Получение тростникового сахара-сырца
30-05-2017, 09:50
Сахарный тростник. В странах с тропическим и субтропическим климатом основным сырьем для получения сахара является сахарный тростник. В России сахарный тростник для промышленных целей не выращивается. Сахарный тростник — многолетнее растение из семейства Мятликовых, представляющее собой стебель диаметром 20—40 мм и высотой 2— 4 м, который, как и все злаки, состоит из отдельных суставов (междуузлий). Из узлов растут узкие длинные ярко-зеленые листья, которые в нижней части стебля по мере роста желтеют и опадают, а вверху образуют метелку. Снаружи стебель имеет защитный древесный слой, а внутри — губчатую белую ткань, насыщенную сахарным соком.
У созревшего тростника имеется 30—40 и более узлов, расстояние между которыми не везде одинаковое: ближе к корню междуузлия имеют длину до 15 см и больше, а к вершине длина сокращается до нескольких сантиметров. Из узлов растут почки (глазки). Если кусок верхней части с почкой (черенок) посадить в землю, то из почки развивается растение с несколькими стеблями.
Как многолетнее растение тростник, высаженный один раз, дает несколько урожаев. От одной посадки получают 3—4 урожая, затем у старых растений снижается сахаристость, их выкорчевывают и после подготовки почвы проводят новые посадки черенков. В ряде стран для повышения урожайности посадки тростника обновляют ежегодно.
Вегетация сахарного тростника в зависимости от сорта длится 12—24 мес (на Кубе—12, на Гавайских островах — 24). В недоспелом тростнике содержание сахарозы в верхней части стебля меньше, чем в нижней, а в переспелом, наоборот, нижняя часть стебля беднее сахаром. Сахарный тростник считают спелым, когда содержание сахарозы станет примерно одинаковым во всех междуузлиях стебля.
При уборке урожая стебель рубят так, чтобы внизу на черешке осталась почка, из которой снова вырастают стебли.
Урожайность сахарного тростника без орошения 40—50 т/га, при орошении до 90 т/га. Сахаристость стеблей в зависимости от сорта и почвенно-климатических условий составляет 12—17%.
Примерный средний состав компонентов сахарного тростника (в %) следующий:
К органическим несахарам сока относятся целлюлоза и гемицеллюлозы, инвертный сахар, пектиновые вещества, жиры, воски, азотсодержащие вещества (белки, аминокислоты и амиды кислот), органические кислоты. Нерастворимая часть тростника представлена в основном клетчаткой и гемицеллюлозами, пектиновых веществ мало. Содержание азотистых соединений в тростинке ниже, чем в сахарной свекле, и они находятся в ином соотношении.
Среди минеральных соединений преобладают соли калия, кремния, фосфора. Содержание солей кальция и магния незначительно.
Сахарный тростник рубят вручную длинными ножами (мачете) или срезают комбайнами, оставляя нижнюю почку неповрежденной.
Срубленный сахарный тростник должен быть переработан в течение 1 сут во избежание заметного распада сахарозы и инвертного сахара.
Из-за различия структуры и химического состава сахарного тростника и сахарной свеклы технология получения сока и очистка его отличаются от применяемой в свеклосахарной промышленности. Сгущение сока выпариванием и кристаллизация сахарозы отличаются мало.
По сложившимся условиям в большинстве стран, культивирующих сахарный тростник, производится не белый сахар, а сахар-сырец доброкачественностью 96—98%, который затем экспортируется в другие страны, где его подвергают рафинированию и реализуют.
Производство сахара-сырца из сахарного тростника (рис. 69), так же как и на свеклосахарном заводе, можно разделить на три этапа. В состав завода входят тростниковоперерабатывающее, сокоочистительное и продуктовое отделения.
Получение сока. Поступающий на сахарный завод тростник взвешивают, моют, освобождают от камней, песка и загружают в приемный бункер с горизонтальным транспортером в нижней части. Этим транспортером тростник подается на наклонный транспортер 23, который поднимает стебли к ножам-измельчителям 21 и дальше к дробилке и мельницам. Над наклонным транспортером расположен вращающийся пальчатый разравниватель 22, регулирующий высоту слоя поступающего тростника.
