Сахарное производство

 Технологические параметры  процесса кристаллизации.

 При уваривании утфелей происходит:

- увеличение цветности  в результате разложения редуцирующих  веществ, в основном, меланоидинов. В конце уваривания цветность  утфеля III увеличивается в несколько  раз, а утфеля I и II - в 1.5-2 раза.

- понижение рН, из-за  разложения редуцирующих сахаров образуются органические кислоты, способствующие увеличению инверсии.

1.9 СУШКА, ОХЛАЖДЕНИЕ  И ХРАНЕНИЕ САХАРА

Целью сушки является удаление поверхностной влаги и  обеспечение длительного хранения кристаллическго сахара. На сушку направляется сахар с t=60оC после центрифугирования и влажностью 0.8-1.2%.

 Для обеспечения  длительного хранения влажность  должна соответствовать относительной  влажности хранилища. Влажность  и температуру нормируют в  зависимости от способа хранения.

 Существуют два способа хранения: тарный в мешках 50 кг влажность до 0.14% и температура до 25оС и бестарный - в силосах емкостью 10000-20000 т влажностью не более 0.04% и t до 22оС.

 После центрифуг  сахар-песок влажностью 0.8-1.8% подают  виброконвейером к элеватору. Влажный сахар поднимается элеватором и попадает в сушильную часть установки, где высушивается горячим воздухом (t=105оC). Сушка производится в прямотоке, что позволяет не превышать критическую температуру разложения сахарозы (85оС). Охлаждение сахара осуществляется в противотоке, температура сахара понижается до 20оС.

 Высушенный и охлажденный  сахар-песок подается на машину  рассева, где отделяются конгломераты  и мелкие фракции. Для бестарного  хранения формируются фракции с коэффициентом однородности до 10%. После рассева сахар направляется в бункера, находящиеся в упаковочном отделении, из которых затаривается в мешки, взвешивается, зашивается и ленточным транспортером направляется в склад.

 При бестарном хранении  сахар подается в дозреватель  для удаления внутренней влаги из объема кристалла за счет диффузии приблизительно на 10 суток, после чего сахар направляется в силос.

1.10 ПОЛУЧЕНИЕ ИЗВЕСТКОВОГО  МОЛОКА И САТУРАЦИОННОГО ГАЗА

 Из склада хранения  известняк конвейером подают  на сортировку. Отсортированный известняк конвейером подают в бункер-накопитель топлива. Топливо подают через дозатор. Известняк вместе с ковшом скипового подъемника взвешивают на весах.

 После дозировки  порции шихты ковш по направляющим  поднимается к верху печи. При  опрокидывании его шихта высыпается в загрузочную воронку. Герметичность загрузочной воронки обеспечивает клапан.

 Полученный в результате  обжига известняка сатурационный  газ из балки отсоса газа  попадает в сухую ловушку, а  затем в газопромыватель для  окончательной очистки и охлаждении водой. Затем через каплеулавливатель газ поступает в компрессор, который подает его в завод. Для поддержания разрежения в газопромывателе и каплеулавливателе удаление воды в них осуществляется через гидрозатвор.

 Обожженная известь  по направляющему желобу поступает в известегаситель, куда из сборника подают воду. Полученное известковое молоко поступает на вибросито, где отделяются частицы размером более 1.2 мм, затем в мешалку, гидроциклоны - для отделения частиц от 1.2 до 0.3 мм - и в мешалку известкового молока. Из мешалки насосом подают на дефекацию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 раздел. Индивидуальное  задание

 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ  ИЗВЕСТКОВО-УГЛЕКИСЛОЙ ОЧИСТКИ ДИФФУЗИОННОГО СОКА.ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗВЕСТИ.

После диффузии из 100 кг свеклы получается 115—130 кг диффузионного сока, содержащего 16—17% сухих веществ, 14—15% сахарозы и около 2% несахаров. При переработке нормальной свеклы его чистота равна 87—89 ед.

Неочищенный диффузионный сок имеет почти черный цвет, сильно пенится и содержит тонкие взвешенные частицы обрывков клеточных стенок, скоагулированных белков, которые трудно отфильтровать. В соке также много растворимых несахаров, мешающих кристаллизации сахарозы и увеличивающих потери сахара с мелассой. Реакция сока кислая (рН 6.0—6,5) и при непосредственном выпаривании его сахароза заметно инвентируется. Из неочищенного сока сахар получился бы темного цвета и с малым выходом, при этом получение сахара связано с технологическими трудностями. Поэтому диффузионный сок предварительно очищают. Цель очистки — освободить его от взвешенных частиц, нейтрализовать кислоты и удалить возможно больше несахаров из раствора (особенно поверхностно-активные высокополимеры).

Очистка сока состоит  из следующих основных операций: дефекации (осаждения), т. е. обработки диффузионного сока известью (в виде известкового молока); I сатурации, т. е. обработки (насыщения) углекислым газом до щелочности 0,08—0,10%СаО; фильтрации углекислым газом до оптимальной (низкой) щелочности 0,015—0,020% СаО; фильтрации сока II сатурации; сульфитации, т. е. обработки сернистым газом.

