Tehnologia de Fabricare a Zaharului

Universitatea de tiine Agronomice i Medicin Veterinar din BucuretiFacultatea de Management, Inginerie Economic n Agricultur i Dezvoltare Rural

-Filiala Clrai-

Coordonator: ntocmit:ef Lucrri Doctor: Culea Rodica Clin Alexandra, Anul II, Grupa III Cotitu Georgiana, Anul II, Grupa III

Pliau Ana Laura, Anul II, Grupa III

Clrai 2015CuprinsIntroducere:

Capitolul 1Generaliti despre ramur

Zahrul este una din cele mai vechi mrfuri (deopotriv cu bumbacul i grul) n istoria civilizaiei. Ca produs al prelucrrii trestiei de zahr, el era cunoscut n India mai bine de 2500 de ani n urm, avnd i rolul de valut n schimburile comerciale dintre ri.

Actualmente producia mondial a zahrului constituie circa 130 mln tone anual, dintre care circa 70% se obine din trestie de zahr i 30% din sfecl de zahr.

n prezent principalii productori mondiali de zahr sunt: Brazilia (20,1 mln. tone), Uniunea European (19,55 mln. tone), India (20,11 mln. tone), S.U.A. (8,2 mln. tone), China (7,2 mln. tone), etc. Principalii productori i principalii consumatori de zahr: astfel pe primul loc se afl India (17,18 mln. tone ), Uniunea European (14,32 mln. tone), urmate de Brazilia, S.U.A., China, etc.

n ultimii ani se observ o atitudine de cretere a consumului de zahr ntr-un ritm mai nalt fa de producerea zahrului. n perspectiv se preconizeaz o depire a consumului fa de producie, ceea ce poate determina creterea preurilor la aurul alb pe piaa mondial a zahrului. n ceea ce privete consumul zahrului, aproximativ 50% este destinat alimentaiei umane directe i 50% industriei alimentare pentru obinerea produselor zaharoase, conservelor, a buturilor rcoritoare i buturilor alcoolice, etc.

Organizaia Internaional a Zahrului ISO (International Sugar Organisation) administreaz obinerea zahrului, avnd i funcii de control al preului. i are sediul la Londra, membri n 29 de ri i particip la ncheierea acordurilor internaionale. Piaa zahrului este completat cu date statistice ale companiilor de comer importante n acest domeniu: Ed & F . Man (Marea Britanie), Sucres et dentrees (Frana), Czamicow Ltd. (E. U. ), F. O. Licht (Germania), Glencore (Elveia), etc.

Fabricile de producere a zaharului pot prelucra zilnic 30 - 45 mii tone de materie prim i pot produce circa 400 mii tone de zahr pe sezon. n afar de produsul de baz zahrul,fabricile mai produc i produse secundare, de exemplu: buturi tari i lichioruri fabricate din spirt propriu, drojdii furajere, acid carbonic i acid acetic alimentar, borhot uscat i alte produse. Republica Moldova este cunoscut pe piaa internaional de zahr ca ar exportatoare. Exportul zahrului predomin asupra importului. Principalii cumprtori sunt rile CSI i RomniCapitolul 2

Valoarea alimentar a zahrului

Zahrul este un produs alimentar uor asimilabil i nalt caloric. Valoarea energetic a 100 g de zahr constituie circa 375 kcal.

Zahrul ridic capacitatea de munc a omului, ntrete sistemul nervos central, micoreaz oboseala, e folosit de organismul uman la sinteza glicogenului i a grsimilor. n acelai timp, zahrul sporete coninutul de colesterol n snge, ceea ce duce la apariia aterosclerozei. De asemenea, surplusul de zahr n alimentaie favorizeaz apariia diabetului zaharat, obezitii, tensiunii arteriale, cariei dentare.

Norma fiziologic a zahrului pentru un om matur este de circa 100g/zi.

Termenul zahr include numai zaharoza (C12H22O11). Zaharoza este unica substan cu gust pur dulce (gust dulce standard). Celelalte substane cu gust dulce se vor numi substitueni ai zahrului, ndulcitori sau edulcorani.

Exist aa numite grade echivalente de dulcea. Dup scara aceasta zaharoza are gradul de dulcea egal cu 1, fructoza - 1,3; glucoza - 0,74; lactoza - 0,16;maltoza - 0,32; zahrul invertit - 1,73; etc.

Cu toate c zaharoza reprezint principala substan de ndulcire din alimentaie, n ultimii 10 ani cantitatea de zahr produs n lume s-a micorat datorit faptului, c a sporit volumul de producere a edulcoranilor, care constituie 15 - 20 mln tone anual.

Se cunosc mai mult de 150 de edulcorani. Circa 50 de edulcorani au un grad de dulcea (putere de ndulcire) mai mic ca 1, circa 40 de edulcorani sunt de 50 ori mai dulci ca zahrul, alii 40 sunt cu o putere de ndulcire cuprins ntre 50 i 500 i 30 de ndulcitori cu o putere de ndulcire mai mare de 500 uniti. Unii edulcorani folosii n industria alimentar sunt prezentai n tabelul 3.

Astzi n lume sunt peste 100 de ntreprinderi (majoritatea lor sunt amplasate n Coreea, Japonia, China, Taiwan, SUA, Canada) care produc edulcorani i siropuri dulci ce reprezint un amestec de fructoz i glucoz.

