Tehnologia zaharului.pdf

MATERII PRIME PENTRU OBINEREA ZAHRULUI

Materiile prime pentru fabricarea zahrului sunt reprezentate de sfecla de zahr i trestia de zahr. Fabricile de zahr din Europa nu lucreaz cu trestie de zahr ci cu zahrul brun din trestie important din rile productoare de zahr din trestie cum ar fi Cuba, Brazilia etc.

1.1. SFECLA DE ZAHR

Sfecla de zahr -Beta vulgaris saccharifera- este o plant ierbaceae aparinnd familiei Chenopodiaceae. Se utilizeaz sfecla din primul an de vegetaie cnd se formeaz rdcina i frunzele. (n al doilea an de vegetaie are loc fecundarea i formarea seminei, planta devenind semincer adic productoare de smn).

1.1.1. STRUCTURA MORFOLOGIC A SFECLEI DE ZAHR

Rdcina sfeclei de zahr este format din: - cap sau epicotil poriune care poart i frunzele; - gt sau cotlet, respectiv hipocotil; - corpul rdcinii sau rizocorp; - codi terminal cu rdcinile derivate din aceasta. Pe corpul sfeclei se afl dou nuri (pe o fa i alta) din care ies rdcini

laterale care se ntind pn la vrful codiei (fig. 1.1).

Fig. 1.1. Schema simplificat a sfeclei. Rdcina propriu zis este format din urmtoarele straturi (fig. 1.2): - epiderma care formeaz startul exterior al rizocorpului i care se compune

din mai multe straturi de celule cu perei ngroai (1);

id1086953 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com

Tehnologia zahrului 10

- esutul fibros (2) care, mpreun cu fasciculul de vase liberiene (3) d rizocorpului rezisten lemnoas;

- parenchimul n ale crui celule se gsete sucul celular ce conine zahrul (zaharoza).

Fig. 1.2. Structura sfeclei: 1- epiderm; 2- esut fibros; 3- fascicul de vase liberiene; 4- parenchim format din celule ce

conin suc zaharos.

Celulele din parenchim sunt formate din (fig. 1.3): - membran semipermeabil la exterior; - citoplasm cu vacuol ce conine suc celular; - nucleu, imediat sub membran. Sfecla matur prezint vacuola mare i citoplasm redus.

Fig. 1.3. Structura celulei din parenchim.

1.1.2. COMPOZIIA CHIMIC A SFECLEI

Sfecla de zahr, matur, sntoas, cu o mas de 300...1000 g i chiar mai mult, conine ap, zaharoz, substane pectice (protopectin), celuloz i hemiceluloz, subatane proteice, substane neproteice cu azot i fr azot i cenu (substane minerale). Dac raportrile se fac la 100 kg sfecl repartizarea componentelor chimice este urmtoarea (fig. 1.4).

Materii prime pentru obinerea zahrului

11

Fig. 1.4. Repartizarea componentelor chimice n suc i pulp.

1.1.3. FACTORII CARE INFLUENEAZ CALITATEA SFECLEI

Aceti factori sunt reprezentai de: a) Factorii genetici care determin forma i dimensiunea corpului rdcinii,

gradul de ramificare a rdcinii, masa corpului rdcinii. n categoria factorilor genetici intr calitatea seminei, caracteristicile soiului sau hibridului de sfecl cultivat.

b) Factorii pedoclimatici care sunt determinai de caracteristicile soiului i particularitile climei din aria de cultivare. Aceti factori determin producia de sfecl i starea ei de sntate.

c) Factorii fitotehnici, respectiv tehnologia de cultivare i ntreinere a culturii. Aceti factori determin, deasemenea, producia de sfecl i starea de sntate a acesteia.

d) Factorii care se refer la modul de recoltare ce determin: - gradul de rnire mecanic a sfeclei; - coninutul de impuriti de pe sfecl care la rndul su este dependent de

starea vremii de recoltare i modul de recoltare. e) Condiiile de depozitare ce influeneaz: - starea de vestejire a sfeclei; - gradul de alterare, sub aciunea microorganismelor sau a altor factori cum

ar fi ngheul/desgheul; - gradul de degradare ca o consecin a unei depozitri ndelungate.

Durata de depozitare a sfeclei va fi influenat de modul cum a fost recoltat sfecla i cantitatea de impuriti din sfecl.


Din punct de vedere tehnologic intereseaz n principal urmtoarele caracteristici:

Coninutul de zahr exprimat n procente din greutatea sfeclei, coninut dependent de:

- perioada n care se face recoltarea; - regimul de fertilizare aplicat soiului; - agrotehnica aplicat la semnarea, ntreinerea, recoltarea, condiiile de

manipulare i depozitare de la recoltare pn la prelucrare. Puritatea sucului intracelular exprimat n procente de zahr raportat la

substana uscat a sucului. Coeficientul de puritate al sucului este influenat de aceiai factori care determin coninutul de zahr, determinant fiind ns soiul de sfecl. Coeficientul de puritate este de:

- 86 - 88% pentru sfecla de bun calitate; - 83 85% pewntru sfecla de calitate mijlocie; - 81 83% pentru sfecla de calitate mediocr. Coninutul de marc (pulp al sfeclei). Rezistena la tiere a sfeclei. Elasticitatea tieeilor de sfecl. Compoziia cantitativ i calitativ a nezahrului din sucul de sfecl, ce va

fi influenat de: - soiul de sfecl; - condiiile pedoclimatice n care crete sfecla; - modul de fertilizare a solului; - perioada de recoltare.

1.1.4. INDICATORII DE CALITATE AI SFECLEI DE ZAHR

Aceti indicatori se impart n dou categorii: indicatori ai aspectului exterior; indicatori de calitate tehnologic.

A. Indicatorii aspectului exterior a) Indicatorul coletului:

100MMI

t

cc

n care: Mc masa coletului,g; Mt masa total a sfeclei necoletate, g.

b) Indicatorul de form: 100

DdIf

n care: d este diametrul rdcinii msurat la 1/2 din lungimea sfeclei; D diametrul cel mare al sfeclei.

Dup acest indicator sfecla poate fi clasificat n: - sfecl groas cu If 65%; - sfecl normal cu If 60%; - sfecl fuziform cu If 55%; - sfecl subire cu If 50%.

c) Indicatorul de diametru:


13

100DLI

m

td

n care: Lt este lungimea total, mm; Dm diametrul maxim al sfeclei, mm.

B. Indicatori de calitate tehnologic a sfeclei a) Coninutul n zahr al sfeclei, determinat polarimetric, i exprimat n

kg/100 kg sfecl. b) Puritatea sucului celular, calculat ca procent de zahr fa de substana

uscat a sucului celular.

Puritatea sucului 100suc din uscat Substant

suc din Zahr

c) Coninutul de marc (pulp) al sfeclei, care reprezint, coninutul de substan insolubil n ap i exprimat n kg/100 kg sfecl.

d) Coninutul de substan reductoare, exprimat n kg/100 kg sfecl. e) Coninutul de rafinoz din sfecl, exprimat n kg/100 kg sfecl. f) Factorul Mz, care exprim kg de melas, tip 50, ce se obine la 100 kg

zahr cristal. Mz poate fi calculat cu relaia:

100K4PD

K8Mt

z

n care: K coninutul de cenu conductometric, %; D coninutul de zaharoz din sfecl, %; Pt pierderi tehnologice de zahr, kg/100 kg sfecl.

Valorile Mz, n funcie de calitatea sfeclei sunt urmtoarele: - sfecl de calitate superioar Mz < 30; - sfecl de calitate normal Mz = 30 - 40; - sfecl de calitate inferioar Mz = 50 - 65; - sfecl necorespunztoare Mz = 65 80. g) Randamentul teoretic de zahr cristal, care va depinde de zahrul

rmas n melas (Zm) i coninutul de zahr din sfecl (D). Zm = D R [kg/100kg sfgecl]

n care: Zm zahr rmas n melasa, %; D coninutul de zahr din sfecl, %; R randamentul estimat de zahr determinat prin calcul, kg/100 kg sfecl.

mQ

Q1001PDR t [kg/100 kg sfecl] n care Q este puritatea zemii subiri obinut n laborator, %; m coeficient melasigen al nezahrului calculat n funcie de puritatea melasei

m

m

Q100Q

m

n care: Qm este puritatea melasei determinat statistic, %.

