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.
Является весьма прибыльным бизнесом. Сырьё для сахарного производства может быть из сахарного тростника, пальмового сока, крахмалистого риса, проса или свеклы. А как делают сахар из свеклы?
Изготовление сахара-песка является технологическим процессом, состоящим из нескольких ступеней:
- сбор и транспортировка свеклы на производство;
- очищение сырья от грязи и металлических предметов;
- изготовление стружки из свеклы;
- получение и очистка диффузионного сока;
- выпаривание сока до состояния сиропа;
- переработка сиропа в кристаллическую массу – утфель І;
- получение кристаллического сахара и патоки из утфеля І;
- выпаривание патоки в утфель ІІ, его разделение на мелассу и жёлтый сахар;
- очистка жёлтого сахара;
- фасовка сахарного песка.
Оборудование для сахарного производства
Производство сахара из сахарной свеклы включает в себя различные операции, напоминающие технологический процесс на обогатительной фабрике.
Оборудование для сахарной промышленности на подготовительном этапе включает в себя:
- свеклоподъёмники;
- гидротранспортёр;
- ловушки для ботвы, песка и камней;
- водоотделители;
- моечные машины для корнеплодов.
Оборудование для производства сахара основных технологических операций многочисленно:
- магнитные сепараторы для улавливания случайно попавших металлических предметов;
- конвейера с весами;
- бункера с системами желобов;
- свеклорезки центробежные, дисковые или барабанные;
- шнековый диффузионный аппарат;
- пресс;
- сушилки для жома;
- дефекатор с мешалкой;
- механический фильтр с подогревом;
- сатуратор;
- сульфитатор;
- вакуум-фильтр;
- центрифуга;
- выпаривающий аппарат с концентратором.
Для финишных операций сахарного производства нужны такие аппараты:
- вибрационный конвейер;
- сито с вибратором;
- сушилка с охладителем.
Подготовительный этап производства
Собранная свекла направляется на кагатные поля – промежуточные площадки для хранения свеклы, откуда она гидротранспортом направляется на перерабатывающий завод. Оборудование стоит под уклоном до самого завода, с установленными на нём ловушками для крупного мусора, в том числе ботвы, песка и камней. А также устанавливаются магнитные отделители, чтобы металлические предметы не попали в технологический процесс.
На заводе происходит финишная мойка сырья с последующей обработкой раствором хлорной извести – 150 гр. на 1 т свеклы. Вода используется холодная (до 18°С), чтобы не допустить потери сахарозы из плодов. Корнеплоды ленточным конвейером, на которых они обдуваются воздухом для удаления влаги, взвешивают и направляют в сборные бункера.
Сахарный комбинат
Из бункеров свекла системой желобов направляется на свеклорезки для получения стружки длиной 5–6 мм и толщиной около 1 мм. Тоньше 0,5 мм и короче 5 мм является браком, которого в стружке должно быть не более 3%.
Стружку из свеклы после взвешивания направляют в шнековую диффузионную установку для обессахаривания горячей водой. В результате получается жом и диффузионный сок, содержащий около 15% сахара, 2% «несахаров» и до 3 гр./л мезги. Сок фильтруют от мезги и с помощью извести очищают от осадка (солей кислот, белков и пектина). Этот процесс проходит в два этапа – преддефекация (длится до 5 мин.) и дефекация (10 мин.).
Чтобы дефекованный сок очистить от извести, он направляется на первую сатурацию. В сатураторе его обрабатывают углекислым газом. Известь переходит в углекислый кальций и осаждается вместе с несахарами. Сатурированный сок освобождают от осадка с помощью механических фильтров. Так как цвет диффузионного сока всё ещё тёмный, то его направляют на сульфитацию – обработку сернистым газом.
Осветлённый диффузионный сок выпаривается до состояния сиропа с влажностью 35%. Свекловичный сироп снова подвергают сульфитации до уровня рН 8,2 и содержанием сухого более 90%, фильтруют и направляют на вакуум-фильтры.
Из свекловичного сиропа получают утфель первой кристаллизации. Утфель І после мешалки подвергается центрифугированию с разделением на кристаллический сахар и так называемую зелёную патоку. Сахар промывают и подвергают обработке паром, получая сахарный песок с чистотой 99,75%.
