[Silin_P.M.]_Tehnologiya_sahara(libcats.org)

Tags: сахарное производство сахаристые кондитерские изделия

Similar

Теплосиловое хозяйство сахарных заводов

Технологическое оборудование сахарных заводов

Технология пищевых производств

Справочник по технологическому оборудованию сахарных заводов

Text

П.М. Силин

ТЕХНОЛОГИЯ

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ
И ДОПОЛНЕННОЕ

Допущено Министерством высшего и сред-
него специального образования РСФСР
в качестве учебника для технологических
специальностей высших учебных заведений
пищевой промышленности
УДК 664.1(075.8)

3—17—6

3—67

Технология сахара. П. М. Силин, 1967 г., с. 625.

Основные разделы книги посвящены производственным
процессам получения сока из свеклы, очистке диффузионного
-сока, выпариванию его, увариванию утфеля и кристаллизации
сахара, сушке и упаковке. Описана механизация выращивания
и уборки сахарной свеклы. Изложены основы технологии са-
хара-рафинада, а также утилизации отходов производства.
В связи с тем что сахарная промышленность перерабатывает
большое количество сахара-сырца, поставляемого Кубой, в
книгу введена новая глава о переработке тростникового саха-
ра-сырца в белый сахар.

Автор уделяет также внимание упорядочению терминоло-
гии.

Книга является учебником для студентов высших учеб-
ных заведений пищевой промышленности.

Таблиц 56, иллюстраций 200, библиография—216 на-
званий.

Рецензенты: д-р техн, наук проф. С. 3. ИВАНОВ,
доц. В. С. ВАСИЛЕГА. пнж. А. С. ЕПИШИН.

Павел Михайлович Силин

ТЕХНОЛОГИЯ САХАРА

Редактор И. И. Морозова Художник С. Н. Орлов
Худож. редактор С. Р. Нак

Техн, редактор Н. И. Полуехина Корректор 3. В. Коршунова

Т-12378 Сдано в набор 31/III—67 г. Подписано к печати 15'1 X 67 г.
Формат 60х90!/!с Объем 39,0 (+ 2 вкл.) пен. л. Уч.-изд. л. 39,3 Тираж 12()00экз.
Бум. тип. № 1 Изд. № 4182 Заказ 905 Тем. план 1967 г. п/№ 3 Цена I р. 56 к.

Изд-во «Пищевая промышленность», Москва, Б-110, Мрузовскин пер., д. 1.

Экспериментальная типография В11ИИ11П
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Москва, Цветной бульвар, д. 30.
ОТ АВТОРА

Данная книга — курс технологии сахара. При составлении
ее учитывалось, что в учебном плане инженеров-технологов —
специалистов по сахару — имеются особые курсы: 1) оборудова-
ния заводов, 2) теплового хозяйства сахарных заводов, т. е. ис-
пользования пара в сахарном производстве, 3) автоматизации
производственных процессов. Поэтому в книге приведены лишь
схемы немногих аппаратов, необходимые для изложения техно-
логии.

Это — второе издание книги (первое вышло в 1958 г.), значи-
тельно переработанное, с учетом новых исследований, с учетом
полной реконструкции сахарной промышленности СССР за семи-
летие (1959—1965 гг.), когда мощность ее согласно решениям
XXI и XXII съездов КПСС почти удвоилась и было построено
60 новых заводов с новейшим оборудованием, наконец, с учетом
также и решений XXIII съезда КПСС о дальнейших перспекти-
вах развития на пятилетие (1966—1970 гг.).

Разделы, посвященные производству сахара-рафинада и
переработке тростникового сахара-сырца, написаны доцентом
И. Н. Кагановым.

Рецензентами рукописи были крупные специалисты — проф.
С. 3. Иванов, доц. В. С. Василега и инж. А. С. Епишин, которым
автор глубоко благодарен за огромную работу по самому тща-
тельному просмотру рукописи.

Автор ни в коем случае не намерен считать эту книгу спра-
вочником или энциклопедией сахарного производства. Поэтому
список литературы, приводимый в книге, также не претендует на
исчерпывающую полноту, а указывает лишь на главнейшие ра-
боты.

Из оправдавших себя на практике педагогических соображе-
ний в каждом крупном разделе сначала дано общее понятие об
излагаемом процессе и обычном методе его осуществления, за-
тем рассматривается более углубленная физико-химическая тео-
рия процесса и на базе ее обсуждаются варианты работы
и перспективы возможного дальнейшего усовершенство-
вания.

В текст введены следующие сокращенные названия и соот-
ветствующие обозначения в формулах:

CBI/? или г)—сухие вещества, определенные рефрактометри-
чески;

СХ(Р или р)—содержание сахарозы, определенное поляримет-
рически;

4(Q пли q)—чистота (доброкачественность)—процентное со-
держание сахара в сухом вешестве.
1. Зуев М. Д. Энциклопедия свеклосахарного производства. Т. I—7.
Киев, 1924—1928.

2. С и л и н П. М. Технология свеклосахарного и рафинадного производ-
ства. Пищепромиздат, 1958.

3. Honig Р. Principles of sugar technology, I, 1953; II, 1959, III, I9G3.

Русский перевод: Хон и г П. Принципы технологии сахара. Пищенром-
издат, Ч. I, 1961; Ч. 11,4965.

4. А з р и л е в и ч М. Я. Оборудование свеклосахарных заводов. Изд-во
«Пищевая промышленность», 1964.

5. Sand era К., Stehlik V., Drachovska М., Sazavsky V.
Zaklady cukrovarnictvi, Praha, I, 1955; II, 1957; III, 1961.

6. Me. Ginn is R. A. Beet—Sugar Technology, New York, 1951.

Русский перевод под редакцией Г. С. Бенина. Пищепромиздат, 1958

7. Dubourg J. Sucrerie de betterave, Paris, 1952.

8. Kollektiv. Technologic des Zuckers, Hannover, 1955.

Русский перевод под редакцией П. М. Силина. Пищепромиздат, 1958.

9. Силин П. М. Вопросы технологии сахаристых веществ. Пищепром-
издат, 1950.

10. S u s i с S. К-, G u г а 1 j Е. М. Osnovi Tehnologije Secera, Beograd,
1965.

11. Головин П. В. и Г е р а с и м е н к о А. А. Химия и технология свек-
лосахарного производства, 1964.

12. Силин П. М., Силина Н. П. Химический контроль свеклосахарного-
производства. Пищепромиздат, I960.

Прочие указания литературы даны к каждому разделу.

УКАЗАТЕЛЬ СОКРАЩЕННЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ ЖУРНАЛОВ

СП — Сахарная -промышленность.

Сов. сах. — Советский сахар.

ВХТИ — Труды Воронежского или Ленинградского химико-технологиче-
ского института пищевой промышленности.

ВСП — Вестник сахарной промышленности.

ВЦП — BicHHK цукровой промисловост!.

Ж —Журнал сахарной промышленности.

ИЗ — Научные записки по сахарной промышленности или Записки
научно-исследовательской кафедры технологии сельскохозяйст-
венных 1ПрОИЗВОД'СТВ.

В -— Bulletin de 1’Association des Chimistes de Sucrerie.

Z — Zeitschrift des Vereins der Deutschen Zuckerindustrie или Zeit-
schrift der Wirtschaftsgruppe Zuckerindustrie или Zucker.

ZZ — Zeitschrift fiir die Zuckerindustrie.

LC -— -Listy Cukrovarnicke.

GC — Gazeta Cukrownicza.

CR —-Cukoripar.

IS.J — International Sugar Journal.

F — Facts about Sugar или Sugar.

Tsch — Zeitschrift fiir dit Zuckerindustrie der Tschechoslovakischen Re-
publik.

ZB — Zeitschrift fiir die Zuckerindustrie in Bohmen.

IECH — Industrial and Engineering Chemistry.
ВВЕДЕНИЕ

РОЛЬ УГЛЕВОДОВ И САХАРОЗЫ В ПИТАНИИ ЧЕЛОВЕКА

Для нормального питания человека, не обремененного боль-
шой физической работой, требуется в сутки следующее количе-
ство основных питательных веществ: белков 102 г, жиров 97 г и
углеводов 410 г [1].

Следовательно, углеводы составляют большую часть (более
67%) пищи человека. Теплота сжигания (калорийность) 1 г бел-
ка— 4,8 ккал (20,1 кдж), 1 г жира — 9,3 ккал (38,9 кдж) и 1 г
углеводов — 4 ккал (16,8 кдж). По калорийности углеводы усту-
пают белкам и особенно жирам. Но в суточном рационе челове-
ка суммарная калорийность углеводов составляет все же около
55%. Именно углеводы являются основным источником энергии
для организма человека.

Главный углевод в питании человека — крахмал (в хлебном
зерне, в картофеле и т. п.) — для усвоения в организме должен
быть прежде всего осахарен и переведен в раствор ферментами
слюны и желудочного сока, на что требуется время. Крахмал по
сравнению с растворимым углеводом — сахарозой, т. е. обычным
сахаром, переваривается и усваивается значительно медленнее,
поэтому человек так охотно заменяет в своем питании часть
крахмала сахаром, имеющим, кроме того, приятный сладкий
вкус. Для быстрого восстановления затраченной энергии (при
походах, спорте, большой физической работе, для больных и вы-
здоравливающих) сахар как питательное вещество особенно
ценен по быстроте и легкости его усваивания.

Во вкусовом отношении, по сладости, сахароза превосходит
все прочие сахара, за исключением фруктозы, которая немного
слаще сахарозы.

Если сладость сахарозы принять за 100, то сладость d-фруктозы и
d-глюкозы выразится следующими относительными величинами, которые,
как оказалось, зависят от температуры испытания [2].

°C d-фруктоза d-глюкоза
18 128 58
40 100 56
60 79 33
Сравнения делались с 5%-ным раствором сахарозы. При больших кон-
центрациях относительная сладость фруктозы еще больше убывает, что вид-
но из следующих данных для фруктозы, полученных при комнатной тем-
пературе.

Концентрация, % 3 5 10 20

Сладость фруктозы 130 124 121 107

Хотя фруктоза немного слаще сахарозы, но получение ее гораздо с'юж-
нее, а хранение затруднительно, так как она гигроскопична, кристаллы лег-
ко расплываются, поглощая влагу из воздуха.

Благодаря ценным пищевым, вкусовым и физическим свойст-
вам сахароза (сахар) сделалась важнейшим пищевым продуктом
первой необходимости.

Быстрая усвояемость сахарозы, однако, не позволяет пользо-
ваться ею как единственным пищевым углеводом. Сравнительно
медленно переваривающийся крахмал равномернее снабжает
кровь глюкозой. Потребление же сахарозы в чрезмерных дозах
перегружает кровь глюкозой, которая в этом случае начинает
перерабатываться в жиры, т. е. начинается ожирение организма.
Поэтому считают, что, хотя и весьма целесообразно часть крах-
мала при питании заменять сахаром, но эта часть не должна
превышать 100 г в день.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ТРОСТНИКОВОСЛХАРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ДО XIX в.

Население древней Греции и Рима не знало сахара (сахаро-
зы). В те времена сладким пищевым продуктом служил лишь
мед.

Родиной производства сахара из сахарного тростника являет-
ся Индия. Самое слово «сахар» происходит от индусского «сар-
кара».

В средние века и в начале нового времени культура сахар-
ного тростника из Индии распространилась в Аравию, Сирию,
Египет и на о. Крит. Главным поставщиком сахара для Европы
стал Египет (через Александрию). Культура сахарного тростни-
ка была перенесена также на о. Тенериф и Канарские острова,
откуда сахар вывозился во Францию.

С открытием Америки Колумб завез сахарный тростник на
о. Сан-Доминго. Благодаря прекрасным климатическим услови-
ям эта культура быстро привилась и на прочих Антильских,
островах (особенно на Кубе, Пуэрто-Рико), а также в Мексике
и Бразилии.

В XVIII в. главным центром производства сахара были Ан-
тильские острова, а торговля сахаром почти вся находилась в
руках англичан. Европа получала лишь импортный тростнико-
8
вьш сахар; культура сахарного тростника требует тропического
климата, и попытки ввести ее даже в самых южных частях Евро-
пы оказались неудачными.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В самом начале XIX в. в Европе создались условия, которые
заставили искать новые источники для получения сахаристых
веществ помимо сахарного тростника. Шла жестокая экономиче-
ская борьба между молодой французской и старой английской
буржуазией. В борьбе с Англией Франция всячески затрудняла
торговлю континентальных европейских государств с Англией,
а в 1806 г. был издан декрет о так называемой континентальной
блокаде, воспрещающий торговлю с Англией. Весь континент
Европы (кроме России) тогда был в зависимости от Наполеона
и подчинился декрету. Таким образом, Европа осталась без са-
хара, который ранее ввозился лишь англичанами.

В России были и свои особые причины для развития сахар-
ного производства из какого-нибудь своего сырья. Важно было
уменьшить импорт иностранных товаров и нужно было искать
новые сельскохозяйственные культуры, более доходные, чем зер-
новые, чтобы поднять доходность помещичьего крепостного хо-
зяйства, которое приходило все в больший упадок, оказывалось
все менее рентабельным, что и явилось одной из причин ликви-
дации крепостного права в 1861 г. Кризис крепостного зернового
хозяйства усугублялся еще и затруднениями со сбытом зерна в
Западную Европу, куда начала в большом количестве поступать
пшеница из Египта.

Изменившиеся экономические условия вызвали много всевоз-
можных предложений по производству сахаристых веществ,
например из винограда, арбузов, кленового сока, солода, нако-
нец, и из свеклы. Вспомнили, что еще в 1747 г. немецкий химик
Маргграф извлек спиртом из сушеной свеклы и выкристаллизо-
вал такой же точно сахар, какой! получается из сахарного трост-
инка.

Подбором и культурой наиболее богатого сахаром сорта
свеклы, а также разработкой практического производственного
способа получения из нее сахара в конце XVIII в. одновременно
занимались в России Яков Степанович Есипов в подмосковном
селе Никольском и в Германии Ахард (француз по происхожде-
нию) — ученик Маргграфа.

Методы свеклосахарного производства, разработанные Еси-
повым и Ахардом, были совершенно различны. Есипов приме-
нил метод очистки выжатого сока свеклы известью, что оказалось
вполне перспективным и применяется повсюду до настоящего
времени (этот метод предложен был также русским академиком
Т. Е. Ловицем). Ахард очищал сок не известью, а серной кисло-
той, что позволяло коагулировать белки и красящие вещества
свеклы, но одновременно инвертировало часть сахарозы (т. е.
разлагало на глюкозу и фруктозу), снижая выход кристалличе-
ского сахара. Этот метод ошибочен и от него пришлось вскоре
отказаться.

Одновременно в 1802 г. появились и начали работать первые
два свеклосахарных завода, построенные с субсидией от прави-
тельства: в России в с. Алябьеве Тульской губернии — завод
Я. С. Есипова и вступившего с ним в компанию Е. И. Бланкенна-
геля; в Германии (Пруссии) —завод Ахарда. Однако последний
вскоре сгорел, а в 1820 г. свеклосахарное производство в Прус-
сии вообще прекратилось.

Несмотря на поощрительные мероприятия правительств, но-
вое свеклосахарное производство в Европе вначале развивалось
очень медленно. Лишь приблизительно с 1830 г. это производство
вступило на путь надежного непрерывного развития во всех
странах Европы.

В последнее время (за 1964/65 производственный год) миро-
вое производство сахара, считая на сахар-сырец *, составило
63,7 млн. т, из них 28,5 млн. т свекловичного (44,8%) и 35,3 млн. т
тростникового сахара (55,2%) [5].

Наибольшее количество тростникового сахара вырабатывает-
ся в следующих странах: Кубе, Бразилии, Индии, Пуэрто-Рико,
Мексике, Филиппинах. Свеклосахарное производство охватывает
почти все страны Европы (кроме Норвегии) и Северную Амери-
ку, кроме того, появилось в Турции, Иране, Ираке и Сирии.

РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Несмотря на льготы и субсидии, новое производство сахара
из свеклы развивалось медленно. В 1825 г. все еще существова-
ло лишь два завода, оба в Тульской губернии. Но затем в связи
со стремлением повысить как-нибудь рентабельность крепостно-
го помещичьего хозяйства число сахарных заводов начало бы-
стро увеличиваться: в 1830 г. их было уже 20, в 1840 г, — 143 и
в i860 г. — 426. Но это были главным образом весьма примитив-
ные кустарные заводы, существовавшие лишь за счет эксплуата-
ции бесплатного крепостного труда. Поэтому с падением крепост-
ного права и с развитием более совершенных промышленных
предприятий капиталистического, а не кустарного, помещичьего
типа, с развитием техники и введением паровой силы эти мелкие
заводы не выдержали конкуренции и начали закрываться.

Число сахарных заводов в России после отмены крепостного
права резко уменьшилось: в 1890 г. их осталось лишь 222. Остав-
шиеся заводы увеличили свою производительность и преврати-

1 Считают условно, что 100 кг сахара-сырца соответствует 90 кг белого
сахара.
лись в крупные капиталистические предприятия. Количество вы-
рабатываемого сахара продолжало непрерывно увеличиваться,
несмотря на сокращение числа заводов (табл. 1).

Таблица 1

Развитие производства сахара в России и в СССР до 1938 г.

Годы (сезон) Выработано сахара, m Годы (сезон) Выработано сахара, m
1802/03 5 1900/01 893000
1820/21 8 1914/15 1705340
1845/46 124000 1921/22 50290
1864/65 146000 1930/31 1781346
1890/91 466427 1937/38 2703333

Перед первой мировой войной на территории в нынешних
границах СССР находилось 235 сахарных заводов, которые выра-
ботали 1,7 млн. т сахара за производственную кампанию
1914/15 г. Это была максимальная выработка сахара в дорево-
люционной России.

За время первой мировой и гражданской войн производство
сахара в России снизилось почти до нуля (до 3% довоенной вы-
работки). Но затем, с 1922 г., на новых, социалистических осно-
вах сахарная промышленность СССР начала чрезвычайно быст-
ро развиваться. В 1930/31 г. уже была превышена максимальная
дореволюционная выработка сахара. Успешное выполнение двух
довоенных пятилеток позволило уже в производственном
1937/38 г. выработать 2,7 млн. т сахара, т. е. максимальная доре-
волюционная выработка сахара была превзойдена в 1,6 раза,
и СССР по продукции свекловичного сахара оказался на первом
месте в мире.

Перед Великой Отечественной войной в СССР было
210 свеклосахарных и 17 рафинадных заводов.

Дальнейшее развитие сахарной промышленности в СССР
было временно прервано нашествием немецко-фашистских захват-
чиков, которыми было оккупировано около 90% сахарных заво-
дов. После Великой Отечественной войны многие сахарные заво-
ды оказались совершенно разрушенными. В 1944/45 г. выработка
сахара составила 13,2% довоенной. Предстояла трудная работа
восстановления промышленности. Эта работа была блестяще за-
вершена уже к 1950 г.

Сахарная промышленность СССР продолжает быстро разви-
ваться. К 1958 г. она оказалась на первом месте в мире среди
всех стран, вырабатывающих сахар как из свеклы, так и из
тростника. Особенно грандиозные задачи были поставлены перед I
сахарной промышленностью СССР XXI съездом КПСС на семи-
летку 1959—1965 гг.
Рис. 1. Развитие производства сахара в

СССР:

1 — из свеклы; 2 — всего (нз свеклы и из
тростникового сахара-сырца).

Диаграмма (рис. I) по-
казывает ход развития про-
изводства сахара в СССР
[6, 7].

Следует обратить внима-
ние на неуклонный рост про-
изводства, несмотря па пепо-
казанные в диаграмме два
пережитых периода, когда
производство сахара падало
почти до нуля и заводы раз-
рушались: 1915—1920 гг.
(империалистическая и
гражданская войны) и
1941 — 1945 гг. (Великая Оте-
чественная война). Виден

также огромный

подъем

производства за семпле-

тие — 1959—1965 гг.

Семилетний план разви-

тия сахарной промышленно-
сти, разработанный на основе решений XXI и XXII съездов
КПСС на 1959—1965 гг., в основном был выполнен и была реше-
на важнейшая задача полного обеспечения советского парода
сахаром. Результаты приведены в табл. 2.

Т а б i и ц а 2

Развитие сахарной промышленности СССР за семилетку 1959—1965 гг.

Показатели 1958 г. 1965 г. 1965 г. в % к 1953 г.
Число действующих заводов на конец
года 236 295 125
Мощность заводов, тыс. ц перераба- тываемой свеклы в сутки Выработка сахара-песка, тыс. m 2953 5349 181
из свеклы 5246 8925 170
из кубинского сахара-сырца 187 2111 В 11,3 раза

Как видим, кроме сахарной свеклы, сахарный песок в 1965 г.
вырабатывался и из кубинского сахара-сырца, но это количество
сахарного песка составляло меньше от общего количества
выработанного сахара (т. е. от 11,036 млн. т в год).

За семилетку было введено в действие 60 новых сахарных
заводов общей мощностью 1464 тыс. ц перерабатываемой свеклы
в сутки. Однако мощность всех • заводов СССР возросла на
2356 тыс. ц в сутки, так как и мощность прежних 236 заводов
12
была увеличена за счет реконструкции их и рационализации про-
изводства на 932 тыс. ц в сутки.

Средняя мощность одного сахарного завода СССР за семи-
летку увеличилась с 12,5 до 18,0 тыс. ц перерабатываемой свек-
лы в сутки. По мощности в конце 1965 г. новые заводы распре-
делялись следующим образом:

Мощность в сутки, тыс. ц .15 25 30 50

Число заводов ..... 16 29 4 10

Производство сахара на душу населения в год увеличилось
с 26,3 до 47,9 кг, что значительно превышает физиологическую
норму (36 кг в год). Даже и одна выработка сахарного песка из
свеклы (т. е. без импортного сахара-сырца) составила 39 кг са-
хара в год на человека, т. е. тоже на 10% выше нормы.

Следовательно, есть значительный избыток сахара для тех-
нического использования и для экспорта.

Из 60 новых заводов было построено в РСФСР 33 и в других
республиках — 27. До Великой Октябрьской социалистической
революции подавляющее количество сахарного производства
приходилось на Украину (82,6%). В СССР в конце 1965 г. рас-
пределение сахарного производства по республикам оказалось
более равномерным, что видно из табл. 3.

Таблица 3

Распределение сахарной промышленности СССР в конце 1965 г.

Республики Число заводов Мощность
тыс. ц пере- рабатываемой свеклы в сутки %
РСФСР 83 1715,2 32,1
УССР 181 3026,5 56,6
БССР 4 87,2 1,6
Казахская ССР ..... 6 125,8 2,4
Грузинская ССР .... 1 15,0 0,3
Литовская ССР 3 41,3 0,8
^Молдавская ССР 8 166,7 3,1
Латвийская ССР 3 39,6 0,7
Киргизская ССР 6 123,2 2,3
Армянская ССР ...... 1 7,7 0,1
Всего . . . 296 5348,2 100,0

Директивами XXIII съезда КПСС по пятилетнему плану раз-
вития народного хозяйства СССР на 1966—1970 гг. предусмотре-
ло производство сахара-песка из свеклы увеличить с 8,9 млн. т
в 1965 г. до 9,8—10 млн. т в 1970 г., что позволит шире развить
экспорт сахара и его техническое применение, так как потреб-
ность населения СССР в сахаре была полностью удовлетворена
уже в 1965 г.

Перед сахарной промышленностью СССР стоят и должны
быть выполнены в текущей пятилетке большие задачи по повы-
шению качества сахара, по снижению его себестоимости, по ши-
рокому развитию механизации и автоматизации производства.
Этому будет способствовать и запроектированное увеличение
выпуска оборудования пищевой промышленности в 1,4 раза.

РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
В ОБЛАСТИ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Техника отечественного свеклосахарного производства с мо-
мента его появления и до настоящего времени всегда стояла на
высоком уровне. Все нововведения в области технологии и обо-
рудования заводов немедленно применялись на русских сахар-
ных заводах.

В то же время талантливые русские люди дали много своего
оригинального, что укоренилось в мировой сахаротехнике.

Метод очистки сока известью, примененный в 1802 г. нашим
первым сахароваром Я. С. Есиповым, принят в настоящее время
повсюду. Диффузионный метод извлечения сахара из свеклы
впервые был осуществлен в 1834 г. на русском заводе Давыдо-
вым.

В 1852 г. на Балаклеевском сахарном заводе варщик Иван
Фоменко вместе со старостой Алексеем Федосеевым открыли но-
вый метод варки утфеля «на кристалл». Этот передовой способ
быстро распространился на русских заводах, а затем был введен
всюду и за границей. В 1854—1856 гг. на Балаклеевском и Гру-
шевском сахарных заводах инженер М. А. Толпыгин разработал
метод паровой пробелки сахара. Паровая пробелка позволила
на всех сахарных заводах России разработать и ввести свой
оригинальный способ непосредственного получения белого крис-
таллического сахара, а не загрязненного сахара-сырца, как на
заводах Западной Европы, где лишь после повторной кристалли-
зации на рафинадных заводах получали пригодный для потреб-
ления белый сахар.

Русские изобретатели много потрудились над созданием ап-
паратов непрерывного действия для сахарных заводов. Инже-
нер Овсянников в 1902 г. впервые применил непрерывную сату-
рацию и в 1907 г. — непрерывную кристаллизацию сахара.
Ценной и оригинальной явилась конструкция непрерывно дей-
ствующей центрифуги для отделения кристаллов сахара, постро-
енной Щениовским и Пионтковским па двух сахарных заводах
в 1890 г.

После Великой Октябрьской социалистической революции со-
ветская сахарная промышленность представила новаторам и
14
изобретателям самые широкие возможности. Быстрое развитие
сахарного производства в СССР стимулировало науку и техни-
ку и требовало их дальнейшего развития. Ни одна страна не
может конкурировать с СССР по количеству выпущенной науч-
ной и технической литературы по сахарному производству.
С 1927 г. в СССР работал широко поставленный Центральный
научно-исследовательский институт сахарной промышленности
(ЦИНС), основанный проф. И. А. Тищенко, и филиал этого ин-
ститута в Киеве (КФ ЦИНС).

В настоящее время взамен этих институтов в УССР (Киев)
организован Всесоюзный научно-исследовательский институт са-
харной промышленности, а в РСФСР — Научно-исследователь-
ский институт свеклы и сахара (близ Воронежа) и ГипроНИИ-
сахпром (Курск). Работают кафедры сахарного производства
при Воронежском, Киевском, Московском и Краснодарском пи-
щевых институтах.

Для увеличения выпуска сахара требовалось удлинить пе-
риод производства, поэтому в СССР возникла и разработана
новая наука по хранению сахарной свеклы (акад. А. И. Опарин,
проф. Б. А. Рубин и проф. М. 3. Хелемский).

Нужно было повысить производительность заводов путем ин-
тенсификации процессов. В этой области много сделано новато-
рами сахарной промышленности и ее специалистами. В резуль-
тате упорной работы удалось значительно, иногда вдвое, увели-
чить скорость процессов на ряде станций сахарного завода.

современный сахарный завод

СВЕКЛОСАХАРНЫЙ ЗАВОД

Современный свеклосахарный завод представляет собой круп-
ное предприятие, перерабатывающее в сутки от 15 до 50 тыс. ц
свеклы (в настоящее время для СССР обычной является пере-
работка 20 тыс. ц или 100 вагонов свеклы и выработка 15 ваго-
нов сахара в сутки). Период работы заводов составляет 6 меся-
цев— с 1 сентября по 1 февраля.

При большом масштабе сахарного завода все операции долж-
ны быть механизированы и выполняться непрерывным поточным
способом круглосуточно, без остановок на выходные дни.

Из первичных (бурачных) приемников свеклы или из кагатов
свеклу доставляют в здание завода при помощи гидравлических
транспортеров, т. е. желобов, в которые подается вода. Водой
свекла уносится на завод. На гидравлическом транспортере
обычно устанавливают механические соломоловушки и камне-
ловушки. отделяющие от свеклы грубые примеси.

Па заводе свекла поступает в корытообразную мойку, снаб-
женную валом и кулаками, в которой отмывается от земли. За-
тем свеклу элеватором поднимают на высоту примерно 15 м,
чтобы дальнейшие операции осуществлялись самотеком. С эле-
ватора вымытую свеклу подают на автоматические весы, реги-
стрирующие массу сырья, поступившего на завод.

Следующей задачей является получение из свеклы сока.
Раньше для этого свеклу истирали на терках и выжимали сок на
гидравлических прессах, но на эту операцию затрачивалось мно-
го ручного труда. Поэтому уже около 100 лет назад прессовый
способ сокодобывания был заменен диффузионным.

В современных диффузионных аппаратах непрерывного дей-
ствия свекла, изрезанная в стружку, движется навстречу горя-
чей воде, в которую постепенно диффундирует сахар из свекло-
вичной стружки. При таком противоточном высолаживании по-
лучают диффузионный сок, содержащий почти весь сахар
свеклы, а в обессахаренной стружке («жом») теряется всего
лишь около 0,3% сахара по свекле.

Диффузионный сок мутный, черного цвета. Для очистки диф-
фузионный сок нагревают паром в особых подогревателях (ре-
шоферах) до 90° С п прибавляют к нему известковое молоко
(на 100 кг свеклы расход извести составляет от 2 до 3 кг). При
нагревании сока и действии на него извести коагулируют белки
и черные красящие вещества свеклы. Кроме того, анионы многих
солей и кислот, содержащихся в диффузионном соке, образуют
осадок с ионом кальция и, таким образом, удаляются из раство-
ра (например, анионы щавелевой, фосфорной и ряда других
кислот), происходит, следовательно, очистка сока. Операцию
добавления извести для очистки сока называют дефекацией
(осаждением).

На дефекацию расходуют значительный избыток извести. За-
тем дефскованный сок вместе со всеми осадками насыщают уг-
лекислым газом (это так называемая I сатурация, т. е. насыще-
ние), при этом избыточная известь превращается в нераствори-
мый мелкий кристаллический осадок СаСО3, на поверхности
частиц которого собираются (адсорбируются) некоторые, осо-
бенно окрашенные, несахара сока; таким образом, достигается
дополнительная очистка сока путем адсорбции.

Отсатурированный сок нагревают до 90° С, чтобы улучшить
фильтрацию, и фильтруют на вакуум-фильтрах, которые отде-
ляют дефско-сатурационный осадок, содержащий СаСО3 и песа-
хара, осажденные на дефекации.

Цвет профильтрованного сока светло-желтый. В профильтро-
ванном соке содержится еще в растворе небольшой избыток из-
вести, поэтому его подвергают II сатурации углекислотой и вы-
павший осадок СаСО3 снова отфильтровывают. Перед II сатура-
цией сок нагревают в подогревателях до 100° С, что препятствует
вредному образованию на II сатурации растворимого бикар-
боната кальция Са(НСО3)2.
Остающуюся в соке тонкую муть удаляют повторной фильт-
рацией при малом давлении. Полученный сок обрабатывают га-
зом SO2 (сульфитация) для дополнительного обесцвечивания его
и еще раз фильтруют. Очищенный сок светло-желтого цвета.
В нем содержится около 15% сухих веществ и около 14% сахара.
Очищенный сок выпаривают на выпарном аппарате до концен-
трации 65% сухих веществ, из которых около 60% сахара
и 5%) несахаров. Сироп еще раз сульфитируют для дополнитель-
ного обесцвечивания и фильтруют.

Наконец, очищенный сироп уваривают под разрежением в
вакуум-аппаратах до высокой концентрации — около 92,5% су-
хих веществ (из них около 85% сахара). Этот продукт называ-
ется утфелем. Небольшого количества воды, остающейся в утфе-
ле (7,5%), недостаточно, чтобы удержать в растворе весь сахар.
Поэтому в процессе уваривания большая часть сахара выкрис-
таллизовывается и утфель содержит более 50% кристаллов са-
хара. Остается лишь отделить этот сахар от окружающей маточ-
ной жидкости, содержащей также сахар в растворе и все не-
сахара.

Кристаллы сахара отделяют из утфеля на центрифугах—'
быстровращающихся вертикальных барабанах с ситчатой боко-
вой поверхностью (1000 об!мин и более). Утфель, загруженный
в центрифугу, под действием центробежной силы располагается
по боковой поверхности барабана: межкристальный оттек про-
гоняется центробежной силой сквозь ситчатую поверхность, и в
барабане остаются лишь кристаллы сахара, которые промывают
небольшим количеством горячей воды. Полученный сахар-песок
высушивают и упаковывают в мешки.

Маточный раствор («зеленый оттек»), отделенный на центри-
фугах, содержит еще много сахара (примерно 62°/о), поэтому
его еще раз уваривают в вакуум-аппарате до содержания 95%
сухих веществ и получают утфель II кристаллизации. Чтобы
выкристаллизовать больше сахара, утфель II кристаллизации
охлаждают до 40° С при перемешивании в корытообразных крис-
таллизаторах. Затем кристаллы сахара отделяют на центрифугах.
Получается сахар уже худшего качества — «желтый сахар», ко-
торый возвращают в производство (растворяют в сатурационном
соке и прибавляют к сиропу).

В маточном растворе, отделенном от утфеля II кристаллиза-
ции, хотя и содержится около 50% сахара по массе раствора, но
получить этот сахар методом дальнейшего уваривания и кристал-
лизации уже не удается, так как содержащиеся в нем несахара
затрудняют кристаллизацию. Это раствор является отходом
производства, называемым мелассой (или кормовой патокой).
Он употребляется на производство спирта или дрожжей, частич-
но идет на корм скоту и на получение комбинированных кормов.
Кроме того, в настоящее время из мелассы извлекают сахар,
применяя химические методы. Действуя известью или окисями
стронция или бария («сепарация», т. е. выделение сахара из ме-
лассы), сахар переводят в слаборастворимые соединения.

При работе со свеклой более высокого качества в настоящее
время часто недостаточно двух увариваний и кристаллизаций
для того, чтобы выделить весь хорошо кристаллизующийся са-
хар и получить достаточно истощенную мелассу. Поэтому произ-
водят три уваривания: из утфеля I кристаллизации получают
белый сахар-песок, утфель II кристаллизации и, наконец, утфель
III кристаллизации, который уваривают из оттека утфеля II крис-
таллизации. Из утфеля II и III кристаллизации получают желтые
сахара, возвращаемые в сироп. Эта так называемая трехпродук-
товая схема работы.

Итак, свеклосахарное производство, перерабатывая сахарную
свеклу, дает обычный белый сахар-песок и в качестве отходов —
жом (обессахаренную свекловичную стружку), дефеко-сатура-
ционный осадок, получаемый при очистке сока, и мелассу.

ТРОСТНИКОВОСАХАРНЫЙ ЗАВОД

В настоящее время почти 3/s мировой продукции сахара по-
лучают из сахарного тростника. Поэтому необходимо иметь
представление о тростниковосахарном производстве, хотя в СССР'
для производства сахара и не культивируют сахарного трост-
ника.

Сахарный тростник (Arundo saccharifera) принадлежит к се-
мейству злаков (Gramineae), т. е. к тому же семейству, к которо-
му относится пшеница, рожь и др. Этот гигантский злак дости-
гает высоты 2—4 м; толщина его стебля 40—50 мм.

Стебель, как и у всех злаков, узловатый и состоит из отдель-
ных суставов (междоузлий), но стебель тростника не пустой
внутри, а заполнен рыхлой сочной тканью, содержащей сахар.
Стебли тростника и являются сырьем для производства сахара.
Из узлов растут листья, которые в нижней части растения от-
падают, а в верхней образуют пучок (рис. 2). У созревшего
тростника имеется обычно 40—50 и более узлов и суставов. На
верхушке тростника может вырасти цветоносная метелка, даю-
щая семена, но тростник убирают для переработки на сахар,
не дожидаясь этого периода.

Для культивирования сахарного тростника обычно пользуют-
ся не семенами, а черенками. Для этого используют верхние час-
ти растений длиной 500—700 мм. В узлах стебля имеются почки,
которые легко прорастают. Как растение многолетнее высажен-
ный тростник дает ряд урожаев; остающийся после уборки чере-
шок с корнями продолжает расти. Таким образом, от одной по-
садки получают 5—6 урожаев, которые, однако, постепенно
уменьшаются вследствие истощения почвы.
Для созревания сахарного тростника тре-
буется 12—16 месяцев. Поэтому разведение
«го возможно лишь в тропической и субтро-
пической полосах, где почти нет зимы и где
средняя годовая температура не ниже
+ 16° С. Для тростника требуется почва, бо-
гатая питательными веществами и влагой,
с годовым количеством осадков не менее
1700 мм.

Родиной сахарного тростника является
Азия (Индия, Китай). В настоящее время
он культивируется главным образом на Ан-
тильских и Филиппинских островах, на Яве
и в Индии. Сахарный тростник культивиру-
ют часто с искусственным орошением, что
дает прекрасные результаты — урожай уве-
личивается примерно в 1,5 раза.

В сахарном тростнике содержится саха-
ра от 13 до 17%. Чистота, или доброкачест-
венность ', тростникового сока 81—85%. Со-
держание мякоти (главным образом клет-
чатки) в сахарном тростнике составляет
9—12%. Урожайность сахарного тростника
(без искусственного орошения) колеблется
от 40 до 65 т/га, урожай сахара — с 1 га
7-—9 т. Таким образом, в сахарном тростни-
ке сахара содержится несколько меньше,
чем в сахарной свекле; чистота сока срав-
нительно невысокая, урожай же сахара с
1 га в 2 раза больше, чем для свеклы.

В сахарном тростнике содержится зна-
чительное количество глюкозы (от 0,1 до
нескольких процентов). Это является не
удобной для производства особенностью, так
как глюкоза (и вообще моносахара) не поз-
воляет применять для очистки сока сахар-
ного тростника метод свеклосахарного про-

Рис. 2. Сахарный
тростник.

изводства, т. е. обработку нагретого сока
избытком извести. При такой обработке в
щелочной среде вся глюкоза была бы раз-
рушена с образованием большого количест-

ва вредных для производства кальциевых солей ряда органиче-

ских кислот, сообщающих раствору интенсивную бурую окраску

1 Доброкачественностью, или чистотой, сока в сахарном производстве
называется содержание сахара в 100 г растворенных сухих веществ. В даль-
нейшем будем называть ее чистотой (Международный термин на славян-
ских, английском и французском языках).
(«осмоление»). Известь можно применять лишь в небольшом
количестве (около 0,1%), что затрудняет отделение осадка. Реак-
ция сока на всех стадиях производства поддерживается близкой
к нейтральной (pH 7,0), и, таким образом, моносахара проходят
по всем станциям неизменными и накопляются в мелассе.

Второй особенностью тростниковосахарного производства яв-
ляется метод получения сока прессованием стеблей тростника на
вальцах, хотя в последнее время начинают применять и диффу-
зионные аппараты непрерывного действия.

Рис. 3. Схема получения и очистки сока на тростниковосахар-
ном заводе:

1 — дробилка; 2 — вальцовые прессы; 3 — дефекаторы; 4 —
греватели; 5 — отстойники; 6 — вакуум-фильтры.

На рис. 3 изображена схема получения и очистки сока на
тростниковосахарном заводе.

Сахарный тростник, предварительно изрезанный на куски,
проходит через вальцовую дробилку 1, а затем через пять трех-
вальцовых отжимающих прессов 2 (в каждом прессе тростник
дважды проходит между вальцами). Перед вторым, третьим,
четвертым и пятым прессами масса, идущая на отжатие, увлаж-
няется, т. е. происходит мацерация (вымачивание).

Сок первого пресса является главным продуктом, первич-
ным малоразбавленным соком тростника, направляемым на очи-
стку и выпаривание. Последние четыре пресса служат для обес-
сахаривания уходящего отхода — багассы. Для этого перед по-
20
следним (пятым) прессованием применяют для мацерации теп-
лую воду. Весьма жидкий сок, полученный после пятого прессо-
вания, применяют для мацерации перед четвертым прессовани-
ем, а сок, поступающий с четвертого пресса, идет для мацерации
перед третьим прессованием. Наконец, сок третьего пресса на-
правляют на мацерацию перед вторым прессом. Со второго прес-
са получается все же еще жидкий сок, идущий на отдельную
очистку.

Багассу применяют на заводе в качестве топлива (количество
ее вполне достаточно для этой цели).

Итак, с первого вальцового пресса получается первичный сок
тростника, а со второго — жидкий сок. Оба сока очищают в
дефекаторах 3. Для этого к первичному соку прибавляют около
0,1% известкового молока до pH 7,0—7,5. При этом белки сока
коагулируют и осаждается ряд кислот, образующих с известью
нерастворимые соли. Оптимальное количество извести, которое
следует прибавлять для получения наилучшей коагуляции бел-
ков, определяют предварительными опытами в лаборатории.
После добавления извести сок нагревают в подогревателях (ре-
шоферах) 4 до 103° С и направляют в непрерывно действующие
отстойники 5.

Из отстойников прозрачный сок, очищенный декантацией, по-
ступает на выпарку, а сгущенная грязь с конического дна отстой-
ника удаляется.

Сгущенная грязь из первых отстойников поступает во вто-
рой дефекатор, где перемешивается с жидким соком (со второ-
го пресса).

В этот смеситель добавляют также немного известкового мо-
лока до pH 7,8—8,8 для очистки жидкого сока. Затем грязь вто-
рично отстаивают, причем осадок получается более концентриро-
ванный, так как отстаивание происходит в жидком соке неболь-
шой плотности.

Декантированный прозрачный жидкий сок возвращают на I
дефекацию первичного сока.

Сгущенная грязь из второго отстойника поступает на вакуум-
фильтры 6, где отсасывается от сока и промывается водой. Для
более легкой фильтрации к грязи прибавляют в качестве дре-
нирующего материала мелкую багассу («багацилло»). Сок, от-
сосанный от грязи, и промой поступают также на I дефекацию.
Грязь, отделенная от сока и промытая, смешивается с водой и
выкачивается на прилегающие к заводу тростниковые планта-
ции (поля орошения) в качестве удобрения.

Очищенный сок дальше перерабатывают точно так же, как
и очищенный сок свеклосахарного завода, т. е. сульфитируют и
выпаривают (на выпарке) до состояния сиропа (60—65% сухих
веществ). Затем сироп 2—3 раза уваривают, получают сахар и
мелассу (патоку).
Чистота мелассы тростниковосахарных заводов весьма низ-
кая (около 32), так как в ней содержится много инвертного са-
хара, вращающего плоскость поляризации влево.

ЛИТЕРАТУРА К ВВЕДЕНИЮ

1. Меньшиков Ф. К. Диетотерапия. Ч. I., Изд-во «Медицина», 1965.

2. Yogiro Tsuzuki, Inzo Yomazaki, ISJ, 54, 1952.

3. Lippman E. O. Geschichte des Zuckers, Berlin, 1929.

4. Иванов C. 3., Лепешкин И. П. Очерки по истории техники оте-
чественной сахарной промышленности. Пищепромиздат, 1955.

5. ISJ, 1964, 783; также Бенин Г. С. СП, 1964, № 8, 74.

6. Бенин Г. С. СП, 1964, № 2, 74.

7. Лепешкин И. П. и Пьянков Г. А. СП, 1966, № 6, стр. 1.
Сахарная свенла

Глава 1. КУЛЬТУРА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

БОТАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Свекла (Beta vulgaris) является одним из видов ботаниче-
ского семейства маревых (Chenopodiaceae), куда относятся так-
же лебеда, шпинат и другие засухоустойчивые растения (ксеро-
фиты), которые могут расти и на солонцеватых почвах.

В древности свекла первоначально культивировалась ради ее
листьев, которые употреблялись в пищу. Свекла корнеплодного
типа, выращиваемая ради ее корня, культивировалась в араб-
ских халифатах и во время крестовых походов была перенесена
в Западную Европу. В Киевскую Русь свекла попала из Визан-
тии в IX—X вв. Поэтому и самое слово «свекла» имеет греческое
происхождение (по гречески svekle, а по латыни beta).

Я- С. Есипов в России и Ахард в Германии совершенно пра-
вильно прежде всего обратили внимание на выбор сорта свеклы
наиболее сахаристого, пригодного для сахарного производства.
С этой целью был испытан ряд различных сортов. Самой саха-
ристой оказалась белая силезская свекла конической формы с
белой кожурой и мякотью. Желтые
и особенно красные сорта свеклы
оказались менее сахаристыми.

Все же первоначально белая си-
лезская свекла содержала лишь
7-—10% сахара. Но затем постепен-
но путем селекции, т. е. отбора, об-
разовалась современная сахарная
свекла со средним содержанием са-
хара 17—20%.

Сахарная свекла — растение
двухлетнее: в первый год развития
из семени вырастают лишь корень и
листья, но не образуется семени
(рис. 4); во втором году из перези-
мовавшего корня вновь вырастают
листья, образуются цветоносные
стебли высотой 1,5—2,0 м, цветы и
семена (рис. 5).
a

Рис. 5. Сахарная свекла второго
года развития:

а — схема цветоносного куста; б —
цветоносные побеги.

Для производства сахара при-
меняют исключительно корни
свеклы первого года развития. Се-
мена сахарной свеклы представ-
ляют собой клубочки-соплодия
диаметром 3—4 мм и массой око-
ло 0,03 г. Клубочки состоят из
рыхлой губчатой ткани, в которой
гнездится несколько семечек (2—3
и более). Семечки весьма малы,
продолговатой формы, длиной
около 2 мм, масса их составляет
2—3 мг. На них имеется плотная
буро-красная оболочка. Большая
часть семени занята зародышем,
в котором уже можно различить
корешок, почку и две семядоли.
Семя содержит питательные ве-
щества (крахмал, белки) для
прорастающего растения. Однако
этих веществ в таком мелком се-
мечке очень мало. Поэтому при
посеве семена свеклы заделывают
в землю весьма неглубоко (не
глубже 3—4 см), иначе росток не
пробьется на поверхность земли.

При прорастании необходимо
подводить к семечку из земли
влагу. Клубочек семян поглощает
влаги до 150—170% от его массы.

При нормальной температуре
(8—9° С) семена свеклы прорас-
тают дней через 8. Через 10—
14 дней после посева появляются
всходы свеклы: сначала «вилоч-
ка», т. е. пара семядолей, затем
настоящие листья, образующиеся
из почки (первая пара листьев,
вторая пара и т. д.).

С появлением второй пары
листьев начинает утолщаться ко-
решок свеклы и постепенно обра
зуется корнеплод.