1.1.5. CARACTERISTICILE FIZICE I TERMOFIZICE ALE SFECLEI


a) Masa specific =sSU265

265

[g/cm3] n care SUs substana uscat a sfeclei.

b) Suprafaa specific a sfeclei, n funcie de mas (M): - pentru M = 200 g, S = 1 cm2/g; - pentru M = 750 g, S = 0,6 cm2/g. c) Presiunea osmotic, care este de 20...30 bari, pentru un coninut de

zahr din sfecl de 18%. d) Capacitatea termic masic

100SU8,218,4C ss [ kj/kggrad]

Cs = 3,39 3,60 kj/kggrad. e) Conductivitatea termic a sfeclei = 0,374 0,406 kcal/mhgrad, sau = 0,434396 0,47222 W/mgrad. f) Temperatura de nghe = 2,4 4,1oC. g) Valoarea de nutre a sfeclei cu 17,5 % zahr este de 15,4 uniti de

amidon.

1.1.6. CONDIIILE DE PLAT PENTRU SFECL

Pentru a se achita valoarea contractat a sfeclei, se impun urmtoarele condiii sfeclei livrat fabricilor:

- impuriti totale, maximum 10%; - impuriti minerale, maximum 7%; - impuriti vegetale, maximum 3%; - coninut de zahr, minimum 16%.

TEHNOLOGIA DE PRELUCRARE INIIAL A SFECLEI

Tehnologia de prelucrare iniial a sfeclei cuprinde operaiile prezentate n figura 2.1.


15

Sfecl

Recoltare- extragere din pmnt- decoletare- sortare

Formare grmezi n cmp

Transport la baza de receptie

Conservare n baza de receptie

Transport la fabric si depozitare temporar

,

,

,

Transportul sfeclei n fabric

Ridicarea sfeclei la masina de splat

Splarea sfeclei

Ridicarea sfeclei la cntar si la masina de tiat

Tierea sfeclei n tietei

Tietei

,

, ,

,

,

Fig. 2.1. Schema tehnologic de prelucrare inial a sfeclei.

2.1. RECOLTAREA SFECLEI

Recoltarea sfeclei se face cnd aceasta a ajuns la maturitatea industrial stabilit pe baza analizelor de laborator.

Maturitatea industrial a sfeclei, reprezint acea etap a sfeclei n care sunt evidente nsuirile biologice, chimice i fizice i cnd se obine un randament maxim de zahr. Recoltarea este n funcie de zona de cultivare a sfeclei, respectiv


zone calde (recoltare n septembrie) i zone mai reci (recoltare n octombrie). Recoltarea implic: -extracia sfeclei din pmnt, care se execut mecanizat cu ajutorul

dislocatoarelor; - decolectarea, respectiv ndeprtarea capului cu frunze, operaia putndu-se

executa manual, sau mecanic; - sortarea n funcie de masa i starea sfeclei, n care caz se obine: sfecla categoria I, cu M > 300 g, nernit i sntoas; sfecl categoria II, cu M < 300 g rnit; sfecl categoria III, cu M


17

Fig. 2.2. Tipuri de silozuri: a cu seciune triunghiular; b cu seciune trapezoidal.

Fig. 2.3. Modaliti de ventilaie forat: a longitudinal; b transversal.


2.3.1. TRANSFORMRI BIOCHIMICE I MICROBIOLOGICE LA DEPOZITAREA SFECLEI

n timpul depozitrii sfeclei, au loc: - pierderi de mas prin transpiraie; - pierderi de zahr prin respiraie, conform reaciilor:

C12H22O11invertaz

+ H2OC6H12O6 + C6H12O6

Zaharoz Glucoz Fructoz

+ 6O2C6H12O6 6H2O + 6CO2 + 674 kcal

La respiraie, se pierde 0,01...0,04% zahr/zi. Factorii care influeneaz respiraia sunt: temperatura, umiditatea sfeclei, durata staionrii sfeclei n cmp i silozuri;

- pierderi de zahr prin fermentaie. Fermentaia are loc la aerare insuficient sau total a sfeclei depozitate:

C6H12O6 2C5H5OH + 2CO2 + 22 kcal

Alte modificri, care au loc la depozitarea sfeclei, sunt urmtoarele: - ncolirea sfeclei. care are loc atunci cnd s-a nsilozat sfecl neajuns la

maturitate, sau cnd decoletarea s-a fcut necorespunztor. ncolirea este influenat de: temperatur mai ridicat; umiditate relativ mai mare; prezena impuritilor;

- degradarea proteinelor care are loc sub influena enzimelor proteolitice proprii sfeclei i a celor secretate de microorganisme. Proteoliza conduce la creterea coninutului de aminoacizi liberi, care trec n zeama de difuzie, mrind n acest fel cantitatea de azot vtmtor. Proteoliza este mai intens n sfecla care a suferit nghe/desghe;

- degraderea microbian a sfeclei produs de bacteria i mucegaiuri mai ales, n cazul sfeclei rnit, bolnav, ngheat/desgheat. Bacteriile periculoase sunt: Bacteruim betae, vscosum, betaflavum. Mucegaiurile mai des ntlnite sunt: Botrytis cinerea i Foma betae.

2.3.2. CONTROLUL DEPOZITRII SFECLEI DE ZAHR

La depozitarea sfeclei, trebuie s se ntreprind urmtoarele msuri: - controlul zilnic al temperaturii sfeclei din siloz, temperatur care trebuie meninut ct mai constant; - depistarea eventualelor focare de infecie (fermentaie), n care caz se desface silozul i sfecla se expediaz la fabric.

2.3.3. MSURI PENTRU REDUCEREA PIERDERILOR DE ZAHR LA DEPOZITARE

n scopul reducerii pierderilor de zahr, la depozitate, trebuie luate urmtoarele msuri: - scurtarea duratei de depozitare sau evitarea depozitrii prin aducerea sfeclei din cmp, direct la fabric; - scurtarea duratei de procesare a sfeclei n fabric, la mai puin de 100 zlie, ceea ce necesit fabrici cu capacitate corespunztoare produciei de sfecl din zona de


19

cultivare; - raza de recoltare a sfeclei, s nu depeasc 20 km, n vederea reducerii distanelor de transport, respectiv a cheltuielilor.

2.4. DESCRCAREA I DEPOZITAREA SFECLEI DE ZAHR N FABRIC

n fabrica de zahr, trebuie fcut un stoc de sfecl, care trebuie s asigure continuitatea produciei, pe o durat de 2- 3 zile. Sfecl adus n fabric, direct din cmp, sau din bazele de recepie, este descrcat dup cum urmeaz:

- manual, cu furci cu dini rotunjii: din crue, remorci, maini; - mecanic: cu platforme ce se nclin, n cazul remorcilor, camioanelor; prin

besculare, n cazul autobasculantelor. - hidraulic, cu jet de ap sub presiune de 4 daN/cm2, cantitatea de ap

necesar fiind de 600 800 l/100 kg sfecl (din camioane, remorci, vagoane CF). Depozitarea sfeclei n fabric, se face (fig. 2.4): - pe platform, cu nclinare de 10...15o a pereilor laterali; - n canale de adncime, cu seciune triunghilar, avnd pereii laterali

nclinai la 45o. Sub canalul de depozitare se afl canalul transportor cu pant de scurgere.

Fig. 2.4. Depozitarea sfeclei n fabric: a - platform cu perei laterali nclinai la 45o; b canal de depozitare cu seciune

transversal: 1 canal semingropat; 2 gratar; 3 canal hidraulic de transport sfecl.

2.5. TRANSPORTUL SFECLEI N FABRIC

De la platformele de depozitare, sau canalele de depozitare, sfecla se trimite n secia de splare-tiere, printr-un canal cu nclinaia spre partea final. Trasnportul sfeclei se face cu ap, care reprezint 600...1000 l/100 kg sfecl. Apa are temperatur de ~ 20oC i o vitez de 0,6...0,7 m/s. n timpul transportului hidraulic al sfeclei se pot nregistra pierderi de zahr din sfecl, de 0,01 0,02%.


La transportul hidraulic al sfeclei se realizeaz i o splare parial. Pe traseul hidraulic, sunt montate urmtoarele utilaje: - dozatorul de sfecl; - prinztorul de sfecl; - prinztorul de paie; - utilajul de ridicat sfecla la maina de splat. n afara canalului hidraulic, sunt construite decantoare, pentru purificarea

apei de transport i splare. Dozatorul de sfecl (fig. 2.5), are rolul de a trimite sfecla n mod ritmic n

secia de prelucrare. Dozatorul este format din axul 1, pe care sunt montate spiele 2, prevzute cu gratarele 3, printre care poate trece apa.

Fig. 2.5 Dozatorul de pietre: a vedere din fa; b seciune A A.

Prinztorul de pietre (fig. 2.6), are rolul de a ndeprta, din masa de sfecl, corpurile care nu plutesc (pietre, nisip, corpuri metalice, care ar putea defecta mainile de tiat i ar colmata canalele reducnd astfel capacitatea de transport).

