Технологический процесс производства сахара-песка из сахарной свеклы

Содержание

Введение

Сахар – важнейший ингредиент различных блюд, напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий. Его добавляют в чай, кофе, какао; он главный компонент конфет, глазурей, кремов, мороженого и других кондитерских изделий. Сахар – песок используют при консервировании мяса, выделке кожи и в табачной промышленности. В химической промышленности из сахара получают тысячи производных, используемых в самых разных областях, включая производство пластмасс, фармацевтических препаратов, шипучих напитков и замороженных пищевых продуктов.

Значительный вклад в формирование продовольственных фондов и создание стратегических запасов продовольствия в стране вносит сахарная промышленность. Устойчивость развития рынка сахара, ассортимент продукции, ее качество и цены во многом определяют уровень жизни населения. Это свидетельствует об особой стратегической и социальной значимости сахарного комплекса страны. В сахарной промышленности России продолжает сохраняться глубокая импортная зависимость: более 70 % потребляемого сахарными заводами сырья имеет импортное происхождение, в то время как в 2011 г. - 28,4 %. Развитие сахарной промышленности России стало полностью зависеть от конъюнктуры мирового рынка сахара. Поэтому назрела острая необходимость создания условий для устойчивого развития отечественной сахарной промышленности, насыщения рынка собственной продукцией и обеспечения продовольственной безопасности страны в целях повышения уровня самообеспечения сахаром (стратегически важным, транспортабельным продуктом, пригодным для создания резервных запасов продовольствия), что в итоге будет способствовать устойчивому социально-экономическому развитию России. Потребность в продуктах питания и полезных веществах является насущной потребностью каждого человека, важность пищевого производства неоспорима.

Сахар относится к товарам первой необходимости, рацион питания без него представляется невозможным. Поэтому изучение производства этого важного продукта для дальнейшего исследования и разработки рекомендаций в данной области является актуальной и интересной задачей.

Цель курсовой работы является разработка технологической линии производства сахара – песка, производительность линии  3 т/сут.

Основными задачами курсовой работы являются:

1)  изучение теоретических основ  производства сахара - песка;

2) изучение правил приемки и  хранения сырья, вспомогательных  материалов и готовой продукции;

3) изучение аппаратурно-технологической  схемы производства сахара-песка;

4) расчет  материального баланса  производства  сахара-песка, а так  же подборка оборудования;

1. Технологическая линия  производства сахара-песка из  сахарной свеклы.

1.1 Требования к основному  сырью и вспомогательным материалам

Для производства сахара используют корнеплоды сахарной свеклы, соответствующие требованиям ГОСТ Р 52647-2006.

Корнеплоды по форме, окраске и массе должны быть типичными для данного сорта(гибрида) сахарной свеклы, а также с удаленными листьями и черешками, неувядшими. Не допускается наличие мумифицированных и загнивших корнеплодов. По физико-химическим показателям корнеплоды сахарной свеклы  должны соответствовать требованиям, указанным в таблице  Содержание токсических элементов, пестицидов и радионуклидов в корнеплодах сахарной свеклы не должно превышать норм, установленных нормативными правовыми актами РФ.

Известковый камень применяется для получения извести и углекислого газа, используемые в производстве сахара при очистке свекловичного сока. Известняк технологический отвечает требованиям нормативно технологической документации ТУ 10 РФ-1055-92.

В качестве дезинфицирующего средства в сахарном производстве применяют Ардон Н , известь хлорная. Ардон Н отвечает требованиям ТУ - 2484-002-0164143149-2009, хлорная известь ГОСТ 1692-58.

Для обработки очищенного сока, сиропа и барометрической воды применяют сернистый газ, с целью снижения цветности, вязкости и щелочности. Газ сернистый получают путем сжигания серы в печах. Нормативный документ на серу ГОСТ 127-64.

Вода при переработке сахарной свеклы должна отвечать требованиям ГОСТ 2874-82.

Нитки хлопчатобумажные, швейные для зашивки мешков на сахар-песок соответствуют ГОСТ 6309-87.

Мешки бумажные для сахара-песка отвечают требованиям ГОСТ 2226-88.

Очень важно создать и обеспечить оптимальные условия хранения основного сырья и вспомогательных материалов. При несоблюдении необходимых  условий хранения наблюдается появление множества дефектов сырья и вспомогательных материалов. Например: увлажнение, отсыривание, посторонние запахи, заплесневение и многие другие пороки, которые отрицательно скажутся на технологическом процессе производства.

