Производство литого сахара-рафинада
25-04-2017, 20:12
Еще лет 10 назад литой рафинад был основным сортом в нашей стране. В настоящее время он вырабатывается лишь на одном заводе, который тоже предполагают в ближайшем будущем переключить на производство прессованного рафинада. Причин такого радикального прогрессивного изменения в технике рафинадного производства по крайней мере две:
- производство литого рафинада весьма громоздко, характеризуется низкой производительностью и в то же время очень тяжелыми условиями труда;
- потребительский спрос на особо медленно тающий кусковой рафинад повышенной прочности снизился.
Раньше было довольно широко распространено чаепитие «вприкуску», для которого как раз и был наиболее пригоден литой рафинад. В условиях полного обеспечения нашей страны сахаром такое применение рафинада резко сократилось. Чай и кофе пьют за немногими исключениями сладкими. При этом медленное растворение кускового рафинада или крупнокристаллического рафинированного песка становится определенно нежелательным.
Производство литого рафинада, хотя и громоздко, но весьма просто и при некоторых упрощениях схемы может быть осуществлено в самых примитивных и кустарных условиях. Исторически литой рафинад был первой товарной формой сахара. Производство литого и именно головного рафинада было налажено в южных европейских странах (Испания, Италия) уже в глубоком средневековье (XIV в.).
Основной технологический процесс производства головного литого рафинада состоит в том, что порцию утфеля заливают в головную форму и в неподвижном состоянии дают ей застыть. Более подробно схема производства головного рафинада такова. Рафинадный утфель уваривают до содержания в нем сухих веществ (СВ) около 93,0% и спускают из вакуум-аппарата при высокой температуре (95—98° С) в формы, изготовленные из листовой стали с последующей оцинковкой.
Наиболее распространенная головная форма изображена на рис. 194. Утфелю дают остыть до сравнительно высокой температуры — немного выше 40° С. Сахар, растворенный в воде утфеля, при этом выкристаллизовывается, сближает уже имевшиеся кристаллы, уплотняет их. Затем утфель пробеливают клерсом, который медленно стекает под действием только своей тяжести через отверстие внизу формы, которое в это время открывают. Эта длительная операция проводится в «светлых сушках», где для создания нужных условий пробеливания поддерживается температура около 40° С.
Жара, воздух, близкий к состоянию насыщения водяными парами, делают работу на «светлых сушках» исключительно тяжелой. После окончания пробеливания в рафинадной голове оставляют немного клерса, так что он заполняет лишь четвертую часть ее. Затем голову рафинада переворачивают раструбом книзу, чтобы оставшийся клере в ней равномерно распределился. При этом головная форма оказывается заполненной своеобразной уплотненной массой, в какой-то мере сходной с рафинадной кашкой, полученной прессовым методом. Затем следует высушивание, при котором сахар, выделяющийся из пленки клерса, размещенной между кристаллами, цементирует кристаллы и придает рафинадной голове большую крепость.
Рафинадную голову колют на куски неправильной формы размером около 40 мм и получают «колотый» рафинад. Можно рафинадную голову сначала распилить круглой пилой, а затем расколоть на кусочки правильной формы, аналогичные выпускаемым кусочкам прессованного рафинада. Такой рафинад называют «пиленым». Затраты на его производство самые большие, так как при распиливании и последующей колке получалось большое количество отходов, которые должны быть повторно переработаны. По этой причине, а также вследствие недостатков, присущих выработке головного рафинада вообще, наша промышленность сняла с производства пиленый головной рафинад.
Существует много методов, модернизирующих производство литого рафинада. Уже давно для пробеливания рафинадных голов были предложены центрифуги особого устройства с нижним приводом. В центрифугу в горизонтальном положении радиально, несколько отступя от центральной оси, размещали формы с головным рафинадом. В центральную часть центрифуги помещали цилиндрический сосуд (клерсораспределитель) с дырочками против раструбов головных форм. Центробежная сила, которую создавала центрифуга, резко уменьшала длительность пробеливания и устраняла «светлые сушки» с их тяжелыми условиями труда.
