Особенности производства и технология производства сахара из свеклы. Технология производства сахара. Технологическая схема производства сахарного песка из свеклы и применяемое оборудование

Сахарный тростник был основным сырьем для получения чистой сахарозы до 1747 года пока немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф (Marggraf) не получил из сахарной свеклы кристаллическую сахарозу. В 1799 году Франц Карл Ахард подтвердил, что производство этого продукта оправдано с экономической точки зрения и в результате этого уже в 1802 году возникли первые свеклосахарные заводы. Открытие о том, что сахар можно получать из сахарной свеклы, привело к тому, что сейчас сахар из дорогой и экзотической вкусовой добавки превратился в продукт массового потребления. В нашей стране получают два основных вида сахара: сахар-песок и сахар-рафинад. Кроме того, для отраслей пищевой промышленности вырабатывают жидкий сахар.

Получение сахара-песка

Начинается со сборов корнеплодов сахарной свеклы первого года развития, содержащих 20-25 % сухих веществ, в том числе сахарозы от 14 до 18%. Остальное количество сухих веществ составляют несахара (в среднем3%), к которым относятся редуцирующие сахара и рафиноза, азотосодержащие и безазотные органические вещества, минеральные вещества. При этом корнеплоды кондиционной сахарной свеклы должны соответствовать следующим требованиям:

• - физическое состояние не потерявшие тургор
• - цветушные корнеплоды,% не более 1
• - подвяленные корнеплоды,% не более 5
• - корнеплоды с сильными механическими
• - повреждениями,% не более 12
• - зеленая масса,% не более 3
• - содержание мумифицированных, подмороженных, загнивших корнеплодов не допускается.

Подготовку сахарной свеклы и извлечение из нее сока проводят в свеклоперерабатывающем отделении. Принятую на переработку свеклу из бурачной транспортируют с помощью гидравлического транспортера в цех. Одновременно свекла промывается водой и освобождается от посторонних примесей (соломы, ботвы, камней, песка). Затем в специальных моечных машинах КМ-3-57М свекла окончательно очищается от грязи и примесей. Эффективное отмывание осуществляется в струйных свекломойках. Металлические примеси удаляются на электромагнитном сепараторе. Очистка свеклы имеет большое значение, так как влияет на качество диффузионного сока и выход сахара.

Чистую свеклу нарезают на центробежных, дисковых или барабанных свеклорезках тонкой стружкой желобчатой, ромбовидной, пластинчатой и другой формы в зависимости от качества свеклы и типа диффузионных аппаратов.

Технологическая схема получения сахара-песка включает в себя следующие операции

Извлечение сахара из свекольной стружки осуществляется с помощью горячей воды (70-75°С) методом противоточной диффузии в диффузионных аппаратах. Сахар и другие растворимые вещества диффундируют через стенки клеток в воду и образуют диффузионный сок. Обессахаренная стружка называется жомом, она используется на корм скоту и для получения пектина. Продолжительность активной диффузии в зависимости от вида аппарата составляет от 60 до 80 мин.

Диффузионный сок содержит 15-16% сухих веществ, в том числе 14-15% сахарозы и около 2% несахаров. Он сильно пенится, имеет кислую реакцию, характерный запах и темный, почти черный, цвет, обусловленный наличием продуктов окисления тирозина и пирокатехина свеклы.

Все несахара (растворимые белки, аминокислоты, пектиновые вещества, редуцирующие(восстанавливающие) сахара и др.) задерживают кристаллизацию сахарозы и увеличивают потери сахара с мелассой, поэтому физико-химическую очистку проводят в несколько стадий:

• 1. Дефекация - обработка сока известковым молоком для нейтрализации кислот, коагуляции коллоидных и красящих веществ, осаждения солей кальция, магния и других примесей. В процессе дефекации из несахаров, перешедших в раствор, образуются трудноотфильтровываемые соли кальция и красящие вещества, ухудшающие качество очищенного сока. Поэтому после дефекации проводится сатурация.
• 2. Сатурация - обработка сока сатурационным газом, содержащим 30-34% диоксида углерода. При этой операции избыточная известь удаляется в виде мелкокристаллического карбоната кальция СаСО3, на поверхности которого адсорбируются неудалившиеся при диффузии окрашенные несахара. После сатурации сок фильтруют для удаления осадка и подвергают сульфитации.
• 3. Сульфитация - обработка диоксидом серы для обеспечения и снижения щелочности.

В результате очистки содержание несахаров в соке уменьшается на 30-35%. Очищенный сок содержит 12-14% сухих веществ. Из них 10-12% сахарозы, 0,5-0,7% азотистых веществ, 0,4-0,5% безазотистых органических соединений, 0,5% золы. Чистота сока составляет 85-92%.

Для получения сахара в кристаллическом виде сок сгущают выпариванием воды в два этапа. Вначале на четырехкорпусных выпарных установках и концентраторе из сока получают сироп с содержанием сухих веществ 65%. Сироп смешивают с клеровкой желтого сахара и сульфитируют до рН 7,8-8,2 при температуре 80-85°С, затем подогревают до 90-95°С и фильтруют с добавлением активного угля или других адсорбентов. Очищенный сироп уваривают в вакуум-аппаратах на утфель, который содержит 92,5% сухих веществ и состоит из кристаллов сахарозы (около 55%) и межкристального раствора, содержащего несахара и насыщенный раствор сахарозы.

Для ускорения образования кристаллов в сироп вводят немного тонкоизмельченной сахарной пудры - затравки, затравки, частички которой служат центрами кристаллизации. После заводки кристаллы наращивают. Для этого в вакуум-аппарат вводят новые порции сиропа при одновременном интенсивном испарении влаги.

Утфель первой кристаллизации спускают в утфелемешалку, откуда через утфелераспределитель он поступает в центрифуги. При центрифугировании отделяют кристаллы сахарозы и два оттека. На поверхности кристаллов остается тонкая пленка межкристальной жидкости. Для более полного ее удаления кристаллы в центрифуге пробеливают водой температурой 70-95°С в количестве 3-3,5% к массе утфеля. Первый оттек - это межкристальный раствор утфеля, второй - раствор, получаемый при пробеливании сахара. Для максимального извлечения сахара, содержащегося в свекле, кристаллизацию сахарозы проводят многократно.

После пробелки сахар-песок выгружают из центрифуги с содержанием воды 0,8-1% на вибротранспортер и элеватором подают в сушильно-охладительные установки. Сушат сахар горячим воздухом до стандартной влажности 0,03 -0,14%, а затем охлаждают до температуры 25°С. Для удаления ферропримесей сахар пропускают через магнитный сепаратор, а в сортировочной установке удаляют комки непробеленного или слипшегося сахара и выделяют три фракции по размеру кристаллов. Готовый сахар-песок поступает в бункер на хранение или на упаковку.

Полная типовая технологическая схема получения сахара-песка

Cлучилось мне побывать на сахарном заводе, где и познакомился с процессом изготовления привычного всем продукта - сахара.
Собственно, начинается все с проходной, где гостей первым встречает позолоченный В.И. Ленин, каг бе намекающий своим жестом: «Товаг’ищи! Сладкое там, за забог’ом!»
И что главное, не обманывает. Сахарок действительно там, в товарных количествах.

Всем известно, что в нашей стране сахарный тростник не растет и сахар приходится добывать из свеклы, этого совсем не гламурного корнеплода.

Тяжело груженые буряком машины подгоняют к пункту приемки

Взвешивают и затем разгружают содержимое кузовов и прицепов в бункер

Следует отметить, что весь процесс производства автоматизирован, о чем свидетельствует наличие разнообразных панелей и пультов на всех ключевых пунктах технологической цепочки

Из бункера корнеплоды попадают на конвеерную ленту, которая уносит сырье в подземелье.

