Підготовка буряків до дифузійного процесу

Цей етап включає такі технологічні операції: гідравлічну пода­чу, миття, зважування буряків, здрібнення в стружку.

Гідравлічна подача. Подачу буряків з бурячної на завод здійс­нюють по похилому жолобу гідравлічного транспортера водним потоком. Таким чином, буряк вже при подачі зазнає часткового миття та відділення від домішок. Для цього гідротранспортер забезпече­ний спеціальними пристроями: гичко-, соломо-, піско- та камене-уловлювачами.

А щоб на дні гідротранспортера не осідав пісок, воду в тракт

подають постійно.

Миття. Миття буряків відбувається в кулачкових (з низьким рі­внем води, з високим рівнем води, комбінованих) або в барабанних бурякомийках.

Кулачкова бурякомийка має дві частини — миючу, яка включає корпус та вал, що обертається, із закріпленими на ньому дерев'я­ними кулачками, а також викидаючу частину, забезпечену валом з ковшами.

Барабанна бурякомийка являє собою горизонтальний барабан, що обертається, із завантажувальним та вивантажувальним кону­сами. Всередині барабана закріплені перфоровані витки для пере­міщення буряків, а також перфорована труба для подачі мийної

води.

Домивання буряків на багатьох заводах в останні роки здійсню­ють за допомогою ванн зі шнековими транспортерами та сітчасти­ми уловлювачами домішок.

У процесі транспортування буряків на завод та під час миття їх утворюється велика кількість уламків, які використовують залежно

від їх розмірів:

• уламки, більші 10 мм, використовують в основному виробниц­тві, застосовуючи операції по їх уловлюванню та сортуванню;

• уламки буряків розміром до 10 мм направляють для згодовування худобі.

Зважування. Підготовлені до переробки буряки зважують на автоматичних порційних вагах. Показник цієї ваги служить осно­вою всього хіміко-технологічного обліку на заводі. Наприклад, при відомій масі та цукристості буряків визначають кількість цукрози, що надійшла з буряком на завод.

 

Здрібнення буряків. Буряковий сік вичавлюють дифузійним способом (екстракцією). Для більш повного переходу цукру у воду в процесі дифузії буряк ріжуть у стружку, щоб зруйнувати стінки клітин, в яких міститься буряковий сік.

Для отримання бурякової стружки застосовують різальні маши­ни — бурякорізки.

За конструкцією бурякорізки бувають відцентрові, дискові та барабанні. Найбільше поширення мають відцентрові бурякорізки. У відцентрових бурякорізках буряки потрапляють у простір, де обертається ротор, притискуються за рахунок відцентрової сили до ножів, встановлених у вирізках вертикального циліндричного кор­пуса, та ріжуться в стружку. Ножі закріплені нерухомо, їх можна замінити, не зупиняючи бурякорізки. У дискових машинах рухають­ся саме ножі, закріплені на горизонтальному диску, що обертаєть­ся, а буряк лежить на диску нерухомо. У барабанних машинах ножі закріплені на стінках горизонтального барабана, що обертається, буряки знаходяться всередині барабана і утримуються від обертан­ня спеціальним пристосуванням (притиском).

Геометричну форму буряковій стружці задають залежно від якості буряка та типу дифузійних апаратів, що використовуються в технологічному процесі. На дрібну ромбоподібну або квадратну стружку ріжуть здорові, непідв'ялі буряки. Товсту ромбоподібну, квадратну або пластовидну стружку отримують з підморожених, підгнилих буряків. При різанні буряків у стружку до 10 % рослин­них клітин розриваються безпосередньо ножами, 20—30 % клітин у прилеглих шарах роздавлюються. Буряковий сік з цих клітин лег­ко вимивається в дифузійному апараті. З неушкоджених клітин сік вичавлюють дифузією через стінки після денатурації білків протот плазми в клітинах.

Отримання дифузійного соку

Мета цього технологічного процесу — вилучення з бурякової стружки максимальної кількості цукрози. Для цього стружку обро­бляють протитоком у воді при температурі 70—75°С. Внаслідок такого впливу протоплазма в клітинах денатурує, практично вся цукроза та деяка частина розчинених нецукрів через стінки клітин переходять (дифундують) у воду. Суміш бурякового соку та води

називають дифузійним соком. Зі 100 кг стружки відбирають 115— 130 кг соку. Тривалість дифундування становить 70—80 хв.