Своеобразная форма (см. рис. 194) для головного рафинада была установлена много столетий назад и весьма пригодна для проведения «вольного» пробеливания, т. е. под действием одной только силы тяжести. Для разделывания рафинада на прямоугольные кусочки такая форма нецелесообразна, так как при колке образуется большое количество отходов (горбылей). Центрифугальное пробеливание вследствие гораздо более интенсивного отхода оттека можно успешно осуществлять, применяя и другие формы, геометрически правильные, типа параллелепипедов, и потому более подходящие для разделывания.
В рафинадном производстве находили применение такие формы трех различных конфигураций. В одной из них применялись формы в виде больших параллелепипедов размером около 300х150х150 мм. Вторая конфигурация применяется в так называемом методе Аданта, когда рафинад отливают в виде плоских плит 360х220х22 мм. Толщина плиты (22 мм) соответствует одному из ребер кусочков рафинада, которые намечено получать. При пробеливании рафинада плиты закладывают в центрифугу радиально в вертикальном положении. При третьем способе, называемом способом Дикса, рафинад отливают в виде брусков длиной 150 мм, сечением 24х24 мм. В этом случае уже два размера (24 и 24) соответствуют ребрам кусочков рафинада, на которые раскалывают брусок.
Понятно, что в трех описанных способах мы имеем упрощение операций разделки (распиливание, раскалывание) в возрастающей степени. Практика, однако, показала, что выигрыш здесь не столь велик; так, например, при перемещении брусков рафинада в сыром виде получается много лома и брака, да и вообще при оперировании с мелкими отливками приходится дополнительно затрачивать труд. Все описанные системы рафинадных центрифуг снабжены приспособлениями для механизации загрузки и выгрузки. Наиболее тщательно и полно механизирована работа на центрифугах Аданта. Литой рафинад, изготовленный по методу Аданта, находит некоторое применение за границей, в частности в Бельгии. Там считают, что кусочки Аданта наряду с прочим выгодно отличаются от прессованных кусочков и более привлекательным внешним видом, блеском сохранившихся нераздробленных кристалликов, сцементированных между собой.
Прессовый способ производства рафинада по сравнению с литым имеет следующие преимущества:
- производительность труда при изготовлении прессового рафинада значительно выше. При условии одинаковой расфасовки себестоимость переработки ниже;
- облегчаются условия труда вследствие большей механизации, снижения температуры и относительной влажности в цехах завода;
- создаются предпосылки для снижения потерь сахара вследствие ускоренных темпов работы, а также вследствие более низких температур, при которых проводятся технологические процессы;
- упрощается разделка и расфасовка рафинада.
Выше указывалось, что на рафинадном заводе основную массу несахаров вместе с сахаром, кристаллизацию которого они затрудняют, приходится выводить из производства в виде рафинадной мелассы. Несахара рафинадного производства в большей мере повышают растворимость сахара, они сильно повышают коэффициент насыщения, поэтому чистота рафинадной мелассы больше чистоты свеклосахарной. Сахар, содержащийся в рафинадной мелассе, является потерей для рафинадного производства. Эту потерю определяют достаточно точно по количеству выпускаемой мелассы и по концентрации сахара (сахарозы) в ней.
Потери сахара в мелассе по величине самые большие. Их можно снизить следующими приемами:
- уменьшать количество несахаров, которое вводят в рафинадное производство с сахаром-песком. Чем чище и лучше сахар-песок, поступающий на рафинадный завод, тем меньше несахаров он содержит. Нельзя допускать ухудшения качества песка при хранении его на складе, например, от увлажнения и попадания загрязнений;
- избегать введения примесей со свежей водой, используемой на технологические нужды;
- предотвращать образование несахара в самом заводе вследствие разложения сахарозы. Для этого следует выдерживать на всех этапах производства оптимальную реакцию. Предупреждать образование кислых продуктов, и своевременно нейтрализовать их. Работать с возможно меньшим верстатом (наполнением) завода. Убыстрять технологические процессы. Строго выдерживать заданные температуры, не допуская перегревов;
- следить за тем, чтобы на всех станциях завода было безукоризненно чисто. Своевременно проводить нужную дезинфекцию;
- стремиться удалять из завода несахара, уже попавшие в него. Для этого добиваться максимального эффекта очистки адсорбентами и ионитами.
К потерям, которые могут быть учтены, относится количество сахара, которое теряется для производства в адсорбентах и ионитах, направляемых на регенерацию, и в отбросных водах при их высолаживании.
