CC BY
36
нейшая разработка и внедрение программ для анализа протекания отдельных процессов, выдача научно обоснованных рекомендаций по выбору оптимальных технологических параметров и их. корректировке.
Одним из путей повышения технико-экономических показателей сахарной промышленности и создания безотходной технологии является более рациональное использование полупродуктов и побочных продуктов. Это прежде всего выработка из мелассы и других полупродуктов сахаросодержащих изделий для пищевой промышленности — хлебопекарной, кондитерской, пивобезалкогольной — в качестве натурального заменителя сахара.
Общее годовое производство таких продуктов может составить 300-400 тыс. т в пересчете на сахар (из почти 2 млн. т потребляемого в пищевой промышленности).
Фильтрационный осадок как отход свеклосахарного производства из-за своей низкой влажности
частично используется в сельском хозяйстве для известкования кислых почв.
Предусмотрено разработать технологию и оборудование для повышения содержания в осадке сухих веществ, для повторного его использования в производстве.
В реализации концепции по инновации в сахарной отрасли примут участие: РосНИИ сахарной промышленности, Всероссийский НИИ сахарной свеклы, Северо-Кавказский НИИ сахарной свеклы и сахара, МГАПП, КубГТУ, ВТИИ, Россельхозака-демия, Российская академия наук, отраслевые институты других отраслей промышленности.
Решение предлагаемых к разработке научных проблем позволит без дополнительной переработки свеклы увеличить производство из нее сахара-песка примерно на 8-10%, или на 200—250 тыс. т ежегодно.
Кафедра технологии сахара и сахаристых веществ Технический отдел
Пбступила 05.11.94
664.12.004.17
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВЕКЛОСАХАРНОГО МИНИЗАВОДА
М.И. ДАИШЕВ
Кубанский государственный технологический университет
Ставшая уже традиционной в мировой экономике концентрация переработки сахарной свеклы на предприятиях большой мощности (до 25 тыс. т при средней 7-8 тыс. т в сутки) как будто не вызывает сомнений в своей целесообразности. На современном уровне технологии — это единственная возможность повышения эффективности переработки при минимальных затратах труда.
Дело в том, что численность обслуживающего персонала основного и большинства вспомогательных участков сахарного производства почти не зависит от единичной мощности используемого оборудования, а при большой мощности завода возможна переработка свеклы практически без хранения с высокими технико-экономическими показателями. Необходимое для крупного производства расширение сырьевой базы обеспечивается благоприятными почвенно-климатическими условиями в сочетании с высокой агротехникой возделывания свеклы и развитой сетью автодорог, благодаря чему сырьевая зона предприятия достаточно компактна, а заготовка сырья не требует промежуточных свеклопунктов.
Свеклосахарная промыш^нность России не обеспечивает и половины необходимого для населения сахара, так что наращивание его производства весьма актуально. Однако регионы свеклосеяния, в той или иной мере соответствующие описанным выше условиям развития крупномасштабных предприятий, невелики.
Одним из показателей компактности зоны свеклосеяния и состояния дорожной сети следует считать количество непризаводских свеклопунктов.
По данным ежегодника за 1985/86 производственный год, только в Северо-Кавказском регионе
(Краснодарский и Ставропольский края, Адыгея) не имеет таких заготпунктов большинство сахарных заводов — 13 иг 20 (из них 4 на 2 крупнейших заводах — Тимашевском и Эркен-Шахарском). Наиболее крупный регион производства и переработки свеклы — Центрально-Черноземный (Воронежская, Курская, Белгородская, Липецкая и Тамбовская области), где на 48 сахарных заводов — 98 заготпунктов. Остальные 29 сахарных заводов России, расположенных на территории от Поволжья до Алтая, имеют 112 заготпунктов, т.е. в среднем по 4 с колебаниями от 2 до 10. Между тем, именно в этих регионах есть реальные резервы-*промыш-ленного свеклосеяния. Однако нереально другое — возможность концентрирования переработки на крупных предприятиях. Необходимо иска’гь другие, более экономичные для сложившихся условий пути решения проблемы.
