автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии извлечения сахарозы из свекловичной стружки

На правах рукописи

с^Г"

СЕМЕНИХИН Семён Олегович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ САХАРОЗЫ ИЗ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ

05.18.05 - Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

1

кандидата технических наук

005569899

Краснодар - 2015

005569899

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (ФГ'БНУ КНИИХП)

Научный руководитель: кандидат технических наук,

Городецкий Владимир Олегович

Официальные оппоненты: Голыбин Вячеслав Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии бродильных и сахаристых производств ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Лукин Николай Дмитриевич,

доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кубанский

государственный аграрный университет»

Защита состоится 30 июня 2015 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. А и на сайте www.kubstu.ru.

Автореферат разослан 28 мая 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

вв- ГончаР

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*

1.1 Актуальность темы. Одним из приоритетных направлений науки в области пищевой промышленности является создание инновационных технологий переработки сырья, обеспечивающих снижение материальных и энергетических затрат при высоком качестве вырабатываемой продукции. Указанное направление имеет особое значение для свеклосахарного производства, являющегося наиболее ресурсо- и энергоемким.

Важнейшим показателем, позволяющим судить, насколько эффективно, с технологической точки зрения, осуществляется процесс извлечения сахарозы из свекловичной стружки, является чистота диффузионного сока, получаемого при обессахаривании свекловичной стружки. Чистота диффузионного сока оказывает решающее влияние на протекание последующих технологических процессов, поэтому данному показателю должно уделяться особое внимание. При снижении чистоты диффузионного сока увеличивается расход вспомогательных материалов — извести и топлива на её получение, а также сатурационного газа, необходимых для известково-углекислотной очистки сока.

Другим важным показателем, определяющим эффективность диффузионного извлечения сахарозы из свекловичной стружки, является отбор диффузионного сока, так как повышенное значение этого показателя приводит к увеличению расхода условного топлива при сгущении очищенного сока до сиропа.

Низкая чистота и чрезмерный отбор диффузионного сока приводят к росту себестоимости товарного сахара в результате увеличения энергетических и материальных затрат на его производство, что в конечном итоге снижает конкурентоспособность готовой продукции.

В связи с этим, совершенствование технологии извлечения сахарозы из свекловичной стружки является актуальной задачей.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом фундаментальных и прикладных исследований ФГБНУ КНИИХП по заданию: «Раз-

* Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору Молотилину Ю.И. за консультации при выполнении диссертационной работы.

работка ресурсосберегающей технологии получения и очистки диффузионного сока свеклосахарного производства в единой технологической подсистеме, позволяющей осуществить перенос адсорбционной обработки на концентрированный сироп» (№ Госрегистрации 10.02.03.02).

1.2 Цель работы. Совершенствование технологии извлечения сахарозы из свекловичной стружки на стадиях диффузионного обессахаривания свекловичной стружки и механического обезвоживания частично обессахаренной свекловичной стружки прессованием.

1.3 Основные задачи исследования:

- проведение анализа научно-технической литературы и патентной информации по исследуемой проблеме;

" - исследование показателей качества корнеплодов сахарной свеклы, поступающих на переработку на предприятия Краснодарского края;

- сравнительная оценка качества диффузионного сока, полученного при совместной и раздельной подаче жомопрессовой и свежей воды в диффузионный аппарат в качестве экстрагента;

- исследование влияния степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на показатели качества жомопрессовой воды;

- обоснование выбора и целесообразности использования кальцийсодер-жащего реагента для обработки свекловичной стружки, с целью улучшения её реологических свойств;

- исследование влияния величины отбора диффузионного сока на его чистоту и остаточное содержание сахарозы в частично обессахаренной свекловичной стружке;

- исследование влияния степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на остаточное содержание сахарозы в прессованном жоме и потери сахарозы с прессованным жомом;

- совершенствование технологии и разработка эффективной технологической схемы диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки;

- промышленная апробация и оценка экономической эффективности технологии двухстадийного извлечения сахарозы из свекловичной стружки.

1.4 Научная новнзна. Впервые теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что диффузионный сок, полученный при совместном способе подачи жомопрессовой и свежей воды в составе экстрагента в диффузионный аппарат, по показателям качества не уступает диффузионному соку, полученному при раздельном способе подачи жомопрессовой и свежей воды.

Впервые экспериментально установлено, что увеличение степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки позволяет снизить содержание веществ коллоидной дисперсности в жомопрессовой воде, а, следовательно, повысить её чистоту.

