Odstřeďování cukrovin Surový cukr Melasa Rafinace cukru 1
2
F F Odstřeďování cukrovin m m v d / 2 2 2 d / 2... v d 2 n 2 m d n d 2 0,0507 n F - odstředivá síla (N) m - hmotnost cukroviny (kg) d - průměr bubnu (m) v - obvodová rychlost bubnu (m/s) n - frekvence otáčení (s -1 ) n d 35 3
Z F F od g F F od g m a m g 2 v a d / 2 2 2 d g m 2 2 2 d d n 2 2 2 d n 2 n 2 4
Filtrační odstředivky automatické recyklující kontinuální Při odstřeďování dochází z fyzikálního hlediska k těmto dějům: vytvoření vrstvy krystalů, filtrace, intenzivní oddělování sirobu stlačení vrstvy krystalů odstranění zbytků kapaliny z pórů krystalů, mechanické sušení 5
Pracovní cyklus (cyklogram) automatické recyklující odstředivky 1 rozběh na plnicí otáčky a promytí sít 2 plnění bubnu cukrovinou 3 rozběh na odstřeďovací otáčky, promývání vrstvy cukru vodou, parou nebo vlastním sirobem a přehození děliče sirobů 4 odstřeďování při max. otáčkách, možnost krytí parou, sušení, zvlhčování 5 brzdění na vyhrnovací otáčky 6 vyhrnutí cukru 6
Předkrývání cukru v odstředivce opláchnutí cukru v bubnu odstředivky neředěným matečným sirobem ohřátým na 80-90 o C provádí se vždy ke konci plnění odstředivky docílí se zlepšení jakosti cukru významné zvláště u zadinové cukroviny 7
Automatická recyklující odstředivka Stojan Ovládací panel í lnění Závěs s hřídelem Buben Vyhrnovač Stabilizace rotoru Spodní uzávěr bubnu Krycí systém Dopravník na cukr 8
Odstředivkové bubny Odstředivková síta 9
ARO 80 - ZVU Hradec Králové náplň bubnu 700-1600 kg cukroviny frekvence otáčení 1200-1400 ot/min počet cyklů za hodinu první cukrovina 22-24 zadinová cukrovina 12-16 10
11
Kontinuální odstředivky Výhody: jednoduchá konstrukce pohon bez regulace otáček nižší nároky na elektrický rozvod rovnoměrný odběr elektrického proudu nižší investiční, provozní i údržbové náklady Nevýhody: značné poškozování krystalů průnik drobných krystalů do sirobu, zvýšení čistoty sirobu obtížné dělení sirobů nutná homogenizace a temperace cukroviny před vlastním odstřeďováním použití kontinuálních odstředivek je přednostně určeno k odstřeďování meziproduktových a zadinových cukrovin a na afinace 12
Kuželová samovyprazdňovací odstředivka buben ve tvaru komolého kužele sklon stěn 34 o mikrosíta s velikostí štěrbin 0,02-0,40 mm rozdělení cukroviny do tenké vrstvy pohyb cukru vzhůru po sítu způsobuje tok cukroviny otáčky bubnu 2000 ot/min K mechanickému namáhání a poškození krystalů dochází: - při nátoku cukroviny do bubnu - při pohybu krystalů po šikmém sítě bubnu - při úletu cukru z bubnu Výkon kontinuálních odstředivek meziproduktové a zadinové cukroviny 14-16 t/h afinace 6-10 t/h 13
Schéma kuželové samovyprazdňovací odstředivky 14
Kuželová samovyprazdňovací odstředivka 15
Kontinuální pulzační odstředivka 16
Závady při odstřeďování cukrovin 1. cukrovina se špatně odstřeďuje ( vytáčí ) nedosahuje se obvyklý výkon a kvalita cukru nevhodné granulometrické složení cukroviny zaprášení varu ochlazením cukroviny ucpaná síta odstředivky 2. rozkmitání bubnu odstředivky 3. nesprávné plnění bubnu přeplňování nedostatečné plnění 4. nesprávné dávkování předkrývacího roztoku a vykrývací vody nízký přídavek vody - zhoršení kvality afinády příliš vysoký přídavek - snížení výtěžku afinády 5. nerovnoměrné rozdělení barvy cukru ucpané trysky, ev. ucpaná síta 6. znečišťování cukru tmavými hrudkami 17
