Варка утфелей и кристаллизационные схемы

Варка утфеля из рафинадного сиропа принципиально не отличается от варки утфеля из свекловичного густого сиропа, рассмотренной выше; нет существенных отличий и в конструкции вакуум-аппаратов и мешалок. Правда вакуум-аппараты рафинадного завода обычно небольшой емкости. Ниже рассмотрены лишь некоторые специфические особенности варки рафинадных утфелей.
1.Варка рафинадных утфелей протекает значительно быстрее — она длится около 50 мин. Это обусловлено прежде всего высокой чистотой увариваемых сиропов, которая весьма близка к 100%. Варка рафинадных утфелей ускоряется также вследствие применения более высокой концентрации их, если используется костеугольная крупка. Быстрой варке способствует малый объем вакуум-аппаратов. На рафинадном производстве особенно важно следить за продолжительностью варки сиропов, чтобы избежать возможного нарастания цветности.
2. При обесцвечивании рафинадного сиропа костеугольной крупкой процент сухих веществ (СВ) рафинадных сиропов достигает 73.
Варка концентрированных сиропов высокой чистоты представляет некоторые трудности. Она ведется темпами повышенной скорости. Если варщик запоздает с подкачкой при варке сиропов невысокой концентрации, то ошибку довольно легко можно исправить введением в вакуум-аппарат сравнительно небольшого количества резко ненасыщенного сиропа. При концентрированных же сиропах ошибки исправлять труднее.
Высокая степень ритмичности работы рафинадного завода, которая исключает перебои в подаче сиропа, его застаивание и, что особенно важно, колебания концентрации, создает благоприятные условия для применения концентрированных сиропов.
При изготовлении кускового рафинада к равномерности кристаллов сахара в утфелях предъявляются меньшие требования, так как они в дальнейшем подвергаются дроблению при прессовании. Желательно, чтобы концентрация рафинадных сиропов была возможно выше, так как это позволяет достигнуть значительной экономии в расходе пара и топлива. Как мы уже отмечали, к сожалению, при использовании иных обесцвечивающих средств, кроме крупки, приходится применять более низкие концентрации сиропов.
Особенно низкие концентрации сиропов наблюдаются пока при очистке рафинадного сиропа ионитами.
3. Особенностью варки рафинадных утфелей обычно является введение ультрамарина после набора вакуум-аппарата рафинадным сиропом. Требуемую порцию ультрамарина разводят в 2— 3 л воды, суспензию фильтруют через густое сито и вводят в вакуум-аппарат через специальную трубку.
4. Обычно при варке 2-го рафинадного утфеля, но иногда и при варке 1-го рафинадного утфеля в вакуум-аппарат вводят гидросульфит в количестве 200 г на 100 ц утфеля. Для более равномерного действия гидросульфит вводят в два приема — до заводки кристалла и к концу уваривания.
5. В отличие от кристаллов утфелей кускового рафинада к кристаллам утфелей рафинированного песка предъявляют повышенные требования и по однородности их, отсутствию друз, блеску поверхности.
6. Утфель, предназначенный для получения литых сортов рафинада, подвергают перед спуском из вакуум-аппарата нагреванию до 90—98° С, при котором происходит значительное растворение уже выкристаллизовавшегося сахара. Спуск утфеля при высокой температуре нужен в данном случае для того, чтобы обеспечить высокое содержание сухих веществ (СВ) межкристального оттека и наличие в последнем большого количества растворенного сахара, которое будет выкристаллизовано в дальнейшем при охлаждении утфеля в формах. Утфель литого рафинада обычно спускают при несколько более высоком СВ (93%), в то время как СВ утфеля прессованного рафинада составляет около 92%.
Чтобы яснее представить себе основную сущность довольно сложной кристаллизационной схемы рафинадного производства, приведем некоторые упрощенные расчеты.
Утфель, который получается в результате уваривания, а иногда и в результате дальнейшей кристаллизации при охлаждении в мешалках, состоит из кристаллов сахара и маточного раствора — межкристального оттека (патоки). Для подсчетов принимаем, что несахара, которые содержатся в исходном утфеле. сосредоточиваются в межкристальном оттеке.
Пусть процент кристаллов в 1-м рафинадном утфеле равен 66,7% (т. е. составляет 2/3) от исходного количества уваренных сухих веществ. В межкристальном оттеке содержится 33,3% сухих веществ, т. е. 1/3 от исходного их количества. Так как абсолютное количество несахаров мы предполагаем неизменным, то его процентное отношение к сухим веществам межкристального оттека должно утроиться по сравнению с исходным сиропом. При чистоте исходного сиропа 99,7% концентрация несахаров была равна 0,3%. В межкристальном оттеке она станет равной 0,3*3 = 0,9%, т. е. чистота межкристального оттека 99,1%. Из этого оттека варят 2-й рафинадный утфель.
Допустим в этом утфеле содержится кристаллов 60%. Процент несахаров в оттеке 2-го рафинадного утфеля возрастет в