Выявлена эффективность и обоснована целесообразность применения в качестве кальцийсодержащего реагента для обработки свекловичной стружки активированной диоксидом углерода суспензии осадка II сатурации, содержащей гидрокарбонат кальция, получаемой в условиях свеклосахарного производства.

Впервые показано, что свекловичная стружка, предварительно обработанная активированной диоксидом углерода суспензией осадка II сатурации в качестве кальцийсодержащего реагента, приобретает реологические свойства, обеспечивающие получение диффузионного сока более высокой чистоты и повышение эффективности последующего прессования.

Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение № 2504587 «Способ диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки».

1.5 Практическая значимость. Усовершенствована технология извлечения сахарозы из свекловичной стружки, включающая диффузионное извлечение сахарозы до достижения диффузионным соком чистоты, не ниже чистоты клеточного сока, и последующее доизвлечение сахарозы прессованием, обеспечивающее её нормативные потери с жомом.

Разработана технологическая схема получения диффузионного сока, реализующая ресурсосберегающую технологию диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки.

1.6 Реализация результатов исследования. Впервые разработан способ двухстадийного диффузионно-прессового обессахаривания свекловичной стружки, позволяющий повысить чистоту диффузионного сока на стадии его получения с одновременным снижением отбора.

Усовершенствованная технология извлечения сахарозы из свекловичной стружки апробирована и внедрена в производство на ООО "Балашовский сахарный комбинат" (Саратовская область) и ОАО АПК "Аврора (подразделение Боринский сахарный завод)" (Липецкая область).

Расчетный экономический эффект, полученный от внедрения усовершенствованной технологии извлечения сахарозы из свекловичной стружки, составляет более 90 тыс. руб. при переработке 1 тыс. т сахарной свеклы, или сахарного завода средней мощности, перерабатывающего за сезон около 500 тыс. т сахарной свеклы, - более 45 млн. руб.

1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях Ученого совета ФГБНУ "Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" (г.Краснодар, 2012-2015 гг.); П-ой Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты» (г. Краснодар, 2012 г.); 1-ой Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов «Научное обеспечение инновационных технологий производства и хранения сельскохозяйственной и пищевой продукции» (г. Краснодар, 2012 г.); Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы свеклосахарного комплекса - ответ на вызовы времени» (г.Курск, 2013 г.); 8-й Международной конференции молодых ученых и специалистов отделения сельскохозяйственных паук Российской академии наук (г. Видное, 2014 г.).

1.8 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 научных статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, 7 материалов международных и всероссийских конференций и получен патент РФ на изобретение № 2504587.

1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора научно-технической литературы и патентной информации, методической части, экспериментальной части, расчета экономической эффективности, выводов, списка литературных источников и приложений.

Диссертационная работа изложена на 126 страницах, содержит 14 таблиц и 29 рисунков. Список литературы включает 109 наименований, в том числе 20 иностранных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследования были корнеплоды сахарной свеклы, выращенные в Краснодарском крае, свекловичная стружка, диффузионный сок, жомопрессовая вода, частично обессахаренная свекловичная стружка и прессованный жом.

2.2 Методы исследований. Экспериментальные исследования проводили с применением стандартных методов (Инструкция по химико-техническому контролю и учету сахарного производства. Киев: ВПИИСП, 1983. 479 е.).

При анализе экспериментальных данных использовали методы расчета статистической достоверности результатов измерений по среднеквадратичному отклонению в программе Microsoft Excel 2007. Выведение уравнений квадрати-ческих зависимостей и определение их достоверности методом Левенберга-Маркарта проводились в программе Statsoft Statistica 8.0.

Параметрическая оптимизация диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки проводилась в программе Mathsoft Mathcad 13.0 методом математического программирования.

Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема исследований

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Исследование показателей качества корнеплодов сахарной свеклы, поступающих на переработку на предприятия Краснодарского края.

Для проведения экспериментальных исследований были отобраны образцы корнеплодов сахарной свеклы на ЗАО "Кристалл" (ст. Выселки),

ООО "Краснодарский сахарный завод" (ст. Динская) и ФГБНУ "Первомайская

селекционно-опытная станция сахарной свеклы" (г. Гулькевичи) (таблица 1).

