НПК-2014 «Шаг в будущее». Тема: «Химия в производстве свекловичного сахара»

Научно - практическая конференция
« Шаг в будущее»
Секция: Естественно - научная
(химия)



Прь рьрпуел

Тема: «Химия в производстве свекловичного сахара».

Докладчик:

Ученица 10 «В» класса

МБОУ «СОШ №42»

Абуева Сабина

Научный руководитель:

Учитель химии

Дагаева Зарина Харуановна

г.Грозный

2014г

I.Введение

II. Основное содержание:

1.Обоснование технологической схемы производства сахара.

2. На Аргунском сахарном заводе.

3. Экспериментальная часть

III. Заключение

I. Введение

Из истории сахара.

• Знакомство человека с сахаром началось еще с древних времен. Китайцы получали сахар из сорго, в Египте из бобов, в других странах из пальмового сока, кленового, березового и даже из корней пастернака и петрушки. В Индии нашли способ получения тростникового сахара, который используют и по сей день. Получался он из сока тростника, который варили до образования кристаллов .

• Европейцы познакомились с тростниковым сахаром благодаря походам Александра Македонского в 327г. До н.э.

• Когда-то давно, воинов Александра Македонского, ступивших на индийскую землю, привлек неведомый ранее сладкий продукт, называвшийся на санскрите «саркара», чем и был тростниковый сахар.

Именно благодаря походам Македонского и стал известен этот продукт всему миру. Варианты слова sarkara сохранились и по сей день. Так, по-арабски сахар называется sukkar, по турецки - seker, по-итальянски - zucchero, по-немецки - zucker, на латыни это слово звучит как saccharum, а в России как сахар.

• После арабских завоеваний VII-IX веков сахарный тростник начали возделывать в Египте, Сирии, Южной Испании. В 966 году сахар появился в Венеции.

• Спустя 100 лет, во время первого крестового похода, европейцы вплотную столкнулись с сахаром. Крестоносцы поначалу подражали местным детям - высасывали сладкую жижицу из стебля.

• В Европу сахар попал лишь в XII веке вместе с возвращавшимися домой крестоносцами. Оценив новый продукт, европейцы решили приблизить тростник к родным местам.

• В Европе, в XVII-XVIII веках происходил рост промышленного производства сахара из сока кленового дерева с применением той же технологии, что и для производства тростникового сахара. Но оно было дорогим и не покрывало растущий спрос на сладкий продукт.

На Руси тростниковый сахар стали подавать к царскому столу в XVI веке. Чрезвычайно дорогими были эти сладости: в аптеке золотник сахара (немногим более 4 г) стоил рубль серебром.

• Первый российский сахарный завод появился по указу Петра I еще в 1718 году в Санкт-Петербурге. Везли сахарный тростник в Россию и Европу из тропических областей Америки и Карибских островов.

• Долгое время тростниковый сахар являлся предметом роскоши, который был доступен только избранным. В большинстве стран простые горожане и крестьяне пользовались медом .

• Для растущих нужд требовалось найти источник сахара на месте. Скоро такой источник был найден: в 1747 году немецкий химик Андрес Сигизмунд Маргграф извлек спиртом из сушеной свеклы и выкристаллизовал такой же точно сахар, какой получается из сахарного тростника. С этого события и берет начало свеклосахарная индустрия. Талантливый химик не обладал, к сожалению, масштабным мышлением, и поэтому свое открытие, знаменующее переворот в сахарном производстве, счел пригодным лишь для домашнего пользования - приготовление сладкого сиропа вместо дорогого сахара.

• Ученик и последователь Маргграфа Франц Ахард смотрел шире и посвятил проблемам производства свекловичного сахара всю свою жизнь. Упорно и настойчиво, не жалея сил и времени, Ахард завершил в 1802 году строительство первого сахарного завода.

• Как часто водится в таких делах, недоверчивых, завистливых недоброжелателей было значительно больше, чем сторонников. Английские сахарные монополисты сразу смекнули, чем грозит им открытие Ахарда и предложили ему 150 тыс. франков отступного. Через два года плата за заявление о бесперспективности исследований возросла до 600 тыс. франков. В ответ на категорический отказ они подговорили крупнейшего химика Хэмфи Деви забраковать патент.

• Великий Деви, классик химии, самолично заехал к Ахарду, попробовал и заявил, что сахар этот не то горчит, не то кислит, а в общем в пищу не годится. Финансовые трюки, угрозы и шантаж, более чем загадочный пожар на заводе - все привело к потому, что Ахард умер в нищете и безвестности. Трагический финал прекрасного дела.