Патоку возвращают на фильтрацию при высокой температуре с получением из утфеля второй кристаллизации жёлтого сахара и мелассы. Жёлтый сахар можно использовать в пищевой промышленности или обработать паром для получения белого сахарного песка.
При пропаривании образуется белая патока или второй оттек, который возвращают в технологическую цепочку в момент уваривания утфеля первой кристаллизации. Сахарный песок обдают разогретым воздухом для просушки до влажности 0,14%, фасуют и отправляют на склад. Мелассу используют как кормовую патоку.
Безотходное производство
Технология производства сахара из сахарной свеклы позволяет использовать продукты операций с низким содержанием сахаридов. Меласса является хорошей кормовой добавкой, из неё может быть сделано множество продуктов:
- спирт;
- лимонная кислота;
- дрожжи.
Жом от свекловичной стружки также широко используется для животных в качестве корма. Содержание сухих веществ в нём до 6%.
Чтобы улучшить возможность транспортировки и повысить кормовую ценность, жом подсушивают до 80% влажности. Если планируют его долго хранить, то сушат с помощью топочных газов до содержания воды 10%.
Изготовление рафинада
Для изготовления сахара-рафинада используют сахарный песок с содержанием сухих веществ от 99,85%, примесями несахаров не более 0,25% и цветностью 1,8. Из сахарного песка в автоклаве изготавливают сироп с содержанием сахара 73%. Сироп проходит фильтрацию и очистку от красителей с повторением этапов.
Для адсорбции применяют активированный уголь АГС-4 или порошковый уголь. Потом сладкий раствор направляют на сгущение в вакуумных установках, кристаллизуют в центрифугах.
Полученные кристаллы обрабатывают клерсом и ультрамарином и отправляют на карусельные прессы. В результате получаются брикеты, которые подвергаются сушке и разрезают на части.
Видео: Производство сахара из сахарной свёклы
На всех сахарных заводах России принята единая технологическая схема получения сахара-песка из сахарной свеклыПолучение свекловичной стружки производят на резальных машинах (дисковые горизонтальные и цилиндрические с вставленными ножевыми рамами). Длинна 100 г стружки должна быть 10 – 12 м.
Получение свекловичного сока можно проводить путем прессования стружки и с применением диффузионного способа. Прессовым способом извлекается 70 – 80% сока. Диффузионный способ позволяет сократить затраты и в более полном количестве выделить сахар. Под явлением диффузии понимают способность смешивающихся между собой различных веществ самопроизвольно проникать друг в друга, до образования однородной смеси.
Технологическая сущность получения диффузионного сока заключается в следующем. Ткань свекловичного корня состоит из клеток, содержащих сок, в которых растворены сахара и несахара. Задача свекловичного производства извлечь сахара, а именно сахарозу. Но клетка окружена протоплазменным слоем, который состоит преимущественно из белков. Через этот слой из клетки проходит только вода, а не сахар и другие вещества. Чтобы произошла диффузия сока через стенки клеток нужно разрушить протоплазменный слой. Это достигается обработкой свекловичных клеток водой температурой 60ºС и выше. На практике обработка стружки горячей водой осуществляется в диффузионных аппаратах периодического и непрерывного действия.
Получили распространение колонные диффузионные аппараты (КДА). Аппарат состоит из ошпаривателя, где стружку подогревают, и вертикальной колонны (собственно диффузора). В аппаратах такого типа навстречу свекловичной стружке противоточно движется сок, в конце аппарата – в верхней его части обессахаренная стружка встречается с чистой горячей водой, которая омывает стружку. После обессахаривания стружки она имеет вид отжатой массы и называется жом . Продвижение стружки в верхнюю часть диффузионного аппарата производится вращающимся валом с лопастями.
Диффузионный способ извлечения сока – это непрерывное обессахаривание свекловичной стружки сначала соком (предыдущего извлечения), концентрация которого постепенно снижается, и к концу процесса стружка омывается горячей водой. Продолжительность операции 80 – 100 мин.