Surový cukr surovina zános Požadavky z rafinérského hlediska Obsah cukru P = 97 % Popel A = 0,7 % Rendement Rd Rd = P 5.A Rd < 88 % nevyhovující Vlhkost W < 2 % vyšší vlhkost podporuje činnost mikroorganismů 18
Rendement Rd Při výpočtu hodnoty Rd využíváme předpokládaného rozdělení cukru do bílého zboží a do melasy, snadno se tak zjistí výtěžnost: 1 díl necukrů v melase váže 1,65 dílů cukru Rd = P - 5.A Rd < 88 % nevyhovující pro surový cukr s vyšším obsahem redukujících látek Rd = P - 5.A - RL Vztahy pro Rd podle legislativy EU: - pro výpočet Rd ze surového řepného cukru Rd = P - (4 A + 2 RL + 1) - pro výpočet Rd ze surového třtinového cukru Rd = 2 P 100 19
Bezpečnostní faktor kriterium skladovatelnosti surového cukru B = W/(100 - P) B < 0,25 bezpečné skladování B > 0,33 nutno ihned zpracovat důležité pro skladování třtinového surového cukru Redukující látky RL < 0,05 % silný vliv na skladovatelnost surového cukru bezprostřední souvislost s mikrobiální činností Alkalická reakce ph > 8,3 Barva surového cukru žlutohnědá Zrnitost - stejnoměrné střední zrno, malý podíl prachu 20
Melasa Orientační složení: S = 80-85 % Q = 60-65 % A = 10 % ph melasy by mělo být vyšší než 8,3 alkalická na fenolftalein Pro skladování a expedici nutno upravovat na S = 80 %. 21
Průměrné složení melasy 22
Použití melasy 1) zkrmováním přímo nebo ve formě melasových krmiv - vysoký obsah sacharosy, melasou se u krmiv vyrovnává poměr bílkoviny : sacharidy - do melasových krmiv se musí přidávat nedostatkové prvky melasy, tj. vápník a fosfor - přímé krmení melasy je omezeno vysokým obsahem draslíku (max. dávka 1,5 kg melasy na kus hovězího dobytka denně) 2) surovina pro biotechnologické výroby - klasické fermentační výroby (líh, droždí, krmné kvasnice, organické kyseliny - citronová, mléčná, ocet, organická rozpuštědla, aminokyseliny) - moderní biotechnologické výroby 3) izolace dusíkatých látek (betain, aminokyseliny, ) 4) vycukerňování - oddělení sacharosy ve formě sacharátu vápenatého - Steffenův postup - odstranění necukrů pomocí ionexů - demineralizace nebo iontová exkluse - cukerná frakce se zpracuje na tekutý cukr - necukerná frakce jako krmivo nebo hnojivo 23
24
Quentinův postup vycukerňování melasy, využívá snížené rozpustnosti sacharosy v roztoku, obsahujícím Mg ++ u sirobů používaných na svařování zadinových cukrovin se provede výměna K + a Na + za Mg ++ k regeneraci ionexu se používá 7-8 % roztok MgCl 2 nebo MgSO 4 výsledný efekt Quentinova postupu: - vyšší výtěžek krystalového cukru (o 0,4 % n.ř.) - nižší výroba melasy (o 0,5 % n.ř.) - nižší čistota melasy (50-55 %) 25
Rafinace cukru 26
27
Senzorické požadavky na bílý cukr barva a vzhled chuť a vůně textura vzhled v roztoku 28
Chemické a fyzikální požadavky obsah sacharosy (polarimetricky) min. 99,8 % obsah popela (konduktometricky) max. 0,040 % ztráta sušením (vlhkost) max. 0,08 % redukující látky max. 0,03 % cizí nerozpustné látky max. 50,0 mg/kg měrný absorpční koeficient, a 420 max. 180 cm 2 /kg zrnitost (min. obsah hlavní frakce) Mikrobiologické požadavky nesmí obsahovat patogenní, podmíněně patogenní mikroorganismy ani jejich toxiny nesmí obsahovat koliformní mikroorganismy v l g 29
