Технології цукрового виробництва

 

 

 

Державний вищий навчальний заклад

«Українська академія банківської  справи

Національного банку України»

Кафедра менеджменту

 

 

 

 

 

Реферат

з дисципліни «Системи технологій»

на тему:

«Технології цукрового виробництва»

 

 

 

     

 

 

                                                                               Виконала: ст. гр. БС-03

                                                               Нікитіна Інна

                                                              Перевірив:

                                                              канд. наук з держ. упр.,  доц. Мартиненко В.О.

 

 

 

Суми – 2011

 

Зміст

Вступ.……………………………………………………………………..3

1. Характеристика сировини для виробництва цукру…………….…4
2. Аналіз технологічного процесу отримання цукру-піску………..7
3. Аналіз технологічного процесу отримання цукру-рафінаду……15
4. Визначення шляхів розвитку цукрового виробництва в Україні…22

Висновки ………………………………………………………………….25

Список використаних джерел……………………………………………27

 

 

 

Вступ

Існує істотний брак багатьох ресурсів, необхідних для розвитку української цукрової промисловості. Це, насамперед, капітал, енергія та добрива. За кожен КВт енергії, кожну тонну добрив, витрачені на виробництво цукру в Україні, треба заплатити, до того ж їх уже не можна буде використати в інших галузях. Те саме стосується й кожної гривні інвестицій. Виграє чи програє Україна від того, що ці обмежені ресурси буде використано саме на виробництво цукру, а не на інші цілі, залежить від відносної конкурентоспроможності виробництва цукру.     Той факт, що галузь історично відігравала в певній країні істотну роль, не означає, що ця галузь автоматично є конкурентоспроможною. У минулому виробництво цукру в Україні визначалось планом, а тому, з погляду критеріїв ринкової економіки, тут не обійшлось без істотних викривлень.   Україна належить до традиційно цукрових держав світу, що зумовлюється досить сприятливими ґрунтово-кліматичними та економічними умовами для розвитку буряківництва й виробництва цукру. Коріння галузі сягає 20-х років XIX століття. Однак її матеріально-технічна база неодноразово зазнавала значного руйнування, а вирощування цукрових буряків опинялось у кризі, як це, зокрема, бачимо і в останні роки.  Метою написання реферату є аналіз технологічних процесів виробництва цукру-піску та цукру-рафінаду, як більш якісного продукту.   Дана тема є дуже актуальною, так як цукор є джерелом енергії, яка потрібна для життєдіяльності людини, цінним смаковим продуктом, консервантом. Він легко і швидко клітинами засвоюється організму, необхідний для нормального функціонування печінки, мозку, живлення м'язів, особливо серцевого.

 

 

1. Характеристика сировини для виробництва цукру

 

Цукром називають солодку  на смак речовину, яка легко розчиняється у воді та швидко засвоюється організмом людини.

Цукор є високопоживним продуктом  харчування. Його назва походить від  німецького слова «Zucker».

За хімічним складом цукор  майже повністю складається з  цукрози (С₁₂Н₂₂О₁₁). Цукроза міститься у рослинах. Найбільший вміст цукрози у коренеплодах цукрових буряків (до 25%). Саме з цих рослин виробляють цукор у країнах Європи та США. [1, 134 -135]

