Устройство для ошпаривания свекловичной стружки с использованием экологически обеспеченной технологии производства сахара

УДК 664.1

В. Н. Шекуров, С. Н. Михайлова, К. В. Шекуров

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОШПАРИВАНИЯ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОБЕСПЕЧЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА САХАРА

Ключевые слова: ошпариватель, устройство, экстрагирование сахарозы, свеклостружечная смесь, стружка сахарной свёклы, жом, очистка сока, тепло- и массобмен, традиционный способ, химические реагенты.

В данной статье предлагается простое по конструкции устройство, применяемое в составе технологической линии производства сахара, в котором используются экологически обеспеченные технологии. Отмечены значительные преимущества представленного устройства по сравнению с существующими устройствами. В результате решается широкий спектр экологических проблем: сокращается тепловое загрязнение окружающей среды, уменьшается количество сточных вод, исключается использование ядовитых веществ, а отсюда и выбросы их в окружающую среду.

Keywords: scalding, device, extraction of sucrose, sveklostruzhechnaja mix, sugar beet chips, beet pulp, juice, heat-clearing and mas-

sobmen, the traditional way, chemical reagents.

In this paper we propose a simple design for a device used in the processing line of sugar production, which uses ecologically secured technology. Significant advantages of the presented device compared to existing devices. As a result, a wide range of environmental problems is being solved: thermal pollution of the environment is reduced, the amount of sewage is reduced, the use of toxic substances is excluded, and hence their emissions into the environment.

В предыдущих работах [1,2] показано эффективное применение пульсационных аппаратов в процессах экстрагирования целевых компонентов из растительного сырья. Преимущества этих аппаратов целесообразно использовать в процессах теплообмена между твердыми частицами и жидкостью.

Экстрагирование сахарозы из свекловичной стружки является важнейшим этапом в технологии свеклосахарного производства, от эффективности которого зависит работа всех последующих стадий предприятия, включая качество и выход готовой продукции. Современная технология экстрагирования сахарозы из свекловичной стружки предусматривает противоточную обработку сырья специально подготовленным экстрагентом (водой) при поддержании температуры процесса 70-72 °С. Такое значение температуры необходимо для денатурации белков и разрушения протоплазмы клеток свекловичной ткани, благодаря чему происходит переход молекул сахарозы из стружки в экстрагент.

В работе [3] дан обзор устройств различных конструкций для предварительного ошпаривания свекловичной стружки перед поступлением в диффузионный аппарат. Они обладают общими недостатками - имеют сложную конструкцию, включающую транспортеры свекловичной стружки внутри корпуса, которые увеличивают мезгообразования при транспортировании, и создают «застойные» зоны, разрушают структуру сырья. Аппараты сложны в эксплуатации и обслуживании, материало- и энергоемки, не обеспечивают равномерный прогрев стружки, допускают локальный перегрев стружки.

Подача свеклостружечной смеси в ошпариватель насосом через входные патрубки имеет преимущество перед другими загрузочными устройствами -сохранение энергии импульсов.

Время контакта сырья - свекловичной стружки -с ошпаривающей жидкостью составляет не более 5 минут. Столь короткое время контакта сырья с ошпаривающей жидкостью и паром способствует

сохранению исходной структуры сырья, предотвращает образования взвесей - снижает содержание веществ коллоидной дисперсности в жидкой фазе, что улучшает качество диффузионного сока, и полностью исключает возможность размножения микроорганизмов. Кроме того, короткое время процесса и импульсная подача острого пара решает проблему пенообразования, что исключает необходимость комплектации заявляемого устройства приспособлениями для пеногашения, применяемыми в настоящее время при ошпаривании свекловичной стружки. Это способствует более легкой эксплуатации и обслуживанию предлагаемого устройства.

Наличие нескольких зон нагрева в устройстве для ошпаривания свекловичной стружки позволяет нагревать сырье постепенно и равномерно, тем самым избежать локальных перегревов, что способствует сохранению структуры сырья. Отсутствие перемешивания сырья в заявляемом устройстве для ошпаривания свекловичной стружки также способствует сохранению структуры сырья.

Отсутствие транспортирующих сырье механизмов внутри устройства для ошпаривания, а также приспособлений для пеногашения делает заявляемое устройство конструкционно-простым, удобным в эксплуатации и обслуживании и позволяет исключить недостатки, связанные с наличием транспортирующих механизмов, таких, как образование застойных зон в местах контакта сырья с транспортирующим механизмом, не позволяющим достичь равномерного прогрева сырья в массе.