т. е. будет равен 0,9*2,5 = 2,25% и его чистота 97,75%.
Допустим, что при уваривании этого оттека на утфель III кристаллизации (1-й продуктовый утфель) процент кристаллов тоже равен 60. Процентное содержание несахаров в оттеке станет равным 2,25*2,5 = 5,6% и чистота оттека составит 94,4%. Со снижением чистоты утфелей уменьшается процентное содержание кристаллов в них. Пусть при IV кристаллизации окажется 50% кристаллов. Количество несахаров в оттеке возрастет в 2 раза (5,6*2 = 11,2). Следовательно, чистота оттека будет 88,8%. Примем и для V кристаллизации процент кристаллов равным 50. Несахаров в оттеке станет 11,2*2 = 22,4% и его чистота 77,6%. Пусть для VI кристаллизации процент кристаллов сильно уменьшится и равен 33,3. Процент сухих веществ в оттеке равен 100—33,3 = 66,7. Тогда несахаров в оттеке будет

и его чистота 66,4%. Более низкой чистоты в рафинадном производстве обычно не достигают и, следовательно, VI кристаллизация является последней. Получаемую мелассу, которую называют рафинадной, удаляют из завода.
Приведенные выше цифры, определяющие процент кристаллов в различных утфелях, следует считать только ориентировочными, как и величину чистоты утфелей, которая зависит еще и от дополнительно растворяемых продуктовых песков.
Приближенный подсчет, однако, наглядно показал, что рафинадное производство действительно нуждается примерно в шести последовательных кристаллизациях, чтобы истощить продуктовые оттеки. В некоторых случаях рафинадные заводы обходились меньшим количеством кристаллизаций, например пятью, не останавливаясь перед несколько повышенной чистотой рафинадной мелассы (до 75%).
Задача истощения рафинадной мелассы обычно не стоит столь остро, как истощение мелассы свеклосахарных заводов. Для этого имеются две причины.
Во-первых, рафинадная меласса в отличие от свеклосахарной мелассы вполне съедобна. Ее охотно применяют в хлебопекарной промышленности и даже предпочитают равному количеству чистого сахара, ценя ее особый привкус. Таким образом, сахар рафинадной мелассы применяется по своему прямому назначению как пищевой продукт.
Во-вторых, количество получаемой рафинадной мелассы относительно невелико. Это количество может быть определено следующим расчетом. Мелассный коэффициент для несахаров рафинадной мелассы равен ориентировочно

Количество несахаров, которое содержится в перерабатываемом песке, приблизительно равно 0,25% к массе сахара-песка. Следовательно, они должны увлечь в рафинадную мелассу 0,25*2 = 0,5% перерабатываемого (выпускаемого) сахара. В свеклосахарном производстве количество сахара в мелассе достигает 15% к массе выпускаемого сахара-песка.
Следовательно, потери сахара в рафинадной мелассе в несколько десятков раз меньше потерь сахара в свеклосахарной мелассе. Соответственно меньше и количество рафинадной мелассы. Последнее можно подсчитать для СВ 80%, равным

