Общие принципы переработки сахара-сырца
25-04-2017, 20:14
В последнее время наши сахарные заводы перерабатывают ежегодно миллионы тонн кубинского сахара-сырца.
Для упрощения производства и последующих перевозок тростниковосахарные заводы выпускают сахар-сырец, не пробеливая его. Сахар-сырец состоит из отдельных кристаллов, покрытых пленкой маточного раствора. В пленке сконцентрировано основное количество несахаров сырца, и лишь незначительное количество их включено в кристалл.
Тростниковый сахар-сырец обладает рядом специфических особенностей. Редуцирующих веществ (в частности, глюкозы) в несахарах тростниковосахарного производства содержится больше, чем в несахарах свеклосахарного производства. Редуцирующие вещества тростниковосахарного производства резко отличаются от редуцирующих веществ обычной рафинадной мелассы. Они подобно инвертному сахару снижают растворимость сахарозы. Вследствие такой особенности несахаров чистота тростниковосахарной мелассы составляет около 40%, т. е. она меньше по сравнению с чистотой меласс других сахарных производств. Рафинадная же меласса, также содержащая много редуцирующих веществ, имеет самую высокую для меласс чистоту — 65—70%.
Тростниковосахарные заводы выпускают сырец, смешивая сахар I и II кристаллизации. Поэтому чистота пленки значительно превышает чистоту тростниковой мелассы и составляет около 60%.
Состав кубинского сахара-сырца в процентах ориентировочно следующий:
Чистота этого сахара-сырца 98,1%, но бывает сырец и более низкого качества — с чистотой 96%.
Непосредственно найденная поляризация несколько меньше действительного содержания сахарозы. В рассматриваемом примере поляризацию можно принять равной 97,1%). Цветность сахара-сырца обычно около 40 ед. шт.
В сахаре-сырце содержится значительное количество влаги. Однако установлено, что для хранения сахара-сырца решающим является не столько содержание влаги, сколько ее количественное отношение к несахарам, которое называют коэффициентом безопасности К:
Коэффициент К не должен превышать 0,33.
При хранении сахара-сырца следует избегать его подсушивания, которое наступает, когда относительная влажность воздуха склада ниже 60—70%. При подсушивании сахар-сырец образует комки (комкуется).
Тростниковый сахар-сырец у нас перерабатывают на рафинад (кусковой и рафинированный песок) либо на стандартный песок. Рафинад должен быть практически бесцветным, допускается цветность лишь в несколько сотых единицы Штаммера. Для стандартного же песка допускается цветность до 1 ед. шт. Чтобы удовлетворить этим требованиям, утфель в первом случае может быть лишь очень слабоокрашенным, иметь цветность около 2 ед. шт. В случае же производства стандартного песка цветность исходного утфеля может быть в десятки раз большая, а именно 20—30 ед. щт.
Понятно, что технологические схемы для переработки сахара-сырца на рафинад резко отличаются от схем переработки его па стандартный сахар-песок.
Однако при всем различии между схемами переработка сахара-сырца в обоих случаях имеет и некоторые общие черты.
В частности, на наших заводах, перерабатывающих сахар-сырец, как правило, применяют гораздо более жесткую дефекацию и сатурацию, чем это принято на зарубежных заводах, перерабатывающих тростниковый сахар-сырец.
Для обоснования методов очистки сахара-сырца дефекацией и сатурацией можно исходить из двух резко отличающихся точек зрения.
Согласно первой из них, по-видимому, более правильной и широко принятой за рубежом, важно сохранить редуцирующие вещества, содержащиеся в сырце, провести их через все технологические процессы и вывести неизменными с мелассой. Чистота мелассы должна быть близка к 40%.
Дефеко-сатурация в этом случае может выполняться синхронно, т. е. известь и сатурационный газ вводят одновременно. Высокая щелочность полностью исключается. Реакцию растворов поддерживают в пределах 8—8,5 pH. Расход извести невелик — до 0,3% к массе сырца.
Согласно второй точке зрения энергичным воздействием извести на несахара на дефекации нужно по возможности разрушить редуцирующие вещества. Полученные продукты лучше адсорбируются на сатурации, чем исходные редуцирующие вещества, и вследствие этого достигается лучший эффект очистки и обесцвечивания. Разложение редуцирующих веществ при очистке уменьшает опасность дальнейшего повышения цветности сиропов под воздействием повышенной температуры.
Углубленная дефекация и сатурация не только разлагают несахара но и уменьшают общее количество их, выводя с фильтрационным осадком, и можно предположить, что вследствие этого количество мелассы несколько снижается.