Fig. 2.6. Prinztor de pietre: 1 incint; 2 tuuri pentru ap; 3 tuuri pentru ap, sub presiune; 4 plan nclinat;

5 registru ce se ridic/coboar; 6 incint de colectare a pietrelor.

Prinztorul de pietre cel mai utilizat este o incint 1, construit la fundul canalului, incint, care are un plan nclinat, pe care se rostogolesc pietrele spre


21

colector, ajungnd la partea de jos a planului nclinat, de unde prin ridicarea registrului 5, ajung n zona de colectare/evacuare 6. n prinztor, se afl dou tuuri 2, prin care se trimite apa intermitent, cu ridicarea registrului 5, dar i dou tuuri 3, prin care se pompeaz apa sub presiune.

Prinztorul de paie (fig. 2.7), este destinat eliminrii paielor, frunzelor, vrejurilor antrenate de ap la maina de splat i tiat sfecl. Prinztorul de paie, este format dintr-un transportor cu lan, pe care sunt prinse greblele colectoare 1, care se deplaseaz la suprafaa apei din canalul hidraulic i colecteaz materialul plutitor. Grebele descarc, materialul vegetal colectat, ntr-un transportor montat perpendicular pe direcia de mers a prinztorului de paie.

Fig. 2.7. Prinztor de paie.

Utilajul de ridicat sfecl, la maina de splat. ntruct canalul de transport hidraulic, la captul din spre fabric, se afl la cota sczut fa de cota zero i pentru a introduce sfecla la maina de splat, aflat la primul palier, este necesar un utilaj de ridicat, care poate fi:

- transportor elicoidal nclinat; - pomp Mamut; - elevator vertical cu cupe; - roata elevatoare; - pomp centrifugal.

Transportul elicoidal nclinat (fig. 2.8), se folosete pentru ridicarea sfeclei de la o adncime < 3 m. Diametrul melcului este 300 600 mm, iar nclinaia jghearbului fa de orizontal de 30...40o. Axul are o turaie de ~ 30 rot/min, pentru a evita zdrobirea sfeclei. Coeficientul de umplere, al transportului, este de 45...54%.


Fig. 2.8. Transportor elicoidal nclinat, pentru ridicarea sfeclei de la o adncime de ~ 3 m.

Pompa Mamut (fig. 2.9), este format dintr-un tub, n form de U, cu de 300...500 mm. Partea de refulare este de 2 ori mai lung dect de cea de aspiraie. La partea de jos a tubului de aspiraie, se introduce aer comprimat. Pompa, se monteaz ntr-un pu, astfel nct captul tubului de aspiraie s fie la nivelul rezervorului de sfecl, iar captul tubului de refulare la nivelul primului compartiment al mainii de splat.

Pompa este consumatoare de energie pentru compresorul de aer. Capacitatea de transport, pentru transportorul elicoidal, este dat de relaia:

p

4dDQ

22 [kg/h]

n care: D diametrul necului, m; d diametrului axului, m; - coeficient de umplere; p pasul necului; densitatea sfeclei, kg/m3.

Productivitatea pompei Mamut, este dat de relaia:

v4DQ

2 [m3/s] sau Q = 900 D2 [m3/h]

n care: D diametrul pompei; v viteza amestecului n cotul de aspiraie, m/s; - coeficient de umplere;


23

- masa volumetric, kg/m3.

Fig. 2.9. Pompa Mamut.

Roata elevatoare (fig.2.10), este destinat ridicrii sfeclei la h = 8 m. Roata elevatoare, este format din axul orizontal 1, pe care este cuprins corpul roii 2, confecionat din tabl de oel cu de 6...14 m. Aceast tabl circular, este fixat pe spirele roii 4, iar pe partea interioar, sunt fixate cupele 3, din tabl perforat. n funcionare, cupele 3, ridic sfecla din canalul colector, apa scurgndu-se prin orificii. Cnd cupele ajung la partea superioar, prin rotirea roii ele descarc sfecl ntr-un jgheab nclinat ,5 prin care ajunge la maina de splat.

Capacitatea de transport a roiii elevatoare este dat de relaia:

hvVQ [kg/s]

n care: V- volumul unei cupe, m3; - coeficientul de umplere a cupei (0,7...0,75); masa volumetric a sfeclei, kg/m3; v viteza periferic a roii, m/s; h pasul cupelor, mm.

60Dn

v

n care: D diametrul roii, m; n numrul de rotaii/min.


Fig. 2.10. Roat elevatoare: a vedere din faa; b seciune transversal.

Fig. 2.11. Pomp pentru sfecl: a - seciune transversal; b - seciune A-B.


25

2.6. SPLAREA SFECLEI DE ZAHR

Splarea sfeclei de zahr, este necesar, pentru: - ndeprtarea pmntului aderent pe suprafaa sfeclei, care ar produce

uzura mainii de splat; - ndeprtarea pietrelor, nisipului, paielor, care nu au fost ndeprtate pe

traseul canalului transportor; - ndeprtarea microorganismelor de la suprafaa sfeclei, odat cu

impuritile. Cantitatea de ap pentru splare este de ~40 kg/100 kg sfecl. Maina de

splat sfecl poate fi amplasat: - n hala de fabricaie n vecintatea punctului terminal al canalului

transportor; - ntr-o ncpere alturat, separate printr-un perete de sticl, de hal de

fabricaie; - ntr-o cldire separat, amplasat la o anumit distan de hal de

fabricaie i unit de aceasta printr-o pasarel, pe care este montat i un transportor de sfecl.

Mainile pentru splat sfecl pot fi: - main de splat cu 3 compartimente; - main de splat cu cuv dubl.

Fig. 2.12. Maina de splat sfecl: a vedere de sus; b seciune transversal prin compartimentul I, III i II.


Mai utilizat este maina cu 3 compartimente (fig. 2.12), care este format dintr-o cuv prismatic, cu lungime de 15 18 m, confecionat din tabl de oel. n interiorul cuvei sunt montate dou axe cu palete. Axele se rotesc n sensul de ntmpinare, de la interior spre exterior. Paletele de pe ax asigur o agitare puternic a sfeclei.

Axele primesc micarea de rotaie prin intermediul unui grup motoreductor. Cuva paralelipipedic, este mprit n 3 compartimente, fiecare terminat cu o poriune sub form de trunchi de piramid, cu rol de colector.

Primul compartiment este prevzut cu un perete orizontal, confecionat din tabl perforat, care separ corpul cuvei de colector, iar colectorul este prevzut la partea inferioar cu un capac acionat pneumatic.

Al doliea compartiment, este separat de primul, printr-un perete de tabl. n acest compartiment se separ pietrele antrenate odat cu sfecla. n acest scop, poriunea prismatic a compartimentului este separat de colector printr-un grtar metalic, rabatabil n plan vertical.

Al treilea compartiment, este asemntor cu primul. Capacitatea mainii cu 3 compartimente este dat de relaia:

6024VQ [t/24h] n care: V volumul primului compartiment, m3; - coeficientul de umplere (0,84 0,9); - masa sfeclei din unitatea de volum, t/m3; timpul de splare, min.

2.7. RIDICAREA SFECLEI LA CNTAR I LA MAINA DE TIAT SFECL

Pentru ridicarea sfeclei la cntar, i respectiv la maina de tiat sfecl se utilizeaz un elevator de sfecl format din doi tamburi cu = 800...1500 mm la cptul crora se afl dou roi de lan, care angreneaz dou lanuri ce se mic cu 1m/s.

Pe lanuri, sunt montate cupe din tabl de oel groas de 2...2,5 mm, prevzute cu deschideri pentru scurgerea apei. Aprovizionarea cu sfecl splat se face dintr-un buncr, n care intr partea inferioar a elevatorului, sfecla alimentnd cea de a doua cup a elevatorului.

Cntrirea sfeclei, este necesar pentru cunoaterea bilanului de material. Se utilizeaz cntare automate cu capacitatea cupei de 400...600 kg sfecl.

2.8. TIEREA SFECLEI DE ZAHR

Scopul tierii este acela de a mri suprafaa de contact a apei cu tieeii de sfecl, ceea ce conduce la:

- mrirea cantitii de zahr ce se extrage din tieei; - micorarea timpului de extracie. Cea mai frecvent form de tiere, este n V, deoarece prezint: - rezisten mare de tasare;


27

- rezisten mic la circulaia zemii; - suprafa mare de contact cu apa de difuzie.

1 mm3-5 mm

Indicatorii de calitate a tieeilor sunt urmtorii: Cifra SILIN, care reprezint, lungimea n metri a 100 g tieei din care s-au

ndeprtat cei cu lungime < 0,5 cm. Se consider c, lungimea total cea mai indicat, este de 22...25 m, pentru instalaia clasic de difuziune, i 9...15 m, pentru instalaia de difuziune cu funcionare continu.