Получают диффузионный сок, который содержит 83% влаги и 17% сухих веществ, из них 15% сахароза и 2% несахара. Из полученного сока необходимо удалить несахара, что осуществляется химическими способами. Несахара задерживают кристаллизацию сахарозы, увеличивая потери сахара с конечным продуктом – мелассой. Чтобы избавиться от несахаров проводят очистку сока известью - дефекацию с последующим удалением ее избытка диоксидом углерода - сатурация .
Дефекация диффузионного сока – это обработка сока известью, которая проводится в два этапа: предварительная дефекция и основная дефекция. На преддефекции к массе свеклы добавляют 0,2 – 0,3% CaO, на основной 2,5 – 3% CaO, при этом pH сока повышается до 12,2 – 12,3.
Назначение операции – известь с несахарами дает осадок. Происходит коагуляция коллоидных веществ, нейтрализация и осаждение кальциевых солей ряда кислот (лимонной, оксилимонной, яблочной и др.). Продолжительность 20 – 30 мин, температура сока: при проведении холодной преддефекции 50ºС, теплой – 50 – 60 ºС, горячей – 85 – 90 ºС.
Основную дефекацию проводят сразу после преддефекации. Основные процессы при второй дефекации: разложение несахаров сока, омыление жиров, осаждение анионов кислот, создание избытка извести (для дальнейшего достаточного количества CaCO3, образующего при сатурации) продолжительность операции 10 – 30 мин.
Сатурация диффузионного сока. Под сатурацией понимают обработку сока сатурационным газом, содержащим 30 – 34% диоксида углерода. Сатурацию проводят в две стадии (I и II сатурации) с промежуточным отделением осадка несахаров. Чтобы предотвратить обратный переход в раствор несахаров, которые выпали в осадок на стадиях дефекации, I сатурацию заканчивают при наличии в растворе небольшого избытка извести, как и на преддефекации (0,2 – 0,3% CaO), pH сока поддерживается на уровне 10,8 – 11,6. Сатурацию горячего сока (80 – 85 ºС) с целью перевода извести в нерастворимое состояние CaCO3.
CaO + CO 2 → CaCO 3 (известняк).CaCO3 является хорошим адсорбентом, адсорбирует нерастворимые в воде сахара и красящие вещества.
После I сатурации сок фильтруют (используют вакуум-фильтры или фильтры-сгустители) и направляют на II сатурацию. Она проводиться с целью снижения в соке содержания растворимых солей кальция, так как неполное их удаление приводит к образованию накипи в теплообменных аппаратах и увеличивают потери сахарозы. Продолжительность II сатурации 10 мин при 85 – 92 ºС.
Затем сок фильтруют с применением дисковых фильтров под избыточным давлением 0,15 – 0,20 МПа.
Сульфитация диффузионного сока проводится для снижения цветности и щелочности. Сок обрабатывают диоксидом серы. Сульфитационный газ содержит 10 – 15% диоксида серы. Осветляющие действие SO2 заключается в образовании сернистой кислоты, которая является хорошим восстановителем:
SO 2 + H 2O → H 2 SO 3
Сернистая кислота и ее соли блокируют карбонильные группы моносахаридов и продуктов их распада, тем самым предотвращая образование красящих веществ в соке. Сернистая кислота снижает щелочность сока за счет перехода карбоната калия в нейтральный сульфит.
K 2 CO 3 + H 2 SO 3 → K 2 SO 3 + H 2 O + CO 2
Очищенный сок содержит (%): 12 – 14 сухих веществ, из них 10 – 12 сахарозы, 0,5 – 0,7 азотистых веществ, 0,4 – 0,5 безазотистых органических веществ, 0,5 золы. Чистота сока 86 – 92%.
Сгущение сока выпариванием ведут в два этапа: сначала сгущают до содержания сухих веществ 65%, затем после очистки сгущают до содержания сухих веществ 92,5 – 93,5%.
Первый этап сгущения проводят на выпарной установке и получают сироп. Очищенный сироп, содержащий 60 – 65% сухих веществ, поступает на уваривание.