Ножи-измельчители, установленные на высоте около 100 мм над наклонным транспортером, вращаясь с частотой 400— 600 об/мин, разрезают стебли тростника на короткие части. Изрезанная масса подается в дробилку 20, состоящую из двух валков с зигзагообразной рифленой поверхностью, где измельчаются стебли и разрываются тканевые уплотнения. Затем тростниковая масса поступает на линию трехвалковых мельниц 19, расположенных последовательно одна за другой. Каждая мельница состоит из двух нижних валков, вращающихся по часовой стрелке, и одного подвижного верхнего, вращающегося против часовой стрелки, который гидравлическим устройством прижимается к нижним валкам и может перемещаться по вертикали. Валки также имеют зигзагообразную рельефную поверхность, облегчающую передвижение и отжим измельченной тростниковой массы. Под дробилкой и мельницами установлены сборники для сока. На дробилке и первой мельнице отжимается 60—70 % сока, остальной сок извлекается на других мельницах.
На тростниково-сахарном заводе устанавливают 1—2 дробилки и 3—7 мельниц, соединенных планочным транспортером. Такая поточная линия называется тандемом. На мельницах продолжается отжатие сока из тростника с ополаскиванием измельченной массы разбавленным соком и водой. Ополаскивание измельченной массы, называемое имбибицией, проводится следующим образом. На предпоследнюю мельницу для ополаскивания подается горячая аммиачная вода температурой около 60 °С. Полученный при этом разбавленный сок насосом направляется на первую мельницу, а остатки сока, отжатого на последней мельнице, подаются на вторую мельницу. Благодаря такой противоточной схеме обессахаривания в головной части тандема удается получить малоразбавленный сок, который по поддонам стекает в лоток с горизонтальным бронзовым ситом, задерживающим мелкие частицы стеблей тростника (багацилло). Прошедший через сито сок откачивается в сборник, а багацилло сгребается с сита скребковым траспортером и возвращается на первую мельницу. На имбибицию расходуется 15—30 % воды к массе тростника.
Из сахарного тростника извлекается 92—94 % сахарозы. Выход ее можно увеличить уменьшением зазора между верхним и нижним валками мельниц (что повышает усилие отжима), а также установкой большего числа мельниц и увеличением количества промывной воды на имбибицию. Но при повышении усилия отжима снижается доброкачественность сока, так как из тростника в сок переходит больше несахаров. Увеличение числа мельниц и промывной воды для производства нерентабельно.
Сок, полученный на тандеме, содержит 14—16% сухих веществ, имеет доброкачественность 80—86 % и pH 4,5—5,5. Выход его в зависимости от расхода воды составляет 100—115% к массе тростника.
Для лучшего извлечения сока из сахарного тростника на некоторых заводах после дробилок и первой мельницы устанавливают диффузионную установку непрерывного действия, а после нее еще одну мельницу. При этом расходуется значительно меньше электроэнергии и больше извлекается сахарозы (до 97%), чем на тандемах, но усложняется технологическая схема.
Выходящая из последней мельницы отжатая тростниковая масса, называемая багассой, содержит около 50 % сухих веществ, в основном целлюлозы, выход ее составляет 20—25 % к массе тростника. Багасса используется как топливо в котлах ТЭЦ, из нее вырабатывают бумагу, вискозу, фурфурол, воски, строительные материалы.
Очистка сока. Сырой сок после взвешивания на автоматических весах 1 обрабатывается в дефекаторе 2 около 10 мин небольшим количеством извести (0,1—0,2% к массе тростника). Во избежание местного перещелачивания и разрушения моносахаридов сок и известь интенсивно перемешиваются, pH при этом не превышает 9,5. После обработки известью сок нагревается в горизонтальных многоходовых трубчатых теплообменниках 3 до кипения и направляется в многоярусный гравитационный отстойник 4 для отстаивания в течение 3—4 ч. В присутствии достаточного количества извести белки и другие коллоидные вещества осаждаются вместе с некоторыми кислотами, образующими с известью нерастворимые соли.
Из отстойника отбираются отстоявшийся сок (декантат) и сгущенная суспензия, которая фильтруется на барабанном вакуум-фильтре 5. Перед фильтрованием к суспензии в качестве дренирующего материала добавляется багацилло. Слой осадка на сите промывается водой, промывные воды и сок отбирают вместе.
Фильтрационный осадок называется качассой, выход ее составляет около 3 % к массе переработанного тростника. Качасса используется в качестве удобрения на полях, из нее выделяют воски — ценное сырье для химической промышленности.
Тростниково-сахарные заводы обычно не имеют своих известково-газовых печей. Негашеную известь, упакованную в бумажные мешки, они покупают и из нее готовят известковое молоко.
Сгущение сока выпариванием и кристаллизация сахара.
Очищенный сок сгущается в четырехкорпусной выпарной установке 6 до плотности сиропа. Способ многократного выпаривания и тепловая схема завода мало отличаются от применяемых в свеклосахарной промышленности. Но для меньшего разрушения редуцирующих сахаров сок сгущается при более низкой температуре.