Корнеплод имеет веретенооб-
разную форму (см. рис. 4). С двух
сторон веретена расположены по
спирали углубления — бо-
роздки. Из этих углублений
растут тонкие корешки с кор-
невыми волосками, при по-
мощи которых растение по-
лучает из почвы влагу и
растворенные питательные
вещества (соли, азотистые
соединения). Корешки весь-
ма широко и глубоко рас-
пространяются в почве (да-
же до 2,5 м в глубину). По-
этому свекла и является
довольно засухоустойчивым
растением. Растворы солей
двигаются внутри корнепло-
да свеклы по сосудисто-во-
локнистым пучкам к листь-
ям. Так же по особым сосу-
дистым пучкам передвигают-
ся в корень углеводы, обра-
зовавшиеся в листьях. На
поперечном разрезе корня
свеклы видны кольца, по ко-
торым расположены сосуди-
сто-волокнистые пучки (рис.
6). Таких колец у корня
свеклы бывает 10—12 и бо-
лее. Чем их больше и чем
гуще они расположены, тем
сахаристее свекла. Самыми
молодыми являются перифе-
рийные кольца сосудистых
пучков и самыми старыми —
центральные.

Микроскопическое строе-
ние корня сахарной свеклы
можно видеть на рис. 7, где
изображен продольный ра-
диальный и поперечный раз-
резы наружной части корня.
Корень состоит из множе-
ства различных микроскопи-
ческих клеточек, которые
образуют разнообразные
ткани. На самой наружной
поверхности видна перидер-

Рис. 6. Поперечный разрез сахарной
свеклы.

Рис. 7. Ткани наружной части корня свек-
лы (разрез):

а — продольный; б — поперечный.
2

Рис. 8. Строение клетки па-
ренхимы свеклы:

1 — клеточная стенка: 2 —

ма, или наружная кожица свеклы, состоящая из плотных, не про-
ницаемых для влаги опробковевших клеток. Далее внутрь корня
идет ткань коры, затем волокнистая ткань коры и, наконец, основ-
ная паренхимная ткань, т. е. ткань из кругловатых, а не продол-
говатых клеток, содержащая в своих вакуолях главную массу са-
харного сока свеклы. Эта ткань перемежается с вытянутыми
клетками сосудистых пучков и лубяных волокон, придающих
корню прочность.

Строение клеток паренхимы свеклы показано на рис. 8. Клет-
ка имеет оболочку 1, или клеточную стенку, состоящую из цел-
люлозы, гемицеллюлозы и пектиновых
веществ. Внутри клетки расположен
слой протоплазмы 2 (белковых ве-
ществ), в котором находится клеточное
ядро 3. Протоплазма охватывает так
называемую вакуоль 4 — внутреннюю
часть клетки, заполненную клеточным
соком, т. е. водным раствором сахаро-
зы и различных примесей (несахаров).
Слой протоплазмы не пропускает ни
сахара, ни несахара клеточного сока.
Из кусочка свежей свеклы невозмож-
но высолодить сахар холодной водой.
Но это легко сделать, если свеклу сна-
чала нагреть до температуры сверты-
вания белков протоплазмы: протоплаз-
ма, распавшаяся на отдельные сгустки,
уже не мешает диффузии сахара. Из мороженой свеклы сахар
легко извлекается водой, так как при замораживании протоплаз-
ма свертывается.

Распределение сахарозы в корне свеклы показано на рис. 9.
Место наибольшей сахаристости свеклы отмечено цифрой 100, а
другие цифры показывают количество сахара в соответствую-
щих местах корня свеклы в процентах от максимальной сахари-
стости. Распределение сахара в свекле далеко не равномерно.
Количество его быстрее понижается по направлению к головке
свеклы и медленнее — к хвостику. Одновременно с уменьшением
количества сахара в головке свеклы всегда наблюдается увели-
чение количества несахаров (азота, особенно золы) и, следова-
тельно, понижение чистоты сока (77—78%).

За первый год своего развития сахарная свекла образует
около 80 листьев ярко-зеленого цвета, так как в клетках листьев
содержится много зерен хлорофилла. Они и представляют собой
те природные лаборатории, где синтезируются углеводы.

Молодые растущие листья расположены в центре, а старые
увядающие — по периферии головки свеклы. Но центральные
листья связаны сосудистыми пучками не с центральной, а с пе-

26 ’
Рис. 9. Распределение сахаро-
зы в корне свеклы.

риферийной молодой частью кор-
ня свеклы; периферийные листья,
наоборот, связаны с центральной
частью корня.

Углеводы в листьях образуют-
ся под влиянием солнечного света
из углекислого газа, содержаще-
гося в воздухе, и из воды. Первым
продуктом, ассимиляции является
формальдегид: СО2 + Н2О =

= НСОН + О2. Этот процесс эн-
дотермический, поэтому для осу-
ществления его и требуется энер-
гия солнечного света.

Далее молекулы формальдеги-
да немедленно конденсируются,
образуя гексозу (глюкозу):
6НСОН = С6Н120б. Моносахара
по сосудистым пучкам из листьев
перемещаются в корень свеклы,
по пути из них под влиянием фер-
мента сахаразы (инвертин, инвер-
таза) синтезируется сахароза.
В листьях свеклы содержится еще
много моносахаров (от 1 до 3,5%),
тогда как в корне свеклы имеет-
ся сахароза и очень мало (0,1%)
моносахаров.

УСЛОВИЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СВЕКЛЫ

Считалось, что для успешного
культивирования сахарной свек-
лы требуется климат, который
обеспечивал бы достаточное ко-
личество света, тепла и влаги.
Безморозный вегетационный пе-
риод должен продолжаться 150—

180 дней. Сумма температур воздуха за этот период должна в
среднем составлять 2500°, а количество осадков в год — в сред-
нем 450—600 мм. Желательно более обильное выпадание осад-
ков с половины июня до начала августа. Осень (сентябрь — ок-
тябрь) желательна сухая для облегчения уборки и вывозки
свеклы.

Однако научные работы и практика свекловодства в СССР
доказали, что культура свеклы возможна и в более жестких кли-
матических условиях, например в Алтайском крае, где вегета-
ционный период длится всего лишь 134 дня, но зато имеется вы-
27
сокая интенсивность солнечного излучения. В Киргизии и Казах-
стане выпадает лишь 200—240 мм осадков за вегетационный пе-
риод, но культура свеклы при искусственном дополнительном
орошении дает блестящий результат, так как имеется большое
количество тепла и длинный вегетационный период.

Супесчаные (легкие) почвы малопригодны для свеклы, как и
тяжелые глинистые почвы. Лучше всего подходит для свеклы
почва средняя между легкой и тяжелой, т. е. так называемый
суглинок. Кроме того, пригодный для свеклы суглинок должен
содержать много перегноя (гумуса); достаточно извести; доста-
точно солей фосфорной кислоты, калия и азотистых веществ и
иметь хорошую структуру.

Перегной важен для свеклы потому, что в нем содержатся
необходимые азотистые вещества и соли. Кроме того, он удер-
живает и сохраняет много влаги и, связывая частицы почвы, при-
дает ей благоприятную мелкокомковатую структуру. Почвы, со-
держащие много перегноя (гумуса), называются черноземами.

Распыленная бесструктурная почва малопригодна: она легко
испаряет влагу, которая свободно поднимается в ней по капил-
лярным ходам к поверхности, и, наоборот, в нее с трудом прони-
кает воздух и вода (последняя собирается в лужи на поверхно-
сти почвы и стекает по уклону); на такой почве после дождя
легко образуется плотная корка, мешающая развитию растений.

Кальций в виде СаСО3 также важная составная часть почвы.
Именно он совместно с перегноем (кальциевые соли гуминовых
кислот) придает надлежащую структуру почве. Кроме того, он
нейтрализует кислоты почвы. Кислые болотные и торфяные поч-
вы совершенно непригодны для свеклы, но их можно сделать
вполне пригодными, удобряя СаСО3.

Свекла содержит около 0,15—0,20% азота, 0,25% окиси ка-
лия и 0,09% фосфорной кислоты. Эти необходимые для роста
свеклы вещества — азот, фосфор и калий (NPK) — должны со-
держаться в почве в достаточном количестве.

Редко можно встретить почву, удовлетворяющую всем требо-
ваниям свекловичной культуры; кроме того, и наилучшая почва
постепенно утрачивает свои свойства, если не заботиться о их
сохранении и улучшении. Для этого применяют всевозможные
удобрения и надлежащий севооборот.

Для повышения количества перегноя и для улучшения струк-
туры почвы применяют, как уже сказано, удобрение навозом.
Для удобрения кислых почв пользуются получаемым с сахарно-
го завода дефеко-сатурациоиным осадком (СаСО3), вследствие
чего почвы становятся пригодными для свеклы.

Навоз не только улучшает структуру почвы, он является так
называемым полным удобрением, т. е. содержит и азот и все
необходимые соли (NPK). Однако все эти питательные вещества
навоз отдает медленно, постепенно разлагаясь. Поэтому для по-
28
лучения современных высоких урожаев свеклы совершенно необ-
ходимы быстродействующие дополнительные минеральные удо-
брения. Азот вносят в почву в виде аммиачной или натронной
селитры или сульфата аммония, фосфор — в виде суперфосфата
(кислый монокальциевый фосфат) или фосфоритной муки
(средняя фосфорнокальциевая соль; она действует медленнее, так
как нерастворима в воде и годится лишь для кисловатых почв).
Калий вносят в почву в виде сильвинита (смеси хлористого калия
и натрия) и других калийных солей. Обычно почвы более богаты
солями калия, поэтому иногда ограничиваются лишь фосфор-
ным и азотным удобрением.

Роль удобрений для получения высоких урожаев сахарной
свеклы и сравнение в этом отношении свеклы с другими расте-
ниями видны из табл. 4.

Таблица 4

Потребность сахарной свеклы, пшеницы и ржи в удобрениях
(в кг на 1 га)

Показатели N P.O. к,о
Можно взять из почвы на мощном
черноземе t Необходимо при урожае, ц/га 95 45 300
свеклы 300—350 131 49 170
свеклы 1000 425 170 625
озимой пшеницы 24 70 30 50
озимой ржи 24 50 35 63

Как видим, питательных веществ лучшей почвы далеко не до-
статочно для получения хорошего (300 ц) урожая свеклы, а тем
более рекордного урожая (1000 ц). Следует заметить также, что
хороший (300 ц) урожай свеклы берет из земли приблизительно
в 2 раза больше питательных веществ, чем хороший урожай пше-
ницы.

Вопросу об удобрении для свеклы особенно большое внима-
ние посвящают новаторы свекловичных полей, например, Герои
Социалистического Труда, достигшие мировых рекордов уро-
жайности сахарной свеклы, О. К. Гонаженко — на поливных зем-
лях (1515 ц/га) и М. И. Гета — на землях без полива (1027 ц/га),
Е. С. Баскакова, Ф. А. Швидка и др. Их урожаи в 5—7 раз пре-
вышают прежние обычные урожаи (150—200 ц/га). Кроме наво-
за, они применяют ряд других, еще более ценных местных удо-
брений (навозную жижу, мочу, фекалии, птичий помет, золу и
минеральные удобрения).

Эффективное применение удобрений не должно быть шаб-
лонным: необходимо дозировку удобрений согласовывать с ин-
29
дивидуальными особенностями и потребностями почвы; следует
избегать односторонних удобрений. Например, чрезмерное обо-
гащение почвы одним лишь азотом, особенно в конце развития
свеклы, может вызвать понижение качества свеклы и замедлен-
ное созревание ее. Для ускорения развития свеклы в первый пе-
риод после посева большое значение имеет фосфорное удобре-
ние, которое обычно и высевают «в рядки» одновременно с рядо-
вым посевом свеклы.

Вообще по времени применения различают три типа мине-
ральных удобрений: 1) основное удобрение, которое обычно
применяют при вспашке поля с осени, 2) удобрение в рядки —
при посеве, 3) удобрение для подкормки — во время роста, в
междурядья.

В качестве основного удобрения под свеклу при глубокой
осенней вспашке («на зябь») применяют минеральные удобре-
ния (NPK). Навоз же (20—30 т/га) используют прежде всего
для удобрения в пару под озимь, обычно предшествующую свек-
ле; это навозное удобрение под озимь значительно увеличивает
также и урожаи свеклы. Если в хозяйстве имеются некоторые из-
бытки навоза, остающиеся свободными после удобрения под
озимь, то их используют для непосредственного удобрения под
свеклу при осенней вспашке, что значительно повышает урожай
свеклы.

При посеве свеклы рядовой сеялкой высевают рядом с семе-
нами свеклы и минеральные удобрения (NPK); они усиливают
рост всходов и повышают их устойчивость против вредителей и
болезней. Фосфорные удобрения (суперфосфат) особенно уско-
ряют развитие молодых проростков свеклы.

Количество минеральных удобрений, вносимых в почву, за-
висит от ряда условий (плодородия почвы, количества местных
удобрений). Для ориентировки могут служить следующие дан-
ные о количестве минеральных удобрений (в кг), применяемых
на 1 га па мощных черноземных почвах:

Удобрение Основное В рядки

N 30 10

Р2О5 50 20

К2О 30 10

Большое влияние на урожай свеклы оказывает подкормка
свеклы, примененная впервые новаторами свекловичных полей,
т. е. 2—3-кратное внесение удобрений в междурядья па глубину
10—12 см в период самого быстрого развития корней. При под-
кормках удобрения используются наиболее полно и дают мак-
симальный эффект, так как они поступают в период наибольшей
потребности растения в них.

Для подкормок используют местные удобрения (навозную
жижу, птичий помет, золу) и минеральные. Удобрение для под-
30
кормки применяют в сухом виде и в жидком, в виде растворов.
Подкормки вносят специальными культиваторами — растение-
питателями. Первую подкормку вносят в ранний период — при
прорывке или вскоре после нее. Эта ранняя подкормка имеет осо-
бенно большое значение.

МЕТОДЫ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Место сахарной свеклы в севообороте. Обычное место свек-
лы в севообороте — после озими. Уборка урожая озими происхо-
дит достаточно рано и имеется полная возможность произвести
осеннюю подготовку почвы для свеклы. Под озимь дают навоз
(по 18—30 т на 1 га). Навоз, заделанный в почву, повышает уро-
жай в течение нескольких лет. Поэтому и свекла, идущая за ози-
мой пшеницей, также использует навозное удобрение. Если
озимь, предшествующая свекле, не была удобрена, то навоз сле-
дует вносить непосредственно под свеклу (при осенней подготов-
ке почвы).

Для примера можно привести следующие типичные севообо-
роты со свеклой. В основных районах свеклосеяния введены пре-
имущественно 8-, 9-, 10-польные севообороты с одним или двумя
полями сахарной свеклы. На орошаемых землях в Киргизской
ССР и Казахской ССР введены 8—9-польные севообороты с 2—3
полями сахарной свеклы Г

Осенняя подготовка почвы. Осенняя подготовка состоит из
лущения и глубокой вспашки.

Лущение — рыхление почвы на небольшую глубину (4—
5 см) —производится с целью уничтожения растений, имеющих-
ся на поле, ускорения всходов семян сорняков (чтобы эти всхо-
ды уничтожить затем при вспашке) и сохранения и накопления
влаги в почве. В плотной почве влага по тонким капиллярам вы-
носится (как по фитилю) из глубинных слоев на поверхность и
теряется, испаряясь в воздух. После лущения в рыхлом поверх-
ностном слое эти тонкие капилляры оказываются нарушенными
и влаги теряется гораздо меньше. Наоборот, вода дождей легко
поглощается рыхлым слоем и передается в глубину почвы. Во
избежание излишней потери влаги к лущению прибегают как
можно раньше, сразу после уборки озими, т. е. в конце июля —
в первых числах августа. Лущение, не позволяя земле пересох-
нуть, облегчает также следующую глубокую вспашку.

Глубокая осенняя вспашка необходима для максимального
накопления осенью и весной запасов влаги в почве. Кроме того,

' Как пример севооборота для основных районов свеклосеяния: куку-
руза па силос, озимая пшеница, свекла, яровые, клевер, озимая пшеница,
спекла, кукуруза, горох, озимая пшеница. Для поливных земель (Казах-
стан, Киргизия): травы, озимая пшеница, свекла, свекла, озимая пшеница,
свекла, свекла, кукуруза, яровые.
при вспашке уничтожаются сорняки, взошедшие после лущения,
и выносятся из глубинных слоев почвы органические соединения,
которые, разлагаясь, дают питательные вещества для свеклы.
Почву вспахивают на глубину 30—32 см плугами дней через 10
после лущения.

Предпосевная обработка и посев. Раннюю весеннюю обра-
ботку почвы начинают как только -земля перестанет мазаться.
Эту обработку выполняют шлейф-бороной поперек направления
осенней вспашки. Шлейф, или волокуша, представляет собой па-
раллельно соединенные цепями брусья. Шлейф-борона отлича-
ется лишь тем, что на переднем брусе у нее имеется ряд зубьев.
Ранняя обработка нужна для выравнивания и разрыхления по-
верхности поля, чтобы уменьшить потерю влаги из глыб, образо-
вавшихся при пахоте; предупреждается также весьма вредное
засыхание выдающихся вверх углов этих глыб: такие засохшие
куски потом уже довольно трудно разрыхлить.

Непосредственно перед посевом производят еще одно рыхле-
ние и окончательную подготовку почвы. Для этого пускают куль-
тиватор, который рыхлит землю на глубину 8—10 см, но не пе-
реворачивает ее, что иссушало бы почву и принесло бы лишь
вред. Следом за культиватором идет тяжелая зубьевая борона,
разбивающая комья и выравнивающая борозды, оставленные
культиватором. Наконец пропускают легкую борону. Все эти
орудия идут непосредственно одно за другим. После них полу-
чается ровная поверхность поля, сорняки уничтожены, взрыхлен
слой на глубину 10 см, а поверхностный слой имеет мелкокомко-
ватую структуру. Эта обработка предохраняет от потери влаги
и ускоряет прорастание семян.

Немедленно за предпосевной обработкой, чтобы не терять
влаги, сеют свеклу рядовой сеялкой. Величина междурядий
44,5 см; глубина заделки семян 3—4 см для тяжелых и 4—5 см
для легких и средних почв. При меньшей глубине заделки зерно
получает слишком мало влаги из почвы; при большей же глубине
росток не может пробиться до поверхности земли и гибнет: ему
не хватает запаса питательных веществ, содержащихся в таком
маленьком зерне свеклы. Количество высеваемых семян — 30—
—32 кг на 1 га (при всхожести 75%). Это дает в 15—20 раз боль-
ше ростков, чем требуется. Избыток необходим, так как много
ростков может погибнуть от вредителей, болезней, плохой погоды.
Избыток нужен также, чтобы при прорывке можно было выбрать
и оставить лучшие растения.

Немедленно за посевом поле укатывают тяжелыми катками,
что облегчает поступление влаги и дает дружные всходы. Перед
посевом-—перед последним рыхлением легкой бороной — тоже
рекомендуется укатывать поле.

К семенам свеклы, предназначенным для промышленных по-
севов, предъявляются следующие требования: всхожесть не ни-
32
же 75%, чистота не менее 97%. й влажность не более 14,5%,
примесь семян других растений не должна превышать 100 шт.,
а семян сорняков — 50 шт. на 1 кг.

Как уже сказано выше, для посева применяются комбиниро-
ванные сеялки, которые одновременно с семенами высевают в
рядки и минеральные удобрения (особенно суперфосфат, уско-
ряющий развитие свеклы).

Время посева свеклы — приблизительно первая половина ап-
реля (зависит от условий погоды и состояния почвы). Запозда-
ние с посевом приводит к резкому снижению урожая.

Уход за плантацией. Нормально всходы свеклы появляются
через 8—10 дней после посева.

Если за это время пройдет сильный дождь, а затем наступит
ветреная погода, то при быстром испарении выпавших осадков
может образоваться почвенная корка. На полях тяжелого меха-
нического состава почвенная корка может образоваться и при
отсутствии осадков от самоуплотнения при посеве свеклы во
влажную землю. Корку необходимо разрушать, прокатывая поле
ротационными мотыгами, рубчатыми или кольчатыми катками,
легкими боронами на малой скорости.

Немедленно по появлении всходов проводят шаровку, т. е.
рыхление междурядий свеклы на глубину 3—4 см, чтобы сохра-
нить влагу в почве, уничтожить сорняки и улучшить доступ воз-
духа в почву.

Когда, кроме «вилочки» (семядоли), появится уже первая
пара настоящих листьев свеклы, приступают к прорывке, т. е.
к удалению всех излишних растений, оставляя лишь по одному
растению через каждые 18 см. С этой работой нельзя запазды-
вать, так как тесно посаженные растения мешают развиваться
одно другому. Прорывка состоит из двух операций:

прорезки, или букетировки, выполняемой культиватором, у
которого лапки поставлены на расстоянии 18 см; его пускают
поперек рядков для удаления большей части излишних свекло-
вичных всходов (8,5 см), причем одновременно уничтожаются
сорняки и рыхлится почва на 3—4 см; после работы культивато-
ра остаются все же не отдельные растения свеклы, а «букеты»
их (9,5 см);

разборки букетов, которую производят уже вручную; при
этом оставляют по одному лучше развившемуся растению на
каждые 18 см. Таким образом, при междурядьях в 44,5 см и про-
межутках в рядках в 18 см на 1 га остается 120—125 тыс. расте-
ний.

За последнее время широко внедряется в производство пере-
крестная обработка посевов сахарной свеклы при квадратно-
гнездовом размещении растений. При этом после рядового посе-
ва с междурядьем 45 см необходимо так провести поперечную
прорезку и разборку букетов, чтобы остались группы по 2 или 3
2 Заказ 905 33
растения на расстоянии тоже 45 см одно то другого. Таким об-
разом, в дальнейшем можно проводить механизированное рых-
ление и уничтожение сорняков и вдоль и поперек, т. е. перекрест-
ную обработку. Это уменьшает затраты ручного труда и сокра-
щает сроки ухода за свеклой, причем урожай увеличивается на
10%- В этом методе при первоначальной прорезке свекловичных
всходов делают вырезки по 30 см и оставляют букеты по 15 см.
При разборке из букетов оставляют лишь по два растения
(всего на 1 га остается около 100 000 растений).

Однако разборка букетов и при квадратно-гнездовой культу-
ре свеклы остается весьма трудоемкой. Особые затруднения вы-
зывает многосемянность клубеньков обычной свеклы (2—3 се-
мечка и более). Корешки прорастающих семечек переплетаются
и затрудняют прорывку. В СССР путем селекции ВНИС (Всесо-
юзный научно-исследовательский институт свеклы) вывел одно-
семянную свеклу, каждый клубенек которой в основном содер-
жит лишь одно семечко. Это облегчает разборку букетов. Такие
семена получают, например, на Ялтушковской селекционной
станции.

Кроме того, появились сеялки для пунктирного сева, высева-
ющие семена не сплошной лентой, а лишь поодиночке, например
через 2—5 см. Это позволяет снизить расход семян (6—12 кг
вместо 30 кг на 1 га). Разборка букетов еще больше облегчается.

Следом за прорывкой проводят проверку свеклы, т. с. уда-
ление случайно оставшихся лишних растений и одновременно
рыхление почвы на глубину 6—7 см и уничтожение сорняков.
При обычной прежней культуре (18X 45 см) и мпогоссмяпной
свекле прорывка занимает около 10 дней и проверка — 6—8 дней
(все эти операции должны заканчиваться не позднее 30—35
дней после появления всходов).

Дальнейший уход за свекловичной плантацией сводится к
прополкам и рыхлениям междурядий.

Прополки проводят по мере надобности; своевременность
прополок имеет большое значение, так как сорняки весьма вред-
ны: они заглушают свекловичные всходы, поглощают пита-
тельные вещества и влагу из почвы, отнимая их у свеклы.

При борьбе с сорняками наиболеее эффективным является
применение особых веществ «гербицидов» (например, дпхло-
ральмочевина), уничтожающих злаковые сорняки и не вредя-
щих свекле. Раствором гербицидов (около 10 кг на 1 га в 150 л
воды) опрыскивают почву во время предпосевной обработки.

Рыхления (мотыжения) выполняются механически и так-
же имеют важное значение: рыхлая почва меньше теряет влаги
вследствие испарения и, наоборот, легче впитывает дождевую
влагу, воздух имеет больше доступа в почву, что ускоряет рост
свеклы; кроме того, при рыхлениях также уничтожаются сорня-
ки. Обычно после проверки свеклы проводят 3—4 мотыжения на
34
глубину 7—10 см. Одновременно с рыхлёниями свеклу подкарм-
ливают местными и минеральными удобрениями, вносимыми в
почву в виде раствора специальными машинами.

Плантации свеклы обрабатывают до тех пор, пока разрос-
шиеся растения не закроют междурядья и не сделают дальней-
шую работу невозможной.

Уборка свеклы. В первый период развития свеклы растут
главным образом листья, корень же по массе оказывается мень-
ше листьев. В половине августа масса листьев обычно достигает
максимума. В дальнейшем наружные листья начинают постепен-
но увядать и желтеть, корень же продолжает все еще энергично
развиваться и по массе становится больше всех листьев. Обычно
в сентябре, когда листья начинают желтеть, а корень оказыва-
ется в 2 раза тяжелее листьев, считают, что свекла созрела в
техническом отношении, т. е. для переработки на заводе.

Ход развития свеклы виден из табл. 5.

При определении срока начала копки свеклы необходимо
учитывать не только спелость свеклы, но и срок пуска завода
и возможность провести уборку урожая свеклы до наступления
устойчивых морозов.

Раньше выкапывали свеклу вручную, что было тяжелой ра-
ботой. Затем для освобождения корня от связи с почвой широко
применяли свеклоподъемники с тремя лапами, которые подкапы-
вали сразу три рядка свеклы на глубине 25—28 см. В тот же
день, чтобы свекла не успевала завянуть, ее вручную выбирали
из подкопанных рядков и собирали в кучи и затем окончательно
очищали корни от земли и обрезали ботву. Кроме того, обрезали
хвостик свеклы так, чтобы оставшийся конец был толщиной око-
ло 1 см (толщина карандаша). Ботву обрезали одним ударом
ножа; при этом удаляли и верхний небольшой слой головки и
верхушечную почку, которая легче всего прорастает. Диаметр
среза головки не больше 2—3 см. Остальные основания листьев
с их почками оставляли.

Однако даже при работе со свеклоподъемниками уборка
свеклы являлась весьма трудоемкой операцией, которая в настоя-
щее время при использовании свеклокомбайнов полностью меха-
низируется. Советскими конструкторами было разработано не-
сколько типов свеклокомбайнов, из них наиболее удачным ока-
зался свеклокомбайн СКЕМ-3 (рис. 10), который уже весьма
широко применяется. Он сконструирован В. А. Кореньковым,
II. Д. Еремеевым и Г. А. Мельниковым, удостоенными Государ-
ственной премии.

Свеклокомбайн СКЕМ-3 прицепляют к трактору КПД-35 и од-
новременно убирают три рядка свеклы. Впереди свеклокомбай-
на свеклоподъемник подкапывает и отрывает от почвы корни
свеклы. Затем ботва каждого корня захватывается парой двига-
ющихся параллельно бесконечных цепей, зажимающих ботву.

35
2*
ю

СЗ
Ef

Ход развития сахарной свеклы по пробным участкам совхозов в среднем за 1950, 1951, 1952 гг.
Цепи, двигаясь кверху, увлекают с собой ботву и висящий на ней
корень свеклы, который подводится к вращающемуся дисковому
ножу. При этом нож отрезает ботву вместе с верхушечной поч-
кой головки свеклы. Наконец, цепи, удерживающие ботву, расхо-
дятся; корни свеклы падают по желобу в один бункер, а ботва —
в другой. Когда бункера заполнены, на комбайне открываются
задвижки и собранная свекла и ботва выгружаются в две от-
дельные кучки. Остается сравнительно небольшая работа по
уборке вручную немногих корней, оставленных комбайном в
земле.

В последнее время свеклокомбайн СКЕМ-3 усовершенствован
В. А. Кореньковым (КС-3) и снабжен особыми транспортером и
очистителем, которые передают убранную свеклу непосредст-
венно в кузов движущейся рядом автомашины («поточный» ме-
тод уборки).

При немеханизированной культуре сахарной свеклы (в доре-
волюционный период) затраты на уборку составляли около
150 чел-дней на 1 га. При малой сравнительно механизации и
при уборке ее свеклоподъемниками требовалось около
80 чел-дней на 1 га. Применение квадратно-гнездовой культуры
свеклы и уборки свеклокомбайнами позволяет снизить затрату
рабочей силы до 30 чел-дней.

В настоящее время очередной задачей является уже полная
механизация культуры сахарной свеклы, которая всегда счита-
лась самой трудоемкой, требующей много ручного труда. По
культуре сахарной свеклы с минимальными затратами труда
много работал ВНИС. Герой Социалистического Труда Влади-
мир Андреевич Светличный, звеньевой механизированного звена
свекловодов Кубанского научно-исследовательского института

Рис. 10 Трехрядный свеклоуборочный комбайн (СКЕМ-3).
испытания сельскохозяйственных машин, со своим звеном (всего
6 человек) добился выращивания и уборки свеклы почти без
применения ручного труда [3].

В. А. Светличный применяет все, что было уже сказано о
предварительной подготовке почвы и об удобрениях. Ему уда-
лось полностью механизировать работу по прорывке. Квадратно- 1
гнездовой культуры он не применяет. Рядовой посев свеклы с '
междурядьями 45 см ведется пунктирными сеялками и одноро- j
сгковыми «ялтушковскими» семенами. Семена предварительно з
дражируют, т. е. обволакивают перегноем, смешанным с мелас- 3
сой. Сеялка высевает такие утяжеленные клубочки по одному
через 3—4 см. Расход семян небольшой —5,5—7 кг на 1 га (вме- ,
сто 30 кг при посеве старыми методами). j

Всходов обычно значительно больше, чем нужно оставить, )
но прорывка всходов свеклы вручную не ведется. Вместо этого :
применяют сплошное рыхление бороной — скребницей (легкая
борона из проволоки диаметром 8—10 мм). Эти бороны уничто- j

жают большую часть сорняков, уничтожают («прореживают») i

и половину всходов свеклы. Через 5—8 дней делают второй про-
ход бороны-скребницы. Сорняков остается очень мало, а коли-
чество всходов свеклы уменьшается примерно в 3 раза (вместо j

530 тыс. остается около 180 тыс. на 1 га). Необходимость про- ’

рывки всходов свеклы вручную почти полностью отпала (только
растения в рядках проверяют вручную, на что требуется лишь
1 чел-день на 1 га). j

Подкормка свеклы проводится 2 раза (через 13—15 дней пос- >

ле всходов и перед смыканием междурядий). Тогда же 1—2

раза проводится продольная обработка междурядий на глубину ’
8—10 см. Такая как-будто слабая борьба с сорняками достаточ- *

на, так как еще до предпосевной культивации вносится гербицид :

дихлоральмочевина. ')

Для предотвращения появления вредителей применяется опы- j
ливание ДДТ 1 перед появлением всходов и после всходов. Убор-
ка свеклы ведется упомянутым уже поточным методом совер-
шенно без применения ручного труда.

Замечательный результат, достигнутый звеном В. А. Светлич-
ного, отмечен на Совещании руководящих работников по сель-
скому хозяйству 28 февраля 1964 г. (см. «Известия» № 67 от 7
марта 1964 г.):

ДДТ — обычно применяемый и в быту инсектиспд, его формула:

СС13
Результаты работы звена т. Светличного (6 человек)
в 1963 г.

Площадь посева, га..........................170

Урожай с 1 га, ц............................267

Выращено свеклы на одного человека, ц . . . 7565

Затрачено времени на 1 ц, мин ...... 9,2

Себестоимость 1 ц свеклы, коп............... 48

Закупочная цена за 1 ц, руб.................2,7

Затрата на 1 ц только 9,2 мин времени соответствует затрате
на 1 га: 9,2 X 267 = 2456,4 мин, или —6,4 = 6 чел-дней (семи-
7-60
часовых).

Результаты и открывающиеся перспективы по культуре и воз-
можному удешевлению свеклы огромны. Но нужна еще дальней-
шая работа по улучшению качества свеклы, убранной поточным
способом без доочисток. Повышенную загрязненность свеклы
можно предотвратить, улучшая мойку. На свекле остаются иног-
да довольно значительные черешки листьев и даже песрезанная
ботва. В них не содержится сахар, но много несахаров, затруд-
няющих работу заводов. Это влияет и на хранение свеклы.

Размеры и форма корня свеклы. Корень свеклы изображен
на рис. 11. В нем различают три части: головку 1 — верхнюю
часть, на которой сидели листья; шейку 2 — ту часть корня, на
которой нет ин листьев, ни боковых бороздок с тонкими кореш-
ками; собственно корневое тело 3 — ту часть, где имеются боко-
вые бороздки.

Масса корня свеклы обычно составляет 200—500 г, но быва-
ют и более крупные корни, например массой 1 кг (даже до 8 кг).
От среднего размера корня зависит и урожай
при хорошем уходе сохраняется около 100 тыс.
корней. Следовательно, для урожая 200 ц с
1 га средняя масса корня будет 200 г. Для
крупных урожаев 500 и 1000 ц необходимо
иметь среднюю массу корня 500 и 1000 г. Ста-
рое мнение будто крупные корни менее саха-
ристы опровергнуто практикой. Менее сахари-
сты лишь те крупные корни, которые разрос-
лись или вследствие гибели соседних корней,
или под влиянием одностороннего чрезмерного
азотистого удобрения.

Иногда встречаются корни свеклы ненор-
мального строения, неудобного для производ-
ства. Сюда относятся, например, ветвистые
корни с несколькими хвостиками, которые
труднее промывать; кроме того, хвостики от
них отламываются и теряются в воде мойки.
Такие корни развиваются, когда главному кор-

свеклы. На 1 га

Рис. 11. Обрезан-
ный корень свеклы:
1 — головка; 2 —

шейка; <3 — корень.
ню трудно проникать в почву, т. е. при каменистой почве, при
мелкой пахоте, при плохой разделке почвы; получаются они так-
же и при неравномерной заделке навоза. Иногда встречаются
дуплистые корни с сухими или с мокрыми дуплами. Такие корни,
особенно с мокрыми дуплами, легко загнивают при хранении.
Дупла образуются чаще всего во влажную погоду и при непол-
ном насаждении свеклы на поле.

Некоторые корни свеклы уже в первый год развития выбра-
сывают цветоносный стебель. Такие корни менее сахаристы, кро-
ме того, они деревенеют, делаются грубоволокнистыми и разре-
зать их трудно (забиваются ножи резки). Причиной появления
такой «цветухи» является временная приостановка роста свеклы,
например, вследствие весенних холодов, образования корки на
поверхности почвы после дождей. За этим нужно следить и воз-
можно скорее разрыхлять образовавшуюся корку.

Свекла, выращенная при хорошем уходе на поливных землях
(в Казахстане, Киргизии), отличается крупными размерами, что
объясняется обилием солнечного света.

В Алтайском крае урожаи свеклы ниже, чем на Украине и в
Центрально-Черноземном районе РСФСР, масса листьев при
уборке свеклы равна или больше массы корня, сахаристость по-
ниженная. Очевидно, здесь сказывается уже краткость вегетаци-
онного периода (134 дня), поэтому свекла имеет все признаки не
вполне спелой. Однако и количество и качество урожая свеклы
здесь можно значительно повысить, применяя для удобрения су-
перфосфат, ускоряющий развитие и созревание свеклы.

При уборке необходимо выделять незрелую свеклу поздних
пересевов. Она плохо сохраняется и должна немедленно посту-
пать в переработку.

Вредители свеклы. Больших забот и труда стоит борьба с
многочисленными вредителями свеклы. Упомянем лишь некото-
рых из них.

Земляная блоха — мелкий (длиной 1,5—2,5лои) прыга-
ющий жучок черного цвета. Он вредит особенно в засушливые
годы, нападая на медленно появляющиеся всходы. Главное сред-
ство борьбы — оптимальный ранний посев и забота о дружных
всходах.

Свекловичный долгоносик (рис. 12)—светло- и
темно-серый жук длиной 10—15 мм. Личинка белая, мясистая,
длиной до 15 мм. Долгоносик питается почти исключительно
свеклой: жук—листьями, а личинки — корнями свеклы. Зимует
взрослый жук в почве свекловичных полей. Весной, пока темпе-
ратура воздуха ниже 20° С, жук перемещается «пешком» на но-
вые свекловичные посевы. Когда становится теплее, начинается
перелет жука.

Для борьбы с долгоносиком применяют опрыскивание всхо-
дов ядами (раствор хлористого бария, парижской зелени, фтори*
40
стого натрия, гексахлоран,
ДДТ и т.п.). Очень важен и
ранний посев свеклы.

Луговой мотылек-
маленькая (длиной 20 мм)
бабочка со светло-коричне-
выми передними крыльями
со светлой каемкой и пят-
нышками и с серыми задни-
ми крыльями. Зимуют взрос-
лые гусеницы, окукливаю-
щиеся в мае. Бабочка без-
вредна, вредит гусеница,
длина которой до 35 мм,
цвет серо-зеленый, вдоль
спины тянется темная по-
лоска с извилистой желтой
каймой; гусеница объедает

Рис. 12. Свекловичный долгоносик.

листья свеклы. При недостатке пищи

в одном месте гусеницы

переселяются на соседние участки; иногда они движутся огром-
ными массами (останавливают даже железнодорожные поезда).

Меры борьбы: достижение ранних дружных всходов; опры-
скивание или опыливание ядами; разбрасывание отравленных
приманок из свежей травы на пути движения гусениц; раздавли-
вание движущихся гусениц особыми шлейфами из хвороста.

Совка (озимая) —ночная бабочка серо-черного цвета; гусе-

ница — землисто-серого цвета, подгрызает черешки листьев свек-
лы. Бабочку можно вылавливать, расставляя корытца с бродя-
щей мелассой.

Свекловичная нематода — очень мелкие круглые чер-
вячки (длиной до 1 мм), высасывающие сок из тонких корешков
свеклы. Для освобождения от нематод вводят в севооборот ра-
стения, недоступные для нематоды (рожь и вику с последующим
посевом кукурузы). На сильно зараженных участках приходится
на 6—8 лет прекратить посев свеклы.

Болезни свеклы. Свекла страдает также от ряда болезней
микробиологического характера. Сюда относится корнеед, по-
ражающий корешок свеклы в самой ранней стадии (3—4 листоч-
ка). Дружные ранние всходы обычно не поддаются корнееду.

Церкоспор оз — белые пятна на листьях взрослых расте-
ний (начинается с крайних листьев). Для борьбы применяют и
химические методы, особенно же важно удаление всей ботвы с
поля при уборке свеклы (на силос или на компост).

Вообще же вредители появляются главным образом лишь
там, где плохо ухаживают за посевами свеклы. При современ-
ных методах борьбы с вредителями всегда можно предотвратить
гибель посевов.
Свекловичное семенное хозяйство и селекция. Уже Я. С. Еси-
пов указал, что успех свеклосахарного производства прежде все-
го зависит от выбора хорошего сорта свеклы. Он был первым
селекционером. Затем в области селекции во Франции выдви-
нулся Вильморен, а в Германии позже — Гизеке, который начал
вести селекцию уже поляриметрическим методом. В СССР по се-
лекции работает Всесоюзный научно-исследовательский институт
свеклы (Киев) и ряд крупнейших селекционеров, например Ге-
рой Социалистического Труда проф. А. Л. Мазлумов.

Советские свекловоды показали, что для каждого района све-
кловодства следует культивировать свои специальные сорта
свеклы. Этому делу в Советском Союзе уделяют большое вни-
мание. Работает ряд опытных станций, сортоучастков, опытных
и наблюдательных пунктов по борьбе с болезнями и вредите-
лями.

Селекцию ведут в двух направлениях — сахаристом, с высо-
ким процентом сахара в свекле (сорта Z и ZZ) и урожайном
(сорт Е) '. Наконец, возник ряд марок промежуточного или нор-
мального направления (N), стремящегося дать хорошую уро-
жайность при высокой сахаристости. Кроме того, при селекции
стремятся уже учесть и качество (чистоту) сока свеклы; вывести
сорта свеклы, дающие меньше «цветухи»; сорта, более устойчи-
вые против болезней (церкоспороза, корнееда), против кагатной
гнили.

Важнейшей проблемой для селекции является широкое рас-
пространение и усовершенствование семян одноростковой свек-
лы, о которой уже было сказано в разделе прорывки свеклы, а
также при изложении механизированной культуры свеклы по
Светличному. Клубеньки семян одноростковой свеклы дают
лишь по одному ростку, что весьма облегчает трудоемкую рабо-
ту по продергиванию всходов свеклы.

Такая одноростковая свекла была успешно выведена селек-
ционерами О. К. Коломийцем (Белоцерковская опытно-селекци-
онная станция) и А. В. Поповым (Ялтушковский селекционный
пункт.).

От селекционной станции свеклосовхозы получают маточные
семена свеклы наилучшего для данного района сорта. Эти ма-
точные селекционные семена слишком дороги и получают их в
небольшом количестве, поэтому из маточных семян не выращи-
вают непосредственно свеклу для заводской переработки, а пред-
варительно в свеклосовхозах выращивают посадочный матери-
ал— корни высадков, которые на следующий год высаживают
уже для получения семян. Размноженные таким образом семена
поступают в колхозы и совхозы для выращивания свеклы, иду-
щей на заводы для переработки. Можно было бы часть этой

1 Ertrag— урожай (нем.).
свеклы оставлять на высадки для получения семян, что удеше-
вило бы их, но доказано, что при многократном непрерывном
простом размножении без применения методов селекции сахар-
ная свекла значительно снижает свою сахаристость — происходит
так называемая регрессия.

Глава 2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Химический состав сахарной свеклы изучен довольно подроб-
но. Действительно, чтобы понимать процессы сахарного произ-
водства, необходимо знать состав свеклы и свойства отдельных
химических соединений, входящих в этот состав.

ОБЩИЙ СОСТАВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

От обычных средних количеств различных групп соединений,
входящих в состав свеклы, могут быть значительные отклонения
в зависимости от ряда условий (почва, условия вегетации, семе-
на и т. п.).

Сухие вещества и вода. Главная масса свеклы состоит из во-
ды (около 75%) и лишь около */4 массы ее (25%) составляют
сухие вещества.

Сок. В вакуолях клеток свеклы содержится сок. Процент са-
хара в свекле и процент сахара в соке, выжатом из этой свеклы,
определяют анализом. Предположим, что в свекле оказалось
17,5% сахара, а в соке (так называемый «нормальный» сок1 * * *) —
19,0% сахара.

По этим данным можно вычислить количество сока в 100 кг
свеклы. Допустим, что в 100 кг свеклы содержится х кг сока.
В 100 кг свеклы содержится 17,5 кг сахара (17,5%), в соке же —
19,0%, или

19,0х

----- кг сахара;
100--к

но так как весь сахар свеклы находится в растворе, т. е. в со-
ке, то

17,5 — 19,0 • х, или х — -17’5- • 100 = 92,1 % .

100 19,0

Это «соковый коэффициент» свеклы.

Мякоть и связанная вода. Так как в свекле имеется 92,1%
сока, то казалось бы, что нерастворимых веществ свеклы, т. е.

1 Термин «нормальный» сок сохранился с тех отдаленных времен (лет

100 назад), когда в производстве сок из свеклы добывали методом прессо-

вания, и поэтому тогда выжатый сок был действительно «нормальным», т. е.

аналогичным заводскому соку.
«мякоти», должно содержаться 100 — 92,1 == 7,9%. На самом де-
ле это не так. Определить количество мякоти можно непосред-
ственно путем промывания навески тонко измельченной свеклы
и высушивания промытого остатка. Это определение показывает,
что в свекле содержится приблизительно 5,0% мякоти.

Таким образом, сухая мякоть и сок вместе составят
5,0 + 92,1 = 97,1%. Остается 100 — 97,1 = 2,9% воды, которая
не входит в состав сока (иначе мы получили бы соковый коэффи-
циент не 92,1, а выше). Очевидно, эта вода связана в свекле с сы-
рой мякотью, но непрочно ею удерживается и испаряется при
определении количества сухой мякоти высушиванием. Вода эта
сохраняет мякоть свеклы в набухшем состоянии; ее называют
имбибиционной, или коллоидной, водой, вернее называть ее свя-
занной водой: она связана высокомолекулярными веществами
мякоти и не является растворителем, не находится в соке. Итак,
свекла состоит из следующих составных частей (в кг на 100 кг):

Сок (раствор сахара и несахаров) ......91,1

Мякоть (нерастворимые несахара) ........5,0

Связанная вода (удерживаемая мякотью) . . 2,9

Итого . . . 100,0

Сахар и несахара. В 100 кг свеклы, как уже сказано, содер-
жится 25,0 кг сухих веществ, из них 17,5 кг составляет сахароза
и 25,0—17,5 = 7,5 кг — «несахара», т. е. все прочие вещества,
примешанные к сахарозе.

Растворимые и нерастворимые несахара. Нерастворимые не-
сахара свеклы, или мякоть, как уже указано,' составляют 5,0 кг
на 100 кг свеклы. Следовательно, на долю растворимых несаха-
ров из общего количества несахаров (7,5 кг) остается

7,5 — 5,0 = 2,5 кг.

Состав нормального сока свеклы. Масса сока, как мы уже
определили, составляет 92,1 кг на 100 кг свеклы. Количество са-
хара в нем 17,5 кг и растворенного несахара —2,5 кг, или всего
сухих веществ 17,5 + 2,5 = 20,0 кг. Состав сока, таким образом,
будет следующий:

20,0-100
количество сухих веществ =—— = 21,72%;

17,5-100
количество сахара = - —=19,00%.

В сахарном производстве весьма широко применяется поня-
тие чистота (Ч), или доброкачественность, сока1. Так назы-

1 В данной книге в дальнейшем везде применяется простой принятый на
всех языках термин «чистота», но не устарелый длинный термин «доброка-
чественность».
вают процентное содержание сахара в растворенном сухом веще-
стве. Если имеется раствор чистой сахарозы, т. е. все сухое ве-
щество на 100% состоит из сахара, то чистота будет 100,0%.
В нормальном соке из 21,72% сухих веществ сахара содержится
лишь 19,0%, т. е.

4=‘ЬА:1()() = 87,5%;

21,72

следовательно, в 100 частях сухого вещества нормального сока
сахар составит 87,5 части и несахар 100 — 87,5 = 12,5 части.
Чистота — весьма важный показатель: он характеризует степень
чистоты сока. В производстве по мере очистки сока и удаления
несахаров чистота его повышается.

Состав мякоти. В 100 кг свеклы содержится около 5,0 кг мя-
коти, которая представляет собой клеточные стенки свеклы. Мя-
коть состоит из клетчатки ('/4 ее массы), полуклетчатки, или ге-
мицеллюлозы (J/4 массы), и пектиновых веществ (7г массы). Кро-
ме того, в мякоти содержатся в небольшом количестве
нерастворимые белки, сапонин и зола.

