Характеристика комплексов оборудования.

Донской казачий государственный институт пищевых технологий и бизнеса (филиал) ФГОУ ВО «Московский государственный университет имени К.Г.Разумовского (ПКУ)»

РЕФЕРАТ

На тему: « Получение сахара из сахарной свеклы».

Выполнил студент 1 курса  группы 15.03.02

 «Технологические машины и оборудование».

 Петренко М. С.

Проверил преподаватель:

Павлова И. В.

Ростов-на-Дону

2017

Содержание.

1. Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов.

2. Особенности производства и потребления готовой продукции.

3. Стадии технологического процесса.

4. Характеристика комплексов оборудования.

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

5.1. Устройство и принцип действия линии.

6. Список литературы. 

   1. 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. Норма потребления сахарозы составляет 75 г. в день, включая сахар, находящийся в других пищевых продуктах. В настоящее время в России действует 95 свеклосахарных заводов, перерабатывающих в сутки 280 тыс. т свеклы.             Период уборки сахарной свеклы длится 40...50 сут. в году. Средняя производственная мощность одного завода составляет 2,84 тыс. т переработки свеклы в сутки с коэффициентом извлечения сахара из свеклы 72 %.

Сахарная промышленность выпускает следующие виды сахара:

- сахар-песок - сыпучий пищевой продукт белого цвета (без комков), имеющий сладкий вкус без посторонних привкусов и запахов (с содержанием влаги не более 0,14 %, сахарозы не менее 99,75 %, металлопримесей не более 3 мг на 1 кг сахара, с размерами на более 0,3 мм);

- сахар жидкий - жидкий пищевой продукт светло-желтого цвета, сладкий на вкус, без посторонних привкусов и запахов (с содержанием сахарозы не менее 99,80 % для высшей категории и не менее 99,5 % для первой категории, с содержанием сухих веществ не менее 64 %);

- сахар-рафинад - кусковой прессованный сахар, рафинадный сахар-песок и рафинадная пудра белого цвета, сладкие на вкус, без посторонних привкусов и запахов (с содержанием сахарозы не менее 99,9 %, редуцирующих веществ не более 0,03 %, влаги не более 0,2 %).

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 центрифугировании 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.

2. Особенности производства и потребления готовой продукции.

Сахар занимает важное место в рационе питания человека. Примерно половина энергии, расходуемой человеком, восполняется углеводами, из них 1/3 — сахаром. Основное сырье для промышленного производства сахара (сахарозы) — сахарный тростник и сахарная свекла. Из 120...124 млн.т.мирового производства сахара в год около 60% вырабатывается из сахарного тростника,40 % — из сахарной свеклы.

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 РФ и РБ осталось 98 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.

На всех сахарных заводах России действует типовая схема получения сахара — песка из сахарной свеклы с непрерывным обессахариванием свекловичной стружки, прессованием жома и возвратом жомопрессовой воды в диффузионную установку, известково-углекислотной очисткой диффузионного сока, тремя кристаллизациями и аффинацией желтого сахара III кристаллизации. В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20...25% сухих веществ, из них содержание сахарозы колеблется от 14 до 18 %.Сахарозу извлекают из свеклы диффузионным способом. Полученный диффузионный сок содержит 15... 16 % сухих веществ, из них 14... 15 % сахарозы и около 2 % несахаров. Чтобы избавиться от несахаров проводят очистку диффузионного сока известью (дефекация) с последующим удалением ее избытка диоксидом углерода (сатурация). Для снижения цветности и щелочности фильтрованный сок II сатурации обрабатывают диоксидом серы (сульфитация). Сгущение сока ведут в два этапа: сначала его сгущают на выпарной установке до содержания сухих веществ 55...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. Готовый утфель I кристаллизации центрифугируют, получая кристаллы сахара и два оттека. Сахар-песок выгружают из центрифуги с содержанием влаги 0,8... 1 % и высушивают горячим воздухом температурой 105... 110°С до 0,14 % (при бестарном хранении массовая доля влаги в сахаре-песке должна быть 0,03...0,04 %).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 физикохимических 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 - 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 СаСОз на I сатурации.

Сатурация - процесс обработки дефекованного сока сатурационным газом, содержащим диоксид углерода (С0 2) . 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 СаСОз 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).

                   3. 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.

Характеристика комплексов оборудования.

Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки свеклы к производству, состоящего из свеклоподъемной установки, гидротранспортера, песколовушки, ботволовушки, камнеловушки и водоотделителя, а также свекломоечной машины. Ведущий комплекс оборудования линии состоит из конвейера с магнитным сепаратором, свеклорезки, весов, диффузионной установки, шнекового пресса и сушилки для жома.

Следующий комплекс оборудования представляют фильтры с подогревательными устройствами, аппараты предварительной и основной дефекации, сатураторы, отстойники, сульфитаторы и фильтры.

Наиболее энергоемким комплексом оборудования линии является выпарная установка с концентратором, а также вакуум-аппараты, мешалки и центрифуги.

Завершающий комплекс оборудования линии состоит из виброконвейера, сушильно-охладительной установки и вибросита..