Приемку сахарной свеклы, отбор образцов, определение загрязненности и сахаристости проводят в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52647-2006 «Свекла сахарная технические условия», договора, контракции и инструкции по приемке, хранению и учету сахарной свеклы. Корнеплоды кондиционной сахарной свеклы должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 1.

Сахарную свеклу принимают партиями. Партией считают любое количество свеклы, находящееся в одной транспортной единице (автомашине или прицепе) и оформленное одним транспортным документом.

Проверку качества сахарной свеклы проводят до приемки партии по количеству (до взвешивания) путем визуального осмотра корнеплодов в двух-трех местах насыпи на разной глубине.

Для определения содержания в партии цветущих, подвяленных, мумифицированных, подмороженных, загнивших корнеплодов, а также зеленой массы при повторной проверке объединенную пробу отбирают механизированным или ручным способом.

Для определения содержания в партии корнеплодов с сильными механическими повреждениями объединенную пробу отбирают ручным способом.

Партии свеклы осматриваются, делятся по категориям, взвешиваются вместе с транспортом. Проводится определение общей загрязненности, а затем на полуавтоматической линии УЛС-1-сахаристости.

Таблица 1 - Качество корнеплодов сахарной свеклы

1.2 Требования к готовой  продукции

Сахар-песок — пищевой продукт, представляющий собой сахарозу в виде отдельных кристаллов, предназначенный для реализации в торговую сеть, для промышленной переработки и других целей.

Сахар – это вещество белого цвета, иногда с голубоватым оттенком, мелкокристаллический, сладкий на вкус, хорошо растворим в воде. Образует прозрачные сиропы, очень гигроскопичен.

Сахароза – чистый углевод, хорошо усвояем, очень калориен, обладает энергетической ценностью. Суточная норма сахара 100 г. Повышенное потребление сахара приводит к нарушению жирового обмена, ухудшает состояние зубов, ухудшает работу сердечно сосудистой системы.

Наиболее распространенными дефектами сахара-песка являются: увлажнение и потеря его сыпучести; желтоватый цвет; посторонние запах и вкус; видимые посторонние примеси. Данные дефекты возникают в связи с неправильным режимом хранения продукции. Поэтому, хранить сахар-песок необходимо при температуре не ниже 5°С,  так как более низкая температура может привести к вымораживанию влаги и появлению на сахаре пятен.

Относительная влажность воздуха при хранении сахара-песка должна быть не выше 70 %.При более высокой относительной влажности возникают такие явления как отсыревание и слипание кристаллов сахара-песка.                                                                                             Отсыревание сахара-песка возникает при его хранении  в складах с высокой относительной влажностью (выше 70 %), так как при этом возникает возможность конденсации воды на поверхности мешков и проникновение ее вовнутрь их.

Слипание кристаллов сахара имеет место при относительной влажности воздуха ниже 33 %.

Сахар-песок вырабатывается с размерами кристаллов от 0,2 до 2,5 мм. Допускаются отклонения от нижнего и верхнего пределов указанных размеров до 5 % к массе сахара-песка. Наличие мелкой фракции кристаллов может привести к слипанию, а затем и к затвердению сахара при его хранении. Причиной этому служит то, что общее содержание воды в кристаллах с уменьшением их размеров увеличивается, что приводит к слипанию.

Нормативным документом на сахар-песок является ГОСТ 21-94 «Сахар-песок для промышленной переработки. Технические требования».

Требования к качеству готовой продукции  зависят от назначения  сахара-песка. Основные критерии качества сахара как непосредственно пищевого продукта обычно является: блеск кристаллов, гранулометрический состав, влажность, цветность. Сахар-песок должен быть сухим на ощупь, сыпучим, без посторонних примесей и комков слипшегося сахара. Цвет белый с блеском, вкус сладкий без посторонних привкуса и запаха. Влажность сахара-песка не должна превышать 0,14 %, а содержание сахарозы − не менее 99,75 %.Сладость сахарного песка зависит от размера кристаллов, то есть гранулометрического состава. Качество сахара-песка должно отвечать требованиям приведенным в таблице 2.

Органолептические показатели сахара – песка приведены в таблице 2

Физико – химические показатели сахара – песка приведены в таблице 3.

По микробиологическим показателям сахар – песок для производства молочных консервов, продуктов детского питания  и биофармацевтической промышленности должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 4.