• Но история брала свое. И как не парадоксально, ускорить производство сахара из свеклы помог…Наполеон. В 1806 году его война с Англией вылилась в форму континентальной блокады. Были приостановлены поставки в Европу колониальных товаров, в том числе и саха

• Наполеон объявил премию в 1 млн. франков за изобретение способа получения продукта в самой Франции, который мог бы заменить ввозной сахар. Вот тогда и вспомнили об открытии Маргграфа и мытарствах Ахарда.

• В XVIII - XIX веках в Европе шла интенсивная работа по селекции наиболее сладких сортов свеклы, что, в конечном итоге, привело к росту внутреннего предложения сахаросвекловичного сырья, которое частично вытесняло тростник. Так, если в свекле, исследованной Маргграфом, содержалось до 6 % сахара, то к 1890 году ученые-селекционеры довели эту цифру до 14 %, а к 1910 году - до 18 - 20 %, что соответствует современным нормам

• Не смотря на то, что в 1900 году свекловичного сахара было произведено 6 млн. тонн - в полтора раза больше, чем тростникового, тростниковый сахар не сдал своих позиций.

Возделывание сахарной свеклы в Чеченской Республике

Сахарная свекла - растение длинного светового дня.

Уборка сахарной свеклы

Актуальность моей исследовательской работы заключается в необходимости решения проблемы углеводного питания населения. Важность того или иного продукта оценивается как с точки зрения химии, так и с точки зрения практической пользы. Ведь важнейшим фактором в формировании здоровья населения и его алиментарного статуса является качество питания. Благодаря богатому по углеводному составу сахарная свекла широко используется как продовольственная, кормовая и техническая культура во многих странах мира. В том числе и в нашей Республике сахарная свекла является основным источником углеводов.

В очередном походе за продуктами на рынок, я обратила внимание, что на прилавках магазинов лежит сахар краснодарского производства. Обратившись с вопросом к продавцу, есть ли у них в продаже аргунский сахар, получила отрицательный ответ.

И тогда я задумалась, в чем причина того, что на территории Республики, где выращивается сахарная свекла и функционирует сахарный завод- на прилавках магазинов привозной сахар.

Чтобы ответить на эти вопросы, я перед собой поставила следующие цели и задачи:

- глубже вникнуть в сложные технологические процессы, протекающие при производстве сахара на сахарном заводе г. Аргун, поскольку он является одним из источников обеспечения населения нашей республики углеводами;

- изучить химические вещества, применяемые в производстве сахара на нашем заводе;

- поиск рациональных методов получения экологически чистого продукта- сахара из сахарной свеклы;

- поиск химических средств, влияющих на повышение сахарозы в сахарной свекле;

- получение сахара в условиях школьной химической лаборатории из сахарной свеклы;

- поиск потенциальных ресурсов углеводов, кроме сахарной свеклы.

Чтобы достичь поставленных задач и целей, необходимо осмысление мировоззренческих знаний и выработка умения их применить в процессе. А формирование мировоззрения происходит постепенно в тесной связи с изучаемым материалом. Для чего я и посетила Аргунский сахарный завод, где главный технолог завода, Демельханов Аюб Юнусович провел экскурс по заводу, объясняя технологию на каждом этапе производства сахара.

После посещения завода, я стала тщательно изучать, из разных источников, теоретический материал производства сахара, который изложен в основном содержание моей исследовательской работе.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ.

1.Обоснование технологической схемы

1.1.Приемка сахарной свеклы

Приемку сахарной свеклы, отбор образцов, определение загрязненности и сахаристости проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 17421-82 "Свекла сахарная для промышленной переработки. Требования при заготовках", договора, контракции и инструкции по приемке, хранению и учету сахарной свеклы.
Партии свеклы осматриваются, делятся по категориям, взвешиваются вместе с транспортом. Проводится определение общей загрязненности, а затем на полуавтоматической линии УЛС-1-сахаристости.

1.2.Хранение свеклы
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 - отрицательное явление, так как ведет к потерям сахарозы, в связи с усилением дыхания и увеличения выделения теплоты.

Для борьбы с прорастанием удаляют верхушки головки корнеплода при уборке и обрабатывают корнеплоды перед укладкой в кагаты 1%-ым раствором натриевой соли гидразида малеиновой кислоты (3-4л 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%-ый раствор пирокатехина, 18-20%-ый раствор углеаммиаката (2-2,5% на 1т свеклы), препарат ФХ-1(1-1,5% к массе обрабатываемой свеклы). ФХ-1 представляет собой суспензию свежегофильтрационного 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. Механизированные способы возделывания и уборки сахарной свеклы привели к тому, что значительно увеличилась ее загрязненность.