Варка утфелей и получение кристаллического сахара. Чтобы выделить из сиропа чистую сахарозу, кристаллизацию проводят в кипящих пересыщенных растворах в вакуум-аппаратах при низкой температуре. Чтобы извлечь сахар в максимальном количестве кристаллизацию сахарозы ведут многократно (как правило, проводят три кристаллизации). Продукт, полученный после уваривания сока называется утфелем . Он содержит 7,5 – 8% воды, 92 – 92,5% сухих веществ и около 55% выкристаллизовавшегося сахара. Процесс уваривания в вакуум-аппарате разделяют на 4 этапа: получение пересыщенного раствора – сгущение сиропа; заводка кристаллов сахара – образование кристаллов; наращивание кристаллов сахара; окончательное сгущение утфеля и спуск из вакуум-аппарата утфеля. Готовый утфель I кристаллизации (утфель I) направляют на центрифуги для отделения кристаллов сахарозы и оттеков. Кристаллы пробеливают артезианской водой (70 - 95 ºС).
Сахар-песок, вышедший из центрифуги, содержит влаги 0,8 – 1%; его высушивают горячим воздухом до содержания влаги 0,14% и затем охлаждают.
Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля I направляют в вакуум-аппараты на уваривание и получение утфеля II от кристаллизации (утфель II). Уваривание ведут до содержания сухих веществ 93%. При центрифугировании утфеля II отбирают два оттека и кристаллы сахарозы. Пробеливание кристаллов ведут также горячей водой и доводят их до необходимой влажности.
Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля II направляют на уваривание и получение утфеля III с содержанием сухих веществ в нем 93,5 – 94%. В этом случае утфель центрифугируют без пробеливания сахара водой. Получают один оттек – мелассу , которую направляют в емкости для хранения. Меласса – густая жидкость темно-коричневого цвета с острым запахом и неприятным вкусом, содержит 76 – 85% сухих веществ, из них 46 – 51% сахарозы. Чистота массы 56 – 62%, величина pH 6 – 8. В состав несахаров входят (%): редуцирующие сахара 0,5 – 25; раффиноза 0,6 – 1,4; общий азот 1,5 – 2; молочная кислота 4 – 6; уксусная, муравьиная кислоты 0,2 – 0,5; красящие вещества и зольные элементы 6 – 11.
Сахар III-ей кристаллизации для повышения чистоты направляют в аффинатор, где смешивают с первым оттеком утфеля I, который разбавляют очищенным соком до 74 – 76% сухих веществ, и получают аффинационный утфель. Этот утфель центрифугируют. Полученный сахар вместе с сахаром II-ой кристаллизации направляют в клеровочный аппарат и растворяют (клеруют) в соке II-ой сатурации до содержания сухих веществ 65 – 70%, затем смешивают с сиропом из выпарной установки и направляют на сульфитацию.
Трехкристаллизационная схема продуктового отделения позволяет максимально выделить сахарозу из перерабатываемого сырья.
Вопросы для самоконтроля по теме 5
Назовите состав сахарной свеклы.
Что такое доброкачественность (чистота) диффузионного сока? Производственное значение этого показателя.
Как осуществляется процесс диффузии сахарозы на современных свеклосахарных заводах?
Какие операции включает в себя очистка сока и каково их назначение?
В чем заключается сущность уваривания утфеля? Из каких стадий состоит этот процесс?
Меласса, ее состав и использование?
Особенности получения сахара из тростникового сахара-сырца.
Какова цель операции дефекации диффузионного сока?
Какова цель операции сатурации диффузионного сока?
Какова цель операции сульфитации диффузионногосока?