Aceste siropuri se utilizeaz la producerea conservelor, buturilor alcoolice i nealcoolice, iaurturilor produselor de panificaie, ngheatei, berei, bomboanelor, etc. Produsele obinute cu aceti edulcorani i menin prospeimea un timp mai ndelungat, amplific aroma fructelor, sunt mai uor asimilate de organismul uman, pot fi folosite n alimentaia dietetic. Tabelul nr. 1Educolorani folosii pe larg n industrieCapitolul 3

Sortimentul i indicii de calitate ai zahruluiZahrul poate fi fabricat n urmtorul sortiment:

Zahr tos, cu mrimea cristalelor 0,5 - 2,5mm;

Zahr pulbere, cu mrimea cristalelor H, prevzut cu agitator cu palete (cu 1 tur/minut), care lucreaz la 40oC.

Fig. 23 Predefecatorul la cald:1 vas cilindric; 2 ventil de golire; 3 agitator; 4 contrabrae; 5 alimentare cu zeam predefecat; 6 plnie de alimentare cu lapte de var; 7 conduct de evacuare a zemii defecate; 8 colector de zeam predefecat; 9 conduct de evacuare zeam defecat.

Saturaia I. Are drept scop formarea de precipitat cu excesul de lapte de var sau laptele de var slab legat sub form de zaharai mono- i dicalcici.

La saturaia I, intr zeama defecat cu alcalinitate 1,5...2% CaO i temperatura de 85...90oC, care este tratat cu gaz de saturaie ce provine de la cuptorul de var (conine 26 34% CO2). Saturaia I, are loc n saturatoare pn la o alcalinitate de 0,06...0,1% CaO, adic pn la pH = 10,8...11,2.

La saturaia I au loc urmtoarele reacii:

CO2 + H2O H2CO3CaO + H2O Ca(OH)2Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2 H2O

De remarcat, c n zeama defecat CaO se afl sub form de suspensie n proporie de 90% i 10% sub form de hidroxid de calciu; pentru a se forma CaCO3 tot oxidul de calciu trebuie s se gseasc ca Ca(OH)2 .

Saturaia I are loc n urmtoarele condiii:

temperatura zemii de defecaie 85 90oC;

concentraia CO2 n gazul de saturaie este de 26 34%;

durata operaiei este de aproximativ 8 minute;

pH-ul final al zemii este de 10,8 11,2 (acelai ca la predefecare).Saturaia I poate fi realizat discontinuu i continuu.Saturaia I discontinu prezint urmtoarele avantaje:

saturaia se poate controla foarte bine;

obinerea de gel intermediar favorizeaz absorbia nezahrului pe cristalele de CaCO3;

cristalele de CaCO3 fiind foarte mici, se favorizeaz purificarea.

Dezavantajele saturaiei I discontinui se refer la:

cristalele mici de CaCO3 produc greuti de filtrare, viteza de sedimentare fiind mic. Nu se pot folosi utilaje cu funcionare continu pentru separarea cristalelor de CaCO3 cu materialul adsorbit la suprafaa lor;

se produce spum;

necesit mai multe saturatoare (4 saturatoare), ceea ce ridic costul investiiei.Saturaia I continu prezint urmtoarele avantaje:

se obin cristale mari de CaCO3 (5-10 ) datorit alcalinitii mai mici a zemii proaspete, ceea ce conduce la o filtrare mai uoar a suspensiei de precipitat care are i o vitez de sedimentare mai ridicat;

se poate realiza recircularea zemii n aparat ceea ce conduce la creterea cristalelor de CaCO3;

instalaia este mai ieftin fiind nevoie de un singur saturator.

Dezavantajele se refer la:

nu se poate menine constant pH-ul, datorit greutilor n reglarea tratrii zemii cu CO2;

este posibil ca nu toat zeama s fie tratat uniform cu CO2;

suprafaa de adsorbie a cristalelor mari este mai mic dect a cristalelor mici, deci purificarea este mai puin eficient.

Aparatele de saturaie I sunt cu funcionare discontinu i continu:

a) Aparatul de saturaie I cu funcionare discontinu este format din vasul cilindric (1), zeama intrnd n aparat prin racordul (3) i distribuit prin distribuitorul (2) de sus n jos. CO2 pentru saturaie este adus prin conducta (5) i distribuit prin barbotorul (6). CO2 este dirijat n contracurent cu zeama care prsete saturatorul prin conducta (7), trecnd prin preaplinul (10). Gazul uzat prsete aparatul prin racordul (11).

Fig. 24 Aparat pentru saturaia I, cu funcionare discontinu: 1 vas cilindric; 2 tu de alimentare cu zeam + nmol concentrat; 2 tu de alimentare cu CaO; 3 conduct de alimentare cu CO2; 3 distribuitor de CO2; 4 conduct de evacuare zeam saturaia I; 5 sticl de nivel; 6 sprgtor de spum; 7 racord de evacuare gaz de saturaie uzat.

b) Aparatul de saturaie I cu funcionare continu (fig. 4.5) se compune din corpul cilindric (1), n care zeama de difuzie i laptele de var intr prin conductele (2) i (2'), cu circulaie de sus n jos. Gazul de saturaie este adus prin conducta (3) i distribuit prin barbotorul (3') i circul de jos n sus. Zeama saturat prsete aparatul prin conducta (4). Controlul nivelului zemii n aparat este realizat prin conducta de nivel (5). Aparatul este prevzut la partea superioar cu prinztorul de spum (6) i racordul (7) prin care iese gazul de saturaie.