Дефекация

На этой стадии очистки сока осторожным воздействием извести нейтрализуют кислоты, осаждают несахара, образующие нерастворимые  соли с ионами кальция, коагулируют  и осаждают высокополимеры. Здесь  же обеспечивается (на основной дефекации) десятикратный избыток извести для процесса сатурации.

Ниже рассматриваются  процессы, происходящие при дефекации  сока. Ион кальция прибавленной на дефекации извести, встречаясь с анионами кислот, соли кальция которых нерастворимы в воде, дает осадок по схеме:

 

В результате осаждаются следующие органические кислоты: щавелевая, оксилимонная, лимонная и винная. Прочие безазотистые органические кислоты, а также бетаин остаются в растворе. Из минеральных кислот на дефекации осаждается фосфорная кислота и в очень малой степени — серная. В присутствии сахара и щелочи растворимость солей кальция повышена, поэтому на дефекации почти половина лимонной кислоты находится в растворе, и только после понижения щелочности при сатурации выпадает дополнительное количество лимоннокальциевой соли. При реакции осаждения анионов кислот калиевых и натриевых солей в растворе вместо Са-| (ОН)'2 после дефекации оказывается К-|ОН' или Na|OH'. Кроме обычных реакций осаждения кристаллоидов при дефекации идут еще реакции коагуляции и осаждения высокополимеров под действием иона кальция.

Коагулируют главным  образом белки диффузионного  сока, сапонины и красящие вещества. Белки начинают коагулировать уже  при нагревании, а в присутствии  извести образуют крупные и плотные хлопья.

Оптимум плотности  осадка и прозрачности раствора при  дефекации наблюдается при рН 11 (при 0,2—0,3% извести). При большем  расходе извести осадок делается менее плотным, а раствор более  окрашенным: происходит частичная пептизация осадка под влиянием сахара и щелочи.

На долю коагуляции в процессе очистки приходится 30—40% общего количества удаляемых несахаров. Остальные 70—60% несахаров удаляются  главным образом осаждением нерастворимых  солей кальция.

Ионы гидроксила прибавленной на дефекации извести нейтрализуют свободные кислоты диффузионного сока и вызывают реакции осаждения солей алюминия, железа и магния в виде гидроокисей этих металлов.

Жиры на дефекации  омыляются известью, причем в растворе остается глицерин, а жирные кислоты осаждаются в виде кальциевых солей.

Избыток извести  создает щелочную реакцию. Под влиянием иона гидроксила как катализатора на дефекации происходит ряд реакций  разложения. Разлагаются соли аммония, амиды кислот, аллантоин, редуцирующие сахара, пектиновые вещества, белки.

Если на дефекации  прибавить сразу к соку 2—3% необходимой  извести, то образуется рыхлый желатинозный осадок, который трудно отделяется затем на фильтрации. Поэтому дефекацию ведут в два приема. Сначала к соку добавляют 0,2—0,3% извести до получения рН 11 (предварительная дефекация), чтобы создать оптимальные условия для образования хорошо фильтруемого плотного осадка, состоящего из относительно крупных частиц. Затем добавляют остальную известь (основная дефекация). При этом состояние осадка почти не изменяется.

Предварительная дефекация. Диффузионный сок после  освобождения в мезголовушках от мезги и мелких кусочков свекловичной стружки подогревается до 85—90°С и поступает на предварительную дефекацию (преддефекацию). По типовой технологической схеме диффузионный сок обрабатывают возвращаемым нефильтрованным соком I сатурации с добавкой в случае необходимости (при недостатке щелочности) небольшого количества щелочного дефекованного сока или известкового молока.

Цель преддефекации  состоит в том, чтобы осторожным воздействием извести нейтрализовать свободные кислоты, скоагулировать значительную часть коллоидов и осадить другие несахара диффузионного сока.

Проведение  преддефекации возвращением нефильтрованного сока I сатурации способствует значительному укрупнению частиц осадка, так как выпадающие в осадок на преддефекации вещества отлагаются на поступающих с соком частицах, что значительно облегчает последующую фильтрацию. Длительность преддефекации около 4 мин.

Основная дефекация. На основной дефекации к преддефекованному соку добавляют известь из расчета общего расхода ее около 2,5% СаО к массе переработанной свеклы. Дополнительного подогрева при поступлении сока на основную дефекацию не производится, и температура его поддерживается равной 80—85°С. Известковое молоко смешивается и реагирует с соком в течение 10 мин.

На основной дефекации продолжается дальнейшее, более глубокое воздействие извести  на несахара и сахар сока. При  этом некоторые несахара разлагаются  и осаждаются с выделением газообразных продуктов (аммиака и углекислого газа) и образуются новые растворимые и нерастворимые известковые соединения. При длительном воздействии высокой щелочности на основной дефекации выпавший ранее коллоидный осадок может частично раствориться. Поэтому слишком продолжительное действие извести и высокая температура на этой стадии очистки оказывают вредное влияние на качество сока, вызывая его потемнение и ухудшение фильтрационной способности.