Cifra SUEDEZ, care reprezint, raportul ntre masa tieeilor cu lungime > 5 cm i masa tieeilor mai scuri de 1 cm. Valoarea normal a cifrei suedeze este de ~ 20 (12 30).

Procentul de sfrmturi, care reprezint poriunile de tieei ce se ndeprteaz din 100 g de tieei, la determinarea cifrei SILIN. Procentul de sfrmturi nu trebuie s fie mai mare de 2%.

Mainile de tiat sfecla, pot fi: Maina cu disc (fig. 2.13), care se compune dintr-o plnie 1, prin care se

introduce sfecla n mantaua cilindric 2, n interiorul creia, se afl discul orizontal 3. n mantaua cilindric, stratul de sfecl are 2...3 m i greutatea acestui strat apas sfecla pe suprafaa cuitelor 4, de pe discul 3, care se rotete. Tieeii rezultai, sunt evacuai pe la partea inferioar a mainii. Maina se caracterizeaz prin: disc = 1350...2200 mm; numrul port cuite = 22...26; turaia discului = 60...70 rot/min; lungimea de tiere a cuitelor = 274...411 mm.

Maina centrifugal (fig. 2. 14), care se compune dintr-un rotor montat pe un ax vertical, care se rotete n interiorul unei rame circulare fixe 2. Pe aceast ram se monteaz portcuitele 3. La partea superioar se afl plnia pentru alimentare cu sfecla, iar la partea inferioar plnia 5, pentru evacuarea tieeilor. Axul rotorului este pus n micare de sistemul 6. Cuitele mainii de tiat sfecla au form special, ondulat, putnd fi obinute prin vluire sau frezare. Cuitele vluite, au profilul V, iar cele frezate, au profilul U sau V, cele sub form de U, fiind folosite pentru sfecla depreciat, la sfritul campaniei de procesare.

Un cuit pentru tiat sfecla se caracterizeaz prin (fig. 2.15): L lungime; l lime; p pas; h nlimea profilului; - unghiul profilului; l1 distana dintre marginea cuitului i axul locaului de fixare; l2 distana dintre axele a dou locauri de fixare.

Cuitele se monteaz n port cuite. Un port cuit (fig. 2.16), fiind format dintr-o ram 1, flcile de fixare 3, ntre care se fixeaz cuitul 2. n faa cuitului exist placa frontal 4. Distana dintre cuit i placa frontal, d, este de 2 2,5 mm, pentru sfecla sntoas i 3,4 7 mm, pentru sfecla lemnoas i ngheat. nlimea cuitului fa de placa frontal este de 2,5 4 mm i se poate regla cu o pan de oel.


Casetele port cuit pot fi pentru cuite Goller (cele descrise mai sus), pentru cuite frezate i casete oarbe (pentru reducerea capacitii de tiere). Pentru a obine tiei n form de V se folosesc dou feluri de cuite care se deosebesc ntre ele prin decalarea lateral a muchiilor cu din deschiderea dintre doi dini consecutivi. Cuitele se numeroteaz cu 1 i 2 i se monteaz alternativ n maina (fig. 2.17)

Fig. 2.13. Maina de tiat sfecl cu disc: a schema de principiu; b discul mainii de tiat sfecl: 1 butuc; 2 plac;

3 coroan exterioar; 4 coroan interioar; 5 locauri pentru cuite.


29

Fig. 2.14. Maina centrifugal de tiat sfecl: a schema de principiu; b vedere de sus.


Fig. 2.15. Cuitul pentru tiat sfecl.

Fig. 2.16. Portcuit i cuitul montat.

Fig. 2.17. Montarea cuitelor pe disc.

3 EXTRACIA ZAHRULUI DIN TIEEI


31

(DIFUZIA)

3.1. CONSIDERAII GENERALE

Extracia zahrului din tieii de sfecl, are loc prin procesul de difuzie, cu ap. La baz, stau legile generale ale osmozei, i anume: cnd dou faze diferite A i B, dar solubile una n alta, sunt desprite printr-un perete impermeabil se observ c dizolvantul (n cazul nostru apa), va strbate prin perete (membran), mprtiindu-se n soluia concentrat, iar moleculele soluiei concentrate, se vor deplasa prin peretele permeabil mprtiindu-se n dizolvant (apa de difuzie). Deplasarea moleculelor are loc, pn cnd, de ambele pri ale peretelui despritor se stabilete o concentraie constant, difuzia ncetnd n acest caz.

A BMaMb

ApTieteiC0C1 (C,1) (C2)

membran permeabil

Iniial C1 > C0 Final C1 = C2

Pentru a se realiza procesul de difuzie (extracia zahrului), respectiv, a sucului celular din tieei, este necesar, s se realizeze plasmoliza celulei, care s favorizeze difuzia.

Plasmoliza, se realizeaz prin nclzirea tieeilor aflai n apa de difuzie, i const, n denaturarea protoplasmei i retragerea ei spre central celulei, concomitant cu distrugerea membrane ectoplasmatice, n timp ce sucul celular este mpins spre periferia celulei.

Vacuol cu suc

Suc celular

protoplasm

Nucleu Nucleu

membranectoplasmatic

membrancelular

protoplasm

membrancelular

pH = 5,8 - 6,2

t = 80oC

3.2. ECUAIA OPERAIEI DE DIFUZIE


Pentru difuzia zahrului din tieeii de sfecl, SILIN a stabilit ecuaia dup care se realizeaz difuzia:

x

cCSDG

hkg

n care: G este cantitatea de zahr care difuzeaz, kg; S suprafaa prin care se deplaseaz reciproc fazele, m2;

C concentraia medie a zahrului din tieeii de sfecl supui difuziei,

produs msubstant kg3 ;

c concentraia medie a zahrului n zeama de difuzie, produs m

substant kg3

;

x drumul strbtut de moleculele ce difuzeaz, m;

D coeficientul de difuzie, h

m2sau

s

m2.

Coeficientul de difuzie, depinde de proprietile fazelor ce se afl n difuzie, precum i de natura peretelui prin care se realizeaz difuzia.

Coeficientul de difuzie este dat de relaia:

m0TkD

n care: k0 este o constant ce depinde de mrimea i proprietile fizico chimice ale substanei ce difuzeaz;

Tm temperatura n partea activ a aparatului n care se realizeaz difuzia, oC;

vscozitatea dinamic a zemii de difuzie, n 2msN

.

3.3. METODE DE REALIZARE A DIFUZIEI

Difuzia se poate realize prin dou metode: - difuzia prin splarea materialului cu apa curat, care are dezavantajul unei durate mari i consumului mare de ap. Metoda se aplic n cazul difuzoarelor cu funcionare discontinu (Si apa proaspt; Sf zeam de difuzie; Mi material iniial; Mf material epuizat).

Si

Sf

Mf

Mi

- difuzia n contracurent, n care caz, materialul bogat n zaharoz intr printr-un capat al aparatului i iese epuizat pe la cellalt capt, n sens contrar circulaiei apei.


33

Tietei Approaspt

Zeamde difuzie

Tieteiepuizati

Difuzia n contracurent prezint urmtoarele avantajoase: - se folosete o cantitate mai mic de ap, aproximativ egal cu cantitatea

de tieei de sfecl supui extraciei; - concentraia zemii de difuzie care se obine face posibil obinerea

zahrului fr un consum prea mare de cldur n staia de evaporaie.

3.4. FACTORII CARE INFLUENEAZ PROCESUL DE DIFUZIE

Aceti factori se refer la: Calitatea materiei prime. Difuzia este mai bun n cazul tieeilor din sfecl

proaspt, nengheat/desgheat, fr structur lemnoas, neatacat de microoganisme i ajuns la maturitate tehnologic.

Sfecla vestejit/lemnoas, conduce la sfrmturi i tieei de form necorespunztoare la tiere.

La sfecla nematurat, zaharoza are un coeficient de difuzie mai redus, ceea ce mrete durata de extracie.

Sfecla atacat de microorganisme, conduce la apariia de focare de infecie n instalaia de difuzie i deci la pierderi de zaharoz.

Calitatea tieeilor. Tieeii trebuie s asigure o suprafa mare de contact cu zeama de difuzie, deci, ei trebuie s fie lungi, subiri, dar rezisteni la rupere i tasare pentru a nu se mpiedica circulaia zemii de difuzie.

Calitatea apei la difuzie. Apa utilizat la difuzie, provine din condensul de la staia de evaporare (pH alcalin), condensatorul barometric (pH alcalin), de la presa de borhot.