Fig. 25 Aparat pentru saturaia I, cu funcionare continu: 1 vas cilindric; 2 distribuitor zeam defecat + recirculat; 3 tu intrare zeam; 4 conduct recirculare; 5 conduct gaz de saturaie; 6 duze de distribuie gaz de saturaie; 7 conduct de evacuare zeam saturat; 8 distribuitor de gaz de saturaie; 9 pomp centrifug; 10 preaplin; 11 evacuare gaz de saturaie uzat.Saturaia a II-a. Are drept scop de a precipita excesul de var cu CO2 i de a scdea la minimum cantitatea de sruri de calciu, coninut de zeama subire. La saturaia a II-a trebuie evitat redizolvarea nezahrului. Tratarea cu CO2 se face pn la pH = 8,2...8,8 i 100...150 mg CaO / litru.Reaciile care au loc la saturaia a II-a, sunt urmtoarele:

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

2 KOH + CO2 = K2CO3 + H2O

2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Ca(R COO)2 + K2CO3 CaCO3 + 2 R COOK

(insolubil) (insolubil) (solubil)

n caz de suprasaturare, cu CO2, are loc transformarea carbonailor n bicarbonai, fapt nedorit, deoarece, bicarbonaii produc incrustaii pe evile fierbtoarelor.

Saturaia a II-a este bine condus dac:

alcalinitatea zemii ajunge la 100...150 mg CaO / litru, adic pH = 8,2...8,8;

KOH i NaOH se transform complet n K2CO3 i Na2CO3;

operaia se desfoar la 100oC i fr exces de CO2 pentru a nu se forma bicarbonai solubili.

Saturaia a II-a dureaz aproximativ 4...5 min. i se conduce n aparate de felul celor artate la saturaia I.

Prefierberea zemii subiri de saturaia a II-a. Aceast operaie, este necesar numai dac s-a fcut suprasaturarea zemii i a avut loc formarea de bicarbonai solubili. Prefierberea se realizeaz la 105...107oC, ntr-un prenclzitor n care caz au loc reaciile:

Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O

2 KHCO3 K2CO3 + CO2 + H2O

Carbonaii insolubili se ndeprteaz prin filtrare.

Sulfitarea zemii subiri. Aceast operaie, se realizeaz n scopul:

reducerii alcalinitii pn la 0,001% CaO;

reducerea vscozitii zemii;

decolorarea zemii.La sulfitare au loc urmtoarele reacii:

SO2 + H2O H2SO3K2CO3 + H2SO3 K2SO3 + CO2 + H2O

(reacie care reduce alcalinitatea la 0,01% CaO)

H2SO3 + H2 H2SO4 + 2H

(hidrogenul format are aciune decolorant asupra substanelor colorate din zeam).

Separarea precipitatului din zemuri. Precipitatele se ndeprteaz din zemuri dup:

saturaia I, cnd se formeaz o cantitate mare de precipitat;

saturaia a II-a, cnd se formeaz o cantitate mai mic de precipitat;

dup sulfitare.

Se poate merge pe varianta:

Decantare, n care caz se separ zeama care, se trece prin filtre de control (cum ar fi filtrul cu lumnri), iar nmolul concentrat se filtreaz n filtru rotativ cu vid. La aplicarea acestui procedeu este necesar ca zeama s aib un coeficient de sedimentare Sk > 6 cm/min. i un coeficient de filtrabilitate Fk < 6 s/cm2. Viteza de sedimentare este influenat de mrimea i calitatea precipitatului, vscozitatea zemii, temperatura zemii.

Folosirea de filtre concentratoare, de tip Grandfrin sau Grand Pont care prezint urmtoarele avantaje: realizeaz un grad de concentrare mai mare a nmolului; evit nrutirea calitii tehnologice a zemii i pierderi de zahr prin evitarea staionrii zemii; filtrele ocup un spaiu mai redus n comparaie cu decantoarele.Capitolul 11

Evacuarea zemii subiri

11.1. Instalaia de evaporare

Zeama purificat, este o zeam subire, deoarece, conine 11...15% substan uscat. Aceast zeam, trebuie concentrat pn la 60...65% substan uscat, n care caz se obine, aa numita zeam groas.

Fig. 26 Instalaie de evaporare cu cinci corpuri (trepte): 1, 2, 3, 4, 5 corpuri de evaporare; 6 condensator barometric; 7 prinztor de picturi; 8 cad barometric.

Concentrarea se face de regul ntr-o staie de evaporare cu multiplu efect care este format (vezi figura 5.1) din:

evaporatoare (concentratoare), de regul cu evi i tub central de circulaie. evile fierbtoare au diametrul () de 30...34 mm i lungimea (L) de 3000 mm, iar n cazul evaporatoarelor cu circulaia zemii n pelicul, lungimea este de 4500...7000 mm.

condensator barometric;

pomp de vid;

oal de condens.