Таблица 1 - Показатели качества корнеплодов сахарной свеклы, поступающих ■_на переработку на предприятия Краснодарского края_

Наименование показателя

Значение показателя

ЗАО «Кристалл» (ст. Выселки)

ООО «Краснодарский сахарный

завод» (ст. Дин-ская)

ФГБНУ «Первомайская селекционно-опытная станция сахарной свеклы» (г. Гульке_вичи)

Требования ГОСТ 526472006 «Свекла сахарная. Технические условия»

Сахаристость, % Загрязненность, % Содержание зеленой массы, % Содержание увядших корнеплодов, % Содержание корнеплодов с сильными механическими повреждениями, % Содержание цве-тушных корнеплодов, %

17,2 3,3

1,2

0,8

4,3 0,1

16,7 5,5

1,5 1,0

4,8 0,3

17,4 4,1

1,3 0,5

4,0 0,1

Не менее 12,0 Не более 10,0

Не более 3,0

Не более 5,0

Не более 12,0 Не более 1,0

Установлено, что по показателям качества исследуемые образцы корнеплодов сахарной свеклы соответствуют требованиям ГОСТ 52647-2006 "Свекла сахарная. Технические условия". Однако, наиболее сложными для переработки являются образцы корнеплодов сахарной свеклы, отобранной на ООО "Краснодарский сахарный завод", так как они имеют наиболее низкую сахаристость и повышенную загрязненность. Учитывая это, в данной работе экспериментальные исследования проводили на указанных образцах сахарной свеклы.

3.2 Сравнительная оценка качества диффузионного сока, полученного при совместной и раздельной подаче жомопрессовой и свежей воды в диффузионный аппарат в качестве экстрагента. Известно, что по общепринятой технологии подача экстрагента, состоящего из жомопрессовой и свежей воды, в диффузионный аппарат осуществляется раздельно. Однако, такой способ приводит к нарушению гидродинамического режима в диффузионном аппарате и создает условия для нежелательного процесса - обратного перехода сахарозы из экстрагента в обессахаренную свекловичную стружку.

Учитывая это, на первом этапе исследования провели сравнительную оценку эффективности подачи экстрагента в диффузионный аппарат для извлечения сахарозы из свекловичной стружки по двум вариантам: 1 вариант (известный) - раздельная подача жомопрессовой и свежей воды; 2 вариант (экспериментальный) - совместная подача жомопрессовой и свежей воды в составе экстрагента.

Для экстрагирования сахарозы использовали свекловичную стружку с содержанием сахарозы 16,7 %, соковым коэффициентом 0,93 и содержанием мякоти 4,6 %, жомопрессовую воду со значением рН 6,35-6,50, содержанием сухих веществ 4,8-5,1 %, сахарозы 3,90-4,15 %, чистотой 80,4-81,4% и свежую воду, полученную путем подкисления дистиллированной воды до рН 5,2-5,5 0,1н серной кислотой.

Усредненные результаты исследований представлены в таблице 2.

Установлено, что диффузионный сок, полученный при совместной подаче жомопрессовой и свежей воды в составе экстрагента, по показателям качества не уступает диффузионному соку, полученному при раздельной подаче жомопрессовой и свежей воды.

Учитывая это, а также возможность стабилизации гидродинамического режима экстрагирования и исключения обратного перехода сахарозы из экстрагента в обессахаренную свекловичную стружку, нами предложен совместный способ подачи жомопрессовой и свежей воды в диффузионный аппарат для обессахаривания свекловичной стружки.

Таблица 2 - Сравнительная оценка показателей качества диффузионного сока, полученного при раздельной и совместной подаче жомопрессовой _и свежей воды

Значения показателей

Наименования показателей Известный Эксперименталь-

вариант ный вариант

Значение рН 6,30 6,32

Массовая доля, % к массе диффузионно-

го сока:

- сухих веществ 12,20 12,40

- сахарозы 10,45 10,64

- редуцирующих веществ 0,15 0,15

- веществ коллоидной дисперсности 1,13 1,10

Массовая доля, % к массовой доле сухих

веществ:

- редуцирующих веществ 1,23 1,21

- веществ коллоидной дисперсности 9,26 8,87

Чистота, % 85,66 85,80

3.3 Исследование влияния степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на показатели качества жомопрессовой воды. Существует мнение, что глубокое прессование приводит к снижению качества получаемой жомопрессовой воды, являющейся компонентом экстрагента, а, следовательно, и к снижению качества диффузионного сока. Однако, до настоящего времени отсутствовали экспериментальные данные, позволяющие однозначно принять это мнение.