Состав мякоти на 100 кг свеклы более подробно следующий:

кг %

Клетчатка ............................1,2 24

Гемицеллюлоза........................ 1,1 22

Пектиновые вещества...................2,4 48

Белки ................................0,1 2

Сапонин ..............................0,1 2

Зола..................................0,1 2

Итого . . . 5,0 100

Общая химическая характеристика главных составных частей
мякоти такова:

1) клетчатка — наиболее устойчивая часть мякоти: она не
растворяется при нагревании ни с водой, ни с разбавленными
1%-ными кислотами или щелочами;

2) гемицеллюлоза — менее стойка: горячая вода на нее не
действует, но при нагревании с 1%-ными растворами кислот она
переходит в раствор (в условиях сахарного производства геми-
целлюлоза устойчива, так как никакими кислотами. на нее не
действуют);

3) пектиновые вещества — наименее стойки: они нераствори-
мы лишь в холодной воде, в горячей же воде постепенно набу-
хают и переходят в раствор; при кислой или особенно при щелоч-
ной реакции пектиновые вещества переходят в раствор еще
быстрее.

Таким образом, и в условиях сахарного производства пекти-
новые вещества могут растворяться, поэтому на них должно быть
обращено особое внимание (надо заметить, что и количество их
в свекле весьма значительно — оно равняется 2,4%, т. е. третья
часть всех несахаров свеклы).

Состав растворимых несахаров (несахаров сока) на 100 кг
свеклы следующий:

кг %

Органические несахара
азотистые..............................1,1 44

безазотистые.......................0,9 36

Минеральные несахара ..................0,5 20

Итого . . . 2,5 100

Понятие «растворимый» здесь имеет неточный характер. Точ-
нее следовало бы сказать несахара, находящиеся в нормальном
соке, который представляет собой полидисперсную систему: рас-
твор низкомолекулярных соединений и высокополимеров, гели и
тонкие суспензии нерастворимых белков, жиров и окрашенных
веществ (меланинов).

Присоединяя к азотистым веществам сока (1,1 кг) азотистые
вещества мякоти (белки — 0,1 кг), найдем, что в 100 кг свеклы
содержится 1,2 кг азотистых веществ.

Азотистые вещества свеклы. Распределение азотистых ве-
ществ по отдельным группам на 100 кг свеклы таково:

Белок............................0,7 кг, или 58%

Прочие...........................0,5 кг, или 42%

Итого . . 1,2 кг, или 100%

Белки выделены особо, как почти безвредная для производ-
ства часть азотистых веществ свеклы; они коагулируют при на-
гревании и под действием извести и легко удаляются из сока.

Таким образом, «вредных» азотистых веществ имеется лишь
около 40% от общего количества азотистых веществ. Из них бо-
лее */з (0,2 кг) приходится на бетаин. 0,1 кг вредных азотистых
веществ составляют амиды и соли аммония. По Андрлику, амиды
и соли аммония причисляются к безвредным азотистым вещест-
вам на том основании, что под влиянием щелочей они разлага-
ются, выделяя аммиак, который улетучивается, следовательно,
азот их удаляется во время производства. На самом деле они
вредны: аммиак улетучивается, но остаются вместо него соли
кальция тех кислот, амиды которых были разложены.

Остальные 0,5 — 0,2 — 0,1 = 0,2 кг азотистых веществ прихо-
дятся главным образом на аминокислоты (и очень немного на
пуриновые основания).

Азот свеклы (общий азот = вредный азот + безвредный
азот). Содержание азота составляет около 1/6,25 от содержания
46
азотистых веществ. При анализах идут обычно обратным путем:
определяют содержание азота (метод Кьельдаля) и находят ко-
личество азотистых веществ, умножая условно найденное коли-
чество азота на 6,25.

По Андрлику, вредным азотом считается общий азот, за вы-
четом белкового, аммиачного и амидного. Следовало бы, однако,
считать вредным общий азот, за вычетом только белкового азо-
та, а тот азот, который Андрлик назвал «вредным», правильнее
было бы назвать неудаляемым, т. е. остающимся в соке после
очистки его. В свекле обычно азот разных форм содержится в
следующем количестве:

Форма азота На 100 кг свеклы, кг На 100 частей общего азота, %
Белковый 0,115 57,5
/Аммиачный и амидный . . 0,020 10,0
Вредный (по Андрлику) . 0,065 32,5

Общий азот . . 0,200 100,0

Содержание азота в свекле, особенно вредного азота, значи-
тельно колеблется в зависимости от условий вегетации и хране-
ния свеклы.

Безазотистый органический несахар сока свеклы. Обычно та-
кого несахара в свекле содержится около 0,9 кг на 100 кг. Он
состоит из соединений следующих групп:

Группы безазотистых соедине- ний сока На 100 кг свеклы, кг Соотношение в группе. %
Инвертный сахар 0,10 11
Пектиновые вещества . . . 0,10 и
Органические кислоты . . . 0,47 52
Жир 0,03 3
Сапонин ... ... 0,10 11
Прочие 0,10 12

Итого

0,90 100

Итак, главная масса среди безазотистых растворимых неса-
харов свеклы относится к органическим кислотам. Из них в наи-
большем количестве (около 0,15%) содержится щавелевая кис-
лота.

Следующей по важности группой являются пектиновые веще-
ства. Растворимые пектиновые вещества обычно содержатся в
незрелой свекле, в зрелой же иногда их почти нет.

Инвертного сахара также несколько больше в незрелой свек-
ле, особенно же количество его возрастает (раз в 10 и более)
при порче свеклы (замораживание и оттаивание) вследствие
инверсии сахарозы.
Минеральные несахара свеклы. Их имеется около 0,6 кг па
100 кг свеклы (0,5 кг в соке и 0,1 кг в мякоти). Состав минераль-
ных веществ приблизительно следующий:

Соединение На 100 кг свеклы, кг На 100 частей золы, %
к2о 0,25 42
На2О 0,05 8
СаО 0,08 13
MgO 0,08 13
Р2О6 0,09 15
so3 0,02 3
0,01 2
SiO2 0,01 2
Cl 0,01 2

Итого чистой
золы ................. 0,60 100

Итак, в основном минеральные вещества свеклы представ-
ляют собой фосфорнокалиевую соль. Прочие катионы и анионы
находятся в ней в гораздо меньшем количестве.

Если сделать соответствующий подсчет, то окажется, что
перечисленных анионов минеральных веществ свеклы не хватает
для образования солей со всеми имеющимися в них катионами
Это и понятно: в свекле значительная часть катионов связана с
органическими кислотами. При сжигании эти кислоты сгорают,
а металлы оказываются в определяемой золе в виде карбонатов.
Таким образом обычно определяют «карбонатную» золу, в кото-
рой, однако, СОг является совершенно нехарактерной для свеклы
составной частью, образовавшейся лишь при сжигании. Поэтому
надо различать минеральные вещества или «чистую» золу, т. е.
карбонатную золу, за вычетом СО2 (выше и приведен состав
такой «чистой» золы). Углекислой золы на 100 кг свеклы имеется
около 0,7 кг

Химический состав сахарной свеклы

Свекла 100 кг

।

Вода 75 кг

Сухие вещества 25 кг

__________1_____

i
Несахара 7,5 кг
А

Мякоть 5 кг

Несахара сока 2,5 кг

Азотистые орга-
нические веще-
ства 1,1 кг

Безазотистые орга-
нические вещества
0,9 кг

Минеральные
вещества
0,5 кг
Состав свеклы в зависимости от условий роста и хранения.
Состав свеклы в зависимости от ряда факторов изменяется, при
этом наблюдаются значительные отклонения от обычного нор-
мального состава.

Сахар и несахара. Обычно сок, полученный от более
сахаристой свеклы, характеризуется и большей чистотой. Содер-
жание сахара в свекле может колебаться приблизительно от 12
до 25%.

Размеры корня. Если аномально крупные корни (напри-
мер, 1 кг и более) получены вследствие изреженности плантации
или вследствие одностороннего азотистого удобрения, то сахара
в них содержится меньше (10—12%). Если же урожай равно-
мерно крупных корней получен благодаря особо тщательному
уходу и своевременному полному удобрению, то сахаристость
крупных корней обычная (несниженная).

Метеорологические условия. Обильные осадки в
июне, июле и августе обеспечивают пышное развитие свеклы,
а сухая осень (сентябрь, октябрь) гарантирует хорошее каче-
ство ее (высокий процент сахара и высокую чистоту). Если же
последний осенний период дождлив, то урожай может быть хо-
рошим, но сахаристость свеклы и чистота сока меньшие.

В засушливую погоду в свекле во время роста накапливается
большое количество вредного азота и уменьшается чистота сока.
Количество вредного азота может изменяться в 2—3 раза в за-
висимости от условий вегетации. Масса (вес) корней свеклы,
выросшей в засушливое лето, меньше, а процентное содержание
сахара в ней повышено.

При обилии осадков в период вегетации в свекле обычно со-
держится больше углекислой золы. Таким образом, отношение
органических несахаров к золе свеклы для влажного лета будет
меньше, а для сухого — больше. В дождливое лето сахара в свек-
ле содержится меньше.

Зрелость свеклы. В зрелой свекле почти не содержится
ни инвертного сахара, ни растворенных пектиновых веществ. На-
оборот, в незрелой свекле имеется увеличенное количество ин-
вертного сахара (например, 0,15%) и растворимых пектиновых
веществ (0,20%). Это обусловлено, по-видимому, тем, что пекти-
новые вещества образуются сначала в растворе в клеточном соке
и лишь затем откладываются в клеточной стенке в нераствори-
мом состоянии.

Вредных азотистых веществ в незрелой свекле также всегда
больше, чем в зрелой; чистота сока понижена и сахара содержит-
ся в нем меньше, так как он не успевает накопиться.

Климат. Передвигаясь по Европе с запада на восток
(Франция, ГДР, ФРГ, УССР и РСФСР — Воронежская, Там-
бовская области, Поволжье), мы попадаем в области с более и
более континентальным климатом. На востоке лето более сухое
и жаркое. Поэтому по мере продвижения па восток свекла при-
обретает свойства выросшей в засушливое лето, т. е. содержит
больше вредного азота, имеет меньшую чистоту, больший орга-
нический коэффициент очищенного сока (отношение органиче-
ского несахара к золе), дает больший выход мелассы. Содержа-
ние сахара в свекле выше в более восточных районах, так как
масса корня оказывается меньше вследствие недостаточного ко-
личества влаги, а сахар образуется в значительном количестве.

На западе — в ФРГ и особенно во Франции — при большем
количестве осадков получается свекла с несколько меньшей саха-
ристостью, с небольшим количеством вредного азота, дающая
очищенный сок с малым органическим коэффициентом; в произ-
водстве сахара получается сравнительно небольшой выход ме-
лассы, но повышенной чистоты.

На Северном Кавказе (Кубань) обычно бывает засушливое
лето, причем задерживается рост свеклы, завядает и отмирает
часть листьев, затем выпадают дожди и в теплую осень начи-
нается вторичный рост свеклы (вновь появляются листья), на
что затрачивается часть сахара. Получается свекла с понижен-
ной! сахаристостью и низкой! чистотой, дающая большой выход
мелассы.

На поливных землях Средней Азии (Казахская ССР и Кир-
гизская ССР), где лето жаркое и длительное, свекла может да-
вать высокие урожаи. Она вполне вызревает и хорошо хранится.

В условиях Южной Сибири (Алтайский край и Минусинский
район Красноярского края) вырастает свекла, характерная для
континентального климата, т. е. с большим количеством вредного
азота. Кроме того, при малом вегетационном периоде (134 дня)
свекла здесь часто не вполне вызревает (масса корня меньше
массы листьев), что снижает содержание в ней сахара. Поэтому
чистота сока обычно низка и выход мелассы повышенный.

Удобрение и агротехника. На урожайность и на ка-
чество свеклы большое влияние оказывают агротехнические ме-
роприятия и удобрение. Они могут частично сгладить неблаго-
приятные климатические условия. Например, искусственное оро-
шение в Средней Азии способствует получению прекрасных
урожаев свеклы, тогда как без орошения это было бы невозмож-
но. Для районов с коротким вегетационным периодом важен
возможно ранний посев и применение суперфосфата в рядки при
посеве, что ускоряет вызревание свеклы. Чрезмерное применение
одностороннего азотистого удобрения, наоборот, замедляет соз-
ревание свеклы и снижает содержание в ней! сахара.

Сорт свеклы имеет огромное значение. Высокая сахаристость
и урожайность свеклы поддерживаются непрерывными усилия-
ми селекционных станций. Простая репродукция семян без се-
лекции быстро приводит к вырождению сахарной свеклы, к сни-
жению содержания в ней сахара.
Хранение свеклы. Даже при нормальном, хорошем
хранении свеклы все же теряется сахар на дыхание и повышает-
ся количество несахаров, т. е. чистота сока свеклы понижается
и выход мелассы увеличивается. Количество вредного азота при
хороших условиях хранения почти не возрастает.

При действии микроорганизмов, а также при прорастании
свеклы убыль сахара и понижение чистоты ускоряются, кроме
того, увеличивается количество вредного азота, инвертного саха-
ра и растворимых пектиновых веществ. Нерастворимые пектино-
вые, вещества делаются менее устойчивыми, поэтому порченую
свеклу приходится перерабатывать на диффузии при понижен-
ной температуре.

Подмороженная и оттаявшая свекла всегда содержит боль-
шие количества инвертного сахара (до 1—2%).

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ХИМИЯ УГЛЕВОДОВ

В данной главе приведены подробные сведения о свойствах
и реакциях углеводов, имеющих ближайшее отношение к сахар-
ному производству, по совсем не излагается учение о систематике
углеводов, о сложных синтезах их, о всевозможных производных
углеводов (метилирование, ацетилирование и т. п.).

Для сахарного производства имеют значение лишь немногие
из углеводов: из моносахаридов, или моноз,— глюкоза, фруктоза,
галактоза и арабиноза; из полисахаридов I класса, или олиго-
сахаридов,— сахароза, раффиноза, кестоза; из полисахаридов
II класса, или высокополимерных сахаров,— клетчатка и геми-
целлюлоза.

Моносахариды

Из моносахаридов наиболее важны для сахарного производ-
ства глюкоза и фруктоза как элементы, из которых построена
молекула сахарозы, а также потому, что всегда присутствующий
в свекле продукт распада сахарозы — инвертный сахар — являет-
ся смесью глюкозы и фруктозы (следовало бы называть эту
смесь не инвертным сахаром, а просто редуцирующими, т. е. вос-
станавливающими фелингову жидкость, веществами, так как в
соке свеклы обычно содержится смесь глюкозы и фруктозы со-
всем не в равных количествах, а всегда глюкозы значительно
больше, чем фруктозы).

Галактоза представляет интерес как составная часть раффи-
нозы, содержащейся в свекле. Из пентоз большое значение имеет
арабиноза как составная часть гемицеллюлозы.

Формулы моноз, имеющих важное значение для сахарного
производства, следующие:
d-глюноза

н-с=о

I
н-с-он

НО-СгН
н-с-он
н-6-он
н2с-он

d-фруктоз а

н2с-он

<Г°

но-с- н
Н-(^-ОН

н-с-он

НрС-ОН

d-галактоза
н-с=о
н-с-он
но-с-н
но-с-н

н-с-он
н26-он

i-арабиноза

н-с^о

н-с-он

но-с-н

НО-(р- н

н2с-он

Это так называемые карбонильные формулы (с альдегидной
или кетонной группой). Они хорошо объясняют все главные ре-
акции сахаров, поэтому ими и следует пользоваться. Однако сле-
дует учитывать, что раствор какой-либо монозы представляет
собой находящуюся в подвижном равновесии смесь трех изоме-
ров: карбонильного (его обычно содержится очень немного) и
двух кольцевых форм (а и р), получающихся замыканием коль-
ца от карбонильного углерода. В таком кольце имеются пять
атомов углерода и один атом кислорода (это понятно с точки
зрения теории напряжения Байера, так как первый и пятый ато-
мы углеродной цепи весьма близки один к другому в простран-
стве и могут поэтому вступать в реакцию). Такое кольцо (пять
атомов углерода и один атом кислорода) в органической химии
называется кольцом пирана, поэтому кольцевые формы моноз
можно назвать пиранозами. При образовании кольцевых форм
моноз исчезает карбонильная двойная связь кислорода и появ-
ляется новый асимметричный атом углерода. Поэтому возможны
и имеются в действительности два кольцевых изомера для каж-
дой из моноз. Все это видно из приводимых формул изомеров
для глюкозы (аналогичные формулы легко написать и для про-
чих моноз):

cZ-d- глюкоза
(cl-d-глюнбпираноза)

d-глюноза ( карбо-
нильная срорма)

н—<р—он
н-с-он

но-с-н о

Н-(р-ОН

н-с-----

н2 с-он

H-(j>O
н-с-он

но-с-н

н-<р-он
н-с-он

н2 с-он

/З-d-глюкоза

(|5- d-глюкопираноза)

но—с—н

н—6-он

но-с-н о

н—с-он

н-с-------

н2 с-он
Так как в растворе гексоза в карбонильной форме содержит-
ся лишь в небольшом количестве (около 1%), то гексозы не
дают некоторых реакций карбонильных групп, например не реа-
гируют с фуксиносернистой кислотой.

В твердом состоянии удается получить отдельно в чистом ви-
де а- или р-форму гексоз. Например, при кристаллизации из
водного раствора получается а-глюкоза, а при кристаллизации
из раствора в пиридине— р-глюкоза.

а- и р-формы моноз имеют каждая свою особую удельную
вращательную способность в водном растворе. Например, для
а-глюкозы [а]д = +112,2°, а для р-глюкозы [а]д = +18,7°. Рас-
творяя а-глюкозу, мы и получаем в первый момент вращатель-
ную способность +112,2°, но постепенно часть а-глюкозы пере-
ходит в р-глюкозу и вращательная способность уменьшается.
Когда наступает равновесие между а- и p-формами, мы получаем
обычную вращательную способность водного раствора глюкозы
( + 52,74°), соответствующую смеси 36,5% a-формы и 63,5%
P-формы глюкозы.

Итак, вначале имеем вращательную способность, равную
+ 112,2°, которая затем уменьшается почти в 2 раза, снижаясь
до +52,74°. Такое явление называется мутаротацией, или муль-
гиротацией. Она оказывается обычной для растворов моносаха-
ридов. Равновесие и окончательная вращательная способность
наступают медленно при обычной температуре и очень быстро
при нагревании или в присутствии кислот и особенно щелочей
(аммиак).

а- и p-формы моноз могут существовать также в виде таких
изомеров, у которых кольцо содержит не пять, а четыре углерод-
ных атома и кислородный мостик связывает первый и четвертый
углеродные атомы. Такое кольцо является кольцом фурана, по-
этому эти изомеры моноз называются фуранозами. Фуранозы
менее устойчивы, чем пиранозы, так как кольцо фурана является
напряженным кольцом. Поэтому фуранозы легко перегруппиро-
вываются в пиранозы.

Строение циклических форм моносахаров особенно хорошо
изображается перспективными формулами, предложенными
Хэуорзсом:

</ -d- гл ю коп и райо за

£-tf-гл юкоп и ра ио з а

НоСОН

S\h но/г
н оу_____ф'сн2он

I I

но н

>0-д'-<рруктосрураноза
Физические свойства. d-Г л го к о з а, или декстроза, или ви-
ноградный сахар C6Hi2O6; гидрат С6Н|2О6-Н2О. <

1) Растворимость глюкозы в воде с повышением температу-
ры быстро увеличивается. В насыщенном водном растворе при
различной температуре содержится следующее количество глю-

козы: <

Температура, °C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Содержание глюко-

зы, %........... 35,0 41,6 47,7 54,6 61,8 70,9 74,7 78,0 81,3 84,6

При температуре выше 50° С выкристаллизовывается лишь
глюкоза без кристаллизационной воды.

2) Относительная плотность водных растворов d может быть
выражена формулой

с?4° = 0,99840 + 0,003788/? + 0,00001412/?2,

где р— процент глюкозы в растворе (в пределах от 4 до 30).

3) Вращательная способность водных растворов

[а]дП = 52,50 + 0,0188/? + 0,000517/?2 (/?— от 0 до 35% по массе).

d-Ф р у к т о з а, или левулеза, или плодовый сахар С6Н12О6;
гидрат (СбН12О6)2-Н2О.

1) Растворимость в воде больше, чем у глюкозы:

Температура, °C . . 20 30 40 50 55

Содержание фруктозы,

% ............. 78,5 81,6 84,3 86,9 88,1

2) Вращательная способность:

[а]о° =—(91,50 + 0,133/?),

где р — содержание фруктозы, % по массе.

Итак, фруктоза сильно вращает плоскость поляризации вле-
во. Вращательная способность значительно изменяется с темп?
ратурой —• с повышением температуры левое вращение делается
меньше, что учитывается следующей формулой:

(aJ/j (ajo + (0,566 — 0.0028С) (t — 20),

где t — температура, ° С;

С — концентрация водного раствора фруктозы, е/100 мл.

d-Галактоза СбН12О6; гидрат СбН12О6-Н2О; имеет враща-
тельную способность [а]р° = +80,2°, которая с повышением тем-
пературы уменьшается приблизительно на 0,3 на каждый градус.

/-Арабиноза C5I+0O5; имеет вращательную способность
[а]20 =+104,5°.

Химические свойства обусловливаются наличием в молекуле
моносахаридов карбонильной и гидроксильных групп.

54
Карбонильная (альдегидная или кетонная) группа дает:

1) реакции присоединения (благодаря двойной связи в кар-
бонильной группе), например образование глюкозидов, озазонов,
оксимов, циангидринов;

2) реакции окисления в одно- и двухосновные кислоты;

3) реакции восстановления в многоатомные спирты;

4) реакции осмоления под влиянием щелочей при нагрева-
нии с образованием ряда сложных продуктов со свойствами
кислот.

Гидроксильные группы также проявляют себя в ряде ре-
акций:

1) образование ацетильных производных (сложные эфиры);

2) образование метильных производных;

3) образование с металлами алкоголятов, которые здесь на-
зываются сахаратами.

Кроме того, монозы могут изменяться вследствие нагревания
этих веществ или растворов их и вследствие нагревания с кис-
лотами. Они могут также бродить, давая спирт или кислоты.

Из перечисленных реакций будут рассмотрены лишь немно-
гие, имеющие производственное значение, а именно: действие
щелочей (так как в производстве на дефекации на монозы дей-
ствует известь) и брожение.

Действие щелочей. При действии щелочей раствор глюкозы
и других моноз окрашивается в коричневый цвет (осмоление),
вращательная и редукционная способность их уменьшаются до
нуля, образуется ряд продуктов. При этом, смотря по условиям
реакции, бывает перевес в сторону получения то одного, то дру-
гого из них. Такая реакция происходит и при очистке сока свеклы
на сахарном заводе под действием извести. Поэтому необходимо
подробнее изучить действие щелочей на монозы. Реакции, проис-
ходящие при этом, удобнее всего рассматривать в порядке на-
растающей! энергии воздействия щелочей, например, на глюкозу
(концентрация, температура, продолжительность воздействия).

а) Образование глюкозатов происходит при действии на
раствор глюкозы щелочей NaOH, Са(ОН)2 и других на холоду.
Глюкозаты аналогичны алкоголятам — это соединения, являю-
щиеся продуктом замещения водорода гидроксильных групп
глюкозы металлом. Здесь проявляются кислотные (очень сла-
бые) свойства моноз; константа электролитической диссоциации
глюкозы как кислоты при 18° С равна 3,6-10-13, а фруктозы
6,6-10-'3. Как соли очень слабой кислоты, глюкозаты в водном
растворе частично гидролизуются и имеют щелочную реакцию.
Физико-химические отношения растворов глюкозатов качествен-
но те же, что и растворов сахаратов, получаемых с сахарозой.
О них подробно будет сообщено дальше.

б) Превращение одних моноз в другие путем внутренней пе-
регруппировки под влиянием небольших количеств щелочей при
нагревании (также и на холоду, во медленнее: неделя на холоду
вместо 15 мин при 100°С), например при действии 1 г NaOH на
20 г глюкозы в 100 мл воды. Таким образом глюкоза частично
превращается в маннозу и фруктозу.

Для объяснения реакции предполагают промежуточное обра-
зование энольной формы.

н-с=о
н-с-он

НО—С—Н
н-с-он
Н-С-ОН
н2 С-ОН

Глюкоза

н—с=о
но-с-н
НО-С-Н
н-с-он
н-с-он н-с-он
с-он / н2с-он
______^НО~С“~Н Манноза

н-с-он'Х Н2С-ОН
Н-С-ОН X с=о
н2с-он но-с—н

Эмольнав форма Н С ОН

глюкозы (маннозы . ।_J._«

и фруктозы) П т- ОН

н,с—он

При этом наблюдается постепенное падение вращательной
способности раствора до нуля, иногда, на холоду,— до неболь-
ших левых вращений.

Редукционная способность (восстановление меди) также па-
дает до 70—80% первоначальной величины; следовательно, кро-
ме взаимных превращений моноз, при этих условиях идут уже и
более сложные их изменения с утратой свойств моноз.

В результате вместо 100 частей d-глюкозы остается 82 части
моноз, из которых оказывается 49 частей d-глюкозы, пять частей
d-маннозы и 28 частей d-фруктозы (при действии 2,5%-ным КОН
на 20%-пый раствор при кипячении в течение 5 мин}.

в) В небольшом количестве образуется ряд сильно окрашен-
ных высокомолекулярных кислот («осмоление»). Большая часть
их оказывается в растворе, некоторые — в осадке (гуминовые
кислоты).

Предлагаемые формулы ненадежны, весьма разнообразны, но
все они отличаются большим содержанием углерода; это как бы
углерод, потерявший уже больше половины элементов воды, как
бы промежуточные соединения на пути к обугливанию углеводов.

г) Сахариновые кислоты и сахарин. При очень продолжи-
тельном воздействии избытка извести или NaOH на холоду или
в течение 3—4 ч при кипячении глюкоза (и другие монозы) об-
56
разует сахариновую кислоту 1 в виде ее соли в растворе:

СН2ОН • СНОН • СНОН • СНОН • СНОН • СНО =

Глюкоза

= СН2ОН • СНОН • СНОН • сон соон.

(*:н3

Сахариновая кнслота

Если удалить известь (щавелевой кислотой) и выпарить рас-
твор, то выкристаллизовывается лактон сахариновой кислоты —
так называемый сахарин:

СН3

СН2ОН • СН - СНОН • сон - со,

который со щелочами легко образует соли сахариновой кислоты.

Свойства сахарина: растворяется в воде (в восьми частях при.
15°С), в алкоголе и эфире. Растворы несладки2, не восстанав-
ливают фелинговой жидкости. Известь и Ва(ОН)г сахариновую
кислоту не осаждают, не осаждает ее также и свинцовый уксус,,
но осаждает свинцовьш уксус с аммиаком. Сахарин вращает пло-
скость поляризации вправо

[a]D = +93,5°.

д) d и /-Молочная кислота получается из глюкозы и фрукто-
зы при более энергичном воздействии избытка NaOH вместе с
сахариновой кислотой; таким образом, можно превратить в мо-
лочную кислоту до 50—60% глюкозы. Реакция такова:

СН2ОН • СНОН • СНОН • СНОН • СНОН • СНО = 2СН3 СНОН • соон.

Глюкоза Молочная кнслота

Молочная кислота не образует нерастворимых солей ни с из-
вестью, ни со свинцовым уксусом. Она растворима в спирте и
эфире. Молочная кислота накопляется в мелассе при переработ-
ке свеклы, содержащей инвертный сахар.

Растворимость в воде кислот, получаемых при действии щелочи на глю-
козу или фруктозу, характеризуется данными табл. 6 (знак «плюс» обозна-
чает растворимое и знак «минус» — нерастворимое соединение):

1 Кроме того, образуются частично и изомерные кислоты: метасахарино-
вая, изосахариновая и парасахариновая.

2 Не следует смешивать этот сахарин с очень сладким суррогатом са-
харозы, который также носит название «сахарин» (он в 500, раз слаще са-
харозы):
Таблица 6

Растворимость в воде кислот, образующихся при действии щелочей
иа глюкозу или фруктозу

Осаждающий реактив

Кислоты

свободная
кислота

свинцовый свинцовый свинцовый

+NH4OH уксус сахар

Ва(ОН)2
или

Са(ОН)2

NaOH или
КОН

Молочная . . .
Сахариновая
Глюциновая .
Сахарумовая
Апоглюциновая
Мелассиновая .
Гуминовые . .

+
+
+
+
+
+

Примечание. Последние .четыре кислоты окрашены в бурый цвет и
являются высокополимерами.

Брожение. Под влиянием микроорганизмов глюкоза и фрук-
тоза легко бродят и превращаются в ряд новых веществ.

Из таких видов брожения следует отметить алкогольное, мо-
лочнокислое, маслянокислое и слизевое.

а) Алкогольное брожение под влиянием дрожжей идет по
уравнению

С6Н12О6 = 2СО2 + 2СН3СН2ОН.

Галактоза сбраживается гораздо медленнее, чем глюкоза и
фруктоза. Эта реакция является основой производственных про-
цессов спиртовой промышленности (между прочим, и при произ-
водстве спирта из мелассы, полученной с сахарных заводов).
Оптимальная температура для развития дрожжей — около 30° С
и максимальная — 40° С. При температуре 68—70° С они поги-
бают. Оптимальное развитие дрожжей идет при слабокислой ре-
акции.

Все это указывает на то, что в сахарном производстве, где
температуры обычно выше 68° С, а соки щелочные, спиртовое
брожение имеет малое значение.

б) Молочнокислое брожение вызывается рядом молочнокис-
лых бацилл (палочки, не дающие спор). Уравнение реакции

С6Н12О6 = 2СН3 - СНОН • СООН.

Оптимальная температура 30—45° С. При температуре 70° С
бациллы молочнокислого брожения уже погибают.

в) Маслянокислое брожение вызывается маслянокислыми
бактериями, которые образуют споры и являются бактериями
58
анаэробными, т. е. развиваются хорошо лишь в отсутствие воз-
духа. Брожение, вызываемое маслянокислыми бактериями, мо-
жет быть выражено уравнением

С6Н12О6 = 2Н2 + 2СО2 + СН3 СН2 • СН2 - СООН.

Оптимальная температура — от 35 до 40° С. При температуре
50° С развитие маслянокислых бактерий уже прекращается.

г) Слизевое (декстранное) брожение вызывается особой бак-
терией «лейконосток» (Leuconostoc mesenteroides). Бактерия эта
образует вокруг себя студенистую оболочку (капсулу), что при-
дает ее колониям вид лягушечьей икры. Появление такой икры
часто наблюдается на сахарных заводах. Поэтому на рассмотре-
нии этой бактерии следует остановиться подробнее.

Она выдерживает нагревание до температуры выше 80° С,
а когда окружена желатинозной оболочкой, то даже до 87—88° С.
До температуры 43° С она еще способна размножаться. Поэтому
следует принимать меры, чтобы нигде на заводе температура
соков не опускалась ниже 50° С. Во всяких мертвых углах аппа-
ратов, где понижена циркуляция и возможен застой и охлажде-
ние сока, может развиваться лейконосток, например в мернике
диффузионного сока и диффузорах, даже в каплеуловителях вы-
парки; нам приходилось его встречать даже в контрольном ящи-
ке сатурации.

Желатинозная оболочка (декстран) является продуктом
ассимиляции этой бактерии, но не продуктом брожения. В ре-
зультате брожения образуется молочная кислота. Следователь-
но, брожение это не совсем точно называется «слизевым», или
«декстранным». Лишь в присутствии избытка питательных ве-
ществ образуются желатинозные капсулы, иначе же бактерия
может давать и голые формы (без капсул). Слабощелочная сре-
да оказывается благоприятной для развития лейконостока.

Борьба с развитием лейконостока необходима, так как декст-
ран весьма затрудняет фильтрацию соков.

Вращательная способность декстрана равняется +200°. При
кипячении с кислотами, присоединяя воду, декстран количествен-
но превращается в глюкозу.

Полисахариды I класса (олигосахариды]

Сахароза (тростниковый сахар)

Сахароза как главная составная часть свеклы и продукт са-
харного производства должна быть рассмотрена подробнее. Как
видно из формулы С12Н22О11, сахароза представляет собой слож-
ный сахар-дисахарид — соединение rf-глюкозы с (/-фруктозой.
Сахароза

н2с-он

но-с-н о
н—ср-он I
н—с-------1

н2с-он

d-d- глюкопираноза

НО-С-Н I
Н-£-ОН |
н-с-----------1

н2с-он
/?-</-<рруито<рураноза

Легкая расщепляемость сахарозы и способность ее легко
инвертироваться объясняются наличием у сахарозы неустойчи-
вого фуранового кольца. При инверсии сахарозы получается
d-глюкоза и обычная p-d-фруктопираноза, так как p-d-фрук-
тофураноза перегруппировывается в нее в момент инверсии.

Перспективный вид формулы сахарозы таков:

Физические свойства. 1. Кристаллы сахарозы принадлежат к
моноклинической системе, имеют сложную многогранную форму.
Относительная плотность кристаллов сахарозы d\5 = 1,5879.

2. Растворимость сахарозы в воде значительна. Она быстро
растет с повышением температуры.

Растворимость сахарозы определялась рядом исследователей.
Были предложены формулы для интерполяции, по которым со-
ставлен ряд таблиц растворимости. В СССР принята в настоя-
щее время таблица растворимости сахарозы, рассчитанная
И. Н. Кагановым. Она приведена нами в Приложении (табл. 2).

Хорошо изучены относительная плотность растворов сахаро-
зы и их коэффициенты преломления, так как они являются осно-
вой дензиметрических и рефрактометрических методов анализа
в сахарном производстве.

В этиловом спирте (абсолютном) сахароза не растворяется.
В смесях же спирта с водой растворимость тем больше, чем
больше воды содержит смесь.
То же самое относится и к растворимости в метиловом спирте.

3. Тепловые свойства. Теплоемкость кристаллического сахара
с = 0,2387 + 0,00173/ ккал/(кг• град) [999,38—7,24 дж) (кг-град)],
где t — температура. Следовательно, между температурой 22 и
51° С средняя теплоемкость с = 0,3019 (Hess).

Для водных сахарных растворов теплоемкость в зависимости
от процента содержания сахарозы и от температуры выражается
формулой (Яновский)

с = 1 — (0,6 — 0,0018/) .

При растворении сахара в воде наблюдается поглощение теп-
лоты: около 0,8 ккал (3,35 кдж) на 1 г-мол сахара. Следователь-
но, при кристаллизации сахарозы, наоборот, должна выделяться
теплота. Однако, по Вертело, этот эффект зависит от темпера-
туры растворения: при 12°С он равен —0,79 ккал (3,31 кдж),
при 31°С — 0, а при 100°С составляет +3,00 ккал (12,56 кдж).

Теплота сгорания сахарозы равна 3941 кал (16,5 кдж) на
1 г сахарозы. Температура плавления сахарозы равняется 188° С.

4. Вращение плоскости поляризации растворов сахарозы пра-
вое. Удельная вращательная способность очень мало зависит от
концентрации и температуры. Поэтому сахарозу особенно удоб-
но определять поляриметрическим методом:

[а]о = 66,469 + 0,00870с — 0,000235с2,

где с — число граммов сахарозы в 100 мл.

В среднем

Md = + 66,50°.

Зависимость вращательной способности от температуры мала:

’Mo = [а]р [1 — 0,000217 (t — 20)].

Для растворов в этиловом спирте (70 %-ном) вращательная
способность на 0,16 больше, чем в воде.

На вращательную способность сахарозы значительно влияют
щелочи и соли слабых кислот, имеющие вследствие гидролиза
щелочную реакцию (сода, бура). Вращательная способность при
этом понижается. Например, если на молекулу сахарозы имеется
в растворе две молекулы извести, то вращательная способность
будет равна 51,8 вместо 66,5. Это объясняется образованием саха-
ратов. Аммиак на вращательную способность сахарозы не влияет
(при концентрации NH3 не более 10%), так как является очень
слабым основанием.

Инверсия. Под влиянием кислот сахароза в водном растворе,
присоединяя воду, распадается на глюкозу и фруктозу. Ион во-
дорода кислоты действует при этом как катализатор. Получен-
ная смесь глюкозы и фруктозы вращает плоскость поляризации
уже не вправо, как сахароза, а влево, так как левая вращатель-
ная способность образовавшейся фруктозы больше правого вра-
щения глюкозы; происходит превращение правого вращения в
левое, вследствие чего и реакция эта названа инверсией саха-
розы.

Реакция инверсии:

-р Н2О = С6Н12О6 ~ с6н12ов.

Сахароза Глюкоза Фруктоза

Реакция — бимолекулярная, т. е. идет между двумя молеку-
лами: сахар и вода. Но если рассматривать реакцию инверсии
в разбавленных водных растворах, то количество воды будет ма-
ло изменяться, так как лишь незначительная часть ее будет свя-
зываться с сахарозой. Меняться постепенно будет только коли-
чество сахарозы, а реакция, таким образом, будет идти как мо-
номолекулярная и необратимая (глюкоза с фруктозой обратно
под влиянием кислоты не соединяется). Законы таких реакций
были изучены именно путем наблюдения инверсии (Вильгельми).

Так как при нормальной работе сахарного завода никогда не допуска-
ют значительной инверсии сахарозы, то концентрацию сахарозы можно счи-
тать почти постоянной: лишь ничтожно малая доля этой концентрации
затрачивается на образование инвертного сахара. Поэтому можно здесь при
вычислении накопившегося инвертного сахара обойтись без обычного лога-
рифмического уравнения мономолекулярной реакции. По закону действую-
щих масс количество образовавшегося инвертного сахара i должно быть
пропорционально начальной концентрации сахарозы 50 (действующая масса)
и времени т, т. е.

t=cS0T. (1)

Коэффициент пропорциональности с выражает скорость инверсии: он
показывает, сколько образуется инвертного сахара в единицу времени
(т = 1) при начальной концентрации сахарозы, равной единице (S0=l).
Время будем выражать в минутах; г и So можно выражать в любых, но оди-
наковых мерах (например, если So выражено в процентах по массе раство-
ра, то и i будет найдено в процентах по массе раствора; если же принять..
So = 100, то найдем i — количество инвертного сахара на 100 частей са-
харозы).

Скорость инверсии, т. е. коэффициент с, пропорционален концентрации
ионов водорода [Н’], так как ион водорода является катализатором реак-
ции. Следовательно,

с с0[Н|. (2)

Здесь с0 — коэффициент, уже не зависящий от концентрации ионов во-
дорода, но Со весьма быстро увеличивается с повышением температуры;
температурный коэффициент реакции инверсии - - около 3.

В табл. 7 приведена величина коэффициента с<> для различных температур.

Пример. Кислый сахарный раствор с pH 6,0 (т. е. [Н'] = 10~с) на-
гревается 60 мин при температуре 100е С. Найдем количество инвертного са-
хара, образовавшегося на 100 частей сахарозы.

По табл. 7 найдем с0 = 26,797 (для температуры 100°С). Следователь-
но, с = 10“6 • 26,797 и ( = cSot = 10 е -26,797 • 100 - 60 — 0,16% от всего имею-
щегося сахара. При pH 5 (т. е. [Н‘ ] = 10 5) нашли бы уже значительное-
(в 10 раз большее) количество инверта — 1,6%.
Таблица 7

Константы инверсии сахарозы (с0)

Температура, °C Со Температура, °C Со
50 0,1145 80 3,303
60 0,3806 90 8,922
70 1,182 100 26,797

Действие щелочей. Щелочи (и щелочные земли) не разла-
гают и не осмоляют сахарозу (отличие от моноз), так как саха-
роза не содержит ни свободной альдегидной, ни кетонной группы.

1. Щелочи с сахарозой дают сахараты, т. е. соединения типа
алкоголятов. Таким образом, сахароза играет здесь роль как бы
слабой кислоты. Константа электролитической диссоциации саха-
розы как кислоты при температуре 25°С равна 3-10~13 (Смолен-
ский и сотрудники, также Гирш и Шлаге). Эта точка зрения на-
шла в последнее время новое подтверждение и значительное раз-
витие в работах С. Е. Харина и И. П. Палаш {13J, а также
С. 3. Иванова и Е. С. Лыгина: изучено образование сахаратов
калия и натрия с сахарозой, глюкозой и фруктозой при повышен-
ных температурах — до 90° С. Оказалось, что константы электро-
литической диссоциации сахаров значительно меняются с темпе-
ратурой [14].

Ряд сахаратов был получен в твердом виде путем осаждения
алкоголем из растворов, содержащих сахарозу и щелочь, напри-
мер С12Н210цЫа — однонатриевый сахарат, С12Н22О11-СаО—
однокальциевый сахарат.

Для производства большое значение имеют не эти твердые
препараты сахаратов, а физико-химические отношения сахара-
тов в водных растворах.

2. Разберем, например, реакцию образования однонатриево-
го сахарата:

Н | + Na‘ | ОН' -> НОН + Na | С12Н210ц (3)

Сахароза как Сахарат натрия

кислота

Следовательно, реакция состоит в том, что ион водорода из
сахарозы, действующей как слабая кислота, соединяется с ионом
гидроксила щелочи и дает очень слабодиссоциированную моле-
кулу воды; рядом остается то, что мы называем сахаратом,—
соль металла и сахара как кислоты.

Если бы сахароза была сильной кислотой, например как НС1,
то реакция шла бы только в сторону, указанную стрелкой в урав-
нении (3); вся щелочь могла бы быть нейтрализована сахаром.
На самом деле, как бы много сахарозы мы ни брали, смесь ее,
хотя бы и с очень малыми количествами NaOH, имеет щелочную
63
реакцию. Это объясняется тем, что сахароза весьма слабая (ела-
бодиссоциированная) кислота, а вода диссоциирует (хотя и очень
слабо) на ионы Н' и ОН'. Поэтому, кроме реакции (3) образо-
вания сахарата, идет одновременно и обратная реакция гидро-
лиза (разложения водой) сахарата:

NaC12H21Ou |- Н । ОН -» C12H22OU + Na ОН', (4)

Сахарат Сахароза

т. е. анион (С12Н21ОЦ)', встречаясь с ионом Н' , получаемым при
электролитической диссоциации воды, обратно дает сахарозу и,
следовательно, в свободном состоянии остаются ионы Na'
и ОН'.

Объединяя реакции, выраженные в уравнениях (3) и (4),
можем написать

Cj2H22On + NaOH' Н2О + NaCl2H21Ou,

т. е. при смешивании водных растворов сахара и щелочи мы име-
ем подвижное равновесие двух противоположных реакций; в рас-
творе имеется и сахар, и щелочь, и некоторое количество саха-
рата.

Которая из двух реакций (3) или (4) преобладает, зависит
от условий и соотношения количества сахарозы, щелочи и воды.

а) Если мы будем брать более разбавленные растворы, то
будет преобладать реакция гидролиза (4), так как, разбавляя
растворы, мы увеличиваем действующую массу воды (Н‘ ОН'),
что и вызывает преобладание данной реакции как реакции с
ионом Н' из воды. Наоборот, в более концентрированных рас-
творах сахарозы и щелочи больший процент их идет на образо-
вание сахарата.

б) Если брать избыток щелочи по сравнению с сахарозой,
то щелочь будет оставаться в свободном состоянии, но зато боль-
ший процент сахарозы превратится в сахарат; увеличенная дей-
ствующая масса щелочи даст преобладание реакции (3).

в) Если взять избыток сахарозы по сравнению со щелочью,
то значительная доля сахарозы останется не превратившейся в
сахарат, но своей массой она даст преобладание реакции (3),
и более значительная доля Na' ОН' войдет в состав сахарата.

г) Температура оказывает огромное влияние на равновесие
в сахаратном растворе, так как при повышении температуры
чрезвычайно сильно увеличивается электролитическая диссоциа-
ция воды.

Температура, °C. . 20 40 60 80 99

Константа диссо-

циации воды х

Х№4 ......... 0,86 3,80 12,60 34,10 73,96

Следовательно, при температуре 99° С вода в 86 раз более
диссоциирована, чем при 20° С. Это вызывает преобладание ре-
акции гидролиза сахарата (4), т. е. реакции именно с ионом Н'.
64
Итак, при повышении температуры резко уменьшается образо-
вание сахаратов; они особенно сильно гидролизуются *.

3. Образование сахаратов обнаруживается в целом ряде яв-
лений, которые могут изучаться на опыте и из которых мы мо-
жем делать заключения о количестве образовавшегося сахарата.
Главнейшие из этих явлений следующие.

а) Если измерить концентрацию ионов гидроксила [ОН'} в
чистом водном растворе щелочи и в том же растворе в присут-
ствии сахарозы, то эта последняя концентрация будет значитель-
но меньше (или, что равносильно, [Н ’] больше). Это обозначает,
что образовался сахарат, т. е. ионы Н’ из сахарозы связали
ОН'-ионы в воду.

Измерение ОН7 и Н’ можно провести электрометрически или
колориметрически, или же по измерению скоростей реакций,
для которых ОН7 является катализатором (например, омыление
этилацетата).

б) Выше мы говорили, что в присутствии щелочи вращатель-
ная способность сахарозы оказывается ниже, так как образовав-
шийся сахарат имеет меньшую вращательную способность. На-
блюдая понижение вращательной способности, можно также вы-
числить количество образовавшегося сахарата.

в) Для плохо растворимых оснований, как Са(ОН)2,
Sr (ОН) 2, образование сахаратов обнаруживается в повышении
растворимости этих оснований: в растворах сахара они гораздо
лучше растворимы, чем в чистой воде. Это объясняется образо-
ванием сахаратов. Сама по себе известь так же плохо раство-
ряется в сахарном растворе, как и в воде, но сахароза образует
растворимый сахарат кальция, поэтому в растворе ока-
зывается уже гораздо большее количество извести. Здесь предел
растворимости устанавливается гидролизом: часть сахарата всег-
да гидролизирована, следовательно, наряду с сахаратом кальция
в растворе имеется и гидрат окиси кальция как продукт гидро-
лиза. Когда в раствор переходит больше извести в виде сахарата,
то там больше оказывается и свободного гидрата окиси кальция.
Раствор сахарозы будет насыщен известью, когда получающийся
вследствие гидролиза гидрат окиси кальция будет представлять
собой уже насыщенный водный раствор.

Все перечисленные выше методы изучения образования саха-
ратов были использованы проф. К- Смоленским и его сотрудни-
ками [14]. В последнее время С. 3. Ивановым и С. Е. Хариным
проведены широкие исследования при более высоких температу-
рах— до 90° С [14].

1 Следует заметить, что согласно новым исследованиям С. Е. Харина и
С. 3. Иванова с их сотрудниками температура, кроме того, влияет и на кон-
станту электролитической диссоциации сахаров, о чем уже было сказано
выше.

