Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О.
Образующийся карбонат кальция обладает коллоидными свойствами и имеет развитую активную адсорбционную поверхность, на которой адсорбируются несахара диффузионного сока.
В процессе сатурирования рН снижается, но нельзя его уменьшать ниже 10,8-11,0, так как при этом значении осаждена большая часть несахаров на преддефекации: при более низком значении рН они перейдут в раствор.
После сатурирования сок направляется на отстаивание или фильтрование с целью удаления осадка карбоната кальция и адсорбированных на нем несахаров. Фильтрованный сок направляется на 2 сатурацию, а фильтрационный осадок обессахаривается и выводится с производства.
2 сатурация.Повторная обработка сатурационным газом осуществляется с целью максимального удаления ионов кальция. Допускается введение перед 2 сатурацией СаО в количестве 0,25-0,30 % к массе сока для дополнительной адсорбционной очистки. Конечное рН сока 2 сатурации 9,0-9,5; сок фильтруется, осадок направляется на преддефекацию.
Сульфитация.Фильтрованный сок 2 сатурации подвергается сульфитации - обработке сульфитационным газом, содержащим 10-12 % SO2. При этом снижается рН сока до 8,5-8,7, уменьшается его вязкость. Основное назначение сульфитации - снижение цветности сока за счет блокирования сернистым газом хромофорных групп окрашенных соединений с превращением их в бесцветные лейкосоединения и стерилизация.
Сульфитированный сок фильтруют и направляют на сгущение.
Получение сиропа. Удаление воды из сока осуществляют в
пятикорпусной выпарной установке, в которой реализуется принцип многократного использования тепла и пара, то есть пар, полученный при выпаривании воды из сока в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. При этом от первого корпуса к последнему снижаются температура и давление греющего пара, температура кипения сока, увеличиваются концентрация и цветность.
Высокие температура и давление пара в первом корпусе обеспечиваются потенциалом греющего пара (подается ретурный пар с паровой турбины при температуре 132 градуса и давлении 0,3 МПа); низкая температура кипения и разрежение в последнем корпусе поддерживаются за счет подачи соковых паров из этого корпуса на барометрический конденсатор.
В процессе сгущения протекают химические реакции разложения сахарозы и редуцирующих веществ, азотистых соединений, образования красящих веществ; происходит отложение накипи на поверхности теплообмена выпарных аппаратов и изменение рН сока. Если на основной дефекации недостаточно полно проведены реакции разложения редуцирующих и азотистых веществ, то они продолжаются на выпарной станции. Продуктами реакции являются красящие вещества, которые перейдут в готовую продукцию. При несоблюдении оптимального режима очистки сока в нем остается много кальциевых солей органических и минеральных кислот, которые при сгущении сока откладываются в виде накипи.
Сок сгущают в выпарной установке до массовой доли сухих веществ 60-65 %, удаляя из него 100-115 % воды по массе. Полученный сироп сульфитируют, фильтруют на дисковых фильтрах с предварительным нанесением фильтровального порошка перлита или кизельгура и направляют на кристаллизацию.
Получение кристаллического сахара и переработка оттеков
Назначение кристаллизации - максимальное выделение в кристаллическом виде сахарозы, содержащейся в сиропе. В зависимости от чистоты сиропа необходимо выбрать число ступеней кристаллизации: при чистоте ниже 90 % - две ступени; выше 90 % - три.
Сироп наряду с сахарозой содержит несахара, неудаленные в процессе очистки сока и вновь образовавшиеся в процессе сгущения. При выкристаллизовывании сахарозы образуется смесь кристаллов и межкристального раствора (утфель): несахара будут накапливаться в межкристальном растворе. Несахара затрудняют кристаллизацию сахарозы, увеличивая вязкость растворов. При определенном соотношении сахарозы и несахаров процесс кристаллизации становится неосуществимым.
Трехпродуктовая схема кристаллизации сахарозы
Утфель 1 продукта уваривают в вакуум-аппарате из смеси сиропа и клеровки желтого сахара. Процесс уваривания состоит из четырех этапов: сгущение сиропа до перенасыщенного состояния (метастабильная зона перенасыщения, К=1,20-1,25); образование центров кристаллизации ("заводка кристаллов") за счет введения тонко размолотой сахарной пудры; наращивание кристаллов до оптимального размера; окончательное сгущение и спуск утфеля из вакуум-аппаратов. Длительность уваривания утфеля 1 180-210 мин, температура 70-75 градусов, концентрация кристаллов сахарозы в утфеле 50-55 %, массовая доля сухих веществ 92-92,5 %.
Кристаллы сахара отделяют от межкристального раствора центрифугированием, при этом образуются первый оттек ("зеленый"), а после промывки кристаллов горячей артезианской водой - второй оттек ("белый"). Кристаллы сахара, имеющие влажность 0,8-1,0 %, инерционным конвейером подаются в сушильное отделение.
Утфель второго продукта уваривают из первого и второго оттеков утфеля 1 в течение 300-330 мин до массовой доли сухих веществ в утфеле 93 %, центрифугируют с получением желтого сахара второй кристаллизации и общего оттека.
Утфель третьего продукта уваривают из оттека утфеля второго, затем добавляют аффинационный оттек. Длительность уваривания 420-840 мин, массовая доля сухих веществ 93,5-94,0 %. За счет концентрирования несахаров в утфеле последней кристаллизации скорость выкристаллизовывания сахарозы снижается. Для более полного выделения сахарозы вводят дополнительно кристаллизацию охлаждением. Утфель последнего продукта из вакуум-аппаратов направляют в приемную мешалку, а затем в мешалки-кристаллизаторы, в перемешивающие устройства которых подается холодная вода в противотоке к утфелю. Проходя через батарею мешалок-кристаллизаторов утфель за 36-48 часов охлаждается на 30 градусов, что способствует переходу части сахарозы из межкристального раствора в кристаллы. Перед центрифугированием утфель последнего продукта подогревают на 6-8 градусов для снижения вязкости межкристального раствора.
В процессе центрифугирования утфеля последнего получают желтый сахар и мелассу. По существующей технологии дальнейшее обессахаривание мелассы нецелесообразно из-за высокого содержания несахаров.
Меласса является отходом сахарного производства, содержащим около 50 % сахарозы; выход мелассы 5-6 % к массе перерабатываемой свеклы.
Кристаллы желтого сахара последней кристаллизации содержат на поверхности пленку мелассы, которая снижает их чистоту. Для повышения чистоты желтый сахар смешивают с разбавленным первым оттеком утфеля 1. Этот процесс называют аффинацией, а полученную массу - аффинационной. Аффинационную массу центрифугируют с отбором аффинированного желтого сахара и аффинационного оттека, который направляют на уваривание утфеля последнего.
Аффинированный желтый сахар и желтый сахар второй кристаллизации растворяют соком 2 сатурации до массовой доли сухих веществ 65-70 % (клеровка), смешивают с сиропов после выпарной установки, сульфитируют, фильтруют и направляют на уваривание утфеля 1 кристаллизации.