Дифузійний сік отримують у безперервно діючих протиточних дифузійних апаратах. Схематично процес можна подати так: з од­ного кінця в апарат подається стружка, а з іншого — вода, які ру­хаються назустріч один одному. В усіх частинах апарата дифузія йде інтенсивно, бо всюди зберігається різниця концентрації (вміст цукру в свіжій стружці вище, ніж кінцева концентрація його в ди­фузійному соку, а цукор у жомі навіть при його низькому вмісті зда­тний вимиватися знову чистою водою, що надходить). Процес ди­фузії закінчується тоді, коли концентрація цукру в стружці та у воді стає приблизно однаковою.

Найбільш поширеними типами дифузійних установок є колонні та коритні. Колонні дифузійні апарати займають порівняно малі площі, але їх висота досягає 20 м. Окрім того, колонні дифузійні апарати, на відміну від коритних, мають велику кількість допоміж­ного обладнання, до якого відноситься ошпарювач, насос сокостру-жкової суміші, підігрівачі баштового потоку.

На відміну від колонних коритні дифузійні апарати мають тіль­ки парові камери, які забезпечують оптимальний температурний режим сокостружкової суміші в апараті.

Менш поширені на цукрових заводах ротаційні апарати, оскі­льки мають ряд конструктивних і технологічних недоліків та ускла­днений ремонт. Серед апаратів інших країн застосовують апарати типу Ольє (Франція) та Йот (Угорщина).

Отримання дифузійного соку в колонному дифузійному апараті відбувається так. Бурякова стружка від бурякорізок стрічковим кон­веєром подається в ошпарювач. Там вона зазнає ошпарення зазда­легідь нагрітим соком з метою руйнування клітин, не ушкоджених ножами бурякорізок. Сокостружкова суміш, що залишилася, з ош-парювача насосом подається в нижню частину вежі апарата. Трубо-вал з насадженими на нього лопатями підіймає суміш, назустріч якій подається вода, що вимиває цукор.

Частина соку з вежі відбирається у підігрівачі, а потім подаєть­ся на ошпарення свіжої бурякової стружки. Проходячи до верху колони, стружка досягає практично повного висолодження. Вміст у ній цукру становить не більш 1 % до ваги буряків (при середній цукристості бурякової стружки 16—18 %). Висолоджену стружку (жом) піддають віджиму. Жомопресову воду повертають на дифу­зію, віджатий жом транспортують конвеєрами у жомосховище.

Дифузійний апарат «Йот» являє собою У-подібний корпус пря­мокутного перетину. Такого типу апарати застосовують головним чином на цукрових заводах малої потужності. Бурякова стружка до апарата подається грабельним конвеєром. Ошпарювання бурякової стружки здійснюють безпосередньо в апараті нагрітим соком. Від­бирають сік на очищення після ошпарення, тобто тоді, коли конце­нтрація цукру в соці найвища.

Подачу поживної води здійснюють у верхній частині, протиле­жній гілці апарата по протитоку. Потім подають жомопресову воду, яка має деяку кількість цукру. Для транспортування бурякової стружки в дифузійному апараті закріплені рами на ланцюгах. Ви­вантаження висолодженої стружки відбувається у верхній части­ні апарата на протилежному боці від подачі стружки на ділянці, де подається поживна вода, тобто там, де бурякова стружка майже повністю висолоджена.

Висолоджена стружка (жом) надходить на жомовіджимні преси. Віджатий жом з вологістю 13—14 % транспортують у жомосхови­ще, а жомопресову воду спрямовують на дифузію з метою повер­нення на виробництво цукру після віджиму жома.

На стадії вичавлення дифузійного соку можливе газоутворення, викликане життєдіяльністю мікроорганізмів, що потрапили на ди­фузію разом зі стружкою внаслідок поганого миття буряків, а також разом з поживною водою.

Для боротьби з газоутворенням необхідно:

а) стежити, щоб буряки добре відмивалися від бруду на бурякомийці;

б) дезінфікувати стружку формаліном при переробці ушкодженого коріння буряків;

в) зменшувати час знаходження сокостружкової суміші в дифузійних апаратах;

г) знижувати температуру дифузії.

