Контрольная работа по "Современным технологиям отраслей производств"

      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.

      Основные  стадии производства сахара-песка: переработка  свеклы -- удаление примесей, мойка и нарезка в стружку (в узкие тонкие пластины); получение диффузионного сока; очистка сока от механических примесей и несахаров; на следующей стадии сок сгущают путем выпаривания, затем следует кристаллизация сахара из сиропа, отделение кристаллов сахара от межкристальной жидкости; на последней стадии проводят сушку, охлаждение и освобождение кристаллов от ферромагнитных примесей и комков сахара.

      Для извлечения сахара из свеклы применяется  обработка тонко нарезанной свеклы водой при нагревании. Из тонко нарезанной стружки сахар извлекается более быстро и полно, чем из толстой. Переход сахара и растворимых несахаров из свеклы в воду совершается вследствие диффузии. Поэтому такой метод получения сока из свеклы называется диффузионным. Свекольную стружку загружают в диффузоры с водой, имеющей температуру 80С. Диффузия происходит только в том случае, если стенки клеток разрушены нагреванием, иначе белковые вещества, выстилающие стенки, задерживают этот процесс. Загрузка диффузоров и подача воды осуществляется по принципу противотока: с одной стороны в батарею загружают свекольную стружку, с другой -- подают теплую воду. Для получения более концентрированных соков вода подается на наиболее обессахаренную стружку, а жидкие первоначальные соки переходят из диффузора в диффузор, повышая концентрацию сахара. Из последнего диффузора, заполненного свежей стружкой, сок выходит с максимальной концентрацией сахара.

      Полученный  таким образом диффузионный сок  содержит 15-17% сухих веществ, состоящих  на 80-90% из сахарозы. Вместе с сахарозой, которая экстрагируется почти полностью, из свекловичной стружки в диффузионный сок переходит и часть несахаров: общего азота и оксидов калия, натрия, магния -- 60-70%, аминного и аммиачного азота -- до 95%, оксидов кальция -- 10%, фосфора -- 75-80%. Из разорванных клеток стружки вымывается до 30% белка. Остальная масса несахаров удерживается в клеточных стенках свеклы.

      Присутствие в соке несахаров затрудняет непосредственное получение кристаллического сахара. Редуцирующие вещества в процессе производства сахара претерпевают большие превращения: при нагревании образуется оксиметилфурфурол, в щелочной среде они способны осмоляться с образованием сахарумовой, глициновой и других кислот, темноокрашенных гумминовых веществ. При взаимодействии редуцирующих веществ с аминокислотами накапливаются меланоидины коричневого цвета. Продукты щелочного разложения редуцирующих веществ и меланоидины являются основными компонентами красящих веществ, содержащихся в кристаллах готового сахара.

      Около 40% сапонинов сахарной свеклы переходит в диффузионный сок. Они отличаются большой поверхностной активностью, вызывают ценообразование в растворах. С кальцием сапонин образует нерастворимую соль, которая при очистке сока полностью осаждается. Однако следы сапонина часто находят в готовом сахаре. Рафиноза, присутствующая в диффузионном соке, способствует образованию кристаллов сахарозы неправильной формы. Пектиновые вещества затрудняют очистку сока, продукты их распада ухудшают качество сахара. Из минеральных веществ не полностью удаляются при очистке диффузионного сока катионы калия и натрия, анионы соляной и азотной кислот. Минеральные вещества свеклы определяют в основном состав золы сахара. Кроме того, в диффузионном соке содержится много мелких частиц мезги свеклы, он быстро темнеет и пенится.

      Известно  много способов очистки диффузионного  сока, но на практике применяются только самые дешевые и эффективные. Такими в настоящее время являются способ обработки диффузионного  сока известью -- дефекация с последующим удалением ее избытка диоксидом углерода -- сатурация.

      Дефекация проводится в два этапа: преддефекация  и основная дефекация.