Apele cu caracter alcalin se trateaz cu SO2 sau H2SO4 pn la pH de 5,8 6,3. La acest pH, din sfecl se extrag mai puine substane pectice care mresc vscozitatea zemii de difuzie, ceea ce ngreuneaz procesul de purificare i filtrare a zemurilor i la creterea de zahr n melas.

Apa de presare borhot, pentru a fi refolosit se separ de pulp i apoi se nclzete la 100oC pentru sterilizare. Pentru difuzie se folosete i apa proaspt.

Temperatura de difuzie. Temperatura de difuzie, este important pentru realizarea plasmolizei celulelor tieeilor i creterea difuziei zahrului. La temperatur ridicat se realizeaz pasteurizarea/sterilizarea zemii de difuzie. Temperatura normal ntr-o instalaie de difuzie este 7074oC, dar plasmoliza se realizeaz complet la 80oC. Temperaturi > 74oC, favorizeaz trecerea substanelor pectice n zeama de difuzie, nmuierea i tasarea tieeilor, ceea ce conduce la ncetinirea circulaiei zemii.

Durata de difuzie. Durata de difuzie este de 60100 min. La depirea duratei, crete cantitatea de nezahr n zeama, ceea ce creeaz neajunsuri la purificare.

Sutirajul. Reprezint cantitatea de zeam de difuzie ce se extrage n instalai, n raport cu greutatea sfeclei. Sutirajul este de 105130 %. La depirea


sutirajului, zeama este prea diluat i deci se consum mult energie la concentrare.

Sutirajul este dat de relaia: 100

paPS

n care P este zahrul de tieei, % ; a - pierderi; p cantitatea de zahr din zeam.

ncrcarea specific a aparatului de difuzie. Reprezint cantitatea de tieei /1 hl volum util aparat. ncrcarea specific de 6070 kg/hl. La depirea ncrcrii specifice, scade viteza de circulaie a zemii. La o ncrcare mai mic apar drumuri prefereniale pentru zeam n masa de tieei, deci nu toi tieeii ajung n contact cu zeama de difuzie.

Prezena microorganismelor. Datorit prezenei microorganismelor, pot apare pierderi de zahr de 0,10,2 %, fa de sfecl. Microorganismele ajung n instalaia de difuzie pe urmtoarele ci:

-odat cu sfecla; - odat cu apa de transport, splare, difuzie; -odat cu resturile de tieei care rmn pe transportoare, jghiaburi etc. Infecia cu microorganism se poate combate pe urmtoarele ci: -meninerea igienei n secie; - tratarea apei de transportprin clorinare; - dezinfectarea apei de difuzie; - meninerea temperaturii de difuzie la > 60oC; - dezinfectarea instalaiei de difuzie odat pe schimb cu formol 35%.

3.5. INSTALAII DE DIFUZIE

Frecvent, se folosesc urmtoarele instalaii de difuzie: - RT cu funcionare continu; - BMA cu funcionare continu; - DDS cu funcionare continu.

Instalaia RT (fig. 3.1.). Are drept component principal un tambur orizontal din oel, care se nvrte pe dou role de susinere prin intermediul a dou bandaje. Micarea de rotaie se realizeaz prin intermediul unei coroane dinate, angrenate de o roat dinat, aflat pe axa grupului motoredactor. n interiorul cilindrului sunt fixate 2 spirale cu nceputuri, decalate la 180o unul fa de altul, care formeaz dou culoare elicoidale (2 rnduri de compartimente distincte ce dirijeaz zeama n dou curente paralele).

n partea de mijloc, pe toat lungimea axei tamburului, exist un spaiu gol, cu seciune ptrat, prin care zeama trece dintr-un compartiment n altul. Pe toat lungimea cilindrului exist un perete despritor format dintr-o plac compact n partea central i perforat n prile marginale. De placa central sunt fixate table nclinate care dirijeaz trecerea tieeilor dintr-un compartiment n altul. Sensul de nclinare al tablelor este astfel stabilit nct atunci cnd tamburul se rotete, tieeii alunec n sens invers sensului de naintare a spiralelor. Cnd tamburul se rotete, placa perforat ridic tieeii i i scoate din zeam, iar cnd nclinaia plcii este destul de mare, tieeii alunec pe tablele nclinate n compartimentul urmtor. La


35

fiecare turaie a tamburului, datorit celor, dou spire, zeama se deplaseaz n dou compartimente iar tieeii n sens invers numai ntr-un singur compartiment. Temperatura din tambur este de 70oC, durata de deplasare a tieeiilor 100 min, iar a zemii de difuzie de 50 min.

Fig. 3.1. Instalaia RT: a vedere general: 1 tambur; 2 role exterioare tamburului; 3 role de sprijin ale

tamburului; 4, 5 mecanismul de acionare melc-roat melcat; 6 sistemul eelectromotor-variator de turaie; b seciune longitudinal; c seciune transversal; d detaliu privind

poziionarea tablelor nclinate. Extractorul BMA (fig.3.2.), se ncadreaz n categoria extractoarelor de tip

transportor melcat vertical. Aparatul este format dintr-o coloan vertical, n interiorul creia se afl un arbore tubular pe care sunt montate spire de o


construcie special. Spirele au canale radiale pentru curgerea zemii. La baza turnului, se afl o sit, iar sub aceasta, un colector tronconic din care se extrage zeama de difuzie. Pe seciunea coloanei, sunt montate palete fixe, care opresc rotirea masei de tieei i zeam odat cu axul i totodat regleaz ncrctura aparatului cu tieei. La partea superioar a coloanei, sunt montate tuurile pentru admisie apei, cel de sus pentru apa rece, iar cel de jos pentru ap cald. Eliminarea tieeilor se face pe la partea inferioar a coloanei.

Tieii sunt prenclzii n afara extractorului ntr-un amestector, pe seama zemii de difuzie de circulaie care trece printr-un prenclzitor. Din amestector tieii de sfecl sunt trimii la baza extractorului deasupra sitei i circul de jos n sus, n contracurent cu apa.

Instalaia BMA se caracterizeaz prin: productivitatea (pentru H = 24 m i = 3,7 m) = 1500 t/24h; durata de difuzie 80 min; turaia medie 0,9 1,7 rot/min; ncrcare difuzor 50 kg tieei/hl; sutiraj 120 130 % fa de tieei.

Fig. 3.2. Extractorul (difuzorul) BMA: 1 corpul aparatului; 2 ax gol; 3 spire; 4 palete fixe; 5 gur evacuare borhot;

6 rezervor acumulare zeam de difuzie; 7 grup motor-reductor; 8 malaxor pentru prenclzire tieei; 9, 10 pompe; 11 schimbtor de cldur pentru zeama de difuzie

recirculat. Extractorul DDS (fig. 3.3). Acest extractor face parte din categoria

extractoarelor cu nclinaie uoar fa de orizontal, deplasarea tieiilor n extractor fiind realizat cu un transportor melcat. Aparatul este format dintr-o cuv


37

cu seciune bicilindric, nclinat fa de orizontal cu 8o i terminat prin doi perei frontali. La extremitatea inferioar a cuvei se afl plnia de alimentare cu tieei i o sit prin care se filtreaz zeama nainte de a prsi aparatul, prin gura de evacuare.

n interiorul cuvei se rotesc dou transportoare elicoidale care deplaseaz tieeii de jos n sus n contracurent fa de apa de difuzie care este trimis pe la partea superioar. Spirele melcilor sunt construite din fii de tabl, cu spaii libere ntre ele, i care se ntreptrund. La cptul superior aparatul are o roat elevatoare cu cupe perforate cu ajutorul cruia se scoate borhotul. Pentru nclzire aparatul este echipat cu 12 mantale de abur care creaz zone de nclzire pe lungimea aparatului.

Fig. 3.3. Schi de principiu a extractorului DDS: 1 corpul necurilor; 2 ax; 3 spire; 4 gur de ncrcare; 5 sistem de nclzire;

6 carcasa roii elevatoare pentru evacuarea borhotului; 7 roat elevatoare; 8 descrcare borhot.

Zonele de lucru ale aparatului sunt: Zona I, de lng sit, care este nenclzit i n care temperatura tieeilor

este de 20 .. 25oC, iar a zemii < 50oC pentru ca tieeii s nu se nmoaie. Zona II, n care se realizeaz plasmoliza tieeiilor la t = 75 78oC. Zona III, de extracie propriu zis la care t =70 72oC. Zona IV, de evacuare a borhotului, nenclzit n care tieeii epuizai au


temperatura de 5060oC i vin n contact cu apa de difuzie. La folosirea acestei instalaii, n condiii normale de funcionare, pierderile de zahr n borhot sunt de 0,250,35% la un sutiraj de 115120%, durata difuziei fiind de 90100 min.