Таблица 4 - Микробиологические показатели  сахара – песка

1.3 Описание аппаратурно-технологической схемы

Основными элементами процесса производства: очистка свеклы от посторонних примесей, получение свекловичной стружки, экстрагирование сахара методом диффузии, известково-углекислотная очистка, сгущение сока, кристаллизация сахара, сушка и хранение сахара-песка. Технологическая схема производства сахара- песка приведена в  схеме После проведения технологической оценки сахарной свеклы, она поступает на хранение. Корнеплоды укладывают в кагаты на предварительно подготовленном кагатном поле. Корнеплоды сахарной свеклы - живые организмы, в которых протекают процессы дыхания, а при неправильном хранении может происходить прорастание и загнивание корнеплодов сахарной свеклы.

Прорастание характеризуется отношением массы ростков к массе всей свеклы в образце. Прорастание начинается через 5-7 сут. после уборки при повышенной температуре и влажности. Корнеплоды, находящиеся в кагате, прорастают неравномерно: в верхней части в 2 раза больше, чем в нижней. Прорастание - отрицательное явление, так как ведет к потерям сахарозы, в связи с усилением дыхания и увеличения выделения теплоты. Интенсивнее прорастают корнеплоды в невентилируемых кагатах, и те, на которых остались ростовые почки.

Для борьбы с прорастанием удаляют верхушки головки корнеплода при уборке и обрабатывают корнеплоды перед укладкой в кагаты 1 % раствором натриевой соли гидразида малеиновой кислоты (3-4 л на 1т свеклы). Если головка свеклы низко срезана, или она слегка подвялена, то при укладке в кагаты используют 0,3% раствор пирокатехина (3-4 л на 1т свеклы).

Микроорганизмы в первую очередь развиваются на отмерших клетках, механически поврежденных, подмороженных и увядших участках корнеплодов, затем поражаются живые, но ослабленные клетки. Поэтому важным условием предохранения сырья от порчи является его целостность. Необходимо создать благоприятные условия для защитных реакций в ответ на механические и другие повреждения.

Для подавления жизнедеятельности микрофлоры на корнеплодах применяют 0,3 % раствор пирокатехина, 18-20 % раствор углеаммиаката (2-2,5% на 1т свеклы), препарат ФХ-1 (1-1,5% к массе обрабатываемой свеклы). ФХ-1 представляет собой суспензию свежего фильтрационного осадка =1,05-1,15г/см, обработанного свежей хлорной известью (1,5 % к массе свеклы).

Большое значение имеет температура и влажность, как для прорастания, так и для развития микроорганизмов. Поддержание температуры 1-2 °С, газового состава воздуха в межкорневом пространстве, влажности с помощью принудительного вентилирования кагатов, ликвидация очагов гниения способствуют сохранению корнеплодов сахарной свеклы от гниения, прорастания.

Современный тракт подачи свеклы в завод на переработку предназначен для ее транспортировки и очистки.

Свекла из бурачных  и полевых гидротранспортеров  в виде свекловодяной смеси в соотношении от 1:8 до 1:10 поступает в лоток главного наземного гидротранспортера. Она проходит последовательно пульсирующий шибер, перед которым установлена наклонная и горизонтальная решетки. Затем свекловодяная смесь свеклонасосами, подается в лоток гидротранспортера, прикрытого прутковыми решетками, проходит последовательно стоящие 2 камнеловушки и одну  соломоловушку. Далее свекла через водоотделители  поступает в мойки. В водоотделителе транспортерная вода отделяется от свеклы. После мойки свекла ополаскивается чистой водой и обрабатывается раствором хлорной извести или раствором известкового молока из расчета 10-20 кг на 100 т свеклы. Транспортерно-моечная вода, содержащая примеси, и обломки свеклы поступает на хвостикоулавливатель, где примеси отделяются, а вода направляется на станцию осветленных вод.

Транспортирование мытой свеклы осуществляют ковшовыми элеваторами. После элеватора на контрольном транспортере улавливаются железомагнитные предметы, попавшие со свеклой. Для этого контрольный конвейер оборудуют специальным подвесным магнитом. Подвесной электромагнит помещают над серединой конвейера, по длине, и обеспечивают возможность отвода его в сторону для разгрузки уловленных железомагнитных примесей, на пересыпке свеклы после контрольного конвейера устанавливают устройство для отдувки легких примесей потоком сжатого воздуха. Уловленные легкие примеси направляют на классификатор отходов моечного отделения.

После контрольного транспортера свекла направляется для взвешивания на автоматические весы. До начала сезона весы предъявляют на государственную проверку территориальному органу Госстандарта.