Для кристаллизации сахара в основном применяется трехкристаллизационная схема. Конструкция вакуум-аппаратов обеспечивает хорошую циркуляцию утфеля (смесь сиропа и кристаллов сахара), для этого используются циркуляционные трубы большого диаметра, перемешивающие устройства, специальные конструкции трубных решеток.
Утфели I и II кристаллизаций уваривают на кристаллической основе сахара III кристаллизации, смешанного с сиропом в утфелемешалке 16. Для этого в вакуум-аппараты I кристаллизации 8 из утфелемешалки 16 подается кристаллическая основа, составляющая примерно 1/3 массы готового утфеля, а в процессе уваривания в утфель добавляются сироп из сборника 7 и около половины оттека утфеля I из сборника 9. Сваренный утфель I доброкачественностью 80—86 % спускается в мешалку-утфелераспределитель 14 и центрифугируется в центрифугах 18. Оттек доброкачественностью 65—70 % направляется в сборник 9. Сахар не пробеливается.
Утфель II кристаллизации уваривается в вакуум-аппаратах 10 также на кристаллической основе из утфелемешалки 16. При уваривании забирается половина оттека утфеля I из сборника 9. Утфель доброкачественностью около 70 % разделяется в центрифугах 17. Оттек доброкачественностью 50—55 % направляется в сборник 11, а сахар I и II кристаллизаций смешивается и выводится как товарный сахар-сырец.
При уваривании утфеля III кристаллизации в вакуум-аппарат 12 из сборника 7 набирается сироп, сгущается до пересыщения и в него вводится сахарная пудра, затем для наращивания кристаллов небольшими порциями подается оттек утфеля II, Сваренный утфель доброкачественностью 58—60 % выгружается в кристаллизационную установку 13 и в течение 24—48 ч межкристальный раствор обессахаривается при охлаждении до 40—45 С. После разделения утфеля в центрифугах 15 получают оттек (мелассу) доброкачественностью 40—45 % и сахар-сырец, который используется на приготовление кристаллической основы.
Перед подачей в вакуум-аппараты оттеки I и II кристаллизаций разбавляют горячей водой до содержания 65—68 % сухих веществ (для растворения кристаллических зародышей).
При переработке сахарного тростника 85—86 % сахарозы (к ее массе в тростнике) выводится с сахаром-сырцом, 7,5—8,0 % — с мелассой, 5,0—5,5 % теряется в багассе, около 0,5 % — в качассе; 0,8—0,9 % составляют неучтенные потери.
У созревшего тростника имеется 30—40 и более узлов, расстояние между которыми не везде одинаковое: ближе к корню междуузлия имеют длину до 15 см и больше, а к вершине длина сокращается до нескольких сантиметров. Из узлов растут почки (глазки). Если кусок верхней части с почкой (черенок) посадить в землю, то из почки развивается растение с несколькими стеблями.
Как многолетнее растение тростник, высаженный один раз, дает несколько урожаев. От одной посадки получают 3—4 урожая, затем у старых растений снижается сахаристость, их выкорчевывают и после подготовки почвы проводят новые посадки черенков. В ряде стран для повышения урожайности посадки тростника обновляют ежегодно.
Вегетация сахарного тростника в зависимости от сорта длится 12—24 мес (на Кубе—12, на Гавайских островах — 24). В недоспелом тростнике содержание сахарозы в верхней части стебля меньше, чем в нижней, а в переспелом, наоборот, нижняя часть стебля беднее сахаром. Сахарный тростник считают спелым, когда содержание сахарозы станет примерно одинаковым во всех междуузлиях стебля.
При уборке урожая стебель рубят так, чтобы внизу на черешке осталась почка, из которой снова вырастают стебли.
Урожайность сахарного тростника без орошения 40—50 т/га, при орошении до 90 т/га. Сахаристость стеблей в зависимости от сорта и почвенно-климатических условий составляет 12—17%.
Примерный средний состав компонентов сахарного тростника (в %) следующий:
К органическим несахарам сока относятся целлюлоза и гемицеллюлозы, инвертный сахар, пектиновые вещества, жиры, воски, азотсодержащие вещества (белки, аминокислоты и амиды кислот), органические кислоты. Нерастворимая часть тростника представлена в основном клетчаткой и гемицеллюлозами, пектиновых веществ мало. Содержание азотистых соединений в тростинке ниже, чем в сахарной свекле, и они находятся в ином соотношении.
