Рациональная технологическая схема свеклосахарного производства должна обеспечить высокое качество сахара, максимальный его выход и минимальные потери в производстве. На всех сахарных заводах СССР введена унифицированная технологическая схема (рис. 1) и устанавливается типовое оборудование.

Из кагатов или бурачных свекла доставляется гидравлическим транспортером в моечное отделение завода. Двигаясь в потоке воды, корни частично отмываются от земли и с помощью специальных устройств (камнеловушки, песколовушки, соломоловушки) освобождаются от грубых примесей. Окончательно отмывается от земли и освобождается от грубых примесей свекла в специальной моечной машине. Вымытую свеклу поднимают свекловичным элеватором на высоту около 15 м, чтобы на дальнейшие операции она поступала самотеком. После элеватора свекла взвешивается на автовесах и изрезывается на свеклорезках в стружку. Затем из стружки методом диффузии извлекается сахар.

Полученный диффузионный сок быстро темнеет и имеет различные примеси несахаров. Его подвергают очистке: обрабатывают известковым молоком (дефекация), насыщают углекислым газом (сатурация), сернистым газом (сульфитация) и фильтруют.

Очищенный сок светло-желтого цвета содержит около 15-16% сухих веществ, в том числе 14-15% сахарозы. Его сгущают в сироп на выпарных аппаратах до концентрации сухих веществ 65%. Сироп еще раз сульфитируют, фильтруют и уваривают в вакуум-аппарате под разрежением до концентрации сухих веществ 92,5-93,0%.

Рис. 1. Технологическая схема свеклосахарного производства.

В процессе уваривания 55-60% сахара выкристаллизовывается и получается утфель I , представляющий собой смесь кристаллов сахарозы и маточной жидкости, содержащей также сахар и все несахара сиропа. Кристаллы сахара отделяют от маточного раствора (зеленого оттека) на центрифугах, промывают горячей водой, высушивают в сушилках до влажности 0,05- 0,14% и упаковывают в пакеты или мешки.

Зеленый оттек содержит еще много сахарозы (76-78% к массе сухих веществ), и поэтому его еще раз уваривают в вакуум-аппарате до концентрации сухих веществ 95%, т. е. получают утфель II (продукт второй кристаллизации). Чтобы получить больше кристаллов сахара, утфель II охлаждают в кристаллизаторах с 80 до 40°С.

После отделения на центрифугах из утфеля II получаются кристаллы сахара пониженного качества (желтый сахар) и отход производства - меласса. Желтый сахар растворяют (клеруют) в соке II сатурации и прибавляют к сиропу, направляемому на сульфитацию и варку утфеля I.

При работе со свеклой более высокого качества мало бывает двух кристаллизаций,чтобы выделить весь кристаллизующий сахар и получить достаточно «истощенную»1 мелассу. В этих случаях заводы работают по трехпродук- товой схеме и производят три уваривания: из утфеля I кристаллизации получают белый сахар-песок и зеленый оттек, из которого получают продукт

кристаллизации. Из утфеля II выделяют центрифугированием желтый сахар и II зеленый отек, из которого получают утфель III. Из продукта

кристаллизации опять получают желтый сахар и как отход производства - мелассу. Последний желтый сахар подвергают очистке (аффинации), затем растворяют (клеруют) и раствор присоединяют к сиропу перед его сульфитацией.

Таким образом, технологический процесс получения сахара-песка из свеклы состоит из следующих основных операций: гидравлической подачи свеклы на завод и удаления посторонних примесей; мойки свеклы, взвешивания; измельчения свеклы; получения диффузионного сока; очистки диффузионного сока; сгущения сока до сиропа; уваривания сиропа и оттеков до утфелей; центрифугирования утфеля, пробелки и сушки сахара.

Сахарный тростник был основным сырьем для получения чистой сахарозы до 1747 года пока немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф (Marggraf) не получил из сахарной свеклы кристаллическую сахарозу. В 1799 году Франц Карл Ахард подтвердил, что производство этого продукта оправдано с экономической точки зрения и в результате этого уже в 1802 году возникли первые свеклосахарные заводы. Открытие о том, что сахар можно получать из сахарной свеклы, привело к тому, что сейчас сахар из дорогой и экзотической вкусовой добавки превратился в продукт массового потребления. В нашей стране получают два основных вида сахара: сахар-песок и сахар-рафинад. Кроме того, для отраслей пищевой промышленности вырабатывают жидкий сахар.