Неучтенные потери возможны по разным причинам:
- химическим — в частности, из-за инверсии сахара в кислой среде;
- биологическим — вследствие жизнедеятельности микроорганизмов, например при застаивании промоев и других жидких растворов;
- механическим — попадание сахара в барометрическую воду вследствие перебросов, в результате образования и уноса сахарной пыли.
При тщательном обследовании и замерах механические потери могут быть учтены.
На отлично работающем рафинадном заводе о6ычны следующие потери (в %).
Общие же потери сахара могут составить 0,75% к массе перерабатываемого песка.
Расход пара на рафинадном заводе ориентировочно характеризуется следующими величинами: на технологические нужды в рафинадном заводе в основном применяют отработанный пар из турбин с давлением 4,5 ат.
Наибольшее количество пара расходуется на уваривание утфелей. Если принять процент рафинадных утфелей к массе сахара-песка равным 185%, а продуктовых — 30% и СВ сиропов — 72%, то можно подсчитать, что количество воды, которое приходится выпаривать в вакуум-аппаратах, составляет соответственно 55 и 15%), а в сумме — 70%. Приблизительно таково же и количество пара, расходуемого на вакуум-аппараты. Оно в значительной мере зависит от концентрации сиропов, которая в свою очередь зависит от того, какой адсорбент применяют на заводе: крупку, гранулированный уголь, активный уголь, иониты.
Значительное снижение концентрации сухих веществ (СВ) сиропов резко увеличивает расход пара. Так, при работе с ионитами количество воды, выпариваемой в вакуум-аппаратах, увеличивается как минимум до 95%. Играет роль также и кристаллизационная схема, от которой зависит общее количество утфелей, в особенности продуктовых. Ориентировочно расход нормального, т. е. с теплосодержанием 640 ккал (2679,5 кдж) на 1 кг, пара по заводу можно принять равным 125—150%) к массе выпускаемого рафинада, из них 70—95% — на уваривание утфелей; 12—15% — на высушивание рафинада; 12—15% — на нагрев при клеровании; 6—12% — на подогрев воды. Принимая семикратную испарительную способность нормального, т. е. с теплотворной способностью 7000 ккал (29307,6 кдж) на 1 кг, топлива, найдем его расход около 20% к массе рафинада.
Минимального расхода условного топлива (в 1965 г.) достиг рафинадный завод, не имеющий котельной и потребляющий пар от районной ТЭЦ. На другом заводе, работающем на газе, расход условного топлива составлял 17,3%.
Рафинадный завод расходует довольно большое количество воды. Ее источниками могут быть какая-либо река и даже море, а для чистой (питьевой) воды — артезианские колодцы и городской водопровод. Расход холодной воды достигает 2000%), причем основным потребителем ее являются конденсаторы, где расходуется около 1700%. Вода, подаваемая на конденсаторы, может быть речной и даже морской.
При наличии вакуум-сушилок на их конденсаторы расходуется несколько больше 100% воды. Немало холодной воды (также больше 1007о) расходуется на охлаждение вакуум-насосов. Примерно 15% расходуется на охлаждение мешалок-кристаллизаторов. Значительное количество горячей воды, зависящее от концентрации приготовляемых рафинадных сиропов, идет на клерование сахара-песка. Оно составляет не менее 40%. Чистой (питьевой) горячей водой обрабатывают адсорбенты при их регенерации. Для ионитов температура воды около 80°, для костеугольной крупки — около 95° С. Кизельгур при применении его в фильтрпрессах следует промывать чистой водой с температурой около 80° С, а в патронных фильтрах — с температурой около 95° С.
Удельная затрата труда на заводах в значительной мере зависит от ассортимента вырабатываемого рафинада и от расфасовки, в которой его выпускают. В 1965 г. на одном из заводов, выпускавшем кусковой рафинад, причем лишь одну треть в пачках, удельная затрата труда составляла 109 чел-дней на 1000 ц рафинада, а на одном из заводов, выпускавшем только рафинированный песок, — 64 чел-дня. На современном заводе кускового рафинада, выпускающем все 100% сахара в пачках, удельная затрата труда может быть ориентировочно принята равной 80 чел-дней на 1000 ц рафинада.