С целью изучения влияния степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки, которая характеризуется содержанием в ней сухих веществ, на показатели качества получаемой жомопрессовой воды в лабораторных условиях были выполнены исследования состава жомопрессовой воды, полученной при разной степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки. Для проведения исследований использовали частично обессахаренную свекловичную стружку с массовой долей сухих веществ 8,4-9,0 % и сахарозы 2,0-2,5 %.

Оценку влияния степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на качество жомопрессовой воды осуществляли путем опреде-

ления в жомопрессовой воде содержания сухих веществ, сахарозы, чистоты и массовой доли веществ коллоидной дисперсности.

Графические зависимости, характеризующие влияние степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на содержание веществ коллоидной дисперсности и чистоту получаемой жомопрессовой воды, приведены на рисунке 2.

£ Э

а а

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Содержание сухих веществ в прессованном жоме, %

Рисунок 2 - Влияние степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на содержание веществ коллоидной дисперсности (1) и чистоту жомопрессовой воды (2)

Установлено, что увеличение степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки позволяет снизить содержание веществ коллоидной дисперсности в жомопрессовой воде. Достигаемый эффект можно объяснить тем, что свекловичная ткань частично обессахаренной свекловичной стружки с повышением степени ее прессования приобретает свойства фильтрующего слоя, обладающего высокой фильтрационной способностью, что препятствует переходу в жомопрессовую воду веществ коллоидной дисперсности.

Снижением массовой доли веществ коллоидной дисперсности в жомопрессовой воде обусловлено повышение ее чистоты.

Таким образом, полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о положительном влиянии повышения степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на качество жомопрессовой воды.

3.4 Обоснование выбора и целесообразности использования кальции-содержащсго реагента для обработки свекловичной стружки с целью улучшения её реологических свойств. Одними из определяющих показателей эффективности извлечения сахарозы из свекловичной стружки являются реологические свойства свекловичной ткани, существенно влияющие в дальнейшем на степень прессования частично обессахаренной свекловичной стружки. При низком качестве свекловичной стружки в процессе экстракции сахарозы пектиновые вещества, а также сопутствующие им целлюлоза и гемицеллюлозы, интенсивно переходят в диффузионный сок.

Известно, что ионы двух- и трехвалентных металлов способны образовывать в поверхностном слое свекловичной стружки нерастворимые соединения с пектиновыми веществами, снижая тем самым их переход в диффузионный сок. Повышение чистоты диффузионного сока за счет этого приема сопровождается также увеличением модуля упругости свекловичной стружки и, как следствие, повышением степени её прессования без увеличения усилия прессования. Поэтому одним из способов повышения прочности свекловичной ткани является обработка её поверхности кальцийсодержащими реагентами.

Известна обработка свекловичной стружки природным гипсом, однако, использование указанного реагента не обеспечивает высокие результаты из-за низкой растворимости сернокислого кальция, а значительная стоимость реагента приводит к увеличению себестоимости готовой продукции. Кроме того, в процессе приготовления суспензии природного гипса накапливающиеся даже в незначительной концентрации ионы БО/" приводят к интенсивному корродированию внутренней поверхности диффузионного аппарата и транспортирующих устройств.

Учитывая это, нами проведены исследования по выбору достаточно эффективного и наиболее доступного кальцийсодержащего реагента.

Экспериментально установлено, что таким реагентом может служить суспензия осадка II сатурации, активированная диоксидом углерода до значений рН 7,5-7,8, с высокой концентрацией зарядообразующих ионов Са2+.

Усредненные результаты исследований, характеризующие влияние обработки кальцийсодержащими реагентами на реологические свойства свежей и частично обессахаренной свекловичной стружки, представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Влияние обработки кальцийсодержащими реагентами на реологические свойства свежей и частично обессахаренной свекло-_ вичной стружки _

Наименования показателей Значения показателей

Контроль Обработка стружки суспензией природного гипса Обработка стружки активированной суспензией осадка II сатурации с гидрокарбонатом кальция Обработка стружки экстрагентом, содержащим активированную суспензию осадка II сатурации с гидрокарбонатом кальция

Свекловичная стружка

Упругая деформация, % Модуль упругости, МПа Упругость, % 0,60 3,33 76,09 0,52 3,85 84,91 0,50 4,00 87,76 0,50 4,00 86,73

Частично обессахаренная свекловичная стружка

Упругая деформация, % Модуль упругости, МПа Упругость, % 2,30 0,87 63,81 1,90 1,05 65,96 1,80 1,11 66,67 1,90 1,05 66,30

Установлено, что лучшими реологическими свойствами обладает свекло-

вичная стружка, обработанная непосредственно активированной суспензией осадка II сатурации. Реологические свойства свекловичной стружки, обработанной экстрагеитом, содержащим активированную суспензию осадка II сатурации, несколько уступают указанным свойствам свекловичной стружки, обработанной непосредственно активированной суспензией осадка II сатурации.