Разложение и изменение редуцирующих веществ на дефекации и сатурации имеет и отрицательное значение. Вследствие этих процессов несахара меласс наших заводов, перерабатывающих сахар-сырец, значительно отличаются от несахаров тростниковосахарных заводов, богатых редуцирующими веществами. Можно предполагать, что именно поэтому коэффициент насыщения сырцовых меласс отличается от коэффициента насыщения меласс тростниковосахарного производства.
На рис. 195 показано, что с повышением в сахарных растворах сырцового производства концентрации несахаров, т. е. с повышением отношения несахаров к воде, коэффициент насыщения Кн для сахара остается приблизительно постоянным и равным около 0,9. Для тростниковосахарных же заводов при сохранившихся редуцирующих веществах коэффициент насыщения снижается даже до 0,7. Поэтому на наших заводах, перерабатывающих сахар-сырец, не достигают чистоты мелассы ниже 50%, в то время как по аналогии можно было ожидать чистоты 40%.
Указанное явление создает предпосылку для увеличения потерь сахара в мелассе. Кроме того, углубленная дефекация и сатурация, уменьшая содержание редуцирующих веществ, уменьшают количество сбраживаемых веществ, что может означать некоторое уменьшение выхода при переработке меласс на спирт.
Известно, что очистка при помощи дефекации и сатурации дает лучший эффект при более жидких растворах. Кроме того, отфильтровать такие растворы легче. Однако из обработанных растворов приходится выпаривать больше воды. Кроме вакуум-аппаратов, приходится включать выпарные аппараты (выпарку). Работа с выпаркой имеет весьма существенные недостатки: при выпаривании наблюдается потемнение соков, которое делает работу с разбавленными растворами весьма нежелательной. Что касается количества извести на дефекацию и сатурацию, то установлено, что наиболее резкое уменьшение цветности наблюдается для раствора сахара-сырца при добавлении СаО в количестве до 2,5%. При обработке раствора аффинированного сырца, т. е. сахара-аффинада, слабое нарастание обесцвечивания наблюдается уже при добавлении СаО в количестве, превышающем 1,2%. Раствор сырца с содержанием 50% сухих веществ (СВ) был подвергнут дефекации и сатурации при температуре 75° С. Исходная цветность раствора была равна 46,3 ед. Шт. в пересчете на сухое вещество. При добавлении 3% извести цветность раствора составляла 25,6, т. е. эффект обесцвечивания 45%. При тех же условиях обработки раствора аффинада с цветностью 19,2 была достигнута цветность 11,5, т. е. эффект обесцвечивания 40%. Однако количество красящих веществ, которое удаляется при дефекации и сатурации растворов сахара-сырца, значительно (примерно в 3 раза) превышает количество их, удаляемое при дефекации и сатурации растворов аффинада. Так, в первом случае цветность растворов снизилась на 46,3—25,6 = 20,7 ед. шт., во втором — 19,2—12,5 = 6,7 ед. шт.
Сопоставление разных температур (75 и 55) дефекации и сатурации не позволило установить разницу в достигаемых результатах очистки.
Большинство заводов наряду с дефекацией и сатурацией при расходе извести около 2,5% к массе сахара-сырца применяет еще сульфитацию смеси сырцовой клеровки с песками последующих кристаллизаций, достигая, таким образом, эффекта обесцвечивания 12—18%.
Переработку сахара-сырца следует начинать с той операции, которую не проводят на тростниковосахарном заводе, т. е. с дальнейшего удаления пленки па кристаллах. Загрузить сахар-сырец в центрифуги и подвергнуть его пробеливанию очень трудно и сложно. Чтобы удалить пленку, обычно применяют аффинацию. Для этого сахар-сырец в мешалке, которую называют аффинационной, перемешивают с каким-либо сахарным раствором. Чистота этого раствора должна превышать чистоту пленки. Концентрация аффинирующего раствора должна быть по возможности ближе к концентрации насыщения, чтобы избежать нежелательного растворения аффинируемых кристаллов. Получается искусственный аффинационный утфель. Его тщательно перемешивают, а затем фугуют. Обычно в центрифугах кристаллы пробеливают и получают, таким образом, два аффинационных оттека: первый менее, а второй более чистый.
2-й аффинационный оттек может быть (но необязательно) возвращен на аффинируемый же утфель. Здесь он снизит свою чистоту и при последующей фуговке будет отделен в виде первого аффинационного оттека.
