—40 %.

Якість стружки залежить від таких факторів, як:

• конструктивні особливості ріжучого обладнання (у відцентро­вій бурякорізці стружка в зоні верхніх ножів набуває високої якості; на нижніх ножах через недостатнє ущільнення буряків стружка має більш низьку якість; для компенсації цього недо­ліку регулюють швидкість різання від 4 до 8 м/с);

• робоча характеристика ножів (безреберними ножами ріжуть коренеплоди з підвищеним вмістом рослинних домішок; ножі з меншим кроком (6; 7; 8,25; 9 мм) призначені для переробки буряків нормальної якості, а з великим кроком (10; 12 мм) — для підгнилих, волокнистих, квітушних буряків);

• піднімання ножів та зазор між ними (якісну стружку отриму­ють при підніманні ножів на 3—3,5 мм та із зазором 4—7 мм; якщо переробляють волокнисті буряки, зазор збільшують до 8—12 мм);

• стан робочих поверхонь (повинні бути чистими, гладенькими, без виступів, западин, тріщин).

Стружка високої якості повинна відповідати таким вимогам:

• мати високу питому площу поверхні;

• мати високу міцність на розривання, вигин та зминання;

• характеризуватися достатньою проникненістю протягом усього процесу екстракції;

• мати просту геометричну форму поперечного перетину. Оцінюють якість стружки за такими показниками:

• числом Сіліна (ЧС) (довжина 100 г стружки в метрах);

• шведським фактором (ШФ) (відношення маси стружки дов­жиною 5 см та більше до маси стружки довжиною менше 1 см);

• вміст у стружці браку (нерозрізані гребінці, стружка коротша 1 см або тонка, серпанкова).

У стружці необхідної якості ЧС знаходиться у межах 9—15 м, ШФ — не менше 8. Більш тонка стружка швидко здрібнюється в процесі дифузії та перетворюється в мезгу, яка погіршує прони-кненість маси стружки для соку та забиває ситові поверхні.

На протікання процесу дифузії цукру у воду та отримання ди­фузійного соку впливають такі фактори:

• якість бурякової стружки (вона повинна мати високу активну поверхню дифузії і оптимальну товщину; тонка стружка менш пружна, легше утворює пробки, ніж товста стружка, але кра­ще екстрагується);

• якість живильної води (застосовують чисту гарячу слабокислу воду, що не містить колоїдних речовин; до того ж на процес дифузії негативно впливає висока жорсткість води, лужність, що знижує швидкість відстоювання відсатурованого соку, збіль­шує об'єм фільтраційного осаду та масу колоїдних речовин, призводить до поганого пресування жому);

• температура середовища (при температурі вище за 75°С відбу­вається швидке набухання пектинових речовин та пружність стружки знижується, вона злипається; при температурі нижче 70°С інтенсивно розвиваються мікроорганізми, що призводить до псування стружки; в той же час при підвищенні температу­ри — не вище 75°С — втрати цукру з жомом знижуються);

• значення рН сокостружкової суміші (бажана величина рН ста­новить 5—5,5—6,3, що близько до рН бурякового соку стиглих здорових буряків);

• тривалість дифузії (збільшення тривалості знецукрування при­зводить до більш повного переходу зі стружки не тільки цук­рози, але й нецукрів, зокрема, пектинових речовин; при цьому стружка розм'якшується та втрачає пружність, посилюється життєдіяльність мікроорганізмів);

• величина відбору дифузійного соку (зі збільшенням витрат свіжої води на дифузію знижуються втрати цукрози у жомі, але збільшуються витрати палива на випаровування надмірної води, зі зменшенням витрат води відбувається неповна дифу­зія);

• дія мікроорганізмів, які в процесі свого обміну речовин спожи­вають цукрозу (так, якщо мікрофлора пригнічена, втрати цук­рози в дифузійній установці можуть становити 0,10—0,15 % до маси буряків, а якщо активна — втрати досягають 0,30— 0,50 % та більше);

• конструктивні особливості дифузійних установок:

— у вертикальних дифузійних апаратах на кінцевих ділянках у зв'язку зі зменшенням проникненості маси стружки екстрак-

Чистота соку II сатурації залежить від якості буряків, що пере­робляються, технологічної схеми, режиму очищення і коливається у межах 88—93 %. Міра очищення соку II сатурації, а точніше, його лужність суттєво впливають на протікання стадії сульфітації. У недосатурованому соку є вільне вапно, яке при контакті з діокси-дом сірки дає погано розчинний сульфіт кальцію, що осідає на по­верхні нагріву теплообмінників.