Хорошие результаты обеспечивает установка на буртоукладочной машине устройства для выдувания сорняков, ботвы и соломы. На некоторых сахарных заводах в настоящее время используют способ очистки свеклы с помощью грохотов-очистителей с дальнейшим извлечением свекломассы из отходов очистки.

1.3. Подача свеклы в завод.

При уборке и транспортировке свеклы кроме земли, прилипшей к свекле, к ней примешиваются легкие и тяжелые примеси - ботва, солома, песок, шлак, камни и даже отдельные металлические предметы. Вслучае попадания этих примесей в свеклорезку, ножи тупятся и повреждаются, что ведет к ухудшению качества свекловичной стружки. Для получения стружки высокого качества необходимо более полно отделять от свеклы легкие и тяжелые примеси. для этого по тракту подачи свеклы в завод устанавливают соломоботволовушки и камнеловушки(1. ), песколовушки(1. ).

1.4. Мойка свеклы.
Количество прилипших к свекле загрязнений составляет при ручной уборке (1-3)% от массы свеклы и при поточной механизированной уборке комбайном (10-12)%. Микроорганизмы заносятся с почвой, оставшейся на корнях свеклы. Следовательно, свеклу необходимо отмыть от прилипшей к ней почвы, во-первых, для предохранения ножей в резке от их притупления и, во-вторых, для предупреждения загрязнения диффузионного сока. Свекла частично отмывается от приставших к ней примесей в гидравлическом транспортере и свеклоподъемных устройствах. Для окончательной очистки свеклы от загрязнений и дополнительного отделения тяжелых и легких примесей применяются свекломойки. Земля и глина лучше всего отмываются при трении корней друг о друга.
После барабанной свекломойки и ополаскивателя свекла поступает в корытную свекломойку . Свекломойка состоит из отделения с низким уровнем воды и отделением с высоким уровнем воды. В первой части отделения мойки с низким уровнем воды происходит интенсивное механическое удаление поверхностных загрязнений свеклы при недостатке воды, во второй части этого отделения свекла частично отмывается при наличии незначительного объема воды.

Во втором отделении при наличии избытка воды завершается отмывание свеклы и отделение примесей. Чистая свекла выводится шнековыми конвейерами, в верхней части которых установлены форсунки для подачи чистой хлорированной воды для ополаскивания свеклы. Поступающая в свекломойку вода должна содержать минимальное количество микроорганизмов. После отмывания свеклы, вода от свекловодяной смеси отделяется на дисковых водоотделителях. Отмытую свеклу из свекломойки элеватором, после которого установлен контрольный ленточный транспортер с подвесным электромагнитным сепаратором , направляют в бункер перед свеклорезками .
Для удаления из массы свеклы ферромагнитных примесей, неуловимых на предыдущих стадиях очистки, применяются электромагнитные сепараторы типа ЭП2М.

Наличие двух свекломоек в моечном отделении необходимо для более высокого эффекта отмывания свеклы от загрязнения, и для повышения чистоты диффузионного сока.

1.5. Получение свекловичной стружки и диффузионного сока.
Для учета количества свеклы, поступающей на переработку в свеклосахарный завод, она взвешивается. Взвешивание свеклы производится на автоматических порционных весах.
Для извлечения сахара из свеклы диффузионным способом свекле необходимо придать вид стружки. Процесс получения стружки из свекловичного корня осуществляется на свеклорезках при помощи диффузионных ножей, установленных в специальных рамках.
Производительность диффузионной установки и содержание сахара в обессахаренной стружке в очень большой степени зависит от качества стружки. Свекловичная стружка, получаемая на свеклорезках в настоящее время, может быть желобчатой или пластинчатой в зависимости от типа диффузионного аппарата. Толщина нормальной стружки составляет (0.5-1) мм. Поверхность ее должна быть гладкой без трещин. Слишком тонкая стружка нежелательна, так как она деформируется, сбивается в комки и ухудшает циркуляцию сока в диффузионных установках. Качество свекловичной стружки принято определять длиной ее в метрах в навеске массой 100 г. Хорошим показателем качества стружки может являться температура и давление на слой. На центробежных свеклорезках при нормальных условиях эксплуатации получают стружку наилучшего качества.
После того, как свекла была изрезана в стружку, стружка по ленточному транспортеру направляется к диффузионному аппарату предварительно производят взвешивание стружки
ленточными весами.