Тесты по теме 5
1. Потемнение диффузионного сока обусловлено образованием __________- в результате реакции между неразложившимися монозами и аминокислотами
2. Поверхностно-активное вещество ________ вызывает образование в диффузионном соке стойкой пены, что осложняет очистку диффузионного сока
3. Выход сахара из тростника составляет ___________%
4. Отход свеклосахарного производства меласса содержит_______%сахарозы
5. Дефекация – технологическая операция очистка диффузионного сока известью от ______________
6. Сульфитация – обработка фильтрованного диффузионного сока диоксидом серы для снижения его _________и____________
7. Продукт, состоящий из смеси кристаллов сахарозы и сиропа, называют___________
8. Безазотистые органические соединения, содержащиеся в диффузионном соке
2 пектиновые вещества
3 аминокислоты
4 инвертный сахар
5 органические кислоты
9. Вещества диффузионного сока, препятствующие кристаллизации сахарозы
1 инвертный
3 органические кислоты
4 раффиноза
5 аминокислоты
6 пектиновые вещества
10. Процессы, происходящие при дефекации диффузионного сока
3 коагуляция коллоидных веществ
6 создание избытка извести
11. Процессы, происходящие при сатурации диффузионного сока
1 нейтрализация и осаждение кислот в виде кальциевых солей
2 снижение концентрации извести и растворимых солей кальция
4 обесцвечивание диффузионного сока
5 снижение щелочности диффузионного сока
6 отделение осадка несахаров
12. Процессы, происходящие при сульфитации диффузионного сока
1 нейтрализация и осаждение кислот в виде кальциевых солей
2 снижение концентрации извести и растворимых солей кальция
3 коагуляция коллоидных веществ
4 обесцвечивание сока
5 отделение осадка несахаров
6 снижение щелочности сока
13. Химическое соединение, применяемое при дефекации диффузионного сока
1 диоксид углерода
2 окись кальция
3 диоксид серы
4 сернокислый аммоний
5 двууглекислый кальций
14. Химическое соединение, применяемое при сульфитации диффузионного сока
1 диоксид углерода
2 окись кальция
3 диоксид серы
4 сернокислый аммоний
5 двууглекислый кальций
15. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая перевод несахаров диффузионного сока в осадок
1 основная дефекация
2 II сатурация
3 I сатурация
4 сульфитация
5 предварительная дефекация
16. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая обесцвечивание диффузионного сока
1 основная дефекация
2 II сатурация
3 I сатурация
4 сульфитация
5 предварительная дефекация
17. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая нейтрализацию и осаждение кислот в виде кальциевых солей в диффузионном соке
1 основная дефекация
2 II сатурация
3 I сатурация
4 сульфитация
5 предварительная дефекация
Таблица 5 - Эталоны ответов на тесты по теме 5
|
Меланоидинов |
|
|
несахаров |
|
|
Цветности и щелочности |
|
Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Сахар - практически чистая сахароза (С 12 Н 22 О 11), обладающая сладким вкусом, легко и полностью усваиваемая организмом, способствующая быстрому восстановлению затраченной энергии. Сахароза - это дисахарид, который под действием кислоты или фермента расщепляется на глюкозу и фруктозу (инвертный сахар). Сахароза может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. По химической природе сахар является слабой многоосновной кислотой, дающей с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов соединения - сахараты.
Инвертный сахар благодаря фруктозе гигроскопичен. Он предохраняет варенье от засахаривания, замедляет процесс черствения хлеба, предохраняет от высыхания кондитерские изделия (мармелад, пастилу, зефир, помадку и др.).
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.
Исходным сырьем для получения сахара являются сахарная свекла и сахарный тростник. Благодаря более высокой урожайности сахарного тростника по сравнению с сахарной свеклой с каждого гектара его посевов получают сахара примерно в 2 раза больше, хотя содержание сахарозы в стеблях сахарного тростника несколько меньше, чем в сахарной свекле.
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 %).
Особенности производства и потребления готовой продукции. 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 %).
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 %.
Стадии технологического процесса. Процесс получения сахара-песка на свеклосахарных заводах складывается из следующих стадий:
Подача свеклы и очистка ее от примесей;
Получение диффузионного сока из свекловичной стружки;
Очистка диффузионного сока;
Сгущение сока выпариванием;
Варка утфеля и получение кристаллического сахара;
Сушка, охлаждение и хранение 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.
Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы представлена на рис.
Рис. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы
Устройство и принцип действия линии. Сахарная свекла подается в завод из бурачной или с кагатного поля. По гидравлическому конвейеру она поступает к свеклонасосам и поднимается на высоту до 20 м. Дальнейшее перемещение ее для осуществления различных операций технологического процесса происходит самотеком. По длине гидравлического конвейера 1 (рис.) последовательно установлены соломоботволовушки 2, камнеловушки 4 и водоотделители 5. Это технологическое оборудование предназначено для отделения легких (солома, ботва) и тяжелых (песок, камни) примесей, а также для отделения транспортерно-моечной воды. Для интенсификации процесса улавливания соломы и ботвы в углубление 3 подается воздух. Сахарная свекла после водоотделителей поступает в моечную машину 6.