Для отримання оптимального ефекту сульфітації тиск продукту перед диском в сульфітаторі повинен бути не нижче 0,25 МПа. Використовують два способи отримання сульфітаційного газу — зрідженого і шляхом спалення сірки. Використання зрідженого ді-оксиду сірки дозволяє провести сульфітацію при відсутності кисню повітря, який окислює різні проміжні продукти розпаду та сприяє збільшенню кольоровості соку.

Втрати цукрози в сокоочисному відділенні становлять (у % до маси буряків): враховані (в фільтраційному осаду) — 0,10—0,15 %; невраховані — 0,05—0,10 %.

У процесі випаровування на випарних установках для отримання максимального ефекту враховують:

• якість соку, що надходить (якщо в процесі очищення в ньому повністю розклалися редукуючі цукри, то при випаровуванні різко знижується швидкість реакції утворення забарвлюючих речовин);

• кількість соку, що надходить (якщо у випаровувальну устано­вку надходить менша кількість соку, то навіть при нормальних параметрах роботи установки концентрація сиропу, що вихо­дить, буде вище допустимої; якщо надходить дуже багато соку, то на виході буде низькоконцентрований сироп);

• циркуляцію соку в кип'ятильних трубах (гарна циркуляція при випаровуванні соку сприяє мінімальному розкладанню цукро­зи при невеликій тривалості його перебування у випаровуваль-ній установці);

• висоту рівня соку в кип'ятильних трубах (підтримують на та­кому рівні, щоб верхні трубні грати тільки омивались кипля­чим соком; при зниженні заданого рівня частина труб не оми­вається соком, що призводить до зниження продуктивності апаратів та пригоряння цукрози на стінках труб; при підвищен­ні рівня соку знижується інтенсивність теплопередачі, погір-

шується циркуляція соку та стає можливим перекидання про­дукту в парову камеру наступного корпуса);

• температуру кипіння соку в першому корпусі обмежують 126°С (у деяких установках — 129°С), щоб уникнути пригоряння цукру та його інтенсивне розкладання;

• тиск гріючої (ретурної) пари (за основу беруть параметри по­вторної пари II корпусу випарної установки, якою обігрівають найбільш важливі об'єкти на заводі — вакуум-апарати; при не­достатній концентрації сухих речовин у сиропі виведення на конденсатор збільшується; якщо при цьому знижується темпе­ратура повторної пари II корпуса, то підвищують параметри гріючої пари);

• тривалість перебування соку у випарній установці (в середньо­му цей показник становить 40—60 хв.; при зростанні тривало­сті до 120 хв. знижуються рН та термостійкість, збільшують­ся кольоровість соку та втрати цукрози).

Для першого періоду варки утфелів рекомендують набирати сиропу стільки, щоб була покрита поверхня нагріву, а по мірі випа­ровування короткими, але більш частими підкачками не допускати оголення поверхні нагріву для запобігання пригорянню цукру.

Якість цукру, що утворюється, залежить від крупності кристалів. Чим дрібніше цукор, тим більше його поверхня і тим більше нецу-крів може на ній затримуватися. Тому білий цукор варять на сере­дній та великий кристали, а нижчі продукти для кращого знецукру-вання — на дрібний.

Заведення кристалів має дуже важливе значення для процесу варки та якості утфелю, що отримується. Чим більше центрів кри­сталізації, тим дрібнішими будуть кристали цукру та навпаки.

Потрібно зазначити, що зварити великий кристал цукру значно складніше, бо треба постійно стежити за перенасиченням міжкри-сталічного сиропу та не допускати появи нових додаткових криста­лів до раніше отриманих для їх нарощування.

Оскільки цукор повинен бути однорідним за розміром, то підтри­мка насичення міжкристалічного сиропу дуже важлива при варці утфелів. Якщо допустити при варці сиропу перенасичення значно вище за коефіцієнт 1,2—1,25, то кількість заведених кристалів буде дуже великою, а товарний цукор буде дуже дрібним.

Дата добавления: 2014-01-11