Диффузией называется извлечение из сложного по своему составу вещества, с помощью растворителя. В механизированных диффузионных аппаратах непрерывного действия свекловичная стружка и диффузионный сок находятся в непрерывном противоточном движении. Достоинствами наклонных диффузионных аппаратов являются: компактность, удобство в обслуживании, относительно низкие потери сахара в жоме, низкая откачка, возможность автоматизации работы. К недостаткам относятся следующие параметры: измельчение стружки при транспортировке, разные порции стружки находятся в разное время в аппарате, причиной этого является неэффективность транспортирующих органов.
Выходящий из диффузионного аппарата свежий жом прессуют до содержания сухих веществ 22%, что дает возможность возвращать жомопрессовую воду на диффузию. После диффузионной установки жом направляется на двухступенчатое прессование. После первой ступени наклонных прессов, жом направляется либо на вторую ступень прессования , либо на реализацию свеклосдатчикам. После второй ступени прессования жом направляется в отделение высушивания в барабанных жомосушках.
Жомопрессовую воду перед возвращением в диффузионный аппарат подвергают очистке: фильтрации, тепловой стерилизации и т.д. Схема работает следующим образом. Жомопрессовая вода через мезголовушку поступает в сборник исходной воды и оттуда насосом подается в одноходовой пароконтактный подогреватель I ступени, где нагревается паром самоиспарения отработанной воды. Из подогревателя вода проходит через гидрозатвор с высотой столба жидкости около 9 м и поступает в одноходовой пароконтакный подогреватель II ступени , где вторичным паром IV или III ступени выпарной установки подогревается до температуры (85-90) 5о 0С. Из подогревателя вода поступает в цилиндрический отстойник , где в течении (10-12) мин осветляется, стерилизуется и направляется в охладитель . Очищенная жомопрессовая вода, охлажденная до (70-75) 5о 0С, поступает в сборник жомопрессовой воды .
В контрольный ящик дефекосатуратора подается аммиачная и жомопрессовая воды из сборников и затем смесь барометрической, аммиачной и жомопрессовой вод поступает в сульфитатор I ступени , потом в сульфитатор II ступени , в результате чего pH воды снижается до 6-6.5. Далее сульфитированная добавочная вода подогревается в пароконтактном подогревателе до температуры 75-85 5о 0С и аэрируется перед попаданием в сборник питательной воды на диффузию. Подготовленная вода поступает на диффузию.

Удаление аммиака осуществляется продуванием аммиачной воды в течение 12-15 мин диспергированным воздухом. При переработке свеклы пониженного качества аммиачные конденсаты обрабатывают ортофосфорной кислотой, которая осаждает ионы железа, аммония, магния, кальция. в нерастворимое состояние и делает свекловидную стружку более упругой. На дефекации ортофосфорная кислота полностью осаждается.
Диффузионный сок, освобождаясь от мезги на ротационной пульполовушке, направляется на известковоуглекислотную очистку.

1.6. Очистка диффузионного сока.

Диффузионный сок - поликомпонентная система. Он содержит сахарозу и несахара, представленные растворимыми белковыми, пектиновыми веществами и продуктами их распада, редуцирующими сахарами, аминокислотами и др. Все несахара в большей или меньшей мере препятствуют получению кристаллической сахарозы и увеличивают потери сахарозы с мелассой. Поэтому одной из важнейших задач технологии сахарного производства является максимальное удаление несахаров из сахарных растворов. Для решения этой задачи применяются физико-химические процессы очистки.