Skupina podskupina Cukr extra bílý krystal směs krystalů stejnoměrného zrnění, volně sypká krupice směs menších nebo rozdrcených krystalů, stejnoměrného zrnění, volně sypká moučka volně sypaná směs jemně mletých drcených krystalů Cukr bílý krystal krupice moučka Cukr polobílý krystal krupice moučka Cukr moučka s obsahem protihrudkujících látek (nejvýše 3 %) Tvarovaný cukr (kostky, bridž, homole) Cukr s přísadami Přírodní cukr Kandys Tekuté výrobky sypký, zrnitý, světle žlutý krystal, mírně lepivý směs velkých krystalů a srostlic, žluté až hnědé barvy invertovaný sirob karamel 30
nádrž na mísicí sirob surový cukr drtič hrudek voda záděl afinační mísidlo odstředivka zelený bílý afináda af.sirob af.sirob klér nádrže rozpouštěcí pánev 31
Afinace odstranění zbytků matečného sirobu z povrchu surového cukru 1) příprava umělé cukroviny - zádělu surový cukr se mísí s mísicím sirobem v afinačním mísidle požadavky na kvalitu mísicího sirobu (Q > 80-85 %, obsah barevných látek, S = 75 %) množství mísicího sirobu - 30 % na surový cukr, výsledná sacharizace zádělu je 90 % teplota mísicího sirobu 80-90 o C, výsledná teplota zádělu 40 o C Příklad: surový cukr 92 % krystalické fáze 8 % ulpělého sirobu o čistotě 70 % Q mísicího sirobu Q matečného sirobu zádělu 80 78,3 85 82,5 90 86,6 32
2) odstřeďování matečného sirobu 1. sirob, zelený afinační sirob, čistota 82-85 % 3) vlastní afinace vykrývání cukru v odstředivce vodou 2.sirob, bílý afinační sirob, čistota 85-88 % dělení sirobů množství vody na afinaci je 3-5 % na hmotnost cukru předkrývání horkým afinačním sirobem afináda, výtěžek 80 % 33
Výroba klérů Klér - čistý cukerný roztok o sacharizaci 65-75 % Druhy klérů čisté - rozpouštění afinády v lehké šťávě nebo ve vodě sirobové - zředěné siroby od posledních rafinádních cukrovin smíšené 1) ROZPOUŠTĚNÍ AFINÁDY v horké lehké šťávě nebo ve vodě, 90-95 o C nízké sacharizace pod 65 % - vysoké energetické náklady při svařování vysoké sacharizace nad 75 % - nebezpečí krystalizace, obtížná filtrace ph kléru se upravuje na hodnotu 8,3, titračně 0,005 gcao/100ml, k alkalizaci se používá vápenné mléko při nižší alkalitě nastává inverze sacharosy kontinuální rozpouštěcí pánve kontinuální mísicí nebo rozpouštěcí odstředivky 34
Kontinuální rozpouštěcí odstředivka 35
2) FILTRACE KLÉRŮ zachycení nečistot před filtrací - hrubé scezovací síto odstranění koloidně dispergovaných látek, tvořících zákal naplavovací filtry mechanizované kalolisy mechanické ceďáky diskové filtry moderní aparáty typu Filtomat, Amafiltr aj. pomocné filtrační prostředky křemelina nebo perlit kal po 2. saturaci Sítový filtr Putsch Sibomat 36
3) ODBARVOVÁNÍ KLÉRŮ CHEMICKÉ síření klérů SO 2 přídavek redukčních činidel dithioničitan sodný - blankit Na 2 S 2 O 4 + 2NaOH + O 2 = Na 2 SO 3 + Na 2 SO 4 + H 2 O do zrniče 5-30 g/ t cukroviny přídavek oxidačních činidel třtinové cukrovarnictví peroxidy kovů (Ca) nebo chlornany defekosaturace kléru vápnem a saturačním plynem 37
FYZIKÁLNĚ CHEMICKÉ použití adsorpčních prostředků spódium - kostní uhlí vyrábí se pyrolýzou kostí při teplotě 500-800 o C složení spódia: Ca 3 (PO 4 ) 2 75-80 % CaCO 3 6-8 % C > 8 % CaSO 4 < 0,25 % Spódiová odbarvovací stanice spódiová filtrace: filtrace kléru vysázení spódia vodou regenerační stanice: odstranění zachycených organických látek a CaSO 4 kyselení (1 % HCl) vypírání horkou vodou vyváření sodou proprání vodou a paření parou sušení žíhání spódia v retortách při 400-450 o C třídění a odstranění prachových částic 38