Моечная машина предназначена для окончательной очистки свеклы (количество прилипшей земли составляет при ручной уборке 3...5 % свеклы, а при механизированной уборке комбайнами - 8... 10 %).
Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60... 100 % к массе свеклы. В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики свеклы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1...3 % к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечные воды предварительно направляются в сепаратор для отделения от них хвостиков и кусочков свеклы, которые после обработки поступают на ленточный конвейер 14.
Отмытая сахарная свекла орошается чистой водой из специальных устройств 7, поднимается элеватором 8 и поступает на конвейер 9, где электромагнит 10 отделяет металлические предметы, случайно попавшие в свеклу. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 направляют в измельчающие машины-свеклорезки 13. Стружка должна быть ровной, упругой и без мезги, пластинчатого или ромбовидного сечения, толщиной 0,5... 1,0 мм.
Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.
Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода, извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из конца хвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. Жом отводится из диффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки и брикетирования.
Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогревается в устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основной дефекации 27, где он очищается в результате коагуляции белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция, содержащимся в известковом молоке (раствор извести). Известковое молоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.
Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, где он дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаС0 3 , который образуется при пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурации подается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. В отстойниках сок делится на две фракции: осветленную (80 % всего сока) и сгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23.
Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппараты второй сатурации 22, где из него удаляется известь в виде СаСОз.
Сок второй сатурации подается на фильтры 21. Соки сахарного производства приходится фильтровать несколько раз. В зависимости от цели фильтрования используются различные схемы процесса и фильтровальное оборудование.
Отфильтрованный сок из фильтра 21 подается в котел сульфитации 20. Цель сульфитации - уменьшение цветности сока путем обработки его диоксидом серы, который получают при сжигании серы.
Сульфитированный сок направляют на станцию фильтров 19, а затем транспортируют через подогреватели в первый корпус выпарной станции 18. Выпарные установки предназначены для последовательного сгущения очищенного сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих веществ в продукте увеличивается с 14... 16 % 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. Площадь поверхности нагрева выпарной станции сахарного завода производительностью 5000 т свеклы в сутки составляет 10 000 м 2 .
Полученный сироп направляется в сульфитатор 29, а затем на станцию фильтрации 30. Фильтрованный сироп подогревается в подогревателе 31, откуда поступает в вакуум-аппараты первого продукта 32. Сироп в вакуум-аппаратах уваривается до пересыщения, сахар выделяется в виде кристаллов. Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит около 7,5 % воды и около 55 % выкристаллизовавшегося сахара.
Сироп уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах. Утфель первой кристаллизации из вакуум-аппаратов поступает в приемную утфелемешалку 33, откуда его направляют в распределительную мешалку, а затем в центрифуги 34, где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристальной жидкости. Эта жидкость называется первым оттеком. Чистота первого оттека 75...78 %, 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 оттек более высокой чистоты - второй оттек.
Второй и первый оттеки подают в вакуум-аппарат второй (последней) кристаллизации, где получают утфель второй кристаллизации, содержащий около 50 % кристаллического сахара. Этот утфель постепенно охлаждают до температуры 40 °С при перемешивании в утфелемешалках - кристаллизаторах. При этом дополнительно выкристаллизовывается еще некоторое количество сахара. Наконец, утфель второй кристаллизации направляется в центрифуги, где от кристаллов сахара отделяется меласса, которая является отходом сахарного производства, так как получение из нее сахара путем дальнейшего сгущения и кристаллизации нерентабельно. Желтый сахар второй кристаллизации рафинируют первым оттеком, полученный утфель направляется в распределительную мешалку, а затем в центрифуги. Полученный сахар растворяется, и сок поступает в линию производства.
Белый сахар, выгружаемый из центрифуг 34, имеет температуру 70 °С и влажность 0,5 % при пробеливании паром или влажность 1,5 % при пробеливании водой. Он попадает на виброконвейер 35 и транспортируется в сушильно-охладительную установку 36.