Несахара диффузионного сока различны по химической природе и в силу этого обладают широким спектром физико-химических свойств, что обуславливает различную природу реакций, приводящих к удалению их из осадка. При использовании в качестве реагентов для очистки гидроксида кальция и диоксида углерода осуществляются реакции коагуляции, осаждения, разложения, гидролиза, адсорбции и ионообмена. Эти мероприятия направлены на решение двух основных задач: повышение общего эффекта очистки, который до настоящего времени не превышает 40%, и сокращение расхода реагентов.
Очищенный в пульполовушках диффузионный сок поступает в подогреватели для нагрева до температуры (85-90) 5о 0С и затем направляется в котел прогрессивной преддефекации . Из преддефекатора сок без подогрева поступает в аппарат на холодную (теплую) основную дефекацию, где смешивается с известковым молоком (1-1.8)% CaO массы свеклы. Оптимальная длительность холодной дефекации (20-30) минут, теплой - 15 минут.
После холодной дефекации сок нагревается до температуры (85-90) 5о 0С в подогревателях и подается в дефекатор (горячая дефекация), где выдерживается 10 минут. На выходе из де-
фекатора к соку добавляется известковое молоко (0.5-0.7)% СаО к массе свеклы для повышения фильтровальных свойств сока I сатурации. Далее дефекованный сок поступает в циркуляционный сборник, где смешивается с (5-7) кратным количеством сока I сатурации, рециркулируемого по внешнему контуру, и в аппарате I сатурации сатурируется в течение 10 минут.
Затем сок самотеком поступает в сборник и насосом через подогреватель перекачивается в напорный сборник, расположенный примерно на высоте 6 м над листовыми фильтрами.
В ФИЛСах сок I сатурации разделяется на фильтрат и сгущенную суспензию. Достоинствами ФИЛС являются: простота конструкции, малая металлоемкость, малая занимаемая площадь, в (3-5) раз меньше затрат времени на фильтрование, а так же более высокое (в 1.5-2раза) содержание твердой фазы в суспензии, что повышает производительность вакуум-фильтров. Суспензия через нижний сборник и верхний напорный сборник направляется в вакуум-фильтры, где после отделения и промывания фильтрованный осадок выводится в отходы, а фильтрат отделяется в ресивере и смешивается с нефильтрованным соком.
К фильтрованному соку, поступающему из ФИЛС, добавляют известковое молоко (0.2-0.5)% СаО к массе свеклы, нагревают смесь до температуры (92-95) 5о 0С и в течение 4-5 минут подвергают дополнительной дефекации в дефекаторе. Из дефекатора сок самотеком поступает в сатуратор, где в течение 20 минут сатурируется до оптимальной щелочности
(0.01-0.025)% СаО (pH 9-9.5), затем насосом через нижний сборник перекачивается в напорный сборник , фильтруется на листовых фильтрах и подается в сульфитатор, где его обрабатывают сульфитированным газом (10-12)% SO 42 0 до щелочности 0.05-0.1% CaO (pH 8.5-8.8).
Сульфитированный газ получают путем сжигания серы в серосжигательных печах ( ). Газ охлаждают в сублиматоре и вентилятором подают в нижнюю часть сульфитатора. Сульфитированый сок в начале насосом подается на дисковые фильтры . Фильтрованный сок направляют на выпарную станцию . Сгущенная суспензия сока II сатурации из сборника возвращается на преддефекацию, где кристаллы карбоната кальция этой суспензии, обладающие достаточно высоким положительным 7 x 0-потенциалом, используются как затравочные центры для осаждения коагулирующих несахаров.
Целью преддефекации является максимальное осаждение веществ коллоидной дисперсности и ВМС и образование осадка, структура которого была бы достаточно устойчивой к разрушающему воздействию ионов Са в условиях высокой щелочности и температуры.
1.7.Сгущение сока выпариванием.
По значению выполняемых функций, сложности и стоимости в тепловой схеме центральное место занимает выпарная установка, которая состоит из отдельных аппаратов.
Сок II сатурации должен быть сгущен до сиропа с содержанием сухих веществ до 65-70% при первоначальном значении этой величины14-16%. Выпарная установка позволяет

расходовать на сгущение сока 40-50% пара к массе всего сока за счет многократного использования парового тепла. Сок поступает в I корпус, а затем проходит все корпуса установки последовательно и из концентратора удаляется сироп. Ретурный пар используется только в I корпусе выпарной установки. Последующие корпуса обогреваются вторичными парами предыдущих корпусов. Из последнего корпуса соковый пар поступает на концентратор, а с него на конденсатор. Число ступеней выпарной установки выбирается на основании технико-экономического расчета, в котором учитывается: капитальные затраты, эксплуатационные расходы. Увеличение числа ступеней выпарной установки (ВУ) приводит, с одной стороны, к уменьшению расхода греющего пара, что влечет за собой уменьшение эксплуатационных расходов, с другой стороны, к увеличению суммарной поверхности нагрева выпарных аппаратов, что приводит к увеличению капитальных затрат.

Образующийся в выпарных аппаратах и других теплообменниках конденсат систематически выводится в сборники через конденсатные колонки. Конденсат отработавшего пара используется для питания паровых котлов, а конденсат вторичных паров - для нагрева различных промежуточных продуктов. Необходимо постоянно отводить некондесирующиеся газы из паровых камер, которые накапливаясь в верхней части греющих камер, препятствуют потоку притекать к поверхности теплообменника. Неконденсирующиеся газы из верхней части греющих камер по трубопроводам выводятся в пространство с давлением пара на одну ступень ниже, чем давление греющего пара.
Цветность сиропа нарастает в результате разложения редуцирующих веществ и их взаимодействиями с аминокислотами, а также карамелизации сахарозы. Интенсивность этих реакций зависит от рН, t, концентрации реагирующих веществ, реагентов, продолжительности выпаривания, наличия ионов железа и прочих факторов. Результатом образования осадков в сиропе при выпаривании является снижение растворимости солей Са, когда они оказываются в пересыщенном состоянии и их избыток выкристаллизовывается. Одним из эффективных способов торможения реакции образования красящих веществ в ВУ является достижение достаточного полного разложения редуцирующих сахаров в процессе очистки сока и минимального разложения сахарозы при выпаривании. Немаловажное значение имеют также содержание оптимального уровня в кипятильных трубках и равномерное распределение греющего пара в греющих камерах выпарных аппаратов, что предохраняет поверхности нагрева в местах ввода пара от пригорания сахара.