3 Заказ 905 65
В табл. 8 дана по работе К- Смоленского и В. Жеро раство-
римость извести в сахарных растворах в зависимости от кон-
центрации сахара и от температуры. Работы К. Смоленского
весьма четко и стройно подтверждают изложенную выше тео-
рию образования и гидролиза сахаратов.

Таблица 8

Растворимость СаО (в г в 100 мл) в воде и в сахарных растворах
(по К. Смоленскому и В. Жеро)

Сахароза, г/100 ли Температура, °C
0 20 40 60 80
0,0 0,136 0,127 0,110 0,089 0,072
1,5 0,253 0,176 0,133 0,119 —
3,0 0,477 0,281 0,201 0,146
6,0 1,173 • 0,661 0,311 0,213 0,131
12,0 2,539 1,970 0,937 0,423 0,205
18,0 4,141 3,554 1,943 1,169 0,357
24,0 5,207 5,154 2,825 1,978 0,591
30,0 — 6,967 4,162 3,062 1,415
36,0 — — 5,216 3,729 2,502
pH (среднее) 12,60 12,50 12,27 12,21 —

Следует заметить, что Ван-Акен развивает в своих работах
совсем иной взгляд на сахараты кальция как на коллоидные
растворы извести в сахарных растворах {15]. Однако охват на-
блюдаемых явлений с этой точки зрения оказывается менее пол-
ным, а образование сахаратов натрия и калия остается совсем
без объяснения.

Работами проф. Смоленского и его сотрудников подтверж-
дено, что сахароза является чрезвычайно слабой многоосновной
кислотой; константа диссоциации для первой ступени (первый
ион водорода) 3-10 43 и для второй ступени —0,3 • 10~!3.

При значительном избытке оснований могут замещаться на
металл до шести водородов молекулы сахарозы. Это наблюдает-
ся при образовании сахаратов кальция.

4. Сахараты кальция. Известны три сахарата кальция, в ко-
торых замещены на кальций два, четыре или шесть водородов
сахарозы. Их формулы

С12Н22ОЦ • СаО • 2Н2О — однокальциевый (монокальциевый) сахарат,

С12Н22Оц • 2СаО — двухкальциевый (бикальциевый) сахарат,

С^Н^п • ЗСаО ЗН2О — трехкальциевый сахарат.

Два первых сахарата кальция растворимы в воде, а третий
плохо растворим. Образованием первых двух из них объясняет-
66
ся большая растворимость извести в сахарных растворах, чем в
воде. Этой растворимости должно быть уделено особое внимание
(табл. 9).

Таблица 9

Растворимость СаО в 13%-ном сахарном растворе в зависимости
от формы извести (Классен)

Температура, °C Процент СаО в растворе
куски негашеной СаО свежее известко- вое молоко старое известко- вое молоко
100 0,249 0,230 0,201
90 0,302 0,254 0,210
80 0,366 0,305 0,272
70 0,573 0,405 0,335
50 1,380 0,829 0,738

а) Относительно растворимости извести в воде и сахарных
растворах можно отметить следующее:

1) растворимость в сахарных растворах в несколько раз вы-
ше, чем в воде (образование сахаратов);

2) при повышении температуры растворимость в сахарных
растворах резко понижается, что объясняется усилением гидро-
лиза сахаратов при повышении температуры;

3) при увеличении концентрации сахара увеличивается рас-
творимость извести, что объясняется также большим количест-
вом образовавшихся сахаратов

Обращают внимание странные расхождения в данных о рас-
творимости извести в сахарных растворах у разных авторов и
странное явление зависимости растворимости от формы извести
по работам Классена (см. табл. 9): растворимость негашеной из-
вести оказалась значительно больше, чем гашеной, и менее всего
растворима известь старого известкового молока. Имеются еще
непонятные наблюдения Классена: обычно в первые 5 мин в
растворе оказывается больше извести, а при дальнейшем пере-
мешивании (60 мин) количество извести в растворе несколько
уменьшается, тогда как следовало бы ожидать обратного яв-
ления.

Эти явления можно понять и объяснить [16]. Физико-химия
учит нас, что определенную «нормальную» растворимость име-
ют лишь не слишком мелкие кристаллы. Для очень мелких ча-
стиц растворимость больше нормальной (иногда в 2—3 раза).
I кташеная известь является системой весьма высокой степени
дисперсности (размельчения). При обжигании углекальциевой /
соли углекислый газ улетучивается, а известь остается в виде '
губки весьма тонкого строения. Понятно, что растворимость та-
ких частиц будет выше нормальной, поэтому негашеная из-
весть лучше растворима, чем известковое молоко. При гашении

67
с небольшим количеством воды создаются благоприятные усло-
вия для процесса перекристаллизации — растворения более рас-
творимых мелких частиц и укрупнения за их счет более крупных,
по отношению к которым раствор оказывается пересыщенным.
Однако такая перекристаллизация происходит не моментально,
вследствие чего старое известковое молоко получается с более
крупными частицами и меньшей растворимостью. Изложенная
теория подтверждена нами на опыте: негашеную тонко размо-
лотую известь мы всыпали в воду и получали растворимость
в воде, в 1,51 раза большую нормальной; при этом было замече-
но, что излишек извести из пересыщенного раствора выпадал
лишь весьма медленно, т. е. известь обладает очень малой ско-
ростью кристаллизации.

Аналогичные воззрения и подтверждающие их опыты позд-
нее были развиты Рейндерсом и еще позднее Сальманом [16].
Рейндерс, например, наблюдал в течение первых 3 мин раство-
римость извести в сахарных растворах, которая в 3 раза превы-
шала обычную растворимость; следовательно, действительно на-
блюдается аномально большая растворимость чрезвычайно тон-
ких частиц извести.

б)Однокальциевый сахарат С12Н220ц-СаО • 2Н2О получается
не только в растворе, но и в твердом виде путем осаждения рас-
твора сахара и извести спиртом. В воде он хорошо растворим.

в) Двухкальциевый сахарат С12Н22Оц-2СаО выкристалли-
зовывается при охлаждении льдом насыщенного известью (нега-
шеной, порошком) сахарного раствора, в котором на одну моле-
кулу сахарозы приходятся две молекулы извести.

г) Трехкальциевый сахарат С12Н220ц-ЗСаО-ЗН2О имеет
важное значение, так как он плохо растворим в воде (около
1,06% при температуре 14,5° С; выражено в процентах сахара, пе-
решедшего в раствор). Поэтому образование трехкальциевого
сахарата используется для выделения сахара из мелассы (сепа-
рация по Стеффену). Имеются два метода получения трехкаль-
циевого сахарата:горячий и холодный.

При нагревании насыщенных известью сахарных растворов,
т. е. растворов одно- и двухкальциевого сахаратов, выпадает
осадок трехкальциевого сахарата:

3(С12Н22О11 СаО) = 2С12Н22ОЦ + С|2Н22ОП • ЗСаО.

Оди окал ьциевын Сахароза Трсхкальциспый

сахарат сахарат

3(С12Н22ОП - 2СаО) •-= С12Н22ОП |- 2 (С12Н22ОП - ЗСаО).
Двухкальциевып Сахароза Трехкалвцисвып

сахарат сахарат

Реакции эти можно объяснить так: при нагревании раствора
однокальциевый или двухкальциевый сахарат гидролизуется;
получаются сахар в известь; раствор оказывается пересыщен-
ным известью, которая должна была бы выпасть в осадок, но
68
так как она кристаллизуется медленно, то выпадает быстрее
кристаллизующийся и тоже плохо растворимый трехкальциевый
сахарат [16]. При охлаждении раствора гидролиз уменьшается и
сахарат вновь растворяется.

Таким образом, будут понятны и следующие явления: если
имеется избыток сахара в растворе по сравнению с известью, то,
несмотря на нагревание, трехкальциевый сахарат не получается,
так как избыток сахара (действие массы) затрудняет гидролиз
сахарата и освобождение извести; разбавление водой, наоборот,
усиливая гидролиз, облегчает выделение сахарата. Интересно и
важно отметить, что сахарат выпадает успешно из прозрачных
фильтрованных растворов сахарата, не содержащих взвешенно-
го избытка Са(ОН)2; если же имеется избыток нерастворивше-
гося Са(ОН)2, то при нагревании выпадает не трехкальциевый
сахарат, а Са(ОН)2. Наша теория объясняет это явление: когда
мы имеем готовый осадок Са(ОН)2, то мы облегчаем и ускоряем
выкристаллизовывание на эту готовую затравку дальнейших ко-
личеств Са(ОН)2, получаемых вследствие гидролиза при нагре-
вании, поэтому не успевает выпасть трехкальциевый сахарат, а
выпадает Са(ОН)2. При колебаниях температуры на дефекации
и сатурации трехкальциевый сахарат не выпадает, так как там
имеется избыток извести в осадке.

Трехкальциевый сахарат может быть получен также и на хо-
лоду (при температуре не более 35° С, лучше — не выше 15—
20°С); в сахарный раствор концентрацией 6—12% при энергич-
ном перемешивании всыпается тонкий порошок негашеной изве-
сти. При этих условиях лишь около 1 % сахара остается в рас-
творе, весь остальной сахар получаем в осадке в виде трехкаль-
циевого сахарата. Если применять известь в кусках или извест-
ковое молоко, трехкальциевый сахарат не образуется. Это явле-
ние объясняется [16] очень тонким строением известкового по-
рошка, причем каждая его пылинка является агломератом еще
более топких частиц; такой порошок дает аномально большую
растворимость извести; получается пересыщенный раствор изве-
сти, которая должна была бы выпасть из этого пересыщенного
раствора, но так как скорость кристаллизации извести очень ма-
ла, то выпадает трехкальциевый сахарат.

Трехкальциевый сахарат более растворим в воде, чем из-
весть. поэтому водный раствор над осадком этого сахарата всег-
да пересыщен известью. Если облегчить выпадение извести пу-
тем прибавления избытка суспензии Са(ОН)2, то постепенно
। ре.хкальциевый сахарат будет переходить в раствор, а известь
выпадать. Таким образом, трехкальциевый сахарат оказывает-
ся соединением неустойчивым, способным постепенно разлагать-
ся, давая Са(ОН)2 и одно- и двухкальциевый сахараты в рас-
творе. Разложение идет вообще медленно, но ускоряется при из-
бытке Са(ОН)2.
Трехкальциевый сахарат легко растворяется в сахарных рас-
творах, переходя в одно- и двухкальциевый сахарат.

^-12^22^11 ЗСаО -f- - ЗС12Н22О11 * СаО.

5. Сахараты стронция:

Q2H22OH • SrO 5Н2О — одностронциевый сахарат;

С^НгеОц • 2SrO — двустронциевый сахарат.

Одностронциевый сахарат образуется, так же как и одно-
кальциевый сахарат, путем растворения Sr(ОН)2-8Н2О в сахар-
ном растворе. Растворимость в сахарном растворе оказывается
также значительно больше, чем в воде (табл. 10). Разница от
соответствующих отношений для Са(ОН)2 в том, что раствори-
мость Sr (ОН) 2 в воде довольно значительна и с повышением
температуры не падает, как у Са(ОН)2, а очень быстро увеличи-
вается. Вследствие этого и в сахарном растворе при повышении
температуры растворимость Sr(OH)2, несмотря па гидролиз са-
харата, не падает, а растет.

Таблица 10

Растворимость SrO и одностронциевого сахарата в воде

Температура, СС Растворимость SrO, % по массе Растворимость С1£НгеО11 • SrO
сахароза, г! 100 мл SrO, г/100 мл
0 0,35 2,18 0,660
10 0,48 2,88 0,871
20 0,69 3,73 1,129
30 1,00 4,81 1,457
40 1,48 6,32 1,912
50 2,13 9,36 2,832
60 3,03 16,53 5,002
70 4,33 — —-
80 6,57 —— —
90 12,00 — ——
100 19,48 — —

Одностронциевый сахарат может быть получен с хорошим
выходом (70—75%) и в кристаллическом виде, если, например,
дать остыть приготовленному при температуре 70—75° С насы-
щенному раствору сахарата стронция (около 20% сахара в
растворе): при низких температурах (табл. 10) раствор оказы-
вается пересыщенным и сахарат выкристаллизовывается. Сле-
дует заметить, что если к пересыщенному раствору прибавить
кристаллов Sr(OH)2-8H2O, то вместо сахарата в осадок выкри-
сталлизовывается Sr(OH)2-8H2O. Одностронциевый сахарат
легко дает пересыщенные растворы.

Двустронциевый сахарат плохо растворим в кипящей воде
(в 84 частях, т. е. лишь 1,18%) и поэтому получается в осадке,
70
если к кипящему 15%-ному сахарному раствору прибавлять
Sr(OH)2-8H2O.

Последний при 100° С очень хорошо растворим в воде (около
20% SrO); когда на одну молекулу сахара в растворе окажется
более двух молекул SrO, начинает выпадать двустронциевый са-
харат в виде плотного кристаллического осадка; при добавлении
на одну молекулу сахарозы трех молекул SrO и после 8—10 мин
кипячения осаждение сахарозы в виде двустронциевого сахарата
оказывается почти количественным.

На этой реакции основан стронциановый метод получения са-
хара из мелассы.

Двустронциевый сахарат легко растворяется в сахарных рас-
творах, переходя в одностронциевый сахарат. При стоянии с во-
дой на холоду бистронциевый сахарат постепенно разлагается: в
осадке оказывается лишь гидрат окиси стронция, а сахар в виде
одностронциевого сахарата переходит в раствор.

6. Сахарат бария известен лишь один — это однобариевый
сахарат С12Н22Оц-ВаО. Он плохо растворим в воде (в 47,6 час-
ти воды при температуре Г5°С и в 43,4 части — при температуре
100°С), легко растворяется в сахарном растворе, почти нераст-
ворим в воде, насыщенной Ва(ОН)2 (действие массы). Если об-
ратить внимание на очень большую растворимость Ва(ОН)2 в
воде при повышенных температурах, становится понятным ме-
тод получения сахарата бария; он осаждается при кипячении са-
харных растворов с гидратом окиси бария.

Растворимость Ва(ОН)2 или ВаО в воде характеризуется сле-
дующими данными.

Температура, °C. . 0 10 20 30 40 50 60 70 75 78

Содержание ВаО в

растворе, % . . 1,48 2,17 3,36 4,75 6,85 10,5 15,8 24,2 36,2 48,6

Окислители, как, например, аммиачный раствор азотнокис-
лого серебра, фелингова жидкость или йод в щелочном раство-
ре, на сахарозу не действуют, так как она не содержит легко-
окисляемых альдегидных или кетонных групп.

Однако нужно иметь в виду, что слабое действие на сахарозу
фелингова жидкость все-таки обнаруживает.

В щелочной среде сахароза, хотя и медленно, способна окис-
ляться при пропускании через раствор кислорода (или газа, со-
держащего кислород, например воздуха, сатурационного газа).
Из 15%-ного раствора сахарозы при избытке извести и пропус-
кании чистого кислорода в 1 ч при температуре 80° С окисляет-
ся 1,4 % от всего количества сахарозы.

Нагревание твердой сахарозы. Сахароза плавится при тем-
пературе 186—188° С, причем уже при более низкой температу-
ре опа начинает разлагаться. Происходит «карамелизация» са-
харозы, т. с. образование сложных, окрашенных в бурый цвет,
горького вкуса ангидридов; при этом выделяется вода. Караме-
ли получаются при нагревании сахарозы до температуры 170—
190° С.

Продукт, получаемый при потере около 10% массы, назван карамелан,
при потере 15% массы — карамелен и 20% массы — карамелин. Первые два
растворимы в воде, последний растворяется лишь в щелочах. Все эти ка-
рамели являются, конечно, сложными смесями.

Карамели восстанавливают фелингову жидкость, например одна часть
карамелана восстанавливает 0,3 части меди, т. е. в 6—7 раз слабее, чем
инвертный сахар.

При действии разбавленных кислот карамели гидролизуются, выделяя
в осадок гуминовые кислоты состава (СдНюОв),,, а в растворе оказываются
глюкоза, немного фруктозы и левулиновая кислота.

Эрлих получил карамель более постоянных свойств, нагревая сахарозу
в вакууме при температуре 120° С. Он отмывал продукт метиловым спир-
том, в котором растворялось очень мало вещества, а остаток растворял в
воде. Продукту дано название сахаран; красящая сила его чрезвычайно вы-
сока, раствор, содержащий лишь 0,004% сахарана, по окраске соответствует
1° Шт. Предложено было даже цветность растворов выражать в «градусах
Эрлиха», т. е. в миллиграммах сахарана на 100 мл. Осторожное нагревание
сахарозы до температуры 185—190° С в вакууме (Пикте) дает «изосахаро-
зан» с формулой CisHaoOn), обладающий следующими свойствами: растворим
в метиловом спирте (но осаждается ацетоном), не бродит, белого цвета,
температура плавления 94—94,5°, [а]в = +64°, вкус горький, легко гидроли-
зуется (на холоду), давая инвертный сахар.

По исследованиям Швейцера, все карамели представляют собой смеси
изосахарозана с большим или меньшим количеством гумина, который при
растворении карамелей образует коллоидные растворы.

Процесс разложения сахарозы при нагревании ее водных
растворов имеет большое отрицательное значение в сахарном
производстве. Поэтому его необходимо рассмотреть подробнее.
Он был тщательно изучен С. 3. Ивановым [21].

Разложение сахарозы при нагревании является реакцией
автокаталитической. Так называются реакции, при которых об-
разуются вещества, являющиеся катализаторами, ускоряющими
дальнейшее развитие основной реакции. При разложении саха-
розы она постепенно инвертируется, а получившийся инвертный
сахар тоже разлагается и частично превращается в органичес-
кие кислоты, которые как катализаторы все более и более уско-
ряют дальнейшую инверсию сахарозы. При этом разложении ин-
вертного сахара повышается окраска раствора и понижается pH.

До развития автокаталитической реакции разложения саха-
розы проходит некоторый «индукционный» период, когда дер-
жится еще щелочная или близкая к нейтральной реакция. В этот
индукционный период идет лишь очень медленная мономолеку-
лярная реакция начального разложения сахарозы под влиянием
очень малых количеств ионов водорода, образующихся вследст-
вие диссоциации воды и сахарозы.

На рис. 13 показан ход разложения сахарозы при 100° С в чи-
стом ее растворе (кривая 2) и постепенное нарастание концен-
трации ионов водорода (кривая /). Процесс имеет три периода:
72
1) индукционный период,
2) быстронарастающий авто-
каталитический распад и
3) новое замедление процес-
са вследствие того, что уже
почти вся сахароза разло-
жена.

В сахарном производстве,
конечно, последний период
не встречается вообще; для
свеклосахарного производст-
ва имеет значение лишь мед-
ленный индукционный пери-
од, так как обычно pH быва-
ет выше 7; для сахаро-рафи-
надного производства важ-
ное значение имеет и авто-
катализ, именно он приво-
дит к появлению значитель-
ных количеств редуцирую-
щих веществ в рафинадной
мелассе.

Индукционный период
разложения сахарозы для
свеклосахарного производства

Рис. 13. Процесс автокаталитического
распада сахарозы при нагревании раство-
ра ее при 100° С:

1 — концентрация ионов водорода [Н*]; 2—
распад сахарозы (в % от общего начально-
го количества ее).

оказывается удлиненным не толь-

ко вследствие повышенных значений pH, но и вследствие нали-
чия буферных солей слабых органических кислот (кривая 2).
Факторами, сокращающими индукционный период и ускоря-
ющими автогидролиз сахарозы, являются: увеличение времени и
температуры нагревания, низкое начальное pH среды, наличие
редуцирующих веществ и отсутствие буферных соедине-
ний.

Шпенглер с сотрудниками провел работу по изучению влия-
ния нагревания сахарных растворов на их поляризацию и на на-
растание цветности, причем применялись растворы с определен-
ным pH (буферные боратные смеси). Количество сахарозы, оп-
ределенное поляриметром, не дало никаких закономерностей;
иногда оно немного падало, иногда немного повышалось (ве-
роятно, разложение сахарозы компенсировалось образованием
каких-то правовращающих продуктов). В нарастании цветности
нагреваемых сахарных растворов наблюдалось гораздо больше
последовательности, что видно из следующих данных (табл. 11).

Из приведенных данных видно, что нарастание цветности
подчиняется следующим закономерностям: 1) более разбавлен-
ные растворы сильнее повышают цветность; 2) при повышении
pH нарастание цветности увеличивается (на единицу pH почти
в 2 раза); 3) с повышением температуры нарастание цветности
Таблица 11

Нарастание цветности в градусах Штаммера на 100 г сахара
за 1 ч при нагревании сахарных растворов
(в латунном сосуде)

pH 50%-ный сахарный раствор pH 17%-ный сахарный раствор
90° С 110° С 130» с 90° С 110° С 130° с
8,8 9,8 0,67 1,24 6,93 12,3 56,5 97,0 8,9 10,0 1,26 1,66 12,1 16,9 98,0 131,0

быстро увеличивается (для каждых 10° приблизительно в
3 раза).

Недавно С. Е. Харин нашел, что сахароза наиболее устойчи-
ва при pH 8,0.

Брожение. Дрожжи сбраживают сахарозу в спирт и угле-

кислый газ, причем предварительно сахароза инвертируется ин-
вертазой дрожжей. В растворах сахарозы легко развивается
также молочнокислое и маслянокислое брожение. На сахарных
заводах, если допустить понижение температуры, в соках быст-
ро развивается лейконосток и идет слизевое брожение.

Раффиноза (мелитриоза, госсипоза)

В сахарной свекле количество раффинозы весьма невелико
(0,01—0,03%)- Но она накопляется в мелассе, иногда более
1,0%, особенно при обессахаривании мелассы по Стеффену; в
этом случае она препятствует бесперебойной работе.

Раффиноза встречается в манне некоторых австралийских
эвкалиптов и в семенах хлопчатника в большем, чем в свекле,
количестве (более 2%).

Раффиноза (С18Н32О16 • 5НгО) представляет собой трисаха-
рид, состоящий из галактозы, фруктозы и глюкозы, причем ни
альдегидных, ни кетонных групп она не имеет; ее структурная
формула приведена ниже:

н-с
но-с
но-с

н-с

Н2 С—ОН

<Г-глюноза

^-Фруктоза

^-галактоза
Физические свойства. Раффиноза кристаллизуется в иглах
или призмах, растворяется в воде, несладка на вкус.

Растворимость, считая на ангидрид, следующая.

Температура, °C .... ' 0 10 16 24

Процент ангидрида в раст-
воре .................. 6,5 10,0 14,5 28,4

Вращательная способность ifa]p° = +123,1° (считая на ан-
гидрид) почти в 2 раза больше, чем у сахарозы.

Химические свойства. С фелинговой жидкостью не реагиру-
ет. При непродолжительном действии кислот (инверсия в усло-
виях по Герцфельду) идет неполный гидролиз раффинозы: от-
щепляется лишь напряженная группа фруктофуранозы и оста-
ется дисахарид, восстанавливающий уже фелингову жидкость,
состоящий из d-галактозы и d-глюкозы и названный мелибиозой
(вращательная способность fa]p°= +143°). Такой же частичный
гидролиз производит фермент инвертаза.

При дальнейшем воздействии кислоты мелибиоза расщеп-
ляется на d-галактозу и d-глюкозу.

Фермент эмульсии из горького миндаля, действуя в ином
направлении, может расщеплять раффинозу на галактозу и са-
харозу.

При нагревании сухая раффиноза малопрочна: при темпера-
туре 100—105° С уже буреет, тогда как сухая сахароза выдер-
живает без изменения цвета нагревание до температуры 125° С.

Раффинозаты получаются аналогично сахаратам при
действии щелочей или гидратов окисей щелочноземельных ме-
таллов на раффинозу. Следует особо отметить, что с СаО может
быть получен в тех же условиях, как и для сахарозы, плохо рас-
творимый в воде трехкальциевый раффинозат Ci8H320i6 • ЗСаО-
-ЗН2О. Следовательно, при выделении сахара из мелассы ме-
тодом получения трехкальциевого сахарата будет одновременно
осаждаться и раффиноза.

Брожение. С низовыми пивными дрожжами (тип Заац и Фро-
берг) раффиноза, хотя и медленнее, чем сахароза, сбраживает-
ся полностью.

Верхневые (спиртового производства) дрожжи сбраживают
раффинозу лишь на одну треть: сбраживается лишь фруктоза,
так как эти дрожжи содержат только фермент инвертазу, от-
щепляющий фруктозу, но в них нет мелибиазы, поэтому мели-
биоза остается несброженной.

Кестоза (фруктозил-сахароза) Ci8H320i6

Кестоза — тоже трисахарид, как и раффиноза. Она состоит
из одной молекулы глюкозы и двух молекул фруктозы:
•н-б-онм
но-с-н q
н-с-он I

н,с-он
О-—А

н2с-он

Глюкоза

но-с-н i
Н-С-ОН |
н-с--------'

н2с-------

Фруктоза

н2с-он

---1-----1

НО-С-Н £

Н-С-ОН I
н-с——1

нх-он

Фруктоза

Из формулы видно, что кестоза не восстанавливает фелинго-
ву жидкость, так как альдегидная и кетонные группы связаны.

Вращательная способность кестозы [а]д° = +26,61°.

В сахарной свекле кестозы нет, но в продуктах сахарного
производства она появляется. Ее можно синтезировать из смеси
сахарозы с фруктозой под действием инвертазы особых
дрожжей.

ПЕКТИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

Классификация и свойства. Из сухих веществ в сахарной
свекле после сахарозы больше всего содержится пектиновых
веществ (около 2,5%)- Они составляют приблизительно поло-
вину массы мякоти, далеко не так инертны в химическом отно-
шении, как клетчатка, и поэтому играют значительную роль в
сахарном производстве.

Пектиновые вещества впервые изучались Браконно еще в
1825 г.; в последнее же время много нового внесли в учение о
них Эрлих, Мейер и Марк, Шнейдер и Бок [17, 18J. Номенкла-
тура их и терминология много раз менялись. Даем более новую
терминологию.

Нерастворимые в холодной воде пектиновые вещества, нахо-
дящиеся в мякоти свеклы, называются протопектином. Быть
может, здесь пектиновые вещества как-то связаны с клетчаткой
и с гемицеллюлозами.

При нагревании с водой мякоть свеклы набухает и частично
(наполовину) переходит в раствор. То, что растворилось, в са-
харной промышленности принято называть пектиновыми веще-
ствами (Эрлих называет гидратопектипом). Это вещества
аморфные, сгущенный раствор их вязок и обладает свойствами
клея.

Пектиновые вещества представляют собой смесь, которую
Эрлих разделил на два компонента. Он выпаривал воду и вы-
сушенные пектиновые вещества растворял в 70°-пом спирте.
Растворялось лишь 25—30% их. Оказалось, что эта часть, пе-
решедшая в раствор, была полисахаридом арабаном. При на-
гревании с разбавленными кислотами арабаи гидролизуется и
превращается в /-арабинозу. Арабан хорошо растворим в воде.
76
Раствор оптически активен [а]д°= —129°. Молекулярная масса
его около 10 000. Арабан известью не осаждается и на сахар-
ном заводе в неизменном состоянии переходит в мелассу.

Среди пектиновых веществ, кроме арабана, содержится так-
же немного и галактана.

Часть пектиновых веществ, не растворяющаяся в 70°-ном
спирте, называется собственно пектином. Пектин оказался по-
лигалактуроновой кислотой, частично этерифицированной (со-
держащей группы—О—СН3—около 7% по массе). Формула
d-галактуроновой кислоты:

н-оо он

н-с-он н-с--|

но-с-н н-с-он

но-с-н но-с-н о

н-с-он но-с-н I

соон н-с----*

Альдегидная СООН

рорма Кольцевая срорма

Пектин (частично этерифицированная полигалактуроновая
кислота):

( Этерисрицмровано не 60 Z)

Кроме того, свекловичный пектин содержит еще около 6%
ацетильных групп СН3СО — в виде сложных эфиров с гидро-
ксильными группами пектина.

Так как пектин имеет и свободные карбоксильные группы,
то он обладает свойствами кислоты, т. е. может образовывать
соли. Сам пектин растворим в воде. Известью он осаждается,
так как кальциевая соль его нерастворима в воде. Соли пектина
называются пектинатами.

Итак, пектиновое вещество в узком смысле — это лишь пек-
тин, т. е. метиловый и уксусный эфир полигалактуроновой кис-
лоты. Арабан же и галактан являются лишь сопутствующими
веществами, вероятно связанными с пектином побочными ва-
лентностями в протопектине и освобождающимися при гидроли-
зе протопектина.
Молекулярная масса пектина свеклы около 20 000—25 000.
Пектин содержится также во всевозможных плодах и овощах,
особенно в яблоках и лимонах (молекулярная масса этого пек-
тина выше, чем свекловичного, и составляет 25 000—50 000).

Вращательная способность пектина [а]с = +130°, но при по-
тере оксиметильных групп увеличивается до +230°.

При нагревании с разбавленными кислотами, а еще гораздо
быстрее при нагревании со щелочами (и с известью) пектин
подвергается гидролизу, т. е. сложные эфиры омыляются, от-
щепляются метиловый спирт и уксусная кислота и получается

полигалактуроновая кислота, уже лишенная оксиметильных и
ацетильных групп. Эта полигалактуроновая кислота называется
пектовой кислотой, а соли ее называются пектатами. С известью
она дает желатинозный, весьма трудноотфильтровываемый оса-
док кальциевой соли.

Вращательная способность растворов пектовой кислоты
[<z]d = +285°.

При дальнейшем, более энергичном гидролизе с кислотами

пектовая кислота дает галактуроновую кислоту.

Все эти соотношения можно представить следующей схемой:
Протопектин при кипячении с водой

Пектиновые вещества (раствор)

растворяется в 70°-ном спирте

не растворяется в 70°-ном спирте

Арабан
гидролиз
с кислотой

Галактан
гидролиз
с кислотой

Арабиноза

Галактоза

Пектин

(его соли — пектинаты) гидролиз со
щелочью или кислотой

Пектовая кислота (ее соли —
пектаты ) гидролиз с кислотой

d-Галактуроновая кислота

Гидролиз протопектина, имеющий особо важное значение
при получении диффузионного сока (переход пектиновых ве-
ществ в раствор), изучался специально|[19].

Найдено, что медленнее всего пектиновые вещества перехо-
дят в раствор в слабокислой среде при pH 5,0. В нейтральной
среде (pH 7,0) скорость перехода в 8 раз больше. Далее в кис-
лую и щелочную сторону скорость гидролиза весьма быстро
растет (рис. 14).

Повышение температуры также ускоряет гидролиз протопек-
тина, причем это ускорение становится особенно резким при
температурах выше 80° С (рис. 15).
78
Рис. 14. Гидролиз про-
топектина в зависимо-
сти от pH.

Рис. 15. Гидролиз протопектина
в зависимости от температуры.

С увеличением продолжительности нагревания с водой вна-

чале растворение пектиновых веществ растет почти пропорцио-
нально времени, но при большей длительности (более 90 мин и
при температуре 90° С) скорость растворения поднимается осо-
бенно быстро (рис. 16).

По исследованиям Колена [20], при гидролизе протопектина
свеклы пектин отщепляется быстрее, чем арабан. Поэтому при

постепенной обработке мякоти
свеклы горячей водой получаются
вначале фракции раствора, более
богатые пектином и очень бедные
арабаном; дальнейшие фракции
становятся более богатыми ара-
баном. Таким образом, соотноше-
ние между арабаном и пектином
в растворе колеблется и зависит
от метода его получения. Следо-
вательно, диффузионный сок, со-
держащий лишь начальную фрак-
цию гидролиза протопектина, дол-
жен содержать главным образом
пектин и мало арабана.

Количество пектиновых ве-
ществ в диффузионном соке зави-
сит в значительной степени от ка-
чества свеклы: диффузионный сок

Рис. 16. Гидролиз протопек-
тина в зависимости от вре-
мени.
из незрелой свеклы гораздо богаче пектиновыми веществами.
Следует заметить, что в незрелой свекле значительное количест- *
во пектиновых веществ находится в соке свеклы уже в раство-
ренном состоянии.

Осаждаемость пектиновых веществ известью в условиях де-
фекации и сатурации зависит от количественного соотношения
между арабаном и пектином. Арабан известью совершенно не
осаждается и не разлагается. Пектин на холоду осаждается из-
вестью, причем частично уже начинает разлагаться (отщепле-
ние метилового спирта и уксусной кислоты).

При нагревании пектина с известью в условиях дефекации
происходит полное отщепление метилового спирта и уксусной
кислоты. Уксусная кислота с известью дает растворимую уксус-
нокальциевую соль, а образовавшаяся пектовая (полигалакту-
роновая) кислота — осадок кальциевой соли, желатинозный,
трудноотфильтровываемый.

Коагуляция и желеобразование. Устойчивость водных рас-
творов пектина и арабана зависит от двух факторов: 1) их
сложные молекулы в растворе гидратированы, окружены обо-
лочкой молекул воды, что стабилизирует раствор; 2) молекулы
этих полимеров заряжены отрицательно, что также препятству-
ет их объединению в более крупные агрегаты и коагуляты.

Если же раствор подкислить и прибавить большой избыток
этилового спирта (десятикратный объем), то и арабан, и пек-
тин коагулируют, выпадают в осадок. При подкислении отри-
цательные молекулы присоединяют положительно заряженный
ион водорода. Таким образом заряд молекул нейтрализуется;
спирт же отнимает водную оболочку. Поэтому макромолекулы,
лишенные обоих факторов их стабилизации, сближаются и вы-
падают в осадок.

Подобным же образом можно объяснить способность пекти-
на к образованию пектинового студня с сахаром и кислотами,
что используют в производстве мармелада. Такой студень обра-
зуется, если к 65—70%-ному раствору сахара, содержащему
около 1 % пектина, прибавить, например, лимонной кислоты
(лучше всего до pH 3,1—-3,5). При этом сахар отнимает у пек-
тина стабилизирующую воду, а кислота нейтрализует отрица-
тельный заряд.

Пектин разного происхождения различается по своей спо-
собности к желпроваиию. Пектин из лимонов дает более креп-
кий студень, а из свеклы — более слабый. Это объясняли тем,
что свекловичный пектин имеет меньшую молекулярную массу
и содержит меньше метоксильных групп, но, видимо, более пра-
вильно объяснить наличием ацетильных групп, делающих сту-
день более прочным.

Арабан в противоположность пектину совсем не дает ника-
ких студней.
БЕЗАЗОТИСТЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ РАСТВОРИМЫЕ НЕСАХАРА СВЕКЛЫ

К органическим растворимым несахарам свеклы относятся
уже рассмотренные нами редуцирующие вещества и пектиновые
вещества. Большая часть последних (2,4% по массе свеклы) на-
ходится в нерастворимом состоянии — в мякоти, но некоторое
количество (0,10%) оказывается и в соке.

Из остальных безазотистых растворимых веществ свеклы
главное место принадлежит органическим кислотам (0,47%, или
почти половина всех безазотистых растворимых несахаров).

Очень небольшое (сравнительно) количество содержится в
свекле жиров (0,03%) или подобных им веществ. К безазоти-
стым же несахарам относятся сапонины, образующие пену.

Органические кислоты. В сахарной свекле содержатся сле-
дующие из органических безазотистых кислот.

Двухосновные кислоты
(ряд щавелевой кислоты)
СООН /СООН

Щавелевая СН2 Малоновая

СООН ХСООН

СН2 —СООН

| Янтарная

сн2 — соон

/СН2 —соон
сн2

'Vh, — соон

Глутаровая

сн2—сн2—соон

| Адипиновая

сн2 —сн2 —соон

Трехосновные кислоты

сн»—соон сн—соон

I - II

СН __СООН Трикарбаллиловая С —СООН Аконитовая

I I

сн2 — соон сн2— соон

Оксикислоты

СН2 — ОН СН3 — СНОН — соон Молочная

[ Гликолевая

СООН

СНОН — соон

сн2 — соон

сн2—соон

I /он

С Лимонная

| хсоон
СН2 — соон

Яблочная

СНОН —соон

| Винная

СНОН —соон

СНОН — соон

I /он

С Оксилимонная

| хсоон

сн2—соон
Альдегидокислота глиоксиловая
(г л и оксилева я, глиоксалевая)

СНО

соон

Из перечисленных кислот в большом количестве содержат-
ся в свекле щавелевая (около 0,2%), лимонная и яблочная ки-
слоты; остальных же очень мало.

Физические свойства. 1. Все перечисленные безазотистые ор-
ганические кислоты растворимы в воде.

2. Вращательная способность имеется лишь у яблочной ки-
слоты: [а]д° = —3,07°, у солей ее — от —9,84 до —7,03° и у вин-
ной кислоты [а]д° = +14,03°.

Молочная и оксилимонная кислоты, хотя и имеют асиммет-
рический углерод, вращения не обнаруживают (рацемические
смеси).

Растворимость солей в воде. 1. Из солей кальция
растворимы в воде (растворимость 0,5% или выше) соли сле-
дующих кислот: малоновой, янтарной, глутаровой, адипиновой,
аконитовой, гликолевой, молочной, яблочной, глиоксилевой (из
перечисленных адипиновокальциевая соль растворима сравни-
тельно хуже). У солей кальция прочих кислот растворимость
мала (щавелевая, лимонная, винная, оксилимонная, трикарбал-
лиловая).

Данные о растворимости солей кальция таковы (процент в
растворе):

Щавелевокальцневая Виннокальциевая

25°—0,00068 26°—0,0436

50°—0,00096 100°—0,283

95°—0,0014

Трнкарбаллиловокальциевая
0,29%

Лимоинокальциевая
17°—0,181
40 °—0,085
90°—0,058

Оксилимоннокальциевая
растворима еще меньше
лимоны окал ьциевой

В присутствии сахара с повышением его концентрации рас-
творимость (на 100 мл) обычно падает.

В щелочных сахарных растворах, по нашим наблюдениям,
растворимость всех солей кальция повышается. При этом, не-
видимому, образуются растворы комплексных соединений и
коллоидные растворы.

2. Свинцовый уксус осаждает все перечисленные кислоты,
кроме гликолевой, молочной и яблочной кислот, свинцовые соли
которых растворимы в воде (для яблочной плохо растворимы).

3. Соли щелочных металлов всех перечисленных кислот рас-
творимы в воде. Кислые соли калия обычно менее растворимы,
чем основные (особенно для винной кислоты: при температуре
15° С растворимо лишь 0,453%, но при 100° С — 6,9%).
Химические свойства. Почти все органические безазотистые
кислоты свеклы в условиях сахарного производства устойчивы и
химически не изменяются.

Исключением является глиоксалевая кислота, которая под
действием щелочной реакции (гидроксил как катализатор) пре-
терпевает самоокисление-восстановление (реакция Канницца-
ро), т. е. альдегидная группа одной молекулы глиоксалевой
кислоты окисляется в кислотную, в то время как альдегидная
группа другой молекулы восстанавливается в спиртовую. Таким
образом получаются две кислоты — щавелевая и гликолевая:

СНО + Н2О + СНО = СН2ОН + СООН

ёоон СООН СООН СООН

Глиоксале- Гликоле- Щавеле-
вая кислота вая вая

кислота кислота

Лимонная кислота при нагревании с водой может частично
превращаться в аконитовую кислоту, выделяя воду:

СН2 —СООН

| он сн-соон

с =с—соон + н2о

| \соон СН2 —СООН

СН2 —СООН

Жиры. «Сырого» жира (т. е. веществ, растворимых в эфире)
свекла содержит очень мало — около 0,03%- Этот жир является
глицеридом жирных кислот (олеиновой, брассидиновой и паль-
митиновой) .

Со щелочами, а следовательно и с известью, жиры свеклы
дают обычную реакцию омыления с образованием глицерина и
солей жирных кислот (кальциевые соли нерастворимы).

Кроме обычных жиров, «сырой» жир свеклы содержит также близкие
к жирам по составу и свойствам лецитины (труднорастворимые в эфире и
растворимые в спирте, тогда как жиры хорошо растворимы в эфире и труд-
но— в спирте). Они также представляют собой глицериды, в молекуле ко-
торых вместо одной из жирных кислот имеется фосфорная кислота, связан-
ная одновременно с азотистым основанием (холином или бетаином):

СИ,— О • СО • R!

сн — о • со r2

| он

СН2 — О — Ро/ он

о—сн2—сн2—n/

Лецитин (СН3)3

Лецитин обладает основными свойствами (растительное основание),
так как содержит в молекуле замещенный аммоний.

Под влиянием щелочей лецитин весьма легко омыляется, отщепляя соли
жирных кислот, фосфорную (сначала глицерипофосфорную) кислоту и холин.

83
Сапонины — малоисследованные ядовитые (особенно для
рыб) вещества, относимые к разряду глюкозидов. Их особен-
ностью является способность с водой давать обильную пену,
даже если они присутствуют в минимальных количествах. Сле-
довательно, это чрезвычайно поверхностно-активные вещества,
дающие, кроме того, на поверхности твердую пленку, делаю-
щую пену весьма стойкой.

Сапонин (С28Н44ОВ 2Н2О) найден в свекле Смоленским (в свекловичном
соке — коллоидный раствор). По Смоленскому, в свекле содержится до 0,3%
сапонина (он сосредоточен в поверхностном слое свеклы, особенно хвостика
свеклы), а в диффузионном соке — 0,1% (в виде соли магния). Его можно
найти также в осадках диффузионных подогревателей. Он представляет
собой соединение так называемого сапогенина и глюкуроновой кислоты, на
которые оп и распадается при гидролизе кислотами.

Сапогенин содержит пять бензольных колец, соединенных по типу фе-
нантрена.

Сапонин слаборастворим в воде, растворяется в спирте; щелочные соли
растворимы в воде (пенящиеся растворы); соль кальция нерастворима. Вра-
щательная способность [а]в = 31,9°. Свинцовым уксусом осаждается.

Сапогенин найден в пене сточных вод завода, в осадках диффузионных
подогревателей и в дефеко-сатурационном осадке (0.3—0,6%).

АЗОТИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА СВЕКЛЫ

Из азотистых веществ в сахарной свекле больше всего со-
держится белков (обычно около 60% от всей суммы азотистых
веществ), затем идут аминокислоты, амиды, аммиак, азотистые
основания и соли азотной кислоты, черные окрашенные веще-
ства сока.

Белки. Белки составляют большую часть (60%) азотистых
несахаров свеклы. Поэтому на них прежде всего и следует оста-
новиться.

Строение. Белки содержат азот (15—19%, в среднем
16%)- При гидролизе (с кислотами, щелочами или протеолити-
ческими ферментами) белки образуют смесь аминокислот.

Следовательно, белки — весьма сложные соединения, по-
строенные из аминокислот, соединенных друг с другом по сле-
дующему типу:

H2N • СН соон + H2N СН - СООН 4- H2N - ОН • соон =
I I ' I

Rt R2 R3

= H„N CH • CO NH • CH CO - NH CH СООН -|- 2H..O.
I I I

Ri R2 R3

Характерной группой для белковой молекулы является, следовательно,
группа — CO-NH—, группа биурета или димочевины (получается прн на-
гревании мочевины):

NH2 • СО • NH2 %- NH2 • СО • NH2 = NH2 • СО • МН • СО • NH2 + NH3.

Мочевина Биурет
В состав молекулы белков свеклы (вообще весьма малоисследованных)
входят следующие аминокислоты: пролин, гликоколь, аланин, гУ-валин, /-лей-
цин, d-изолейцин, /-тирозин, аргинин и лизин.

Белки свеклы относятся главным образом к группе глобули-
нов, т. е. белков, нерастворимых в воде, но растворяющихся в
разбавленных растворах солей.

Макромолекулы белков в водном растворе сильно гидрати-
рованы, окружены водной оболочкой. Белки способны осаждать-
ся спиртом, который дегидратирует и денатурирует их мицеллы.

Белки обладают амфотерным химическим характером, т. е.
склонностью соединяться с кислотами (ацидальбульмины) и с
основаниями (щелочные альбуминаты), однако это скорее ад-
сорбционные, чем настоящие химические соединения. В кислой
среде они, адсорбируя Н’, дают мицеллу, заряженную положи-
тельно, а в щелочной, адсорбируя ОН', имеют мицеллу, заря-
женную отрицательно.

При некоторой определенной концентрации ионов водорода
(или же при определенном pH) оказывается, что мицелла белка
не имеет уже положительного и не получила еще отрицатель-
ного заряда. Такое состояние белковых частиц называется изо-
электрическим. В изоэлектрической точке почти не наблюдается
катафореза. Такие незаряженные частицы легко соединяются
в более крупные комплексы, т. е. коагулируют, здесь наблюда-
ется оптимум коагуляции.

Белки сока сахарной свеклы лучше всего коагулируют при
pH 3,5. Это их изоэлектрическая точка. В условиях сахарного
производства обычно pH > 3,5; поэтому белки в растворах са-
харного завода несут отрицательный заряд.

На дефекации с известью белки осаждаются еще полнее,
чем при pH 3.5. Это осаждение известью происходит совсем не
в изоэлектрической точке, частицы осадка заряжены отрица-
тельно. Здесь просто образуется нерастворимое соединение бел-
ков с известью и денатурация (дегидратация) белков, которые
вследствие этого и коагулируют.

Промежуточные продукты распада белков по-
лучаются как при действии щелочей и кислот, так и при дейст-
вии ферментов. Это — альбумозы и пептоны. И те, и другие при
нагревании не свертываются, но осаждаются спиртом. Альбу-
мозы могут солями высаливаться, пептоны не высаливаются.
Они дают обычные качественные реакции белков. Эти промежу-
точные продукты также содержатся в свекле; они не могут быть
удалены в условиях производства и переходят в мелассу.

При обычном методе определения белков путем осаждения
гидроокисью меди по Барнштейну пептоны почти не осаждают-
ся. При коагуляции белков нагреванием подкисленных раство-
ров пептоны совсем не осаждаются, но их можно осадить из
фильтрата танином и таким образом определить их количество.
Аминокислоты. Структура и общие свойства.
Аминокислота — органическая кислота, в которой вместо одно-
го или нескольких атомов водорода ее углеродной цепи введе-
на группа NH2.

R — СН2 — СООН — органическая кислота (R — радикал),

R — CHNH2 — СООН — аминокислота.

Аминокислоты хорошо кристаллизуются, довольно хорошо
растворимы в воде, нерастворимы в эфире (отличие от безазо-
тистых органических кислот свеклы), почти нерастворимы в
спирте.

Аминокислоты — соединения амфотерные — образуют соли
и с кислотами, и с основаниями, так как содержат одновремен-
но и основную аминогруппу, и кислотную карбоксильную:

R —СН —СООН R —СН —СООН R —СН —СОО'[Н-

I I . I

NH2 NH3|OH' nh2

Аминокислота Аминокислота Аминокислота

как основание как кислота

R — СН — СООН

I .