В себестоимости технической переработки рафинада (кроме сырья) заработная плата рабочих составляет 22,3%, топливо — 14.5%, тара и упаковочные материалы — 14,5%. На эти три статьи расхода приходится около 50% стоимости технической переработки (табл. 48).
- производство литого рафинада весьма громоздко, характеризуется низкой производительностью и в то же время очень тяжелыми условиями труда;
- потребительский спрос на особо медленно тающий кусковой рафинад повышенной прочности снизился.
Раньше было довольно широко распространено чаепитие «вприкуску», для которого как раз и был наиболее пригоден литой рафинад. В условиях полного обеспечения нашей страны сахаром такое применение рафинада резко сократилось. Чай и кофе пьют за немногими исключениями сладкими. При этом медленное растворение кускового рафинада или крупнокристаллического рафинированного песка становится определенно нежелательным.
Производство литого рафинада, хотя и громоздко, но весьма просто и при некоторых упрощениях схемы может быть осуществлено в самых примитивных и кустарных условиях. Исторически литой рафинад был первой товарной формой сахара. Производство литого и именно головного рафинада было налажено в южных европейских странах (Испания, Италия) уже в глубоком средневековье (XIV в.).
Основной технологический процесс производства головного литого рафинада состоит в том, что порцию утфеля заливают в головную форму и в неподвижном состоянии дают ей застыть. Более подробно схема производства головного рафинада такова. Рафинадный утфель уваривают до содержания в нем сухих веществ (СВ) около 93,0% и спускают из вакуум-аппарата при высокой температуре (95—98° С) в формы, изготовленные из листовой стали с последующей оцинковкой.
Наиболее распространенная головная форма изображена на рис. 194. Утфелю дают остыть до сравнительно высокой температуры — немного выше 40° С. Сахар, растворенный в воде утфеля, при этом выкристаллизовывается, сближает уже имевшиеся кристаллы, уплотняет их. Затем утфель пробеливают клерсом, который медленно стекает под действием только своей тяжести через отверстие внизу формы, которое в это время открывают. Эта длительная операция проводится в «светлых сушках», где для создания нужных условий пробеливания поддерживается температура около 40° С.
Жара, воздух, близкий к состоянию насыщения водяными парами, делают работу на «светлых сушках» исключительно тяжелой. После окончания пробеливания в рафинадной голове оставляют немного клерса, так что он заполняет лишь четвертую часть ее. Затем голову рафинада переворачивают раструбом книзу, чтобы оставшийся клере в ней равномерно распределился. При этом головная форма оказывается заполненной своеобразной уплотненной массой, в какой-то мере сходной с рафинадной кашкой, полученной прессовым методом. Затем следует высушивание, при котором сахар, выделяющийся из пленки клерса, размещенной между кристаллами, цементирует кристаллы и придает рафинадной голове большую крепость.
Рафинадную голову колют на куски неправильной формы размером около 40 мм и получают «колотый» рафинад. Можно рафинадную голову сначала распилить круглой пилой, а затем расколоть на кусочки правильной формы, аналогичные выпускаемым кусочкам прессованного рафинада. Такой рафинад называют «пиленым». Затраты на его производство самые большие, так как при распиливании и последующей колке получалось большое количество отходов, которые должны быть повторно переработаны. По этой причине, а также вследствие недостатков, присущих выработке головного рафинада вообще, наша промышленность сняла с производства пиленый головной рафинад.
Существует много методов, модернизирующих производство литого рафинада. Уже давно для пробеливания рафинадных голов были предложены центрифуги особого устройства с нижним приводом. В центрифугу в горизонтальном положении радиально, несколько отступя от центральной оси, размещали формы с головным рафинадом. В центральную часть центрифуги помещали цилиндрический сосуд (клерсораспределитель) с дырочками против раструбов головных форм. Центробежная сила, которую создавала центрифуга, резко уменьшала длительность пробеливания и устраняла «светлые сушки» с их тяжелыми условиями труда.
Своеобразная форма (см. рис. 194) для головного рафинада была установлена много столетий назад и весьма пригодна для проведения «вольного» пробеливания, т. е. под действием одной только силы тяжести. Для разделывания рафинада на прямоугольные кусочки такая форма нецелесообразна, так как при колке образуется большое количество отходов (горбылей). Центрифугальное пробеливание вследствие гораздо более интенсивного отхода оттека можно успешно осуществлять, применяя и другие формы, геометрически правильные, типа параллелепипедов, и потому более подходящие для разделывания.
