Получение сахара-рафинада
В свекловичном сахаре-песке содержится некоторое количество несахаров (красящих веществ, зольных элементов и т. д.), придающих ему желтоватый цвет, а также привкус и запах.
Основная цель сахарорафинадного производства – получение кристаллического продукта высокого качества с содержанием чистой сахарозы не менее 99,9 % (в соответствии с требованиями действующих стандартов).
Сахар-рафинад вырабатывают в виде сахара-песка и кускового сахара-рафинада: прессованного колотого, прессованного со свойствами литого, быстрорастворимого, в том числе дорожного в мелкой упаковке, и литого колотого. Прессованный сахар-рафинад выпускают в виде отдельных кусочков, литой колотый – в виде кусков произвольной формы размером 40...70 мм. В настоящее время литой сахар-рафинад выпускают в очень малом количестве из-за трудоемкости процесса.
По органолептическим показателям сахар-рафинад должен соответствовать следующим требованиям: цвет белый (без пятен и посторонних примесей), допускается слегка голубоватый оттенок; вкус – сладкий без посторонних привкуса и запаха; раствор должен быть прозрачным.
Основной процесс рафинирования – отделение сахарозы от несахаров путем ее многократной кристаллизации и физико-химической (адсорбционной) очистки сиропов. При производстве сахара-рафинада различают две группы продуктов: рафинадную (2-3 ступени) и продуктовую (3-4 ступени). Сахар-рафинад получают только в первых двух или трех циклах, последующие циклы служат для обессахаривания оттеков и возвращения получаемого желтого сахара на адсорбционную очистку и кристаллизацию в рафинадных циклах. Таким образом, в сахарорафинадном производстве применяют многократную кристаллизацию и каждой кристаллизации предшествует механическая и адсорбционная очистка сиропов. При этом наблюдается цикличная повторяемость технологических операций, в результате которых сахароза сахарного песка превращается в сахар-рафинад, а несахара, удерживая некоторую (0,6...0,9 % к массе сахара-песка) часть сахарозы, концентрируются в рафинадной патоке.
Технологическая схема производства прессованного рафинада включает следующие стадии: взвешивание и просеивание сахара-песка; приготовление рафинадного сиропа и клерса; удаление из сиропа механических примесей; адсорбционная очистка сиропа; сгущение сиропа до образования кристаллов; кристаллизация; центрифугирование и пробеливание кристаллов, получение рафинадной кашки; прессование рафинадной кашки; сушка и охлаждение брикетов; фасование и упаковывание сахара-рафинада; складирование и хранение.
Сахар-песок, поступающий в производство, взвешивают на автоматических весах, просеивают для удаления примесей (шпагат, мешочный ворс и т. д.) и подают на приготовление сиропа и клерса. Рафинадный сироп концентрацией сухих веществ 73 % готовят из обычного сахара-песка. Клерс–это продукт, получаемый из растворенного в воде сахара-песка повышенного качества, сухих отходов рафинадного производства и отбора из адсорберов рафинадной группы. Температура сиропов 75 ºС, рН не ниже 7,5. Сиропы обязательно фильтруют через гравий или фильтроперлит для удаления механических примесей и подвергают адсорбционной очистке для их обесцвечивания и освобождения от минеральных примесей.
Для адсорбционной очистки сиропов применяют активированный гранулированный уголь АГС-4 и иногда порошкообразные угли норит и карборафин. На сахарных заводах применяют периодический и непрерывный способы обесцвечивания сиропа.
Адсорбер периодического действия представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 0,8...1,2 м и высотой 8...10 м. Адсорбер заполняют гранулированным углем, сироп подают сверху. Температура подаваемого в адсорбер рафинадного сиропа 80 °С, продуктовых сиропов – 75 ºС. Очищенный сироп выходит из нижней части адсорбера и подвергается контрольному фильтрованию. При непрерывном способе обесцвечивания сироп подают в нижнюю часть адсорбера, а гранулированный активированный уголь поступает сверху и, находясь во взвешенном состоянии, контактирует с сиропом. Обесцвеченный сироп, пройдя фильтрующее устройство, поступает на контрольное фильтрование. Уголь, заполняющий аппараты, через 10...15 сут работы полностью обновляется и подвергается регенерации.
Порошкообразные угли марок КАД, МД, глюконат-4 и другие обладают большей адсорбционной поверхностью, чем гранулированные. Их применяют в виде 20 %-й водной суспензии либо в смеси с сиропом, когда сироп и уголь смешивают в специальных мешалках-смесителях, либо в слое, когда сироп пропускают через слой активированного угля. Сироп проходит сквозь уголь в течение 10...15 мин, после чего уголь отделяют фильтрованием. После использования порошкообразные угли регенерации не подвергают.