NH3 | Cl'
(соль с Н’ | СГ)

R— СН — СОО' | Na-

nh2

(соль с Na’ [ОН')

Кислотные свойства у аминокислот резче выражены, чем
основные: они больше кислоты, чем основания, и являются глав-
ными буферными веществами сока свеклы.

Соли аминокислот со щелочами и щелочноземельными ме-
таллами хорошо растворимы в воде; следовательно, на дефека-
ции аминокислоты не осаждаются; свинцовый уксус их также
не осаждает.

Имея асимметричный атом углерода (связанный с группой
амино-), аминокислоты оптически активны, причем реакция сре-
ды (кислая или щелочная) обычно влияет на вращательную
способность.

В химическом отношении аминокислоты — прочные соеди-
нения и в условиях сахарного производства не изменяются.

Отдельные представители аминокислот, найденные в свекле:
1) гликоколь CH2NH2 — СООН (аминоуксусная кислота);

2) аланин СН3 — CHNH2 — СООН (а — аминопропионовая
кислота);

3) лейцин СН3\ сн — сн2 — CHNH2 — СООН (а — амино-

изокапроновая кислота);

4) изолейцин СНз “g^CH — CHNH2 — СООН;

5) тирозин___

НО<^ /СН2 — CHNH2 — СООН (гидроксифенилаланин);
6) допа (дигидроксифенилаланин)

НС)/ /сн, — СНЫН2 — СООН;

он

7) аспарагиновая кислота (аминоянтарная) CHNHa — СООН

СН2 — СООН

8) глутаминовая кислота (аминоглутаровая)

CHNH2 —СООН

СН2

Х'сн2 — соон

Найдены также в свекле или в продуктах сахарных заво-
дов: валин, фенилаланин, лизин, аргинин, пролин, гистидин,
триптофан.

Глутаминовая кислота содержится в свекле в наибольшем
количестве и составляет почти половину всех аминокислот (в
свободном виде и в виде ее амида — глутамина). Она обладает
способностью самопроизвольно, отщепляя воду, превращаться в
пирролидонкарбоновую кислоту (пироглутаминовую кислоту):

zCHNH2-COOH

сн9

сн2-соон

н2с—сн,
н2о+-

О=С СН-СООН

Такое превращение происходит и в течение сахарного произ-
водства так, что в мелассе большая часть глутаминовой кисло-
ты уже превращена в пирролидонкарбоновую, имеющую иные
свойства. Под действием сильных кислот или оснований пирро-
лидонкарбоновая кислота снова превращается в глутаминовую.

Глутаминовую кислоту в настоящее время получают из ме-
лассы, так как она требуется для фармацевтических целей и для
пищевой промышленности (в виде ее натриевой соли).

Амиды кислот. Структура и свойства. Амидом кисло-
ты называется соединение, полученное путем замещения гид-
роксила в кислотной (карбоксильной) группе на аминогруппу.
Таким образом, для амидов характерна группа — CONH2:

R—СООН R — CONH2

Органическая Амид кислоты

кислота

Амиды кислот хорошо кристаллизуются, довольно хорошо
растворимы в воде, плохо — в спирте и нерастворимы в эфире
(подобно аминокислотам).
Амиды — тела нейтральные, так как аминогруппа, входя в
состав кислотной карбоксильной группы, в значительной степе-
ни утрачивает основные свойства. С сильными кислотами ами-
ды все же могут образовывать соли. Нерастворимых соединений
в условиях сахарного производства амиды не образуют, свин-
цовым уксусом они также не осаждаются.

Амиды способны разлагаться, присоединяя воду (гидролизи-
роваться), под влиянием кислот или щелочей, действующих как
катализатор, причем получаются кислота и аммиак:

R — CONH2 + НОН = R — СООН -р NH3.

Если реакция шла под действием щелочи, то аммиак полу-
чается в свободном виде, а кислота образует соль, например

R — СООН + NaOH = R — COONa Н2О.

Если же реакция проведена в кислой среде, то аммиак дает
соль с кислотой, например

NH3 + НС1 = NH4C1.

Реакция разложения амидов под влиянием щелочи (извести)
идет и при очистке сока (дефекации) на сахарном заводе. Эта
реакция идет довольно медленно, поэтому она не заканчивается
на дефекации и продолжается дальше на выпарке и в вакуум-
аппаратах.

Отдельные представители амидов кислот, найденных в свек-
ле, следующие:

1) аспарагин (амид аспарагиновой кислоты)

CHNH, — СООН

сн2—conh2

2) глутамин (амид глутаминовой кислоты)

СНЬ1Н2 — СООН

СН2

сн2 — conh2

3) оксаминовая кислота (моноамид щавелевой кислоты)
СООН

CONH2

В свекле содержится глутамина от 0,034 до 0,100%; оксами-
новой кислоты — около 0,004%. При гидролизе (щелочами, ки-
слотами) аспарагин образует аспарагиновую кислоту, глута-
мин — глутаминовую и оксаминовая кислота — щавелевую ки-
слоту, выделяя аммиак. Для аспарагина реакция гидролиза
идет гораздо медленнее, чем для глутамина. Оксаминовая ки-
слота также лишь медленно гидролизуется.
Аспарагин и глутамин обладают и кислотными и основными
свойствами, причем кислотные свойства несколько превалируют
над основными.

Вращательная способность при условиях водной дигестии
(определение сахара в свекле): аспарагин —6,73°, глутамин
+ 10,24°.

В кислой и щелочной среде вращательные способности иные
и, кроме того, переменные (гидролиз).

Органические основания. К органическим основаниям отно-
сятся соединения, в состав которых входит группа триметил-
амин ^М(СНз)з; эта группа и придает нм основной характер.

Бетаин (триметилгликоколь)

СН2 — СООН СН2-------СО

I I I

N (СН3)3 или N(CH3)3-O

ОН

обычно оказывается в форме внутренней соли, так как трехза-
мещенный аммоний обладает сильными основными свойствами.

По этой же причине бетаин легко образует соли с сильными
кислотами. Например, образование и строение соля бетаина с
соляной кислотой выразятся формулами

сн2 — СО сн2 — СООН

I I + НС1 = I

N(CH3)3 —О N (СН3)3

С1

В условиях сахарного производства бетаин не образует не-
растворимых соединений и не разлагается, а в неизмененном
виде переходит в мелассу.

СН2 — СН..ОН

Холин —N(CHa)3, т. е. бетвин, восстановленный в спирт.

ОН

По-видимому, холин находится в свекле как составная часть молекулы
лецитина, но уже на диффузии лецитин частично разлагается, а еще боль-
ше — на дефекации, и освободившийся холин остается в соке и переходит
в мелассу.

Холин лишь незначительно разлагается на дефекапии по схеме

сн2 — СН2ОН

1\ (СН3)3 = СН2ОН — СН2ОН + N (СН3)3
I

ОН

Холин обладает основными свойствами в большей степени, чем бетаин,
так как не имеет карбоксильной группы.
Циклические производные мочевины. Аллантоин (диу-
реид глиоксалевой кислоты) может быть получен синтетически нагреванием
мочевины с глиоксалевой кислотой:

NH2 О = С — Н NH2 NH —CH —NH

I III

СО + 4-СО =СО СО + 2Н2О

NH2 СООН NH2 NH2 СО —NH

Под влиянием щелочей (известь) аллантоин обратно, хотя и очень мед-
ленно, превращается в мочевину и глиоксалевую кислоту.

Реакция, однако, на этом не останавливается: глиоксалевая кислота пу-
тем самоокисления-восстановления превращается в щавелевую и гликолевую
кислоты (см. выше, при описании глиоксалевой кислоты), а мочевина как
ди амид углекислоты — в углекислоту и аммиак.

Углекислота, конечно, дает соль со щелочью. Аллантоин растворим в го-
рячей воде, оптически недеятелен. В свекле аллантоина содержится около
0,015%.

Пуриновые (ксантиновые) основания. Они входят в со-
став нуклеиновых кислот — сложных белков клеточных ядер (нуклеопро-
теиды). Содержатся в свекле в чрезвычайно малых количествах (примерно
не более 1—2% от всех азотистых веществ свеклы). Это — соединения кри-
сталлические, труднорастворимые в воде, имеют слабоосновные свойства,
прочны в условиях сахарного завода и потому переходят в мелассу.

В основе их строения лежит ядро пурина.

В свекле найдены ксантин, гипоксантин, гуанин (больше других) и
аденин.

Найден, кроме того, вернин, представляющий собой соединение гуанина
с пентозой (рибозой), на которые и распадается при гидролизе с кислотами.

Минеральный азот. Соли азотной кислоты имеются
в свекле в очень малых количествах — около 0,002—0,005% по
массе свеклы.

Аммиак трудно точно определить рядом с амидами. Коли-
чество его около 0,005% по массе свеклы. Соли аммония на де-
фекации разлагаются, выделяя аммиак, который и улетает при
выпаривании сока:

2NH4C1 + Са (ОН)2 = 2NH3 + СаС12 + 2Н2О.

Общие данные. Вредным азотом по отношению к са-
харному производству является азот, не удаляемый на дефека-
ции и сатурации, переходящий в мелассу и, следовательно, уве-
личивающий количество мелассы и потери в ней сахара.

Удаляются в процессе производства следующие формы азо-
та: белковые (коагуляция), аммиачный и амидный (выделение
в виде аммиака).

Таким образом, вредным азотом (по Андрлику) будет общий
азот, за вычетом белкового, аммиачного и амидного азота.

Количественные соотношения азота различных
форм более детальные, чем в главе об общем составе свеклы,
приведены в табл. 12.

Эти количественные соотношения далеко не постоянны. Со-
держание и вредного, и общего азота может колебаться по го-
90
дам в значительных пределах. Например, общего азота может
оказаться вместо 0,200% или 0,300%, или 0,150%, что зависит
и от условий погоды, и от условий возделывания (удобрения).

При порче свеклы белковый азот также постепенно превра-
щается в азот аминокислот, т. е. в азот вредный.

Таблица 12

Количественные соотношения различных форм азота

Формы азота На 100 кг свеклы Пр оцент- ное отно- шение Формы азота (детальнее) На 100 кг свеклы Процент- ное отно- шение
Белковый Аммиачный и амидный Вредный (по Андрли- ку) 0,115 0,020 0,065 57,5 10,0 32,5 Белковый Аммиачный Амидный Бетаинный Нитратный Пуриновые основания Аминокислотный и прочие 0,115 0,005 0,015 0,020 0,002 0,001 0,042 57,5 2,5 7,5 10,0 1,0 0,5 21,0
Общий азот . . 0,200 100,0 Общий азот . . 0,200 100,0

Красящие вещества сока. Корни сахарной свеклы белого
цвета, следовательно, и находящийся в вакуолях клеток сок ее
бесцветен. Но выжатый из измельченной свеклы сок (нормаль-
ный сок) уже окрашен в черный цвет. Кашка истертой свеклы
(или свекловичная стружка) также на воздухе постепенно окра-
шивается в желтый, красный, фиолетовый и, наконец, в черный
цвет.

Свекла в разрезе окрашивается лишь с поверхности, в отсут-
ствие же кислорода она совершенно не темнеет. Следовательно,
появление темной окраски связано с окислением какого-то ве-
щества, находящегося в соке свеклы.

Если свеклу предварительно нагреть до температуры выше
80° С, то сок ее в присутствии воздуха уже не темнеет. Это ука-
зывает, что окислительный процесс, дающий черную окраску,
идет при содействии окисляющего фермента — оксидазы.

При повышении температуры оксидаза (тирозиназа) разру-
шается, поэтому кислород воздуха перестает окислять и черная
окраска не появляется.

Какое же вещество окисляется и вызывает появление чер-
ной окраски сока?

Предполагают, что такими легкоокисляющимися вещества-
ми в свекле являются пирокатехин, тирозин и, особенно, допа
(дигидроксифенилаланин):
Оон

Пирокатехин

НО ( ^>сн2 chnh2 соон

Тирозин

но( )ch2-chnh2 соон
но ,
Допа

Темноокрашенные вещества лишь суспендированы, но не
растворены в соке. Сам по себе сок имеет желтую окраску. Су-
спензия прочна под защитным действием белков. При коагуля-
ции белков осаждаются и темноокрашенные вещества сока.

Таким образом, на дефекации они также коагулируют и уда-
ляются вместе с дефеко-сатурационным осадком.

ОЦЕНКА СВЕКЛЫ

Мы не ставим здесь своей задачей описать методы анализа
свеклы, но даем лишь основные положения для технической
оценки свеклы (Литература общая 12 и 9, стр. 210).

Содержание сахарозы. Содержание сахарозы — основной по-
казатель при определении качества свеклы. Обычный метод
определения сахарозы — поляриметрический и чаще всего метод
горячей водной дигестии.

Чистота нормального сока свеклы. Этот показатель характе-
ризует количество несахаров, растворенных в соке вместе с са-
харом (например, чистота 87 значит, что в 100 частях сухого
вещества сока содержится 87 частей сахарозы и 13 частей не-
сахаров).

Недостаток метода оценки по чистоте нормального сока со-
стоит в том, что нормальный сок содержит ряд несахаров, по-
нижающих его чистоту, но совершенно безвредных для произ-
водства (например, белки, щавелевая, винная и тому подобные
кислоты).

Обычно свекла с нормальным соком низшей чистоты дает и
сатурационный сок низшей чистоты, по это правило имеет и ис-
ключения; точного соотношения здесь пет.

Другой недостаток метода заключается в том, чго качество
нормального сока зависит от метода его получения (топкость
кашки, плотность ткани салфетки, давление, под которым сок
выжимается); первые порции сока, полученные при меньшем
давлении, имеют низшую чистоту, чем следующие порции сока,
вытекающие под большим давлением (например, 84,7 и 86,5);
однако так как последних, более чистых порций по объему по-
лучается очень немного, то средняя чистота смешанного сока
92
(и малого и большого давления) не так сильно отличается от
чистоты первых порций.

Чистота очищенного нормального сока. Для более точной
оценки качества свеклы применяют метод, заключающийся в
следующих операциях: осаждение нагретого сока 1 % извести,
фильтрация, сатурация фильтрата, кипячение, еще раз фильтра-
ция и анализ (определение чистоты). Эта чистота является цен-
ным показателем, так как она весьма близка к чистоте сока
II сатурации на заводе. Здесь безвредные несахара удалены и
чистоту понижают лишь действительно вредные несахара, при-
чем оценивается общая сумма вредных несахаров (минераль-
ных и органических, азотистых и безазотистых).

Вредный азот. По мнению Андрлика, вредный азот является
основным элементом для оценки свеклы. Он считал, что вредные
азотистые вещества — главнейшие мелассообразователи. Одна-
ко более поздние исследования не подтвердили этого.

Минеральные вещества. Проф. Смоленский и другие предло-
жили для оценки свеклы определять в ней содержание золы
(электрометрически), считая, что зола является главной при-
чиной потери сахара в мелассе (на одну часть золы теряется
пять частей сахара). Это мнение также недостаточно обосно-
вано, но все же ближе к действительности.

Прочие показатели. При оценке свеклы имеет значение со-
держание в ней редуцирующих веществ, которые вызывают в
производстве затруднения (продукты их разложения увеличи-
вают цветность соков и сиропов).

Проф. Нахманович и Берман предложили определять в свек-
ле количество пектиновых веществ, находящихся в растворе, и
количество мякоти, легко растворимой при нагревании с водой.
Это ценные показатели, но определяются они с трудом.

Определение вредного азота, золы, редуцирующих веществ
и пектиновых веществ (каждого в отдельности) дает лишь од-
носторонние, хотя и ценные показатели. Более общее значение
имеет определение сахарозы в свекле и чистоты очищенного
нормального сока.

Глава 3. ХРАНЕНИЕ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

В дореволюционной России вопрос хранения сахарной свек-
лы был не столь актуален, так как производство сахара длилось
лишь 90—100 дней. Еще менее актуален этот вопрос для стран
Западной Европы, где длительность производства обычно еще
меньше.

Наоборот, в СССР вопрос хранения сахарной свеклы при-
обрел первостепенную важность. Посевы и урожаи свеклы в
нашей' стране из года в год быстро увеличиваются. Поэтому,
несмотря на строительство новых заводов, нагрузка сырья на
каждый завод была велика. Длительность производства для
большинства сахарных заводов СССР составляет 120—150 дней.
При таком периоде производства лучше используется оборудова-
ние и труд рабочих и служащих, а также снижаются накладные
расходы.

Чтобы иметь возможность удлинить сахарное производство,
в СССР тщательно изучались вопросы хранения свеклы и соз-
дана новая наука о хранении сырья, в разработке которой много
сделали акад. А. И. Опарин, лауреат Государственной премии
проф. Б. А. Рубин и проф. М. 3. Хелемский.

БИОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ СВЕКЛЫ

Сахарная свекла после уборки и очистки лишена листьев;
поэтому прекращен процесс образования и накопления в ней са-
харозы, прекращено также поступление в корень влаги из земли.
Однако корень продолжает жить. Жизнь проявляется в дыхании
корня, которое доставляет энергию, выделяет теплоту.

Дыхание есть процесс сжигания сахарозы за счет кислорода
воздуха; при этом сахароза сначала распадается на глюкозу и
фруктозу (при помощи фермента инвертазы), которые затем
окисляются в углекислоту и воду (при участии фермента окси-
дазы):

С6Н12О6 + 6О2 = 6Н2О + 6СО2 + 674 ккал (2821,9 кдж).

Как бы хорошо ни хранили сахарную свеклу, при хранении
живых корней ее всегда теряется сахар на дыхание. Интенсив-
ность дыхания и потери сахара на дыхание зависят от темпера-
туры. При низких температурах потери меньше, при повыше-
нии температуры на 10° потери на дыхание увеличиваются почти
в 2—2,5 раза, т. е. дыхание, как и большинство других химиче-
ских реакций, подчиняется (приблизительно) закону Вант-Гоф-
фа. Потери сахара на дыхание в 1 день, по нашим определе-
ниям, таковы [5]:

Температура, °C . . 0 3 5 7 10 12

Потери, % к массе

свеклы ......... 0,0061 0,0070 0,0079 0,0093 0,0130 0,0192

Кроме превращения сахарозы в углекислый газ (дыхание),
идет превращение ее в некоторые несахара. Поэтому при хра-
нении свеклы полная потеря сахара несколько больше того ко-
личества, которое использовалось на образование углекислого
газа.

При анаэробном хранении сахарной свеклы (т. е. без досту-
па воздуха) количество выделяемого углекислого газа умень-
шается вдвое, но зато значительно увеличивается превращение
сахарозы в несахара («интрамолекулярное дыхание»).
Небольшая как будто величина суточных потерь сахара на
дыхание составляет при длительном производстве весьма значи-
тельную суммарную потерю сахара. Например, при средней по-
тере 0,01 % за 150 дней хранения теряется 1,5% от массы свек-
лы, или около 9°/о от массы сахара, содержащегося в свекле.

Кроме нормальных неизбежных потерь сахара на дыхание
при хранении свеклы в свежем состоянии, всегда имеются поте-
ри от разрушения тканей корня микроорганизмами, т. е. от раз-
вивающихся на свекле плесеней и бактерий. При самых благо-
приятных условиях хранения эти потери можно снизить почти
до нуля, но при небрежном хранении потери микробиологиче-
ского характера быстро возрастают и приводят иногда даже к
полной гибели огромных количеств свеклы. Поэтому необходимо
особенно внимательно изучить условия развития на свекле мик-
роорганизмов и всякими мерами предохранять от них свеклу
при хранении.

Убранная свекла нестерильна, наоборот, на ее поверхности
вместе с частицами земли имеется множество зародышей все-
возможных микроорганизмов. Однако они не развиваются, здо-
ровая свежая свекла не заражается и не заболевает. Она, как и
всякий здоровый организм, обладает естественным «иммуните-
том», (т. е. защищенностью), оказывает сопротивление разви-
тию болезнетворных зародышей, так как здоровые живые клет-
ки выделяют особые вещества, которые убивают микроорганиз-
мы. Микроорганизмы вначале могут развиваться лишь на
отмерших клетках свеклы, которые имеются на пораненных, под-
мороженных или завядших (подсохших, дряблых) местах. Пер-
воначально микробы ведут жизнь сапрофитов (живущих на тру-
пах). Развившись на мертвых клетках корня и усилившись,
микроорганизмы начинают поражать и соседние ослабленные
живые клетки, т. е. уже начинается разрушительная работа па-
разитов, развивающихся на живой ткани корня свеклы.

Следовательно, при хранении свеклы важнейшее, решающее
значение имеет забота о том, чтобы свекла была в здоровом
состоянии и благодаря этому обладала естественным иммуните-
том. Никакие искусственные мероприятия против развития ми-
кроорганизмов не помогут, если сама свекла утратила естествен-
ную способность бороться с ними. Поэтому надо предохранять
корни свеклы от ранений. Неизбежные ранения при обрезке бот-
вы и корешка сравнительно легко заживают, но боковые ране-
ния, наносимые при небрежном обращении со свеклой, зажива-
ют труднее и легко приводят к загниванию корня. Не менее,
чем порезы и царапины, вредят свекле также и ушибы. В ушиб-
ленных, помятых местах часть клеток отмирает, и там разви-
ваются микроорганизмы.

При замораживании клетки свеклы также умирают: в них
свертывается протоплазма, разрываются стенки клеток. По этой
причине подмороженная свекла по оттаивании является прекрас-
ной почвой для развития микроорганизмов и немедленно
загнивает.

Нельзя допускать также увядания свеклы, т. е. потери вла-
ги, при этом свекла делается дряблой. Потеря, например, 5—
10% влаги кажется как будто не имеющей значения (ведь в
свекле очень много влаги — около 75%), на самом деле это чрез-
вычайно вредно. Влагу теряет главным образом лишь поверх-
ностный слой клеток, и при общей потере, например лишь 5%
массы свеклы из поверхностного слоя ее уходит, может быть,
50%, что приводит к ослаблению иммунитета и даже к отмира-
нию поверхностных слоев клеток, на которых при этом' пышно
развивается плесень.

Свекла при хранении страдает от двух групп микроорганиз-
мов— от плесеней и от бактерий. Первоначально развиваются
плесени, требующие для своего развития воздуха и поэтому об-
разующие колонии на поверхности корня свеклы. Постепенно
плесени разрушают плотную ткань кожицы свеклы и дают до-
ступ гнилостным бактериям к внутренним частям корня, где
они и развиваются. Для их жизни отсутствие воздуха даже по-
лезно (анаэробы).

Плесени и бактерии различно относятся и к реакции среды.
Плесени обычно сами образуют кислоты, окисляя сахар кисло-
родом воздуха, поэтому они лучше развиваются в кислой среде
и не могут развиваться в щелочной. Гнилостные бактерии, на-
оборот, имеют оптимум своего развитп^ГТПцёлочной, а не в ки-
слой среде.

Из плесеней, поражающих сахарную свеклу, следует отметить
Botrytis cinerea, Phoma betae, Rhizopus betavora.

Botrytis cinerea обладает способностью прорывать пробко-
вый поверхностный слой кожицы свеклы; питанием для него
могут служить любые углеводы, содержащиеся в свекле, даже
клетчатка. Сбраживая углеводы, Botrytis образует много ща-
велевой кислоты путем окисления кислородом воздуха. Он мо-
жет развиваться лишь при доступе воздуха (безусловный аэ-
роб).

Оптимальной реакцией для Botrytis является pH 4,5. Он
совершенно не переносит щелочной среды. В присутствии изве-
сти и даже мела он по может развиваться, так как нейтрализу-
ется кислота; кроме того, грибок не переносит и самого иона
кальция (может быть, потому что он осаждает из раствора
щавелевую кислоту).

Botrytis — один из обычных плесневых грибов, развивающих-
ся на завядшей свекле; он дает так называемую бурую, сухую
гниль корня.

Phoma betae также питается почти всеми углеводами свеклы
(кроме клетчатки). Оптимум развития — при слабокислой среде
96
(pH 6,5). Phoma betae — опасный для свеклы паразит, который
вызывает «черную сухую гниль»; грибок особенно легко пора-
жает свеклу при недостатке в почве бора.

Rhizopus betavora может хорошо развиваться и в нейтральной
среде и в отсутствие воздуха.

Из бактерий, чаще всего портящих свеклу, можно назвать
Bacterium betae viscosum и Bacterium betae flavum. Они вызыва-
ют «слизистый бактериоз» свеклы. Эти бактерии быстро разви-
ваются при pH 7,0—7,2, т. е. при слабощелочной реакции. Ин-
тересно, что в присутствии мела резко усиливается развитие
слизистых бактерий свеклы (вероятно, мел связывает и обез-
вреживает какие-либо продукты обмена, выделяемые бактерия-
ми) . Из корней свеклы, пораженных слизистым бактериозом,
вытекает бесцветная мутноватая слизь. Такое же ослизнение
вызывают эти бактерии развиваясь в соке свеклы. Для развития
этих бактерий не требуется воздуха. Кроме сахарозы и инверт-
ного сахара, слизистые бактерии усваивают также и пектино-
вые вещества, и пентозы. Среди продуктов их брожения найде-
на молочная кислота. Ткань корня свеклы, пораженного бакте-
риями, делается слизистой и приобретает серый или бурый
цвет.

Протеолитические бактерии (т. е. бактерии, разлагающие
белки) не играют заметной роли в гниении свеклы, вероятно,
потому что свекла содержит мало белков.

Наилучшая температура для развития плесени и бактерий
на свекле 25—30° С. Чем температура ниже, тем медленнее раз-
виваются микроорганизмы, поэтому и следует хранить свеклу
при возможно более низкой температуре (около 0°С), но не
ниже 0°С

Итак, биологические и микробиологические факторы требуют
соблюдения следующих условий при хранении сахарной свеклы:
температура при хранении свеклы должна быть возможно бо-
лее низкая, так как это снижает потери сахара на дыхание и.
задерживает развитие микроорганизмов; однако она ни в коем
случае не должна опускаться ниже нуля, чтобы не подморозить
свеклу;

корень свеклы должен быть здоровым с неослабленным есте-
ственным иммунитетом, без отмерших частей, легко подвергаю-
щихся гниению; для этого необходимо предотвращать ранение
и ушибы свеклы, не допускать подмораживания, потерь влаги
свеклой и увядания ее;

тщательная сортировка свеклы; чтобы не вносить очагов за-
ражения и гниения, ненадежную (незрелую, подмороженную, за-
вядшую, заплесневевшую, загнившую, дуплистую) свеклу ни в
коем случае не следует примешивать к свежей, складываемой
для длительного хранения.

4 Заказ 905 9/
ТЕХНИКА ХРАНЕНИЯ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В СВЕЖЕМ СОСТОЯНИИ

Уборка и кагатирование свеклы. Заботы о хранении свеклы
начинаются уже при ее уборке. Порядок уборки, план ее на-
мечаются в зависимости от зрелости свеклы на отдельных по-
лях: более зрелую свеклу убирают раньше.

При уборке прилагают все усилия, чтобы не допускать по-
тери влаги свеклой и увядания ее. Поэтому, если нет возможно-
сти немедленно вывезти убранную свеклу, то необходимо укры-
вать ее матами или ботвой, не оставляя на открытом воздухе на
солнце.

Лучше же всего, как правило, вывозить убранную свеклу без
промедлений или на сахарный завод, или на свеклопункт при
станции железной дороги.

Свеклокомбайн позволяет вести уборку свеклы тремя спосо-
бами.

1. Самый старый способ и все еще распространенный состоит
в том, что свеклу из бункера комбайна выбрасывают периоди-
чески кучками. После доочистки вручную ее грузят в автомаши-
ны при помощи свеклопогрузчиков. Получается хорошо очищен-
ная свекла, но велика затрата труда.

2. Поточный способ уборки, о котором уже было упомянуто
выше: свекла поступает из свеклокомбайна в автомашину, иду-
щую рядом с комбайном, и немедленно отправляется на свекло-
приемный пункт. Никакой доочистки нет. Кроме того, при убор-
ке свеклы этим методом требуется большое число автомашин,
чтобы свеклокомбайн мог работать без задержек.

3. Перевалочный способ уборки: свекла из комбайна подает-
ся в автомашину, но она отвозит ее лишь на площадку у края
дороги и отсюда при помощи свеклопогрузчиков свеклу грузят
в автомашины, доставляющие ее на свеклопункты.

Возможны и комбинации поточного и перевалочного способов.

Итак, главные правила при уборке свеклы сводятся к следую-
щему: 1) не повреждать свеклу; 2) предотвращать нагревание
и увядание; 3) определять степень пригодности ее для хранения.

При возке свеклы необходимо также заботиться о том, что-
бы не наносить ей ранений; укрывать свеклу матами, чтобы пре-
дохранить ее от увядания; не смешивать свеклу различного ка-
чества.

Свеклу вывозят или непосредственно па сахарный завод, или
на свеклозаготовительный пункт, размещенный при станции же-
лезной дороги. Здесь свеклу тщательно осматривают и определя-
ют, годится ли она для длительного или лишь для кратковремен-
ного хранения либо же она должна быть немедленно направлена
в переработку (дефектная). Принимаемую свеклу взвешивают
на автомобильных весах и направляют сообразно ее качеству в
соответствующий кагат для укладки.
Рис. 17 Автопогрузчик системы М. Д. Обрывко.

При транспортировке свеклы весьма трудоемкими работами
являются погрузка ее в автомашины и погрузка из кагата па
свеклопункте в железнодорожные вагоны. В настоящее время
уже широко используются механические погрузчики, за изобре-
тение их некоторые авторы удостоены государственных премий
(М. Д. Обрывко, В. А. Новиков и Н. М. Кичигин).

Для погрузки свеклы в автомашины применяют автопогрузчик
системы М. Д. Обрывко (рис. 17), смонтированный на автомаши-
не. Часть машины — забрасыватель свеклы — состоит из широких
граблей, которые выдвигаются, опускаются на кучу свеклы, под-
гребают ее и забрасывают в приемник автопогрузчика. Особыми
движущимися пальцами свекла сгребается на наклонный прутча-
тый конвейер, откуда попадает на второй конвейер, передающий
ее в сторону, в кузов двигающейся рядом автомашины.

В настоящее время на том же принципе создан и работает
ряд более совершенных автопогрузчиков. В некоторых из них
(например, СОТ-40) введены еще особые шнеки, отделяющие от
.свеклы загрязняющую ее землю.

Для
свеклы
вагоны

погрузки
из кагатов в
применяют

тракторную лопату
(рис. 18) системы
В. А. Новикова и
Н. М. Кичигина,
смонтированную на
тракторе. Двигаясь
вперед, трактор вре-

Рис. 18. Тракторная лопа-
та (схема). Положение
лопаты:

/ при загрузке; 2 — при
перемощении; 3 — при
вы грузке.
зает опущенную до земли лопату 1 в кагат. Когда лопата запол-
нена свеклой, ее поднимают в положение 2, трактор двигается
задним ходом к железнодорожной линии. Затем лопата ставится
в наклонное положение 3, и свекла высыпается в вагон. Каждый
раз лопата захватывает около 2 т свеклы; в час она может погру-
зить 100—200 т свеклы. Очень удобны для погрузки свеклы также
грейферные краны на гусеничном ходу.

Кагатирование свеклы. Кагатами называются длин-
ные кучи трапецеидального сечения, в которые укладывают свек-
лу для хранения. Для длительного хранения укладывают свеклу
лишь после 1 октября; раньше этого срока температура воздуха
еще слишком высока и уложенная теплая свекла энергично ды-
шит и плохо сохраняется. При прежней немеханизированной

Рис. 19. Свекловичный кагат (ручной укладки):

1 — свекла; 2 — соломенные маты; 3 — земля.

укладке (вручную) ширина кагата (рис. 19) была равна у осно-
вания 10—12 м, высота— 1,5—2,5 м.

В настоящее время при машинной укладке высота кагатов
достигает 3—5 м.

До 1 октября погода еще теплая, поэтому необходимо прини-
мать меры к возможному охлаждению свеклы по ночам через
верхнюю поверхность кагата (днем ее укрывают соломенными
матами для защиты от солнца и тепла).

По мере укладки кагат немедленно укрывают с боков мата-
ми, чтобы снизить циркуляцию воздуха и не допустить увядания
свеклы.

Южную и западную стороны кагатов осенью во время жар-
кой погоды белят густым известковым молоком для отражения
солнечных лучей.

С наступлением осенних заморозков кагаты укрывают с бо-
ков уже землей слоем от 25 и до 50 см, чтобы предотвратить за
мерзание свеклы. Сверху кагаты обычно укрывают соломенными
матами (длиной 2 м, шириной 1—1,5 м и толщиной по шву 3—•
4 см-, вяжут их шпагатом). Цель укрывания матами, как и зем-
лей, двоякая: осенью, пока тепло, они предохраняют свеклу от
нагревания лучами солнца и теплым воздухом; зимой же — пред-
отвращают промерзание.

Осенью при укрытии кагата матами средняя температура в
нем обычно ниже средней температуры наружного воздуха. Для
100
этого укрывают низкие кагаты матами днем и, наоборот, сверты-
вают и убирают их на ночь, чтобы дать прохладному ночному
воздуху доступ в кагаты. В пасмурную прохладную погоду ка-
гаты оставляют открытыми и днем. Чем больше снизится темпе-
ратура свеклы, тем меньше опасность развития микроорганиз-
мов.

В дождливую погоду свеклу всегда укрывают, так как влага
вызывает развитие плесени и порчу свеклы. Чтобы дать сток вла-
ге и предохранить кагат от затеков воды, верхнюю поверхность
кагата делают несколько выпуклой (подъем Vis ширины верхней
площадки). Маты располагают так, чтобы стебли соломы лежа-
ли не вдоль, а поперек кагата и по ним легко стекали капли воды.
Над боковыми слоями земли маты укладывают так, чтобы они
немного свисали через край кагата. Для отвода влаги и преду-
преждения подтекания ее под кагат большое значение имеют
также канавки, устраиваемые вдоль кагатов (земля, получаю-
щаяся при рытье канавок, идет на укрытие боковых сторон ка-
гата).

Зимой кагаты укрывают матами возможно плотнее, в два
слоя, чтобы предотвратить замерзание свеклы. Для большей
плотности укрытия маты кладут внахлестку, а не впритык. Рас-
крывают маты зимой лишь в исключительных случаях — для уда-
ления гнезд загнившей свеклы. Выпадающий зимой снег прикры-
вает маты слоем, который тоже предохраняет свеклу от промер-
зания; однако если наступает оттепель и снег начинает таять, то
его необходимо сгрести с матов, чтобы вода от таящего снега
не попала внутрь кагата.

Кагаты свеклы располагают на предназначенном для них ка-
гатном поле, которое должно быть заранее подготовлено. Летом
кагатное поле не следует использовать под огороды, так как на
овощах развиваются именно те микроорганизмы, которые потом
могут вредить свекле при ее хранении. К осени поле вспахивают,
боронуют, укатывают и дезинфицируют известью (2 т извести
на 1 га). Устраивают также канавы для стока воды. Заранее
производят планировку будущих кагатов и дорог для подвоза
свеклы. Кагаты располагают по длине с севера на юг, что-
бы холодный северный ветер не ударял в боковые стороны кага-
тов. Кагаты удобно располагать попарно, оставляя между каждым
кагатом одной пары промежуток в 3—5 м, а между двумя со-
седними парами кагатов — 5—7 м (для удобного проезда).

Уход за кагатами .свеклы. Важнейшим показателем, по кото-
рому судят о состоянии кагата свеклы, является его температу-
ра. Поэтому на свекловичных кагатах устанавливают длинные
ртутные кагатные термометры в деревянной оправе с металличе-
скими наконечниками. На каждые 2 тыс. ц свеклы устанавлива-
ют по одному термометру. Полезно, кроме того, устраивать в ка-
гатах дополнительные отверстия путем установки кольев; в эти
отверстия периодически помещают переносные термометры для
более детального наблюдения за температурой. Еще удобнее рас-
пространяющиеся в настоящее время термометры сопротивления.
Одновременно с температурой внутри кагатов измеряют и тем-
пературу наружного воздуха.

Осенью, как уже было сказано выше, главной задачей явля-
ется возможно большее снижение температуры кагатов, чтобы
эта температура была ниже средней температуры воздуха; это
достигается путем раскрытия матов ночью для доступа в кагат
холодного воздуха. Несмотря на все усилия, температура в
кагатах осенью держится сравнительно высокая (5—10° С);
однако свекла все-таки хранится хорошо, так как осенью она еще
свежая, здоровая, обладает поэтому хорошим иммунитетом и ус-
пешно сопротивляется развитию микроорганизмов. Потери же
сахара на дыхание повышенные.

Зимой (с 15 ноября по 1 февраля) температуру в кагатах сле-
дует держать несколько выше 0°С (1—4° С) и не допускать
снижения ее ниже 0° С. Это достигается путем регулирования
толщины покровного слоя кагатов (землей, матами). Свекла в
это время имеет уже несколько пониженный иммунитет, но ми-
кроорганизмы не развиваются, так как температура слишком'
низка; поэтому же низки и потери сахара на дыхание. При хоро-
шем укрытии кагатов разница между утренней и дневной темпе-
ратурами в кагате не должна быть больше 1—2° С, каковы бы
ни были колебания наружной температуры.

Весна (февраль—март) — самое опасное время для хране-
ния свеклы, которая уже значительно ослаблена длительным хра-
нением, а микроорганизмы легко развиваются, так как темпера-
тура постепенно повышается. Задача кагатчика в этот период —
возможно длительнее сохранить низкую температуру в кагатах.
Для этого следует лучше укрывать свеклу, чтобы в кагат не по-
ступал теплый воздух; полезно также белить известью южную и
западную стороны кагатов для отражения лучей весеннего
солнца.

Зимой и особенно весной необходимо тщательно следить за
тем, не появляются ли в кагатах очаги гниения от попавшей туда
менее надежной свеклы. О наличии таких очагов судят по Повы-
шению в этих местах кагата температуры свеклы. О развитии
гнилостных процессов в кагате можно узнать также по появле-
нию на его поверхности мокрых пятен, а при снеговом покрове —
по появлению проталин и по выделению легкого пара (что осо-
бенно заметно утром).

Очаги гниения нельзя потушить посредством обработки их
известью, так как щелочная реакция лишь усиливает гниение.
Поэтому немедленно по обнаружении очагов гниения всю порче-
ную свеклу выбирают, направляя лучше сохранившиеся корни
102
на завод в переработку. После того как зараженное гнездо уда-
лено из кагата, образовавшуюся яму заполняют здоровой
свеклой.

Если свекла в кагате частично подмерзла, то необходимо или
весь кагат немедленно пустить в переработку, или выбрать под-
мороженную свеклу, чтобы переработать ее, или заморозить
окончательно и хранить отдельно в замороженном состоянии. Но
ни в коем случае нельзя оставлять подмороженную свеклу вме-
сте со свежей, так как в мороженой свекле при таянии начнется
бурное гниение, которое передастся и здоровой свекле, и весь ка-
гат будет обречен на гибель.

Тщательно наблюдая за состоянием свеклы в кагатах, назна-
чают и очередность ее переработки: в первую очередь на перера-
ботку идет менее надежная свекла, которая может легко испор-
титься; на долговременное хранение оставляют лишь самую здо-
ровую свеклу («золотой фонд»).

Механизация работ по разгрузке и укладке свеклы в кагаты.
Разгрузка и укладка свеклы в кагаты вручную весьма трудоем-
ки. В настоящее время эти работы выполняются при помощи ма-
шин. Для разгрузки свеклы из грузовых машин обычно применя-
ют опрокидные площадки разных систем (рис. 20).

Однако такие площадки нисколько не очищают свеклу от
земли и не укладывают в кагат для хранения, а подают, ее лишь
в бурачную, откуда она гидравлическим транспортером направ-
ляется на завод для переработки.

Для разгрузки и укладки свеклы на хранение также разра-
ботан ряд машин, например БУМ-У4-М (рис. 21). Эта машина
по существу состоит из двух соединенных машин. Одна пред-
ставляет собой проездную опрокидную площадку для разгрузки
автомашин и для передачи выгруженной свеклы транспортером
во вторую машину, которая отделяет от свеклы землю при помо-
щи продольного наклонного конвейера 1 и дискового землеотде-
лителя 2, состоящего из шести валов с дисками —звездочками,
и передает ее особым подвижным транспортером 3 на необходи-
мое расстояние (до 10 м) и высоту (до 5—6 м) для укладки в
кагаты. Эта вторая очистная и укладочная часть машины стоит
на тракторе 4 и может с ним передвигаться; опрокидная пло-
щадка стоит тоже на колесах и связана с трактором сбоку
(см. Общая литература, 4, стр. 14). Под землеотделителем нахо-
дится горизонтальный транспортер 5 для отходов которые посту-
пают в кузов разгруженной автомашины после ее съезда с опро-
кидной площадки. Имеется также механизм для отбора проб
свеклы.

В последнее время был сконструирован и испытан новый бур-
тоукладчик Обрывко МБО-5М [7], аналогичный предыдущему, но
представляющий собой единую машину, скомпонованную на
тракторе.
Рис. 21. Буртоукладчик БУМ-У4-М.
Новая машина «Комплекс-ЦИНС» отличается тем, что в ней
опрокидная площадка наклоняет автомашину на бок и свалива-
ет свеклу через боковую откинутую стенку [6].

Буртоукладчики освобождают свеклу лишь от земли, но при
современной поточной уборке свекла содержит еще и ботву (сво-
бодную и связанную). Во ВНИИССе (Всероссийском научно-
исследовательском институте свеклы и сахара в Рамони Воро-
нежской области) разработано [8] устройство (очиститель) для
доочистки свеклы поточной уборки (рис. 22). Этот очиститель со-
стоит из двух секций: горизонтальной — для отделения земли и
наклонной — для удаления ботвы и сорняков. Землеотделитель
набран резиновыми пластинками эллиптической формы (185 X
X 125 мм) толщиной 20 мм с зазорами между ними 5 мм.

Рис. 22. Схема очистителя сахарной свеклы с ботвоотделяющей горкой.

Наклонная часть («горка») состоит из чередующихся решет-
чатых с винтовой навивкой и цилиндрических роликов. Два верх-
них вала горки вращаются навстречу потоку свеклы; последую-
щие шесть валов вращаются попарно навстречу один другому,
образуя затягивающие пары для удаления свободной и обрыва-
ния связанной ботвы. При заводском испытании оказалось, что
прибор удаляет 90% свободной земли, 84% свободной ботвы и
43% связанной ботвы.

Хранение свеклы в высоких кагатах. Было весьма распрост-
ранено совершенно ложное мнение, будто бы в высоких кагатах
свекла хранится хуже, чем в низких. В действительности же свек-
лу не укладывали в высокие кагаты лишь потому, что укладка
производилась вручную. В настоящее время при наличии машин
для укладки кагатов можно довести высоту их до 4—5 м при
ширине у основания 20—40 м. Опыты же ЦИНСа (проф. М.З. Хе-
лемский) на Большегрибановском и на Маковском сахарных за-
водах показали, что в- высоких кагатах потери сахара при хра-
нении свеклы меньше, чем в низких кагатах.

Преимущества высоких кагатов следующие:

на той же площади кагатного поля можно сложить больше
свеклы;
работа менее трудоемкая;

требуется меньше матов для укрытия свеклы;

меньшая поверхность подвергается опасности подморажи-
вания;

удобно регулировать температуру при помощи искусственной
вентиляции, что снижает потери и от дыхания, и от гниения
свеклы.

Шестилетние опыты хранения свеклы на Маковском сахарном
заводе в кагатах высотой 2—2,5 м и 4—6 м показали, что в
среднем потери при хранении в них 100—140 дней были мень-
ше, чем в низких кагатах.

Низкие Высокие
кагаты кагаты

Потери сахара в сутки, % по свекле .... . 0,016 0,010

Количество подмороженных корней, % 9,7 5,3

Количество гнилой массы, % ........ . 0,6 0,23

Таким образом, несомненно, перспективным является хране-
ние свеклы в высоких кагатах. Широкое совещание при
ВНИИСПе установило следующие рекомендации относительно
размеров кагатов для свеклы:

Категория свеклы

Ширина ниж-
него основа-
ния, м

Высота
слоя, м

Краткосрочного хранения ..........

Среднего хранения ................

Длительного хранения

без механической вентиляции

с механической вентиляцией . .

10—12 3

15—18 4

20—25 5

40—50 6—8

Все кагаты имеют трапецеидальную форму.

Укрытие высоких кагатов землей вручную, конечно,
невозможно. Были предложены и применялись особые машины
для укрытия кагатов землей (УКАП-ЦИНС), но и они малопри-
годны, так как требуется выкапывать и перемещать слишком
много земли.

Соломенные маты и даже соломитовые прессованные плиты
непрочны (они пригодны лишь па год). Больше подходят камы-
шитовые плиты, изготовленные из камыша на особых прессо-
вальных станках и прошитые проволокой (диаметром 1,6 —
2 мм). Размеры этих плит следующие (в мм); длина 2700; ши-
рина 550, 1000, 1500; толщина 50—70 и 100. Для получения
более крупных и прочных элементов для укрытия кагатов камы-
шитовые плиты заделывают по 2—3 шт. в деревянные рамы и
получают так называемые инвентарные камышитовые щиты раз-
мером, например, 2 X 3 м или 2 X 5 м. Такие щиты могут служить
несколько лет. Ими легко и быстро можно укрывать кагаты и
с боков и сверху, пользуясь подвижными подъемными кранами.
106
В дальнейшем может оказаться перспективным применение
и других более легких материалов для укрытия кагатов, напри-
мер синтетических «пенопласта» и «поропласта».

Активное механическое в е н т и л и р о в а н и е высо-
ких кагатов особенно важно для регулирования температуры, так
как в высоких кагатах на единицу объема приходится меньшая
поверхность, которая оказывается недостаточной, чтобы отво-
дить теплоту дыхания свеклы естественной циркуляцией воздуха.
Без принудительной вентиляции температура в кагатах повыша-
ется и потери сахара увеличиваются. На диаграмме (рис. 23)

Рис. 23. Диаграмма температур в кагатах при хранении свеклы:
1 — без вентилирования; 2 — с вентилированием; 3 — температура
наружного воздуха.

видно, как значительно активное вентилирование снижало тем-
пературу в кагате на Маковском сахарном заводе. На том же
заводе в среднем за 6 лет (1955—1960 гг.) суточные потери са-
хара в кагатах без вентиляции составляли 0,014%, а в кагатах
с вентиляцией — лишь 0,008%, т. е. почти вдвое меньше.