      На  преддефекации происходит коагуляция частиц коллоидной дисперсности и высокомолекулярных соединений (белковых и пектиновых веществ). Коагуляция происходит в результате образования ионом кальция с анионами белка нерастворимых соединений. Также ионы кальция, присутствующие в диффузионном соке, вступая в реакцию с анионами ряда органических кислот, образуют слаборастворимые, выпадающие в осадок соли кальция. При такой нейтрализации осаждается большая часть анионов щавелевой и винной кислот, частично анионы лимонной, яблочной и уксусной кислот. Другие безазотистые органические кислоты, а также аминокислоты и бетаин остаются в растворе.

      Кислоты, реагирующие с кальцием, находятся  в диффузионном соке не только в  свободном состоянии, но и в виде растворимых солей калия, натрия и других металлов. Поэтому происходит еще одна химическая реакция -- реакция  осаждения, или двойного обмена. Из минеральных кислот почти полностью осаждаются анионы фосфорной и частично -- серной кислот. Кроме ионов кальция осаждающим действием обладают и гидроксильные ионы, вызывающие осаждение катионов магния, алюминия, железа, имеющихся в соке в небольшом количестве.

      Таким образом, на преддефекации под действием  ионов гидроксила и кальция полностью  заканчиваются реакции нейтрализации  кислот, коагулирует большая часть  веществ коллоидной дисперсности и  осаждается около половины анионов  фосфорной, щавелевой, уксусной, лимонной, яблочной, винной кислот, катионов солей магния, алюминия, железа. Однако реакции разложения амидов кислот, редуцирующих и пектиновых веществ, жира из-за недостаточной концентрации гидроксильных ионов только начинаются, и для их завершения требуются длительное время, высокая щелочность и высокая температура.

      При основной дефекации происходит разложение солей аммония и амидов кислот с выделением аммиака и в растворе накапливаются растворимые соли кальция. Они увеличивают потери сахарозы и затрудняют ее кристаллизацию. Редуцирующие сахара в щелочной среде быстро разрушаются, образуя молочную и муравьиную, уксусную и другие кислоты. Часть продуктов распада редуцирующих Сахаров и аминосоединений идет на образование различных групп красящих веществ. Жиры в щелочной среде омыляются, образуя глицерин и нерастворимые кальциевые соли высших жирных кислот. При этом соли выпадают в осадок, а глицерин остается в растворе. Пектин разлагается с образованием метилового спирта, уксусной и полигалактуроновой кислот. Метиловый спирт при выпаривании сока улетучивается, уксусная кислота остается в растворе в виде уксусно-кальциевой соли, а нолигалактуроновая кислота дает желатинообразный осадок пектата кальция.

      Таким образом, дефекованный сок содержит: в растворе -- сахарозу, гидроксиды калия и натрия, растворенные частицы извести, растворимые кальциевые соли некоторых аминокислот, амидов, а также всех органических кислот, образующихся в результате разложения редуцирующих веществ, другие растворимые несахара; в осадке -- коагулят белковых и пектиновых веществ, сапонина, соли щавелевой, фосфорной и других кислот, не растворившиеся частицы извести.

      После дефекации нефильтрованный диффузионный сок обрабатывают сатурационным  газом, содержащим диоксид углерода. Сатурация проходит также в два этапа. После каждой сатурации диффузионный сок фильтруют под давлением через специальные фильтры.

      При сатурации диоксид углерода вступает в реакцию с гидроксидом кальция  и образует карбонат кальция. На положительно заряженной поверхности кристаллов карбоната кальция адсорбируются несахара сока, в том числе продукты распада пектиновых веществ, аминокислоты, соли карбоповых кислот, красящие вещества. Кроме того, образующийся кристаллический осадок СаСО, служит основой для создания фильтрующего слоя и улучшает процесс фильтрации.

      После фильтрования сок становится прозрачным, но имеет еще слабо желтую окраску. Чтобы обесцветить сок и улучшить цвет сахара, проводят операцию сульфитирования, т. е. через сок пропускают сернистый  газ, который восстанавливает красящие вещества, осаждает известь, делая раствор бесцветным. Кроме того, сернистый газ улучшает и процесс кристаллизации сахарозы.