Понятно, что прежде чем использовать свеклу, нужно её очистить от земли, ботвы, прилипших камней, песка и прочих примесей - в готовый продукт всё это попасть не сможет в любом случае, но испортить оборудование - запросто. Для этого, свекла, следуя по тракту подачи на производство, проходит через различные соломоботволовушки, камнеловушки, песколовушки. Для окончательной очистки свеклы от загрязнений корнеплоды проходят через свекломойку.

Весь процесс контролируется оператором. На мониторе справа - схема происходящих на участке очистки и мойки процессов, на которой отображается оперативная информация. На монитор слева выводится видео с камеры, установленной над ленточным транспортером, по которому отмытое сырье уходит на следующий участок.

А вот и тот самый транспортер, на который смотрит камера. Чистые корнеплоды отправляются на свеклорезку.

Свекловичные корни подаются в бункер свеклорезки и увлекаются внутрь корпуса, где под воздействием центробежной силы прижимаются к режущей кромке ножей, скользя по которым, свекла постепенно изрезается на свекловичную стружку. Сам процесс пронаблюдать проблематично, но вот ножи выглядят вот так:

«Степень извлекаемости сахара» очень сильно зависит от качества стружки. Она должна быть определенной толщины, с гладкой, без трещин поверхностью.

Полученная на предыдущем этапе стружка по ленточному транспортеру направляется к диффузионному аппарату.
Внутри диффузионной колонны находится шнек (такая штука как в мясорубке), с помощью которой стружка с определенной скоростью перемещается снизу вверх. Супротив движению, сквозь столб стружки сверху вниз непрерывно протекает вода. Проходя через измельченное сырье, вода растворяет находящийся в свекольной стружке сахар и насыщается им. Весь процесс происходит без доступа воздуха и при определенной температуре. В результате процесса внизу колонны накапливается насыщенный сахаром сок, а жом (обезсахаренная свекольная стружка) выгружается из верхней части аппарата.

Свежеотжатый жом поступает в жомосушилку. Это огромный, непрерывно вращающийся барабан, внутри которого жом сушится в потоке раскаленного газа.

Гранулы высушенного жома подхватываются воздушным потоком пневмотранспортера и по трубам уносятся на склад для последующей реализации - «выжатая» сечка свеклы идет на корм скоту.

Полученный в процессе диффузии сок, помимо нужной нам сахарозы (то бишь сахара), содержит множество различных веществ, объединенных термином «несахара». Все несахара в большей или меньшей мере препятствуют получению кристаллического сахара и увеличивают потери полезного продукта. И следующая технологическая задача - удаление несахаров из сахарных растворов. Для чего применяют различные физико-химические процессы.

Сок мешают с известковым молоком, греют, высаживают осадок. Преддефикация, дефекация (именно так, я не ослышался и не опечатался - по-русски это всего лишь очищение), сатурация и много других интересных терминов. На одном из этапов сок проходит фильтрацию вот в таких установках

По периметру фильтрационных аппаратов виднеются стекляный колбы, через которые прогоняется очищаемый сок.

Полученный в итоге сок сгущают выпариванием. Полученный сироп вываривают до его кристаллизации. «Варка» сахара - важнейшая операции в приготовлении сладкого продукта. На фотографии - наш экскурсовод и главный технолог в пункте управления участком уваривания

Перед нами сердце производства - вакуум-аппараты для вываривания сиропа. «Варка» происходит в разряженной атмосфере, за счет чего сироп кипит при 70 градусах Цельсия. При более высоких температурах сахар просто сгорит. Как это происходит на сковородке:) Слева просматривается пульт управления. В один момент один из них завопил сиреной и включил красную мигалку, сигнализируя о необходимости человеческого вмешательства в автоматизированный процесс. Тут же появилась одна из работниц и пульт удовлетворенно умолк.

Аппарат можно немножко «подоить» и визуально проверить качество сиропа.

Сироп на предметном стеклышке кристаллизуется на глазах. Это уже практически сахар!

Уваренный сироп - утфель, отправляют на центрифугирование

В центрифуге, из утфеля отделяется все лишнее и уходит в специальный сборник под установкой. А на стенках барабана остаются кристаллы сахара-песка. Следующие фотографии сделаны в течении одной минуты и на них отчетливо просматривается пробелка сахара.

Выгруженный из центрифуг влажный сахар-песок транспортируют для высушивания

Сушильная установка. Барабан вращается. Сахар внутри барабана обдувается раскаленным воздухом (больше 100 градусов).

После сушки сахар охлаждается до комнатной температуры при непрерывном смешивании в той же установке. В это время, к ней можно пробраться с торца и открыть секретный люк!

Барабан сушилки вращается и сахар пересыпается, охлаждаясь.

Самое время опробовать готовую продукцию на вкус! Сладкий!

Высушенный и охлажденный сахар-песок подается на машину рассева. Фотография не передает движения, но вся конструкция колдыбается, как сито в руках у бабушки:)

По окончанию рассева сахар направляется на фасовку.

К сожалению, на участке фасовки меня попросили не снимать. Разрешили съемку только после окончания рабочей смены и остановки конвейера.

На фотографии полуавтоматические фасовочные бункеры, возле которых на лавках сидят упаковщицы. Из стопки берется мешок, надевается на горловину бункера, дозатор отсыпает в мешок 50 кг. После чего конвейерная лента сдвигается, горловина мешка попадает в «швейную машинку», которая прострачивает мешок и далее зашитый мешок по транспортерной ленте едет на склад.

На предприятии есть еще линия автоматической фасовки, там почти то же самое, только тетечек-упаковщиц нет. Все действо происходит в полупрозрачном тоннеле, по сути только видно как автомат подхватывает из стопки мешок, напяливает его на раструб бункера, загружает порцию сахарного песка, потом зашивает и отправляет в готовую продукцию. Фотографий процесса, по какой-то причине, не оказалось. Видимо был загипнотизирован самодвижущимися мешками:)

На этом все.

p.s. На производстве очень шумно, многое из сказанного не расслышал. Так что если был не точен в описании технологии и процессов, не обессудьте.

Технологическая линия производства сахара-песка

из сахарной свеклы

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Сахар – относится к важнейшим компонентам пищевого рациона – углеводам. Последние подразделяются на моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза), на перевариваемые полисахариды (крахмал, глюкоген) и неперевариваемые полисахариды (пищевые волокна). Моносахариды и дисахариды имеют сладкий вкус и поэтому их называют сахарами. Дисахариды и неперевариваемые полисахариды расщепляются в организме человека с образованием глюкозы и фруктозы. Сахароза легко и полностью усваивается в организме человека, способствует быстрому восстановлению затраченной энергии.

При переработки сахарной свеклы для пищевых целей вырабатывают белый сахар-песок, содержащий не менее 99,75 % сахарозы (в пересчете на сухое вещество) и имеющий цветность не более 0,8 условных единиц. Для промышленной переработки также производят белый с желтым оттенком сахар-песок, содержащий не менее 99,55 % сахарозы (в перерасчете на сухое вещество) и имеющий цветность не более 1,5 условных единиц. Сахар-песок вырабатывается с размерами кристаллов от 0,2 до 2,5 мм.

Качество сахара-песка должно соответствовать требованиям стандарта по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.

Сахар-песок имеет особую ценность благодаря быстроте и легкости его усвояемости и тем самым служит незаменимым источником калорий для людей умственного и физического труда.

Исходным сырьем в отечественной сахарной промышленности является сахарная свекла, корнеплод которой выкапывают и отгружают на переработку. Заготовляемая свекла должна соответствовать требованиям стандарта по показателям физического состояния и нормированного содержания корнеплодов с определенными дефектами (подвяленные, цветущие, поврежденные и др.). Технологические качества сахарной свеклы также зависят от технической спелости свеклы во время уборки, общей загрязненности и важнейших химических показателей – содержания сахарозы и чистоты свекловичного сока.

Следует отметить, что у заготовителей свеклы в процессе хранения происходит ухудшение большинства показателей качества, что в свою очередь снижает эффективность протекания технологических процессов, повышает потери сахарозы, снижает выход и качество готовой продукции . Поэтому оптимальный производственный период переработки сахарной свеклы равен 100 суткам.