Cifra SILIN, pentru tieeii folosii, trebuie s fie de 714 m iar cifra suedez mai mare de 10. Turaia optim a snecurilor trebuie s fie de 0,70,8 rot/min.

3.6. CALCULE TEHNOLOGICE PENTRU PROCESUL DE DIFUZIE

Avem n vedere: Bilanul general de material

T + A = S + B n care: T cantitatea de tieei; A cantitatea de ap; S - sutirajul; B borhotul.

Din ecuaie se poate determina cantitatea de ap: A = S + B T

Din ecuaia de baz rezult: - cantitatea de zeam de difuzie (sutirajul) nu este egal cu cantitatea de

ap necesar instalaiei; - pentru bateriile de difuzie discontinui, cantitatea de ap este mai mare

dect sutirajul; - pentru instalaiile de difuzie continu, cantitatea de ap este mai mic. Bilanul zahrului la difuzie

nb aa100SpP

n care: P cantitatea de zahr din sfecl, %; p cantitatea de zahr (polarizaia) din zeam de difuzie, %; ab pierderi de zahr n borhot, raportat la 100 kg sfecl; an pierderi nedeterminate de zahr la 100g sfecl prelucrat; S sutirajul.

Calculul sutirajului

p100aPS

n care: P cantitatea de zahr din sfecl, %; p cantitatea de zahr din zeam de difuzie, %; a pierderi totale la difuzie, fa de sfecla prelucrat, %.

3.7. PRESAREA I USCAREA BORHOTULUI

De la difuzie rezult: zeama de difuzi i borhotul. Borhotul reprezint 90% din sfecla la difuzia discontinu i 7080% la

difuzia continu. Borhotul este format din: ap 92,5 94%; substan uscat 6 7,5% din care:

- 0,5% substane proteice;


39

- 1,3% celuloza; - 2,7% substane pectice i arabani; - 0,2% zaharuri; - 0,3% sruri minerale.

Pentru a mri conservabilitatea borhotului acesta se supune n prim faz presrii, astfel nct coninutul de substan uscat ajunge la 16 20%.

Presarea se face cu prese vertical sau orizontale, mai utilizat fiind presa orizontal. (fig. 3.4).

Fig. 3.4. Pres orizontal de borhot: 1 cuv semicilindric; 2 sit cilindric; 3 ax conic; 4 palete dispuse elicoidal;

5 sistem de antrenare; 6 bare fixe; 7 - con de presare; 8 gur de ncrcare; 9 conduct de evacuare ap.

Presarea borhotului este influenat de: turaia axului presei care la rndul ei influeneaz capacitatea presei i

coninutul de substan uscat din borhot; suprafa liber de presare care determin: viteza de eliminare a apei.

Suprafaa liber a presei este dependent de numrul orificiilor i dimensiunile acestora din sita cilindric a presei;

calitatea sfeclei folosit la formarea tieeiilor. Tieeii din sfecla imatur se preseaz mai greu dup epuizarea acestora la difuzie, datorit faptul c fibrozitatea este mai redus. De asemenea tieeii respectivi conin i o cantitate mai mare de substane pectice care rein ap.

condiiile de lucru influeneaz presarea prin: - pH-ul la difuzie: un pH mai mare sau mai mic solubilizeaz excesiv

substanele pectice i deci se produce nmuierea tieeiilor; - temperatura de difuzie < 40oC conduce la ntrirea tieeiilor iar prea

mare conduce la destrmarea lor. i ntr-un caz i altul presarea este mai dificil. O conservabilitate i mai mare a borhotului este realizat prin uscare,

deoarece coninutul de ap ajunge la 1012%, iar substana uscat la 8890%. Operaia de uscare a borhotului este ns nerentabil economic datorit consumului mare de cldur.

Cantitatea de borhot rezultat din sfecl se calculeaz cu relaia:

100MMG

b

sb

n care: Gb cantitatea de borhot, % fa de sfecl;


Ms marcul sfeclei, %; Mb marcul borhotului, %.

Gb se calculeaz i cu relaia:

b

bb P

aG

n care: ab pierderea de zahr n borhot, % fa de sfecl; Pb polarizaia borhotului.

Bilanul la presare este: G1 = G2 + W

n care: G1 cantitatea de borhot umed, kg; G2 cantitatea de borhot presat, kg; W cantitatea de ap eliminat la presare, kg.

Bilanul n substana uscat, fr a ine seama de pierderi , este:

100uG

100uG 3322

n care: G2 cantitatea de borhot presat, kg; u2 umiditatea borhotului presat, %; G3 cantitatea de borhot uscat, kg; u3 umiditatea borhotului uscat, %.

4 PURIFICAREA ZEMII DE DIFUZIE

Dup separarea zemii de difuzie de borhot, zeama de difuzie reprezint o soluie slab acid (pH = 5,8...6,5), cu o puritate de 82...88%, i avnd un Brix de 13...15%. Culoarea zemii este brun-nchis spre negru, spumeaz i are n suspensie pulp fin de sfecl i impuriti minerale.

4.1. COMPOZIIA CHIMIC A ZEMII DE DIFUZIE

Zeama de difuzie, are o cantitate de substan uscat (nezaharoas) de 1,5...2,5% care este denumit nezahr. Acest nezahr, care nu este dorit n zeama de difuzie, este format din:

Substane anorganice: srurile de sodiu i potasiu ale acizilor fosforic i sulfuric. La purificare aceste sruri trec sub form de hidroxizi sau carbonai care dau alcalinitatea natural a zemii;

Substanele organice solubile, fr azot (reprezentate de acizi organici: citric, lactic, oxalic, malic, acetic, butiric), zahrul invertit care provine din zaharoz i rafinoz care se gsesc n cantiti mici;

Substane organice coloidale, fr azot; sunt reprezentate de substanele pectice (0,1 0,2%)care ajung n zeama de difuzie prin hidroliza protopectinei insolubile.

Cantitatea de substane pectice care trece n zeama de difuzie depinde de:

- calitatea sfeclei: o sfecl imatur conduce la o zeam cu o cantitate mai mare de substane pectice;


41

- pH-ul zemii: la pH = 6,7 are loc o trecere redus a substanelor pectice n zeam, iar la 7,0 cantitatea se dubleaz;

- temperatura: la temperatur mai ridicat crete cantitatea de substane pectice n zeam;

- durata difuziei: la o durat mai mare de difuzie crete cantitatea de substane pectice din zeam.

Substanele pectice din zeama de difuzie conduc la: - creterea vscozitii cu formare de compui gelatinoi cu CaO sub

form de lapte de var Ca(OH)2; - greuti n ceea ce privete filtrarea zemii de difuzie. Substanele organice cu azot sunt reprezentate de : - aminoacizi: aspartic, glutamic, alanina, izoleucina, glicocolul,

tirozina. Prezena aminoacizilor liberi are urmtoarele consecine negative: particip la reacii de mbrunare neenzimatic cu zaharurile reductoare, contribuind la nchiderea culorii zemii; tirozina sub aciunea tirozinazei formeaz melanine care intensific culoarea zemii; formeaz cu CaO sruri solubile care devin insolubile la evaporaie formnd cruste ce se depun pe evi.

- amidele aminoacizilor care se descompun n prezena CaO cu formare de amoniac (NH3);

- baze organice: betaina, colina, care ajung n melas antrennd i zahrul.

Substane organice coloidale cu azot (albumine i peptone) la 70oC coaguleaz i nu trec n soluie dect n cantiti mici care reacioneaz cu CaO i sunt eliminate la purificare.

4.2. NECESITATEA PURIFICRII ZEMII DE PURIFICARE

Pentru a obine zahr prin fierbere cristalizare zeama trebuie purificat din urmtoarele motive:

- trebuie eliminate particulele n suspensie i proteinele coagulate, deoarece acestea produc greuti la filtrare;

- zeama are reacie acid, adic un pH = 5,8...6,5 (corespunztor la 0,04% CaO). La asemenea pH zaharoza se invertete, zahrul invertit fiind melasigen i antreneaz n melas o cantitate suplimentar de zahr;

- zeama de difuzie are culoare nchis care s-ar transmite i cristalelor de zahr;

- zeama conine saponine care produc spum i creeaz dificulti la evaporare, fierbere i cristalizarea zahrului;

- unele impuriti coloidale dau soluii vscoase care creeaz greuti la fierbere i cristalizare.

4.3. OPERAIILE PROCESULUI DE DIFUZIE

Zeama de difuzie se supune procesului de purificare care const din urmtoarele operaii (fig. 4.1.).


Predefecarea are drept scop nlturarea coloizilor din zeama de difuzie prin adugarea a 0,15 0,35% CaO sub form de lapte de var, astfel ca pH-ul zemii devine 10,8 11,2 la 20oC.