Instalaia de evaporare, funcioneaz n mai multe trepte de presiune, la temperaturi cuprinse ntre 130 i 60oC. Evaporatoarele sunt legate n serie i lucreaz la presiuni descresctoare, de la primul corp la ultimul corp, astfel nct, aburul secundar format ntr-un evaporator s serveasc la nclzirea urmtorului evaporator. Aparatele de evaporare, denumite i corpuri de evaporare, care lucreaz la aceeai presiune formeaz o treapt sau un efect de evaporare.

n cazul menionat n figura 5.1. sunt cinci trepte (efecte) de evaporare. n instalaia menionat, corpurile 1 i 2 lucreaz la presiune mai mare dect presiunea atmosferic, iar corpul 3 lucreaz la o presiune aproximativ egal cu cea atmosferic, iar corpurile 4 i 5 lucreaz la o presiune mai redus dect cea atmosferic. Aburul secundar, de la ultimul corp de evaporare, este condensat n condensatorul barometric, conectat cu prinztorul de picturi i conectat la pompa de vid uscat.

Pentru ca staia de evaporare cu efect multiplu s funcioneze, transmiterea de cldur trebuie s se fac de la un aparat la altul, ceea ce nseamn o cdere de temperatur a vaporilor de la o treapt la alta.

Aceast condiie este dat de ecuaia:

Q = K1S1(t0 tf1) = K2S2(t1 tf2) = .... = KnSn(tn-1 tfn)

n care: Q este cantitatea de cldur adus de abur n corpul 1, [Kcal];

K1, K2, K3,...Kn coeficientul total de transmitere a cldurii, [Kcal/m2 h grad];

S1, S2, S3, ... Sn suprafeele de nclzire a aparatelor, [m2];

t0, t1, ...tn-1 temperatura vaporilor saturai de nclzire n fiecare evaporator, [oC];

tf1, tf2, ...tfn temperatura de fierbere a zemii, [oC].

Condensarea aburului, ieit din ultimul corp al instalaiei de evaporare, se realizeaz n condensatorul barometric de amestec cu nlimea (H), de 2, 3 ori mai mare dect diametrul (D) i prevzut cu icane. La condensatorul barometric (vezi figura 5.2.) se consum 200...500 l ap/100 kg sfecl.

Fig. 27 Condensator barometric cu icane: 1 corp cilindro-conic; 2 separator de picturi; 3 cad barometric.11.2. Modificrile zemii n timpul evaporriiLa concentrarea zemii subiri au loc urmtoarele modificri:

creterea uoar a puritii, datorit descompunerii suferite de nezahr, descompunere care conduce la depuneri pe evile evaporatorului i la trecerea lor n apa de condens (antrenate de vaporii de ap) sau n gazele necondensabile (cele volatile);

scderea alcalinitii zemii ca rezultat al descompumerii amidelor, descompunerii zahrului invertit cu formare de acizi humici i caramelizareaslab a zaharozei;

modificarea coninutului de coloizi. Coloizii din zeama de saturaie II reprezint 0,09% fa de sfecl. Prin aciunea dintre aminoacizi i zahrul invertit se mrete cantitatea de coloizi colorai, cere pot fi adsorbii la suprafaa cristalelor de zahr la operaia de cristalizare;

descompunerea zahrului i intensificarea coloraiei este n funcie de temperatura de evaporaie i de pH-ul zemii;

formarea de precipitate insolubile care se depun pe evile evaporatoarelor. Cauzele formrii de precipitate insolubile sunt:

creterea concentraiei zemii i inclusiv a srurilor organice i anorganice, slab solubile, care se depun;

scderea solubilitii srurilor de calciu odat cu creterea concentraiei de zahr a zemii;

trecerea bicarbonailor n carbonai insolubili.

Depunerile pe evi sunt duntoare datorit faptului c se micoreaz trensmiterea de cldur.

Capitolul 12

Fierberea i cristalizarea zahrului

12.1 Consideraii generale privind fierberea i cristalizarea

Fierberea este operaia prin care zeama groas obinut la evaporare (concentrare) cu 60...65oBrix, se concentreaz pn la 90...93 oBrix, n care caz se obine o mas groas, care reprezint, o suspensie de cristale de zahr ntr-un sirop mam. Siropul mam conine n soluie tot nezahrul aflat n zeama groas, precum i o parte din zahrul pe care impuritile l menin necristalizabil. Siropul mam sau siropul de scurgere, este un sirop intercristalin cu puritate inferioar masei groase.

Cristalizarea zaharozei (zahrului), are loc concomitent cu fierberea atunci cnd zeama atinge o anumit suprasaturaie. Coeficientul real de suprasaturaie este de 1,05...1,10. Rezult c, fierberea trebuie s se fac n interiorul aa numitei zone metastabile, respectiv ntre = 1,0 i 1,2, cnd se amorseaz cristalizarea prin introducerea de centri de cristalizare i ntre = 1,2 i 1,3, cnd se formeaz germeni de cristalizare spontan. Suprasaturaia se stabilete prin ngroarea zemii pn la proba de fir.

La cristalizarea prin amorsare cu germeni de cristalizare, numrul de germeni de cristalizare introdui este de 106...108 / 100 l mas groas. Dup nsmnare, are loc creterea cristalelor de zahr, avnd ca pornire germenii de cristalizare introdui, germeni pe care se depune zaharoza din soluia suprasaturat, sub influena unui gradient de concentraie n c2 > c1 (c2 concentraia zaharozei n soluia suprasaturat, iar c1 concentraia zaharozei n soluia aflat la suprafaa germenului).