Очищення дифузійного соку

Дифузійний сік являє собою полікомпонентну систему, в якій міститься 16—17 % сухих речовин, з них 14—15 % цукрози і 2 % нецукрів (розчинні білкові, пектинові речовини та продукти їх роз-

паду, редукуючі цукри, амінокислоти, слабкі азотисті основи, солі органічних та неорганічних кислот). Окрім того, в соці міститься 1,5—3 г/л мезги. Сік має чорний колір, кислу реакцію (рН стано­вить 6,0—6,5), містить клаптики клітинних тканин, пластівці зкоагу-льованого білка, розчинних нецукрів, які перешкоджають отриман­ню кристалічної цукрози та збільшують втрати цукрози з мелясою. Тому потрібне очищення соку здійснюють у кілька етапів:

• обробка вапном (дефекація);

• видалення надлишку вапна діоксидом вуглеводу (сатурація з фільтруванням);

• знебарвлення та обеззараження соку (сульфітація). Структурна схема очищення соку подана на рис. 3.4.

Дефекація соку. Обробляють сік у дві стадії. На першій стадії (переддефекація) відбувається:

• нейтралізація фосфорної, щавелевої, оксилимонної, лимонної, винної та інших кислот та їх осадження у вигляді нерозчинних солей кальцію;

• коагулювання білків, сапонінів та фарбувальних речовин дифу­зійного соку.

Найбільш щільний осад та найбільш прозорий розчин відбува­ються при рН 11 та вмісті вапна 0,2—0,3 % до маси перероблених

буряків.

Тривалість переддефекації становить 4 хвилини, обробка ведеть­ся при температурі 88—90°С. Дифузійний сік обробляють вапном у вигляді вапнякового молока Са(ОН)₂.

При випалюванні вапнякового каменя або крейди в особливих печах СаС0₃ розкладається на складові частини з утворенням окси­ду кальцію та вуглекислого газу за рівнянням: С0₃ = СаО + СО_г Як СаО, так і С0₂ використовують для очищення соку.

На основній стадії сік ще раз обробляють вапняковим молоком (2,5 % до маси перероблених буряків). При цьому йде:

• подальше розкладання амідів кислот, редукуючих та пектино­вих речовин;

• омилення жирів;

• створення надлишку вапна для першої сатурації.
Температура — 88—90°С, тривалість — 10 хв.

Першу сатурацію проводять,в протитечії при температурі 80— 85°С протягом 10 хвилин.

 

Під час другої сатурації відбувається додаткове фізико-хімічне очищення соку внаслідок адсорбції на поверхні часток СаС0₃ солей кальцію, поверхнево-активних речовин та інших нецукрів. Сік зно­ву фільтрують. Другу сатурацію ведуть при температурі кипіння соку 101—102°С протягом 10 хвилин.

Першу сатурацію проводять в одноступінчастих або двоступін­частих протиточних сатураторах.

Одноступінчастий сатуратор являє собою вертикальну цилінд­ричну посудину, що розширюється у верхній частині (для уловлюван-

ня піни, яка утворюється протягом сатурації). Дефекований сік над­ходить зверху на розподільну тарілку, а сатураційний газ нагнітають компресором знизу. Відсатурований сік ділять на дві частини: одна повертається на переддефекацію (якщо це передбачено схемою очи­щення соку), а інша йде на фільтрування та подальшу переробку.

У модернізованому двоступінчастому сатураторі дефекований сік, що надходить, інтенсивно змішується з сатураційним газом, що виходить під тиском з газорозподільчих труб барботера (перший рівень сатурації); при цьому створюються сприятливі умови для швидкого отримання дрібнокристалічного карбонату кальцію. Далі сік із клаптиками осаду, що утворилися, переливається у зовнішній простір між корпусом та трубою, опускаючись вниз, продовжує сатуруватися газом з барботера (другий рівень сатурації).

Двостадійна сатурація дає можливість досягти більш високого адсорбційного очищення соку, отримати компактні агломеративно стійкі частки осаду, які добре відділяються відстоюванням або фільтруванням, а також додатково використати частину С0₂ з сату­раційного газу, що відпрацював.

Для відділення осаду з соку першої сатурації його піддають або відстоюванню та фільтруванню згущеної частини соку, або згущен­ню суспензії в листових фільтрах, а потім фільтруванню у вакуум-фільтрах.

Фільтрацією називають процес відділення рідини від суспендо­ваних у ній частинок за допомогою пористих перегородок.

Перша порція соку, що фільтрується, завжди містить деяку кіль­кість суспендованих частинок, які пройшли крізь порівняно великі отвори тканини фільтра. Отриманий шар осаду на тканині є філь­труючою перегородкою, через яку відбувається більш тонке філь­трування наступних порцій соку.

Із збільшенням товщини шару осаду якість фільтрації поліпшу­ється, але при цьому значно зростає тиск на фільтри та зменшується швидкість фільтрації.