1.8.Увариваие, кристаллизация и центрифугирование утфелей.

Кристаллизация сахара - завершающий этап в его производстве. Здесь выделяют практически чистую сахарозу из многокомпонентной смеси, которой является сироп. В сокоочистительном отделении из диффузионного сока удаляется около 1/3 несахаров, остальные несахара вместе с сахарозой поступают в продуктовое отделение, где большая часть сахарозы выкристаллизовывается в виде сахара-песка, а несахара остаются в межкристальном растворе. Выход сахара на 75% зависит от потерь сахара в мелассе. Потери в продуктовом отделении определяют технико-экономические показатели завода. Качество сахара прямо связано с потерями его в мелассе. Задачей оптимизации технологического процесса является выбор между глубоким истощением мелассы и качеством песка.
Задача получения сахара стандартного качества решается с помощью многоступенчатой кристаллизации, при этом потери будут минимальны. Наибольшее распространение получили двухступенчатая и трехступенчатая схемы продуктового отделения. Для получения сахара хорошего качества используют гибкие схемы, предусматривающие оперативное перераспределение потоков в соответствии с ситуацией на заводе. Рациональная технологическая схема продуктового отделения должна иметь столько ступеней кристаллизации, чтобы суммарный эффект кристаллизации составлял 30-33%, а коэффициент завода составлял бы 80% при среднем качестве свеклы. В достоинство трехпродуктовой схемы можно включить более высокий выход (37%) и высокое качество получаемого товарного продукта.

Уваривание осуществляют в вакуум-аппаратах периодического действия, поэтому после уваривания утфель выгружается в буферную промежуточную емкость приемной мешалки. После выгрузки аппарат пропаривается экстра-паром I корпуса выпарной установки и пропарка направляется в клеровочную мешалку. Если пропарка проводится ретурным паром, то ее можно направлять в приемную мешалку, где при смешивании с утфелем растворяется около 2-3% кристаллов.
Утфель центрифугируют нагорячо (t=70-75 5о 0C). При фуговке отделяем 2 оттека. На первой стадии выделяется "зеленая" патока I, которая направляется в сборник под центрифугой и перекачивается в сборник перед вакуум-аппаратами, для создания запаса зеленой патоки для уваривания утфеля II. По окончании отделения зеленой патоки в ротор центрифуги подается горячая вода в количестве 3.0-3,5% по массе сахара, проводится пробелка сахара и выделяется II оттек утфеля Iкристаллизации, который направляется в сборник под центрифугами, а затем перекачивается в сборник перед вакуум-аппаратами, где создается запас для уваривания утфеля II.
Выгруженный из центрифуг сахар-песок транспортируют для высушивания, охлаждения, отделения ферромагнитных примесей, комков сахара и пудры. Затем он поступает в бункеры, откуда в склад бестарного хранения или на упаковку. Уловленную циклонами сахарную пыль, а также комочки сахара с виброконвейера и из сушильного барабана растворяют в очищенном соке и подают в клеровочные мешалки.Белая и зеленая патоки используются для уваривания утфеля II(промежуточного) продукта. В процессе уваривания в начале в вакуум-аппарат забирается белая патока и в конце зеленая патока. Утфель II продукта уваривают до массовой доли сухих веществ 93-94%, при этом содержание кристаллов в утфеле достигает 45%. Используют вакуум-аппараты периодического действия. Послеуваривания утфель выгружают в приемную мешалку. Вакуум-аппараты пропаривают экстра-паром I корпуса, пропарку направляют в приемную мешалку, Из приемной мешалки утфель II кристаллизации нагорячо (70-75 5о 0С) направляют на центрифугирование.

1.9. Сушка, охлаждение и хранение сахара.