Из приведенных в таблице 3 данных также видно, что закономерности, отмеченные ранее для свекловичной стружки, наблюдаются и для получаемой частично обессахаренной свекловичной стружки.

Усредненные данные, характеризующие влияние обработки свекловичной стружки кальцийсодержащими реагентами на качество диффузионного сока, представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Влияние обработки свекловичной стружки кальцийсодержащими

реагентами на качество диффузионного сока

Значения показателей

Наименования Кон- Обработка стружки Обработка стружки активированной сус- Обработка стружки экстрагентом, содержащим активи-

показателей троль суспензией пензией осадка II рованную суспензию

природно- сатурации с гид- осадка II сатурации с

го гипса рокарбонатом кальция гидрокарбонатом кальция

Значение рН 6,35 6,35 6,40 6,40

Массовая доля,

% к массе диффузионного сока:

сахарозы 11,75 12,00 12,30 12,20

сухих веществ 13,20 13,25 13,50 13,40

веществ колло-

идной дис-

персности Массовая доля, 1,06 0,68 0,66 0,68

% к массе сухих

веществ:

веществ колло-

идной дис-

персности 8,03 5,13 4,89 5,07

Чистота, % 89,02 90,57 91,11 91,04

Установлено, что диффузионный сок, полученный из свекловичной

стружки, предварительно обработанной предлагаемым нами реагентом, по сравнению с диффузионным соком, полученным при использовании природного гипса, имеет более высокую чистоту. Однако, непосредственная обработка свекловичной стружки активированной суспензией осадка II сатурации, содержащей гидрокарбонат кальция, требует специального аппаратурного оформления, учитывая это, для промышленного использования нами рекомендована обработка свекловичной стружки экстрагентом, содержащим активированную суспензию осадка II сатурации.

3.5 Исследование влияния величины отбора диффузионного сока на его чистоту н остаточное содержание сахарозы в частично обессахаренной свекловичной стружке. Существенным недостатком общепринятого диффузионного способа извлечения сахарозы из свекловичной стружки является то, что для достижения содержания сахарозы в частично обессахаренной свекловичной стружке, соответствующего нормативным потерям сахарозы с жомом, необходим повышенный расход экстрагента, что приводит к увеличению отбора диффузионного сока с неизбежным снижением его чистоты.

С целью определения оптимального предела диффузионного извлечения сахарозы из свекловичной стружки были выполнены исследования по изучению влияния величины отбора диффузионного сока на остаточное содержание сахарозы в частично обессахаренной свекловичной стружке.

Графические зависимости приведены на рисунке 3.

93,5 i?

я >к

s §

§ g S з.о

« I а

, 5 ' 2,5

л а> и

2 СО U

о U ¡¿

я я

<У д 3

S S-I1,5

3 I &

N о 5 1,0

cu о

и <у

ЕГ Ю

а ° °'5

Отбор диффузионного сока, % к массе свеклы

Рисунок 3 - Влияние величины отбора диффузионного сока на его чистоту (1) и остаточное содержание сахарозы в частично обессахаренной свекловичной стружке (2)

Из зависимостей, представленных на рисунке 3, видно, что достижение чистоты последних фракций диффузионного сока, равной или выше чистоты клеточного сока (при проведении экспериментов среднее значение чистоты клеточного сока составило 91,4 %), наблюдается при величине его отбора близкого к 105% к массе свеклы, а остаточное содержание сахарозы в частично

обессахаренной свекловичной стружке при этом составляет 2,0-2,5 % к её массе. Дальнейшее обессахаривание свекловичной стружки диффузионным способом с соответствующим увеличением отбора диффузионного сока до 135 % и выше, хотя и обеспечивает снижение остаточного содержания сахарозы в частично обессахаренной свекловичной стружке до 0,55 % к её массе, что соответствует нормативным потерям 0,30-0,35 % в пересчете на массу свеклы, однако сопровождается значительным снижением чистоты диффузионного сока (ниже чистоты клеточного сока сахарной свеклы) за счет преобладающего перехода в сок несахаров по сравнению с извлекаемой сахарозой.