La predefecare nu se nltur pectinele prin coagulare care au sarcin pozitiv. O parte ns din pectine i saponine se nltur prin adsorbie pe CaO coloidal din soluie sau pe cristalele de CaCO3 introduse la predefecare prin reluarea unei pri din precipitatul concentrat de la saturaia I.

Cantitatea de precipitat coloidal format la predefecare reprezint 0,5 1% din cantitatea de zeam.

Sistemele de predefecare sunt: - optim sau simpl (Spengler, Btger); - cu adaus progresiv de var (Kartasov, Dedek, Vasatko); - progresiv cu tratarea zemii de difuzie cu zeam predefecat

(Briegell Mller, Naveau). Predefecatorul Briegell Mller (fig. 4.2). Este format dintr-un vas

orizontal cu fund cilindric n interiorul cruia se rotete un agitator cu brae. Aparatul, n seciune longitudinal, este mprit n 7 compartimente prin perei de tabl formai din dou pri: una fix (8) i una mobil (9) clapete care se pot rsuci dup nevoie n jurul axei lor. Zeama intr prin tuul (10) n compartimentul (1), iar laptele de var n compartimentul (7) prin conducta (11). Zeama predefecat iese prin preaplinul (12). Cu ajutorul registrului (13), prin ridicare/coborre se poate varia nivelul zemii n aparat. Zeama de difuzie trece dintr-un compartiment n altul pe la fundul aparatului pn ajunge n compartimentul (7), unde se adaug Ca(OH)2 pentru aducerea la pH-ul final. Prin rotirea clapetelor n jurul axelor lor n aparat se creeaz dou curente pe cele dou laturi i anume, un curent de la compartimentul 7 la 1 i un curent de la compartimentul1 la 7. Aparatul lucreaz cu zeam de la saturaia I, care conine CaCO3 cu proprieti adsorbante, sau cu nmol concentrat de la decantare (care de asemenea conine CaCO3).


43

Fig. 4.1. Schema tehnologic recapitulativ de la purificarea zemii de difuzie.


Defecarea este operaia care are drept scop:

Fig.

4.

2. Pr

edef

eca

toru

l Brie

gell

Ml

ler.


45

- precipitarea compuilor din zeama de difuzie care reacioneaz cu ionii de Ca2+ i OH.

- crearea de condiii, astfel nct, la carbonatare, s se formeze o mas adsorbant de cristale i o mas de precipitat, care ajut la filtrarea zemii carbonatate;

- sterilizarea zemii prin aciunea Ca(OH)2 asupra microorganismelor. La defecare au loc urmtoarele reacii mai importante: - nezahrurile anorganice, sunt precipitate de sulfai (sulfat de calciu); - acizii organici liberi, sunt precipitai sub form de sruri de calciu; - srurile acizilor organici cu potasiu i sodiu sunt descompuse cu

formare de baze (KOH, NaOH); - Ca(OH)2 provoac descompunerea aminelor (asparagina, glutamina),

a substanelor pectice i proteice. Aparatele pentru predefecare pot fi: - aparate de predefecare la cald (fig. 4.3.) cu temperatura de lucru de

85oC i turaia agitatorului de 30 40 rot/min; - aparate de defecare la rece (defecatorul DDS), care este de form

cilindric cu D > H, prevzut cu agitator cu palete (cu 1 tur/minut), care lucreaz la 40oC.

Fig. 4.3. 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 H2CO3 CaO + H2O Ca(OH)2

Ca(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 (fig. 4.4) 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


47

cu zeama care prsete saturatorul prin conducta (7), trecnd prin preaplinul (10). Gazul uzat prsete aparatul prin racordul (11).

Fig. 4.4. 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 4.5. 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)


49

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 H2SO3 K2CO3 + 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.


4.4. SCHEME DE PURIFICARE

Schemele de purificare a zemii sunt clasificate n: a) schema cu coagularea coloizilor naintea saturaiei I (schema Briegell

Mller); b) schema de purificare fr coagularea coloizilor naintea

saturaiei I (schema de purificare Door); c) scheme mixte de purificare (schema Schneider BMA i schema

Wiklund - Door).

Schema cu coagularea coloizilor naintea saturaiei I (schema Briegell Mller). n aceast schem (fig. 4.6) zeama de difuzie este supus unei predefecri progresive. Astfel, n predefecatorul (1) zeama este tratat cu 0,20...0,25 g CaO/ 100 ml, relundu-se n compartimentul (1) al predefecatorului precipitatul de carbonat de calciu de la saturaia I.

n defecatorul (2) zeama este tratat cu aproximativ 1 g CaO / 100 ml, fiind trecut apoi prin prenclzitorul (3), unde se nclzete la 85...90oC.

n saturatorul (4), zeama este tratat cu CO2 pn la pH = 10,8...10,9, apoi ajunge n decantorul (5), unde se separ zeama limpede care este trimis la prenclzitorul (7) i saturatorul (8), iar nmolul concentrat este filtrat-splat n filtrul rotativ cu vid (6).

Saturaia a II-a are loc pn la alcalinitatea de 0,015 0,020 g CaO / 100 ml. n final zeama este filtrat n filtrul (9).

Fig. 4.6. Schema de purificare Briegell Mller.

Schema de purificare fr coagularea coloizilor naintea saturaiei I (schema de purificare Door). n cazul acestei scheme, zeama de difuzie se nclzete la 90oC n prenclzitorul (1), dup care este introdus n vasul de amestecare (2), unde se recircul zeama tratat simultan cu CaO i CO2 n defeco-saturatorul (3), pn la pH = 10,8 10,9.

Zeama recirculat reprezint 600 700% fa de zeama de difuzie. Din saturatorul (3) zeama i urmeaz cursul normal (fig.4.7).


51

Fig. 4.7. Schema de purificare Door.

Scheme mixte de purificare (schema Schneider BMA i schema Wiklund - Door).

n cazul schemei Schneider BMA (fig.4.8), se realizeaz stabilizarea coloizilor zemii de difuzie n vasul (1), n care se introduc 6...10 volume nmol concentrat de la decantorul (6) al saturatorului I (5). Zeama tratat este apoi trecut n reactorul I a (2), n care se aduce i 150...250% zeam saturat din reactorul I b (3), plus nmol concentrat de la decantorul (10) al saturatorului II (9). ntre saturatorul I c (5) i reactorul I b (3) s-a introdus defecatorul (4). nainte de a intra n saturatorul II (9) zeama se mai supune unei defecri cu 0,02...0,03 % CaO.

Fig. 4.8. Schema de purificare Schneider BMA.

n cazul schemei Wiklund Door (fig. 4.9), procesul decurge dup cum urmeaz: zeama de difuzie se prenclzete la 60...70oC n prenclzitorul (1), dup care se realizeaz predefecarea n contracurent, progresiv n predefecatorul (2), prin adugare de 0,5 g CaO / 100 ml i 100% zeam suprasaturat pentru coagularea i stabilizarea coloizilor. n continuare, n vasul (3), se adaug 1,2...1,6 g CaO / 100 ml, pentru defecare masiv. Zeama astfel tratat este admis


n prenclzitorul (4), la 85oC, i trecut apoi la saturatorul (5), unde este tratat cu CO2 pn la pH = 10,8...10,9, adic la alcalinitatea de 0,08 g CaO / 100 ml.

Fig. 4.9. Schema de purificare Wiklund Door.

O parte din zeama de saturaie I este trecut la saturatorul (6) unde suport o nou suprasaturare pn la alcalinitatea de 0,02 g CaO / 100 ml corespunztoare pH-ului 9, i este recirculat n predefecatorul (2). Restul zemii de saturaia I, este trecut la decantorul (7), apoi la prenclzitorul (9), mpreun cu cea rezultat de la filtrul cu vid (8). n prenclzitor zeama se nclzete la 95oC i de aici este trimis la saturatorul II (10) unde se trateaz cu CO2 pn la alcalinitatea de 0,015...0,020 g/100 ml. Zeama de saturaie II, ajunge n final n filtrul (11).

EVAPORAREA ZEMII SUBIRI

5.1. 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.


53

Fig. 5.1. 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. 5.2. Condensator barometric cu icane: 1 corp cilindro-conic; 2 separator de picturi; 3 cad barometric.

5.2. MODIFICRILE ZEMII N TIMPUL EVAPORRII

La 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;


55

asparagina

+ H2O

NH2

CONH2HOOC CH CH2 + NH3

acid asparagic amoniacNH

2

HOOC CH CH2 COOH

NH2

HOOC CH CH2 COOH + K2CO3CO2

NH2

KOOC CH CH2 COOK + + H2O

asparaginat de potasiu

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.