Получение сахара-песка

Начинается со сборов корнеплодов сахарной свеклы первого года развития, содержащих 20-25 % сухих веществ, в том числе сахарозы от 14 до 18%. Остальное количество сухих веществ составляют несахара (в среднем3%), к которым относятся редуцирующие сахара и рафиноза, азотосодержащие и безазотные органические вещества, минеральные вещества. При этом корнеплоды кондиционной сахарной свеклы должны соответствовать следующим требованиям:

- физическое состояние не потерявшие тургор
- цветушные корнеплоды,% не более 1
- подвяленные корнеплоды,% не более 5
- корнеплоды с сильными механическими
- повреждениями,% не более 12
- зеленая масса,% не более 3
- содержание мумифицированных, подмороженных, загнивших корнеплодов не допускается.

Подготовку сахарной свеклы и извлечение из нее сока проводят в свеклоперерабатывающем отделении. Принятую на переработку свеклу из бурачной транспортируют с помощью гидравлического транспортера в цех. Одновременно свекла промывается водой и освобождается от посторонних примесей (соломы, ботвы, камней, песка). Затем в специальных моечных машинах КМ-3-57М свекла окончательно очищается от грязи и примесей. Эффективное отмывание осуществляется в струйных свекломойках. Металлические примеси удаляются на электромагнитном сепараторе. Очистка свеклы имеет большое значение, так как влияет на качество диффузионного сока и выход сахара.

Чистую свеклу нарезают на центробежных, дисковых или барабанных свеклорезках тонкой стружкой желобчатой, ромбовидной, пластинчатой и другой формы в зависимости от качества свеклы и типа диффузионных аппаратов.

Технологическая схема получения сахара-песка включает в себя следующие операции

Извлечение сахара из свекольной стружки осуществляется с помощью горячей воды (70-75°С) методом противоточной диффузии в диффузионных аппаратах. Сахар и другие растворимые вещества диффундируют через стенки клеток в воду и образуют диффузионный сок. Обессахаренная стружка называется жомом, она используется на корм скоту и для получения пектина. Продолжительность активной диффузии в зависимости от вида аппарата составляет от 60 до 80 мин.

Диффузионный сок содержит 15-16% сухих веществ, в том числе 14-15% сахарозы и около 2% несахаров. Он сильно пенится, имеет кислую реакцию, характерный запах и темный, почти черный, цвет, обусловленный наличием продуктов окисления тирозина и пирокатехина свеклы.

Все несахара (растворимые белки, аминокислоты, пектиновые вещества, редуцирующие(восстанавливающие) сахара и др.) задерживают кристаллизацию сахарозы и увеличивают потери сахара с мелассой, поэтому физико-химическую очистку проводят в несколько стадий:

1. Дефекация - обработка сока известковым молоком для нейтрализации кислот, коагуляции коллоидных и красящих веществ, осаждения солей кальция, магния и других примесей. В процессе дефекации из несахаров, перешедших в раствор, образуются трудноотфильтровываемые соли кальция и красящие вещества, ухудшающие качество очищенного сока. Поэтому после дефекации проводится сатурация.
2. Сатурация - обработка сока сатурационным газом, содержащим 30-34% диоксида углерода. При этой операции избыточная известь удаляется в виде мелкокристаллического карбоната кальция СаСО3, на поверхности которого адсорбируются неудалившиеся при диффузии окрашенные несахара. После сатурации сок фильтруют для удаления осадка и подвергают сульфитации.
3. Сульфитация - обработка диоксидом серы для обеспечения и снижения щелочности.

В результате очистки содержание несахаров в соке уменьшается на 30-35%. Очищенный сок содержит 12-14% сухих веществ. Из них 10-12% сахарозы, 0,5-0,7% азотистых веществ, 0,4-0,5% безазотистых органических соединений, 0,5% золы. Чистота сока составляет 85-92%.

Для получения сахара в кристаллическом виде сок сгущают выпариванием воды в два этапа. Вначале на четырехкорпусных выпарных установках и концентраторе из сока получают сироп с содержанием сухих веществ 65%. Сироп смешивают с клеровкой желтого сахара и сульфитируют до рН 7,8-8,2 при температуре 80-85°С, затем подогревают до 90-95°С и фильтруют с добавлением активного угля или других адсорбентов. Очищенный сироп уваривают в вакуум-аппаратах на утфель, который содержит 92,5% сухих веществ и состоит из кристаллов сахарозы (около 55%) и межкристального раствора, содержащего несахара и насыщенный раствор сахарозы.

Для ускорения образования кристаллов в сироп вводят немного тонкоизмельченной сахарной пудры - затравки, затравки, частички которой служат центрами кристаллизации. После заводки кристаллы наращивают. Для этого в вакуум-аппарат вводят новые порции сиропа при одновременном интенсивном испарении влаги.