Среди минеральных соединений преобладают соли калия, кремния, фосфора. Содержание солей кальция и магния незначительно.
Сахарный тростник рубят вручную длинными ножами (мачете) или срезают комбайнами, оставляя нижнюю почку неповрежденной.
Срубленный сахарный тростник должен быть переработан в течение 1 сут во избежание заметного распада сахарозы и инвертного сахара.
Из-за различия структуры и химического состава сахарного тростника и сахарной свеклы технология получения сока и очистка его отличаются от применяемой в свеклосахарной промышленности. Сгущение сока выпариванием и кристаллизация сахарозы отличаются мало.
По сложившимся условиям в большинстве стран, культивирующих сахарный тростник, производится не белый сахар, а сахар-сырец доброкачественностью 96—98%, который затем экспортируется в другие страны, где его подвергают рафинированию и реализуют.
Производство сахара-сырца из сахарного тростника (рис. 69), так же как и на свеклосахарном заводе, можно разделить на три этапа. В состав завода входят тростниковоперерабатывающее, сокоочистительное и продуктовое отделения.
Получение сока. Поступающий на сахарный завод тростник взвешивают, моют, освобождают от камней, песка и загружают в приемный бункер с горизонтальным транспортером в нижней части. Этим транспортером тростник подается на наклонный транспортер 23, который поднимает стебли к ножам-измельчителям 21 и дальше к дробилке и мельницам. Над наклонным транспортером расположен вращающийся пальчатый разравниватель 22, регулирующий высоту слоя поступающего тростника.
Ножи-измельчители, установленные на высоте около 100 мм над наклонным транспортером, вращаясь с частотой 400— 600 об/мин, разрезают стебли тростника на короткие части. Изрезанная масса подается в дробилку 20, состоящую из двух валков с зигзагообразной рифленой поверхностью, где измельчаются стебли и разрываются тканевые уплотнения. Затем тростниковая масса поступает на линию трехвалковых мельниц 19, расположенных последовательно одна за другой. Каждая мельница состоит из двух нижних валков, вращающихся по часовой стрелке, и одного подвижного верхнего, вращающегося против часовой стрелки, который гидравлическим устройством прижимается к нижним валкам и может перемещаться по вертикали. Валки также имеют зигзагообразную рельефную поверхность, облегчающую передвижение и отжим измельченной тростниковой массы. Под дробилкой и мельницами установлены сборники для сока. На дробилке и первой мельнице отжимается 60—70 % сока, остальной сок извлекается на других мельницах.
На тростниково-сахарном заводе устанавливают 1—2 дробилки и 3—7 мельниц, соединенных планочным транспортером. Такая поточная линия называется тандемом. На мельницах продолжается отжатие сока из тростника с ополаскиванием измельченной массы разбавленным соком и водой. Ополаскивание измельченной массы, называемое имбибицией, проводится следующим образом. На предпоследнюю мельницу для ополаскивания подается горячая аммиачная вода температурой около 60 °С. Полученный при этом разбавленный сок насосом направляется на первую мельницу, а остатки сока, отжатого на последней мельнице, подаются на вторую мельницу. Благодаря такой противоточной схеме обессахаривания в головной части тандема удается получить малоразбавленный сок, который по поддонам стекает в лоток с горизонтальным бронзовым ситом, задерживающим мелкие частицы стеблей тростника (багацилло). Прошедший через сито сок откачивается в сборник, а багацилло сгребается с сита скребковым траспортером и возвращается на первую мельницу. На имбибицию расходуется 15—30 % воды к массе тростника.
Из сахарного тростника извлекается 92—94 % сахарозы. Выход ее можно увеличить уменьшением зазора между верхним и нижним валками мельниц (что повышает усилие отжима), а также установкой большего числа мельниц и увеличением количества промывной воды на имбибицию. Но при повышении усилия отжима снижается доброкачественность сока, так как из тростника в сок переходит больше несахаров. Увеличение числа мельниц и промывной воды для производства нерентабельно.
Сок, полученный на тандеме, содержит 14—16% сухих веществ, имеет доброкачественность 80—86 % и pH 4,5—5,5. Выход его в зависимости от расхода воды составляет 100—115% к массе тростника.
Для лучшего извлечения сока из сахарного тростника на некоторых заводах после дробилок и первой мельницы устанавливают диффузионную установку непрерывного действия, а после нее еще одну мельницу. При этом расходуется значительно меньше электроэнергии и больше извлекается сахарозы (до 97%), чем на тандемах, но усложняется технологическая схема.
