24.2. Технологічна схема цукробурякового заводу

Принципову функціональну схему цукробурякового заводу показано на рис. 24.1. Основними технологічними операціями під час виробництва цукру можна вважати дві: вилучення цукру з буряку та випаровування води до кристалізації цукру. Решта операцій — допоміжні.

Надходження буряка на завод і попереднє його очищення. Подають буряк на завод з кагатних майданчиків та з бурячних (бункерів для (2..3)-х добового зберігання буряків) за допомогою гідравлічних транспортерів. Гідравлічні транспортери — це жо­лоби із сталі, бетону, цегли або дерева, що мають нахил у бік пе­реміщення буряку. Жолоби мають прямокутний переріз. Дно плоске із закругленими кутами. Буряк, який надходить до жо­лобів, підхоплюється водною течією. При цьому корені частково відмиваються від землі і піску. Більші домішки (такі, скажимо, як гичка, солома, тріски, каміння) вилучаються за допомогою улов­лювачів різних типів.

Остаточне очищення буряків відбувається в мийних маши­нах. Бурякомийка складається з постачальної, тобто тієї що ви­миває, і викидної частин. Корпус мийної машини ночвоподібний з подвійним дном. Верхнє дно — у вигляді решета, нижнє — суцільне: Буряк, що надходить безперервно, шнеком переміщу­ється до мийної частини горизонтальним валом, на якій розта­шовані по гвинтовій лінії била. При обертах вала зі швидкістю (15... 20) об/хв буряк переміщується билами в ночвах до викидної частини. Ударами бил і взаємного тертя коренів буряк очи­щається від бруду, піску та інших домішок, які провалюються крізь отвори у сітчатому дні мийки і збираються у 3-х піскоулов-лювачах. Великі грудки виловлюють двома уловлювачами. На валу викидної частини розташовані черпаки з пальчастими вирізами. Вал здійснює (6...8) об/хв. Лапи вибирають буряк з мийки, а вода проходить крізь отвори. Чистий буряк надходить до транспортного пристрою, де одночасно здійснюється інспек­ція, а потім надходить до вагів.

Для зважування на цукрових заводах застосовуються автома­тичні ваги з відкритим дном. З метою вилучення із маси буряку феромагнітних домішок перед зважуванням потік буряка пропу­скають крізь магнітний сепаратор. Вторинне використання транспортерно-мийних вод для гідрівлічного транспорту буряка

817

на склад

Рис. 24.1. Узагальнена схема цукробурякового виробництва

(дву продуктова)

818

або спускання у водойми можливе тільки після їх очищення. Очи­щення здійснюється у спеціальних відстойниках та інших очис­них спорудах. Витрати води на миггя в залежності від забруднєн-ності буряка змінюються від 60 до 100% від маси буряка.

Різання буряків. Цукор, що знаходиться у буряку, вилучають з нього екстракцією (дифузії). Відповідно до закону Фіка, швидкість передачі маси пр опор ці анальна поверхні контакту фаз і обернено пропорціанальна шляху (товщині стружки). Для підвищення швидкості процесу вилучення цукру, збільшують по­верхню дотику екстрагента (води) та буряку і зменшують товщи­ну шляхом подрібнення коренів буряку на тонку стружку. Буря­кова стружка має форми жолобу та пластин. Ширина стружки у формі жолоба (4...5) мм, товщина (0,5... 1,0) мм. Стружка у формі пластин має ширину (2,5... 3) мм, а товщину (1,2... 1,5) мм. Конст­рукції бурякорізки за звичай відцентрові, що мають нерухомий вертикальний барабан, всередині якого обертається зі швидкістю (100... 120) об/хв тришаровий конічний равлик, у стінках бараба­на знаходяться від 12 до 16 прямокутних отворів з пазами, в які закладаються рами з ножами.

Буряк, що надходить до корпусу бурякорізки, при обертах за­витка притискається до ножів і ріжеться. Стружка, яка утво­рюється, опускною воронкою спрямовується до стрічкових або грабельних транспортерів, зважується на безперервних терезах і надходить до дифузійних апаратів.