Приведенный расчет выхода рафинадной мелассы, хотя и дает нам некоторую ориентировку в рассматриваемом вопросе, все же не оправдывается практикой. Оказывается, что, с одной стороны, обработка рафинадных и продуктовых сиропов адсорбентами ощутимо (в особенности при работе с крупкой) уменьшает количество несахаров, попадающих в рафинадную мелассу, а с другой стороны — в процессе рафинирования происходит заметное разрушение сахара и, следовательно, увеличение количества несахаров. По своему составу рафинадная меласса имеет очень мало общего с свеклосахарной мелассой. В ее сухом веществе содержится примерно 66% сахара, 14,7% редуцирующих веществ, в основном образовавшихся за счет разрушения сахара, 14% другого органического несахара, включая азот (0,2%), и 5,3% углекислой золы. В свеклосахарной мелассе редуцирующие вещества или вовсе не содержатся, или их в ней очень мало, да и состав их другой. Азота в этой мелассе раз в десять больше и золы в три раза больше
В рафинадную мелассу попадают красящие вещества, которые прошли через последовательные кристаллизации, и, что еще более важно, красящие вещества, возникающие на самом рафинадном заводе, поэтому рафинадная меласса довольно сильно окрашена (250—500 ед. шт.).
Итак, в рафинадном заводе приходится много раз кристаллизовать маточные растворы, последовательно отделяемые от кристаллов соответствующих утфелей.
Чистота оттека утфеля I превышает 99%. С первого взгляда представляется как будто бесспорным, что из раствора столь высокой чистоты путем его уваривания должны быть получены кристаллы рафинадного достоинства. Ведь в свеклосахарном производстве чистота густых сиропов не выше 93—94%, а в ряде случаев удается получить отличный кристаллический сахар и при чистоте 90%.
Однако специфический характер несахаров рафинадного производства, их большая склонность включаться, адсорбироваться, резко уменьшает возможность получения кристаллов рафинадного достоинства должной белизны.
Дореволюционная рафинадная промышленность ограничивалась получением рафинада только из утфеля I, направляя сахар утфеля II на перекристаллизацию, а не па выработку рафинада. За одним рафинадным утфелем следовало обычно пять продуктовых утфелей (кристаллизаций). Всего было шесть утфелей (1 + 5).
М.И. Нахманович и И.Ф. Зеликман показали возможность получения рафинада из 2-го рафинадного утфеля. Выгодность разработанной ими схемы, ведущей к уменьшению повторных варок, количества промежуточных продуктов, расхода пара и топлива, очевидна.
Однако все время надлежит иметь в виду, что рафинад II все же имеет тенденцию быть несколько хуже, чем рафинад I, перемешанный с которым, он поступает к потребителю. Поэтому необходимо уделять особое внимание обработке сиропа 2-го рафинадного утфеля адсорбентами, а также пробеливанию рафинада II.
Кроме того, 2-й рафинадный утфель несколько меньше истощают, т. е. получают из него меньший процент кристаллов, что также в некоторой мере может улучшить их качество. Мы говорили о шести утфелях (кристаллизациях): 2 + 4.
В дальнейшем И. Ф. Зеликман разработал схему, в которой товарный рафинад получают из трех рафинадных утфелей, следующих один за другим. Их называют в этом случае: нулевой, первый и второй рафинадные утфели.
По своим качествам нулевой утфель должен превосходить первый утфель двухрафинадной схемы. Отсюда его наименование. Пулевой утфель готовят исключительно из стандартного сахара-песка, без обычных возвратов. Исключение составляют возвраты рафинада из разделочного и упаковочного отделений, качество которых превышает качество сахара-песка. Чистота нулевого рафинада после обработки адсорбентом составляет 99,8%. Всего утфелей (кристаллизаций) семь: 3 + 4. Иногда работают по схеме 3 + 3.
Кашку, полученную из рафинадных утфелей, перемешивают и выпускают рафинад как единую продукцию. Для более полного перемешивания кашки из песка II рафинада центрифуги устанавливают в таком порядке, чтобы она проходила в шнеке наибольший путь, т. е. ближе к элеватору устанавливают центрифуги нулевого рафинада, затем первого и в наибольшем отдалении центрифуги второго рафинада.
При условии переработки сахара-песка хорошего качества по схеме с нуль-рафинадом достигается уменьшение количества продуктовых утфелей, что видно из табл. 46.

Выкристаллизованный сахар (песок) четырех последних «продуктов» все ухудшается и прежде чем быть направленным потребителю нуждается в дополнительной очистке. Эти продуктовые пески иногда направляют на аффинацию, затем клеруют, в некоторых случаях обесцвечивают адсорбентом, но во всех случаях подвергают перекристаллизации.
Для создания более компактной продуктовой схемы перекристаллизацию совмещают с основными и последующими дополнительными кристаллизациями. Так, перекристаллизацию песка I продукта обычно совмещают с кристаллизацией 1-го рафинадного утфеля, для чего в соответствующую варку «вбрасывают» клеровку песка I продукта.

Перекристаллизацию песка II продукта совмещают с кристаллизацией 2-го рафинадного утфеля. Два последних продуктовых песка уже не могут быть очищены одной перекристаллизацией, для очистки их требуются две последовательные. Поэтому песок III продукта и песок последнего, IV продукта направляют не на рафинадные утфели, а соответственно в утфель I и II продукта. Приводимая схема резко упрощена.
На схеме рис. 180 с нуль-рафинадом движение продуктов показано несколько более подробно. Введение в утфели клеровок сахаров изменяет чистоту и цветность их и сказывается на ориентировочном расчете, приведенном выше.