aktivní uhlí práškové - v suspenzi nebo ve vrstvě granulované - odbarvovací schopnost je 5-20 x vyšší než u spódia - pokles ph kléru odbarvovací ionexy výhody: značná odbarvovací kapacita vysoká kultura práce nevýhody: citlivost na přítomnost koloidních látek problém regenerace a odpadních vod regenerace: 8 % NaCl, ph 11, teplota 80 o C 39
Svařování rafinádních cukrovin teplota klérů nemá klesnout pod 80 o C topná pára:na začátek méně kvalitní, ke konci lepší zrní se očkováním při Kp 1,15-1,20 kvalitnější klér na základ, horší na naváření naváření při Kp 1,10-1,15 přítahy kléru se řídí podle velikosti vařeného zrna jemné krystaly: velký základ varu hrubé krystaly: krátké a časté přítahy malý základ varu dlouhé a méně časté přítahy sacharizace uvařené cukroviny 90-93 % výtěžnost krystalu: jemné krystaly 42-48 % hrubé krystaly 45-50 % zlepšení barvy rafinády: přídavek blankitu a ultramarinu 5-30 g /t 40
41
Závady při svařování rafinádních cukrovin nesprávné pořadí svařovaných roztoků nesprávný počet zárodků vznik sekundárního a prachového zrna výskyt srostlic a slepenců pomalé vaření šedý tón rafinády 42
Ošetření rafinádních cukrovin mísení zředěným sirobem nebo klérem množství 10-15 %, S = 70-75 % S < 70 % - rozpouští se krystal, pokles výtěžnosti S > 75 % - možnost vzniku prachového zrna Kp matečného sirobu nesmí klesnout pod 1,05 při hlubokém ochlazení cukroviny - vznik prachového zrna jemné krystaly se odstřeďují hned po spuštění hrubé krystaly po delším ošetření 43
Odstřeďování rafinádních cukrovin krátký odstřeďovací cyklus 90-120 s napouštění cukroviny do bubnu, trvá 10 15 krytí kondenzátem, začíná ke konci dělení sirobů Závady při odstřeďování rafinádních cukrovin přeplnění bubnu odstředivky pomalé odstřeďování nedostatečně vykrytý krystal příliš vlhký krystal ztvrdnutí cukru v odstředivce nesprávné dělení sirobů nízká výtěžnost cukru a velká produkce sirobů Odstřeďovací cyklus 1 Rozběh, oplach sít 10-15 s 2 Plnění 10-15 s 3 Krytí kondenzátem 10-15 s 4 Akcelerace na max.otáčky 5 Vysoušení 10-15 s 6 Brzdění 7 Vyprazdňování 44
Výtěžnost krystalů vzorec Hullův Suchomelův (z bilance) x = S c (Q c - Q s )/[S k (Q k - Q s )] = S c (Q c - Q s )/[100 (100 - Q s )] x obsah krystalů, výtěžek krystalů (%) S c sacharizace cukroviny (%) Q c čistota cukroviny (%) Q s čistota matečného sirobu (%) S k sušina krystalů (S k = 100 %) Q k čistota krystalů (Q k = 100 %) 45
Rozdělení cukrovarů podle typů závodů Typ závodu zpracovává vyrábí Surovárna cukrovku surový cukr Smíšenka bezzánosová cukrovku bílý cukr zánosová cukrovku + zános bílý cukr Rafinerie (suchá) zános bílý cukr 46
Výrobní schémata v rafinérii Označení mezivýrobků ve schématech cukrovina cukr sirob žlutá šťávní, A surový cukr, A zelený, A meziproduktová, B meziprodukt, B černý, B zadinová, C zadinový, C melasa umělá, záděl afináda 1. sirob, zelený 2. sirob, bílý nedělený bílá krystalová šť.krystal krystalový rafinádní rafináda rafinádní první první první druhá druhá druhý třetí třetí třetí 47
Výroba šťávního krystalu s jedním klérem nejjednodušší a nejhospodárnější schéma základem šťávní krystalové cukroviny je jednotný klér, vzniklý rozpouštěním afinády ze surového (meziproduktového) cukru a afinády ze zadinového cukru dále se cukrovina naváří kvalitní těžkou šťávou po odstředění matečného sirobu se cukr v odstředivce vykrývá vodou, klérem nebo horkým kondenzátem 48
Výroba šťávního krystalu 49
klér 50
51
část Siroby na uskladnění pro mimokampaňový provoz lihovaru Úprava schématu při odkládání 52 zeleného sirobu na fermentaci