Для изрезывания свеклы установлены центробежные 16-ти рамные свеклорезки. Для эффективной работы диффузионных аппаратов решающее значение имеет качество свекловичной стружки, которая должна обладать достаточно высокой удельной поверхностью, прочностью на разрыв, изгиб и сжатие, хорошей проницаемостью в течение всего процесса − экстракции. Качество свекловичной стружки оценивается длиной 100 г стружки в метрах, а также содержанием в стружке брака. В диффузионных аппаратах используется стружка, длина 100 г которой составляет 10-15 м. Содержание брака в стружке ограничивается 5 %. После резок стружка по ленточному транспортеру подается к диффузионному аппарату.

Большое значение для эффективности сокодобывания диффузионным методом имеют такие факторы, как качество стружки, величина отбора диффузионного сока, температура и продолжительность процесса диффузии, выход жома, зависящий от содержания мякоти в свекле и ее сухих веществ, а также pH сокостружечной смеси.

Вода, используемая для диффузии должна быть специально подготовленной − это барометрическая вода, подкисленная до pH 6,2-6,5. Необходимо, чтобы вдоль всей диффузионной установки значение pH сока было не ниже 5,6-6,0. При температуре в диффузионном аппарате выше 70 °C бактериальные процессы практически подавляются. В качестве антисептика для подавления активной жизнедеятельности микроорганизмов в диффузионном аппарате используют формалин.

Для проведения процесса диффузии на предприятии используют ротационный диффузионный аппарат − это горизонтальный цилиндр, опирающийся на ролики и вращающийся. В головной части барабана, входящий в неподвижный кожух (головку), находятся два сетчатых ковша, по всей его ширине вращаются сетчатые перегородки. В торцовой стенке головки установлен патрубок для подачи сокостружечной смеси из ошпаривающей установки в аппарат. Диффузионный сок, поступающий в аппарат вместе со стружкой, фильтруется на сите и вместе с соком из аппарата стекает в сборник, далее качается в производство. Освобожденная от сока стружка при вращении барабана движется к хвостовой части барабана.

Через распределительную головку в центр хвостовой части аппарата подается вода  навстречу стружки. Хвостовая часть аппарата закачивается бункером для вывода жома. В качестве антисептика для подавления активной жизнедеятельности микроорганизмов в диффузионном аппарате используется «Ардон – Н» . Из сборника диффузионный сок в количестве 500-600 % к массе подаваемой стружки, пропускается через подогреватель и возвращается, ошпаривая подаваемую стружку и нагревая ее до 70-75 °C. Потери сахара в жоме к массе свеклы  при этом составляет 0,030-0,50 %. Качество свекловичной стружки определяется ее длиной 100 г которая должна быть  10-16 м. Расход воды для  диффузионного процесса к массе свеклы  колеблется в пределах100-110 %, pH сульфитированной воды составляет 6,2-6,6.  Диффузионный сок из сборника насосом через регулирующий клапан направляют на преддефекацию. В преддефекатор добавляют всю суспензию сока II сатурации и по необходимости небольшое количество сока I сатурации. В IV секцию преддефекатора вводят известковое молоко. При этом pH  диффузионного сока повышается от 5,5-6,5 до 10,8-11,5 и под действием извести происходит нейтрализации кислот, коагуляция микромолекул веществ в коллоидном состоянии и осаждении органических кислот в виде солей кальция. Преддефекованный сок поступает на подогрев и в дефекатор  на основную дефекацию, куда добавляется 12-15 % (к массе свеклы) известкового молока (2,5-3,0 % CaO) pH сока при этом повышается до 12,2-12,3 (щелочность 1,0-1,8 % CaO), ряд несахаров разлагается, продолжаются реакции осаждения солей кальция некоторых органических кислот.

Из дефекатора сок поступает в аппарат I сатурации, где обрабатывается газом, содержащим диоксид углерода.

При обработке диоксидом углерода pH сока снижается до 10,8-11,5 (щелочность 0,08-0,11 % CaO), а на поверхности образующихся кристаллов карбоната кальция адсорбируются несахара.

На I сатурации не вся свободная известь связывается диоксидом углерода, часть ее остается в соке, чтобы не допустить растворения осажденных на пред-дефекации несахаров .

После I сатурации сок направляется через напорный сборник на фильтры сока I сатурации, где фильтруется через полотно лавсана АРТ. 86030 и направляется на II сатурацию, а спущенная суспензия направляется на фильтр-пресса. Осадок на фильтре промывается горячим конденсатом и выводится в отходы, а отфильтрованный сок и промой отводят через сборник и смешивается с профильтрованным соком после фильтров I сатурации. Перед II сатурацией сок нагревают на подогревателях до 90-95 °C. Для увеличения адсорбционной поверхности в сок добавляется известковое молоко в дефекаторе перед II сатурацией в количестве 0,25 % CaO к массе свеклы.