Ориентировочно можно рекомендовать следующую шкалу

интенсивности вентилирования (в Л£3 воздуха в час на 1 г
свеклы):
Районы Сентябр ь Октябрь Ноябрь
УССР (центр и восток) . . 40 35 25
УССР (запад) 45 40 30
УССР (юг) и Молдавская ССР . 50 45 40
РСФСР (центр) 35 30 25
РСФСР (восток) 30 25 20
РСФСР (Краснодар) 50 45 40

Для подачи воздуха лучше всего применять бетонные круг-
лые трубы диаметром около 500 мм с перерывами (щелями) для
выхода воздуха (через 1—2 м). Отношение площади выходных
отверстий к площади поперечного сечения труб берут около 3.
Скорость движения воздуха в начале канала составляет 6—
8 м]сек. Трубы для более равномерного вентилирования распо-
лагают поперек кагатов на расстоянии одну от другой, равном
примерно 1,5 высоты кагата. Если ширина основания кагата бо-
лее 25 м, то рекомендуется подавать воздух с обеих сторон ка-
гата в отдельные трубы, доходящие лишь до половины ширины
кагата.

При поперечном вентилировании удобными оказались осевые
вентиляторы: они компактны, их можно устанавливать даже
внутри воздуховодов. Кроме того, осевые вентиляторы позволяют
получать большие объемы воздуха небольшого давления и рас-
ходуют меньше энергии.

Ни в коем случае нельзя вентилировать кагаты воздухом с
температурой ниже нуля, так как это вызовет подмерзание свек-
лы у входа воздуха в кагат. Нельзя также вентилировать кагаты
слишком сухим воздухом, чтобы не вызвать подвяливания
свеклы.

Склады свеклы. Все же ежегодно повторяющиеся рабо-
ты по созданию высоких кагатов, их укрытию, вентилированию,
раскрытию являются и сложными, и дорогими. Естественно по-
являются предложения создавать по возможности дешевые, но
постоянные склады для хранения свеклы с постоянными стена-
ми и сетью труб для вентиляции, может быть, кондиционирован-
ным воздухом. Таковы, например, предложения проф. С. Ф. Жи-
галова и др. Однако пока такие склады оказываются слишком
дороги.

Потери сахара при хранении свеклы. При хранении свежей
живой свеклы всегда имеются потери сахара на дыхание; к ним
присоединяются в большей или меньшей степени потери от забо-
леваний свеклы, вызванных микроорганизмами. Для определе-
ния потерь сахара при хранении свеклы недостаточно знать лишь
процент сахара в ней в начале и в конце хранения; кроме того,
необходимо установить и потерю массы свеклы от испарения вла-
ги. Для этого применяют метод сеток.

При укладке свеклы в кагат в него закладывают в вертикаль-
ном положении узкий длинный сетчатый мешок из просмоленного
шпагата или лучше из мягкой проволоки, заполненный уклады-
ваемой свеклой. Одновременно отбирают пробу этой свеклы и в
ней определяют процент сахара. Сетку со свеклой перед заклад-
кой в кагат взвешивают. В конце храпения кагата сетку со свек-
лой извлекают и вновь взвешивают, а свеклу вторично анали-
зируют.

Предположим, что масса свеклы в сетке при закладке' на
хранение составляла 12,92 кг, цосле хранения— 12,32 кг. Перво-
начально в свекле содержалось сахара 17,7%, а после хране-
108
иия— 16,9%. Потеря массы свеклы при хранении

12,92 — 12,32 = 0,60 кг, или 0,60 ' 100 = 4,6 % .

12,92

В свекле, заложенной в сетку в количестве 12,92 кг, содержа-
лось сахара

12,92-17,7 оос-
—------= 2,287 кг,

100

а после хранения в ней оказалось сахара лишь

1216,9 = 2,082 кг.

100

Следовательно, потеряно при хранении 2,287—2,082 =
= 0,205 кг сахара, или

0,205-100 , Спп/

-------— =1,59% к массе свеклы.

12,92

Если бы свекла хранилась в кагате, например, 120 суток, то
суточная потеря сахара равнялась бы

—0,0132 % .

120

По величине потерь сахара при хранении свеклы намечены
три группы районов:

I группа (меньшие потери) —Правобережная Украина (Вин-
ницкая, Киевская области); области Брянская, Липецкая, Орлов-
ская, Тульская, Рязанская;

II группа — УССР, области Кировоградская, Полтавская,
Сумская, Харьковская, Одесская, Днепропетровская; РСФСР —
области Тамбовская, Воронежская, Пензенская, Курская, Белго-
родская, Липецкая, Татарская АССР и Бурятская АССР;

III группа (худшие условия хранения)—Краснодарский
край. Ставропольский край, Чечено-Ингушская АССР, Грузин-
ская ССР, Киргизская ССР, Казахская ССР, Молдавская ССР,
Армянская ССР.

Разработаны [23] следующие временные нормы предельно до-
пустимых потерь сахара при хранении свеклы (в сотых долях
процента сахара в день по массе свеклы):

Группа Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Апрель
1 1,2 1,1 1,0 1,0 1,1 1,2 1,7 2,0
II 1,5 1,2 1,2 1,2 1,2 1,4 1.9 2,3
III 1,9 1,3 1,3 1,4' 1,5 1,6 2,1 2,5
Как видно, наименьшие потери сахара наблюдаются в зимние
месяцы (ноябрь — январь) при наиболее низкой температуре в
кагатах, а наибольшие — весной как от усилившегося дыхания,
так и от деятельности микроорганизмов.

При соблюдении современных условий хранения свеклы и
длительности производства до 150 суток потери в свекле на ды-
хание могут в среднем составлять около 0,01 % сахара (по свек-
ле) в сутки.

При затягивании производства на март — апрель и небрежном
хранении на свекле развиваются микроорганизмы, вызывающие
огромные потери сахара (например, выход сахара на заводе со-
ставляет лишь 7% по свекле вместо выхода 14% сахара из све-
жей, здоровой свеклы).

Очень неблагоприятно влияют на хранение свеклы остающие-
ся при комбайновой уборке (поточный метод без доочистки)
черешки свеклы и даже часть несрезанной ботвы, так как они лег-
ко загнивают. Кроме того, они вредно влияют и на весь ход про-
изводства сахара и на заводской выход его. Поэтому необходи-
мо бороться за более совершенные методы комбайновой уборки.
Нужно устанавливать комбайны на более низкий срез ботвы.
При этом может быть срезана часть головки, которая уйдет с
ботвой, что повысит кормовую ценность ботвы.

ХРАНЕНИЕ МОРОЖЕНОЙ СВЕКЛЫ

Хранение свежей свеклы связано всегда с потерей сахара
как на дыхание, так и от деятельности микроорганизмов. Клет-
ки хорошо промороженной свеклы мертвы и потому не теряют
сахара на дыхание. Микроорганизмы при низких температурах
также не развиваются. Следовательно, теоретически можно хра-
нить свеклу в замороженном состоянии совершенно без потерь.
Поэтому и появились предложения хранить свеклу в таком виде.
Кроме того, в некоторых районах, например в Алтайском и Крас-
ноярском краях, восточно-европейских областях РСФСР, где
зимы суровы и устойчивы, хранить мороженую свеклу гораздо
легче, чем предотвращать ее примораживание. Первые опыты по
хранению мороженой свеклы в условиях сибирского климата про-
вел проф. С. В. Лебедев; затем этот вопрос глубоко изучали
акад. А. И. Опарин и ЦИНС под руководством проф. М. 3. Хе-
лемского.

Оказалось, что сахарная свекла и при температуре ниже 0°С
все еще продолжает дышать. Лишь при температуре ниже ми-
нус 7° С дыхание постепенно (через несколько суток) прекра-
щается, т. е. происходит окончательное промерзание и гибель
клеток. Необходимость низких температур для замораживания
свеклы понятна, так как замерзает не чистая вода, а раствор
ПО
сахара, температура замерзания которого ниже 0°С. При замер-
зании выделяются ледяные кристаллы чистой воды, а незамерз-
шая часть жидкости является еще более концентрированным рас-
твором сахара, который может замерзнуть лишь при еще более
низкой температуре. Для быстрого промораживания свеклы (за
12—15 ч) нужен мороз минус 15° С. Корень при этом делается
твердым, как кость. Все клетки мерзлого корня свеклы оказы-
ваются убитыми, так как протоплазма свертывается вследствие
вымораживания воды. Ткани корня свеклы во многих местах ра-
зорваны.

В замороженном состоянии свекла, действительно, может хра-
ниться без потерь. Но мерзлая свекла может легко оттаивать
не при 0°С, а уже при минус 5°С. На оттаявшей мертвой свекле,
лишенной иммунитета, даже при температуре ниже 0°С начина-
ют быстро развиваться микроорганизмы. Кроме того, в оттаяв-
шей свекле содержится свободная инвертаза, которая быстро
инвертирует сахарозу (инвертный сахар может образоваться в
количестве 1—2% и более). Все это показывает, что при хране-
нии мороженой свеклы нельзя допускать ее оттаивания и темпе-
ратура внутри кагата должна быть не выше минус 5° С.

Свекла, предназначенная для замораживания, все же прежде
всего должна быть сложена в кагаты по всем правилам хранения
в свежем состоянии, так как до наступления больших (не менее
минус 15° С) и устойчивых морозов приходится после уборки
свеклы ждать месяца два, даже больше, и небрежно уложенная
свекла может потерять за это время много сахара. От первых
легких, неустойчивых морозов необходимо эту свеклу укрывать,
как обычно, потому что частичное замораживание и затем оттаи-
вание во время оттепели могут совершенно погубить свеклу.

Лишь после наступления сильных морозов (—15° С) присту-
пают к замораживанию свеклы.

В первых заводских опытах для замораживания свеклы раз-
валивали кагаты ее тонким слоем, а потом после замораживания
вновь укладывали в кагаты. На это, конечно, затрачивалось
чрезмерно много труда. Затем, по предложению акад. А. И. Опа-
рина, начали замораживать кагаты без разваливания их, путем
естественной вентиляции по особым трубам. Наконец, для уско-
рения замораживания начали применять принудительное проду-
вание холодного воздуха при помощи вентиляторов (агроном
П. М. Шемякин).

Замораживание свеклы продуванием холодного воздуха вен-
тиляторами особенно удобно в настоящее время при переходе к
складированию ее в высокие кагаты (высота кагата 5—6 м, ши-
рина основания не менее 20—25 м) и при хранении свеклы с ак-
тивной вентиляцией. Эти же вентиляторы и каналы затем, при
наступлении морозов, используют для полного замораживания
свеклы.
Весьма важным является вопрос о способах укрытия заморо-
женной свеклы, чтобы предотвратить оттаивание ее и порчу.

Правда, если замороженную свеклу предполагается перерабо-
тать зимой, то сложных укрытий не требуется. Ограничиваются
обычным укрытием матами для предохранения от оттепелей.

Метод хранения свеклы в замороженном состоянии можно
использовать и для длительного хранения — для удлинения про
изводственного сезона на март и апрель. Таким образом, дли-
тельность производства можно довести до 240 суток (сентябрь —
апрель). Опыты показали, что в условиях Сибири при особо ос-
новательном укрытии мороженая свекла может храниться даже
до июня. Для длительного хранения требуется довольно сложное
укрытие мороженой свеклы, так как нельзя допускать, чтобы
внутри кагата температура поднималась выше минус 5° С (при
0°С получилась бы уже катастрофическая порча свеклы).
Нельзя также допускать, чтобы внутрь кагата попадала вода.
Вода здесь играет роль как бы топлива, греющего кагат: она за-
мерзает в кагате, выделяя при этом скрытую теплоту замерза-
ния 80 ккал (334, 94 кдж) на 1 кг, и за счет этой теплоты повы-
шается температура свеклы.

ЦИНСом были предложены различные методы укрытий в за-
висимости от районов и сроков хранения замороженной свеклы
(табл. 13).

Таблица 13

Методы укрытия замороженной свеклы (ЦИНС)

Срок хранения Центральные районы РСФСР Восточные районы РСФСР
До 15 марта Два слоя матов со всех сторон кагатов Два слоя матов со всех сторон кагатов
До 1 апреля Три слоя матов или два слоя матов и снего- вая прослойка толщиной 10—15 см Два слоя матов для северных и восточных сторон кагатов. Три слоя матов или два слоя ма- тов и прослойка снега 10—15 см для южных и западных сторон
До 15 апреля Один слой магов, слой снега толщиной 30 см. Грн слоя матов или со- лома слоем 20 см и один слой матов Один слой матов, слой снега толщиной 20 см. Три слоя матов или со- лома 20 см и один слой матов
До I мая Один слой матов, слой снега толщиной 40 см. Четыре слоя матов или солома слоем 30 см и один слой матов Один слой матов, слой снега толщиной 30 см. Три слоя матов или со- лома 20 см и один слой матов
ЦИНСом были проведены также успешные опыты хранения
замороженной свеклы под слоем льда: кагат покрывали сначала
небольшим слоем снега (10 см) и затем намораживали слой льда
(например, 40 см) опрыскиванием кагатов в мороз распыленной
водой. Если покрыть ледяной слой соломенными или камышо-
выми матами, то можно хранить свеклу даже до июня (пока слой
льда останется примерно не менее 10 см).

При переработке мороженой свеклы весьма важно направ-
лять ее в производство, пока она не успела еще оттаять. Оттаяв-
шая свекла мягка, как губка, из нее легко выдавливается сок, так
как ткани корня разорваны и протоплазма скоагулирована.
В гидравлическом транспортере и в мойке такая оттаявшая свек-
ла быстро теряет сахар (потери сахара могут составлять, напри-
мер, до 1—2% от массы свеклы). Вообще и при неоттаявшей
свекле потеря сахара в воде гидравлического транспортера и
мойки значительно больше, чем при переработке свежей свеклы.

В оттаявшей свекле быстро накапливается инвертный сахар
(вместо обычного для свежей свеклы содержания — менее
0,1% —в оттаявшей свекле находим от 0,3 до 0,5% и даже до
1,0%)- При значительном повышении содержания инвертного са-
хара в свекле увеличивается количество кальциевых солей в соке
и выход мелассы.

Следовало бы во избежание лишних потерь сахара не пользо-
ваться для мороженой свеклы гидравлическим транспортером,
а доставлять ее сухим путем (грейфер и автомобиль) в бурач-
ную перед заводом. Еще лучше было бы замораживать предва-
рительно вымытую свеклу и потом, замороженную, подавать су-
хим путем на резку: таким образом избежали бы мойки для
мерзлой свеклы, которая плохо отмывается и теряет в мойке
сахар.

Стружка из мерзлой свеклы получается плохого качества и
толстая, но высолаживается удовлетворительно, так как при за-
мораживании все клетки свеклы уже убиты и протоплазма скоа-
гулирована. К сожалению, еще не было опытов по переработке
стружки из мороженой свеклы в диффузионных аппаратах непре-
рывного действия, а лишь в диффузионных батареях.

В остальном переработка мороженой свеклы идет без зат-
руднений и завод не снижает своей обычной мощности. Замора-
живание свеклы является особенно перспективным методом
хранения в восточных и северо-восточных районах СССР (Челя-
бинская, Омская, Новосибирская области, Алтайский и Красно-
ярский края), также в восточной части Европы (в Башкирской
АССР и Татарской АССР, Поволжье, Урале). Кроме того, необ-
ходимо прибегать к замораживанию попадающей на завод ча-
стично подмороженной свеклы, если нет возможности перерабо-
тать ее немедленно; в этом случае окончательное заморажива-
ние— единственное средство спасения свеклы.
ПОПЫТКИ БОРЬБЫ С СЕЗОННОСТЬЮ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Свеклосахарное производство — сезонно, оно недостаточно
использует оборудование, рабочий и технический персонал; на
свежей свекле производство должно длиться лишь до 130—
150 суток в году. Попытки удлинить производственную кампа-
нию на свежей свекле до 200 суток приводили к огромным поте-
рям сахара (выход сахара в марте был в среднем почти в 2 раза
меньше, чем в октябре).

Для борьбы с сезонностью был предложен и испытан ряд
методов, оказавшихся неприемлемыми, например свеклосушение
и хранение и переработка сушеной стружки, но оказалось, что
для этого требовался двойной расход топлива.

Инж. А. Б. Фремель предлагал на упрощенных малых заво-
дах (500 ц свеклы в сутки) перерабатывать сок лишь в черные
брикеты сгущенного неочищенного сока и в дальнейшем пере-
рабатывать их на обычных заводах в белый сахар. Это приводи-
ло к увеличению затраты труда и топлива и оказалось совер-
шенно нерентабельным. Предлагали также хранить диффузион-
ный сок с 1 % извести или сироп, но требуются огромные резер-
вуары.

В восточных районах СССР возможно удлинение производ-
ственной кампании до 240—250 суток путем хранения свеклы в
замороженном состоянии.

Производственную кампанию можно будет также удлинить,
перерабатывая на свеклосахарных заводах тростниковый сахар-
сырец в белый сахар после окончания переработки свеклы. Это
позволит получить значительный экономический эффект.

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ I

1. Коллектив авторов. Сахарная свекла (Всесоюзный научно-исследо-
вательский институт сахарной свеклы ВНИИС). М., 1963.

2. Карпенко П. В. Свекловодство. Изд-во «Колос», 1964.

3. С в е т л и ч н ы й В. А. Самая дешевая свекла. Краснодар, 1962.

4. X е л е м с к и й М. 3. Хранение сахарной свеклы Изд-во «Пищевая
промышленность», 1965.

5. С и л и п П. М. и Силина 3. А. Бюллетень сахаротреста № 7- -8,
М„ 1926.

6. Новиков В. А. и Кич и гн и Н. М. СП, 1965, К? 4, 31 и 36.

7. Банко А. В., Кущев Б. И., Тураев Л. Д. СИ, 1964, № 9, 29.

8. Яценко В. С. СП, 1964, № 5, 48.

9. Нахманович М. И. Химический состав свеклы. Пищспромиздат,
1940.

10. Кретович В. Л. Основы биохимии растений, Изд. 3-е М., 1961.

11. Lippmann О. Die Chemie dcr Zuckerarten. I, II, Leipzig, 1904. T ол-
л e н с-Э л ь с н e p. Краткий справочник по химии углеводов. Перевод с 4-го
немецкого издания. М., 1938. Ш о р ы г и п П. П. Химия углеводов. Изд. 3-е
М., 1938.

12. Vavrinecz G. Z. Z., 1962. № 9 (см. также русский перевод: СП,
1963, № 5, 69).
13. Харин С. Е. и Палаш И. П. О строении сахаратов. СП, 1964,
№ 12, 11.

14. Smolensk! К. В. 52 (1935), 505, 964; 53 (1936), 181, 837; Z, 87
(1937), 659, Харин С. Е. и Палаш И. П. Изд-во «Пищевая промышлен-
ность», 1966; С. 3. Иванов и Е. С. Л ы г и н. СП, 1966, № 10.

15. V a n Aken J., Doktor’s Thesis, Delft, 1930.

16. Силин И. М. Ж, V (1931), № 11—12, 611. Saalmann Z, 83
(1933), 963. Силин П. М., Силина 3. А. Сов. сах., 1932, № 22—23, 36.

17. Kertesz L. I. The pectic substances, New Jork, 1951. Сапожни-
кова E. В. Пектиновые вещества плодов. Изд-во «Наука», 1965.

18. Ehrlich F. Z. f. Angewandte Chemie, 40 (1927), 1310. Майер К. Г.,
Марк Г. Строение высокополимерных органических естественных соедине-
ний. Л., 1934.

19. Силин П. М., Силина 3. А. Ж, V (1931), № 11—12, 606.

20. Colin. В. 52 (1935), 95, 625,

21. Иванов С. 3. Труды Ленинградского института пищевой промыш-
ленности. Т. XIV (1958), 155.

22. Бузина Г. В. Диссертация (кандидатская) по производству студне-
образующего пектина из свекловичного жома, 1962 (Московский технологи-
ческий институт пищевой промышленности).

23. Фридман С. Е., С е л ю к М. А. Справочник по заготовке, приемке
и хранению сахарной свеклы. Изд. 2-е. Изд-во. «Пищевая промышленность»,
1964.
Получение сона
из свеклы

В настоящее время на свеклосахарных заводах для извлече-
ния сахара из свеклы применяют методическую обработку тон-
ко изрезанной свеклы водой при нагревании. Переход сахара и
растворимых несахаров из свеклы в воду совершается вследст-
вие диффузии, поэтому и метод сокодобывания называется диф-
фузионным.

Если кусочек свеклы с предварительно скоагулированной-
протоплазмой поместить в воду, то сахар и другие растворимые
вещества из этого кусочка постепенно начнут переходить в воду,
причем содержание их в кусочке будет уменьшаться, а в окру-
жающей воде — увеличиваться. Передвижение растворимых ве-
ществ прекратится лишь тогда, когда концентрации их внутри
кусочка свеклы и в окружающей воде сделаются одинаковыми.
Самопроизвольное перемещение растворенных веществ в сто-
рону, где концентрация их меньше, называется диффузней.

Явление диффузии происходит вследствие беспорядочного
движения молекул растворенных веществ: перемещаясь по все-
возможным направлениям, молекулы постепенно приближаются
к состоянию равномерного распределения. Диффузия происхо-
дит довольно медленно. При повышении температуры диффузия
ускоряется, так как скорость движения молекул увеличивается
(пропорционально абсолютной температуре).

f Для наиболее полного извлечения сахара из свеклы методом
! диффузии свеклу предварительно нагревают до температуры
I свертывания белков, т. е. температуры не ниже 60°С. Из живой
\ свежей клетки свеклы сахар не диффундирует, так как он нахо-
/ дится в вакуоле клетки в клеточном соке, а вакуоль окружена
/ слоем протоплазмы (белки), нс пропускающим молекулы сахара
f и другие растворенные вещества. Из мороженой свеклы сахар
' диффундирует и без предварительного нагревания, так как при
замораживании протоплазма свеклы свертывается и стенки мно-
гих клеточек разрываются.

Для ускорения процесса диффузии сахара свеклу режут на
свеклорезке в тонкую стружку, чтобы уменьшить путь переме-
щения молекул сахара из кусочков свеклы в воду.
Диффузионный способ получения сока из свеклы впервые
был предложен в России Д. А. Давыдовым в 1833 г. и применял-
ся в различных видоизменениях. Особенно практичная конст-
рукция диффузора и диффузионной батареи была осуществлена
в 1864 г. в Чехословакии Робертом, после чего диффузионный
метод сокодобывания быстро распространился и заменил преж-
ний прессовый способ.

В настоящее время вместо прежних диффузионных батарей
все шире применяются диффузионные аппараты непрерывного
действия.

Глава 1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

К предварительным операциям обработки свеклы до поступ-
ления ее на свеклорезку относятся следующие:

1) доставка свеклы на завод;

2) отделение от свеклы грубых примесей — камней, соломы:
камни ломают ножи свеклорезки, а солома наматывается на
лезвия ножей («забивает ножи») и мешает изрезыванию свеклы;

3) мойка свеклы — операция, при которой с поверхности
свеклы удаляют грязь (землю, песок, глину), загрязняющую по-
лучаемый сок и вызывающую быстрое затупление и изнашива-
ние ножей;

4) транспортирование вымытой свеклы к свеклорезке и взве-
шивание ее для учета сырья, поступающего на завод.

ДОСТАВКА СВЕКЛЫ НА ЗАВОД

Современный сахарный завод перерабатывает огромное ко-
личество свеклы— 1500—5000 т!сутки, поэтому особенно важ-
но, чтобы все работы со свеклой — погрузка, выгрузка, доставка
и другие — были механизированы (рис. 24).

Схема подачи свеклы с поля на завод. С полей из кучек
убранную свеклу погружают в автомашину, например, при по-
мощи автопогрузчика системы Обрывко (см. рис. 17). Автома-
шина доставляет свеклу непосредственно на территорию завода
(если завод находится близко от поля) или на ближайший свек-
лопункт, расположенный у железной дороги. Со свеклопункта
свеклу передают на территорию завода уже по железной доро-
ге, откуда она сначала поступает в особый склад, бурачную, из
которой гидравлическим транспортером, т. е. при помощи жело-
ба с текущей водой, свекла сплавляется к заводу.

Свеклу, привезенную £ поля в автомашинах на территорию
завода, если она не предназначена для длительного хранения,
тоже выгружают в бурачную. Свеклу же, предназначенную для
длительного хранения, направляют на автомашинах на кагат-
ближние
поля

Автопогрузчик

Дальние
поля

Автопогруз-
чик

3
«з
S:

бурто-
укладчик

Кагатное
поле

бульдозер i

§- Тракторная лопата
.3

бурто-

укладчик

Опрокидные
площадки

бурто-
икладчик

§&£ Санорозгружоншиеся
вагоны

Убуричноя )

Гидранты

гч

С»

j СВеклопункт |

Сракторния
лопата

| Сахарный зовов [

Рис. 24. Схема подачи свеклы на сахарный завод.

ное поле и там укладывают в кагаты. Впоследствии из кагатов
свеклу также гидравлическими транспортерами подают на за-
вод для переработки, а при отсутствии их — при помощи трак-
торных лопат и самосвалов.

Все операции по погрузке и выгрузке свеклы следует механи-
зировать, так как иначе для выполнения их требуются большие
затраты тяжелого физического труда. На схеме (см. рис. 24) по
отдельным ее узлам названы основные машины, применяемые
для механизации погрузочно-разгрузочных работ.

Бурачная и гидравлический транспортер. Бурачные для при-
емки свеклы устраивают вблизи сахарного завода. Они служат
регуляторами бесперебойной работы завода: запас свеклы в них
должен быть примерно на 2 суток работы. Бурачная представ-
118
ляет собой длинный закром
для свеклы, который устраи-
вают обычно над землей
(рис. 25).

Между закромами про-
кладывают железнодорож-
ный путь для подвозки свек-
лы. С внешних сторон мож-
но подвозить свеклу в авто-
машинах и выгружать по-
средством опрокидных пло-
щадок (см. рис. 20). Бурач-
ные строят из кирпича или

Рис. 26. Гидравлический транспортер.

бетона с цементированной

поверхностью. Они должны быть достаточно длинными, чтобы

вдоль их мог поместиться поезд со свеклой.

По дну бурачной размещают желоб обычно шириной 600 мм
и глубиной 700—800 мм (рис. 26), в который насосом подают

Рис. 27. Гидрант ЦИНСа.
воду. По такому искусственному ручью, называемому гидравли-
ческим транспортером, свекла сплавом направляется в здание
завода. Бурачные имеют почти прямоугольное сечение, дно их
лишь немного (под углом 10°) наклонено к гидравлическому
транспортеру.

Такие бурачные со слабым наклоном дна оборудуют пере-
ставными водобоями, или гидрантами (рис. 27), для гидромеха-
низации подачи свеклы. Струю воды под избыточным давлением
2—3 ат (0,2—0,3 Мн/м2) направляют на свеклу, лежащую в бу-
рачной, размывают ее и сплавляют в гидравлический транспор-
тер. Гидрант имеет два сальника 1 и 2 (см. рис. 27), которые поз-
воляют, действуя рукоятками 3 и 4, направлять струю ©оды, ку-
да требуется.

Гидравлические транспортеры отдельных бурачных впадают
в главный транспортер, несущий свеклу к заводу. Скорость дви-
жения смеси в транспортере около 1 м)сек, чтобы не оседал пе-
сок и двигалась свекла. Для этого транспортер должен иметь
уклон 15 мм/м, а на закруглениях — 20 мм]м. На гидравличес-
кий транспортер требуется 600—700% воды по массе свеклы.

Транспортерно-моечную воду используют повторно после очи-
стки в отстойниках.

Для механизации разгрузки свеклы с автомашин в бурачную
широко применяются самоходные опрокидные площадки (см.
рис. 20). Площадку помещают у края бурачной. Из железнодо-
рожных вагонов свеклу разгружают в бурачную водобоем (гид-
рантом), расположенным соответствующим образом. Свекла,
разгружаемая гидравлически, попадает сразу в гидравлический
транспортер и на завод. Наиболее удобными являются самораз-
гружающиеся вагоны.

Кагатное поле при заводе. На кагатном поле складывают
свеклу, подвезенную автомашинами и предназначенную для
длительного хранения. Кагаты располагаются рядами. Для раз-
грузки свеклы с прибывающих машин и укладки ее в кагаты
применяют буртоукладчики БУМ-У4-М (см. рис. 21). Для ме-
ханизации подачи свеклы на заводе устраивают ряд гидравли-
ческих транспортеров между свекловичными кагатами и под
ними. Все эти транспортеры впадают в главный транспортер.

Чтобы передать свеклу из кагатов в транспортеры, пользу-
ются «бульдозером», т. с. гусеничным трактором, впереди кото-
рого прикреплен особый щит, сталкивающий свеклу из кагата в
транспортер. В такой бульдозер легко превратить обычную
тракторную лопату, заменив ее щитом бульдозера.

Бульдозеры сталкивают вместе со свеклой много земли, час-
то до предела заполняют (забивают) транспортеры и портят
часть свеклы. Лучше поэтому пользоваться для подачи свеклы
тракторными лопатами, из которых, однако, нельзя ссыпать
свеклу непосредственно в транспортер, чтобы его не засыпать.
120
Над транспортером устраивают передвижной бункер, в который
подают свеклу тракторной лопатой. Из бункера свекла посте-
пенно и равномерно сыплется в гидравлический транспортер.
Еще лучше брать свеклу из кагатов при помощи грейферного
крана на гусеничном ходу.

Свеклопункты. На свеклопунктах свеклу укладывают, как
и на сахарном заводе, в кагаты и хранят в них до отправки на
завод по железной дороге. Для погрузки свеклы на железнодо-
рожные платформы и в вагоны из кагатов применяют трактор-
ную лопату.

Подача свеклы в мойку. Линия гидравлического транспор-
тера оканчивается в моечном отделении завода. Здесь, уже внут-
ри заводского помещения, свеклу из гидравлического транспор-
тера поднимают на несколько метров кверху и передают в свек-
ломойку. Эта операция выполняется обычно при помощи подъ-
емного колеса или свеклонасоса.

Подъемное колесо (рис. 28) представляет собой вертикально
расположенный большой круг из дырчатого железа диаметром
от 5 до 10 м. Он медленно вращается вокруг горизонтальной оси.
С одной стороны к этому кругу приделаны обод шириной 0,5 м и
кольцо также из дырчатого железа. Таким образом получается
вращающийся кольцевой канал, разделенный особыми перего-
родками на ряд карманов. Свекла из гидравлического транспор-
тера попадает в нижнюю часть колеса, причем вода транспорте-
ра уходит через отверстия дырчатого обода в сточную канаву.
Свекла же, захваченная карманами колеса, поднимается при его

Рис. 28. Подъемное колесо для свеклы.
вращении и на высоте приблизительно 0,8 диаметра колеса вы-
валивается в наклонный желоб, направляющий свеклу в мойку.

Таким образом, высота подъема свеклы равна 0,8 диаметра
подъемного колеса, т. с. от 4 до 8 м. Окружную скорость движе-
ния обода устанавливают от 0,7 до 0,9 м/сек (можно до
1,4 м/сек).

Если конец гидравлического транспортера расположен слиш-

ком низко и отвод грязной воды
устраивают подъемное колесо не
железа. Тогда колесо поднимает
гидравлического транспортера.

самотеком затруднителен, то
из дырчатого, а из сплошного
вместе со свеклой и воду из

Разрез

Рис. 29. Свеклонасос.

В настоящее время для подъема свеклы вместе с водой из
гидравлического транспортера применяются только свеклоподъ-
емные центробежные насосы (рис. 29). Они компактны и просты
в обслуживании и в ремонте; свекла при прохождении через на-
сос и трубопровод хорошо промывается, что облегчает работу
мойки. Размеры насоса должны быть таковы, чтобы он мог про-
пускать корни свеклы (диаметр патрубков насоса 400 мм). По-
этому п производительность насоса высока — не менее 10000 ц
свеклы в сутки. Высота подъема свеклы составляет 10—15 м при
400 об/мин. При увеличении числа оборотов возрастает и про-
изводительность насоса, и высота подъема, например, до 20—
25 м. Таким образом, можно поставить мойку высоко и обойтись
без элеватора для свеклы.

ОСВОБОЖДЕНИЕ СВЕКЛЫ ОТ ГРУБЫХ ПРИМЕСЕЙ

На гидравлическом транспортере обычно устанавливают ап-
параты для отделения от свеклы грубых примесей — камней, со-
ломы и песка.

Соломоловушка. Примитивная соломоловушка для улавли-
вания соломы, ботвы и вообще легких примесей свеклы пред-
ставляет собой ряд проволочных крючков, свободно подвешен-
122
ных в воде гидравлического транспортера (рис. 30). Отклоняясь...
эти крючки не мешают движению плывущей свеклы, но улав-
ливают и задерживают солому, которую время от времени вруч-
ную удаляют. Следовательно, требуется непрерывный тщатель-
ный надзор и уход за этими ручными приспособлениями. Таких
грабельных соломоловушек устанавливали одну за другой не-
сколько (например, 10).

В настоящее время устанавливают механизированные соло-
моловушки непрерывного действия. Принцип их действия тот
же, что и ручных соломоловушек: солома также улавливается
граблями, состоящими из ряда подвешенных узких пластинок с

77777777^77^7777777777777777777777777777777^

Рис. 30. Ручная грабельная соломоловушка.

зазубринами. Грабли здесь движутся навстречу свекле и воде
транспортера, так как они висят на валиках, соединяющих две
параллельные движущиеся бесконечные цепи.

В современных треугольных соломоловушках (рис. 31) эти
цепи проходят через три пары вращающихся звездочек. Верхняя
пара звездочек / является ведущей и получает движение от
электродвигателя. Подшипники звездочек укреплены на легкой
станине (на чертеже не показана). Цепи при движении прохо-
дят горизонтальный путь, наклонный и, наконец, вертикальный.
Рабочим путем является горизонтальный 2 и 3. При прохожде-
нии его висящие грабли с зазубринами движутся зазубринами
вперед по гидравлическому транспортеру навстречу движущей-
ся свекле. Движению свеклы они не мешают, так как висят сво-
бодно и, наталкиваясь на свеклу, легко отклоняются ею. В тран-
спортер погружено одновременно не менее пяти грабель. Зубья-
ми грабли захватывают солому и ботву.

Далее вместе с цепью грабли с соломой движутся вверх по
наклонному направлению, затем, обогнувши верхнюю звездочку,
грабли опрокидываются зубьями вниз, ударяясь о ролик 4, при-
чем солома, задержанная граблями, отделяется от них и отво-
дится по лотку 5. Наконец, цепь с граблями, освобожденными от
123
соломы и ботвы, движется вниз и попадает вновь в рабочее го-
ризонтальное положение. Скорость движения цепей составляет
0,2 м!сек.

Соломоловушки устанавливают в отдельном отапливаемом
помещении.

На многих .заводах работают менее громоздкие невысокие
горизонтальные соломоловушки непрерывного действия, лишь с
двумя парами звездочек, но их недостаток в том, что они не под-
нимают солому и ботву так высоко, как треугольные соломоло-
вушки, и поэтому удаление ботвы и соломы затруднено. Такие
соломоловушки можно ставить на металлической части гидро-
транспортера.

Камнеловушки. Весьма проста камнеловушка системы Бара-
нова (рис. 32). Она представляет собой углубление в гидравли-
ческом транспортере. В этом углублении и собираются камни как
более тяжелые, чем свекла. Свекла не оседает в камнеловушке
124
вместе с камнями, потому что ее выносит вода, подаваемая в
камнеловушку снизу. Для удаления накопившихся камней вре-
мя от времени открывают крышку с противовесом, установлен-

ную на дне ловушки.

Лучше работает кам-
неловушка системы Ра-
уде (рис. 33). Она со-
стоит из цилиндриче-
ского сосуда диамет-
ром 1—1,5 м с кониче-
ским дном. Внутри име-
ется вертикальный вал
с двумя парами пере-
мешивающих лопастей,
установленных на-
клонно под углом 45°
(число оборотов — 20 в
минуту). Свекла посту-
пает из транспортера в
верхнюю часть камне-
ловушки тангенциаль-
но (по касательной), а
удаляется радиально

Рис. 32. Камнеловушка системы Баранова.

Рис. 33. Камнеловушка системы Рауде
под углом 90° к направлению поступления и немного ниже уров-
ня поступления.

Мешалка способствует более четкому отделению камней от
свеклы. Камни собираются на дне камнеловушки. Разделению
способствует также и циркуляция воды, вызываемая действием
мешалки: в середине образуется на поверхности воды неболь-
шая воронка и нисходящий ток жидкости, а у стенок, наоборот,
восходящий ток, который выносит свеклу к выходному отвер-
стию. Кроме того, в коническую часть камнеловушки подается
под давлением струя воды, препятствующая осаждению свеклы
вместе с камнями.

Камнеловушка имеет двойной затвор: решетчатый шибер и
крышку с противовесом. Камни собираются на решетке Ь. При
чистке камнеловушки сначала отодвигают решетку Ь, вследствие
чего камни перемещаются под эту решетку на крышку с. Затем
решетчатый шибер закрывается и на один момент открывается
крышка с. При этом камни высыпаются из пространства be, а
вся свекла остается в камнеловушке, так как поддерживается
решетчатой задвижкой. Камнеловушку чистят не реже чем через
каждые 4 ч.

Камнеловушка Рауде стоит обычно перед мойкой свеклы на
большинстве сахарных заводов СССР.

Камнеловушка системы Павлюка и Соколо-
ва Л Т П-2 (рис. 34) принята как типовая. Она представляет
собой ситчатый барабан, вращающийся в расширенном до
2200 мм участке гидравлического транспортера. После ловушки
транспортер постепенно суживается до нормального размера
(ширина, например, 600 мм). Барабан ловушки вращается со
скоростью 3 об/мин. Диаметр его равен 2000 мм, длина —
2400 мм. Слева барабан ловушки соединен и вращается вместе
с более широким открытым кольцом, подобным кольцу подъем-
ного колеса для свеклы. В это кольцо и попадают уловленные
камни. При вращении они поднимаются двумя перегородками в
кольце и падают в отводной лоток / для камней.

Крупные камни после входа из гидравлического транспорте-
ра сразу попадают в кольцевой желоб (как в ловушке Барано-
ва). Мелкие камни и песок проскакивают внутрь барабана. При
этом камешки двигаются внутри барабана ловушки, а песок и
мелочь проходят сквозь сито стенки барабана (отверстия в нем
8X8 мм).

Внутри и спаружн к барабану приварены шнеки. Они пере-
двигают камешки внутри барабана и песок с очень мелкими кам-
нями снаружи барабана против движения свеклы к подъемному
кольцу, которое выбрасывает его вместе с более крупными кам-
нями. Это противоточная камнеловушка непрерывного действия.
Она весьма полно удаляет и крупные камни, и песок.
Рис. 34. Камнеловушка непрерывного действия системы Пав-
люка и Соколова:

I — лоток; 2 — привод.

Песколовушка. Кроме камнеловушки, желательна уста-
новка на гидравлическом транспортере песколовушки, так как
песок быстро притупляет ножи. Обычно песок движется по дну
гидравлического транспортера, поэтому для удаления песка за-
меняют на протяжении, например, 1,5 м дно гидравлического
транспортера решеткой из железных прутьев толщиной 10 мм,
уложенных вдоль транспортера с промежутками 18—20 мм. Пе-
сок и мелкие камешки проваливаются под решетку в бункер,
откуда их удаляют при чистке песколовушки.

Камнеловушка Павлюка и Соколова является одновременно
и хорошей песколовушкой.

МОЙКА СВЕКЛЫ

При уборке свеклы вручную в ней остается 1—3% земли, а
при механизированной уборке поточным методом количество
земли в свекле еще больше, иногда даже до 10—12%.

Частично свекла отмывается от прилипшей к ней земли и
глины уже в гидравлическом транспортере и в камнеловушки.
Для окончательной же очистки свеклы ставят специальную свек-
ломойку. Имеется ряд систем моек; все они —кулачные и пред-
ставляют собой корытообразный аппарат, заполненный водой, в
127
котором расположен вал с рядом кулаков. Свекла поступает не-
прерывно из свеклонасоса и постепенно передвигается кулаками
к другому концу мойки, откуда уже промытая удаляется. Тща-
тельному промыванию свеклы способствует трение свеклович-
ных корней один о другой и о кулаки мойки. Вода в мойку по-
дается непрерывно по принципу противотока, т. е. свежая вода
поступает на уходящую из мойки чистую свеклу.

Свекломойка КМЗ-57М (рис. 35) является улучшенным ва-
риантом прежней мойки Добровольского и также состоит из
двух частей — моющей и выбрасывающей свеклу. В моющей час-
ти над сплошным дном корыта мойки устроено решётчатое дно,
по которому и двигается свекла. Грязь и песок проходят через
решетку и собираются в песколовушках 1, откуда периодически
удаляются. Кроме песколовушек, устроены еще две камнело-
вушки 2.

Перемешивающее приспособление из стального вала с чу-
гунными муфтами и укрепленными в них деревянными кулака-
ми расположено ниже уровня воды в мойке. Это создает спо-
койную поверхность воды над кулаками, что очень важно: на
поверхность всплывает солома и удаляется из мойки через пе-
релив для уходящей грязной воды в том конце мойки, куда по-
ступает свекла. Длина моющей части машины — 8 л/, число обо-
ротов вала — 20 в минуту (при переработке 15 000 ц свеклы в
сутки).

Рис. 35. Свекломойка КМЗ-57М.
Из моющей части свекла через вырез в перегородке, регули-
руемый шибером, попадает в выбрасывающую часть свекломой-
ки, которая имеет две перегородки, разделяющие ее на три от-
сека. Первая перегородка доходит до дна, а вторая перегородка
не доходит. Над выбрасывающей частью расположен вал, выше
вала моющей части. Он вращается от особого электродвигателя,
число оборотов которого можно менять и регулировать. Этот вал
приводит в движение две группы перебрасывающих лопастей.

Лопасти первой группы перекидывают свеклу через перего-
родку, доходящую до дна, а лопасти второй группы выбрасыва-
ют вымытую свеклу из мойки. Отделения второе и третье улав-
ливают также и камни при помощи расположенной под ними
камнеловушки. Перебрасывающие лопасти двигаются выше дна,
поэтому камни легко отделяются. В прежних мойках Добро-
вольского выбрасывающая часть не имела особого управляемо-
го двигателя, поэтому ее было трудно регулировать. Кроме то-
го, в мойке КМЗ-57М все песко- и камнеловушки механизиро-
ваны: они открываются гидравлически водяными цилиндрами и
закрываются при помощи противовесов. Наконец, в этой совре-
менной мойке в головной ее части кулаки заменены витками
шнека 3, который вместе с перегородкой 4 регулирует равномер-
ное поступление свеклы.

Расход воды на мойку составляет 60—100% к массе свеклы.
Мойка КМЗ-57М хорошо удаляет камни и солому, однако отмы-
вание земли недостаточно именно потому, что при высоком уров-
не воды ослабляется трение корней один о другой. Для промы-
вания сильно загрязненной свеклы поточной уборки рекомен-
дуется применять комбинированную свекломойку, в которой
имеется еще одно предварительное отделение с пониженным
уровнем воды, где земля хорошо оттирается от свеклы. Далее
свекла переходит уже в свекломойку с высоким уровнем воды.

Моечное помещение, в котором находится также и свеклона-
сос, должно быть достаточно светлым и просторным. В нем
должно быть отопление и вентиляция, иначе оно всегда будет за-
полнено паром: от поступающей холодной свеклы в моечном по-
мещении без отопления будет холодно и от сравнительно теплой
воды (15—18°С), находящейся в мойке, будут подниматься клу-
бы густого тумана и оседать на оборудовании.

Для удаления соломы и камней, выбрасываемых из мойки,
применяют приспособление, механизированное при помощи
шнека.

Потери и отходы в моечном отделении. Потери
сахара в транспортерно-моечных водах при мойке хорошей све-
жей неподмороженной свеклы составляют 0,01—0,02% к массе
ес. Для свежей свеклы температуру воды в моечном отделении
поддерживают в пределах 15—18° С. Для мороженой свеклы во-
да в транспортере должна быть минимальной температуры, но
5 Заказ 905 129
такой, чтобы свекла в нем не смерзалась. Оттаивание мороже-
ной свеклы в транспортере и в мойке может значительно повы-
сить потери сахара в транспортерно-моечных водах (до 0,5% и
более).

Вместе с камнями и соломой, удаляемыми из свекломойки,
попадаются и корпи свеклы, которые необходимо тщательно от-
бирать и возвращать в мойку.

Сточные воды гидравлического транспортера и мойки уносят
с собой отломившиеся хвостики свеклы, небольшие, кусочки ее и
мелкие корни. Количество их может достигать 1—3% к массе
свеклы. Поэтому желательно иметь специальный хвостиколови-
тель, представляющий собой, например, полуцилиндрическое си-
то, через которое пропускают транспортерно-моечные воды. Оно
удерживает хвостики свеклы, которые непрерывно удаляются с
сита скребками и направляются для дальнейшего использова-
ния. Их можно пропускать через небольшую камнеловушку типа
Рауде, через соломоловушку и через мойку. Затем хвостики из-
мельчают в дробилке и направляют на диффузию вместе со
свеклой. Обычно их просто употребляют на корм скоту.

Транспортерно-моечные воды содержат лишь ничтожное ко-
личество растворенных веществ (сотые доли процента). Поэтому
эти воды можно вновь применить для питания гидравлического
транспортера. Однако их следует предварительно освободить от
взвешенных частиц земли путем очистки в специальных отстой-
никах или при помощи гидроциклонов.

ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ СВЕКЛЫ К СВЕКЛОРЕЗКЕ И ВЗВЕШИВАНИЕ ЕЕ

Отделение воды от промытой свеклы. Лапы, выбрасывающие
свеклу из мойки, захватывают также некоторое количество во-
ды. Поэтому в конце мойки надо устанавливать наклонную ре-
шетку длиной 1,5—2,0 м для отделения воды от свеклы, иначе
вода попадет в бурачный элеватор, в свеклорезку и со стружкой
будет подана в диффузионный аппарат. Диффузионный сок по-
лучится разбавленным и потребуется выпаривание излишней во-
ды па выпарке.

Обычная решетка не успевает достаточно полно удалить во-
ду. Поэтому рекомендуется ставить и перед моечным аппаратом
(мойкой) для удаления воды гидравлического транспортера и
после мойки специальные механические дисковые водоотделите-
ли. В них свекла перемещается горизонтально по шести располо-
женным параллельно вращающимся валикам (100 оборотов в
минуту) с набранными на них фигурными дисками. Длина тако-
го водоотделителя 1,7 ми ширина (она же является длиной ва-
ликов) — 1,2 ж. Этот прибор отделяет не только воду, но частич-
но также и грязь, камешки, ботву и солому.
На поверхности свеклы после
мойки всегда остается лишь не-
большое количество воды (не боль-
ше 1% к массе свеклы); если же не
следить надлежащим образом за
отделением воды от свеклы, то в
свекловичную стружку может по-
пасть и до 10% излишней воды.