Екстракція цукру (одержання дифузійного соку). На перших етапах розвитку цукрової промисловості вилучення цукру з буря­ку здійснювали віджиманням соку на пресах. Після промислового освоєння екстракторів, стало економічно вигідним і екстраційне вилучення цукру, яке здійснюється гарячою водою у так званих дифузійних апаратах. Починаючи з середини XIX століття цукрові заводи були оснащені установками періодичної дії (дифузійними батареями). Сучасні бурякоцукрові заводи обладнанні дифузійни­ми установками безперервної дії різних типів: одноколонні, двоко-лонні, нахилені, ротаційні, одно- і двопоточні дифузійні апарати. Застосування апаратів безперервної дії створює умови для повної автоматизації процесу, зменшує кількість обслуговуючого персо­налу, скорочує витрати води, знижує втрати цукру.

На рис. 24.2 зображено схему однієї з дифузійних установок безперервної дії типу КДА (колонний дифузійний апарат), яка складається з горизонтального ошпарювача і вертикальної ди-

819

фузійної колони. Бурякова стружка надходить до шахти, де об­робляється гарячим дифузійним соком з температурою (85...90) °С. Збагачений цукром сік проходить крізь решітчасту лобову кришку ошпарювача і спрямовуюється на останнє очи­щення. Підігріта в шахті ошпарювача стружка переміщується шнеком до вихідної її частини. Під час цього переміщення струж­ка нагрівається соком, що циркулює, до температури (70...80) °С.

Рис. 24.2. Технологічна схема дифузійного апарату

Сік відбивається з кількох точок по довжині ошпарювача, тобто, підігріванння відбувається в перехрестних потоках струж­ки і соку. Сокостружкова маса відбирається з розвантажувальної частини ошпарювача і надходить до нижньої частини дифузійної колони. Всередині дифузійної колони є пустотілий лопатевий вал діаметром 200 мм, який здійснює (0,6... 1,0) об/хв. Стружка, що надходходить до колони, переміщується знизу вверх у кільцево­му просторі між стінкою колони і пустотілим валом за допомо­гою лопатей. Щоб стружка не оберталася разом з валом у про­міжках між лопатями, встановлено нерухомі контрлопаті. Зверху 820

колони подається екстрагуюча суміш гарячої і жомопресової во­ди. Тут же виводиться і знецукрена стружка. Далі стружка надхо­дить на конвейєр жомовіджимного пресу, де окремо вилучають частку води. Продуктивність апаратів КДА (1500...3000) т буря­ку на добу. Частково зневоджений жом використовують на корм худобі у зволоженому, або в просушеному вигляді.

Рис. 24.3. Структурна схема дифузійного процесу

На рис. 24.3 представлено технологічну схему бурякоперероб-ної дільниці з дифузійним апаратом КДА, робота якої ясна із креслення. Тривалість процесу екстракції (60...90) хв при темпе­ратурі (85...90) °С.

До верхньої частини дифузійного апарату надходить екстра-гувальна рідина — жомопресова та свіжа (аміачна) вода — в кількості, що дорівнює масі бурякової стружки (100%). Після на­сичення цукром дифузійний сік надходить до підігрівача 2, після якого він розподіляється на два потоки: один з них іде до кінце­вої частини ошпарювача, а другий — зміщується з соком, що ви­ходить із ошпарювача. Частина його надходиь до шахти ошпа­рювача, друге — до підігрівача 3. Частина соку, що надішла до

821

ошпарювана дорівнює відбору соку та проходить через шар стружки, нагріваючи її до температури 47 °С, відокремлюється через сито та йде до очисної дільниці. Жом з верхньої частини ди­фузійного апарату надходить до жомопресової дільниці.