Сок II сатурации с pH 9,2-9,5 (щелочность 0,015-0,25 % CaO) пропускают через фильтры TF-110 II сатурации, обрабатывают диоксидом серы SO2 в сульфитаторе до pH 8,5-9,0 (щелочность 0,005-0,01 % CaO) и направляют на фильтры TF-110 контрольной фильтрации. Суспензия с фильтров II сатурации направляется на преддефекатор. Суспензия с фильтров контрольной фильтрации направляется в сборник - дозреватель сока после II сатурации. Сок II сатурации должен иметь минимальное содержание кальциевых солей и оптимальное значение pH (щелочности), обеспечивающие проведение сульфитации сока в оптимальном режиме и получение на выпарной установке сиропа заданной щелочности (pH). Основным элементом тепловой схемы является выпарная станция, состоящая из семи выпарных аппаратов и концентратора.

Сульфитированный сок подают насосом через подогреватели в I корпус выпарки. Проходя последовательно через все корпуса, сок за счет испарения из него воды сгущается и в виде сиропа насосом откачивается из последнего корпуса. Сироп в смеси с клеровкой желтого сахара подают на сульфитацию, затем насосом через подогреватель на фильтрование, откуда направляют на уваривание и кристаллизацию.

Для обогрева первого корпуса выпарки и подогревателя последней группы перед выпарной станцией используют отработавший пар паровых турбин и редуцированный пар паровых котлов.

Вторичные пары, получаемые при выпаривании воды из сока в I, II, III и IV корпусах выпарной станции, направляют для обогрева последующих корпусов выпарки, подогревателей и остальных потребителей в соответствии с принятым парооборотом.

Вторичный пар из последнего корпуса выпарки используют в пароконтактном  подогревателе питательной воды для диффузии, а избыточный пар направляют в конденсатор, из которого смесь неконденсирующих газов выкачивают вакуум-насосом. Конденсаты из пароиспользующих аппаратов отводят в сборники конденсата, где их группируют по принципу равных температур (давлений). Конденсаты отработавшего пара и вторичного пара I корпуса выпарной станции насосами откачивают в ТЭЦ.

Конденсаты вторичных паров II, III и IV корпусов, а также избыток возвращаемого из ТЭЦ конденсата, пропущенные последовательно через гидравлические колонки соответствующих корпусов направляют в сборник конденсата последнего корпуса и насосом откачивают в сборник, откуда расходуют на технологические нужды.

Температурный режим на выпарной станции поддерживают подачей пара в греющую камеру I корпуса. Температура вторичных паров  должна обеспечивать нормальную работу потребителей (нагрев соков, сиропа, обогрев вакуум-аппаратов).

Уровень соков в аппаратах поддерживают таким образом, чтобы верхняя трубная решетка омывалась кипящим соком по всей поверхности. Такое положение достигается при равномерной работе выпарной станции по подаче сока и отводу сиропа и равномерном отборе вторичных паров.

Уваривание, кристаллизация и центрифугирование утфелей.

На заводе продуктовый цех работает по двухкристаллизационной схеме:

- утфель I кристаллизации уваривают из смеси сиропа с клеровкой сахара II кристаллизации: к концу уваривания используют весь второй оттек утфеля I кристаллизации;

- утфель I кристаллизации центрифугируют нагорячо. Сахар промывают в центрифугах (Ц) водой, нагретой до 80-90 °C;

- кристаллический сахар-песок транспортируют в сушильное отделение, где его высушивают, охлаждают и очищают от железомагнитных примесей (36), комков сахара и пудры. Высушенный, охлажденный и отсеянный сахар-песок направляют в упаковочное отделение;

- первый оттек утфеля I кристаллизации поступает на уваривание утфеля II кристаллизации;

- дополнительную кристаллизацию  утфеля II проводят в утфеле-мешалках – кристаллизаторах (УМК) непрерывного действия с искусственным противоточным охлаждением утфеля и охлаждающей воды. Утфель охлаждается до 35-40 °C и перед центрифугированием подогревают до 45-48 °C;

- при центрифугировании утфеля II кристаллизации отбирают один оттек- мелассу ;

- желтый сахар II продукта растворяют фильтровальным соком II сатурации. Мелассу, полученную при центрифугировании утфеля II кристаллизации, взвешивают и направляют в резервуар для хранения.