Нам уже известно по опыту свеклосахарного производства, что количество последовательных кристаллизаций может быть уменьшено путем искусственного снижения чистоты утфелей за счет введения в них оттеков с более низкой чистотой. Это мероприятие нежелательно и в свеклосахарном производстве, тем менее желательно оно в производстве рафинадном, где качеству сахара уделяют особо большое внимание.
Далее существует указание о том, что присутствие несахаров в рафинадных продуктах при их варке и нагревании способствует разрушению сахара, Это ведет и к повышению потерь, и к потемнению маточных растворов. Следовательно, и с этой точки зрения желательно поддерживать в каждом из продуктов наиболее высокую возможную чистоту, избегать вбросов, снижающих эту чистоту. Однако вторые (белые) оттеки, возникающие при пробе-ливании сахара, обычно возвращают в исходный же утфель, имеющий несколько более высокую чистоту. Так как песок I продукта направляют на I рафинад, его показатели должны приближаться к показателям стандартного сахара-песка, т. е. он после фуговки и пробеливания должен иметь цветность около I ед. шт. и чистоту 99,75%. Показатели песков последующих кристаллизаций, естественно, снижаются. Так, II продуктовый утфель дает песок с цветностью 2 ед. шт. и чистоту 99%, III продуктовый утфель — чистоту 94% и цветность 10—15 ед. шт.
По мере снижения чистоты продуктовых утфелей скорость их кристаллизации уменьшается и длительность варки возрастает. Становится целесообразным продлить замедлившуюся кристаллизацию в мешалках-кристаллизаторах. Время уваривания в вакуум-аппаратах I продуктового утфеля составляет 2,2—2,5 ч.
Спущенный утфель можно кристаллизовать дополнительно в мешалках в течение 8 ч, охлаждая его до 55—60° С. Длительность уваривания II продуктового утфеля около 3 ч. Кристаллизация в мешалках длится 12—16 ч при охлаждении до 50—55° С. Уваривание III продуктового утфеля длится 6—8 ч, кристаллизация в мешалках—более 2 суток, охлаждение доводят до 45—50° С.
Последний продуктовый утфель, если он низкой чистоты, иногда уваривают не на кристалл, а на волос: проводится кристаллизация в мешалках-кристаллизаторах 4—5 суток и охлаждение до 40—45° С.
Вследствие нарастания вязкости оттеков снижающейся чистоты и связанного с этим нарастания вязкости соответствующих утфелей имеется тенденция к снижению СВ указанных утфелей. Так, если рафинадные утфели спускают с СВ 92, утфели I и II продукта с СВ 91,5—92, то СВ утфеля III продукта 91—91,5, а СВ IV продукта — 89.
Кроме того, продуктовые утфели раскачивают в мешалках-кристаллизаторах, для чего применяют воду либо оттек того же утфеля. Концентрацию утфелей доводят раскачкой до 90%. Так же, как в свеклосахарном производстве и из тех же соображений, оттек, направляемый на раскачку, должен \'иметь температуру, на 3—5° превышающую температуру утфеля, и должен быть свободен от муки.
Для улучшения качества рафинадной мелассы, направляемой потребителям, часто ее подвергают очистке. Предварительно ее разбавляют до 40% СВ горячей водой или последними порциями продуктовых промоев, затем фильтруют через костяную крупку. Для устойчивости рафинадной мелассы и для большего удобства транспортирования ее сгущают в вакуум-аппарате до СВ 78—82%.
Кристаллизационные схемы свеклосахарных заводов с рафинадными цехами заключаются в следующем. Рафинадный цех получает песок из-под центрифуг свеклосахарного завода. В данном случае не нужно сушить песок и не нужно его взвешивать. Песок клеруют и очищают. Варят последовательно 1-й и 2-й рафинадный утфель. Первый оттек 2-го рафинадного утфеля направляют в густой сироп свеклосахарного завода, где осуществляют обычные три кристаллизации. Существует предложение осуществлять в рафинадном цехе три рафинадные кристаллизации (по И.Ф. Зеликману): нулевой, первый и второй рафинады. Есть предложение проводить в рафинадном цехе две рафинадные кристаллизации и варку утфеля I продукта. В обоих вариантах трехкристаллизационных схем рафинадного цеха оттек, выводимый из цеха, должен иметь чистоту, приближающуюся к чистоте густого сиропа. Как уже ранее указывалось, на заводах с рафинадным цехом не получается рафинадная меласса, но соответственно немного возрастает выход свеклосахарной мелассы и несколько меняется ее состав.