3.6 Исследование влияния степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на остаточное содержание сахарозы в прессованном жоме и потери сахарозы с прессованным жомом. При величине отбора диффузионного сока, близкого к 105% к массе свеклы, остаточное содержание сахарозы в частично обессахаренной свекловичной стружке значительно превышает нормативную величину ее потерь. Нормативные потери сахарозы с жомом могут быть достигнуты последующим глубоким прессованием частично обессахаренной свекловичной стружки и возвратом получаемой жо-мопрессовой воды в составе экстрагента.

С целью определения оптимального предела извлечения сахарозы из частично обессахаренной свекловичной стружки прессованием были выполнены исследования по влиянию степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на остаточное содержание сахарозы в прессованном жоме и потери сахарозы с прессованным жомом в пересчете к массе свеклы.

Графические зависимости приведены на рисунке 4.

Установлено, что повышение степени прессования жома до содержания сухих веществ 23-26 % и выше позволяет снизить потери сахарозы с прессованным свекловичным жомом ниже нормативных 0,30-0,35 % к массе свеклы. Рассматривая жомопрессовую воду как часть диффузионного сока, получаемого на последней стадии обессахаривания свекловичной стружки, можно утверждать, что чистота жомопрессовой воды должна быть не ниже чистоты клеточ-

ного сока свекловичной стружки, что свидетельствует о том, что возврат жомо-прессовой воды после прессового доизвлечения сахарозы не приводит к снижению чистоты диффузионного сока.

- I ? й « о

4 8 &

и о °

1 а * £

5 2 а

1 § §

- 0,6 & I 8

21 22 23 24 25 26 Содержание сухих веществ в прессованном жоме, %

Рисунок 4 - Влияние степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки на остаточное содержание сахарозы в прессованном жоме (1) и потери сахарозы с прессованным жомом (2)

3.7 Совершенствование технологии и разработка эффективной технологической схемы диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки. На основании комплекса проведенных исследований установлено, что технологический процесс извлечения сахарозы из свекловичной стружки рационально осуществлять в две стадии:

- извлечение сахарозы из свекловичной стружки диффузионным способом при минимальной величине отбора диффузионного сока, завершаемым при чистоте диффузионного сока, равной или выше чистоты клеточного сока;

- доизвлечение сахарозы из частично обессахаренной свекловичной стружки прессованием до содержания сахарозы в прессованном жоме, не превышающего её нормативных потерь (не более 0,35 % к массе свеклы).

Для определения оптимальных технологических режимов извлечения сахарозы из свекловичной стружки были использованы результаты производственных исследований.

На основании математической обработки экспериментальных данных, полученных в ходе производственных исследований, установлены оптимальные технологические параметры диффузионно-прессового извлечения сахарозы, приведенные в таблице 5.

Таблица 5 - Разработанные технологические режимы диффузионно-прессового

извлечения сахарозы из свекловичной стружки

Наименования технологических стадий и технологических параметров Значения технологических параметров

1 Подготовка экстрагента:

значение рН 5,2-5,5

расход активированной суспензии осадка II сатурации,

содержащей гидрокарбонат кальция, % к массе свеклы 2

2 Диффузионное извлечение сахарозы:

отбор диффузионного сока, % к массе свеклы 105 - 110

содержание сахарозы в частично обессахаренной свек-

ловичной стружке, % к её массе 2,0 - 2,5

3 Прессовое извлечение сахарозы:

содержание сухих веществ в прессованном жоме, % 23-26

содержание сахарозы в прессованном жоме, % к массе

свеклы менее 0,35

3.8 Промышленная апробация и оценка экономической эффективности технологии двухстадийного извлечения сахарозы из свекловичной стружки. На рисунке 5 приведена технологическая схема диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки, внедренная в полном объеме на ООО "Балашовский сахарный комбинат". Участок подготовки экстрагента приведенной технологической схемы внедрен на ОАО АПК "Аврора (подразделение Боринский сахарный завод)".