Для ошпаривания свекловичной стружки созданы условия для реализации оптимального тепло- и массообмена. Под действием периодической импульсной подачи острого пара образуется равномерный по плотности слой стружки. Возвратно-поступательные колебания сокостружечной смеси обеспечивают противоточное перемещение жидкости по отношению к твердой массе с турбулентным движением жидкости вокруг твердых частиц.

Создано конструкционно-простое и удобное в обслуживании устройство для ошпаривания свекловичной стружки, в котором реализованы:

- интенсификация взаимодействия твердое тело-жидкость;

- сокращение времени взаимодействия твердое тело-жидкость при ошпаривании, составляющее не более 5 минут, способствующее снижению содержания веществ коллоидной дисперсности в диффузионном соке и устраняющее опасность размножения микроорганизмов;

- постепенный нагрев свекловичной стружки в трех нагревательных зонах позволяет избежать локальных зон перегрева и сохранить структуру сырья;

- отсутствие перемешивания, что также способствует сохранению структуры сырья;

- образование равномерного по плотности слоя стружки, необходимого для оптимального тепло- и массообмена;

- противоточное движение твердое тело-жидкость, способствующее оптимальному тепло- и

массообмену;

- турбулентное движение жидкости вокруг твердых частиц, также способствующее оптимальному тепло- и массообмену.

Предложенная нами конструкция ошпаривателя свекловичной стружки позволяет решить ряд экологических проблем. Во-первых, за счёт сокращения времени переработки сырья от 1,5^2 часов до 20 минут потери тепла в окружающую среду уменьшаются. Температура на выходе у нас достигает уже не 80°С, как в существующих устройствах, а 60°С. К тому же за большой временной период в среде развиваются микроорганизмы, потребляющие сахарозу в составе экстракта. Для борьбы с микрофлорой используются различные химикаты, например, фор-

мальдегид. В предложенном случае микробы не успевают развиваться: известно, что биомасса микробов удваивается за время не меньшее, чем 20 минут. Поэтому отпадает необходимость бороться с микрофлорой в аппарате, а значит, ядовитые компоненты не попадут в сточные воды.

Во-вторых, степень извлечения сахарозы становиться выше, чем в традиционном способе на 90 %. На выходе содержание сахарозы в жоме в 2,3 раза меньше, чем в традиционном способе.

В-третьих, использование предложенного устройства приводит к уменьшению расхода технологической воды, получению концентрированного сока, что оказывает влияние на качество продукта.

Таким образом, сокращение времени экстракции решает широкий спектр экологических проблем, сокращает тепловое загрязнение окружающей среды, уменьшает количество сточных вод с одновременным отказом от использования ядовитых компонентов, применяемых для угнетения природной микрофлоры в аппарате. Сок становится более чистым, чем в традиционном способе. Следовательно, требуется менее затратная очистка, меньший расход реагентов (углекислого газа, кальция), требующихся для очистки сока.

Литература

1. Шекуров В.Н., Михайлова С.Н., Шекуров К.В. Экстрактор получения сахарного песка с использованием экологически обеспеченной технологии производства сахара. //Вестник технол. ун-та - 2015. - №8. - с.242-245.

2. Шекуров В.Н., Агафетова Г.П. Устройство для получения экстрактов растительного сырья //Вестник Казан. технол. ун-та - 2011. - №8. - с.161-167.

3. ШекуровВ.Н., Шекуров К.В. Устройство ошпаривания свекловичной стружки. Патент №148700, 2014.

© В. Н. Шекуров - канд. техн. наук, доц. каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ, 6a1@mail.ru; С. Н. Михайлова - канд. техн. наук, доцент каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ, snmkazan@yandex.ru; К. В. Шекуров - канд. экон. наук, доц. каф. менеджмента и предпринимательской деятельности КНИТУ, shekurov@list.ru.

© V. N. Shekurov - associate Professor, DEP. ECG and AP, KNRTU, 6al@mail.ru; S. N. Mikhailova - associate Professor, DEP. ECO and AP, KNRTU, snmkazan@yandex.ru; K. V. Chekurov - associate Professor, DEP. management and entrepreneurship KNRTU, shekurov@list.ru.