Задачей аффинации является улучшение чистоты и цветности утфелей, из которых получают товарный сахар, в частности рафинад. Поэтому первый, сильно окрашенный аффинационный оттек, минуя рафинадные утфели, направляют на какой-либо продуктовый утфель. Сильно окрашенный оттек может повысить цветность этого утфеля и цветность песка, полученного из него. В связи с этим, казалось бы, следует аффинационный оттек направлять на самый последний утфель, из которого уже удаляют мелассу, чтобы получаемый песок мог быть подвергнут максимальному количеству перекристаллизаций.
Однако аффинационный оттек, хотя и сильно окрашен, но содержит еще много сахара, имеет высокую чистоту. Если его подвергнуть лишь одной кристаллизации, то он недостаточно истощится. Поэтому вопрос о том, на какой утфель следует направить аффинационный оттек, решают в разных схемах по-разному.
Как и при аффинации песка последней кристаллизации на свеклосахарном заводе, и в данном случае нужно осуществлять оптимальное соотношение между количеством аффинирующего раствора (35—45 частей) и аффинируемого сырца (65—55 частей). Концентрация сухих веществ (СВ) аффинирующего раствора в зависимости от его чистоты и выдерживаемой температуры равна 65—75%. Указанные величины обусловливают и оптимальное содержание сухих веществ (СВ) в аффинационном утфеле 89—91%, т. е. оно несколько выше, чем в аффинационных утфелях свеклосахарных заводов.
Температура аффинационного утфеля ориентировочно равна 35—45° С, для чего температура аффинирующего раствора должна быть 75—80° С.
Длительность перемешивания в аффинационной мешалке 15—20 мин.
При перемешивании аффинационного утфеля в нем наряду с простым механическим смешиванием аффинирующего раствора с пленкой на кристалле вода из не очень концентрированного аффинирующего раствора диффундирует в пленку, а несахар пленки диффундирует в противоположном направлении. Состав пленки улучшается, концентрация ее уменьшается, что в значительной мере снижает вязкость пленки. Таким образом, к последующей фуговке пленка на кристаллах сахара-сырца оказывается замененной на более чистую и более тонкую (вследствие меньшей вязкости).
Выше указывалось, что сахар-сырец можно переработать либо на сахар-рафинад, либо на стандартный сахар-песок. В России основную массу рафинада получали и получают, как правило, из свекловичного сахара-песка.
Для упрощения производства и последующих перевозок тростниковосахарные заводы выпускают сахар-сырец, не пробеливая его. Сахар-сырец состоит из отдельных кристаллов, покрытых пленкой маточного раствора. В пленке сконцентрировано основное количество несахаров сырца, и лишь незначительное количество их включено в кристалл.
Тростниковый сахар-сырец обладает рядом специфических особенностей. Редуцирующих веществ (в частности, глюкозы) в несахарах тростниковосахарного производства содержится больше, чем в несахарах свеклосахарного производства. Редуцирующие вещества тростниковосахарного производства резко отличаются от редуцирующих веществ обычной рафинадной мелассы. Они подобно инвертному сахару снижают растворимость сахарозы. Вследствие такой особенности несахаров чистота тростниковосахарной мелассы составляет около 40%, т. е. она меньше по сравнению с чистотой меласс других сахарных производств. Рафинадная же меласса, также содержащая много редуцирующих веществ, имеет самую высокую для меласс чистоту — 65—70%.
Тростниковосахарные заводы выпускают сырец, смешивая сахар I и II кристаллизации. Поэтому чистота пленки значительно превышает чистоту тростниковой мелассы и составляет около 60%.
Состав кубинского сахара-сырца в процентах ориентировочно следующий:
Чистота этого сахара-сырца 98,1%, но бывает сырец и более низкого качества — с чистотой 96%.
Непосредственно найденная поляризация несколько меньше действительного содержания сахарозы. В рассматриваемом примере поляризацию можно принять равной 97,1%). Цветность сахара-сырца обычно около 40 ед. шт.
В сахаре-сырце содержится значительное количество влаги. Однако установлено, что для хранения сахара-сырца решающим является не столько содержание влаги, сколько ее количественное отношение к несахарам, которое называют коэффициентом безопасности К:
Коэффициент К не должен превышать 0,33.
При хранении сахара-сырца следует избегать его подсушивания, которое наступает, когда относительная влажность воздуха склада ниже 60—70%. При подсушивании сахар-сырец образует комки (комкуется).