Основными полуфабрикатами свеклосахарного производства являются свекловичная стружка, диффузионный сок, сироп, утфель и промытый сахар-песок. Свекловичная стружка – срезы свеклы определенных размеров и формы, полученные путем изрезания корнеплодов в свеклорезках. Диффузионный сок – водный раствор сахарозы и несахаров, извлеченный из свекловичной стружки диффузионным методом. Сироп – насыщенный сахарный раствор, полученный из очищенного сока выпариванием из него воды в выпарной установке. Утфель – масса, состоящая из кристаллов сахарозы и межкристального раствора, образующаяся при уваривании сиропа и оттеков в вакуум-аппаратах . Промышленный сахар-песок – промытые горячей водой кристаллы сахарозы, отделенные от межкристального раствора (оттеков) при центрифугировании утфеля.

В результате переработки сахарной свеклы наряду с основной продукцией (сахар-песок) получают большое количество побочной продукции. При среднем выходе сахара 10…12 % свекловичное производство дает в процентах к массе переработанной свеклы: 80…83 сырого свекловичного жома, 5,0…5,5 мелассы, 10…13 фильтрационного осадка, которые являются ценными вторичными ресурсами .

Свекловичный жом представляет собой обессахаренную свекловичную стружку, оставшаяся после извлечения из нее сахарозы диффузионным методом. Он содержит 0,3 % сахарозы. Жом имеет большую кормовую ценность, однако для увеличения срока хранения требуется его обработка: высушивание или силосование. Эффективность использования жома можно повысить за счет получения из него пектина, пищевых волокон, метана, одноклеточного протеина.

Меласса представляет собой межкристальный раствор, получаемый при центрифугирования утфеля последней кристаллизации. Меласса содержит: минеральные органические вещества, в том числе углеводы; ценные аминокислоты и амиды; катионы щелочных и щелочноземельных металлов; анионы угольной, серной и фосфорной кислот. Около 50 % вырабатываемой мелассы направляется на кормовые цели.

Кроме того, меласса является ценным сырьем для производства этилового спирта, дрожжей, пищевых кислот, растворителей и др.

Фильтрационный осадок содержит углекислый газ, азотистые соединения, безазотистые соединения и минеральные вещества, ряд элементов и других соединений, полезных для питания растений и животных. Однако этот ценный отход свеклосахарного производства до настоящего времени не находит полезного практического применения, он наносит ущерб экологии природной среды при накапливании в отвалах.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Сахарные заводы размещаются в местах выращивания сахарной свеклы. Современный свеклосахарный завод – это крупное промышленное предприятие, которое в зависимости от проектной мощности может перерабатывать от 1,5 до 6 тысяч тонн сахарной свеклы в сутки.

После распада СССР на территории России осталось 95 свеклосахарных заводов. В новых экономических условиях эти предприятия существенно сократили выработку сахара, так как объем перерабатываемой свеклы уменьшился в 2 раза. При этом возросли объемы переработки импортного тростникового сахара-сырца.

В настоящее время резко сократились площади посева и объем заготовки сахарной свеклы. Основные производственные фонды сахарных заводов имеют значительный износ.

Восстановление и дальнейшее развитие отечественного свеклосахарного комплекса зависит от решения проблем по созданию производства, конкурентоспособного на мировом рынке. При этом придется учитывать, что около 80 % конструкторско-исследовательской и машиностроительной базы осталось на Украине.

Особенности производства сахара-песка из сахарной свеклы обусловлены тем, что готовая продукция практически чистая сахароза. Такой химический состав продукции достигается тем, что почти на всех стадиях технологического процесса выполняются операции очистки исходного сырья и полуфабрикатов от загрязнений и посторонних примесей. Большинство операций связано с обеспечением чистоты наружной поверхности корнеплодов свеклы, диффузионного сока, а также кристаллов белого сахара.

Наружную поверхность корнеплодов сахарной свеклы очищают от легких (плавающих) и тяжелых (камни, песок и др.) примесей. Значительная часть примесей отделяется при транспортировании свеклы на переработку в потоке свекловодяной смеси. Загрязнения, прочно связанные с поверхностью корнеплодов, отмывают при помощи механических рабочих органов в моечных машинах.

Вода является наиболее материалоемким отходом производства . Количество воды при прямоточной схеме ее использования (без повторного и оборотного) составляет около 1800 % к массе перерабатываемой свеклы. Промышленные сточные воды требуют специальной очистки, чтобы исключить отрицательное воздействие на окружающую среду.

В связи с полной механизацией уборочных и погрузочно-разгрузочных работ значительно увеличились загрязнения свеклы землей и зеленой массой. Свекла с повышенной загрязненностью значительно увеличивает объем транспортных перевозок, расход транспортерно-моечной воды и нагрузку на очистные сооружения , снижает производительность при переработке свеклы, что в конечном счете приводит к дополнительным затратам и снижению конкурентоспособности производства.

Следует отметить, что при всех дополнительных усилиях не удается получить свеклу с необходимой для прогрессивной технологии чистотой наружной поверхности, что приводит к износу оборудования. В частности, в СССР были прекращены серийный выпуск и практическое применение дисковых свеклорезок. Среди известных типов свеклорезок именно дисковые потребляют меньше энергии и производят свекловичную стружку хорошего качества. Для надежной работы дисковых свеклорезок требуется более высокий уровень чистоты свеклы, но это не препятствует их широкому применению на передовых зарубежных сахарных заводах.

Диффузионный сок содержит примерно 16…19 % сухих веществ из них 14…17 % сахарозы и около 2 % несахаров. Все сахара в большей или меньшей степени затрудняют получение кристаллической сахарозы и увеличивают ее потери с мелассой. Одна часть несахаров при кристаллизации способна удерживать в растворе 1,2…1,5 части сахарозы. Поэтому одной из важнейших задач технологии сахарного производства является максимальное удаление несахаров из сахарных растворов.

В состав несахаров входят многочисленные вещества: органические кислоты, белки, пектины, жиры, редуцирующие вещества (продукты разложения сахарозы в водных растворах на глюкозу и фруктозу под действием ионов водорода или ферментов), красящие вещества и др. Несахара обладают широким спектром физико-химических свойств, что обусловливает различную природу реакций, приводящих к удалению их из диффузионного сока.

Последовательность основных этапов физико-химической очистки диффузионного сока следующая: предварительная дефекация, основная дефекация, I сатурация, II сатурация, отделение осадка, сульфитация.

Дефекация – процесс обработки диффузионного сока известью (известковым мелом). Целью предварительной дефекации являются коагуляция и осаждение под действием дегидратирующих свойств ионов, белков, пектиновых и других веществ коллоидной дисперсности, а также образование хорошей структуры осадка. Кроме коагуляции и осаждения белково-пектинового комплекса, на предварительной дефекации происходит реакция нейтрализации кислот и осаждения солей кальция. Главной задачей основной дефекации является разложение амидов кислот, солей аммония , редуцирующих веществ, омыление жиров, а также создание избытка извести, необходимой для получения достаточного количества осадка СаСО3 на I сатурации.

Сатурация – процесс обработки дефекованного сока сатурационным газом, содержащим диоксид углерода (СО2). В результате чего образуются кристаллы карбоната кальция, на поверхности которых в свою очередь адсорбируются частицы несахаров. После I сатурации осадок карбоната кальция с адсорбированными несахарами и коагулятом отделяют отстаиванием или фильтрованием и выводят в отходы. Затем в сок добавляют известь и проводят II дефекацию. На II сатурации в результате химических реакций на поверхности образующегося осадка СaCO3 осаждаются соли кальция и другие несахара. После этого снова от сока отделяется сатурационный осадок.

Сульфитация – процесс обработки сока или сиропа сернистым газом или сернистой кислотой. Сульфитация проводится с целью снижения вязкости сахаросодержащих растворов и понижения их окрашенности. Сульфитированный сироп фильтруют для отделения осадка.