Выходящая из последней мельницы отжатая тростниковая масса, называемая багассой, содержит около 50 % сухих веществ, в основном целлюлозы, выход ее составляет 20—25 % к массе тростника. Багасса используется как топливо в котлах ТЭЦ, из нее вырабатывают бумагу, вискозу, фурфурол, воски, строительные материалы.
Очистка сока. Сырой сок после взвешивания на автоматических весах 1 обрабатывается в дефекаторе 2 около 10 мин небольшим количеством извести (0,1—0,2% к массе тростника). Во избежание местного перещелачивания и разрушения моносахаридов сок и известь интенсивно перемешиваются, pH при этом не превышает 9,5. После обработки известью сок нагревается в горизонтальных многоходовых трубчатых теплообменниках 3 до кипения и направляется в многоярусный гравитационный отстойник 4 для отстаивания в течение 3—4 ч. В присутствии достаточного количества извести белки и другие коллоидные вещества осаждаются вместе с некоторыми кислотами, образующими с известью нерастворимые соли.
Из отстойника отбираются отстоявшийся сок (декантат) и сгущенная суспензия, которая фильтруется на барабанном вакуум-фильтре 5. Перед фильтрованием к суспензии в качестве дренирующего материала добавляется багацилло. Слой осадка на сите промывается водой, промывные воды и сок отбирают вместе.
Фильтрационный осадок называется качассой, выход ее составляет около 3 % к массе переработанного тростника. Качасса используется в качестве удобрения на полях, из нее выделяют воски — ценное сырье для химической промышленности.
Тростниково-сахарные заводы обычно не имеют своих известково-газовых печей. Негашеную известь, упакованную в бумажные мешки, они покупают и из нее готовят известковое молоко.
Сгущение сока выпариванием и кристаллизация сахара.
Очищенный сок сгущается в четырехкорпусной выпарной установке 6 до плотности сиропа. Способ многократного выпаривания и тепловая схема завода мало отличаются от применяемых в свеклосахарной промышленности. Но для меньшего разрушения редуцирующих сахаров сок сгущается при более низкой температуре.
Для кристаллизации сахара в основном применяется трехкристаллизационная схема. Конструкция вакуум-аппаратов обеспечивает хорошую циркуляцию утфеля (смесь сиропа и кристаллов сахара), для этого используются циркуляционные трубы большого диаметра, перемешивающие устройства, специальные конструкции трубных решеток.
Утфели I и II кристаллизаций уваривают на кристаллической основе сахара III кристаллизации, смешанного с сиропом в утфелемешалке 16. Для этого в вакуум-аппараты I кристаллизации 8 из утфелемешалки 16 подается кристаллическая основа, составляющая примерно 1/3 массы готового утфеля, а в процессе уваривания в утфель добавляются сироп из сборника 7 и около половины оттека утфеля I из сборника 9. Сваренный утфель I доброкачественностью 80—86 % спускается в мешалку-утфелераспределитель 14 и центрифугируется в центрифугах 18. Оттек доброкачественностью 65—70 % направляется в сборник 9. Сахар не пробеливается.
Утфель II кристаллизации уваривается в вакуум-аппаратах 10 также на кристаллической основе из утфелемешалки 16. При уваривании забирается половина оттека утфеля I из сборника 9. Утфель доброкачественностью около 70 % разделяется в центрифугах 17. Оттек доброкачественностью 50—55 % направляется в сборник 11, а сахар I и II кристаллизаций смешивается и выводится как товарный сахар-сырец.
При уваривании утфеля III кристаллизации в вакуум-аппарат 12 из сборника 7 набирается сироп, сгущается до пересыщения и в него вводится сахарная пудра, затем для наращивания кристаллов небольшими порциями подается оттек утфеля II, Сваренный утфель доброкачественностью 58—60 % выгружается в кристаллизационную установку 13 и в течение 24—48 ч межкристальный раствор обессахаривается при охлаждении до 40—45 С. После разделения утфеля в центрифугах 15 получают оттек (мелассу) доброкачественностью 40—45 % и сахар-сырец, который используется на приготовление кристаллической основы.
Перед подачей в вакуум-аппараты оттеки I и II кристаллизаций разбавляют горячей водой до содержания 65—68 % сухих веществ (для растворения кристаллических зародышей).
При переработке сахарного тростника 85—86 % сахарозы (к ее массе в тростнике) выводится с сахаром-сырцом, 7,5—8,0 % — с мелассой, 5,0—5,5 % теряется в багассе, около 0,5 % — в качассе; 0,8—0,9 % составляют неучтенные потери.