В Україні цукор виробляють з коренеплодів цукрових буряків.  
 Сахароза як основна складова цукру утворюється в результаті фотохімічного процесу асиміляції діоксиду вуглецю повітря і води, що надходить із ґрунту. Фотохімічна реакція відбувається за участі хлорофілу листя: 
 6СО2 +6Н2О+Q =С6Н12О6+6О2. 
 Цукроза далі надходить у корінь, де накопичується дуже нерівномірно. Найбільший вміст цукрози знаходиться в центральній частині кореня, мінімальна — в головці кореня. Залежно від со- 
рту, кліматичних умов, агротехніки вирощування середній склад цукрового буряку такий (у %): води — 75, цукрози — 17,5, нецукрів — 7,5. Нецукри знаходяться як у соку (розчинені) — 2,5 %, так і в м’якоті (нерозчинені) — 5 %. Знання про хімічний склад цукрового буряку необхідні для розуміння фізико-хімічних процесів бурякоцукрового виробництва. 
 Критерієм оцінки цукрового буряку є його технологічні якості, які складають комплекс біологічних, хімічних і фізичних особливостей, що в першу чергу визначають перебіг технологічних процесів, втрату цукру і його якість. Головним показником якості буряку є вміст у ньому цукрози. 
Виробничий сезон на цукровому заводі триває близько 80—90 діб. Тому цукровий буряк закладають на зберігання в кагати (купи буряку трапецеподібного перерізу заввишки 5—6 м і завдовжки близько 100 м). Кагати з боків укривають землею, а зверху солом’яними матами, щоб не в’янув буряк. При зберіганні в буряку відбувається постійний і безперервний обмін речовин, внаслідок чого знижується його цукристість. Втрати цукрози залежать від температури: при низьких температурах втрати менші, а з підвищенням температури на кожні 10°С втрати цукрози збільшуються в 2—2,5 раза. 
 При зберіганні буряку в кагатах за рахунок аеробних процесів виділяється до 6 МI/mol теплоти. Її відводять, використовуючи активне вентилювання повітрям. При цьому на 1 тонну буряку витрачається кожну годину 30—50 m3 повітря. Температура в кагатах, яка контролюється за допомогою дистанційних термометрів, не повинна бути нижчою 0°С. 
Буряк, що надходить з поля або бурякоприймального пункту, вивантажують у бурячну. Це відкрита залізобетонна ємність, на дні якої знаходиться гідротранспортер. Він виконаний у вигляді бетонного жолоба, що має уклін від кагатів до заводу. В ньому буряк починає відмиватися від землі і домішок. Закінчується ця операція на бурякомийних машинах. Потім його зважують на автоматичних вагах. 
 
 
Рис.1. Відцентрова бурякорізка: 
1 — корпус; 2 — завиток; 3 — вал; 4 — ніж; 5 — електродвигун

  Знаючи масу буряку і його середню цукристість, визначають кількість цукру, що надійшла на завод з буряком. Різниця між  
цією кількістю й одержаним фактично цукром — це втрати при виробництві. 
У рослинних клітинах цукроза міститься в розчиненому вигляді. Її вилучають водою. Для того, щоб процес протікав швидко і повно, буряк ріжуть таким чином, щоб при найменшій площі поперечного перерізу пластівок одержати найбільший периметр, тобто при найменшій масі стружки мати найбільшу поверхню. Найбільш поширеними є відцентрові бурякорізки. 
У відцентрованій бурякорізці (рис. 1) ножі закріплені всередині бокової поверхні нерухомого вертикального корпусу. Буряк всередині корпусу переміщує завиток, закріплений на вертикальному валу, з’єднаному з електродвигуном. Над завитком розміщено циліндрічний збірник. Для одержання стружки високої якості необхідно забезпечити відсутність домішок у буряку, високу якість бурякорізних ножів. 

 

2. Аналіз технологічного процесу отримання цукру-піску 
   

  На цукрових заводах цукор вилучають зі стружки дифузією. Дифузія — це спроможність двох рідин до взаємного проникнення й утворення однорідних сумішей. Рушійною силою дифузії є різниця концентрацій речовин, яка переміщує розчинену речовину з точки з більшою концентрацією в точку  з меншою концентрацією. 
 Якщо бурячну стружку залити гарячою водою і залишити до настання рівноваги, то ефект витягання цукрози буде низьким, у воду перейде половина цукрози, що міститься в стружці. Такий спосіб екстракції називають настоюванням. 
 У наш час усі установки для вилучення цукрози з цукровобурячної стружки працюють за принципом протипоточної дифузії. Схематично цей процес виглядає так:

  

 

 У сучасному дифузійному  апараті ротаційного типу є  барабан, що обертається. До  внутрішніх стінок жорстко прикріплені гвинтові перегородки, що розділяють його на ряд секцій, і решітки, які перекидають стружку з секції в секцію назустріч гарячій воді. Температура води 70—72°С. У процесі дифузії зі стружки в сік переходять, крім цукрози, нецукри й білки, які знижують чистоту дифузійного соку. Молярна маса більшості з них менша, ніж у сахарози, тому швидкість їх дифузії вища. Тривалість дифузії 50 хвилин. 
У результаті дифузії одержують:

• дифузійний сік (112 % від маси буряку);
• знецукрену стружку (жом) — 90 % від маси буряку;
• дифузійну (жомопресову) воду — 120 % від маси буряку.   

Іде на вилучення цукру  з наступної партії стружки, що дає можливість зменшити втрати цукру.