После сушки сахар-песок поступает на весовой ленточный конвейер 37 и далее на вибросито 38. Комочки сахара отделяются, растворяются и возвращаются в продуктовый цех.
Товарный сахар-песок поступает в силосные башни 39 (склады длительного хранения).
Сахар - востребованный продукт, который используется в чистом виде, в кондитерской промышленности, производстве напитков, фармацевтических средств, пластика и еще ряде сфер. Таким образом, предприниматель, наладивший эффективное производство сахара, может рассчитывать на высокую рентабельность бизнеса.
Основное преимущество сахарного бизнеса заключается в том, что продукция востребована независимо от сезона. Причем объемы ее потребления постоянно увеличиваются, что создает предпосылки к открытию новых предприятий. В среднем один житель России съедает 20 кг сахара. Огромные объемы необходимы пищевой промышленности. Таким образом, есть все шансы наладить взаимовыгодное сотрудничество с крупными потребителями практически в любом регионе страны.
Преимущества и недостатки данного бизнеса
Главный недостаток этого бизнеса – существенная зависимость от мест произрастания сырья. На территории РФ большая часть продукции изготавливается из сахарной свеклы, центры выращивания которой сосредоточены в Центральном, Приволжском и Южном округах. Таким образом, для производителей из других регионов значительно возрастают транспортные расходы.
Базовое преимущество заключается в однокомпонентности продукта – предпринимателю достаточно найти одного-двух ответственных поставщиков для обеспечения бесперебойного снабжения предприятия. Кроме того, уровень потребления сахара высок, а организационные расходы относительно невелики, что позволяет быстро окупить вложения.
Организация производства сахара
Для открытия масштабного бизнеса оптимальна организационная форма . Также необходимо оформить разрешительную документацию в СЭС, пожарной инспекции и прочих инстанциях. Конкретные нормы рекомендуется уточнять на местах, поскольку они могут разниться от региона к региону.
Требования, предъявляемые к конечному продукту, регламентируются рядом стандартов, основными среди которых являются:
- Свекла сахарная. Технические условия (Р 52647-2006);
- Свекла сахарная. Методы испытаний (Р 53036-2008);
- Метод определения сахарозы (12571-2013);
- Производство сахара (Р 52678-2006).
Виды сахарной продукции
Используя различные технологии, можно получить продукты, которые отличаются по своим свойствам. Существует 4 вида сахара:
- Рафинад – сахароза высокой степени очистки в виде отдельных кусочков (чаще – кубической формы).
- Песок – в виде кристаллов размером 0.5-2.5 мм.
- Сырец – в виде отдельных неизмельченных кристаллов.
- Пудра – порошкообразная сахароза, получаемая путем измельчения кристаллов.
Оборудование для производства сахара
Каждый производственный этап требует использования определенных агрегатов. Так, комплект установок для подготовки сырья включает аппараты для мытья, водоотделитель, камне-, песко- и ботволовушки, гидротранспортер и свеклоподъемное оборудование.
Базовая линия комплектуется из свеклорезки, сушилок для жома, шнекового пресса, диффузора, весов, конвейера с магнитным сепаратором.
Очистка сока выполняется с использованием отстойников, сульфитаторов, сатураторов, фильтров с опцией подогрева, агрегатов дефекации.
Кристаллизация осуществляется при участии выпарной установки с концентратором, центрифуги, вакуумного аппарата, сушильно-охладительной камеры, вибросита и виброконвейера.
Организовать завод можно как с нуля, так и купив готовую линию по производству сахара. В первом случае стоимость оборудования напрямую зависит от мощности. Например, оборудование, рассчитанное на изготовление до 10 тонн продукции в сутки, обойдется порядка $20,000. Цена на комплекс, позволяющий получать 50 тонн сахара – около $200,000.
При покупке действующего комплекса важно провести оценку степени его износа. Как правило, для этого привлекаются специализированные организации. В среднем цена оборудования, запущенного до 2000 года составляет до 2,000,000. Более современные комплексы могут стоить от $5,000,000 и более.