53
Výrobní schéma s úplnou převářkou těžké šťávy - Pracuje se s 3 kléry - Vyrábí se nejkvalitnější rafináda (na export) 54
36 55
Číslo převářky poměr hmotnosti všech cukrovin k hmotnosti cukru v konečných výrobcích včetně melasy Směrná čísla převářky surovárna 1,9 výroba šťávního krystalu 3,0 výroba šťávního krystalu se zánosem 3,5 úplná převářka těžké šťávy 4,0 Příčiny ztrát polarizačního cukru při rafinaci cukru: chemický rozklad sacharosy mikrobiální činnost tepelný rozklad nesprávné technologické zákroky výše ztrát při rafinaci je okolo 1 % 56
Zásady rafinérské práce správné sacharizace a teploty klérů a sirobů správná alkalizace sirobů a cukrovin prevence vzniku barevných látek vysoká výtěžnost krystalů z cukrovin při svařování správné dělení sirobů při afinaci a jejich použití ve schématu dokonalá afinace s vysokou výtěžností pro: surový cukr 80-82 % meziprodukt 80 % zadinový cukr 72 % co nejjednodušší výrobní schéma nejmenší číslo převářky dodržování zásad hygieny a sanitace dodržení minimálních ztrát a výroby melasy 57
Přibližný obsah krystalů: 1. cukrovina (šťávní) 55 % 2. cukrovina (mezivarová) 45-55 % 3. cukrovina (zadinová) 42-45 % Efekt vaření E v E v = Q c - Q s Q c Q s čistota uvařené cukroviny čistota matečného sirobu Efekt zrání E z E z = Q s - Q m Q s Q m čistota matečného sirobu spuštěné cukroviny čistota melasy Celkový efekt vycukernění zadinové cukroviny E celk = E v + E z 58
Sušení a chlazení cukru cukr sacharosa sacharosa necukry voda krystalická v roztoku v roztoku odstředěný 95 4 0,03 0,97 usušený 99,4 0,4 0,03 0,17 Při sušení cukru dochází k přestupu vlhkosti z krystalu, resp. povrchové vrstvy nasyceného cukerného roztoku do okolního vzduchu Sušení může probíhat dvěma způsoby: intenzivně pozvolna sušení je nutno řídit tak, aby nedošlo k vytvoření nepropustné povrchové vrstvy amorfní sacharosy, která brání postupnému uvolňování vázané vlhkosti 59
Přestup vlhkosti mezi krystalem a okolním vzduchem povrchová vrstva sirobu, nasycený cukerný roztok vrstva amorfní sacharosy nasycený cukerný roztok Sušení může probíhat dvěma způsoby: intenzivně pozvolna sušení je nutno řídit tak, aby nedošlo k vytvoření nepropustné povrchové vrstvy amorfní sacharosy, která brání postupnému uvolňování vázané vlhkosti 60
Vlhkost cukru volná vlhkost - v povrchové vrstvě sirobu vázaná vlhkost - vlhkost uzavřená vrstvou amorfní sacharosy vnitřní - inkludovaná vlhkost - vlhkost uzavřená v krystalové mřížce sacharosy Sušárny bubnové talířové turbinové fluidní 61
62
Turbinový chladič Průběh teplot a vlhkostí při sušení a chlazení cukru 63
Protiproudný sušič a chladič cukru 64
65
Fluidní sušení cukru 66
Fluidní sušárna LADA vlhký cukr zrnitost 0,6-1,0 mm vlhkost 0,8 % teplota 50-70 o C suchý cukr vlhkost max. 0,08 % teplota 35-45 o C vzduch teplota 20-30 o C relat. vlhkost max. 30 % 67
Závady při sušení a chlazení cukru nedodržení vlhkosti cukru 0,03-0,08 % - u vlhkého cukru dochází k: rozvoji mikrobiální činnosti inverzi sacharosy ztvrdnutí cukru - u přesušeného cukru dochází k: silné prašnosti nebezpečí možného výbuchu nesprávná teplota cukru - při plnění cukru do obalů max. do 40 o C - při plnění do sil 20-25 o C - souvislost s vlhkostí cukru a obsahem vodní páry v okolním vzduchu - tvrdnutí cukru: teplý cukr ve studeném prostředí studený cukr v teplejším prostředí 68