Viteza de cretere a cristalelor de zahr, respectiv viteza de depunere a zaharozei pe germenele de cristalizare este dat de relaia:

K = ;

K =

n care: G variaia masei cristalului, [mg];

S suprafaa cristalelor, [m2];

timpul, [min].

Viteza de cristalizare, reprezint deci, cantitatea de zahr [mg], care cristalizeaz ntr-un minut pe o suprafa de 1 m2.

Viteza de cristalizare este influenat de urmtorii factori:

gradul de suprasaturaie al soluiei de zahr (masei groase), care trebuie meninut la o anumit valoare, pentru a nu se forma n mod spontan noi centri de cristalizare, ceea ce ar conduce la o cristalizare neuniform, deci la formarea de cristale cu diferite dimensiuni;

temperatura, care influeneaz indirect viteza de cristalizare, prin faptul c micoreaz vscozitatea masei groase, deci favorizeaz micarea moleculelor de zaharoz;

puritatea masei groase: cu ct puritatea este mai mare cu att viteza de cretere a cristalelor de zahr este mai mare, existnd o corelaie ntre puritate, coeficientul de saturaie i viteza de cretere a cristalelor de zahr. Tabelul nr. 2

Corelaia dintre puritate i coeficientul de saturaiePuritatea, QCoeficientul de saturaie

1,031,061,091,121,151,181,21

1001120236040506900---

92620154023902850330037504180

802354155807108409751105

Influen pozitiv, asupra vitezei de cristalizare, o au i:

- agitarea, care uureaz deplasarea moleculelor de zaharoz spre cristal;

- mrimea, i deci suprafaa germenilor de cristalizare;

- timpul: cantitatea de zaharoz depus pe cristale variaz cu ptratul timpului.

Influen negativ, asupra vitezei de cristalizare, o are:

- alcalinitatea prea mare a masei groase (reacia trebuie s fie neutr).

Scheme de fierbere i cristalizare

Aparatele de fierbere a zemii groase sunt:

- aparate de fierbere verticale cu funcionare discontinu;

- aparate de fierbere cu funcionare continu.

Frecvent se utilizeaz aparatele de fierbere sub vacuum cu circulaie mecanic a zemii groase.n acest aparat, concentrarea final a masei, se poate face pn la 95...96oBrix, pentru a avea ct mai puin zahr n siropul intercristalin, deci pierderi de zahr n melas ct mai mici. Fierberea poate dura 8...16 ore.

Dup fierbere la Brixul dorit, masa groas este descrcat ntr-un malaxor cristalizator, amplasat sub aparatul de fierbere. Malaxorul cristalizator este rcit artificial. n malaxorul cristalizator masa groas se rcete i zahrul cristalizeaz.

Rcirea trebuie astfel condus nct siropul mam (intercristalin) s fie suprasaturat ( = 1,1). Rcirea final se face pn la 35oC, iar nainte de centrifugare masa fiart (masa groas) se nclzete la 40...45oC, astfel nct siropul intercristalin s devin o soluie saturat cu = 1,0 vscozitatea fiind mai mic cu 20 30%.

Fig. 28 Fierbtor sub vid, cu agitator: 1 corp; 2 ax cu palete; 3 separator de picturi; 4 evi de fierbere; 5 camer de fierbere.12.2 Rafinarea zahruluiRafinarea zahrului, reprezint operaiile prin care se ndeprteaz impuritile reinute la suprafaa cristalelor de zahr, prin adsorbiune sau includere (incluziuni solide sau lichide). Datorit impuritilor se obine zahr cu cristale neuniforme, unele deformate i o coloraie destul de intens.

ndeprtarea impuritilor se face prin:

operaia de afinaie a zahrului brut;

dizolvare i recristalizare, dup o prealabil decolorare i filtrare a clerselor.

Afinaia, este metoda de purificare a zahrului, prin care se nlocuiete, mecanic, pelicula de sirop intercristalin aderent pe cristale, care nu se ndeprteaz la centrifugare, cu o pelicul de sirop cu puritate mai mare dect siropul intercristalin aderent. Afinarea decurge n dou etape:

a) etapa de obinere a masei artificiale, n care caz, zahrul se amestec ntr-un malaxor special cu sirop nclzit la 85...90oC, cu o puritate mai mare dect a siropului mam (intercristalin).

b) centrifugarea masei artificiale n centrifuge, cu care ocazie se poate face i o albire cu ap sau abur.

Condiiile n care are loc operaia de afinare sunt:

Brixul masei groase trebuie s fie ct mai ridicat (90...92oBrix), evitndu-se astfel dizolvarea zahrului;

amestecarea masei groase n malaxor trebuie s dureze mai mult de o or;

nainte de centrifugare masa artificial se aduce la 88...90 oBrix, prin adaos de sirop, care nu trebuie s depeasc 25% fa de greutatea zahrului supus afinrii;

siropul adugat, trebuie s aib temperatura de 85...90oC, astfel nct, masa artificial s aib o temperatur ct mai ridicat, ceea ce favorizeaz centrifugarea.