Целью сушки является удаление поверхностной влаги и обеспечение длительного хранения кристаллического сахара. На сушку направляется сахар с t=60 5о 0C после центрифугирования и влажностью 0.8-1.2%. Для обеспечения длительного хранения влажность должна соответствовать относительной влажности хранилища. Влажность и температуру нормируют в зависимости от способа хранения. Существуют два способа хранения: тарный в мешках 50 кг влажность до 0.14% и температура до 25 5о 0С и бестарный - в силосах емкостью 10000-20000 т влажностью не более 0.04% и t до 22 5о 0С.
После центрифуг сахар-песок влажностью 0.8-1.8% подают виброконвейером к элеватору. Влажный сахар поднимается элеватором и попадает в сушильную часть установки, где высушивается горячим воздухом (t=105 5о 0C). Сушка производится в прямотоке, что позволяет не превышать критическую температуру разложения сахарозы (85 5о 0С). Охлаждение сахара осуществляется в противотоке, температура сахара понижается до 20 5о 0С. Высушенный и охлажденный сахар-песок подается на машину рассева, где отделяются конгломераты и мелкие фракции. Для бестарного хранения формируются фракции с коэффициентом однородности до 10%. После рассева сахар направляется в бункера, находящиеся в упаковочном отделении, из которых затаривается в мешки, взвешивается, зашивается и ленточным транспортером направляется в склад. При бестарном хранении сахар подается в дозреватель для удаления внутренней влаги из объема кристалла за счет диффузии приблизительно на 10 суток, после чего сахар направляется в силос.

1.10.Получение известкового молока и сатурационного газа.

Из склада хранения известняк конвейером подают на сортировку.

Отсортированный известняк конвейером подают в бункер-накопитель топлива. Топливо подают через дозатор. Известняк вместе с ковшом скипового подъемника взвешивают на весах.После дозировки порции шихты ковш по направляющим поднимается к верху печи. При опрокидывании его шихта высыпается в загрузочную воронку. Герметичность загрузочной воронки обеспечивает клапан. Полученный в результате обжига известняка сатурационный газ из балки отсоса газа попадает в сухую ловушку, а затем в газопромыватель для окончательной очистки и охлаждении водой. Затем через каплеулавливатель газ поступает в компрессор, который подает его в завод. Для поддержания разрежения в газопромывателе и каплеулавливателе удаление воды в них осуществляется через гидрозатвор.
Обожженная известь по направляющему желобу поступает в известегаситель, куда из сборника подают воду. Полученное известковое молоко поступает на вибросито, где отделяются частицы размером более 1.2 мм, затем в мешалку, гидроциклоны - для отделения частиц от 1.2 до 0.3 мм - и в мешалку известкового молока. Из мешалки насосом подают на дефекацию.

Экспериментальная часть

Опыт№1

Получение сахара из свеклы в школьной химической лаборатории

500 г хорошо промытой сахарной свеклы протереть на терке. Полученную массу разотрем в фарфоровой ступке. Затем свекловичную пасту переносим в литровую колбу и сюда же добавим 625 мл 15-процетного взмученного известкового молока. Колбу закроем пробкой и в течении нескольких часов периодически встряхиваем ее.

Известковое молочко добавляют для коагуляции и осаждения несахаров.

Ca(OH)2 + С12Н22О11 Са( С12Н21О11)2 + 2Н2О

В образовании полусахарата кальция участвует лишь часть растворенной сахарозы. Из данного уравнения видно, что реакция образования полусахарата кальция идет неполно (расходуется не вся сахароза), так как является обратимой. Полусахарат кальция легко гидролизуется присоединяя воду и вновь даёт Са(ОН)2 и С12Н22О11.

Ионы кальция вступая в контакт с некоторыми ионами органических кислот( щавелевая, лимонная, яблочная, винная и др.), образуют слаборастворимые, выпадающие в осадок соли кальция. Сок отделяем от осадка фильтрованием через марлю. Твердый осадок поместим опять в колбу и прильем к нему 400 мл. холодной воды и выдержим около 3 часов. В дальнейшем производим вновь отжимание. Обе порции сока соединим вместе и через сок медленно пропускаем СО2. Произойдет образование СаСО3.

В дальнейшем сок отфильтруем от этой соли и подвергнем очитке путем пропускания через слой активированного угля. Уголь обесцвечивает и уничтожает неприятный запах сока. Полученный бесцветный сок упариваем в 5-8 раз и охлаждаем. Для лучшей кристаллизации вносим в виде затравки несколько крупинок сахарного песка. Выпавшие кристаллы отделяем от патоки.

Если свекла имеет большой процент сахара, то из 500г можно получить 40г. чистого сахарного песка и некоторое количество сладкой патоки.

Опыт №2

Получение молочного сахара.

В коровьем молоке содержится 4,6 % молочного сахара. В женском молоке его больше- 6,5%. Поэтому молоко для искусственного кормления грудных детей приходится обогащать молочным сахаром.