В рафинадном производстве находили применение такие формы трех различных конфигураций. В одной из них применялись формы в виде больших параллелепипедов размером около 300х150х150 мм. Вторая конфигурация применяется в так называемом методе Аданта, когда рафинад отливают в виде плоских плит 360х220х22 мм. Толщина плиты (22 мм) соответствует одному из ребер кусочков рафинада, которые намечено получать. При пробеливании рафинада плиты закладывают в центрифугу радиально в вертикальном положении. При третьем способе, называемом способом Дикса, рафинад отливают в виде брусков длиной 150 мм, сечением 24х24 мм. В этом случае уже два размера (24 и 24) соответствуют ребрам кусочков рафинада, на которые раскалывают брусок.
Понятно, что в трех описанных способах мы имеем упрощение операций разделки (распиливание, раскалывание) в возрастающей степени. Практика, однако, показала, что выигрыш здесь не столь велик; так, например, при перемещении брусков рафинада в сыром виде получается много лома и брака, да и вообще при оперировании с мелкими отливками приходится дополнительно затрачивать труд. Все описанные системы рафинадных центрифуг снабжены приспособлениями для механизации загрузки и выгрузки. Наиболее тщательно и полно механизирована работа на центрифугах Аданта. Литой рафинад, изготовленный по методу Аданта, находит некоторое применение за границей, в частности в Бельгии. Там считают, что кусочки Аданта наряду с прочим выгодно отличаются от прессованных кусочков и более привлекательным внешним видом, блеском сохранившихся нераздробленных кристалликов, сцементированных между собой.
Прессовый способ производства рафинада по сравнению с литым имеет следующие преимущества:
- производительность труда при изготовлении прессового рафинада значительно выше. При условии одинаковой расфасовки себестоимость переработки ниже;
- облегчаются условия труда вследствие большей механизации, снижения температуры и относительной влажности в цехах завода;
- создаются предпосылки для снижения потерь сахара вследствие ускоренных темпов работы, а также вследствие более низких температур, при которых проводятся технологические процессы;
- упрощается разделка и расфасовка рафинада.
Выше указывалось, что на рафинадном заводе основную массу несахаров вместе с сахаром, кристаллизацию которого они затрудняют, приходится выводить из производства в виде рафинадной мелассы. Несахара рафинадного производства в большей мере повышают растворимость сахара, они сильно повышают коэффициент насыщения, поэтому чистота рафинадной мелассы больше чистоты свеклосахарной. Сахар, содержащийся в рафинадной мелассе, является потерей для рафинадного производства. Эту потерю определяют достаточно точно по количеству выпускаемой мелассы и по концентрации сахара (сахарозы) в ней.
Потери сахара в мелассе по величине самые большие. Их можно снизить следующими приемами:
- уменьшать количество несахаров, которое вводят в рафинадное производство с сахаром-песком. Чем чище и лучше сахар-песок, поступающий на рафинадный завод, тем меньше несахаров он содержит. Нельзя допускать ухудшения качества песка при хранении его на складе, например, от увлажнения и попадания загрязнений;
- избегать введения примесей со свежей водой, используемой на технологические нужды;
- предотвращать образование несахара в самом заводе вследствие разложения сахарозы. Для этого следует выдерживать на всех этапах производства оптимальную реакцию. Предупреждать образование кислых продуктов, и своевременно нейтрализовать их. Работать с возможно меньшим верстатом (наполнением) завода. Убыстрять технологические процессы. Строго выдерживать заданные температуры, не допуская перегревов;
- следить за тем, чтобы на всех станциях завода было безукоризненно чисто. Своевременно проводить нужную дезинфекцию;
- стремиться удалять из завода несахара, уже попавшие в него. Для этого добиваться максимального эффекта очистки адсорбентами и ионитами.
К потерям, которые могут быть учтены, относится количество сахара, которое теряется для производства в адсорбентах и ионитах, направляемых на регенерацию, и в отбросных водах при их высолаживании.
Неучтенные потери возможны по разным причинам:
- химическим — в частности, из-за инверсии сахара в кислой среде;
- биологическим — вследствие жизнедеятельности микроорганизмов, например при застаивании промоев и других жидких растворов;
- механическим — попадание сахара в барометрическую воду вследствие перебросов, в результате образования и уноса сахарной пыли.