Поскольку речь идет о наращивании, а точнее, об организации производства сахара на огромных, относительно слабо заселенных территориях России при практическом отсутствии современных проселочных автодорог, альтернативным решением этого вопроса может быть строительство мини-или микрозаводов, которые могли бы за сравнительно короткий срок, ненамного превышающий срок уборки, переработать свеклу одного или нескольких свеклосеющих хозяйств — только в этом случае может быть решена проблема транспортировки свеклы с минимальными затратами и потерями.
Практика последних лет показывает, что спрос на такие заводы существует даже в свеклоуплотненных районах, а в регионах, не имеющих подобных предприятий, спрос на них неограниченный. Обилие предложений проектов сахарных заводов со стороны организаций оборонного комплекса наглядно свидетельствует об этом. К сожалению, среди них нет таких решений, которые могли бы
:тве для
и обору-:адке сукання в
в сахар-:ахарной :ахарной й свеклы іьхозака-евые ин-и.
научных :реработ-е сахара-50 тыс. т
ІЄСТВ
12.004.17
Адыгея) во сахар-пнейших ком). На-ереработ-Воронеж-I Тамбов-юв — 98 юдов Рос-Іоволжья і среднем 1, именно 'промыш-ІО другое аботки на ка^ь дру-я условий
а точнее, ігромньїх, риях Рос-эеменных і решени-гво мини-а сравнивающий о или не->ко в этом анспорти-[И и поте-
что спрос клоуплот-щих подо-[иченный. їх заводов комплекса жалению, могли бы
подтвердить хотя бы свою работоспособность, а тем более экономичность. По существу, это малые копии больших заводов. Минизаводы могут получить право на существование лишь в случае, если их технологические показатели будут выше, чем у крупных. Другими словами, минизаводы должны быть экономичнее в сравнении с последними.
Разрешима ли такая задача?
Как уже отмечалось, основным препятствием здесь является сложность технологии переработки свеклы. В единую технологическую цепочку связаны десятки участков и сотни операций, появление которых обусловлено почти двухсотлетним развитием сахарного производства от кустарной мануфактуры до современных предприятий, причем необходимость их использования представляется неизбежной не только на крупных, но и на предприятиях малой мощности. В технологическом плане завод на 500 т в сутки (например. Быстро-истокский на Алтае) мало чем отличается от крупных — на 5 тыс. т и более.
Технология и соответствующее ей оборудование минизавода мощностью, по крайней мере, на порядок меньше существующих, т.е. по 25-50 т в сутки, должны быть ориентированы на самые новейшие достижения современной технологической науки. А они говорят о возможности осуществления технологии, в которой благодаря совмещению отдельных этапов большинство операций, требующих наличия обслуживающего персонала, могут быть исключены, а оставшиеся автоматизированы простейшими средствами.
Рассмотрим основные этапы технологии свекловичного сахара с этой точки зрения.
Самыми сложными и трудоемкими являются извлечение сахара из свеклы и очистка полученного сока. Непременные элементы этих этапов: изрезывание отмытой свеклы в стружку длиной 15-18 м 100 г стружки; экстракция сахара из стружки в противоточном аппарате; очистка полученного сока известью и сатурационным газом.
Одна только известково-углекислотная очистка включает в себя пять этапов — преддефекацию, основную дефекацию, I сатурацию, отделение осадка, II сатурацию и окончательное отделение осадка. Отделение осадка между I и II сатурациями опять же многоэтапно: сгущение осадка в отстойниках; контрольная фильтрация отстоя; фильтрация сгущенной суспензии на вакуум-фильтрах. Оборудование для осуществления этих операций занимает не менее половины площадей производственного корпуса, здесь сосредоточено большинство обслуживающего персонала.
Даже при самом скрупулезном соблюдении нормативных требований современные способы получения и очистки диффузионного сока являются причиной неоправданно больших затрат на основные фонды, вспомогательные материалы, топливно-энергетические ресурсы и рабочую силу. Фактическое положение на заводах России намного хуже.