Количество несахаров в исходном сырье существенно влияет на эффективность процесса очистки сока: чем их больше, тем труднее добиться требуемой чистоты, т. е. массовой доли сахарозы в пересчете на сухие вещества. Соотношение между количествами сахарозы и несахаров в свекле зависит от ее технологических свойств. В частности, цветущие корнеплоды имеют пониженное (на 2…3 %) содержание сахарозы и повышенное количество редуцирующих веществ. Чистота свекловичного сока в подвяленных корнеплодах ниже на 4…12 %, чем у нормальной свеклы. Из корнеплодов с сильными механическими повреждениями при гидроподаче на переработку вымывается в транспортерно-моечную воду до 0,16…0,30 % сахарозы. При наличии зеленой массы на корнеплодах снижается чистота диффузионного сока на 1,7…2,6 %. Естественно, что при хранении перечисленных дефектных корнеплодов ухудшение показателей их качества происходит более интенсивно, чем у нормальной свеклы. Таким образом, заготовка и переработка свеклы ухудшенного качества приводит к потерям сахара и, в конечном счете, снижает конкурентоспособность свеклосахарного производства.

Сахароза хорошо растворяется в воде, при повышении температуры ее растворимость возрастает. В растворах сахароза является сильным дегидратором. Она легко образует пересыщенные растворы, кристаллизация в которых начинается только при наличии центров кристаллизации. Скорость этого процесса зависит от температуры, вязкости раствора и коэффициента пересыщения.

Кристаллизация позволяет из многокомпонентной смеси веществ, которой является сироп, получить практически чистую сахарозу.

Технологическая схема предусматривает столько ступеней кристаллизации, чтобы суммарный эффект кристаллизации (разность чистоты исходного сиропа с клеровкой и мелассы) составлял 30…33 %. Обычно заводы работают по схемам с двумя или тремя кристаллизациями, при этом товарный продукт получают только на первой степени. Двухкристаллизационная схема проще и экономнее трехкристаллизационной, но при ее эксплуатации не всегда достигается достаточно полное обессахаривание мелассы и получение сахара-песка высокого качества.

Товарный сахар-песок высушивается до нормативной влажности 0,04 % при бестарном хранении и 0,14 % при упаковывании в мешки и пакеты.

Хранение сахара на свеклосахарных заводах усложняется тем, что вся продукция вырабатывается в течение нескольких месяцев, после чего ее приходится хранить продолжительное время. Для эффективного использования емкости сахарного склада мешки с сахаром укладывают в штабеля. Для штабелирования мешков применяются различные передвижные подъемники. Обычно под мешки подкладывают деревянные решетки, поддерживающие их на высоте около 100 мм от пола и обеспечивающие хорошую вентиляцию воздуха под ними. Для правильного хранения сахара в складе нужно обеспечить соответствующий температурный и влажностный режим.

Силоса бестарного хранения сахара должны иметь конструкцию, исключающую возможность образования влаги на их внутренних поверхностях. Такой склад должен быть оборудован системой кондиционирования, а также ас­пирации, обеспечивающей очистку отсасываемого воздуха до взрывобезопасной концентрации сахарной пыли.

Для доставки потребителям неупакованного сахара используют вагоны специальной конструкции (хоппера).

Стадии технологического процесса. Производство сахара-песка из сахарной свеклы можно разделить на следующие стадии и основные операции:

– транспортирование и предварительная очистка свеклы;

– мойка свеклы;

– изрезывание свеклы в свекловичную стружку;

– извлечение сока из свекловичной стружки;

– физико-химическая очистка диффузионного сока;

– выпаривание сока и очистка сиропа;

– уваривание утфеля, кристаллизация сахарозы и отделение утфеля (центрифугирование);

– сушка, охлаждение, сортирование и упаковка сахара-песка.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для транспортирования и очистки наружной поверхности свеклы, в состав которого входят системы гидротранспортеров, свеклонасос, ботвосоломоловушки, камнеловушки, водоотделитель, свекломойка и магнитный сепаратор, а также оборудование для отбора хвостиков свеклы.

Следующий комплекс оборудования предназначен для получения и обработки свекловичной стружки, включающий весы, свеклорезку, диффузионный аппарат, мезголовушки и оборудование для отжима влаги от свекловичного жома.

В третий комплекс оборудования для физико-химической обработки диффузионного сока и отделения осадков входят аппараты для дефекации и сатурации сока, подогреватели, дозаторы известкового молока, отстойники, сульфитаторы и фильтры.

Четвертый комплекс оборудования предназначен для выпаривания диффузионного сока и очистки сиропа, содержащий в своем составе четырехкорпусную выпарную установку с концентратором, сульфитатор сиропа и фильтр сиропа.

Ведущим является комплекс оборудования для уваривания сиропа, кристаллизации сахара, отделения утфеля и промывки кристаллов сахара. Основным оборудованием этого комплекса является вакуум-аппараты утфеля, утфелемешалки, утфелераспределители, центрифуги, аффинационная мешалка, сборники оттёков утфелей и мелассы, а также вибротранспортер для промытого сахара-песка.

Завершающий комплекс оборудования для получения товарного сахара-песка включает элеватор, сушильно-охладительную установку, сортировочную установку для сахара, приемные бункеры сахара-песка, а также циклоны сухой и влажной очистки воздуха от сахарной пыли и мешалку для растворения сахарной пыли и комков сахара-песка.

Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из кондиционной сахарной свеклы показана на рис. 2.8.

Устройство и принцип действия линии. Свекла из склада краткосрочного хранения (бурачной) 1 в виде свекловодяной смеси в соотношении 1: 6…1: 7 подается в главный гидротранспортер, состоящий из нижнего и верхнего участков. Нижний гидротранспортер 2 заглублен в земле с уклоном в сторону свеклоподъемной станции. На входе в главный гидротранспортер для предотвращения заторов уста­новлены наклонная и горизонтальная решетки 3 . В конце гидротранспортера установлен регулятор потока – пульсирующий шибер 4 .

Из нижнего участка гидротранспортера свекловодяная смесь перекачива­ется свеклонасосом 5 в верхний гидротранспортер 6 , размещенный на высоте более 20 м. Дальнейшее перемещение ее для выполнении различных технологических операций происходит за счет силы тяжести. При движению по металлическому гидравлическому транспортеру корнеплоды подвергаются очистке попеременно в ботвосоломоловушках и камнеловушках. Лег­кие примеси улавливаются в ботвосоломоловушках 7 и 9 , а тяжелые в камнело­вушках 8 и 10 .

Далее свекловодяная смесь проходит через дисковый водоотделитель 11 , где корнеплоды освобождаются от транспортерно-моечной воды, обломков свеклы, песка и мелких свободных примесей и подаются в свекломойку 12 для отмывания от земли и других прилипших примесей. Количество примесей составляет при ручной уборке 1…3 % к массе свеклы, а при механизированной уборке комбайнами 8…10 % и более.

Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загряз­ненности, конструкции машины и в среднем составляет 60% к массе свеклы. Из мойки корнеплоды поступают на свеклоополаскиватель 13 , где производится окончательный смыв грязи с поверхности свеклы и очистка ее от посторонних примесей. Из свеклоополаскивателя кор­неплоды поступают на второй водоотделитель 14 , где от них отделяют моеч­ную воду и ополаскивают хлорированной водой, подаваемой через форсунки, и направляют на элеватор 15 .

В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики светлы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1...3 % к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечная вода с обломками свеклы из водоотделителей подается в ротационный хвостикоулавливатель 16 . Отде­ленные в улавливателе обломки свеклы, солома и ботва поступают в классифи­катор хвостиков 17 . Здесь обломки свеклы отделяются от соломы и ботвы и на­правляются на свеклоополаскиватель 18 , а из него подаются насосом на элева­тор и перерабатываются вместе со свеклой. Растительные примеси сбрасыва­ются на конвейер 19 .