Утфель первой кристаллизации спускают в утфелемешалку, откуда через утфелераспределитель он поступает в центрифуги. При центрифугировании отделяют кристаллы сахарозы и два оттека. На поверхности кристаллов остается тонкая пленка межкристальной жидкости. Для более полного ее удаления кристаллы в центрифуге пробеливают водой температурой 70-95°С в количестве 3-3,5% к массе утфеля. Первый оттек - это межкристальный раствор утфеля, второй - раствор, получаемый при пробеливании сахара. Для максимального извлечения сахара, содержащегося в свекле, кристаллизацию сахарозы проводят многократно.

После пробелки сахар-песок выгружают из центрифуги с содержанием воды 0,8-1% на вибротранспортер и элеватором подают в сушильно-охладительные установки. Сушат сахар горячим воздухом до стандартной влажности 0,03 -0,14%, а затем охлаждают до температуры 25°С. Для удаления ферропримесей сахар пропускают через магнитный сепаратор, а в сортировочной установке удаляют комки непробеленного или слипшегося сахара и выделяют три фракции по размеру кристаллов. Готовый сахар-песок поступает в бункер на хранение или на упаковку.

Полная типовая технологическая схема получения сахара-песка

Технология производства сахара - многоуровневая цепочка, которая состоит из нескольких этапов:

Мытье и очистка сырья от примесей;
- получение свекловичной стружки;
- выработка диффузионного сока и его очищение;
- получение сиропа;
- выделение из сиропа сахара;
- переработка сахарной массы в сахар-песок;
- фасовка и хранение готового продукта.

Мытье и очистка

При примеси в ней составляют до 12% от общей массы, причем кроме земли и ботвы в примесях могут быть камни и даже некоторые металлические предметы. Все это необходимо отделить от полезной части плодов. Для мытья свеклы применяется барабанная свекломойка и водоотделитель, оснащенные улавливателями для примесей. Правильно выполненная мойка позволит избежать поломок последующего оборудования для производства сахара.

Произодство сахара из сахарной свеклы - получение свекловичной стружки

В соответствии с технологией производства сахара, для того чтобы произвести сироп, свеклу необходимо измельчить. Измельчение свеклы - процесс превращения ее в стружку на свеклорезках, которые с помощью диффузионных ножей, установленных на рамках, режут плоды на мелкие части. Толщина стружки в 1 мм - оптимальная толщина для дальнейшей переработки.

Внутри корпуса свеклорезки, плоды вращаются с помощью улитки, которая под действием центробежной силы прижимает плоды к режущей кромке ножей. В процессе скольжения вдоль неподвижных ножей свекла превращается в стружку, которая проходя между ножами попадает в контейнер для дальнейшей переработки. Из всего оборудования для производства сахара свеклорезки требуют самой сложно очистки с помощью сжатого воздуха, и периодической замены ножей.

Выработка диффузионного сока

Процесс извлечения сахарозы из свеклы по технологии производства сахара является достаточно примитивным - свекловичную стружку размачивают в горячей воде в промышленных диффузорах, что размягчает ее волокна и выпускает сок. Если использовать холодную воду, то белковые соединения в клетках стружки значительно замедлят процесс получения сока.

Обычно используется несколько последовательных диффузоров, для выработки более концентрированного сока. Для дальнейшей переработки диффузионный сок необходимо очистить от ставшей бесполезной свекловичной стружки. Смесь из сока и стружки помещают в пульповые ловушки, где происходит фильтрация.

Диффузионный сок, даже очищенный от остатков плодов, остается сложным многокомпонентным составом, в котором кроме сахара также содержится белок, пектин, аминокислоты и так далее. С помощью вакуум-фильтров и сатураторов производится процесс очистки сахарного сиропа от примесей.

Выделение сахара из сиропа

Сахарный сироп, полученный после очищения сока, содержит слишком много воды (до 75%), которую удаляют в выпарной установке, получая сироп, содержащий до 70% сухих веществ. После этого, согласно технологии производства сахара, с помощью вакуум-аппарата сироп сгущают до содержания сухих веществ в 93,5%, получая утфель, который после прохождения процесса кристаллизации станет обычным сахаром.

Кристаллизация сахара - завершающий этап технологического процесса производства сахара

Утфель, полученный из вакуум-аппаратов отправляется в центрифугу, где кристаллизуется, после чего высушивается горячим воздухом и через виброконвейер отправляется в сушильно-охладительную установку, после чего сортируется с помощью вибросита.

Несмотря на достаточно длинную технологическую цепочку, большая часть оборудования для производства сахара обладает достаточно простым принципом действия. Простой принцип работы отдельных аппаратов облегчает, как обслуживание, так и ремонт всех видов необходимой техники, что позволяет с достаточно небольшими затратами производить сахар в промышленных масштабах.