В сахарной промышленности для обесцвечивания сиропов используют также ионообменные смолы – искусственно полученные органические вещества (анионит АВ-17-2П), способные к быстрому обмену своих ионов на другие одноименно заряженные ионы, находящиеся в сахарных сиропах. Причем температура сиропов, направляемых на обесцвечивание, не должна превышать 80 °С, а рН должен быть на уровне 7,1...7,3. Очистку сиропа ионитом проводят в ионообменных установках, состоящих из реакторов и вспомогательного оборудования.
Обесцвеченные сиропы подают в вакуум-аппараты для сгущения. Варка утфеля из рафинадного сиропа ничем не отличается от варки утфеля в свеклосахарном производстве. Только рафинадные утфели варят значительно быстрее свеклосахарных: в течение 70...85 мин для рафинадных и 2...3 ч для продуктовых, что обусловлено высокой чистотой увариваемых сиропов и более высокой их концентрацией – 73 % сухих веществ вместо 65 %.
Особенностью получения рафинадного утфеля является введение (75 г на 10 т утфеля) при его уваривании ультрамарина, который представляет собой минеральную краску интенсивно-синего цвета.
Утфели рафинадных кристаллизации уваривают до содержания сухих веществ 91,5...92,0 % при 75 °С. Утфели продуктовых кристаллизации уваривают до содержания сухих веществ: I – до 91,0...91,5 %; II – 90,5...91,0; III – 90,0...91,0; IV – 89,0...90,0 %. Готовый утфель спускают в утфелемешалки-кристаллизаторы для дополнительной кристаллизации. По мере охлаждения и кристаллизации утфель густеет. Чтобы поддерживать его установленную плотность, утфель разжижают (раскачивают), добавляя в него очищенный сироп последующего продукта.
Для отделения кристаллов сахара утфель обрабатывают на центрифугах как циклического, так и непрерывного действия. Широко применяют непрерывнодействующие пульсирующие центрифуги. Центрифуга состоит из 4 горизонтальных барабанов, изготовленных из щелевидных сит, расположенных последовательно один за другим вдоль оси центрифуги (I, II, III, IV) и вращающихся с частотой 800 мин–1. Диаметр барабанов увеличивается по мере продвижения сахара. Первый и третий барабаны совершают как вращательное, так и возвратно-поступательное движение. Центрифуга заключается в горизонтальный кожух, в котором установлена перегородка для отделения первого оттека от второго. Сахар пробеливается клерсом, в который добавляют суспензию ультрамарина. После центрифугирования и пробелки получают полупродукт – рафинадную кашку, которая состоит из кристаллов, покрытых пленкой увлажняющего их клерса.
Содержание влаги в рафинадной кашке регулируется в зависимости от желаемой крепости рафинада и, обусловленное количеством остаточного клерса, может колебаться от 1,5 до 2,9 %. При производстве прочного сахара в рафинадной кашке оставляют максимально возможное количество клерса, для того чтобы в дальнейшем после прессования в процессе сушки кристаллизуемая сахароза цементировала монокристаллы сахара.
Для получения прессованных брикетов рафинада одной окраски, требуемой массы и крепости рафинадная кашка должна иметь одинаковые кристаллическую структуру, температуру и влажность. Мелкие кристаллы удерживают излишнюю влагу, крупные – образуют неровную поверхность брикетов. Поэтому рафинадную кашку, поступающую от центрифугирования разных утфелей, смешивают на ленточном конвейере, установленном под центрифугами. Дальнейшее ее перемешивание происходит при транспортировании элеватором и просеивании в барабанном сите над лентой конвейера. Кашка, поступающая на прессование, должна иметь кристаллы размером 1,0...1,5 мм и более – 30 %; размером 0,5... 1 мм – 60; размером не более 0,5 мм – 10 %. Температура кашки должна быть 60...65 °С и содержание влаги – 2,4...2,6 %.
Рафинадную кашку прессуют под давлением для формирования брикетов. В зависимости от физико-механических свойств рафинадной кашки и силы сдавливания, при которой происходит сближение кристаллов сахарозы, брикеты получаются разными по плотности и форме. После сушки и охлаждения брикеты раскалывают на кусочки сахара-рафинада правильной формы, определенных крепости и массы. Кашку прессуют в прессе карусельного типа, в диске которого размещено четыре пресс-формы, состоящие из матрицы и пуансона. На прессе периодического действия осуществляется 28...32 прессования в минуту.
Сырой прессованный сахар-рафинад сушат в два периода, различающихся в основном скоростью процесса. Первый период характеризуется интенсивным удалением влаги, второй – резким замедлением процесса сушки. Рафинадные бруски сушат обычно в туннельных противоточных конвективных сушилках. Продолжительность сушки сахара-рафинада составляет 8...10 ч. Для сушки прочного прессованного сахара-рафинада (содержание влаги выше 2,3 %) применяют вакуум-сушилки. Общий цикл сушки брикетов под вакуумом составляет 5...6 ч.