Отмытая свекла поднимается элеватором 15 на контрольный конвейер 20 с электромагнитным сепаратором 21 для улавливания ферромагнитных при­месей и поступает на автоматические весы 22 , расположенные над свеклорезками. Взвешенная на автоматических весах свекла выгружается в бункер-накопитель 23 .

Свекла из бункера-накопителя подается в свеклорезку 24 для получения свекловичной стружки. Для хорошего экстрагирования свекловичного сока из стружки она должна быть гладкой, упругой и без мезги. Хорошая свекловичная стружка представляет собой длинные и тонкие полоски свеклы желобчатого, прямоугольного или ромбовидного сечения толщиной 0,5…1 мм.

Свекловичная стружка конвейером 25, на котором установлены автоматические ленточные весы 26 , направляется в непрерывно-действующий диффузионный аппарат 27 . В качестве питательной воды используются сульфитированные аммиачные конденсаты или барометрическая вода из сборника 29 , а также очищенная жомопрессовая вода из сборника 28 .

В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20...25 % сухих веществ, из них содержание сахарозы колеблется от 14 % до 18 %.

Сахароза, растворенная в клеточном соке, может быть извлечена из клеток только после денатурации (свертывания) протоплазмы с ее полупроницаемой оболочкой. Поэтому для нормального протекания диффузионного процесса свекловичную стружку предварительно нагревают до температуры 70…80 °С.

Сахар извлекается из клеток ткани корнеплода противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть аппарата 17 и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся на­встречу экстрагенту высолаживающую горячую воду. Из конца хвостовой части аппарата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный саха­ром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. В сок попадает 1,5…3 г/л мезги, которую отделяют в мезголовушке 32 , затем подают в сборник 33 .

Выгружаемый из диффузионного аппарата жом поступает в шнек-водоотделитель 30 и подается в отжимной пресс 31 , затем – на сушку и бункерирование. В среднем количество жома, удаляемого из аппарата 27 , составляет 80 % к массе свеклы.

Диффузионный сок подается из сборника 33 на физико-химическую очистку, которая состоит из ряда последовательных стадий. Предварительная дефекация осуществляется в аппарате 34 , куда кроме сока подается известковое молоко и суспензия сока II сатурации для формирования осадка несахаров. Из преддефекатора сок поступает на первую ступень основной дефе­кации в аппарат 35 , где смешивается с известковым молоком для проведения реакции разложения несахаров. Известковое молоко в количестве, соответст­вующем расходу поступающего сока, подается из мешалки известкового моло­ка 36 дозаторами 37 .

После первой ступени основной дефекации сок поступает в сборник 38 и насосом подается в подогреватель 39 , где нагревается до 85…90 °С и направляется в дефекатор 40 на вторую (горячую) ступень основной дефекации. В переливную коробку дефекатора добавляется известковое молоко для повышения фильтрационных свойств осадка сока I сатурации. Из дефека­тора 40 сок поступает в циркуляционный сборник 41 , где смешивается с 5…7-кратным количеством рециркуляционного сока I сатурации, в аппарате 42 подвергается I сатурации и самотеком поступает в сборник сока I сатурации 43 . Далее, пройдя подогреватель 44 , сок перекачивается насосом в напорный сборник 45 , расположенный над листовыми фильтрами 46 .

46 через мешалку 48 и напорный сбор­ник 49 подается в вакуум-фильтры 50 . Фильтрат отводится из вакуум-фильтров через вакуум-сборник 51 в сборник фильтрованного сока I сатурации 47 . Обра­зующийся фильтрационный осадок поступает в мешалку 52 , а из нее направляется на поля фильтрации.

Фильтрованный сок I сатурации, нагретый в подогревателе 53 до темпе­ратуры 92…95 °C, подается насосом в дефекатор 54 на дефекацию перед II сату­рацией. Во всасывающий трубопровод насоса вводится известковое молоко. Из дефекатора сок самотеком поступает в аппарат 55 на II сатурацию, обрабатыва­ется там диоксидом углерода и направляется в сборник 56 , откуда насосом пе­рекачивается в напорный сборник 57 , расположенный над листовыми фильтратами 58 .

Рис. 2.8. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы

Сгущенная суспензия из фильтров 58 подается в мешалку 59 , откуда перекачивается на преддефекацию. Фильтрат из листовых фильтров поступает в сборник 60 . После фильтров сок II сатурации сульфитируется диоксидом серы в сульфитаторе 61 и собирается в сборнике 62 , откуда насосом подается для кон­трольной фильтрации на фильтр 63 . Фильтрованный сок II сатурации собирается в сборнике 64 .

Сгущение сока ведут в два этапа: сначала его сгущают на выпарной установке до содержания сухих веществ 65 % (при этом сахароза еще не кристаллизуется), а затем после дополнительной очистки вязкий сироп на вакуум-аппарате сгущают до содержания сухих веществ 92,5...93,5 % и получают утфель.

На первом этапе сок направляется насосом через три группы подогревателей 65 в корпус 66 выпарной установки. Она предназначена для последовательного сгущения сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих ве­ществ в продукте увеличивается с 14% в первом корпусе до 65...70 % (сгущенный сироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующие корпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса.

Из I корпуса сок проходит последовательно II корпус 68 , III корпус 69 , IV корпус 70 и концентратор 71 , сгущаясь до определенной плотности. Выпарен­ная из сока часть воды в I корпусе образует вторичный пар, который использу­ется для обогрева последующего корпуса и т. д. Образующийся в выпарных ап­паратах конденсат отводится через конденсатные колонки 67 в сборники кон­денсата.

Из выпарной установки полученный сироп поступает в сборник 72 , отку­да насосом подается в сульфитатор 73 . В сульфитатор также подается клеровка (раствор сахара II кристаллизации и сахара-аффинада). Сульфитированный си­роп с клеровкой направляется в сборник 74 . Затем смесь подогревается в по­догревателях 75 и направляется в напорный сборник 76 , откуда подается для фильтрации в фильтр 77 и поступает в сборник 78 . Фильтрованная смесь насосом направляется в сборник 79 перед вакуум-аппаратами.

Из сборника 79 смесь поступает в вакуум-аппарат 80 и уваривается до со­держания сухих веществ 92,5 %. Таким образом, сироп уваривается до пересыщения, после введения сахарной пудры сахароза выделяется в виде кристаллов и образуется утфель I кристаллизации. Он содержит около 7,5 % воды и 55 % выкристаллизовавшегося сахара. Утфель I кристаллизации (утфель I) спускают в приемную утфелемешалку 81 . Из нее утфель поступает через утфелераспределитель 82 в центрифуги 83 , где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристального раствора. Этот раствор называется первым оттёком. Чистота первого оттека 75%, что значительно ниже чистоты утфеля.

Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают неболь­шим количеством горячей воды – пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттёк более высокой чистоты – второй оттёк. Первый оттёк направляют в сборник 84 , второй – в сборник 85 .

Из центрифуги 83 промытый сахар-песок влажностью 0,8…1 % выгружают на вибротранспортер 86 , элеватором 87 поднимают в сушильно-охладительную установку 88 ,и высушивают горячим воздухом температурой 105…110 °С до влажности 0,14 %.

Готовый сахар-песок содержит комки и ферромагнитные примеси. Последние удаляют с помощью электромагнитного сепаратора, подвешенного над ленточным конвейером 89 . В сортировочной установке 90 отделяют комки, а сахар-песок по размеру кристаллов разделяют на фракции и подают в бункера 91 , расположенные в упаковочном помещении.

Воздух, отсасываемый вентилятором из сушильно-охладительной уста­новки, очищается от сахарной пыли в циклоне сухой очистки 92 и в циклоне влажной очистки 93 . Уловленная сахарная пудра и комки сахара-песка растворяются соком II сатурации в мешалке 94 , и далее раствор поступает в клеровочную мешалку 104 .