Obinerea clerelor (clerselor) purificate. Se obin prin dizolvarea zahrului galben, sau zahrului afinat, n ap de condens sau ntr-o zeam subire bine purificat.Temperatura clerei (clersei), trebuie s ajung la 80...90oC, iar Brixul la 65oBx. Operaia de dizolvare are loc n vase cu agitator i serpentine de nclzire.

Clerele (clersele) se decoloreaz cu:

crbune de oase (crbune animal);

crbune activ vegetal adugat n proporie de 0,8% fa de substana uscat.

Dup amestecare, clera (clersa) se filtreaz n filtre cu discuri sau filtre cu lumnri. Purificarea clerelor (clerselor) se poate face i cu ajutorul schimbtorilor de ioni.

12.3 Scheme de obinere a zahrului rafinat

n fabricile de zahr, se folosesc mai multe scheme de obinere a zahrului rafinat, i anume:

- scheme de fierbere cristalizare cu patru produse;- scheme de fierbere cristalizare cu patru produse i picior de cristal.

La toate schemele menionate se observ c intervine i operaia de centrifugare.

De la centrifugare se obine:

zahrul cristal cu 0,5% umiditate;

siropul verde;

siropul alb rezultat din splarea zahrului cristale cu ap (70...80oC) sau abur.Centrifugele utilizate n industria zahrului pot fi cu funcionare periodic (verticale, suspendate) i cu funcionare continu (orizontale i verticale) (fig. 6.4).

Principiul centrifugrii

La rotirea tamburului ia natere o for centrifug (Fc):

Fc =

Dac = i = ; atunci: Fc =

EMBED Equation.3 .

Considernd: = 1, atunci Fc = .

Oricare centrifuge se caracterizeaz prin factorul de separare Z:

Z = sau Z = .

Fig. 29 Schema de fierbere i cristalizare cu patru produse.

Fig. 30 Schema de fierbere i rafinare cu patru produse i picior de cristal.

Fig. 31 Centrifug vertical pentru obinerea zahrului cristal:1 ax vertical; 2 tambur conic; 3 conduct de alimentare; 4 conduct pentru apa de splare. Siropul alb rezult din splarea zahrului cristal cu ap sau abur. Apa are 70...80oC i este pulverizat.

Centrifugele din industria zahrului au Z = 650...1500, iar turaia centrifugelor este de 1000 rot/min, pentru centrifuge cu funcionare periodic i 2500 rot/min pentru centrifuge cu funcionare continu-verticale.

Productivitatea centrifugei cu funcionare discontinu este:

G max = =

n care: V1 = volumul arjei, [m3];

= greutatea specific a materialului, [kg/m3];

= durata ciclului de centrifugare, [min].

Pentru o centrifug cu diametrul 1200 mm, care centrifugheaz masa groas I, durata ciclului cuprinde:

pornirea i ncrcarea 25 s.

centrifugare sirop verde 70 s.

albire cu ap 35 s.

albire cu abur 150 s.

frnare i descrcare 70 s.

Total 350 s.Capitolul 13

Prelucrarea zahrului umed

13.1. Transportul i sortarea zahrului

Zahrul, obinut de la centrifuge, trebuie uscat i pentru aceasta trebuie transportat la usctor, transport care se poate realiza cu un transportor oscilant, care joac i rol de sortator.

Transportorul oscilant este alctuit dintr-o bandjgheab cu fund plat, susinut de arcuri nclinate i flexibile. Micarea oscilatorie este primit de la un mecanism bielmanivel. Cristalele de zahr se deplaseaz prin salturi, ajungnd la captul transportorului de unde este preluat de un elevator care le ridic la usctor.

Jgheabul are limea de 400...1000 mm i nlimea marginilor de 200...300 mm. Numrul de oscilaii este de 300...400 pe minut. n timpul transportului zahrul se rcete i ncepe s se usuce. Pe transportor, zahrul se deplaseaz cu 0,15 0,21 m/s n strat de 0,03 0,05 m.

Fig. 32 Transportor oscilant: 1 band; 2 arcuri; 3 stratde zahr; 4 mecanism biel-manivel.

Elevatorul de ridicare a zahrului la usctor este un elevator cu cupe fixate pe dou lanuri sau pe o band de cauciuc. Distana dintre dou cupe este de 0,4...0,6 m, coeficientul de umplere al cupelor ( = 0,75), iar viteza de deplasare a benzii (lanurilor) cu cupe (v = 1,5 m/s). La transportul zahrului, cu transportorul oscilant i elevatorul cu cupe se are n vedere o mas volumetric a zahrului de 800 kg/m3.

13.2. Usacrea zahrului13.2.1. Consideraii generale asupra uscrii

Uscarea este operaia prin care se realizeaz ndeprtarea apei dintr-un produs (transfer de umiditate) concomitent cu transferul de cldur. ndeprtarea apei din interiorul produsului spre suprafa are loc prin difuzie, iar de la suprafaa liber a produsului spre agentul vehiculator, prin evaporare la suprafa, aceasta fiind condiionat de doi factori importani:

-diferena de presiuni pariale ntre suprafaa produsului i mediul n care se face difuzia apei;

-existena unei suprafee ct mai mari de difuzie i evaporare a apei.