Очищення соку. З бурякопереробної дільниці заводу ди­фузійний сік надходить до дільниці очищення соку і підготовки йо­го до випарювання. Дуфузійний сік одержуть в кількості (115... 130)% до маси буряку. Він містить (16... 17)% сухих речовин і має слабкокислу реакцію (рН = 6,0. ..6,5). З них (14... 15)% припадає на частку сахарози, а решта — близько 2% нерозчинні і розчинні нецукри. Нерозчині нецукри представлені частками кліткових стінок, зкоагульовані білками. Розчинні цукри, що присутні в ди­фузійному соці, утрудняють кристалізацію сахарози і збільшують втрати цукрози у відходах (мелясі). Тому дифузійний сік повинен бути очищеним, тобто з нього повинні бути вилучені зважені част­ки і якамога більша кількість нецукрів. Очищення дифузійного со­ку — це складний комплекс операцій: обробка соку гідратом оки­су кальцію Са(ОН), вуглекислим газом СО (сатурація), відстою­вання та фільтрація соку на фільтропресах або вакуумфільтрах, обробка сірчистим газом SO (сульфітація), відстоювання та фільтрування. Цей складний процес, що декілька разів повто­рюється, його проводять у різноманітних апаратах: теплообмінни­ках, преддефекаторах, дефекаторах, сатураторах, сульфітаторах, відстійниках-декантаторах та фільтрах різноманітної конструкції. Принципова схема очищення соку представлена на рис. 24.4.

Необхідні для оброботки соку СаО та СО одержують у вап­няній печі, в якій випалюється вапняк (СаСО), що розкладається при високій температурі на СаО та СО. Одержане випалене вап­но гаситься водою в барабанах. При цьому одержують вапнове молоко. Під час гасіння відбувається реакція

СаО + НО = Са(ОН) . Вапняне молоко використовують для дефекації.

Під час обробки вапном частина нецукрів утворює нероз­чинні солі, які осідають, інші нецукри розкладають вапном, тре­ті — коагулюють, а частина нецукрів адсорбується на поверхні вуглекислого кальцію. На очищення витрачається близько 2,5% сао до маси буряку. Надлишок вапна осаджують вуглекислим га­зом СО. Для послаблення зафарбування соку застосовують об­робку сірчистим газом, який одержують спалюючи сірку в спеціальних печах so також знижує в'язкість соку і стерилізує йо­го. Тривалість сульфітації — не більше 5-ти хвилин при темпера-

822

турі соку (85...90) °С. Незважаючи на складну обробку соку вдається вилучити приблизно лише (35...40)% нецукрів, а решта переходить у відходи виробництва — мелясу. Наявність нецукрів у соці не дає можливості вилучити весь цукор у чистому вигляді. Близько 2% цукру переходить разом з нецукрами до меляси. Вап­но взаємодіє із соком у різноманітних напрямах. З цукрозою, як слабкою кислотою, вапно утворює розчинні у воді моноцукри СНОСАО. Близько 15% цукрози у дефекованому соці знахо­диться у формі моносахарату кальцію.

Рис. 24.4. Функціональна схема очищения дифузійного соку

823

Ряд кислот (щавелева, лимонна, винна, фосфорна та інші) оса­джуються. Вапно змінює кислу реакцію соку (рН = 6,0...б,5) на слабколужну (рН = 11), попереджуючи інверсію (розклад) сахаро­зи під час нагрівання соку. Для цього досить 0,3% СаО, але дода­ють (2,5... 3)% СаО для збільшення адсорбуючого ефекту барвних речовин та поліпшення структури осадку. Густина вапнового мо­лока повинна бути 1,19 кг/м. Час дефекації (8... 10) хв. Дефекація здійснюється в апаратах: преддефекаторах і дефекаторах. Це ємності з мішалками та пристроями для введення і виведення про­дуктів. У зв'язку з тим, що дефекований сік направляють до сату­рації самопливом, контроль якості операції не здійнюється.