Первый и второй оттёки, полученные при центрифугировании утфеля I, перекачивают соответственно в сборники перед вакуум-аппаратами 95 и 96 . Утфель II кристаллизации (утфель II) уваривают из второго и первого оттёков утфеля I в вакуум-аппаратах 97 до содержания сухих веществ 93 %, в том числе около 50 % кристаллического сахара. Утфель II спускают в приемную утфелемешалку 98 и опрыскивают горячей водой. Через утфелераспределитель 99 утфель направляют в центрифуги 100 , где он центрифугируется с отбором двух оттёков, которые направляют в сборники 101 и 102 . Из центри­фуг сахар II кристаллизации шнеком 103 подается в клеровочную мешалку 104 , где он растворяется (клеруется) в фильтрованном соке II сатурации. Затем кле­ровку направляют на сульфитацию совместно с сиропом.

Для уваривания утфеля III кристаллизации (утфель) в вакуум-аппаратах 108 последовательно забирают второй и первый оттёки утфеля II кристаллизации из сборников 105 и 106 и аффинационный оттёк из сборника 107 . Содержание сухих веществ в утфеле III доводят до 93,5…94 %. Через прием­ную утфелемешалку 109 его спускают в кристаллизационную установку 110 , где проводят дополнительную кристаллизацию сахара при искусственном охлаждении утфеля. В последней утфелемешалке кристаллизационной установки утфель для снятия избыточного пересыщения межкристального раствора нагре­вают на 5…10 °С и через утфелераспределитель 111 подают в центрифуги 112 , где его центрифугируют без промывания сахара водой с отбором одного оттёка мелассы в сборник 113 . Мелассу из сборника направляют через напорный сборник 114 на весы 115 , взвешивают и перекачивают в емкости на хранение.

Сахар III кристаллизации смешивают в аффинаторе 116 с первым оттёком утфеля I кристаллизации, получая аффинационный утфель с содержанием су­хих веществ 89…90 %. Аффинационный утфель центрифугируют на центрифугах 117 отдельно от утфеля II кристаллизации. Сахар-аффинад промывают горячей водой, отбирая два оттёка вместе, и направляют их в сборник 118 , откуда пере­качивают в сборник 107 для уваривания утфеля III кристаллизации. Сахар-аффинад подают шнеком 103 в клеровочную мешалку 104 и растворяют фильт­рованным соком II сатурации вместе с сахаром II кристаллизации.

Сахар - пищевой продукт, получаемый главным образом из сахарной свеклы и сахарного тростника. Выпускается в виде сахара-песка и сахара-рафинада. Калорийность 100 г сахара - около 400 ккал. Важнейшим показателем качества сахара является его цветность, которая в единицах Штаммера не должна превышать 1.0.
Независимо от сырья ощущение сладости сахара определяется исключительно величиной поверхности кристаллов и, следовательно, быстротой таяния во рту. Медленнотающие крупные кристаллы кажутся недостаточно сладкими, тогда как мелкие и особенно сахарная пудра имеют приторно сладкий вкус.

Сахарная свекла - двухлетнее растение из семейства маревых. В первый год ее развития из первоначально высеянных семян образуются сочные богатые сахаром корнеплоды с широко разросшимся хвостовиком, боковыми корешками и мощной прикорневой розеткой листьев - ботвой, но без цветков и семян. Именно эти корни после обрезки ботвы (вместе с верхней частью корневой головки), а также удаления хвостовика и части корешков и служат сырьем для свеклосахарного производства. Средняя урожайность корнеплодов 25…40 т/га, на поливных землях Украины - свыше 60 т/га.
Содержание сахара в свекле 16…18% к массе корня, иногда при благоприятных условиях - 20%. Продолжительность вегетационного периода колеблется от 150 до 180 суток. Сумма среднесуточных температур за период вегетации - 2400…2800°С, требуется достаточное увлажнение.

Образование сахара в свекле происходит путем первоначального синтеза под действием солнечного света простейших углеводов (глюкозы и фруктозы) из углекислого газа и воды в содержащих хлорофилл листьях растений.
Массовую копку корнеплодов проводят со второй половины сентября. Доставленная транспортными средствами свекла до переработки хранится в кагатах (буртах). Для предупреждения гнилостных процессов свекла в кагатах опрыскивается известковым молоком, а в жаркую погоду орошается водой.
Корнеплоды в кагатах продолжают жить, потребляя из воздуха кислород и выделяя углекислый газ, а также пары воды.

Тростниковый сахар -сырец, вырабатываемый в Индии, Бразилии и на Кубе, является продуктом переработки сока, отжимаемого из стеблей сахарного тростника. Содержание сахарозы в соке - 97…98%, а в стеблях тростника - 12…15%, урожай 40…60 т/га.
Отжатый тростниковый сок подвергается химической очистке небольшим количеством извести, фосфорной кислоты и сернистым газом. В отфильтрованном виде поступает на выпарную установку. После сгущения сироп из выпарки уваривают до выделения кристаллов сахара, которые и отделяют на центрифугах в виде сахара-сырца.

Заводы, на которых вырабатывается сахар , представляют собой крупные, оснащенные высокопроизводительной техникой производства. Мощность отдельных свеклосахарных заводов по переработке свеклы достигает 6…9 тыс. т в сутки, а в среднем - 2,5 тыс. т в сутки. Свеклосахарное производство - массовое, поточное. В нем в едином производственном потоке осуществляются основные технологические процессы и промежуточные операции по переработке свеклы с получением одного вида массовой товарной продукции - белого сахара-песка. Побочными видами товарной продукции являются жом и патока-меласса.
Чтобы предохранить сахарозу от разложения, все технологические процессы ведутся при температуре, не превышающей 90…100°С (только в первых корпусах выпарки до 120…125°С), и в щелочной среде (за исключением слабокислой реакции диффузного сока).
Длительность производственного цикла от поступления свеклы до получения белого сахара-сырца не более 12…16 часов, а с учетом переработки всех паток и желтых сахаров в продуктовом отделении - 36…42 часа.

Важнейшими стадиями технологии производства сахара из свеклы являются следующие :
. приемка, хранение и подача свеклы на завод;
. очистка корней свеклы от земли и посторонних примесей;
. измельчение (резание) свеклы в стружку и получение из нее сока диффузным способом; очистка сока; выпаривание воды из сока с получением сиропа; уваривание сиропа в кристаллическую массу - утфель I и последующее
. разделение этой массы путем центрифугирования на белый кристаллический сахар и патоку; уваривание патоки в утфель II, дополнительная кристаллизация его и центрифугирование с получением желтого сахара и конечной патоки-мелассы - отхода производства при работе по схеме с двумя утфелями.

В случае работы по схеме с тремя утфелями патока от утфеля II не является конечной. Она еще раз уваривается на утфель III, из которого после кристаллизации и центрифугирования получается еще один желтый сахар и уже как отход производства - меласса.
Очистка (аффинация) последнего желтого сахара, растворение желтых сахаров в соке (клерование) с возвращением получаемого при этом раствора - клеровки по очистке сиропа.
Кроме этих технологических операций осуществляются вспомогательные процессы: получение необходимых для очистки сока извести и сатурационного (углекислого) газа путем сжигания серы сульфитационного (сернистого) газа для очистки сока и сиропа.
На некоторых заводах осуществляются дополнительные технологические операции, являющиеся как бы продолжением основных процессов производства - сушка свекловичного жома и производство на его основе комбикормов (обогащение жома добавками), получение из мелассы микробиологическим путем лимонной кислоты.
Все технологические операции осуществляются в трех основных отделениях завода: свеклоперерабатывающем, включающем подачу свеклы на завод; сокоочистительном, включающем выпарку и получение извести, сатурационного и сульфатационного газов;продуктовом - варочно-кристаллизационном и пробелочном.