Factorii care influeneaz uscarea sunt urmtorii:

-natura produsului supus uscrii: intereseaz structura produsului, poroas sau capilar;

-felul cum se prezint apa: ap legat chimic, ap capilar etc.

-forma i dimensiunile produsului: produsele mrunite au suprafaa liber specific mare i grosimea mic, ceea ce favorizeaz uscarea;

-temperatura i umiditatea agentului de uscare: aerul cu umiditate mic i temperatura mare se poate ncrca cu umiditate mult de la suprafaa produsului i pentru ca aerul s fie refolosit este supus unei nclziri la x = ct.

-sensul de deplasare i viteza aerului: la uscarea n contracurent este posibil trecerea unei cantitii mai mari de umiditate n aer, viteza de deplasare a aerului trebuind s fie corelat cu viteza de difuzie i cu cea de evaporare a apei din produs.

13.2.2. Uscarea zahrului

Pentru ca zahrul s poat fi pstrat fr riscul aglomerrii sale este necesar ca umiditatea s fie mai mic de 0,05%, pH-ul de aproximativ 8,0, s nu conin zahr invertit care este higroscopic, s fie rcit pn la temperatura de 25oC i s nu conin praf de zahr.

Cristalele de zahr care ies din centrifug, se caracterizeaz prin:

- umiditate de 0,5% pentru cele cu dimensiuni de 1...1,5 mm;

- umiditate de 2,0% pentru cele cu dimensiuni de 0,25...0,3 mm.

Umiditatea cristalelor de zahr se afl sub urmtoarele forme:

- form legat, asemenea unui film de sirop suprasaturat pe suprafaa cristalelor;

- ca umiditate intern, moleculele de ap fiind incluse n structura cristalelor;

- ca umiditate liber, n siropul ce nconjoar cristalul de zahr.

La uscare se ndeprteaz n primul rnd umiditatea liber, apoi umiditatea din filmul suprasaturat, astfel nct zahrul din aceast pelicul se concentreaz i cristalizeaz sub form amorf. Umiditatea intern nu poate fi eliminat dect dac zahrul este mcinat.

Pentru a se elimina umiditatea i a se realiza transferul de cldur este necesar ca ntre zahr i aerul cald s existe o diferen de umiditate i de temperatur, viteza de uscare depinznd de caracteristicile zahrului i ale aerului cald.

13.2.3. Instalaii de uscare

Pentru zahrul n cristale mai mari de 1 mm se folosete usctorul turn, n contracurent. Pentru zahrul n cristale mijlocii de 0,5...1 mm se utilizeaz usctorul turbin, care prezint urmtoarele avantaje: asigur pstrarea luciului i a calitii cristalelor; procesul de uscare este intens; consumul de energie este redus.

Fig. 33 Usctor-turn pentru zahr:1 corpul usctorului; 2 ax cu discuri; 3 icane; 4 gur de ncrcare; 5 angrenaj cu roi dinate; 6 grup motoreductor.

Fig. 34 Usctor turbin: 1 - discuri inelare; 2 suporturi pentru discurile inelare, suporturi ce se rotesc n jurul axului central 3, cu 1/3 ... 1/4 rot/min; 3 ax central; 4 gur de alimentare; 5 ventilatoare fixate pe axul 3; 6 ventilator de aspiraie aer saturat; 7 radiatoare de nclzire aer; 8 canale admisie aer proaspt; 9 transportor evacuare zahr uscat-rcit (sgeile continui semnific circulaia aerului; sgeile barate reprezint traseul zahrului).

Pentru uscarea cristalelor fine se utilizeaz usctorul cu tambur rotativ, nclinat fa de orizontal cu 4...6 %, care se rotete cu 3...5 rot/min. Usctorul are lungimea de 3 4m i diametrul () de 1,5 2 m i este prevzut cu palete curbate interioare fixate pe peretele tamburului. Aproape de evacuare, peretele plin al tamburului, pe o lungime de 0,5 m este nlocuit cu site pentru cernerea zahrului uscat n contracurent cu aer cald (figura 7.4).

Fig. 35 Usctor tambur: 1 corp cilindric; 2 bandaje; 3 site; 4 rol de ghidare; 5 rol de sisinere.13.2.4. Sortarea zahrului

Aceast operaie, are loc dup uscare-rcire i are drept scop de a sorta cristalele de zahr dup mrime.

Pentru sortare se utilizeaz:Transportorul oscilant, asemntor cu cel folosit la transportul zahrului umed la uscare. Suprafaa pe care se deplaseaz zahrul este constituit din:

site cu ochiuri de 0,3 0,7 mm (primul rnd);

site cu ochiuri de 0,7 1,5 mm (al doilea rnd);

site cu ochiuri de aproximativ 3 mm pentru cristalele mari.

Site vibratoare, care reprezint un set de site suprapuse montate n rame, cu nclinaie de 20o fa de orizontal. Sitele au micare vibratorie.

13.2.5. Separarea prafului de zahr

Pentru separarea prafului de zahr ce se formeaz la uscare, i sortare, din aerul ncrcat cu acest praf, se utilizeaz:

- separatoare umede (figura 7.5);

- cicloane (figura 7.6);

- filtre cu saci nchise.

Fig. 36 Schi de principiu a decantorului umed: 1 corpul decantorului; 2 vas cu ap; 3 icane. v1 > v2; D >d1.