Расчетный экономический эффект, полученный от внедрения усовершенствованной технологии извлечения сахарозы из свекловичной стружки, составляет более 90 тыс. руб. при переработке 1 тыс. т сахарной свеклы, или для сахарного завода средней мощности, перерабатывающего за сезон около 500 тыс. т сахарной свеклы, - более 45 млн. руб.

Рисунок 5 - Технологическая схема диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки: I - ленточный транспортер свекловичной стружки; 2 - магнитный сепаратор; 3 - диффузионный аппарат; 4 - насос отбора диффузионного сока; 5 - пулыюловушка диффузионного сока; 6 - сборник диффузионного

сока; 7 - насос подачи диффузионного сока на известково-углекислотную очистку; 8 - жомовый пресс; 9 - сборник жомопрессовой воды; 10 - насос жомопрессовой воды; 11 - пульполовушка жомопрессовой воды; 12 - сборник необработанного экстрагента; 13 - насос необработанного экстрагента; 14 - сульфитационная установка; 15 - серосжигательная печь; 16 - сборник сульфитированного экстрагента; 17 - сборник подготовленного экстрагента; 18 - насос подготовленного экстрагента; 19 - теплообменник подготовленного экстрагента; 20 - деаммонизатор

ВЫВОДЫ

Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, который позволил разработать высокоэффективную ресурсо- и энергосберегающую технологию извлечения сахарозы из свекловичной стружки.

1. Установлено, что диффузионный сок, полученный при совместной подаче жомопрессовой и свежей воды в составе экстрагента, по показателям качества не уступает диффузионному соку, полученному при раздельной подаче жомопрессовой и свежей воды; совместная подача жомопрессовой и свежей воды позволяет стабилизировать гидродинамический режим в диффузионном аппарате с исключением нежелательного процесса обратного перехода сахарозы из экстрагента в свекловичную стружку.

2. Установлено, что повышение степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки с увеличением содержания сухих веществ от 12 % до 24 % и более позволяет снизить концентрацию веществ коллоидной дисперсности в жомопрессовой воде более, чем в 1,5 раза.

Достигаемый эффект можно объяснить тем, что свекловичная ткань частично обессахаренной свекловичной стружки с повышением степени ее прессования приобретает свойства фильтрующего слоя с более мелкими порами, обладающего высокой фильтрационной способностью, что препятствует переходу в жомопрессовую воду веществ коллоидной дисперсности.

3. Установлено, что реологические свойства свекловичной стружки, обработанной активированной суспензией осадка II сатурации, содержащей гидрокарбонат кальция, более высокие по сравнению с указанными свойствами свекловичной стружки, обработанной суспензией природного гипса, а именно: модуль упругости на 0,10-0,20 МПа и упругость на 2,60-2,90 %, указанная закономерность отмечена и для получаемой частично обессахаренной свекловичной стружки - на 0,03-0,08 МПа и на 0,65-0,80 % соответственно.

4. Установлено, что диффузионный сок, полученный из свекловичной стружки, предварительно обработанной активированной суспензией осадка II сатурации, по сравнению с диффузионным соком, полученным при использо-

вании суспензии природного гипса, имеет более высокое качество, а именно, чистоту - на 0,4 - 0,5 % выше.

5. Установлено, что достижение чистоты последних фракций диффузионного сока, выше чистоты клеточного сока на 1,0-1,5 % (абсолютных), наблюдается при величине отбора диффузионного сока близкого к 105 %к массе свеклы, что свидетельствует о целесообразности завершения извлечения сахарозы диффузионным способом.

6. Установлено, что повышение степени прессования частично обессахаренной свекловичной стружки до содержания сухих веществ 23-26 % и выше позволяет снизить потери сахарозы с прессованным свекловичным жомом ниже нормативных (ниже 0,35 % к массе свеклы).

7. Разработана технология диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки, позволяющая снизить отбор диффузионного сока на 10-15 % к массе свеклы, с повышением его чистоты на 1,0-1,2 %, что позволяет сократить расход условного топлива на стадии сгущения очищенного сока до сиропа на 0,4-0,6 % к массе свеклы, известкового камня на 0,55-0,65 % к массе свеклы, топлива на его обжиг на 0,055-0,065 % к массе свеклы и увеличить выход готовой продукции на 0,10-0,12 % к массе свеклы.

8. Экономический эффект от внедрения в производство усовершенствованной технологии при объеме перерабатываемого сырья сахарным заводом средней мощности около 500 тыс. т составляет более 45 млн. руб.