Тростниковый сахар-сырец у нас перерабатывают на рафинад (кусковой и рафинированный песок) либо на стандартный песок. Рафинад должен быть практически бесцветным, допускается цветность лишь в несколько сотых единицы Штаммера. Для стандартного же песка допускается цветность до 1 ед. шт. Чтобы удовлетворить этим требованиям, утфель в первом случае может быть лишь очень слабоокрашенным, иметь цветность около 2 ед. шт. В случае же производства стандартного песка цветность исходного утфеля может быть в десятки раз большая, а именно 20—30 ед. щт.
Понятно, что технологические схемы для переработки сахара-сырца на рафинад резко отличаются от схем переработки его па стандартный сахар-песок.
Однако при всем различии между схемами переработка сахара-сырца в обоих случаях имеет и некоторые общие черты.
В частности, на наших заводах, перерабатывающих сахар-сырец, как правило, применяют гораздо более жесткую дефекацию и сатурацию, чем это принято на зарубежных заводах, перерабатывающих тростниковый сахар-сырец.
Для обоснования методов очистки сахара-сырца дефекацией и сатурацией можно исходить из двух резко отличающихся точек зрения.
Согласно первой из них, по-видимому, более правильной и широко принятой за рубежом, важно сохранить редуцирующие вещества, содержащиеся в сырце, провести их через все технологические процессы и вывести неизменными с мелассой. Чистота мелассы должна быть близка к 40%.
Дефеко-сатурация в этом случае может выполняться синхронно, т. е. известь и сатурационный газ вводят одновременно. Высокая щелочность полностью исключается. Реакцию растворов поддерживают в пределах 8—8,5 pH. Расход извести невелик — до 0,3% к массе сырца.
Согласно второй точке зрения энергичным воздействием извести на несахара на дефекации нужно по возможности разрушить редуцирующие вещества. Полученные продукты лучше адсорбируются на сатурации, чем исходные редуцирующие вещества, и вследствие этого достигается лучший эффект очистки и обесцвечивания. Разложение редуцирующих веществ при очистке уменьшает опасность дальнейшего повышения цветности сиропов под воздействием повышенной температуры.
Углубленная дефекация и сатурация не только разлагают несахара но и уменьшают общее количество их, выводя с фильтрационным осадком, и можно предположить, что вследствие этого количество мелассы несколько снижается.
Разложение и изменение редуцирующих веществ на дефекации и сатурации имеет и отрицательное значение. Вследствие этих процессов несахара меласс наших заводов, перерабатывающих сахар-сырец, значительно отличаются от несахаров тростниковосахарных заводов, богатых редуцирующими веществами. Можно предполагать, что именно поэтому коэффициент насыщения сырцовых меласс отличается от коэффициента насыщения меласс тростниковосахарного производства.
На рис. 195 показано, что с повышением в сахарных растворах сырцового производства концентрации несахаров, т. е. с повышением отношения несахаров к воде, коэффициент насыщения Кн для сахара остается приблизительно постоянным и равным около 0,9. Для тростниковосахарных же заводов при сохранившихся редуцирующих веществах коэффициент насыщения снижается даже до 0,7. Поэтому на наших заводах, перерабатывающих сахар-сырец, не достигают чистоты мелассы ниже 50%, в то время как по аналогии можно было ожидать чистоты 40%.
Указанное явление создает предпосылку для увеличения потерь сахара в мелассе. Кроме того, углубленная дефекация и сатурация, уменьшая содержание редуцирующих веществ, уменьшают количество сбраживаемых веществ, что может означать некоторое уменьшение выхода при переработке меласс на спирт.
Известно, что очистка при помощи дефекации и сатурации дает лучший эффект при более жидких растворах. Кроме того, отфильтровать такие растворы легче. Однако из обработанных растворов приходится выпаривать больше воды. Кроме вакуум-аппаратов, приходится включать выпарные аппараты (выпарку). Работа с выпаркой имеет весьма существенные недостатки: при выпаривании наблюдается потемнение соков, которое делает работу с разбавленными растворами весьма нежелательной. Что касается количества извести на дефекацию и сатурацию, то установлено, что наиболее резкое уменьшение цветности наблюдается для раствора сахара-сырца при добавлении СаО в количестве до 2,5%. При обработке раствора аффинированного сырца, т. е. сахара-аффинада, слабое нарастание обесцвечивания наблюдается уже при добавлении СаО в количестве, превышающем 1,2%. Раствор сырца с содержанием 50% сухих веществ (СВ) был подвергнут дефекации и сатурации при температуре 75° С. Исходная цветность раствора была равна 46,3 ед. Шт. в пересчете на сухое вещество. При добавлении 3% извести цветность раствора составляла 25,6, т. е. эффект обесцвечивания 45%. При тех же условиях обработки раствора аффинада с цветностью 19,2 была достигнута цветность 11,5, т. е. эффект обесцвечивания 40%. Однако количество красящих веществ, которое удаляется при дефекации и сатурации растворов сахара-сырца, значительно (примерно в 3 раза) превышает количество их, удаляемое при дефекации и сатурации растворов аффинада. Так, в первом случае цветность растворов снизилась на 46,3—25,6 = 20,7 ед. шт., во втором — 19,2—12,5 = 6,7 ед. шт.