Бурачный элеватор. Свекломой-
ка обычно располагается на полу
первого этажа, откуда вымытую
свеклу поднимают на высоту 15 —
20 м, чтобы обеспечить дальнейшее
перемещение ее самотеком на ав-
томатические весы, затем в свекло-
резку, на транспортер, передающий
свекловичную стружку к диффузи-
онному аппарату.

Для подъема свеклы применяют
карманный вертикальный бурачный
элеватор (рис. 36). Он состоит из
двух барабанов, между которыми
движется вертикально цепь. К зве-
ньям этой цепи прикреплены кар-
маны элеватора. Верхний бара-
бан — ведущий: он получает дви-
жение от электродвигателя через
редуктор. Нижний барабан — на-
тяжной: его подшипники могут пе-
ремещаться вверх и вниз при помо-
щи пиита, чтобы таким образом на-
тягивать цепь элеватора. Для эле-

Рис. 36. Бурачный элеватор.

ватора применяют или обычные простые корабельные цепи, или
цепи Галля (рис. 37).

Для предотвращения обратного хода барабана (во время ос-
тановки элеватора) под тяжестью нагруженных карманов уста-
навливают на валу верхнего барабана два храповых колеса с
«собачками», мешающими барабану двигаться в обратном на-
правлении.

Элеватор монтируют на станине из четырех стоек швеллер-
ного (корытного) железа. Вдоль стоек элеватора приваривают
направляющие угольники, между которыми движутся планки,
имеющиеся у каждого кармана: это обеспечивает правильное,
без колебаний движение цепи и карманов.

Чтобы свекла на пути не вываливалась из карманов, элева-
тор закрыт со всех сторон железным кожухом.
Рис. 37. Карман элевато-
ра с цепью Галля.

Свекла подается к элеватору на
второй-третий карман, считая от оси
нижнего барабана кверху. Нижний
барабан с ковшами должен быть ох-
вачен подвесным решетчатым ковшом
для предотвращения высыпания свек-
лы. Для отвода воды карманы элева-
тора изготовляют дырчатыми .

Скорость движения цепи элевато-
ра составляет 0,65 м/сек для кора-
бельных цепей (не более 1,0 м/сек) и
0,80 м/сек для цепи Галля (не более
1,2 м/сек). На 1 м3 емкости кармана
помещается 500 кг свеклы. Диаметр
барабана равен 1—1,5 м. Степень на-
полнения кармана ~0,7.

Как уже было сказано, можно об-
ходиться и без элеватора, если распо-
ложить мойку для свеклы на необхо-
димом высоком уровне и подавать ту-
да свеклу вместе с водой гидравличе-
ского транспортера при помощи свек-
лонасоса.

Электромагнитный сепаратор.

го типа

Электромагнитный сепаратор шкивно-
(рис. 38) служит для удаления из свеклы железных при-

\ Мелезные
' примеси

месей, прошедших через камнеловушку. Он представляет собой
небольшой пассовый тран- Свекла

спортер из прорезиненной
ленты длиной примерно 1,5 м
и такой ширины, чтобы свек-
ла двигалась по нему слоем
не толще 0,2 м. Лента дви-
жется по двум барабанам
а и Ь. Барабан b — натяж-
ной, а барабан а — ведущий, свекла

большего диаметра. Этот ба- рИс. з§_ Электромагнитный сепаратор,
рабан в то же время и маг-
нитный. Он собран из пе-

скольких (например, пяти) железных шкивов, между которыми
в узких промежутках имеются катушки изолированной проволо-
ки, вращающиеся вместе со шкивами. Все катушки соединены од-
на с другой последовательно и таким образом, чтобы при пропу-
скании в них через коллекторные кольца постоянного тока цилин-
дрическая поверхность шкивов становилась полюсом электромаг-
нита, а в центре шкивов оказывался другой полюс. Поэтому все
железные примеси притягиваются через ленту транспортера кпо-
верхности барабана а, свекла
же сваливается с ленты беспре-
пятственно. Железные примеси
тоже сваливаются, но позже
свеклы, тогда, когда они вместе
с лентой транспортера выходят
из сферы влияния магнита.

Автоматические весы. Из
элеватора свекла обычно на-
правляется по желобу самоте-
ком на автоматические весы,
учитывающие количество сы-
рья, поступившего на завод.
Зная по лабораторным анали-
зам сахаристость свеклы, мож-

но определить, сколько сахара

введено со свеклой на завод за Рнс- Схема автоматических весов,
данное время. Таким образом,
автоматические весы являются важным аппаратом, на показа-
ниях которого основывается весь химико-технический учет свек-
лы на сахарном заводе.

На многих свеклосахарных заводах применяют автоматиче-
ские весы с опрокидывающимся ковшом типа «Хронос» (рис. 39).
Весы имеют коромысло 1, ковш 2 для свеклы, которая поступает
в него сверху из желоба от элеватора через питающий бункер, и
гирю <3, подобранную для определенной порции отвешиваемой
свеклы. В зависимости от мощности завода ставят весы на 300,
400 или 500 кг свеклы, отвешиваемой за один прием.

Точка привеса ковша 4 выбрана так, что центр тяжести пус-
того ковша находится правее точки привеса; центр тяжести ков-
ша, наполненного свеклой, наоборот, лежит левее точки привеса.
Поэтому наполненный ковш стремится перевернуться влево про-
тив часовой стрелки. Ковш весов имеет слева откидную дверцу 5,
которая может вращаться вокруг шарнира 6.

Ковш весов постепенно заполняется свеклой из бункера 7.
Когда наступает равновесие, то сдвинувшееся с места коромыс-
ло весов освобождает заслонку 8, которая, вращаясь вокруг
шарнира против часовой стрелки, моментально захлопывает вы-
пускное отверстие бункера и прекращает доступ свеклы. Движе-
нием коромысла освобождается также защелка, мешавшая опро-
кидыванию ковша весов, и ковш опрокидывается (против часо-
вой стрелки), так как центр тяжести нагруженного ковша лежит
левее точки его опоры. Опрокинувшись, ковш занимает положе-
ние, изображенное пунктиром (см. рис. 39). Свекла в ковше пере-
валивается влево, толкает, открывает откидную дверцу 5 и выва-
ливается из ковша. Опорожненный ковш вновь повертывается
в первоначальное положение, так как центр тяжести пустого ков-
133
ша лежит правее точки его привеса. Становясь в первоначальное
положение, ковш при своем движении через передающий меха-
низм открывает заслонку 8 и свекла начинает снова поступать
в ковш. Весы опрокидываются до 2 раз в минуту.

Весы имеют счетный механизм с двумя шкалами. Верхний
счетчик при каждом опрокидывании весов суммирует массу
свеклы, равную массе гири (300, 400 или 500 кг). Нижний счетчик
суммирует «перевесы», т. е. небольшие излишние количества свек-
лы, которые успевают попасть в ковш сверх массы гири,
пока начинает двигаться коромысло и захлопывается подача
из бункера. Таким образом, чтобы узнать количество поступив-
шей свеклы; нужно к приросту показаний верхнего счетчика
прибавить прирост показаний нижнего счетчика.

В настоящее время выпускаются и ставятся более мощные
(на 500 и на 800 кг) и усовершенствованные весы ДС-500-2 и
ДС-800. При выгрузке у них не опрокидывается ковш, а лишь
открывается заслонка в дне ковша. Такие весы работают гораз-
до спокойнее, так как сотрясения от сил инерции при выгрузке
у них значительно меньше.

Автоматические весы необходимо периодически, раз в сутки,
проверять взвешиванием свеклы, выгружаемой при опрокидыва-
нии, на сотенных весах (такие 'Сотенные весы с ящиком для при-
ема порции свеклы специально ставят под автоматическими
весами).

Из автоматических весов сахарная свекла по желобу само-
теком поступает в свеклорезки.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ

В работе свеклосахарного завода вообще первостепенное
значение имеет равномерность ведения процессов и их регулиро-
вание. Эта равномерность работы завода зависит прежде всего
от равномерной подачи свеклы в количестве, соответствующем
производительности завода.

При слишком медленной подаче свеклы снижается произво-
дительность всего завода. Кроме того, слабозаполпепная свек-
лой мойка плохо промывает ее, так как корни слабее трутся
один о другой.

Наоборот, если некоторое время свекла подается в чрезмер-
ном количестве, то это вызывает ряд затруднений. Гидравличе-
ский транспортер в некоторых местах может оказаться перепол-
ненным (забитым) свеклой. Свекла образует как бы плотину и
перестает двигаться, а вода переливается через Края транспор-
тера. Свекла, идущая по гидравлическому транспортеру чрез-
мерно густой массой, быстро проходит (проскакивает) вместе с
камнями через камнеловушку; соломоловушки также не успева-
ют справиться со своей работой. Если мойка переполняется
134
свеклой, то требуется большое усилие для вращения вала с ку-
лаками, причем кулаки могут ломаться. При чрезмерном коли-
честве свеклы в мойке солома очень плохо всплывает из густой
массы и камнеловушки мойки тоже не выполняют своей работы.

Отсюда видно, какой вред работе завода наносит неравно-
мерность в подаче свеклы. Для регулирования подачи свеклы
моечное отделение обязательно должно быть связано световой и
звуковой сигнализацией с бурачной, чтобы своевременно давать
знать в бурачную о необходимости ускорить или замедлить по-
дачу свеклы.

Рис. 40. Колесо, регулирующее подачу свеклы на завод.

Кроме того, на гидравлическом транспортере перед входом
его на завод ставят решетчатый шибер, которым можно регули-
ровать поступление свеклы. Иногда ставят колесо, регулирую-
щее подачу свеклы (рис. 40). Лопасти его состоят из пальцев и
опускаются почти до дна транспортера. Колесо приводится в
движение от электродвигателя с переменным числом оборотов.
Колесо как бы отмеривает количество свеклы, подаваемой на
завод. Это количество зависит от регулируемого числа оборотов
колеса.

Глава 2. ПОЛУЧЕНИЕ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ

ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ СВЕКЛЫ

Для быстрого и возможно более полного извлечения сахара
из свеклы методом диффузии главнейшее, решающее значение
имеет хорошее измельчение свеклы, превращение ее в тонкую
струж ку.

Хорошая свекловичная стружка представляет собой длинные
и топкие полоски свеклы желобчатого, кровлеобразного сечения
135
Рис. 41. Свекловичная

стружка.

(рис. 41). Ширина стружки а быва-
ет обычно 4 мм (от 3 до 5) и тол-
щина S — не менее 0,5 и не более
1,0 мм. Кровлеобразная форма
стружки свеклы обеспечивает омы-
вание ее со всех сторон. Слишком
тонкая стружка нежелательна, так
как она сминается в компактную
массу и тоже затрудняет движение
сока, но и слишком толстая струж-
ка также недопустима, потому что
при увеличении пути диффундиро-
вания сахар из нее диффундирует
слишком медленно.

На заводе качество стружки
обычно оценивают по длине, кото-

рую занимает 100 г ее. Чем больше эта длина, тем тоньше и,
следовательно, лучше стружка. Длина 100 г хорошей стружки
около 25 м.

При определении длины 100 г стружки раскладывают и из-
меряют длину лишь действительно стружки, брак (стружка и
кусочки короче 1 см) и мезгу (полоски тоньше 0,5 мм) отби-
рают и взвешивают отдельно. К браку же относят и так назы-
ваемые «гребешки», т. е. широкие бороздчатые пластинки свек-
лы (несколько стружек, не отделенных одна от другой). Количе-
ство брака и мезги должно быть, возможно, меньше (брака не
более 3%).

Иногда качество стружки (степень ее измельченности) оце-
нивают по шведскому фактору

масса стружки длиной более 5 см
масса стружки длиной менее 1 см '

Этот фактор должен быть выше 10. Если в диффузионном
аппарате стружка свеклы слишком ломается («размалывает-
ся»), то фактор F уменьшается, так как увеличивается количество
стружки длиной менее 1 см, а масса стружки длиной более 5 см
уменьшается.

Свеклу изрезывают при помощи ножей, вставленных в рамы.
Это приспособление аналогично обычной шинковке для капусты
и овощей.

Свеклорезки бывают двух типов — горизонтальные и верти-
кальные. В одних свекла лежит неподвижно на вращающемся
диске, в окна которого вставлены рамы с ножами, при этом
свекловичная стружка выходит с нижней стороны диска; такая
резка называется дисковой, или горизонтальной. В свеклорез-
ках другого типа рамы с ножами неподвижны, движется же
свекла и изрезается о неподвижные ножи, ножевые рамы при
136
этом вставляются в окна боко-
вой поверхности вертикального
цилиндра, а свекла подается в
цилиндр, в котором вращается
вертикальный вал с лопастями,
заставляющий вращаться и
свеклу. Свекла прижимается
лопастями и центробежной си-
лой к ножам и быстро движет-
ся по ним; стружка выбрасы-
вается с боковой поверхности
цилиндра резки. Такая резка
называется центробежной, или
вертикальной.

НОЖИ И НОЖЕВЫЕ РАМЫ
СВЕКЛОРЕЗКИ

Для получения свеклович-
ной стружки чаще всего приме-
няют ребристые фрезерован-
ные ножи системы Чижека
(рис. 42). Зигзагообразное лез-
вие дает желобчатую стружку,
а острые ребра этих ножей от-
деляют одну стружку от дру-
гой. При точном движении од-
ного ножа за другим ребри-
стый нож должен дать одно-
типную желобчатую стружку
(рис. 43), но для этого нужно,
чтобы за гребешками одного
ножа точно следовали гребеш-
ки следующего за ним другого,
третьего и т. д. Так как полно-
стью добиться такой правиль-
ности движения ножей не уда-
ется, то получается лишь око-
ло 45% желобчатой стружки.

Иногда встречаются фрезе-
рованные кенигсфельдские, или
польские, ножи (рис. 44) и но-
жи системы Голлера (рис. 45)
с таким же лезвием,как у поль-
ских, но не фрезерованные, а
дешевые штампованные. Ножи
системы Голлера имеют также
зигзагообразное лезвие (под
углом 60°), но не имеют ребер.

165

Рис. 42. Ребристый нож систе-
мы Чижека.

Рис. 43. Профиль стружки при
ножах системы Чижека.

Рис. 44. Кенигсфельдский
(польский) нож.

Рис. 45. Штампованный нож
(системы Голлера).
Рис. 46. Профиль стружки
при штампованных ножах.

xjz xjz x!z xjz xjz xjz v!z хГ xjz xjz

Рис. 47. Пальцевидный нож
с ребрами.

Рис. 48. Пальцевидный нож
без ребер.

Рис. 49. Ножевая рама.

Ножи системы Чижека
устанавливают так, что
они режут всей линией
лезвия, а отдельные
стружки отрезаются
одна от другой ребра-
ми. Если .подобным об-
разом поставить ножи
системы Голлера, то
они, не имея ребер, бу-
дут давать не отдель-
ные стружки, а «гре-
бешки» из нескольких
не отделенных одна от
другой стружек. Поэто-
му ножи системы Гол-
лера приходится уста-
навливать так, чтобы
нижние части загзагов
ножа были поставлены
немного ниже стоящей
против ножа планки.
Вследствие этого часть
лезвия ножа системы
Голлера не использу-
ется, не псе лезвие ре-
жет. Кроме того, ножи
системы Голлера нуж-
но устанавливать так,
чтобы за гребешками
одного ножа шли не
гребешки, а углубле-
ния следующего ножа,
иначе следующий нож
пройдет впустую, ниче-
го не срезая. Однако
ножи Голлера и при
точном движении их

все же дают не одно-
родную стружку, а несколько типов (рис. 46).

На практике также и при применении самых дорогих и слож-
ных ножей системы Чижека все равно желобчатой стружки по-
лучается лишь половина, да и вообще сомнительно, нужно ли
добиваться получения именно желобчатой формы стружки, так
как на практике оказалось, что пластинчатая стружка дает пре-
красные результаты. Поэтому пренебрегать дешевыми ножами
системы Голлера не следует.
При переработке
сильно деревянистой
свеклы иногда приме-
няют пальцевидные но-
жи с ребрами (рис. 47),
а для мерзлой и испор-
ченной свеклы — паль-
цевидные ножи без ре-
бер (рис. 48).

Ножи бывают с

Рис. 50. Установка ножа в раме:

1 — планка; 2 — клин; 3 — щека.

зигзагами лезвия раз-
личного размера — 3;
4; 5; 6; 7 мм (считая

от вершины одного
зигзага до вершины следующего).

Ножи (их часто называют диффузионными) вставляют в но-
жевые рамы по два ножа в каждую (рис. 49), затем раму вместе
с ножами ставят в соответствующие окна резки. Против лезвия
ножа в раме устанавливают планку 1 (рис. 50), над которой
лезвие поднято на 2—3 мм («подъем» ножа); вследствие этого
нож может состругивать со свеклы более или менее толстую
стружку. Чтобы стружка не забивала ножа, а свободно проходи-
ла под ним, нож немного (на 3—5 мм) должен быть отодвинут
от планки таким образом, чтобы получился «зазор» (при очень
волокнистой свекле его приходится доводить до 7—10 мм).

Ножи устанавливать («набирать») в рамах следует весьма
точно, иначе получится неоднородная, плохая стружка с боль-
шим количеством брака. Степень подъема ножей выверяют по
особым шаблонам. Кроме того, гребни и бороздки ножей во всех
рамах должны быть точно на одних и тех же местах, если хотят
получить максимальное количество желобчатой стружки. Этого
достигают применяя при наборке ножей специальный шаблон —•
так называемый кондук-
тор (рис. 51).

Ножи в рамах закрепляют
при помощи болтов с потайны-
ми головками. Вообще в раме и
в самой свеклорезке со встав-
ленной рамой со стороны свек-
лы не должно быть никаких вы-
ступающих частей и шерохова-
тостей, кроме режущих лезвий
ножей. Всякая шероховатость

вызывает излишний расход энергии, царапает и бьет корпи свек-
лы, а главное 'вызывает смещение корней, что приводит к увели-
чению процента неправильной 'стружки, брака и мезги. Рамы с но-
жами вставляют в окна свеклорезок.

Рис. 51. Кондуктор для уста-
новки ножей в рамах.
Рис. 52. Дисковая свеклорезка.
СВЕКЛОРЕЗКИ И ИХ РАБОТА

Дисковая свеклорезка. На сахарных заводах иногда встреча-
ются дисковые свеклорезки (рис. 52) киевского завода «Больше-
вик». Свеклорезка имеет вертикальный вал, на который насажен
вращающийся вместе с валом стальной диск диаметром 2000 мм.
В радиально расположенные окна диска, как в гнезда, вкладыва-
ют ножевые рамы. Свеклу подают в загрузочную камеру, из кото-
рой она попадает в улиткообразные ходы; дном этих ходов являет-

ся вращающийся диск с ножами. Кожух с загрузочной воронкой
и суживающимися улиткообразными ходами для свеклы изобра-
жен на рис. 53. Свекла в этих ходах заклинивается, прижимается

к ножам и передвигается постепенно во все более суживающееся
пространство, пока не изрежется окончательно (это так назы-
ваемые прижимы Пут-
ша). Прижимы Путша не
позволяют свекле вер-
теться и отходить от но-
жей. Над самыми узки-
ми местами, т. е. над кон-
цами прижимов Путша,
устроены съемные крыш-
ки. Остановив резку и
сняв крышки, можно уда-
лить посторонние предме-
ты, если они попали слу-
чайно в свеклорезку. Че-

Рис. 53. Кожух с прижимами Путша.

рез эти же отверстия осу-
ществляют смену ноже-

вых рам в резке.

Из свеклорезки стружка поступает в пространство под дис-
ком (см. рис. 52) и направляется к транспортеру, при помощи
которого подается в диффузоры. Резка делает 60—80 об/мин.
Средняя скорость ножей 8 м/сек. Производительность резок от
5 до 8 тыс. ц свеклы в сутки. 1 м длины ножей изрезает до
2400 ц свеклы в сутки.

Недостаток дисковой свеклорезки—-это необходимость оста-
навливать ее для смены ножей. Кроме того, диск резки — до-
вольно капризная ее деталь. Он должен быть хорошо выверен,
чтобы при вращении не было колебаний. Во время ремонта за-
вода диск необходимо протачивать и выверять, а лет через пять
требуется и полная замена диска.

Центробежная свеклорезка СЦБ. Центробежная, или верти-
кальная, свеклорезка (рис. 54) состоит из неподвижного верти-
кального цилиндра (барабана) 1 диаметром 1200 или 1600 мм.
В стенках барабана сделано 12 или 16 окон, в пазы которых вер-
тикально закладывают ножевые рамы. Внутри барабана вра-
Рис. 54. Центробежная свеклорезка СЦБ.

щается чугунная трехлопастная улитка 2. Над режущим бара-
баном установлен неподвижный приемник для свеклы.

Свекла из приемника попадает во вращающуюся улитку,
прижимается центробежной силой, а также изогнутыми лопастя-
ми к стенкам неподвижного режущего цилиндра с ножами, дви-
гается по ним и изрезывается. Стружка поступает (выбрасы-
вается) из барабана в кожух, из которого и направляется в
транспортер для стружки.

Периферийная скорость движения улитки 8,3 м]сск при 100—
120 об/мин. 1 м длины ножей изрезает в сутки до 2800 ц свеклы.

Центробежная свеклорезка имеет ряд преимуществ по срав-
нению с дисковой. Скорость резания для нее одинакова по всей
длине ножевой рамы, тогда как в дисковой резке из двух ножей
рамы один (расположенный дальше от центра диска) движется
быстрее, чем другой. Если смотреть в кожух сверху, в центро-
бежной резке можно наблюдать работу каждой рамы в отдель-
ности и менять ее своевременно, когда она начнет давать плохую
стружку. Особенно важно, что в центробежной резке можно
легко на ходу менять рамы; вынимая их при помощи специаль-
ного экстрактора. К каждой раме снизу привешена особая пла-
стинка, которая служит заглушкой: когда рама выдвигается
кверху, то па место ее в окно резки становится заглушка; таким
образом окно резки оказывается закрытым и пи одни корень
свеклы не теряется через пего при смене рамы па ходу.

Работа свеклорезок. Рабочий регулирует свеклорезку в за-
висимости от работы предыдущих и последующих станций. По-
этому свеклорезки связывают сигнализацией с моечной установ-
кой (мойкой) н с диффузионным аппаратом (диффузией).

Во время работы свеклорезки нужно все время внимательно
следить (по звуку), нс попал ли в свеклорезку посторонний
предмет; если это случится, то ее немедленно останавливают,
удаляют попавший предмет и сменяют рамы с поврежденными
ножами.
При ухудшении качества стружки сменяют рамы в свекло-
резке и заменяют другими с вновь вставленными ножами.

Если при хорошей работе соломоловушек все-такн наблю-
дается быстрое забивание ножей, то это может происходить от
волокнистости свеклы. В этом случае увеличивают зазор ножей и
добавляют в свеклорезку древесный уголь для очистки лезвий
ножей от волокон. Кроме того, нужно чаще продувать ножи па-
ром.

Иногда оказывается, что мощность резки превышает произ-
водительность завода, вследствие чего приходится часто приос-
танавливать резку. Гораздо лучше в этом случае поставить вме-
сто одной или нескольких рам заглушки и таким образом сни-
зить производительность резки.

ПОДАЧА СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ К ДИФФУЗИОННОМУ АППАРАТУ

Свекловичную стружку из свеклорезки подают к диффузион-
ному аппарату при помощи ленточного или грабельного транс-
портера. Для диффузионной батареи нужно обеспечить подачу
стружки в каждый из 12—16 диффузоров.

Ленточный, или пассовый, транспортер. Транспортер представ-
ляет собой бесконечную ленту (пасс), огибающую два барабана,
из которых один ведущий, а другой натяжной (рис. 55) .Лента ре-
зиновая, ширина 400—800 мм, с хлопчатобумажными прокладка-

Рис. 55. Ленточный транспортер для стружки:

/ — натяжной барабан; 2 — разгрузочная каретка; 3 — ведущий ба-
рабан.

ми, поддерживается рядом роликов. Стружка из свеклорезки по-
ступает на движущуюся ленту, перемещается вместе с ней до
передвижной разгрузной каретки, где сбрасывается (вправо или
влево) установленным наискось сгребателем в желоб, направля-
ющий стружку в диффузор. Перемещая разгрузочную каретку,
можно подавать стружку в любой диффузор. Скорость движения
лепты 3—4 м/сек.

Транспортер без бортов с шириной ленты 0,5 м может подать
до !) тыс. ц стружки в сутки. Производительность ленточного
транспортера пропорциональна приблизительно квадрату шири-
ны ленты (так как с увеличением ширины увеличивается и тол-
щина слоя движущейся стружки).
Рис. 56. Грабельный транспортер:

1 — свеклорезки; 2 — диффузоры.

Грабельный транспортер (рис. 56). Этот транспортер пред-
ставляет собой желоб, по дну которого движется один за другим
ряд граблей, перемещающих свекловичную стружку вдоль же-
лоба. Грабли прикреплены к двум бесконечным цепям, натяну-
тым между двумя барабанами. Один из барабанов натяжной, а
другой ведущий; последний приводит в движение цепи с граб-
лями.

Стружку разгружают, выдвигая шиберы и открывая люки в
дне желоба: стружка проваливается в люк и отводится жело-
бом в диффузор.

Преимуществом грабельного транспортера является возмож-
ность транспортировать стружку кверху под углом до 30° (даже
до 45°). Это позволяет ставить ниже свеклорезку (см. рис. 56),
что уменьшает общую высоту подъема свеклы при помощи бу-
рачного элеватора и высоту здания. Скорость движения граблей
транспортера равна 1 м/сек.

Глава 3. ДИФФУЗИОННЫЕ АППАРАТЫ И ИХ РАБОТА

ОБЩАЯ СХЕМА ПРОТИВОТОЧНОГО ВЫСОЛАЖИВАНИЯ

Законы диффузии. Строение клетки свеклы указывает, что
сахароза находится в растворе в клеточном соке в вакуолях кле-
ток. Эти вакуоли со всех сторон окружены тонким слоем прото-
плазмы. Протоплазма является полупроницаемой перегородкой:
она пропускает через себя воду, но не пропускает веществ, раст-
воренных в клеточном соке. Поэтому кусочек свеклы, сколько бы
он ни лежал в воде, не отдаст сахара; сахар не высолаживается
144
из клетки, пока цела ее протоплазма. Если же протоплазма
убита, свернулась под влиянием нагревания выше 60° С или пу-
тем замораживания, то она уже не удерживает растворенных ве-
ществ и они легко диффундируют из клетки в воду. Таким обра-
зом, основным условием диффузионного процесса является на-
гревание стружки до температуры не менее 60°С. Для надеж-
ного достижения этого условия температура сока обычно долж-
на быть не менее 70° С.

Фик в 1855 г. развил математическую теорию диффузии, не-

торая оказалась совершенно аналогичной

разработанной Фурье
ранее. Закон диффузии,
Фиком, утверждает, что
растворенного вещества
фундировавшего сквозь

значительно
найденный
количество

S, продиф-
некоторый

слой растворителя (рис. 57), пропор-
ционально разности концентраций на
границах этого слоя С — с, пропор-
ционально времени т и площади слоя
F и обратно пропорционально толщи-
не слоя х, т. е. длине пути диффунди-
рования. Следовательно,

S==DFC^ct.

теории теплопередачи,

Рис. 57. Диффузия.

Здесь D — коэффициент пропорциональности, который назы-
вается коэффициентом диффузии. Он показывает, сколько дан-
ного вещества продиффундирует в единицу времени через еди-
ницу площади на расстояние единицы длины при разности кон-
центраций, равной единице (при этом, конечно, подразумевается,
что за время т концентрации С и с поддерживаются каким-то об-
разом постоянными):

С —с

-----можно назвать «градиентом» концентрации.

Величина коэффициента диффузии D зависит от рода диф-
фундирующего вещества и от температуры, при которой проис-
ходит диффузия. С увеличением размера частицы растворенного
вещества D уменьшается; оно приблизительно обратно пропор-
ционально радиусу диффундирующих частиц. Поэтому коллоиды
п высокополимеры имеют чрезвычайно малые коэффициенты
диффузии, а растворы кристаллоидов, находящихся в растворе
в виде отдельных молекул, диффундируют несравненно быстрее,
причем для кристаллоидов с меньшей молекулярной массой
обычно коэффициент диффузии больше.

Влияние температуры на диффузию легко объясняется с точ-
ки зрения кинетической теории растворов: с повышением темпе-
ратуры увеличивается скорость движения молекул и, кроме того,
уменьшается вязкость растворителя, вследствие чего молекулы
растворенного вещества легко продвигаются при диффундиро-
вании между молекулами растворителя. Таким образом, понятна
та зависимость, которую теоретически установил в 1905 г. Эйн-
штейн:

здесь k0 — постоянная, зависящая от размеров частиц раство-
ренного вещества;

Т — абсолютная температура;

т] — вязкость растворителя при данной температуре.

Однако за последнее время проведен ряд работ по определе-
нию коэффициента диффузии сахарозы [1], причем оказалось,
что повышение температуры несколько больше увеличивает ско-
рость диффузии, чем по формуле Эйнштейна. Поэтому для учета
влияния температуры на диффузию будем пользоваться непо-
средственно последними экспериментальными данными опреде-
ления коэффициента диффузии сахарозы (II], Д. Шлипгаке).

Ниже приведены коэффициенты диффузии сахарозы D
см2]мин 105 при концентрации 10%

Температура, °C ...... 20 30 40 50 60 70

D, см?/мин • 105 ..... 22,4 29.5 39,2 48,7 63,0 83,5

Например, при 70° С скорость диффузии сахара будет боль-
83 5

ше, чем при 40° С, в = 2,13 раза (а по формуле Эйнштейна

нашли бы увеличение лишь в 2,05 раза).

Отношения коэффициентов диффузии для различных веществ
при изменении температуры остаются приблизительно прежние.

В табл. 14 приведены коэффициенты диффузии сахара и не-
которых несахаров в воде при температурах 20 и 70° С. Как вид-
но из табл. 14, большая часть несахаров диффундирует быстрее
сахарозы в диффузионный сок. Только раффиноза диффундирует
медленнее. Значительно медленнее идет диффузия белков (вы-
сокополимеры), по диффузия их вообще почти не имеет значе-
ния, так как они свертываются от нагревания и большая часть
их оказывается в нерастворимом состоянии в жоме.

До нагревания стружки полупроницаемые пленки живой про-
топлазмы исключают диффузию сахарозы. После нагревания
белки протоплазмы получаются в виде отдельных сгустков, уже
не мешающих диффузии. Некоторое препятствие представляют
лишь клеточные стенки, которые, однако, могут только несколь-
ко замедлить диффузию кристаллоидов.

Закон Фика вполне приложим и при исследовании диффузии
сахара из свекловичной стружки, но коэффициент диффузии
146
Таблица 14

Коэффициенты диффузии (в см2/сутки)

Вещество Коэффициен- ты диффузии при темпера- туре, °C Вещество Коэффициен- ты диффузии при темпера- туре, °C
20 | 70 20 70

1,81

1,07

0,93
0,0183
0,0255

0,62
0,37
0,32
0,0063
0,0088

КС1 1,71 4,98
NaCl ......... 1,34 3,88
K2SO, 1,05 .3,04
Na2SO, 0,89 2,58
MgSO, 0,46 1,32
Лимонная кислота . . . 0,57 1,65

Винная кислота . .

Сахароза .........

Раффиноза . . . .

Карамель.........

Альбумин ........

будет несколько меньше, чем для диффузии в чистой воде без
препятствий в виде клеточных стенок.

Однократное высолаживание. Если свекловичную стружку
хотя бы и при температуре более 60° С 1 раз залить водой и оста-

вить в покое до наступления равновесия, то это даст только сла-
бый эффект диффузии: ведь диффузия происходит лишь, когда
есть разность концентраций, она будет продолжаться лишь, пока
вследствие диффузии концентрации сахара внутри и вне струж-
ки не уравняются. Если объем налитой воды равен объему сока
в стружке, то диффузия прекратится, когда половина сахара пе-
рейдет из стружки в воду, т. е., например, при стружке с 16% са-
хара в соке получим после остановки диффузии лишь слабый
16 оп.

по концентрации сок с — = 8% сахара и останется в стружке

тоже еще 8% сахара. Совсем другие, более совершенные резуль-
таты высолаживания получаются при применяемом повсюду на

заводах противоточном высолаживании.

Противоточное непрерывное высолаживание и типы его.
Схема противоточного непрерывного диффузионного процесса
следующая:

Жом Стружка

'\г .__с

— 0 -> с -» с2Ч^

Вода Диффузионный сок

По этой схеме работают все заводские диффузионные аппа-
раты. В них создается движение свекловичной стружки с одного
конца аппарата к другому и противоточное движение высолажи-
вающсн воды сквозь массу движущейся стружки. На схеме по-
казано, что стружка свеклы с концентрацией сахара С2 поступа-
ет в головную часть В аппарата и движется к хвосту А аппара-
та, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу вы-
солаживающую воду (от А к В). Из конца А аппарата уходит *
уже высоложенная стружка с малой концентрацией Ct (отход,
называемый жомом), а вода, двигаясь и получая сахар путем
диффузии, превращается в диффузионный сок со значительной
концентрацией с2, получаемый из головной части В аппарата.

Во всех частях аппарата успешно идет процесс диффузии. В хво-
стовой части в стружке остается очень мало сахара, но диффу-
зия все же продолжается, так как сюда поступает вода, в кото-
рой нет сахара и, следовательно, есть еще разность концентра-
ций Ct — 0 = С\. В головной части аппарата разность концент-
раций С2 — с2, где с2 — значительно меньше С2, так как на 100 кг
свеклы получают не 100 кг диффузионного сока, а несколько л
больше, например 120 кг (эту величину, показывающую количе-
ство диффузионного сока на 100 кг свеклы, называют «откачкой»
сока). Поэтому диффузионный сок имеет меньшую концентра-
цию, чем сок, содержащийся в поступающей свекловичной
стружке.

Эффект такого противоточного высолаживания весьма значи-
телен, например на 100 кг свекловичной стружки с содержанием
17,5% сахара получают 120 кг диффузионного сока с содержа-
нием около 14,3% сахара, а теряется в жоме лишь около 0,3%
0,3-100 ,

сахара, т. е. лишь —— = 1,7% от сахара свеклы.

Типы диффузионных аппаратов непрерывного действия. Уст-
ройство диффузионных аппаратов непрерывного действия, ра- '
ботающих на сахарных заводах, разнообразно, но сущность их
действия одна и та же — только что изложенное противоточное
высолаживание. Пять типов аппаратов, встречающихся на за-
водах, показаны схематически на рис. 58.

Колонный диффузионный аппарат КДА. Это ко- ч
лонна высотой 16—17 м. Она заполнена водой, движущейся
сверху вниз и превращающейся постепенно в диффузионный
сок с2, уходящий через сито из нижней части колонны. Свекло-
вичная стружка (С2), смешанная с диффузионным соком, пода-
ется насосом в нижнюю часть колонны и движется при помощи
лопастного шпека вверх по колонне навстречу воде, отдавая
сахар в воду путем диффузии и постепенно превращаясь в обес- <
сахаренный жом С|, уходящий из верхней части колонны.

Наклонный диффузионный аппарат С-17, ана-
логичный аппарату датской конструкции (DdS), представляет
собой двойной ленточный шнек длиной 26 м, поставленный на-
клонно (подъем '/?) и передвигающий стружку С2 снизу вверх,
где она уже в виде жома удаляется из аппарата. Вода по-
дается в верхнюю часть аппарата на уходящий жом и движется
вниз навстречу стружке, превращаясь постепенно в диффузион-
ный сок с2, уходящий из нижней части аппарата.
148

аппарата нет никаких шнеков, движу-
/.адл

Рис. 58. Схема диффузионных аппаратов
разных систем:

1 — колонный диффузионный аппарат (КДА);

2 — наклонный диффузионный аппарат С-17
(DdS); 3 — ротационный диффузионный аппарат
(РДА); 4 — аппарат Олье; 5 — аппарат J.

Ротационный диффузионный аппарат РДА —
это горизонтальный цилиндр, опирающийся на ролики и враща-
ющийся, диаметром около 5 м и длиной 27 м. Он делает 18—30
оборотов в час. Внутри
щихся отдельно от
всего аппарата, но
есть ряд прикреплен-
ных к аппарату пере-
городок. Они разделя-
ют аппарат на секции
(например, на 30 сек-
ций) и устроены так,
что при вращении ап-
парата заставляют во-
ду и сок перемещать-
ся в одном направле-
нии (от Н2О к с2), а
стружку — навстречу
(от С2 к С]).

Аппарат О л ь е-
это французский аппа-
рат, в котором путь
стружки очень длинен
(70 л«) и сложен.

Аппарат / —вен-
герский, у которого
труба значительно ши-
ре, но путь гораздо ко-
роче и проще.

Аппараты 4 и 5 —
цепные. Они представ-
ляют собой трубу, че-
рез которую движется
пара бесконечных це-
пей. К ним прикреп-
лен ряд дырчатых пе-
регородок на неболь-

шом расстоянии одна от другой. Эти перегородки и проталкива-
ют стружку по трубе навстречу движущейся высолаживающей
воде.

В качестве стандартных диффузионных аппаратов в СССР
приняты аппараты КДА (колонный) и С-17 (наклонный), ста-
вятся также венгерские J-аппараты. Они в дальнейшем и опи-
саны более подробно, а все прочие типы аппаратов описаны
кратко. Следует заметить, что все типы аппаратов непрерывного
действия были поставлены и испытаны в СССР в годы семилет-
него плана развития народного хозяйства.
КОЛОННЫЙ ДИФФУЗИОННЫЙ АППАРАТ КДА-25-59

Это аппарат для переработки 25 000 ц свеклы в сутки, кон-
струкции 1959 г. Прототипом аппарата является аппарат систе-
мы А. П. Соколова, сконструированный еще в 1924 г. Аналогич-
ны также немецкие аппараты БМА и Букау-Вольф [2—3]. Аппа-
рат последней отечественной конструкции (КДА-25-59) пред-
ставляет собой вертикальный цилиндр 1 высотой 15 370 мм и
диаметром 5000 мм, состоящий из восьми царг 2 (рис. 59). Ап-
парат установлен на металлическом постаменте 3. Внутри вер-
тикального цилиндра подвешен на сферическом опорном под-
шипнике пустотелый лопастный вал 4 диаметром 2000 мм, дви-
гающийся от электродвигателя постоянного тока 70 кет с
редуктором и делающий по желанию от 0,6 до 1,0 об/мин, что
позволяет регулировать производительность аппарата.

На валу посажено 19 рядов наклонных лопастей 5 по десять
в каждом ряду. Они и подталкивают, и перемещают свеклович-
ную стружку снизу вверх. Это не так трудно, так как стружка
находится в соке лишь немного меньшей плотности.

Стружка находится и движется лишь в промежутке между
цилиндрической стенкой аппарата и пустотелым валом. Такой
широкий пустотелый вал нужен, чтобы заполнить центральную
часть аппарата, в которой стружка совсем не двигалась бы
кверху, если бы имели обычный вал малого диаметра; была бы
слишком неравномерная скорость передвижения кверху. В про-
межутке же, занятом стружкой, ее движение кверху довольно
равномерно.

В промежутках между рядами движущихся лопастей постав-
лены по внутренней образующей цилиндра аппарата неподвиж-
ные контрлопасти 6 по четыре в ряду, они поставлены также
наклонно. Эти неподвижные контрлопасти как будто могли бы
лишь препятствовать продвижению стружки вверх, но на самом
деле они, наоборот, помогают этому продвижению, так как не
позволяют массе стружки вращаться как одному целому вокруг
осп цилиндра, не продвигаясь вверх. Эти контрлопасти, следо-
вательно, имеют важное значение. Через верхний 19-й ряд из
пяти коптрлопастей в аппарат подастся свежая вода, а через
17-й или 15-й ряд подводится выжатая из жома жомонрсссовая
вода, которая заменяет часть свежей воды.

Из нижней части колонны отводится полученный сок через
горизонтальное сито 7 (14,8 л/2). Кроме того, для отвода сока
используются также десять контрлопастей нижнего ряда, кото-
рые устроены дырчатыми, и две (из трех) подвижные лопасти
самого нижнего ряда, которые в то же время очищают горизон-
тальное сито 7. Третья из этих самых нижних движущихся ло-
пастей 8 служит для подачи и распределения в аппарате свежей
соко-стружечной смеси от центробежного насоса.
Рис. 59. Колонный диффузионный аппарат КДА-25-59.
Жом подталкивается двумя верхними выгрузочными лопа-
стями, движущимися немного выше уровня сока, и выбрасыва-
ется через пять окон, попадая в кольцевой скребковый транс-
портер снаружи по окружности цилиндра аппарата. Оттуда он
выбрасывается в канал для отвода жома.

Активная высота колонны — 13,4 м и полезный объем —
210 л/3. Оптимальная нагрузка аппарата стружкой весьма зна-
чительна — от 72 до 78 кг!гл. Если ее увеличивать (снижая чи-
сло оборотов вала аппарата), то затрудняется продвижение
сока и увеличивается расход энергии. Нагрузку держат на од-
ном уровне, удерживая постоянным отношение между потреб-
ляемой аппаратом энергией и числом оборотов вала.

Легко высчитать, что при переработке 25 000 ц свеклы в
сутки длительность пребывания стружки в аппарате будет
90 мин.

Оптимальная длина 100 г стружки для этого аппарата ока-
залась 10,5—12,5 jw/100 г. Более тонкая стружка чрезмерно из-
мельчается и затрудняет движение сока.

Рис. 60. Отпариватель КДА.
I
Средняя температура стружки в аппарате должна быть 70—
72° С: если температура ниже 70° С, то появляется инфекция, а
выше 72° С уже начинается размягчение стружки вследствие
гидролиза нерастворимых пектиновых веществ. Нужная темпе-
ратура в аппарате достигается путем подогрева свежей воды
для аппарата до 73° С и стружки, поступающей в аппарат, до
75° С. Такое предварительное «ошпаривание» стружки необхо-
димо и для коагуляции белков ее. Оно выполняется в особом
аппарате-—отпаривателе КДА (рис. 60), где поступающая
стружка нагревается путем смешивания с нагретым диффузи-
онным соком, полученным из аппарата КДА. Отпариватель со-
стоит из двух частей: загрузочная шахта — подогреватель 1 и
собственно отпариватель — цилиндр 2 диаметром 2,8 м и дли-
ной 7,65 м. Внутри отпаривателя вращается вал с витками
шнека 3, делающий 0,3—1,0 об/мин. Стружка свеклы из свекло-
резки попадает в шахту 1, куда подается и сок из КДА с темпе-
ратурой 72° С— 130—140% к массе стружки. При этом струж-
ка нагревается до 40—50° С, а сок уходит на производство через
сито 4 с такой же температурой. Стружка же попадает в отпа-
риватель и перемещается в нем шнеком, нагреваясь далее до
70° С поперечным потоком сока, подогретого до 78° С (в подо-
гревателе) . Сок поступает снизу через три патрубка в количестве
350% и уходит через сита 5. От пространства отпаривателя пе-
регородкой 6 (несплошной) отделено небольшое пространство
для перемешивания стружки с 250% сока, подогретого до 78° С,
мешалкой 7. Смесь с температурой уже 75° С по трубе 8 уходит
к центробежному насосу, подающему ее в нижнюю часть аппара-
та КДА, где примешанные к стружке 250% сока уходят через
сита аппарата КДА вместе с получаемым из аппарата новым
диффузионным соком.

Необходимость устраивать особый отпариватель является
значительным недостатком аппарата КДА, усложняющим уста-
новку.

Вся диффузионная установка с отпаривателем, подготовкой
свежей и жомопрессовой воды изображена на рис. 61.

Установка КДА-25-59 автоматизирована. Управляет ею один
человек.

Кроме описанного колонного аппарата, рассчитанного для
переработки 25 000 ц свеклы в сутки, в СССР строятся и анало-
гичные меньшие аппараты мощностью 15000 ц (КДЛ-15-58).

НАКЛОННЫЙ ДИФФУЗИОННЫЙ АППАРАТ С-17

Наклонный диффузионный аппарат С-17 (рис. 62) принят как
стандартный. Он аналогичен датскому аппарату DdS (Брюнихе
Ольсена) [5, 6, 7] и представляет собой корытообразный аппарат
1 длиной 22,5 м, установленный наклонно (уклон '/7 или около
154
8°). В нижний конец аппарата 2 направляется свекловичная
стружка. Здесь же через сито 3 и штуцер 4 отводится диффузи-
онный сок. Для очистки сита устроены два скребка, плотно при-
легающих к поверхности сита. Конусообразные отверстия сита
(2—4 мм) малым сечением обращены внутрь аппарата. По шту-
церу 5 можно под сито также направить пар для очистки сита.

Для передвижения стружки от нижнего конца к верхнему по-
ставлено рядом два ленточных шнека диаметром 2,4 м, которые
вращаются в противоположные стороны. Оси валов шнеков так
близки один к другому (расстояние между осями 1,55 м), что
витки одного шнека заходят в пространство между витками дру-
гого. Это осуществляет равномерное поступательное движение
стружки без вращения ее массы вокруг валов шнеков. Шаг шне-
ков 0,96 м. Число оборотов может меняться от 0,4 до 1,2 в мину-
ту. Элемент шнека диффузионного аппарата изображен на
рис. 63. Конечно, шнеки вращаются совершенно синхронно с оди-
наковым числом оборотов, иначе витки одного шнека задели бы
за витки другого и сломались бы.

Жом удаляется из верхнего конца аппарата подъемным ко-
лесом 6 (см. рис. 62), подобным колесу для подъема свеклы из
транспортера в мойку. Это колесо (с отдельным приводом) де-
лает 3,8 об/мин.

Вода (барометрическая) подается в верхнюю часть аппара-
та по патрубку 7, а жомопрессовая вода — ниже по патрубку 8.

Никакого предварительного ошпаривания стружки не дела-
ется, что весьма упрощает всю установку и является большим
преимуществом этого аппарата. Для повышения температуры
массы в аппарате под ним расположено 12 паровых камер 9 с
общей поверхностью нагрева 85 м2. Они обогреваются паром
температурой не более 100°С (пар третьего корпуса выпарки).
Температура в аппарате поддерживается примерно такая (счи-
тая по ходу движения свекловичной стружки): 72, 74 и 60°С.
Следовательно, температура удаляемого жома 60° С. Температу-
ра получаемого сока 25—30° С, так как в месте выхода сока
стружка еще не прогрета. Низкая температура сока является
преимуществом, так как снижает и расход пара на диффузию; в

Рис. 63. Элемент шнека диффузионного аппарата С-17.

то же время на подогрев холодного сока перед очисткой его мож-
но применять пары низкой температуры и таким образом исполь-
зовать их.

Вся установка также и для наклонного аппарата автоматизи-
рована, управляет сю лишь один человек (оператор).