Fig. 37 Ciclon de separare zahr din aer cu praf de zahr: 1 corpul cilindro-conic; 2 conduct central de evacuare a aerului curat. Utilizarea deeurilor din industria zahrului

n urma procesrii sfeclei de zahr se obin urmtoarele deeuri utilizabile; n % fa de masa sfeclei prelucrate:

- Borhot - 80% ;

- Melas - 4,0 - 4,5%

- Sedimentul de la filtrare cu umiditatea 9 - 10%.

Borhotul reprezint un nutre foarte valoros pentru animale. Substanele uscate ale borhotului conin ~ 45% substane pectice, 40% celuloz, 15% de proteine, sruri minerale i zahr.

Dup valoarea nutritiv borhotul se situeaz ntre fn i ovz. Pe parcursul pstrrii timp de 5 luni a borhotului umed (cu umiditatea 94-93%) se pierd pn la 40% din substanele uscate ale borhotului. De aceea borhotul se preseaz i se usuc pn la umiditatea 12%. Pentru a mri valoarea nutritiv a borhotului se adaug pn la 25% de melas. Din borhot se mai obine pectin i clei de pectin (1 kg de pectin din 6,5 - 7,0 kg de borhot uscat)

Melasa reprezint un lichid gros de culoare brun, care conine 50% zaharoz , 20% substane organice nezaharate, 10 % cenu i 20% ap. Se utilizeaz la fabricarea alcoolului etilic, acidului citric, acidului lactic, glicerinei, ca mediu nutritiv pentru drojdia de panificaie, ca hran pentru animale. ntreprinderile moderne cu utilaje i tehnologii performante utilizeaz melasa pentru extragerea n continuare a zahrului.

Sedimentul (nmolul) reprezint pn la din mas carbonat de calciu (CaCO3) i restul substane organice azotate i compui ai fosforului. Se utilizeaz ca ngrminte minerale pentru solurile acide. n ultimii ani se lucreaz asupra elaborrii unor tehnologii de regenerare a CaO din sedimentul de la filtrare, ce ar da posibilitatea de a economisi pn la 30% din varul folosit la operaia de defecare a zemei de difuzie.

Capitolul 14

Ambalarea, transportul si pastrarea zaharuluiZahrul tos poate fi pstrat pn la 8 ani n ncperi nclzite iarna, i 4ani n ncperi nenclzite, iar zahrul rafinat - pn la 5 ani n ncperi nclzite, i pn la 3 ani n ncperi nenclzite.

Prin sistemul de ambalare (ambalaj de desfacere, de transport sau manipulare) si de depozitare, zaharil trebuie protejat impotriva apei si a vaporilor de apa.

Ambalajul de desfacere poate fi confectionat din pungi de hartie ci strat dublu, pungi din folii de polietilena si alte materiale. Zahrul se ambaleaz n saci (pungi) din materiale textile sau hrtie. Sepstreaz n ncperi uscate cu umiditatea aerului 50 - 70% i temperatura10 30 grade C

Drept ambalaje de transport se folosesc saci de tesaturi liberiene, pentru zaharul nepreambalat sau cutii de mucava, palete - lazi metalice cu role, captusite cu hartie rezistenta, sulfat inalbita.

Patrarea si transportul zaharului se face in spatii curate, uscate la tempeartura constanta, racoroasa, de maxim 20 grade celsius, si cu o umiditate relativa a aerului de cel mult 75%. Continutul de apa si activitatea apei redusa din zahar nu favorizeaza dezvoltarea microorganismelor (bacterii, mucegai). Totusi normele de igiena stabilesc conditii microbiologice ce trebuie indeplinite (natura microorganismelor si gradul de infectare) la fel ca si pentru alte produse deshidratate, deoarece pe parcursul depozitarii, prezenta apei, umiditatea relativa a aerului ridicata si temperatura variabila din timpul pastrarii pot favoriza degradarea microbiologica.

Prezenta bacteriilor din genul Leuconostoc in zahar, in numar mare, asociata cu cresterea activitatii apei, poate determina degradarea zaharului. La o activitate a apei mai mare de 0,9, la care se ajunge ca urmare a prezentei apei in spatiile de pastrare, a umiditatii relative a aerului ridicata, pete 80% sau/si a variatiilor de temperatura, sub actiunea bacteriilor din genul Leuconostoc se formeaza din zaharoza macromolecule de dextran ce nu sunt tolerate de anumite organisme. Modificarea biochimica este insotita de schimbarea culorii, zaharul devenind galbui si de siropare, zaharul devenind lipicios.

Denumirea ProvenienGradul dendulcire (de n ori mai dulce dect zaharoza)Norma zilnic admis la 1 kg/corp, mgSimbolul internaionalAspartam

AcesulfamK

Zaharin

Sucraloza

Ciclamat

Taumatin

Citroza

SteviozidSintetic

Sintetic

Sintetic

Sintetic

Sintetic

Natural

Natural

Natural200

130 - 200

300 - 500

600

30

3000 - 4000

1800 - 2000

250 - 30040

15

5

15

11

50

5

-E - 951

E - 950

E - 954

E - 955

E - 952

E - 957

E - 959

-

TEHNOLOGIA DE OBINERE A ZAHRULUI

68