При тщательном обследовании и замерах механические потери могут быть учтены.
На отлично работающем рафинадном заводе о6ычны следующие потери (в %).
Общие же потери сахара могут составить 0,75% к массе перерабатываемого песка.
Расход пара на рафинадном заводе ориентировочно характеризуется следующими величинами: на технологические нужды в рафинадном заводе в основном применяют отработанный пар из турбин с давлением 4,5 ат.
Наибольшее количество пара расходуется на уваривание утфелей. Если принять процент рафинадных утфелей к массе сахара-песка равным 185%, а продуктовых — 30% и СВ сиропов — 72%, то можно подсчитать, что количество воды, которое приходится выпаривать в вакуум-аппаратах, составляет соответственно 55 и 15%), а в сумме — 70%. Приблизительно таково же и количество пара, расходуемого на вакуум-аппараты. Оно в значительной мере зависит от концентрации сиропов, которая в свою очередь зависит от того, какой адсорбент применяют на заводе: крупку, гранулированный уголь, активный уголь, иониты.
Значительное снижение концентрации сухих веществ (СВ) сиропов резко увеличивает расход пара. Так, при работе с ионитами количество воды, выпариваемой в вакуум-аппаратах, увеличивается как минимум до 95%. Играет роль также и кристаллизационная схема, от которой зависит общее количество утфелей, в особенности продуктовых. Ориентировочно расход нормального, т. е. с теплосодержанием 640 ккал (2679,5 кдж) на 1 кг, пара по заводу можно принять равным 125—150%) к массе выпускаемого рафинада, из них 70—95% — на уваривание утфелей; 12—15% — на высушивание рафинада; 12—15% — на нагрев при клеровании; 6—12% — на подогрев воды. Принимая семикратную испарительную способность нормального, т. е. с теплотворной способностью 7000 ккал (29307,6 кдж) на 1 кг, топлива, найдем его расход около 20% к массе рафинада.
Минимального расхода условного топлива (в 1965 г.) достиг рафинадный завод, не имеющий котельной и потребляющий пар от районной ТЭЦ. На другом заводе, работающем на газе, расход условного топлива составлял 17,3%.
Рафинадный завод расходует довольно большое количество воды. Ее источниками могут быть какая-либо река и даже море, а для чистой (питьевой) воды — артезианские колодцы и городской водопровод. Расход холодной воды достигает 2000%), причем основным потребителем ее являются конденсаторы, где расходуется около 1700%. Вода, подаваемая на конденсаторы, может быть речной и даже морской.
При наличии вакуум-сушилок на их конденсаторы расходуется несколько больше 100% воды. Немало холодной воды (также больше 1007о) расходуется на охлаждение вакуум-насосов. Примерно 15% расходуется на охлаждение мешалок-кристаллизаторов. Значительное количество горячей воды, зависящее от концентрации приготовляемых рафинадных сиропов, идет на клерование сахара-песка. Оно составляет не менее 40%. Чистой (питьевой) горячей водой обрабатывают адсорбенты при их регенерации. Для ионитов температура воды около 80°, для костеугольной крупки — около 95° С. Кизельгур при применении его в фильтрпрессах следует промывать чистой водой с температурой около 80° С, а в патронных фильтрах — с температурой около 95° С.
Удельная затрата труда на заводах в значительной мере зависит от ассортимента вырабатываемого рафинада и от расфасовки, в которой его выпускают. В 1965 г. на одном из заводов, выпускавшем кусковой рафинад, причем лишь одну треть в пачках, удельная затрата труда составляла 109 чел-дней на 1000 ц рафинада, а на одном из заводов, выпускавшем только рафинированный песок, — 64 чел-дня. На современном заводе кускового рафинада, выпускающем все 100% сахара в пачках, удельная затрата труда может быть ориентировочно принята равной 80 чел-дней на 1000 ц рафинада.
В себестоимости технической переработки рафинада (кроме сырья) заработная плата рабочих составляет 22,3%, топливо — 14.5%, тара и упаковочные материалы — 14,5%. На эти три статьи расхода приходится около 50% стоимости технической переработки (табл. 48).