Основная дефекация  осуществляется в дефекаторах непрерывного действия. На рис.  1 изображен типовой дефекатор системы Гипросахара. Он представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд 1 с коническим дном. Внутри дефекатора на вращающемся валу 2 насажены перемешивающие лопасти 3 и внизу, над самым дном, — скребковая мешалка 4.

Рис. 1. Дефекатор  системы Гипросахара. 

 

Диффузионный  сок по трубе 5 и известковое молоко через патрубок 6 направляются вместе в нижнюю часть дефекатора, хорошо перемешиваются и переливаются через патрубок 7 и слив 8, регулирующий уровень сока в аппарате. Вал мешалки вращается с частотой вращения 60—80 об/мин.

I сатурация

После дефекации  сок без дополнительного подогрева  направляется на I сатурацию. Здесь через него продувается сатурационный газ, содержащий 28—32% СО₂, вследствие чего известь выпадает в осадок в виде углекислого кальция.

Так как растворимость  сахарата кальция значительно выше растворимости извести, реакция с углекислым газом практически протекает следующим образом:

 

Почти вся избыточная известь, пройдя через растворимое  сахаратное соединение, будет переведена в осадок в виде углекислого кальция. На поверхности частиц этого осадка адсорбируется некоторое количество несахаров, находящихся в растворе. Особенно заметна адсорбция окрашенных высокополимеров — продуктов разложения редуцирующих Сахаров, так как они заряжены отрицательно, а частицы углекислого кальция несут положительный заряд. Таким образом, на I сатурации происходит дополнительная физико-химическая очистка сока. По- верхностно-активные несахара вредны для сахарного производства, так как при кристаллизации сахара они адсорбируются поверхностью кристаллов, загрязняя их и препятствуя росту. Большой избыток извести, добавляемой на основной дефекации, необходим для дополнительной физико-химической очистки сока, а также для того, чтобы получить избыточное количество кристаллического осадка углекислого кальция, который играет роль не только адсорбента, но и наполнителя, облегчающего фильтрацию сока. 

 

Рис. 2. Безбарботерный решетчатый сатуратор 

 

Очистка сока на сатурации протекает тем полнее, чем мельче кристаллики выпадающего в осадок углекислого кальция.

На размер и  равномерность частиц образующегося  осадка СаСО_з оказывают влияние щелочность сока, температура и скорость процесса сатурации. Обычно оптимальная конечная щелочность сока I сатурации находится в пределах 0,08—0,10% СаО, что соответствует рН 11.

Для нормальной работы на I сатурации температура  сока должна быть около 80°С, длительность процесса — около 10 мин.

Правильно обработанный при оптимальных условиях сатурационный сок, обладающий оптимальной щелочностью рН 11, быстро оттаивается, хорошо фильтруется и дает прозрачный фильтрат светло-соломенного цвета.

В настоящее  время сок сатурируют в сатураторах  непрерывного действия. На сахарных заводах СССР в качестве типовых приняты решетчатые сатураторы производительностью 1,5; 2,0; 2,5 и 3 тыс. т свеклы в сутки. Сатуратор этого типа (рис. 2) представляет собой цилиндрический корпус с расширенной верхней частью и коническим дном. Внутри котла расположено 3—5 горизонтальных металлических или деревянных решеток, которые предназначены для раздробления и равномерного распределения пузырьков сатурационного газа. Сок поступает сверху на распределительную коническую тарелку, с которой зонтообразно стекает вниз.

Отводится сок  из нижней конической части сатуратора через контрольный переливной ящик, обеспечивающий высоту слоя сока в аппарате 3,0—3,5 м.

Сатурационный газ подводят в нижнюю коническую часть сатуратора через кольцевую трубу с четырьмя ответвлениями, расположенными касательно к корпусу сатуратора, чтобы вызвать завихрение сока для лучшего перемешивания его с газом.

Показатели  работы описанного сатуратора при простой  конструкции не хуже показателей других аппаратов более сложных систем. Использование СОг в этом сатураторе составляет 70—75%.

Способ относится к  сахарной промышленности, а именно к очистке диффузионного сока с применением извести. Способ заключается в следующем. Известковое молоко перед очисткой сока подвергают охлаждению до температуры от -8 до -10^oС с образованием суспензии для увеличения растворимости извести, затем суспензию отстаивают для отделения насыщенного раствора извести и используют его в качестве реагента на всех стадиях очистки. Диффузионный сок обрабатывают полученным насыщенным раствором извести до достижения стабилизации коллоидных частиц. Для этого сок нагревают и в нагретый сок добавляют насыщенный раствор извести для проведения дефекации при воздействии химически активной извести. Дефекованный сок затем подвергают дефекосатурации с одновременным введением насыщенного раствора извести и сатурационного газа при интенсивном перемешивании смеси в турбулентном режиме. Способ позволяет повысить эффект очистки диффузионного сока.