Извлечение сахара из свекловичной стружки
Извлечение сахара из свекловичной стружки производят выщелачиванием теплой водой и диффузионным соком и основано на явлениях диффузии и осмоса через проницаемые стенки клеток сахарной свеклы.
Выщелачивание происходит в диффузионных батареях, состоящих из 12 - 16 диффузоров. Диффузоры, представляющие собой металлические цилиндры емкостью 5-10 м3, снабжены устройствами для загрузки стружки и выгрузки жома. Содержимое диффузоров подогревают циркулирующим по трубам внутри диффузора паром. Температура в диффузоре достигает 60 °С и более. При такой температуре свертывается протоплазма клеток, что облегчает выщелачивание из них сахара.
Выщелачивание сахара в диффузионной батарее осуществляется постепенно. Диффузионный сок, переходя от одного диффузора к другому, постепенно насыщается сахаром, пока содержание сахара в соке не приблизится максимально к сахаристости свеклы.
Первый диффузор батареи загружают стружкой и заливают теплой водой, заполняющей в диффузоре все пространство между стружкой.
Если сахаристость свежезагруженной свекловичной стружки составляет 18% (она может быть и немного больше и меньше), то после выщелачивання водой части сахара и достижения диффузионного равновесия сахар в стружке и воде распределяется поровну и сахаристость стружки и полученного сока становится одинаковой: она составляет 9% (18:2).
Полученный в первом диффузоре сок переводят во второй, загруженный свежей стружкой. По достижении диффузионного равновесия сахар в стружке и соке во втором диффузоре распределяется поровну, и сахаристость сока составляет 13,5% ((18+9)/2).
Из второго диффузора сок переводят в третий, также заполненный свежей стружкой. Сахаристость сока в нем достигает 15,75% ((18+13,5)/2) и т.д. В последнем диффузоре сахаристость сока мало отличается от сахаристости свежей свекловичной стружки.
Так как в стружке в первом диффузоре остается еще 9% сахара (в сок переходит только 9 из 18%, содержащихся в свежей стружке), для извлечения сахара его вторично заливают чистой водой.
По установлению диффузионного равновесия в первом диффузоре вновь получается сок, хотя уже с меньшей сахаристостью: (9:2=4,5%). Этот сок затем переводят во второй диффузор, где сахаристость стружки составляет 13,5%. Диффузионный сок здесь получается с сахаристостью 9% ((13, 5+4,5)/2). Переводя этот сок в третий диффузор, где сахаристость стружки составляет 15,75%, получают сок с содержанием сахара 12,37% и т.д.
Таким образом, когда установлена работа диффузионной батареи, на свежую, свекловичную стружку подают, наиболее концентрированный сок, а на более или менее обессахаренную стружку подают либо сок слабой концентрации, либо чистую воду.
Этим способом удается максимально извлекать сахар из свекловичной стружки и получать диффузионный сок высокой концентрации. Потери сахара в жоме при этом составляют всего 0,2 - 0,25%.
Перемещение сока от одного диффузора к другому осуществляется благодаря небольшому давлению, создаваемому при накачивании воды в первый диффузор.
В последнее время на сахарных заводах получают применение диффузионные аппараты непрерывного действия, заменяющие диффузионные батареи, загружаемые и разгружаемые периодически.
С одной стороны в действующий диффузионный аппарат непрерывно подают свекловичную стружку, которая движется навстречу поступающей с противоположной стороны воде. Непрерывно омывающая стружку вода выщелачивает из нее сахар и постепенно превращается в обогащенный сахаром диффузионный сок, который выводят из диффузионного аппарата. Так же непрерывно из аппарата выводят обессахаренную стружку - жом.

Очистка диффузионного сока
Кроме сахара, в диффузионном соке содержатся (примерно 2%) и другие вещества, называемые несахарами (соли фосфорной и других кислот, белки), а также мелкие взвешенные частицы, придающие соку темный цвет.
Очистку диффузионного сока от взвешенных частиц и значительной части несахаров производят при помощи извести, а для последующего удаления из сока извести применяют углекислоту. Известь и углекислый газ получают на сахарных заводах обжигом известняка (СаСО3=СаО+СО2); его расход составляет 5-6% от веса перерабатываемой свеклы.
Обработку диффузионного сока известью (в виде известкового молока) производят в цилиндрических котлах с мешалками - дефекаторах. Под действием извести несахара коагулируют и осаждаются или разлагаются, образуя кальциевые соли, остающиеся в растворе.
Обработанный известью (дефекованный) сок поступает в сатуратор, где его обрабатывают углекислым газом. Под действием углекислого газа известь превращается в углекислый кальций СаСО3, который, выпадая в осадок, увлекает с собой и несахара.
Обработанный углекислым газом (сатурированный) сок фильтруют на механических фильтрах. При этом от сока отделяется фильтрпрессовая грязь, содержащая углекислый кальций, несахара и незначительное количество сахара (до 1% от веса грязи).
Очищенный диффузионный сок сохраняет темный цвет, устраняемый при последующей обработке сока сернистым газом (его получают сжиганием серы). Процесс обработки сока сернистым газом называют сульфитацией.

Выпаривание сока, уваривание сиропа и получение сахара
Очищенный сок поступает на выпарную установку, где из него удаляют большую часть воды. Сок приобретает концентрацию сиропа (65% сухих веществ, в том числе 60% сахара и 5% несахаров, остающихся в диффузионном соке после его очистки).
Полученный сироп опять отбеливают сернистым газом и фильтруют, после чего уваривают в вакуум-аппаратах. Уваривание сиропа продолжается 2,5 - 3 часа при температуре около 75 °С (под вакуумом). В процессе уваривания происходит кристаллизация сахара. При этом получается продукт, содержащий 55 - 60% кристаллов сахара и называемый утфелем первой кристаллизации. Концентрация сухих веществ в утфеле достигает 92,5% (из них примерно 85% сахара).
Из вакуум-аппаратов утфель спускают в мешалку, а затем направляют в центрифуги, где производится отделение маточного раствора от кристаллов сахара. Отделенный маточный раствор называют зеленой патокой. В ней содержится еще значительное количество сахара, а также не сахара.
После удаления зеленой патоки, оставшийся в центрифуге сахар промывают водой и пропаривают паром. В результате сахар становится белым. При промывке кристаллов сахара в центрифуге образуется жидкость, содержащая растворенный сахар - белая патока. Ее возвращают в вакуум-аппараты для дополнительного уваривания на утфель первой кристаллизации, дающий белый сахар.
Сахар же из центрифуг направляют в сушильный барабан. Высушенный сахар является уже вполне готовым Сахар же из центрифуг направляют в сушильный барабан. Высушенный сахар является уже вполне готовым продуктом - сахарным песком, содержащим до 99,75% чистого сахара, считая на сухое вещество.
Зеленую патоку тоже направляют в вакуум-аппараты для ува-рнвания на утфель второй кристаллизации. При этом получают желтый сахар, идущий главным образом в кондитерскую промышленность. Специальной обработкой желтый сахар можно превратить и в обыкновенный, белый.
После выделения из утфеля второй кристаллизации желтого сахара получают кормовую патоку, или мелассу, являющуюся отходом производства. Выход кормовой патоки составляет около 5% от веса переработанной свеклы.
С учетом потерь сахара в процессе производства (больше всего его теряется в кормовой патоке - 9 - 14% содержащегося в свекле сахара) выход его из свеклы практически составляет 12 - 13%. При этом расход свеклы на 1 т сахара превышает 7 - 8 т.
В процессе сахароварения расходуется много пара и горячей воды, обычно получаемых в заводской котельной установке. Общий расход условного топлива на свеклосахарных заводах (включая и расход на обжиг известняка) составляет 11 - 12% от веса перерабатываемой свеклы.
Свеклосахарное производство характеризуется большим расходом воды на технологические процессы. Он в 20 раз превышает вес перерабатываемой свеклы. С учетом использования оборотной воды, расход свежей воды тоже весьма значителен и достигает 8 т на 1 т свеклы.