Кафедрой технологии сахаристых веществ Кубанского государственного технологического университета накоплен значительный теоретический и экспериментальный материал, обосновывающий перспективную технологию извлечения и очистки сока в едином интенсифицированном процессе, не имеющем аналогов. Данная технология включает в себя:
изрезывание отмытой свеклы в стружку с сечением, близким к квадрату со стороной 0,5-1,0 мм (ее можно назвать стружка-волос), в которой почти все клетки вскрыты механически в процессе изре-зывания;
обработка стружки-волоса известково-сахарным раствором, содержащим гидроксид кальция для доведения pH смеси до 10,8-11,0, т.е. до оптимального значения преддефекации, в количестве, обеспечивающем относительную подвижность полученной сокостружечной смеси;
карбонизация смеси диоксидом углерода до pH 7,5-8,0;
экстракция сахара из подготовленной стружки-волоса.
Изрезывание свеклы в стружку-волос является необходимым условием интенсификации извлечения сахара. В этом случае извлечение определяется не столько диффузионным массопереносом сахара из внутренних клеток к поверхности, как при работе с грубой стружкой, сколько массоотданей с поверхности в экстрагирующую жидкость.' Для этого должно быть обеспечено равномерное омы-вание стружинок экстрагентом, что невозможно без предварительной их обработки, обеспечивающей хорошую проницаемость межстружечного пространства. Такая обработка осуществляется двумя последующими операциями.
При смешивании с известкованным сахарным раствором гидроксид кальция образует с пектином вскрытых клеточных стенок нерастворимый пекти-нат кальция, обусловливающий жесткий каркас каждой стружинки-волоса и увеличивающий проницаемость слоя стружки для последующей экстракции. При такой обработке обеспечивается также денатурация белков за счет образования их нерастворимого,соединения с ионом кальция. За счет этой реакции будут вскрыты вакуоли даже тех клеток, которые, возможно, еще остались неразрушенными при изрезывании, поэтому тепловая денатурация необязательна, а экстракция может осуществляться при пониженных температурах. Следует отметить, что обработка стружки-волоса известью непосредственно после изрезывания обеспечивает полную ее стерильность: микроорганизмы в щелочной среде погибают.
Более жесткий каркас стружинок и лучшая проницаемость их слоя для экстрагента обеспечивается следующей операцией — карбонизацией сокостружечной смеси диоксидом углерода до pH 7,5_8,0. Дело в том, что при высокой концентрации ионов гидроксила, соответствующей pH 11,0, высокомолекулярные соединения ВМС с ионом кальция сильно гидратированы, обусловливая их рыхлую сжимаемую структуру. Именно по этой причине, например, не поддается отделению фильтрацией осадок преддефекованного сока классической схемы очистки. Снижение концентрации ионов гидроксила на три порядка при карбонизации до pH 8,0 дегидратирует и уплотняет кальциевые осадки ВМС. При аналогичной обработке преддефекованного сока объем суспензии снижается от 35-40 до 12-15%, что является ярким признаком дегидратации и уплотнения осадка ВМС. Поэтому при карбонизации не только улучшается жесткость каркаса и проницаемость слоя стружки, но и уменьшается сопротивление самой ткани диффузионному переносу сахара к поверх-
ности стружки в связи с увеличением объема пор в структуре ткани.
Модельные опыты показывают, что продолжительность экстракции сахара из подготовленной таким образом стружки-волоса не превышает 15— 20 мин, обеспечивая минимальные потери и откачку. Для малого предприятия мощностью 25-50 т в сутки необходимый рабочий объем экстрактора составит не более (25-5-50): (24x3): 0,7 = 0,5-г-! ,0 м3 (0,7 — примерная плотность заполнения струж-кой-волосом единицы объема). Исполнение экстрактора простейшей конструкции с таким рабочим объемом не представляет особой технической сложности.
Однако эффективность способа — не только в ускорении экстракции. При такой обработке полу чается раствор, практически полностью свободный от малорастворимых соединений несахаров свекловичной ткани и клеточного сока с ионом кальция. Как видно из изложенного, описанная выше обработка стружки-волоса аналогична обработке преддефекованного сока глубоким пересату-рированием [1, 2, 3] с тем лишь отличием, что известкование до pH 11,0 и последующее переса-турирование перенесены непосредственно на стружку со вскрытыми клетками. Все реакции осаждения, начинающиеся при известковании, но не доходящие до конца ввиду противодействующего влияния высокой концентрации ионов гидроксила, завершаются полностью при последующем пересатурировании с образованием гидрокарбоната кальция. Образовавшийся осадок является составным элементом структуры клеточных тканей стружки, поэтому полученный сок может быть загрязнен незначительной их долей, увлекаемой с поверхности стружки. Для их отделения достаточно нейтрализовать сок до оптимальной щелочности сока II сатурации и отфильтровать — для этого не требуется дополнительная известково-углекис-лотная обработка сока с большими расходами извести.