Сатурація призначена для переведення вапна, яке знаходить­ся в дифузійному соці, в нерозчинний стан:

Під час пропускання сірчистого газу, що містить (12.. 15)% сірчистого ангідриду, одержують сірчану кислоту

яка є сильним відновлювачем. А барвні речовини перетворю­ються в безбарвні. По закінченню сульфітації сік має слабку луж­ну реакцію (рН = 8,5). Час сульфітації — (1 ...5) хв. Сатуратори і сульфітатори є по суті абсорберами. Використовують і додаткові заходи для очищення дифузійного соку — кізельгур (адсорбенти) та іонообмінні матеріали.

Типову технологічну схему очищення дифузійного соку можна коротко описати так: очищенний від пульпи сік подають в підігрівач, в якому він підігрівається до (85.. .90) °С та направляють на попередню дефекацію в преддефекатор. Перед цим до потоку дифузійного соку додають частину недогазованого соку сатурації який містить СаО = (0,3...0,5)%, або нормально відгазованого соку (СаО = 0,08...0,1)%. Попередньо дефекований сік самовпливом іде в котел основної дефекації, куди за допомогою дозатора додають вапнове молоко. Потім сік надходить в котел сатурації, де оброб­ляється газом, місткістю (28...30)% до лужності (0,08...0,10)% СаО. Частину нефільтрованого соку сатурації з контрольного ящику са­туратора направляють на преддефекацію, а останню частину насо­сом перекачують через підігрівач (t = 90...95) на фільтрування. Після цього сік надходить до збірника та на контрольні серветкові фільтри. Відфільтрований сік сатурації, підігрітий до t = (100... 102) °С у підігрівачі насосом направляють в котел сатурації, де він обробляється СО до лужності (0,01... 0,25)%, потім він іде на

824

фільтри, збірник та контрольні серветкові фільтри. Відфільтрова­ний сік сатураціі направляють у сульфітатор самовпливом, сірчис­тий газ із сірчаної печі, охолоджують в субліматорі та вентилято­ром подають у нижню частину сульфітатора. Потім сульфітований сік через напірний ящик направляють на вигартовування.

Очищення сиропу. Густий сироп з концентрацією 65% СР змішуєть з клеровкою (розчином) жовтих цукрів, додають (0,10...0,15)% кізельгура і направляють на сульфітацію (до рН 7,5) до апарату зрошувального типу. Потім його підігрівають і фільтрують. Очищений сироп збирають в приймальних збірни­ках над вакуум-випарювальними апаратами. Очищення ди­фузійного соку і сиропу — досить складна операція за природою процесів, яка відбуваються. Адже йде складна операція взаємодій різноманітних за хімічним складом продуктів. Осадки вилуча­ються осадженням і фільтруванням в апаратах різноманітних конструкцій і типів: фільтропресах, патронних, дискових, відцен­трових, листових, пластинчатих фільтрах. Відстійники застосо­вують, в основному, гравітаційні багатошарові висотою шару рідини 0,8 м і об'ємом близько 10 м3.

Випарювання соку. На кожні 100 кг буряка, що надійшов на переробку, одержуюжь (120... 130) кг очищеного соку, котрий містить (15... 16)% сухих речовин (СР), з яких на долю цукрози припадає (14... 15)%. Для відокремлення сахарози сік згущують до високої концентрації (92,5...93,5)% СР. Згущення здійснюють продовж двох стадій. Спочатку його випаровують у випарюваль­них апаратах до концентраціїї 65% СР. Потім сироп, що одержу­ють, додатково очищають, після чого уварюють у вакуумних апаратах до кінцевої концентрації сухих речовин.

Перша стадія згущення — випарювання — проводиться у ба­гатокорпусних випарювальних установках (БВУ), які використо­вують принцип утилізації вторинної пари. Вторинна пара першо­го корпусу випаровування використовується для обігрівання другого корпусу і т.д. Таким чинам 1 кг пари, що надходить до 1-го корпусу, може випарити в корпусній установці близько 4 кг води. Принцип утилізації вторинної пари дозволяє значно змен­шити витрати пари на випарювання, що здійснюється у 3, 4 і 5-корпусних випарювальних апаратах.