Использование отходов
Наиболее ценным отходом свеклосахарного производства является кормовая патока, почти наполовину состоящая из сахара и содержащая также другие питательные вещества. Вследствие этого патоку используют в качестве концентрированного корма для скота (непосредственным скармливанием или в составе комбикормов). Кроме того, кормовую патоку перерабатывают на спирт, дрожжи, лимонную и молочную кислоту и другие продукты.
Особой переработкой из кормовой патоки можно извлечь содержащийся в ней сахар и тем самым повысить общий его выход из свеклы и снизить его себестоимость. Для этой цели на некоторых сахарных заводах построены цехи, в которых производят обессахаривание кормовой патоки.
Другим отходом является жом - лишенная сахара свекловичная стружка. Выгружаемый из диффузоров жом при помощи воды транспортируют в хранилища (жомовые ямы). Жом питателен, и его охотно поедают животные, он используется в животноводстве для откорма скота. При некоторых сахарных заводах имеются и свои скотооткормочные пункты.
Свежий жом содержит до 94% воды. Для повышения транспортабельности, а также кормовой ценности жома его частично обезвоживают и тем самым повышают содержание в нем сухих веществ до 15 - 18%. Для длительного хранения жом высушивают до влажности 10 - 12%, применяя для сушки топочные газы.

Сезонность работы свеклосахарных заводов
Свеклосахарные заводы отличаются резко выраженной сезонностью работы. Сахарная свекла созревает, как правило, во второй декаде сентября. В это время начинают копку и вывозку ее на заводы и переработку. На заводах создают запас свеклы, укладываемой в бурты, который перерабатывают по окончании ее копки и вывозки. При длительном хранении свеклы ее сахаристость значительно снижается. Поэтому на заводах стремятся переработать годовой запас сырья в минимальный срок - 3-4 месяца. Удлинение срока хранения свеклы уменьшает выход сахара из единицы сырья и снижает рентабельность свеклосахарного завода.

Производство сахара-рафинада
Около 20…25% выработанного сахара-песка подвергается рафинированию с целью получения более чистого пищевого продукта в твердом (кусковой рафинад) или рассыпчатом кристаллическом (рафинадный сахар-песок) виде.
Для промышленной переработки (на рафинирование) допускается сахар-песок с влажностью не более 0,15%, содержанием сахаров не менее 99,75% и цветности до 1,8 единиц Штаммера.
Сущность процесса рафинирования сахара заключается в том, что сахар-песок растворяют, полученный сироп очищают и уваривают на кристалл.
После отливки рафинадного утфеля в формы и его охлаждения получают сахар высокой твердости - литой сахар. Крупные куски литого сахара разбивают на более мелкие или распиливают на кусочки правильной формы

Применяют и другой способ производства кускового сахара -прессование полученного из рафинадного утфеля увлажненного сахара-песка в формах. Так получают прессованный сахар, обладающий меньшей твердостью, чем литой.
Жидкий рафинад используется в хлебопекарной промышленности и производстве мороженого.
Цвет рафинада должен быть чисто белым, без пятен, допускается голубоватый оттенок, получаемый путем добавления ультрамарина.
Выход готового сахара-рафинада составляет около 98,5% к массе взятого в производство сахара-песка. Сахаро-рафинадные заводы в Одессе, Сумах и Черкассах работают круглый год.

В Украине основное производство сахара сосредоточено в Винницкой, Хмельницкой, Киевской, Черкасской областях. В каждой из них - по 30-40 сахарных заводов, большинство из них выпускают сахар сезонно. Выход белого сахара по отношению к массе сахара, содержащегося в свекле, называется коэффициентом завода. По сахарной промышленности он составляет 78-80%.
В среднем по промышленности годовой выход сахара составляет 12…13% к массе свеклы, следовательно, на 1 часть выработанного сахара расходуется 7…8 частей свеклы.
Трудоемкость по переработке сахарной свеклы - 15…16 человеко-дней на 100 т свеклы.
Общий расход нормального пара (со средним теплосодержанием 2700 кДж/кг) по заводу составляет 50…60% к массе свеклы.
Общий оборот воды - 1800…2000% к массе переработанной свеклы, он может быть сокращен до 150…300%.

Сводные данные по линиям для производства сахара

	Вид ресурса	Ед. измерения	По сырью 20 тн	По сырью 50 тн	По сырью 100 тн	По сырью 200 тн	Примечания
	Реальная продуктивность						Зависит от сезона и исходного содержания сахара в свекле
	Потребность в паре
	Температура пара
	Расход воды в сутки мойка клубней						можно рециркулировать
	Расход воды сутки производство						Зависит от степени загрязнения клубней
	Расход известкового молока в сутки
	Температура подачи известкового молока
	Концентрация известкового молока

Технология производства сахара - многоуровневая цепочка, которая состоит из нескольких этапов:

Мытье и очистка сырья от примесей;
- получение свекловичной стружки;
- выработка диффузионного сока и его очищение;
- получение сиропа;
- выделение из сиропа сахара;
- переработка сахарной массы в сахар-песок;
- фасовка и хранение готового продукта.

Мытье и очистка

При примеси в ней составляют до 12% от общей массы, причем кроме земли и ботвы в примесях могут быть камни и даже некоторые металлические предметы. Все это необходимо отделить от полезной части плодов. Для мытья свеклы применяется барабанная свекломойка и водоотделитель, оснащенные улавливателями для примесей. Правильно выполненная мойка позволит избежать поломок последующего оборудования для производства сахара.

Произодство сахара из сахарной свеклы - получение свекловичной стружки

В соответствии с технологией производства сахара, для того чтобы произвести сироп, свеклу необходимо измельчить. Измельчение свеклы - процесс превращения ее в стружку на свеклорезках, которые с помощью диффузионных ножей, установленных на рамках, режут плоды на мелкие части. Толщина стружки в 1 мм - оптимальная толщина для дальнейшей переработки.

Внутри корпуса свеклорезки, плоды вращаются с помощью улитки, которая под действием центробежной силы прижимает плоды к режущей кромке ножей. В процессе скольжения вдоль неподвижных ножей свекла превращается в стружку, которая проходя между ножами попадает в контейнер для дальнейшей переработки. Из всего оборудования для производства сахара свеклорезки требуют самой сложно очистки с помощью сжатого воздуха, и периодической замены ножей.

Выработка диффузионного сока

Процесс извлечения сахарозы из свеклы по технологии производства сахара является достаточно примитивным - свекловичную стружку размачивают в горячей воде в промышленных диффузорах, что размягчает ее волокна и выпускает сок. Если использовать холодную воду, то белковые соединения в клетках стружки значительно замедлят процесс получения сока.

Обычно используется несколько последовательных диффузоров, для выработки более концентрированного сока. Для дальнейшей переработки диффузионный сок необходимо очистить от ставшей бесполезной свекловичной стружки. Смесь из сока и стружки помещают в пульповые ловушки, где происходит фильтрация.

Диффузионный сок, даже очищенный от остатков плодов, остается сложным многокомпонентным составом, в котором кроме сахара также содержится белок, пектин, аминокислоты и так далее. С помощью вакуум-фильтров и сатураторов производится процесс очистки сахарного сиропа от примесей.

Выделение сахара из сиропа

Сахарный сироп, полученный после очищения сока, содержит слишком много воды (до 75%), которую удаляют в выпарной установке, получая сироп, содержащий до 70% сухих веществ. После этого, согласно технологии производства сахара, с помощью вакуум-аппарата сироп сгущают до содержания сухих веществ в 93,5%, получая утфель, который после прохождения процесса кристаллизации станет обычным сахаром.

Кристаллизация сахара - завершающий этап технологического процесса производства сахара

Утфель, полученный из вакуум-аппаратов отправляется в центрифугу, где кристаллизуется, после чего высушивается горячим воздухом и через виброконвейер отправляется в сушильно-охладительную установку, после чего сортируется с помощью вибросита.

Несмотря на достаточно длинную технологическую цепочку, большая часть оборудования для производства сахара обладает достаточно простым принципом действия. Простой принцип работы отдельных аппаратов облегчает, как обслуживание, так и ремонт всех видов необходимой техники, что позволяет с достаточно небольшими затратами производить сахар в промышленных масштабах.