Зі зростанням тиску соку на фільтри до певного рівня (3—4 атм) швидкість фільтрування росте. При подальшому збільшенні тиску осад ущільнюється настільки, що швидкість фільтрації зменшуєть­ся, незабаром фільтрація припиняється зовсім.

Успішно застосовують на цукрових заводах компактний гравіта­ційний відстійник-освітлювач з фільтруючим шаром осаду, який рацює в режимі горизонтального потоку з одноступінчастим оса­дженням. Тут в одному ярусі поєднані процеси освітлення, згущен­ня та ущільнення осаду.

Процес освітлення у відстійнику-освітлювачі умовно розділений на чотири зони:

1 — зона розподілу соку (під дією поперечного потоку);

2 — зона відстоювання (під дією гравітаційних сил) та фільтру-

вання осаду у суспендованому шарі;

3 — зона освітленої фази;

4 — зона ущільнення осаду.

Таке поєднання процесів дозволяє скоротити тривалість відсто­ювання у 3—4 рази у порівнянні з багатоярусним відстійником, виключити контрольне фільтрування декантату та підвищити якість соку першої сатурації.

Більш ефективним способом згущення суспензії соку першої сатурації є фільтрування його в листових фільтрах-згущувачах пе­ріодичної дії, які саморозвантажуються. Видалення осаду в листо­вих фільтрах відбувається під тиском стовпа рідини, внаслідок чого швидкість згущення осаду значно вище в порівнянні з відстійника­ми. Тривалість фільтрування скорочується до 10—12 хвилин, якість соку вища, ніж після фільтрування у відстійниках.

Сік другої сатурації в розчині містить невелику кількість карбо­нату калію та натрію, солей кальцію, цукрозу, а в осаду — СаС0₃ з адсорбованими нецукрами. Для його фільтрації застосовують лис­тові фільтри, фільтри з відцентровим вивантаженням осаду та дискові фільтри.

Сульфітація. Для знебарвлення забарвлюючих речовин, змен­шення в'язкості та стерилізації соку його обробляють сірчастим газом (80₂). Цю стадія називають сульфітацією. Газ (80₂), що по­дається, реагує з водою дифузійного соку з утворенням сірчастої кислоти Н₂80₃, яка:

• відновлює забарвлені речовини соку до безбарвних з'єднань (ефект знебарвлення соку);

• взаємодіє з К₂С0₃, що міститься в соку і має лужну реакцію, з утворенням нейтрального сульфату калію К₂С0₃; при цьому знижується лужність соку, що полегшує процес кристалізації цукрози, знижуючи її втрати з мелясою.

Внаслідок сульфітації також знижується в'язкість соку, відбува­ється його обеззаражування.

Витрата сірки на сульфітацію соку та сиропу становить 0,025 % до маси буряка. Вміст 80₂ в сірчастому газі — 12—14 %.

Сульфітацію проводять в рідинно-струминних сульфітаторах. Сульфітатор складається з циліндричного корпуса, до якого зверху прикріплений сепаратор, призначений для відділення рідини від відпрацьованого газу. В камеру змішування під тиском надходить продукт (сік, сироп) та розпиляється там, створюючи розрідження. Під дією цього розрідження в камеру засмоктується сульфітаційний газ та змішується з продуктом. Задане значення рН продукту, що виходить з сульфітатора, підтримують автоматично шляхом зміни міри подачі сульфітаційного газу, яку регулюють заслінкою на тру­бопроводі.

Згущення соку

Для підвищення вмісту сухих речовин у продукті сік випарову­ють. Випаровування проводять з мінімальними витратами тепла та змінами соку. Очищений сік містить 14—15 % сухих речовин, а внаслідок випаровування їх вміст підвищується до 65 %.

Випаровування соку. Випаровування соку здійснюють у ви­парних установках з багаторазовим використанням пари. Випарні апарати працюють безперервно, тобто в них весь час надходить рідкий сік на випаровування та безперервно відводиться густий сік, який називають сиропом.

За важливістю функцій, що виконуються, випарна установка займає центральне місце в технологічній та тепловій схемах заво­ду. Від її роботи залежать продуктивність заводу, витрати палива, витрати й якість цукру.

Випарні станції бувають таких типів:

—трикорпусні під тиском;

—п'ятикорпусні з нульовим корпусом;

—чотирикорпусні з концентратором під погіршеним вакуумом;

—п'ятикорпусні з підвищеним температурним режимом.