Жом використовується як корм для великої рогатої худоби. Для зберігання кормової цінності його висушують і брикетують на спеціальних пресах. Сухий жом іде для виробництва комбікормів, для одержання харчового пектину та пектинового клею. 
 Дифузійний сік містить цукри і нецукри. Присутність у соку нецукрів затруднює безпосереднє одержання кристалічного цукру. Тому з дифузійного соку при очистці видаляють максимально можливу кількість нецукрів. Для цього використовують вапняково-вуглекислий спосіб, тобто дію на сік вапнякового молока з наступним очищенням діоксидом вуглецю. 
 Спочатку сік обробляють вапняковим молоком. Цей процес має назву дефекації. При дефекації відбувається коагуляція білків, барвних речовин, нерозчинних солей кальцію, щавелевої, фосфорної та інших кислот, розкладаються нецукри. Процес відбувається і в дефекаторі (рис.2).

 
Рис. 2. Безперервно діючий дефекатор 
 

Далі дефекований сік  обробляють вуглекислим газом, іде  процес сатурації. Сатурацію проводять у два етапи (рис.3). 
На першій сатурації йде осадження основної кількості вапна у вигляді карбонату кальцію. Крім того, з соку видаляється значна кількість барвних речовин за рахунок їх адсорбції на поверхні карбонату кальцію. Щоб забезпечити утворення великих кристалів СаСО3, температура соку повинна бути 80—85°С. 
Сатураційний сік являє собою суспензію з великою кількістю твердої фази у вигляді карбонату кальцію і гелю (колоїдних частинок білків, кальцієвих солей пектину і гумових кислот, поліцукридів). 
Для розподілу суспензії найчастіше використовують фільтр-преси з різними видами фільтруючих тканин (рис. 3). На фільтруючій тканині відкладається осад, який містить до 8 % цукрози. Тому осад промивають гарячою водою. Витрати води на промивку вдвічі більші за масу осаду. Перша порція промивки (приблизно одна третина) додається до відфільтрованого соку, а основна частина йде на приготування вапнякового молока. Осад використовується як ефективне добриво для кислих ґрунтів. Вміст фосфору й азоту в ньому більший, ніж у гної.

  Відфільтрований сік нагрівають до 100°С, що поліпшує умови проведення другої сатурації і виключає утворення розчиненого в соку гідрокарбонату кальцію. Мета другої сатурації — максимальний осад вапняку, зменшення вмісту солей кальцію, деяких кислот за рахунок їх адсорбції на СаСО3, зменшення кольоровості. 
Після фільтрації сік надходить на додаткову очистку – обробку діоксидом сірки. При цьому відбувається блокування альдегідних і кетонних груп гексоз, що запобігає реакціям меланоїдино-утворення і зниженню лужності. 
 У процесі очистки видаляють до 40 % нецукрів, що надійшли з дифузійним соком. Після фільтрації очищений сік повинен бути прозорим, мати солом’яно-жовтий колір. Кількість одержаного соку становить 12,5 % від маси буряку. Вміст сухих речовин — 14 — 16 %, у тому числі до 13 % цукрози. 
 Частина соку відбирається на клерування, а основна кількість його подається на випаровування. 
 Для того щоб виділити цукрозу з соку, його необхідно згустити, тобто видалити зайву воду й одержати пересичений розчин цукрози. Сік випаровують у два етапи: спочатку у випарній установці до вмісту сухих речовин 60—65 %. Потім його концентрують у вакуум-випарних апаратах до 92—93 % сухих речовин. На сучасних цукрових заводах використовують багатокорпусні випарні установки безперервної дії. Останній апарат з’єднаний з барометричним конденсатором і вакуум-насосом. Температура і тиск поступово знижуються від першого корпусу (116—120°С) до п’ятого (8°С, 0,82 МРа), внаслідок чого відбувається інтенсивне випаровування води і концентрація сухих речовин збільшується. Одержують сироп. 
 Далі в сироп подається клеровка (розчин жовтого цукру в фільтрованому перед випаркою соку), і вони направляються в сульфітатор зрошувального типу, де для знебарвлення оброблюються діоксидом сірки. 
Знебарвлення відбувається з великою швидкістю, оскільки сірчиста кислота, що утворюється, є сильним відновником. Для нормальної кристалізації сахарози сироп повинен бути високої якості і мати постійну густину. 
При уварюванні сиропу з клеровкою викристалізовується цукор. Уварювання відбувається в вакуум-апаратах, під розрядженням, оскільки концентрація сухих речовин у киплячій масі безперервно підвищується, що викликає відповідне підвищення температури її кипіння на 20°С. Якщо сироп уварювати при атмосферному тиску, то температура його кипіння буде 100°С+20°С=120°С, що викличе карамелізацію цукрози, оскільки уварювання сиропу триває 2—4 години. Під розрядженням температура в сиропі підтримується на рівні 75—80°С. У результаті уварювання сиропу одержують утфель із вмістом сухих речовин 92—93 %. 
Цикл варіння утфелю розподіляють на чотири періоди:

• Згущення сиропу до утворення кристалів.
• Сироп згущують до пересичення, потрібного для утворення достатньої кількості центрів кристалізації. Процес ведуть під тиском 0,082 МРа, що дає змогу воді випаровуватися при 85°С.
• Заводка кристалів цукру.

Чим більше центрів кристалізації  буде утворено в момент заводки, тим  менше буде розмір кристалів, і навпаки. Для заводки кристалів використовують затравку — цукрову пудру, яку вводять у апарат.

• Нарощування кристалів. У цей період підтримують певний ступінь пересичення сиропу, що забезпечує найбільшу швидкість кристалізації. Наприкінці уварювання утфелю в апарат вводять усю кількість патоки, що утворилася від попередньої варки.

Згущення і спуск утфелю. Згущення починається після введення білої патоки в вакуум-апарат і уварювання. Після уварювання в утфелі залишається мінімальна кількість води. Уварений утфель спускається в мішалку-утфелерозподільник і обприскується при цьому аміачною водою для зменшення в’язкості і зниження пересичення міжкристалічного розчину.

Тривалість усього циклу  варіння утфелю залежить від багатьох факторів і становить 150—200 хвилин. 
 Для інтенсифікації процесу кристалізації цукру використовують поверхньо-активні речовини (ПАР). Їх додають до утфелю в період уварювання. Це скорочує процес уварювання утфелів, ліквідує спінювання у вакуум-апараті, покращує гранулометричний склад цукру, підвищує рухомість  утфелю  і коефіцієнт теплопередачі. 
 ПАР нешкідливі і широко використовуються в харчовій промисловості у вигляді ефірів жирних кислот і гліцерину. Використання ПАР дає можливість знизити тривалість уварювання на 25—28 %. 
З утфелерозподільника утфель першого продукту подають на центрифугу періодичної дії. Кристали цукру залишаються на ситі барабана, а міжкристальний розчин проходить через отвори і потрапляє в збірник. Його називають першим відтоком або зеленою мелясою. Потім кристали цукру промивають гарячою водою. При цьому вода розчиняє біля 9 % цукру від маси утфелю і перетворюється в другий відтік. Центрифуга (рис.4) має спеціальний пристрій-серегатор – для розподілу першого і другого відтоків і направлення їх жолобами у відповідні збірники. 
Цукор з центрифуг надходить на вібраційний конвеєр і далі через ковшовий елеватор — на сушку. Для сушки цукру використовують двобарабанні сушарки, які мають сушильну й охолоджувальну зони і сушарки з киплячим шаром. Теплоносієм є повітря. 
 
 Рис. 4. Центрифуга 
 Від висушеного й охолодженого цукру на віброконвеєрі з ситом відокремлюють грудочки цукру, які повертають на переробку (на приготування клеровки). Цукор-пісок можна зберігати в мішках або насипом. Якщо цукор зберігають у мішках, то його розфасовують на заводі по 50 кг і зберігають у сухих приміщеннях, що вентилюються, з відносною вологістю повітря не більше 70 %. Мішки з цукром укладають на дерев’яні решітки в штабелі висотою до 24 рядів. 
 При безтарному зберіганні цукор-пісок висушують до вологості не більше 0,03 % і зберігають в залізобетонних або металевих вертикальних циліндрічних ємностях (силосах) місткістю до 100 тис. т. Безтарний спосіб зберігання дуже перспективний, тому що дозволяє економити велику кількість мішкотари, скорочує витрати праці на упаковку цукру в мішки, знижує кількість навантажувально-розвантажувальних операцій. Цукор-пісок при цьому не забруднюється волокнами мішковини та іншими домішками.