5.3. CALCULUL SIMPLIFICAT AL STAIEI DE EVAPORARE

Cantitatea de ap evaporat, este dat de relaia:

W = G1 G2

2

112 b

bGG

n care: W cantitatea de ap evaporat raportat la 100 kg sfecl, [kg]; G1 cantitatea de zeam subire raportat la 100 kg sfecl, [kg]; G2 cantitatea de zeam groas raportat la 100 kg sfecl, [kg]; b1 concentraia zemii subiri, [oBrix]; b2 concentraia zemii groase, [oBrix].

Calculul simplificat al staiei de evaporare cu cinci corpuri: a) cantitatea total de ap:

2

11 b

b1GW

b) cantitatea de abur, care intr n corpul 1 de evaporare:


D1 = Dc + E4 + E3 + E2 + E1

n care: D1 cantitatea de abur care intr n primul corp de evaporare, [kg]; Dc cantitatea de abur la condensator, [kg]; E1,E2, E3, E4 prelevrile de abur de la corpurile de evaporare, [kg];

5

E4E3E2EWD 4321c

c) cantitatea de ap evaporat, la fiecare corp, raportat la 100 kg sfecl, [kg]:

W1 = D1 W2 = D1 E1 W3 = W2 E2 W4 = W3 E3 W5 = W4 E4

W5 = Dc W4 = Dc + E4

W3 = Dc + E4 + E3 W2 = Dc + E4 + E3 + E2

W1 = Dc + E4 + E3 + E2 + E1

d) concentraia zemii, n fiecare corp de evaporaie:

Bx1 = 11

11

WGbG

, [oBx]

Bx2 = )( 21111

WWGbG

, [oBx]

Bx3 = )( 321111

WWWGbG

, [oBx]

Bx4 = )( 4321111

WWWWGbG

, [oBx]

Bx5 = )( 54321111

WWWWWGbG

, [oBx]

FIERBEREA I CRISTALIZAREA ZAHRULUI

6.1. 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


57

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 =

S

G;

K = 2min mmg

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 6.1.).

Tabelul 6.1. Corelaia dintre puritate i coeficientul de saturaie

Puritatea, Coeficientul de saturaie


Q 1,03 1,06 1,09 1,12 1,15 1,18 1,21 100 1120 2360 4050 6900 - - - 92 620 1540 2390 2850 3300 3750 4180 80 235 415 580 710 840 975 1105

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 (vezi figura 6.1.). 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%.


59

Fig. 6.1. Fierbtor sub vid, cu agitator: 1 corp; 2 ax cu palete; 3 separator de picturi; 4 evi de fierbere; 5 camer de

fierbere.

6.2. RAFINAREA ZAHRULUI

Rafinarea 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.

6.3. 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 (fig. 6.2.); - scheme de fierbere cristalizare cu patru produse i picior de cristal

(fig. 6.3). 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 = rm 2


61

Dac = 60

2 n i m =

gG

; atunci: Fc = gG

rn

900

22.

Considernd: g

2 = 1, atunci Fc =

900

2rn

.

Oricare centrifuge se caracterizeaz prin factorul de separare Z:

Z = g

r2 sau Z =

900

2nr .

Zeam purificat concentrat

Fierbere - cristalizare

Masa groas I

Centrifugare

Zahr galben Sirop verde I Sirop alb


Masa groas II

Centrifugare

Zahr brut

Malaxare

Masa groas artificial

Centrifugare

Zahr afinat Sirop de afinatie

Dizolvare

Decolorare

Filtrare

Clers purificat Fierbere - cristalizare

Masa rafinat I

Centrifugare

Zahr rafinat Sirop rafinat I


Masa rafinat II

Centrifugare

Zahr rafinat Sirop rafinat II Ape condens


Fig. 6.2. Schema de fierbere i cristalizare cu patru produse.

Zeam purificat concentrat


Masa groas I

Centrifugare

Zahr galben

Zahr afinat II

Zahr brut final II

Centrifugare

Masa groas II


Sirop verde I

Melas

Sirop de afinatie

H2O

Zahr afinat I

Picior de cristalClersAp

Clers purificat

Filtrare

Decolorare


Masa groas rafinat I

Centrifugare

Sirop rafinat IZahr rafinat I

Centrifugare

Masa groas rafinat II


Sirop rafinat II Zahr rafinat II

Fig. 6.3. Schema de fierbere i rafinare cu patru produse i picior de cristal.


63

Fig. 6.4. 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 =

601 G=

601 V

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.

PRELUCRAREA ZAHRULUI UMED


7.1. 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 (fig. 7.1) 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. 7.1 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.

7.2. USACREA ZAHRULUI

7.2.1. 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:


65

- 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.

7.2.2. 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.

7.2.3. INSTALAII DE USCARE

Pentru zahrul n cristale mai mari de 1 mm se folosete usctorul turn, n contracurent (figura 7.2). Pentru zahrul n cristale mijlocii de 0,5...1 mm se utilizeaz usctorul turbin (figura 7.3), care prezint urmtoarele avantaje: asigur pstrarea luciului i a calitii cristalelor; procesul de uscare este intens; consumul de energie este redus.


Fig 7.2 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.7.3. 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-


67

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. 7.4. Usctor tambur: 1 corp cilindric; 2 bandaje; 3 site; 4 rol de ghidare; 5 rol de sisinere.

7.2.4. 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.

7.2.5. 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. 7.5. Schi de principiu a decantorului umed: 1 corpul decantorului; 2 vas cu ap; 3 icane.

v1 > v2; D >d1.

Fig. 7.6. Ciclon de separare zahr din aer cu praf de zahr: 1 corpul cilindro-conic; 2 conduct central de evacuare a aerului curat.

7.2.6. DEPOZITAREA ZAHRULUI N VRAC

Depozitarea zahrului n vrac se face n silozuri, de regul, sub form de turn, cu capacitate mare de nsilozare (20000 t). Asemenea turnuri au diametrul interior de 35 m, nlimea de 27 m i grosimea peretelui de 26 cm. nlimea zahrului n siloz este de aproximativ 23,5 m (fig. 7.7).

Acoperiul, fundul i pereii silozului sunt izolai contra cldurii i umezelii i sunt prevzui cu instalaie de condiionare a aerului. Pereii


69

silozului sunt din beton comprimat i sunt strbtui de canale (420 canale) cu diametrul de 7,5 cm (prin care circul aerul cald). Fundul silozului este o plac de beton armat, de 20 cm i este deasemenea strbtut de canale, pentru aerul cald (totalitatea lungimilor canalelor nsumeaz 4,5 km).

Fig. 7.7. Siloz-turn pentru depozitarea zahrului.

Fig. 7.8. Elevetor vertical cu cupe: a - schema de principiu; b forma cupei i dimensiunile ei.

H1 = 106...5000 mm; H2 = 106...256 mm; a = 100...400 mm.

Zahrul este adus n siloz cu ajutorul unui transportor cu band, montat n pasarele metalice izolate, i cade pe un pod rotativ care se sprijin


pe turnul central al silozului, cu diametrul de 4 m, i n jurul cruia se rotete. La umplerea silozului, podul , se rotete cu 2 rot/or, lsndu-l s cad uniform prin intermediul a 12 deflectoare distribuitoare. Podul rotativ, poate fi ridicat / cobort pe ntreaga nlime a turnului central. Sub pod, exist un trasportor elicoidal deschis, care se nvrte odat cu acesta. La ncrcarea silozului melcul ajut la distribuirea zahrului n siloz, rotindu-se ntr-un sens, iar la descrcare (sens de micare invers), aduce zahrul ctre turnul central. La descrcare, zahrul ptrunde n turnul central prin clapete montate pe toat nlimea, care se deschid consecutiv de sus n jos. Odat ajuns n turnul central, zahrul este preluat de un elevator cu cupe (fig. 7.8) ce l descarc n banda de evacuare, montat tot la partea superioar a silozului, care transpo

Tehnologia zaharului.pdf

Documents

Transcript of Tehnologia zaharului.pdf

· agroalimentare, Tehnologia prelucrärii produselor vegetale, Tehnologia laptelui a produselor derivate, Tehnologia cärnii a preparatelor din came, Tehnologia bäuturilor, Controlul

TEHNOLOGIA INSTRUIRII

Tehnologia Conservelor

tehnologia laptelui

tehnologia hibridomului

Tehnologia Materialelor

Tehnologia SMT

Tehnologia informației.doc

Tehnologia 3G

Tehnologia de

tehnologia torturilor

Tehnologia informatiei

TEHNOLOGIA ceramica

Tehnologia Branzeturilor

Tehnologia Teste

tehnologia depozit

Tehnologia Biscuitilor

TEHNOLOGIA ELABORĂRII

Tehnologia PCR

Tehnologia Berii