Молочный сахар мы получим из молочной сыворотки которая остается от молока после отделения сыра с помощью фермента - аптечного пепсина.

В большой фарфоровой чашке упариваем 300мл. этой сыворотки. Через некоторое время оседает оставшийся белок. Который необходимо отфильтровать. Продолжим упаривать фильтрат до тех пор, пока не начнет кристаллизоваться молочный сахар. После охлаждения от полученной каши отделяем холодной водой кристаллы сахара.

Химические вещества, применяемые в производстве сахара на Аргунском заводе

1

Защитостимулирующие вещества.

Подготовка семян сахарной свеклы к посеву.

2

Минеральные удобрения.

Одновременно вносимые в почву во время посева семян сахарной свеклы.

3

Минеральные удобрения (NPK).

Уход за посевом.

4

Средства защиты растений.

Для борьбы с вредителями и болезнями сахарной свеклы.

5

1% раствор натриевой соли гидразида малеиновой кислоты(ГМК-Nа).

Для борьбы с прорастанием свеклы.

6

18-20% раствор модифицированный углеаммиакат(УГАМ)

Для подавления подавления интенсивной жизнедеятельности микрофлоры.

7

40% раствор муравьиного альдегида.

Для подавления микрофлоры в диффузионном соке.

8

5% раствор серной кислоты.

Для сохранения стерильных условий и поддержания необходимого значения рН(от6,3 до 7,2).

9

10% эмульсия альгинат натрия(выделяют из морских водорослей).

Для борьбы с пенообразованием.

10

Са(ОН)2

При очистке сока. Обработка диффузионного сока для полного осаждекия несахаров.

11

Аl2(SO4)3

Для очистки жомопрессовой воды.

12

SO2

Для сульфитирова60ния барометрической воды.

13

СаСО3

Для получения СаО

14

NH4Cl

Для образования растворимых солей кальция в диффузионном соке.

15

C-активированный гранулированный уголь.

Для обесцвечивания сиропа.

III. Заключительная часть.

При тщательном изучение технологии производства сахара - песка на заводе и детальном изучении теории выращивания сахарной свеклы как одного из источников природного углевода, я старалась сконцентрировать внимание на особенностях, являющихся носителями определенных полезных свойств. Пищевая ценность продуктов снижается при плохом состоянии экологии. Опрыскивание растений высокотоксичными веществами( пестицидами), обработка почвы удобрениями. При этом содержание в продукции полезных ингредиентов уменьшается и увеличивается содержание вредных. После этого, в дальнейшем поставила перед собой цели:

• глубже изучить технологический процесс производства сахара на основе современных достижений науки и техники;

• работать над тем, как упростить или унифицировать отдельные стадии производства;

• поскольку нестабильность уровня производства сахарной свеклы, как продукции, приводит к непредсказуемым колебаниям ее поступления, что является причиной простаивания завода, стремится к тому, чтобы масштаб ее выращивания в нашей республике увеличился;

• по словам главного технолога на завод поступает свекла с низким содержанием сахарозы, что сказывается на выход продукции, заняться поиском удобрений, повышающих сахаристось и урожайность сахарной свеклы;

• так как чрезмерное и неправильное использование удобрений в сельском хозяйстве дает отрицательный эффект, работать над проблемой избыточного содержания нитритов и нитратов в продукции;

• в идеале стремление к созданию экологически чистого продукта, с минимумом использования химикатов и с большим выходом сахарозы.

Конечно, предстоит еще немало потрудиться, чтобы преодолеть долгий путь, ведущий меня к полному пониманию технологического процесса производства, на основе современных достижений, а также агротехнического метода в сельском хозяйстве. Несмотря на это, я планирую продолжить начатую мною работу, реализуя поставленные задачи и цели. Ведь химическая промышленность постоянно нуждается в людях, у которых обширные знания и экспериментальные навыки сочетаются с любовью к химии.

ЛИТЕРАТУРА

• А.Р. Сапронов Технология сахарного производства. М.Агропромиздат.1986г.

• Л.П. Макаренко Пищевая промышленность. М. 1990г.

• Г.Н. Михатова, И. Н. Каганов. Расчет продуктов сахарного производства, М.2000г.

• П.М. Силин. Технология сахара. М. 1980 г.

• Инструкции по введению технологического процесса свеклосахарного производства.

М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1990 г.

• Дж.Теддер, А. Нехватал, А. Джубб. Промышленная органическая химия. М.1977 г.

• ucheba.dlldat.com/docs/index-6622.html

• sahsvekla.hut2.ru/svekla.5.html

29