      В настоящее время в сахарной промышленности применяют метод более глубокой очистки соков, который повышает их качество и позволяет получить полностью обесцвеченные соки. Этот метод заключается в том, что очищенный обычным способом сок обрабатывают активными ионообменниками или ионитами. Иониты представляют собой искусственные смолы, насыщенные группами SO3H или NH. Иониты обладают способностью отдавать свои водородные или гидроксильные ионы и поглощать взамен их из раствора содержащиеся в нем другие ионы одноименного заряда.

      Смолы, содержащие группу SO3H, называют катионитами. При пропускании через них  сока все катионы посторонних веществ задерживаются смолами, раствор же получает ионы Н+. В результате этого количество минеральных веществ сока снижается. Смолы, насыщенные группой NH2 и обладающие функциональной группой ОН, называются анионитами; в процессе фильтрации сока они поглощают анионы, отдавая в раствор свой ион ОН.

      Очищенный таким образом диффузионный сок, потерявший значительную часть несахаров  и получивший взамен чистую воду (Н+ + ОН-), поступает на выпаривание и  уваривание.

      Для получения кристаллического сахара из очищенного сока необходимо удалить из него большое количество воды. При этом образуется пересыщенный сахаром раствор.

      На  сахарных заводах удаление воды из сока осуществляется в два приема. Сначала в выпарных аппаратах, обогреваемых паром, концентрация сока доводится с 14-15 до 65-70% сухих веществ (при этом выпаривается около 95-100% воды к массе свеклы). Затем из полученного сиропа в вакуум-аппаратах выпаривается еще около 15-20% воды к массе свеклы. При таком уваривании выделяются кристаллы сахара и сироп превращается в утфель I кристаллизации (смесь кристаллов сахарозы и межкристальной жидкости), содержащий около 93% сухих веществ.

      Выпаривание воды из сока в два приема необходимо по следующим причинам.

      Во-первых, при нагревании сок темнеет и из него выделяется осадок. Поэтому перед вторым увариванием сироп подвергается дополнительной очистке (сульфитация, фильтрование). Такая очистка сиропа может быть проведена при концентрации не более 70% сухих веществ. Во-вторых, за короткое время (2-3 ч) сформировать хороший кристалл сахара при уваривании можно только при достаточной концентрации сиропа. Наиболее подходящая концентрация -- 65-70% сухих веществ.

      Готовый утфель I кристаллизации (утфель I) центрифугируется с отбором двух оттеков: первого (межкристального раствора утфеля), называемого зеленой патокой, и  второго, полученного в результате промывания (пробеливания) кристаллов сахара горячей водой, называемого белой патокой. Пробеленный сахар влажностью 0,8-1,2% выгружается из центрифуг и транспортерами направляется на сушку. Таким образом получают товарный сахар-песок.

      Белая и зеленая патоки, полученные при  центрифугировании утфеля I, поступают  на уваривание утфеля II кристаллизации. При центрифугировании утфеля II получают также два оттека (белая и зеленая патока) и сахар II кристаллизации. Он удерживает на своей поверхности пленку межкристального раствора, поэтому интенсивно окрашен в желтый цвет. Сахар II кристаллизации растворяют в фильтрованном соке 2-й сатурации и полученный раствор называют клеровкой. Клеровка идет на сульфитацию, а затем на уваривание утфеля I кристаллизации При уваривании утфеля III кристаллизации в вакуум-аппараты последовательно забирают второй и первый оттеки утфеля II кристаллизации. Содержание сухих веществ в готовом утфеле доводят до 93,5-94,0%, спускают его в кристаллизационную установку. Здесь в течение 24-28 ч происходит дополнительная кристаллизация сахара охлаждением от 63-67 до 35-40 °С. Утфель III кристаллизации поступает в центрифуги, в которых сахар не пробеливается водой. Оттек, отбираемый из этих центрифуг, называется мелассой, она является отходом производства.