Сопоставление разных температур (75 и 55) дефекации и сатурации не позволило установить разницу в достигаемых результатах очистки.
Большинство заводов наряду с дефекацией и сатурацией при расходе извести около 2,5% к массе сахара-сырца применяет еще сульфитацию смеси сырцовой клеровки с песками последующих кристаллизаций, достигая, таким образом, эффекта обесцвечивания 12—18%.
Переработку сахара-сырца следует начинать с той операции, которую не проводят на тростниковосахарном заводе, т. е. с дальнейшего удаления пленки па кристаллах. Загрузить сахар-сырец в центрифуги и подвергнуть его пробеливанию очень трудно и сложно. Чтобы удалить пленку, обычно применяют аффинацию. Для этого сахар-сырец в мешалке, которую называют аффинационной, перемешивают с каким-либо сахарным раствором. Чистота этого раствора должна превышать чистоту пленки. Концентрация аффинирующего раствора должна быть по возможности ближе к концентрации насыщения, чтобы избежать нежелательного растворения аффинируемых кристаллов. Получается искусственный аффинационный утфель. Его тщательно перемешивают, а затем фугуют. Обычно в центрифугах кристаллы пробеливают и получают, таким образом, два аффинационных оттека: первый менее, а второй более чистый.
2-й аффинационный оттек может быть (но необязательно) возвращен на аффинируемый же утфель. Здесь он снизит свою чистоту и при последующей фуговке будет отделен в виде первого аффинационного оттека.
Задачей аффинации является улучшение чистоты и цветности утфелей, из которых получают товарный сахар, в частности рафинад. Поэтому первый, сильно окрашенный аффинационный оттек, минуя рафинадные утфели, направляют на какой-либо продуктовый утфель. Сильно окрашенный оттек может повысить цветность этого утфеля и цветность песка, полученного из него. В связи с этим, казалось бы, следует аффинационный оттек направлять на самый последний утфель, из которого уже удаляют мелассу, чтобы получаемый песок мог быть подвергнут максимальному количеству перекристаллизаций.
Однако аффинационный оттек, хотя и сильно окрашен, но содержит еще много сахара, имеет высокую чистоту. Если его подвергнуть лишь одной кристаллизации, то он недостаточно истощится. Поэтому вопрос о том, на какой утфель следует направить аффинационный оттек, решают в разных схемах по-разному.
Как и при аффинации песка последней кристаллизации на свеклосахарном заводе, и в данном случае нужно осуществлять оптимальное соотношение между количеством аффинирующего раствора (35—45 частей) и аффинируемого сырца (65—55 частей). Концентрация сухих веществ (СВ) аффинирующего раствора в зависимости от его чистоты и выдерживаемой температуры равна 65—75%. Указанные величины обусловливают и оптимальное содержание сухих веществ (СВ) в аффинационном утфеле 89—91%, т. е. оно несколько выше, чем в аффинационных утфелях свеклосахарных заводов.
Температура аффинационного утфеля ориентировочно равна 35—45° С, для чего температура аффинирующего раствора должна быть 75—80° С.
Длительность перемешивания в аффинационной мешалке 15—20 мин.
При перемешивании аффинационного утфеля в нем наряду с простым механическим смешиванием аффинирующего раствора с пленкой на кристалле вода из не очень концентрированного аффинирующего раствора диффундирует в пленку, а несахар пленки диффундирует в противоположном направлении. Состав пленки улучшается, концентрация ее уменьшается, что в значительной мере снижает вязкость пленки. Таким образом, к последующей фуговке пленка на кристаллах сахара-сырца оказывается замененной на более чистую и более тонкую (вследствие меньшей вязкости).
Выше указывалось, что сахар-сырец можно переработать либо на сахар-рафинад, либо на стандартный сахар-песок. В России основную массу рафинада получали и получают, как правило, из свекловичного сахара-песка.