Более того, непосредственно после нейтрализации сок может направляться на выпарную станцию при условии, что эта выпарка — трех- или двухкорпусная» работающая под максимальным разрежением в последнем корпусе и с температурой кипения в первом не более 103-105°С. Ввиду переработки свежеубранной свеклы без хранения с малым содержанием редуцирующих сахаров, исчисляющемся сотыми долями процента, и с высокой натуральной щелочностью сока, не прошедшего основную дефекацию, нарастание цветности и падение pH при низкотемпературном сгущении будут минимальными.
Тем не менее полностью отказаться даже на малом заводе от известково-углекислотной обработки (не с соком, а с сиропом, сгущенным до СВ 58-60%), не представляется целесообразным. Для такой обработки требуется не более 0,15-0,20% СаО, что обеспечивает не только более высокую доброкачественность очищенного сиропа, но и высокую термоустойчивость, необходимую при длительном пребывании продуктов на верстате кристаллизационного отделения. Образовавшийся осадок известково-углекислотной обработки сиро-
па отфильтровывается на фильтрах и после частичного обессахаривания до СВ сока направляется на смешивание со стружкой-волосом, частично заменяя собой известь.
Суммарный расход извести на обработку струж- • ки и сиропа составляет не более 0,5% СаО, из которых карбонизации диоксидом углерода подвергается до 0,4%. Малый завод может обходиться без известково-газового хозяйства и использовать покупные известь и баллонный газ.
Фильтрат сиропа известково-углекислотной обработки после дополнительной контрольной фильтрации сгущается в подварочном аппарате до СВ 72-75% и используется для уваривания утфеля I.
Схема кристаллизационного отделения должна строиться на принципах, обеспечивающих стабилизацию процессов независимо от качества свеклы. Стабилизация достигается возвратом необходимого количества оттека утфеля I на совместную со сгущенным сиропом известково-углекислотную очистку. Стабилизируется не только состав, но и качество сиропа на утфель I.
Основные положения кристаллизационной схемы:
использование простейшей двухкристаллизационной схемы с постоянными значениями СВ, доброкачественности и содержания кристаллов ут-фелей I и II;
уваривание утфеля II на заранее приготовленной кристаллической основе;
использование кристаллов утфеля II в качестве основы при уваривании утфеля I;
центрифугирование утфелей I и II после их кристаллизации охлаждением до 20°С;
применение непрерывного центрифугирования с минимальным пробеливанием без деления оттеков.
Предлагаемая технология свеклосахарного минизавода позволяет радикально усовершенствовать и интенсифицировать получение и очистку сока при минимальных расходах на оборудование, потребные вспомогательные материалы и др. По тех-нико-экономическим показателям — затратам труда, удельным капитальным вложениям, себестоимости продукции — минизаводы могут превзойти современные крупные сахарные заводы России.
Следует отметить в заключение, что описанный минизавод может быть реализован в составе сахаротепличного комплекса [4] в отдаленных районах, не имеющих условий для выращивания сахарной свеклы в грунте.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. 1118675 СССР. — Опубл. в Б.И. — № 38. — 1984.
2. Глубокое пересатурирование при очистке сахарных раство-
ров / Даишев М.И., Решетова Р.С. и др. // Изв. вузов, Пищевая технология. — 1984. — 6. — С. 75.
3. Даишев М.И., Решетова Р.С., Молотилин Ю.И. Обработка преддефекованного сока пересатурацией / / Сахарная пром-сть. — 1984. — № 11. — С. 22.
4. Даишев М.И. Сахаротепличный комплекс // Сахарная пром-сть. — 1994. — № 3. — С. 5.
Кафедра технологии сахаристых продуктов Поступила 2-5.12.94