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации Научные статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России:

1. Возврат жомопрессовой воды - способ повышения эффективности получения, очистки и сгущения диффузионного сока [Текст] / Ю.И. Молотилин, В.О. Городецкий, Н.М. Даишева, С.О. Семенихин // Изв. ВУЗов. Пищ. технология. - 2014. - №1. - С.94-97.

2. Диффузионно-прессовое извлечение сахарозы - совершенствование получения и очистки диффузионного сока [Текст] / Ю.И. Молотилин,

B.О. Городецкий, С.О. Семенихин [и др.] // Сахар. - 2014. - №5. - С.42-44.

3. Особенности подготовки экстрагента для диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки [Текст] / В.О. Городецкий,

C.О. Семенихин, Н.И. Котляревская [и др.] // Сахар. - 2015. -№1. - С.44-46.

Материалы научно-практических конференций:

4. Городецкий, В.О. Диффузионно-прессовое извлечение сахарозы - радикальный способ сокращение энергозатрат при переработке свеклосырья [Текст] / В.О. Городецкий, С.О. Семенихин, Н.И. Котляревская // Матер. И-й Межд. науч.-практич. конф. «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты». - Краснодар. - 2012. - С.262-265.

5. Семенихин, С.О. Возможность использования фосфогипсового анолита при подготовке экстрагента для диффузионного обессахаривания свекловичной стружки [Текст] / С.О. Семенихин, В.О. Городецкий // Матер. 1-й всеросс. науч.-практич. конф. мол. уч. и аспир. «Научное обеспечение инновационных технологий производства и хранения сельскохозяйственной и пищевой продукции». - Краснодар. - 2012. - С.417-419.

6. Молотилин, Ю.И. Диффузионно-прессовое извлечение сахарозы - радикальный способ уменьшения энергозатрат при переработке свекловичного сырья [Электронный ресурс] / Ю.И. Молотилин, В.О. Городецкий, Н.М. Даишева, С.О. Семенихин // Матер. 1-й межд. науч.-практич. конф. «Инновационные технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности». -Краснодар. - 2012. - С.121-123. Режим доступа: http://kubstu.ru/data/celist/CE 1627.pdf

7. Городецкий, В.О. Повышение чистоты диффузионного сока свеклосахарного производства путём использования диффузионно-прессового извлечения сахарозы [Текст] / В.О. Городецкий, С.О. Семенихин // Матер. 10-й науч.-

практич. конф. с межд. участием «Живые системы». - Москва. - 2012. -.С.112-114.

8. Городецкий, В.О. Судьфитационная обработка полупродуктов свеклосахарного производства [Текст] / В.О. Городецкий, С.О. Семенихин // Матер, межд. науч.-практ. конф. «Состояние и перспективы свеклосахарного комплекса - ответ на вызовы времени». - Курск. - 2013. — С.131-133.

9. Семенихин, С.О. Влияние способа подачи экстрагента в диффузионный аппарат на технологические качества получаемого диффузионного сока [Текст] / С.О. Семенихин, В.О. Городецкий, Н.И. Котляревская, А.Д. Городецкая // Матер. 1-й всеросс. науч.-практич. конф. мол. уч. и аспир. «Научное обеспечение инновационных технологий производства и хранения сельскохозяйственной и пищевой продукции». — Краснодар. - 2014. — С.115-118.

10. Семенихин, С.О. Способ повышения чистоты диффузионного сока свеклосахарного производства [Текст] / С.О. Семенихин, В.О. Городецкий // Матер. 8-й межд. конф. мол. уч. и спец. отделения сельскохозяйственных наук Российской академии наук. - Видное, Московская обл. - 2014. - С.235-238.

Патенты:

11. Пат. 2504587 Российская Федерация, МПК С13В10/08. Способ диффузионно-прессового извлечения сахарозы из свекловичной стружки [Текст] / Ю.И. Молотилин, В.О. Городецкий, Н.М. Даишева, С.О. Семенихин; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (ФГБНУ КНИИХП) -№ 2012101757/13; заявл. 18.01.2012; опубл. 20.01.2014 г., бюл. №2. - 6 с.

Подписано в печать 29.04.2015. Печа гь трафаретная. Формат 60x84 ^/[6. Усл. печ.л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ № 1366 Отпечатано в ООО «Издательский Дом - Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120, Тел. +7(918)41-50-571 olfomenko@yandex.ra http://id-yug.com