Найбільш поширеною є випарна станція чотирикорпусна з концен­тратором під погіршеним вакуумом. Перші три корпуси працюють під тиском, а останній (IV) та концентратор — під розрідженням.

Відфільтрований та очищений сік, що надходить на випарову­вання, повинен бути прозорим, мати солом'яно-жовтий колір та вміст сухих речовин в межах 14—16 %.

Сік перед випаровуванням підігрівають у трьох групах підігрі-вачів, сполучених послідовно, та подають у перший корпус випар­ної станції. Перша група підігрівачів підігрівається гострою парою другого корпусу випарки, друга — гострою парою першого корпу­су, а третя — ретурною парою. Сік перед надходженням у перший корпус випарки нагрівають до температури, яка на 3—5°С вище температури соку в апараті.

Під різницею тиску сік послідовно переходить з корпуса в корпус, концентрація сухих речовин у ньому підвищується від 13—14 % до 63—65 %.

Розрідження в останньому корпусі та концентраторі, а також ви­далення із системи газів, що не конденсуються, здійснюють за до­помогою двоступінчастої вакуум-конденсаційноіустановки. Зни­зу до неї надходить повторна пара, а зверху — холодна вода. При контакті з водою пара конденсується, створюючи в апараті сильне розрідження.

Внаслідок цього концентрований розчин цукру в апараті кипить при температурі не вище 90°С. Ця умова дуже важлива для запобі­гання пригоряння цукру.

Сироп з концентратора піддають сульфітуванню разом з кле-ровкою жовтого цукру, фільтрують і потім викачують на збірники перед вакуум-апаратами.

У процесі випаровування соку мають місце реакції, пов'язані з виділенням аміаку, зниженням лужності, осадженням деяких со­лей на поверхні нагріву та зростанням кольоровості внаслідок част­кової карамелізації цукру.

Зниження лужності при випаровуванні спостерігається внаслідок розкладання амідів, які мають лужне середовище. Через наявність у буряках підвищеної кількості амідів іноді штучно збільшують кін­цеву лужність соку II сатурації додаванням вапна (ТЧа^О^.

Зниження лужності не закінчують на випаровуванні, а продов­жують у вакуум-апаратах. Тому дуже важливо при обробці соків на сатурації, під час якої різко знижується лужність, залишати доста­тній запас лужності, враховуючи подальше її зниження при випаро­вуванні та під час обробки на вакуум-апаратах.

Величина лужності має бути такою, щоб навіть кінцеві продукти цукробурякового виробництва (утфель та відтоки після фуговки ут-фелів) були хоч би нейтральними або слаболужними (рН 7,2). Відсут-

ність лужності в продуктах цукробурякового виробництва призводить до освітлення інвертного цукру. Відсутність лужності в продуктах впливає на роботу вакуум-апаратів: кристали цукру ростуть дуже повільно або зовсім не ростуть і набувають невластивої форми.

Очищення сиропу. При згущенні соку випаровуванням части­на нецукрів випадає в осад, збільшується кольоровість та концен­трація редукуючих речовин, що викликає необхідність сульфітації та фільтрації сиропу перед уварюванням.

Очищення сиропу здійснюють головним чином до часткового знебарвлення його сульфітацією, тобто обробкою сірчастим газом (80₂). Сироп разом з клеровкою жовтого цукру нагрівають до тем­ператури 85°С, сульфітують до рН 7,5—8,0 та фільтрують.

Практично на всіх цукрових заводах фільтрацію сиропу з кле­ровкою проводять на механічних (мішкових) фільтрах. Застосуван­ня мішкових фільтрів викликане тим, що в сиропі з клеровкою зна­ходиться значно менша кількість осаду, ніж у соці після сатурації, та немає ніякої необхідності проводити фільтрацію при великому тиску, тобто із застосуванням насосів.

За типовою схемою сироп з клеровкою після сульфітації фільтру­ють через фільтр-преси, в які заздалегідь наносять шар кізельгура (мінерального порошку, що складається головним чином з аморф­ного кремнезему). Витрати кізельгуру на очищення сиропу станов­лять 20 кг на 100 т буряків, що переробляють.

Відпрацьований кізельгур промивають через фільтр нагрітою (аміачною) водою та виводять із заводу. Застосування кізельгуру забезпечує отримання прозорого сиропу високої якості.

Сироп, який надходить на кристалізацію, повинен мати прибли­зно такий склад: сухих речовини 62—65 %, цукру 58—59 %, нецу­крів 4—5 %, доброякісність 91—93 од., лужність 0,005 %, кольоро­вість 15—20 од.