Сырье
В СНГ сложилась устойчивая традиция производства сахара из сахарной свеклы. Но на данный момент все больше изготовителей предпочитают импортное сырье. Наряду с корнеплодами из США, Франции, Германии, широко применяют:
- стебли хлебного сорго (преимущественно из КНР);
- крахмалистый рис и просо (получение солодового сахара);
- пальмовый сок (из Юго-Восточной Азии);
- сахарный тростник (поставляется из Индии, Кубы, Бразилии).
Технология производства сахара + Видео как делают
Сахар из свеклы
Классическая технология изготовления сахара из сахарной свеклы включает следующие этапы:
- Экстракция . Корнеплоды промывают, освобождают от кожуры, взвешивают и отправляют на стружку. Полученный промежуточный продукт загружают в диффузор, где смешивают с водой и нагревают, получая, таким образом, диффузный сок с 15% содержанием сахарозы.
- Очистка диффузного сока . В массу добавляют известковое молоко и проводят несколько этапов очистки.
- Выпаривание жидкости. Под действием высокой температуры вода постепенно испаряется. В результате получают сироп, в котором около 50% объема составляет сахароза.
- Кристаллизация . Сироп последовательно подается в центрифуги, утфелераспределители и вакуумные агрегаты. Пройдя перечисленные стадии, сырье превращается в сахар, который привык видеть потребитель.
Видео как делают:
Сахар-рафинад
Установка производства КНР, способная производить 150-200 кг продукции за смену, обходится около ₽2,000,000, оборудование от одной из турецких компаний – порядка ₽7,000,000. Наряду с этим потребуется фасовочная линия (₽600,000).
Такой сахар бывает двух типов: прессованный и литой. Первый изготавливается из сахара-песка путем обработки в центрифуге, прессования, сушки и деления на кубики установленного размера. Литой сахар получают путем загрузки сахарного песка в формы и выдерживания до полного затвердевания. Затем сырье несколько раз заливают чистым сахаром и промывают для удаления патоки. Подготовленные пласты сушат и раскалывают на кубики.
Тростниковый сахар
В целом процесс напоминает получение сахара из сахарной свеклы за тем исключением, что вместо экстракции, предварительно замоченные стебли растения отжимают на специальных вальцах. Таким образом, добывается 90% сахарозы, которая содержится в тростнике. После этого сок подается в мезгоуловитель и обрабатывается на сокоизмерителях.
Меласса и жом
Побочные продукты, получаемые в процессе изготовления сахара, используются в качестве корма для скота. Как правило, их обменивают по бартеру на свеклу у сельскохозяйственных производителей. Жом (или патока) также востребован определенной категорией потребителей.
Источником дополнительного дохода может стать и получение сахара-кандиса, представляющего собой достаточно крупные прозрачные кристаллы. Для этого потребуется приобрести специальное оборудование.
Помещение
Требование к помещению, где будет размещено производственное оборудования аналогичны тем, которые выдвигаются для любого пищевого производства. Площадь его поддирается в зависимости от габаритов оборудования. Обязательно наличие коммуникаций (водоснабжение, водоотведение, электричество), санитарного узла, сухого и хорошо проветриваемого складского комплекса, поскольку сахар быстро впитывает запахи.
Сезонность производственного процесса
Основная нагрузка на производственный комплекс приходится на 3-4 месяца, когда созревает сырье. По истечению этого периода необходимо произвести технический осмотр оборудования и при необходимости его ремонт.
Процессы, происходящие в рамках производства сахара, считаются безопасными, поскольку не являются источниками пыли, токсичных газов и т. д. При этом нужно учитывать высокий уровень шума во время работы установок.
Расширение мощностей
Большинство начинающих производителей изначально ориентируются на производство сахара-песка. И только после выхода на окупаемость принимают решение о расширении производства. Как правило, речь идет об изготовлении следующих продуктов.
Рентабельность сахарного бизнеса
При эффективной организации производства вложения окупаются от 6 месяцев. При этом большое значение имеет закупочная цена оборудования. Так, европейские агрегаты мощностью до 20 тонн сахара в сутки обойдутся не менее €90 тыс.
Также следует уделить внимание вопросам реализации готового продукта. Предпринимателю необходимо создать узнаваемый бренд, разработать привлекательный для потребителя дизайн упаковки, наладить стабильный рынок сбыта.