Уварювання сиропу. Очищений сироп надходить до вакуума-паратів для остаточного уварювання. Утфель, який одержують після уварювання, містить (7...8)% води та близько 55% цукру,

825

який викристалізовується з маточного розчину. Міжкристалєва рідина високої в'язкості містить усі нецукри сиропу і певикрис-талізований цукор. Уварювання сиропу до цього часу є періодич­ним процесом, проводиться в апаратах з нагрівальною камерою. Уварювання проходить чотири стадії: згущення сиропу до висо­кої концентрації (коефіцієнт насичення сягає (1,20... 1,25), утво­рення кристалів після введення до апарату "затравки" у вигляді цукрової пудри, нарощування кристалів і згущення утфеля до концентрації (92,5... 93)%. Цикл роботи апарату триває (2,5:..4,0) год. Утфель надходить до утфелемішалок, далі через утфелерозподільник — на центрифуги.

Центрифугування. Для вилучення кристалів цукру від між-кристалевого розчину використовують фільтруючі центрифуги періодичної або безперервної дії. В результаті центрифугування більша частина міжкристалевого розчину вилучається ("зелений відтік"), але на поверхні утримується невеликий шар міжкриста-левої рідини, для вилучення якої шар кристалів промивають во­дою. Ця операція має назву пробілювання, в результаті чого одержують чистий кристалевий цукор та відтік, або білу патоку. Центрифугу було показано раніше.

Кристалічний цукор після центрифугування (містить 0,5% во­логи і надходить до сушарок, а потім до складу на пакування.

Переробка відтоку — патоки, що має назву зеленої, може бу­ти здійснено різними способами. Одна з найпростіших систем пе­реробки полягає в тому, що зелена патока разом з білою, що містять значну кількість цукрози, надходять до вакуум апаратів другого продукту (уварювання III утфелю), де знову уварюється до високої концентрації (84,0.. .88,5) СР. Цукроза при цьому кри­сталізується і одержаний утфель направляють на центрифугуван­ня. Одержаний на цьому етапі центрифугування цукор має назву жовтого цукру і надходить до клеровочного змішувача.

Тут він розчиняється сатураційним соком і надходить до ви­паровувачів спільно з очищенним сиропом. Відтік з центрифуг II (другого) продукту носить назву меляси і є залишком цукробу­рякового виробництва. Процес розчинення продукту, що утво­рюється після центрифугування, можна багаторазово розчиню­вати (клерування) і також багаторазово очищати, але витрати на процес одержання додаткової кількості цукру з кожним циклом зростають. На сучасних бурякоцукрових заводах використо­вується більш складна економічно обгрунтована трипродуктова

826

схема переробки зеленого відтоку. Продукт, одержаний після центрифугування утфеля III називають бурим цукром.

Переробка залишків буряко-цукрового виробництва.

Під час пареробки буряку одержують 4% меляси, яка містить близько 80% сухих речовин і 20% води. До складу сухих речовин входить близько 60% сахарози. Решту 40% складають нецукри. Меляса є цінним продуктом і використовується, як корм для ху­доби, служить сировиною для виробництва спирту, дріжджів, молочної і лимонної кислот, харчового пектину тощо. Іншими залишками бурякоцукрового виробництва є буряковий жом, фільтрований бруд і транспортно-миючі води. Буряковий жом використовують для відгодівлі худоби. Фільтропресовий бруд може використовуватись як добриво для деяких видів грунту. Трапспортерно-миючі води направляють на поля фільтрації для використання під зрошення.

Переробка меляси здійснюється на спеціальних техналогічих лініях і на окремих підприємствах. Так, переробку меляси на спирт здійснюють на спиртзаводах. Останнім часом значно вдо-сканалено і виробництво з меляси цукру-піску.

Функціональна схема бурякоцукрового виробництва свід­чить про те, що його варто віднести до І групи підприємств-пере-робки однокомпонентної сировини з метою вилучення характер­ного продукту, для яких особливістю є паралельні і зворотні по­токи на основній стадії виробництва.