При спокойной равномерной работе корыто аппарата почти
до краев заполнено движущейся стружкой. Но водой, движущей-
ся навстречу сверху вниз по уклону, корыто далеко не заполне-
но. Поэтому стружка при перемешивании ее шнеками оказыва-
ется то погруженной в сок, то временно извлеченной из него. Это
не препятствует высолаживанию стружки, так как и в тот пери-
од, когда она на краткое время извлечена из сока, диффузия са-
хара из внутренних частей стружки к ее поверхности продолжа-
ется. Этот аппарат меньше повреждает стружку, чем КДА, и по-
этому позволяет работать с более тонкой стружкой.
По R-R

Рис. 64. Диффузионный аппарат 'DdS-Сильвер.

НО

Ж5

v 2600

Рис. 65. Шнек диффузионного
аппарата 'DdS-Сильвер.

Всякие перебои в работе (замедление, остановки) легче пере-
носит колонный аппарат и труднее — наклонный. Например, при
остановке отбора сока из аппарата нижняя часть аппарата пере-
полняется соком, стекающим из
верхней части аппарата, и он мо-
жет переливаться через края ко-
рыта; необходимо иметь возмож-
ность отводить сок в какой-то ре-
гулирующий сборник. Совершен-
но останавливать подачу воды в
аппарат при остановке его рабо-
ты нельзя, так как верхняя часть
его окажется заполненной лишь
стружкой, а перемешивать струж-
ку без сока гораздо труднее, по-
этому может сломаться шнек в
верхней части аппарата. Следова-
тельно, при всяких перебоях в ра-
боте наклонного аппарата тре-

буется большое внимание и осторожность, тогда как колонный
диффузионный аппарат можно спокойно останавливать и вновь
пускать в работу без затруднений.

Описанный аппарат достаточен для переработки в сутки
15 000 ц свеклы.
В последнее время в США появился реконструированный ап-
парат DdS-Сильвер (рис. 64). Он при меньших размерах перера-
батывает 22 000 ц свеклы в сутки. Аппарат также двухшнековый,
но витки шнеков сделаны не из ряда полос стали, как у DdS, а
состоят из лопастей из перфорированных стальных листов
(рис. 65). Лопастные шнеки 1 одного вала помещаются заходя в
промежуток между лопастными шнеками другого вала. Внизу
к корыту укреплены контрлапы, чтобы препятствовать вращению
всей массы стружки. Валы 2 шнеков пустотелые (диаметром
600 мм), подобно валам колонной диффузии. Все это делает дви-
жение стружки более правильным, однородным и- быстрым. На
аппарате DdS-Сильвер можно работать с самой тонкой струж-
кой (длина 100 г ее даже до 30 л«), что весьма снижает потери
сахара в жоме.

РОТАЦИОННЫЙ ДИФФУЗИОННЫЙ АППАРАТ РДА

Ротационные аппараты наиболее распространены в настоя-
щий момент в СССР. Конструкция их впервые была предложена
в 1928 г. советским инженером Л. М. Мандрыко. Над ними мно-
го поработали в Бельгии (инж. Берже) на заводе Тирлемон. На
заводах в СССР работает ряд таких аппаратов отечественной
конструкции производительностью 15 000 ц свеклы в сутки. Име-
ется конструкция и на 25 000 ц свеклы. За рубежом в Бельгии
строятся и аппараты производительностью на 40 000—50 000 ц
свеклы в сутки.

Ротационный диффузионный аппарат РДА (рис. 66) пред-
ставляет собой вращающийся горизонтальный барабан 1 диа-
метром 5 м и длиной 27 м (это для переработки 15 000 ц свеклы
в сутки, а для переработки 40 000 ц в сутки диаметр барабана
6,5 м и длина 40 л/). Барабан опирается двумя бандажами 2 на
две двухроликовые опоры 3. Барабан вращается, делая от 18 до
32 оборотов в час (оптимум—20 об/ч). Движение передается
через венец 4, шестерню 5, редуктор 6 от электродвигателя 7 с
регулируемой скоростью вращения. Во избежание осевых сдви-
гов установлены упорные ролики 8.

Внутри барабан разделен витками спиральной ленты
(рис. 67) на 33 секции. Вода непрерывно подается с правого кон-
ца барабана, а жомонрессовая вода по особому патрубку внутрь
барабана па '/ю длины барабана от конца его. При вращении
барабана опа передвигается от витка к витку до другого конца
(архимедов винт).

Для продвижения стружки навстречу воде применяется весь-
ма остроумная конструкция. Барабан по всей длине разделен
пополам диаметральной решетчатой перегородкой (рис. 68).
Средняя часть перегородки сплошная и снабжена наклонными
направляющими плоскостями (ребрами С). При вращении бара-
бана решетчатая перегородка поднимает стружку кверху, при-
158
чем вода (сок) от нее отце-
живается. При дальнейшем
движении перегородки
кверху стружка начинает
сползать по этой перегород-
ке вниз, попадает на нак-
лонные направляющие
плоскости С и отбрасывает-
ся в соседнее отделение ба-
рабана навстречу движе-
нию сока. Таким образом,
стружка, передвигаясь
дальше и дальше, наконец,
выбрасывается из правого
конца барабана в виде жома
в бункер.

В головной части бара-
бана (слева), входящей в
неподвижный кожух (го-
ловку 9, см. рис. 66), имеют-
ся два ситчатых ковша. Вну-
три кожуха вращается рота-
ционное сито 10. В торцевую
стенку головки по трубе по-
ступает свекловичная струж-
ка в виде соко-стружечной
смеси. Диффузионный сок,
входящий в аппарат вместе
со стружкой, отцеживается
на ротационном сите и вме-
сте с соком, поступающим из
аппарата, стекает в сбор-
ник 11. Сито очищается па-
ром, соком и вращающимся
щеточным регенератором.
Длина 100 г стружки —
12—14 м.

Современные ротацион-
ные аппараты (8], по пред-
ложению инж. А. Смет
(Бельгия), устраивают с
двухзаходным (двухпоточ-
ным) шпеком для переме-
щения воды (таков и аппа-
рат па рис. 66). Это вдвое
увеличивает скорость про-
хождения сока по аппара-

Рис. 66. Ротационный диффузионный аппарат РДА-59М.
Рис. 68. Схема движения стружки в РДА.

ту: например, если стружка остается в аппарате 80 мин, то сок
лишь 40 мин. Таким образом, сок менее подвергается порче и
получается лучшего качества.

Перед поступлением в РДА стружка проходит через отпари-
ватель, как и при КДА, что также является недостатком РДА.
Температура в аппарате должна быть 70—72° С для уменьшения
развития микроорганизмов.

Аппаратом управляет один оператор. Аппарат малочувстви-
телен к качеству стружки и свеклы, что особенно важно при пе-
реработке подмороженной свеклы. Аппарат позволяет в широ-
ком масштабе изменять производительность его. Можно без за-
160
труднений останавливать временно аппарат и 'вновь пускать его
в работу. На заводах, работающих плохо, этим широко пользу-
ются. Но остановки приводят к развитию инфекции, и аппарат
быстро выходит из строя вследствие коррозии, чему также спо-
собствует соприкосновение всего оборудования с воздухом при
вращении аппарата.

Недостатком аппарата является его малое заполнение соко-
стружечной массой (всего лишь около 30% емкости). Аппарат
громоздкий и металлоемкий. Это и заставило в СССР отказать-
ся от дальнейшего распространения РДА, хотя на заводах СССР
больше всего работает именно РДА [9].

ЦЕПНОЙ ДИФФУЗИОННЫЙ АППАРАТ ОЛЬЕ

Почти одновременно с ротационным диффузионным аппара-
том во Франции появился цепной аппарат Олье [11]. Этот аппа-
рат (рис. 69) представляет собой ряд вертикально расположен-
ных труб большого диаметра (около 1,5 л:), соединенных внизу
и вверху переходными коленами. Внутри труб движется со ско-
ростью 0,7—1,0 м/мин бесконечный транспортер для свеклович-
ной стружки, состоящий из дырчатых круглых или овальных
стальных сит, поддерживаемых на равном расстоянии (400 мм)
одна от другой двумя прочными боковыми движущимися цепя-
ми. Транспортер приводится в движение небольшим электродви-
гателем с редуктором 1. Трубы заполнены диффузионной жидко-
стью, движущейся в противотоке к стружке под действием лишь
статического давления, т. е. разности уровней при входе воды в
аппарат 2 и при выходе диффузионного сока 3. Длина системы
труб около 70 м выбрана с таким расчетом, чтобы длительность
диффундирования составляла 65—70 мин. Свекловичная струж-
ка подается в аппарат через дозатор 4 по определенной порции
на каждый диск. Жом выбрасывается в пункте 5.

Стружка попадает в диффузионный сок, нагревается, охлаж-
дая сок. Для дальнейшего быстрого нагрева стружки до 80—
82° С устроены кольцевые барботеры для подвода пара. В ко-
лонне выхода жома (левой) температура постепенно снижается
до 35—40° С — в точке поступления воды. В более новых уста-
новках применяют обогрев лишь через паровые кожухи, что дает
экономию топлива.

Аппараты Олье строятся производительностью на 10 000 Ц
свеклы в сутки (диски диаметром 1450 мм) и на 15 000 ц (вместо
дисков овалы 1450X2050 мм). Высота аппарата 23 м. Двига-
тель для цепей с переменной скоростью, например 1 :2, позволяет
регулировать производительность аппарата. Потребная мощность
всего лишь 5 кет (для 10000 ц в 24 ч), так как все поднимаю-
щиеся и опускающиеся движущиеся части взаимно уравнове-
6 Заказ 905 161
струтка

Рис. 69 Диффузионный аппарат Олье.

шепы. Все операции :ii;h>m.tiп.’.пропаны и контролируются одним
рабочим.

Аппарат Олье, конечно, довольно сложен по своей конструк-
ции, для изготовления его требуется много металла, но при хо-
рошем выполнении работа его оказывается хорошей.

Все же металлоемкость аппарата, сложность его ремонта,
опасность аварий от разрыва цепей при столь большой длине их
(70 м) привели к тому, что в СССР отказались от распростране-
ния аппаратов Олье на сахарных заводах.
ЦЕПНОЙ ДИФФУЗИОННЫЙ АППАРАТ JVIII (ВЕНГЕРСКИЙ]

Этот цепной аппарат работает по принципу аппарата Олье,
но удобнее и надежнее его: высота не 23 м, а лишь 17,5 м; не
шесть вертикальных участков, а лишь два, расположенных в ви-
де латинской буквы J; длина цепей не70л/, а лишь 40м (рис. 70).
Мощность его вначале была небольшая — 7500 ц свеклы в сут-
ки, но в настоящее время делают более мощные и перспективные
аппараты JVI1I— на 15 000 ц (рис. 70).

Рис. 70. Диффузионный аппарат JVIII (цепной)

163

6*
J-образная труба аппарата / не круглая (или овальная), как
у Олье, а прямоугольного сечения размерами 2,6 на 1,3 .и для
JIV и около 3,5 X 1,8 м для JV1II. Внутри этой трубы дви-
жутся две цепи; к ним на расстоянии 600 мм одна от другой при-
креплены прямоугольные рамки 2 с натянутыми в них рядами
цепей. Стружка поступает (укладывается)- на эти рамки и дви-
жется вместе с ними. Цепи движутся по барабанам <3 от приво-
да 4 и регулируемого электродвигателя мощностью 6 кет. Ско-
рость движения цепей лишь 0,3 м/мин, а не 0,7—1,0 м[мин, как
в аппарате Олье; это и позволяет уменьшить путь, проходимый
стружкой, без уменьшения длительности пребывания стружки в
аппарате, т. е. длительности диффундирования. Цепи натянуты
натяжной станцией 5. Стружка подается в левую часть аппара-
та (в короткое колено), не смешанная ни с каким соком, а про-
сто грабельным транспортером 6 и распределительным бараба-
ном 7 с регулируемым электродвигателем постоянного тока. Этот
барабан распределяет стружку равномерно на каждую движу-
щуюся рамку с цепями, причем линия подачи перемещается впе-
ред и назад специальным кривошипным механизмом.

Для отбора и фильтрации диффузионного сока служит сито
в участке трубы S; из аппарата сок уходит по трубе 9.

Жом с рамок и рамкоочистителя 10 падает в шнек 11. Вода
в аппарат поступает через ряд сопел 12 в правую часть аппара-
та, а жомопрессовая вода — через сопла 13. Разность уровней
между подачей воды 12 и местом отвода диффузионного сока 9
и заставляет сок двигаться навстречу рамкам со стружкой.

Участок аппарата 14 служит для ошпаривания стружки. Из
нижней части аппарата по трубе 15 отбирается сок (500—600%
по массе подаваемой стружки), пропускается через подогрева-
тель и возвращается по трубе 16, ошпаривая проходящую струж-
ку и нагревая ее до 70—72° С.

Можно работать на тонкой стружке (например, длина 100 г
ее —20 и/), так как она мало измельчается в аппарате; это поз-
воляет снижать время диффундирования и улучшает высолажи-
вание. Работа с аппаратом автоматизирована и удобна. Недо-
статком является все же слабое заполнение аппарата стружкой.
Однако в производстве аппарат привился и тоже принят в СССР
в число допустимых к установке. В настоящее время в РСФСР
на заводах уже работает 14 аппаратов .1 (9].

ДИФФУЗИОННАЯ БАТАРЕЯ

Диффузионная батарея — самый старинный диффузионный
аппарат, которым пользовались повсюду в течение 100 лет. Его
часто называют аппаратом периодического действия и противо-
поставляют современным аппаратам непрерывного действия.
Это не совсем правильно. Вернее было бы называть его немеха-
164
лизированным диффу-
июнным аппаратом, по-
чему он и уходит в про-
шлое, заменяясь совре-
менными механизиро-
ванными аппаратами. По
принципу же действия
диффузионная батарея
выполняет точно такое
же систематическое вы-
солаживание стружки по
принципу противотока.
Только свекловичная

стружка в ней не двига-
ется, а лежит в 12 — 16
сосудах — диффузорах
батареи, но вода всегда
поступает в «хвостовой»
диффузор с наиболее вы-
соложенной стружкой пе-
ред его разгрузкой, а
диффузионный сок полу-
чается после прохожде-
ния его через свежеза-
груженный «головной»
диффузор. Это ясно из
более близкого рассмот-
рения работы диффузи-
онной батареи.

Схема кругового про-
цесса высолаживания

Откачка

Рис. 71. Схема кругового процесса
высолаживания стружки в диффузи-
онной батарее.

свеклы. В батарее, со-
стоящей из 12 диффузо-
ров (рис. 71, а), свекло-
вичной стружкой напол-

няют («набивают») диффузор

1 и заливают ее водой. В проме

ж утках между стружкой помещается почти столько же воды.

сколько сока в стружке, поэтому после достижения диффузион-

ного равновесия сахар тоже распределится поровну между
свекловичной стружкой и водой. Например, если в свекле было
16% сахара, то в ней останется лишь 8% ив воде, заполняющей
щффузор, будет содержаться тоже 8% сахара. Концентрация
полученного сока слишком низка: в 2 раза меньше, чем содер-
жание сахара в свекле. На самом деле она даже еще ниже, так
как диффузионное равновесие не достигается. Поэтому наби-
вают свекловичной стружкой диффузор 2 и разбавленный сок из
диффузора 1 перемещают в диффузор 2, где он от свежей
стружки получит путем диффузии еще некоторое количество
сахара и концентрация его повысится. Для передвижения сока
из диффузора 1 в диффузор 2 не применяют никаких насосов:
все диффузоры герметически закрывают крышками; поэтому до-
статочно в диффузор 1 впускать сверху под давлением воду,
чтобы эта вода вытесняла, выдавливала из него сок и по сое-
динительной трубе снизу направляла его в диффузор 2.

Таким же образом передвигают сок из диффузора 2 в дпф
фузор 3 и так далее.

Сок в диффузоре 5 окажется уже достаточно концентриро-
ванным (в нем будет содержаться примерно 14% сахара). Этот
сок по особому соковому вентилю и соковой трубе выводят из
диффузионной батареи и направляют в мерник диффузионного
сока, при помощи которого можно отмерить определенную пор-
цию сока, например 120% по массе стружки, помещающейся в
одном диффузоре. Движущей силой, заставляющей сок переме-
щаться в мерник, является по-прежнему давление воды в диффу-
зоре 1.

Отобрав из диффузора 5 в мерник порцию сока для дальней-
шей переработки на заводе, приключают этот диффузор к диф-
фузору 6, наполненному стружкой; после отбора наиболее кон-
центрированного сока из диффузора 5 начинает подаваться уже
более разбавленный сок, которым и заполняется диффузор 6.
При соприкосновении со свежей свекловичной стружкой концен-
трация этого сока повышается и его также направляют через
соковую трубу на мерник. Подобным образом включают в рабо-
ту и следующие диффузоры (7, 8, 9, 10). Каждый раз диффузор,
наполненный стружкой, заполняется («набирается») соком из
предыдущего диффузора, затем порцию этого сока отбирают на
мерник для переработки на заводе («откачка» сока). Таким об-
разом, с каждым диффузором делается набор соком и откачка,
на мерник (рис. 71,с).

Так как вода все время подается в диффузор 1, то, наконец,
стружка в нем оказывается уже обессахаренной. Поэтому из не-
го выгружают обессахаренную стружку («жом») и воду подают
теперь уже не в первый, а во второй диффузор (рис. 71,о), а на-
бор и откачку производят из диффузора 11.

Затем выгружают жом из диффузора 2, воду подают в диф-
фузор 3, набор и откачку проводят через диффузор 12 (рис.71,с).
Дальше выгружают жом из диффузора 3, воду подают в диффу-
зор 4, набор и откачка- в диффузоре 1 (рис. 71,d) л т. д. Про-
должают круговой процесс методического высолаживания струж-
ки в диффузионной батарее. При этом вода всегда подастся в
наиболее высоложенный «хвостовой» диффузор, а диффузионный
сок откачивается из свеженабитого стружкой и набранного со-
ком «головного» диффузора.
Два диффузора всегда находятся вне цепи циркуляции соков:
один выгружается, а другой наполняется стружкой. Во всех ос-
тальных диффузорах движутся соки под влиянием давления во-
ды на хвостовой диффузор.

Необходимо обеспечить нагрев движущегося в диффузионной
батарее сока. Для этого между каждыми двумя диффузорами
устраивают трубчатый паровой нагреватель для сока (калориза-
тор), через который сок проходит при передвижении его из ниж-
ней части одного диффузора в верхнюю часть следующего.

Для осуществления описанного выше кругового методическо-
го высолаживания стружки диффузор должен иметь две герме-
тически закрывающиеся крышки: верхнюю — для наполнения
диффузора стружкой и нижнюю — для выгрузки жома (вместе с
которым выгружается и окружающая жом «диффузионная» во-
да). Диффузионная батарея должна иметь две трубы — водяную
и соковую, и при каждом диффузоре должен быть водяной и со-
ковый вентили, при помощи которых подается в диффузор вода
и передается сок из диффузора по соковой трубе в мерник («от-
качка») . Кроме того, каждый диффузор имеет переходную трубу
и переходный вентиль для соединения нижней части одного диф-
фузора с верхней частью следующего; на этом пути сок должен
проходить через калоризатор.

Диффузор. Диффузор состоит из трех частей (рис. 72). Сред-
няя часть цилиндрическая, а верхняя и нижняя — конические.
Средняя часть железная (7—10 мм), а верхний и нижний кону-
сы— чугунные. Диффузор имеет верхнее отверстие для загрузки
стружки и нижнее для выгрузки жома.

Верхняя крышка диффузора может прижиматься при помощи
дуги (бигеля) и нажимного винта с маховичком. Для уплотнения
верхней крышки в пазу верхней горловины вложено резиновое
кольцо. Чтобы открыть верхнюю крышку, вывинчивают винт и
отводят крышку в сторону вместе с дугой и винтом, на котором
она висит (показана на горизонтальной проекции рис. 72).

Нижняя крышка диффузора откидывается вниз на шарнире;
она снабжена противовесом для более легкого открывания и за-
крывания. В закрытом положении нижняя крышка удерживается
крюками 2. Нижняя крышка уплотняется гидравлическим затво-
ром 1, который представляет собой кольцеобразную резиновую
трубку, вложенную в глубокий паз в краю нижней горловины
диффузора. После закрытия нижней крышки в эту трубку пода-
ется вода под давлением 3—4 ат (0,3—0,4 Мн/м2). Резиновая
трубка расширяется, плотно прижимается к крышке и закрыва-
ет все щели.

Диффузоры опираются четырьмя лапами на балки и таким
•образом висят между первым и вторым этажами завода.

В верхней чугунной насадке диффузора имеется входной шту-
.цер (не показан па рис. 72) для подвода воды или сока в кольце-
вой канал 3 с окнами для
равномерной подачи жид-
кости по всей окружности
горловины.

Выходной штуцер в
нижней чугунной кониче-
ской части диффузора слу-
жит для отвода сока в ка-
лоризатор и далее к сле-
дующему диффузору.

К нижней крышке диф-
фузора на расстоянии
70 мм от дна прикреплена
плоская решетка с квадрат-
ными отверстиями разме-
ром 8X8 мм. Такой же ре-
шеткой покрыта поверх-
ность нижнего конуса диф-
фузора (также на расстоя-
нии 50—70 мм). Эти решет-
ки пропускают сок, но за-
держивают лежащую па
них стружку свеклы, кото-
рая, таким образом, не по-
падает в трубы.

На верхней крышке
диффузора устроен кран 4
для выпуска воздуха при
наборе диффузора соком.

Емкость диффузоров составляет 100—120 гл.

Нижняя крышка (см. рис. 72) поддерживается в закрытом по-
ложении двумя крюками 2, прижимаемыми пружиной 5, находя-
щейся на штанге 6. Если штангу 6 потянуть кверху при помощи
рычага 7, отводя его вправо, то крюки отодвинутся и освободят
нижнюю крышку, которая под действием веса лежащего на ней
жома с силой распахнется.

Откинувшийся противовес захватывается крючком 8, который
и удерживает крышку, пока не выгрузят и не промоют диффузор.
Чтобы вновь закрыть нижнюю крышку, достаточно потянуть
кверху штангу 9, которая отводит вправо крючок 8 и освобожда-
ет противовес. Противовес делают значительно тяжелее крышки,
поэтому он захлопывает ее, причем крючок 2 защелкивается и
крепко ее удерживает.

Таким образом, крышка открывается под действием веса жо-
ма, а закрывается иод действием противовеса. Еще лучше и на-
дежнее диффузоры с гидравлическим управлением нижней крыш-
кой (гидравлический пресс).
168
Рис. 73. Калоризатор:
1 — термометр; 2 — воздушный
кран.

Калоризатор служит для на-
гревания сока при переходе из
одного диффузора в другой. Он
представляет собой закрытый
цилиндрический сосуд (рис. 73),
в котором внутри вверху и внизу
имеются два днища (трубные
решетки) с отверстиями для
трубок. В отверстии днищ встав-
лены трубки (железные или ла-
тунные), которые и образуют по-
верхность нагрева калоризатора.
Сок из нижней части диффузора
поступает в нижнюю часть кало-
ризатора в пространство под
трубками, проходит по трубкам
снизу вверх и уходит из верхней
части калоризатора в верхнюю
часть следующего диффузора.

Трубки калоризатора снару-
жи обогреваются паром с темпе-
ратурой 100° С, поступающим в
пространство между трубками.
Таким образом пар не смеши-

вается с соком, а отдает ему свое тепло через поверхность нагре-
ва. При этом пар конденсируется и вода (конденсат) отводится
из нижней части парового пространства калоризатора, если не от-
водить конденсат, то он заполнит все паровое пространство и на-
грев прекратится.

Пар, употребляемый для нагрева калоризаторов, содержит
примесь различных газов — воздуха, углекислого газа и аммиа-
ка, так как обычно применяют пар, полученный при выпарива-
нии сока («соковый» пар, в котором всегда есть аммиак). Эти
пеконденсирующпеся газы, постепенно накопляясь, также могут
! аполнить все паровое пространство калоризатора и прекратить
доступ пара, т. е. прекратить нагрев. Поэтому некоиденсирую-
щиеся (или «аммиачные») газы необходимо удалять из верхней
части парового пространства калоризатора по особой трубке
(•аммиачный отвод» или «аммиачная оттяжка») с вентилем на
nrii. Этот вентиль приоткрывают настолько, чтобы отводящая
трубка была горяча, но не слишком: если она чрезмерно горяча,
го это значит, что через нее теряется слишком много пара; если
же трубка холодна, то это значит, что не отводятся аммиач-
ные газы.

Каждый нагревательный прибор сахарного завода обязатель-
но имеет подвод пара, отвод конденсата и аммиачные оттяжки
для пекопдепсирующихся газов.
Рис. 74. Трехвентпльиая коммуникация диф-
фузионной батареи.

В верхней части
калоризатора ставят
термометр 1 и кран 2
(для выпуска воз-
духа).

Вентили и трубы.

Вентили для сока и
воды на диффузион-
ной батарее снабжены
плоскими клапанами с
резиновыми уплотне-
ниями.

Между верхней ча-
стью калоризатора 1 и
верхней частью сле-

дующего диффузора 2
обычно ставятся три вентиля («трехвентильная» система): пе-
реходный 3, водяной 4 и соковый 5 (рис. 74). Закрыв водяной и
соковый вентили и открыв переходный, можно направить сок из
нижней части предыдущего диффузора через калоризатор в.
верхнюю часть следующего диффузора; в таком положении на-
ходятся вентили большинства диффузоров батареи, включенных
в цепь циркуляции соков. В хвостовой диффузор требуется по-
давать воду; для этого закрывают переходный вентиль и откры-
вают водяной, вода направляется в верхнюю часть диффузора,
по не может пойти обратно в предыдущий калоризатор, так как
переходный вентиль закрыт. При откачке сока из головного диф-
фузора закрывают переходный и открывают соковый вентиль,,
по которому сок и устремляется в соковую трубу, а по ней в.
мерник, у которого в этот момент открывают входной вентиль.

Мерник диффузионного сока. Мерник представляет собой
прямоугольный железный ящик, разделенный перегородкой на
две равные части. К дну мерника в каждом отделении присоеди-
нены две трубы: одна из них — наборная — для наполнения мер-

ника соком, а другая — спускная.

Для измерения количества сока в мерниках имеются поплав-
ки, которые двигаются в направляющих трубах, не доходящих
немного до дна мерника. 1\ этим поплавкам привязаны шнурки,,
перекинутые через блок и имеющие на другом их конце грузик
и указатель.

Мезголовушки. Диффузионный сок, идущий па мерник, всег-
да содержит примесь мелких кусочков свекловичной стружки —
так называемой пульпы, или мезги. Это происходит потому, ЧТО'
в диффузорах имеются лишь весьма грубые сита с большими
отверстиями (8 мм), которые пропускают некоторое количества

мезги.
Мезга — весьма вредная примесь к соку, так как нераствори-
мые вещества ее (клеточные стенки) состоят наполовину из пек-
тиновых веществ, которые в дальнейшем при очистке сока под
действием извести легко могут перейти в раствор и значительно
понизить его качество. Поэтому необходимо удалять мезгу из
диффузионного сока. Для этого на пути сока между диффузион-
ной батареей и мерниками ставят специальные мезголовушки.

Наиболее проста по конструкции мезголовушка ведерного
типа. Она состоит из железного цилиндрического сосуда с ко-
ническим дном и герметической крышкой. Внутри в ловушку
.вставлены два ситчатых ведра с круглыми отверстиями (меньшее
внутреннее ведро имеет более крупные отверстия — 2,5 мм, а на-
ружное—более мелкие: 1,5 мм).

Необходимо иметь две мезголовушки, включаемые парал-
лельно, чтобы при чистке одной из них другая могла работать.

Удаление жома и диффузионной воды. Обычно
.диффузоры устанавливают в два ряда (например, при батарее
из 12 диффузоров их ставят в два ряда по шесть диффузоров).
Под каждым рядом диффузоров внизу батареи расположен ши-
рокий железный желоб для выгружаемого жома. Оба желоба
имеют небольшой уклон и соединены с расположенной поперечно
жомовой мешалкой, в которую выгружаемый из диффузора жом
сплавляется вытекающей одновременно диффузионной водой.
В мешалке жом разбавляют водой так, чтобы на одну часть жо-
ма приходилось не менее двух частей воды (диффузионной и до-
бавленной для разбавления). Смесь жома и воды выкачивают из
мешалки центробежным насосом и подают по трубе к яме для
хранения жома. Там смесь поступает на водоотделители, пред-
ставляющие собой наклонные сита, а жом, содержащий 6% су-
хого вещества, скатывается по наклонным ситам в жомовую яму.

Рекомендуется пропускать жом после наклонного сита еще
через горизонтальный шнековый пресс, отжимающий до 50%
воды и повышающий содержание сухих веществ до 10%. Это
снижает потери при хранении жома и повышает его транспорта-
бельность.

Отцеженная диффузионная вода частично направляется на
поля орошения. Большая же часть возвращается в жомовую ме-
шалку и на разбавление дефеко-сатурационного осадка.

Снабжение батареи водой. Для диффузионной ба-
тареи обычно используют так называемую барометрическую воду
(температура около 40°С), которой на сахарном заводе имеется
избыток. Вода подается центробежным насосом.

Нормальный ход работы диффузионной батареи. При уста-
новившемся нормальном ходе работы диффузионной батареи
один диффузор за другим набивают свекловичной стружкой.
11осле набивки каждый из них набирают соком из предыдущего
диффузора («набор») и затем делают откачку определенной пор-
171
ции сока на мерник.
Воду подают на хво-
стовой диффузор, ко-
торый затем разгру-
жают, а воду начина-
ют подавать на сле-
дующий диффузор.

На схеме (рис. 75,
А), представляющей
батарею из 14 диффу-
зоров, показано, как
осуществляется напол-
нение головного диф-
фузора 2 соком снизу.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ДИФФУЗИОННЫХ
АППАРАТОВ

Некоторые резуль-
таты работы с диффу-
зионными аппаратами
различных конструк-
ций можно найти в
ряде исследований [3..
8, 10, 12]. Эти резуль-
таты далеко не блестя-
щи, но все они явля-
ются лишь первичны-
ми, неустановивши-
мися. Поэтому их и не
приводим.

Например, наблю-
дались потери сахара
по свекле около 0,5%,
но все исследования
проводились без воз-
врата жомопрессовой
воды в диффузионные
аппараты для замены’
части свежей воды,
хотя такой возврат
уже считается обяза-
тельным и должен сни-

зить потери сахара примерно на ’/з их. Температура диффундиро-
вания везде была ниже, чем следует (68°С 'вместо 70—7Т?С). Ес-

j
i

I
i

ли повысить температуру и улучшить стружку, то уже это снизит
172
потери еще примерно на 0,1% по свекле. Кроме того, повышение
температуры необходимо и для предотвращения развития микро-
организмов, потерь сахара от них и коррозии аппаратов.

Огромным достижением является снижение трудоемкости ра-
боты при использовании современных механизированных аппара-
тов непрерывного действия по сравнению с прежними диффузи-
онными батареями: для управления механизированным аппара-
том обычно требуется лишь один человек (оператор), редко два
человека в смену.

Глава 4. БАЛАНСЫ И ПРОДУКТЫ ДИФФУЗИОННЫХ

АППАРАТОВ

Отходы диффузионных аппаратов. Из хвостовой части диф-
фузионного аппарата удаляется жом, т. е. свекловичная стружка,
лишенная сахара. Следовательно, на 100 кг свеклы при содержа-
нии в ней 17,5% сахара и извлечении в сок 17,0 кг сахара должно
бы получиться 100—17,0 = 83 кг жома, даже еще меньше (около
80 кг), так как извлекается и часть несахаров. На самом деле
масса жома на 100 кг свеклы — колеблющаяся величина и зави-
сит от типа диффузионного аппарата. Для диффузионной бата-
реи масса жома составляет около 90 кг, так как он захватывает
и часть воды из диффузионной воды, вместе с которой он выгру-
жается. В аппаратах непрерывного действия жом удаляется
безо всякой диффузионной воды и, наоборот, при выгрузке мо-
жет отдавать и часть своей воды.

По определениям ЦИНСа, на 100 кг свеклы получается жома:

Количество

Аппараты жома, кг

РДА.................... 84

КДА.................... 70

Наклонный.............. 90

Олье и J............... 80

Количество диффузионной воды, удаляемой вместе с жомом,
из диффузионных батарей считают обычно 120 кг.

Аппараты непрерывного действия никакой диффузионной во-
ды не дают, что является их большим преимуществом. Однако
жом рекомендуется прессовать, причем количество сухих веществ
в нем следует доводить не менее как до 16%.

Можно считать, что в отжатом жоме содержится мякоть свек-
лы (5 кг) и около 0,5 кг сахара и растворимых несахаров, т. е.
всего 5,5 кг сухих веществ на 100 кг свеклы. Масса отжатого жо-
ма при содержании в нем 16% сухого вещества, следовательно
5 5-100

будет, приблизительно, —~ 34 кг на 100 кг свеклы, а мас-
са сока в отжатом жоме будет 34—5='29 кг.
Масса отжатой жомопрессовой воды будет: для РДА — 84—
— 34 = 50 да; для КДА — 70 — 34 = 36 да; для наклонной диффу-
зии и для диффузионных батарей — 90 — 34 = 56 да; для аппара-
та Олье и J — 80 — 34 = 46 да.

Вся жомопрессовая вода должна полностью возвращаться в
аппараты непрерывного действия, что значительно снижает по-
тери сахара в отходах диффузии. В отжатом жоме останется
лишь некоторая доля сока (а следовательно, и сахара) свежего
29 99

жома: для РДА------------- =0,37; для КДА-------------=0,40;

84 — 5 70 — 5

для наклонной диффузии и для диффузионных батарей —
29 29

=0,34; для цепных аппаратов = 0,39 да. Отсюда
90 — 5-----------------------------------80 — 5

видно, какое большое значение имеет возврат жомопрессовой во-
ды на диффузию.

Откачка сока. Откачку сока, т. е. количество диффузионного
сока на 100 да свеклы, легко определить, зная содержание са-
хара в свекле, в жоме и диффузионной воде (для диффузионных
батарей) и в получаемом диффузионном соке и составляя баланс
сахара. Кроме того, следует учитывать и так называемые неопре-
деляемые (в химической лаборатории) потери сахара, т. е., на-
пример, потери от микроорганизмов. Их можно считать пример-
но 0,1 да на 100 да свеклы.

Пример 1 , для диффузионной батареи. Пусть в свекле на 100 кг ее
было 17,5 кг сахара, в жоме (его 90 кг) содержалось 0,2% сахара, в диффу-
зионной воде (ее 120 кг) 0,1% сахара и в диффузионном соке 14,0% сахара.
Найти количество диффузионного сока х кг. Составляем баланс: сахар свек-
лы = сахару диффузионного сока + сахар в жоме + сахар в диффузионной
воде + неопределяемые потери (0,1 кг):

х 14,0 90 0,2 120 0,1

17,5 =------— +-----— 4---------— + 0,1,

100 100 100

х . 14,0
или 17,5 =-----— +0,18 + 0,12 + 0,1,

100

17,1 - 100
или к----------= 122,1 кг.

14,0

Как видим, потери невелики: 0,18 + 0,12 -|- 0,1 = 0,40 кг, т. е.
по массе сахара лишь (),,° 100 = 2,4%, а 100 2,4 = 97,6% от
17,0

всего поступившего сахара свеклы переходит в диффузионный
сок.

Пример 2 , для колонного диффузионного аппарата, без возврата жомо-
прессовых вод. Пусть в жоме оказалось 0,7% сахара, количество жома 70 кг
(по работам ЦИНСа). Диффузионной воды нет. Остальные данные, как в
примере 1.

х-14,0 70-0,7

Баланс сахара будет таков: 17,5 = ——----1- + 0,1.
16,91-100

Отсюда х =---------= 120,8 кг.

14,0

Пример 3, то же для КДА, но с отжатием жома до 16,0% сухих веществ.
В уходящем отжатом жоме оказалось 0,5% сахара.

Количество сухих веществ в жоме примем, как ранее, 5,5 кг по массе

5,5-100
свеклы, а массу отжатого жома ---------- = 34 кг.

। х-14,0 34-0,5

I Баланс сахара: 17,5= 100 т j + 0,1.

! 17,23-100

Отсюда х = —-------= 123,1 кг.

14,0

1 Расход воды на диффузию на 100 кг свеклы легко составить

по балансу массы поступающих и уходящих из аппарата веществ.

Для примера 1:

диффузион-
свекла вода сок жом на я вода

100 + х =-= 122,1 + 90 4- 120; л - 232,1 кг.

Для примера 2:

диффузион-
свекла вода ный сок жом

100 + х --= 120,8 + 70; х = 90,8 кг.

Оказывается, здесь расход воды в 2,5 раза меньше, так как
не уходит никакой диффузионной воды.

Для примера 3 будет:

диффузион-
свекла вода ный сок жом

100 + х = 123,1 + 34; .г = 57,1 кг,

т. е. свежей воды требуется еще меньше, так как на диффузию
возвращается вся жомопрессовая вода.

Переход несахаров в сок. Судя по коэффициентам диффузии
(см. табл. 14), следовало бы ожидать, что растворимые несахара
будут более полно, чем сахар, переходить в диффузионный сок.
На опыте [13] оказалась другая картина. Переход несахаров и
сахара в диффузионный сок характеризуется следующими дан-
ными (табл. 15).

Как видно из данных, приведенных в табл. 15, б§лксшые_ве-
щества переходят в сок лишь в количестве 30%; это — белки
главным образом из вскрытых на резке клеток, вымытые из них
в головном диффузоре. Остальные 70% белков — из внутренних
клеток стружки — свернулись при нагревании и в сок не попада-
ют, а остаются в жоме.

Слабое сравнительно с сахарозой выщелачивание солей ка-
лия (80%) и натрия (60%) можно объяснить, с точки зрения тео-
k рии Донпапа, задерживающим влиянием высокополимерных ани-
175
Таблица 15

Степень перехода в диффузионный сок составных веществ свеклы •

Вещество Количество вещества, переходящего в диффузи- онный сок, % Вещество Количество вещества, переходящего в диффузи- онный сок, %
Сахароза .... . . 98 MgO 60
Белок ... 30 СаО 10
Вредный азот 95 Р2О6 75
Общий азот ...... 57 SO3 70
К2О 80 Cl 90 ♦
Na2O 60 Зола .... 70

онов свекловичного сока (пектины, белки); эти анионы сами поч-
ти не диффундируют и вместе с собой удерживают катионы
калия и натрия, связанные с ними силами электростатического
притяжения.

Из катионов мало выщелачивается на диффузии кальций (ме-
нее 10%), очевидно, потому что он в значительной степени нахо-
дится в свекле в виде нерастворимых в воде солей. Кроме того,
фосфорная и серная кислоты, вероятно, входят отчасти в состав
каких-нибудь сложных органических соединений и поэтому изв-
лекаются неполно (например, фосфорная кислота — в виде леци-
тинов) .

Пектиновые вещества. Эти вещества играют главнейшую
роль на диффузии. Их свойства в значительной степени опреде-
ляют методику работы на диффузионной батарее. В р’астворе в
нормальном соке находится лишь незначительная часть пектино-
вых веществ (около 0,1%); они (хотя и медленнее сахарозы) пу-
тем диффузии переходят в диффузионный сок. Но следует всегда
иметь в виду, что нерастворимый протопектин при нагревании
с водой способен разбухать и постепенно переходить в раствор
в виде пектина. Ускоряющее влияние повышенной температуры
на пептизацию пектиновых веществ было уже указано выше (см.
рис. 15). Было показано, что эта пептизация особенно растет
при температурах выше 80° С, а потому при работе на диффузи- *
онных аппаратах их следует избегать. На аппаратах непрерывно-
го действия обычно стараются работать лишь при температуре
70—72° С.

Продолжительность действия воды при повышенной темпера-
туре также имеет большое значение: пептизация почти пропорци-
ональна времени, как было указано выше (см. рис. 16). Таким
образом, при быстрой работе на диффузии уменьшается переход
пектиновых веществ в диффузионный сок.

В слабокислой среде (pH 5,0) пектиновые вещества перехо-
дят в раствор в наименьшем количестве (см. рис. 14). Поэтому
для уменьшения количества пектиновых веществ в диффузионном
176
соке следует вести диффузию на слабоподкисленной воде. Ее ре-
комендуется сульфитировать до pH 6—6,5, хорошо бы и еще ни-
же— до pH 5, но уже угрожает инверсия сахарозы.

К сожалению, мы до сих пор не имеем настолько быстрого
метода определения пектиновых веществ в растворе, чтобы ввес-
ти его как один из текущих анализов. Поэтому при получении
сока стремятся избежать лишь совершенно катастрофических
явлений при чрезмерном перегреве: разбухание пектиновых ве-
ществ делает стружку мягкой, она теряет свою упругость, так
как разрыхляются именно те вещества, которые склеивают от-
дельные клетки одну с другой. Такая обваренная стружка сми-
нается, плотно прилегает к ситам, забивает их, вследствие чего
прекращается движение сока.

Цвет диффузионного сока. Цвет сока темно-серый, почти
черный. Черные вещества — продукты окисления тирозина, допа
и пирокатехина свеклы кислородом воздуха при помощи фермен-
та оксидазы — находятся не в растворенном состоянии, а в виде
суспензии, которая не оседает благодаря «защитному» действию
белков. Поэтому, если удалить белки, например, путем коагуля-
ции е известью, то одновременно удаляются и темные окрашен-
ные вещества. Также, если профильтровать диффузионный сок
через ультрафильтр (пленка коллодия), то фильтрат уже не име-
ет темной окраски, а лишь желтую.

Пенообразующая способность диффузионного сока весьма ве-
лика: продувая воздух, его можно почти целиком превратить в
пену. Пенообразователем является сапонин (около 0,1% по мас-
се сока) ,* который тоже частично находится в виде суспензии,
защищенной белками [14].

Инфекция в диффузионных аппаратах. Свекла, поступающая
на переработку, даже после мойки значительно заражена бакте-
риями почвы. Диффузионный сок представляет собой чрезвычай-
но благоприятную почву для развития инфекции.

В аппарате непрерывного действия при падении температуры
ниже 70° С наблюдается уже значительное развитие инфекции,
поэтому следует работать при температуре 70—72° С; некоторые
из микробов могут еще развиваться и при 70—80° С.

Разложение сахарозы микробами на диффузии может и не
сопровождаться повышением кислотности и нарастанием содер-
жания инвертного сахара. Таким образом, иногда трудно бывает
заметить наличие потерь. В головной части аппарата преоблада-
ет влияние сока свежей стружки с pH 6—6,5, поэтому получает-
ся диффузионный сок с pH тоже 6—6,5, даже при наличии раз-
вития микроорганизмов. В хвостовой части аппарата преоблада-
ет влияние поступающей свежей воды тоже с pH 6—6,5 и
незаметно влияния инфекции. Но все же о развитии инфекции
легко узнать, определяя pH 'сока в средних частях аппарата: там
при инфекции наблюдается минимум pH, например pH 5 и даже
ниже. Обязательно нужно наблюдать за pH в средних частях ап-
парата, чтобы своевременно заметить развитие инфекции.

Для борьбы с инфекцией нужно обращать внимание на тща-
тельность мойки свеклы, поддерживать чистоту диффузионного
аппарата. Очень важное значение имеет также темп работы: при
быстрой работе деятельность микроорганизмов не успевает раз-
виться.

В случаях, когда работа замедлена, а температура понижена,
особенно при переработке испорченной свеклы, может наступить
брожение, иногда с выделением газов СО2, СН4 и Н2, как при
маслянокислом брожении. Горючий водород иногда вызывал
взрывы на диффузии. Этого особенно следует опасаться при ос-
тановках работы аппаратов непрерывного действия.

Среди бактерий, найденных в диффузионном соке, следует
упомянуть Leuconostoc, Bacterium coli, Bacillus mesentericus, Ba-
cillus subtilis.

Если в диффузионном аппарате непрерывного действия (КДА,
РДА) везде поддерживается температура не ниже 70° С, т. е. и
стружка подается с температурой выше 70° С и питательная во-
да с температурой 70—72° С, то нет надобности применять фор-
малин в диффузионном аппарате, но его все же нужно давать
в отпариватель, в сок поперечной циркуляции. В аппараты нак-
лонные (двухшнековые) и цепные (J и Олье), в которых прохо-
дит и предварительный подогрев стружки, т. е. всегда есть зоны
пониженной температуры, всегда необходимо применять форма-
лин, зато здесь нет аппаратов предварительного ошпаривания и
связанного с ними расхода формалина.

Работы ВНИИСПа [26] показали, что расход 40%-ного фор-
малина для диффузионных аппаратов должен быть около 0,01 %
по массе перерабатываемой свеклы, для отпаривателей —
0,015%, но подавать его нужно не непрерывно, а периодически
быстро крупными порциями: в диффузионный аппарат — через
каждые 2 ч, а в отпариватель — каждый час. Очевидно, при не-
прерывной подаче концентрация формалина была бы все время
одинаково низка и малоэффективна. Можно применять и раз-
бавленный в 4 раза, т. е. 10%-пый формалин, но в количествах,
в 4 раза больших, т. е. 0,04%—в диффузионный аппарат п
0,06% —в отпариватель.

Место подачи формалина в аппарат располагают па !Д—7з
длины диффузионного тракта, считая от точки ввода питательной
воды в аппарат. В отпариватель формалин подается в сок попе-
речного потока.

Чтобы не загрязнять воздух парами формалина, приемный
резервуар его (около 1 jh3) помещают вне завода, внутри же сто-
ит лишь герметически закрытый мерник для подаваемых порций
формалина.
Приемный резервуар вне завода имеет мешалку и в него
можно давать пар для подогрева через барботер. Это устроено
для того, чтобы здесь можно было и деполимеризовать форма-
лин, если в нем много содержится твердого, плохо растворимого
параформальдегида. Рецепт для деполимеризации таков: на
60 кг твердого параформальдегида прибавляют 500 л воды и
100 г каустической соды (NaOH), нагревают паром до 64°С; для
деполимеризации достаточно 23 мин. Получается 10%-ный рас-
твор формалина.

Инверсия сахарозы на диффузии. Хотя диффузионный сок
имеет кислую реакцию на фенолфталеин (0,04%, считая на СаО),
но инверсия сахарозы в нем 'незначительна. Это объясняется тем,
что кислотность диффузионного сока вызывается весьма слабы-
ми, очень малодиссоциированиыми органическими кислотами и
активная кислотность — концентрация ионов водорода — весьма
мала: она равна приблизительно миллионной части нормальной
(pH 6,0—6,5).

Столь малая концентрация ионов водорода вызывает лишь
незначительную инверсию сахарозы на диффузии.

Суммарная потеря сахара от брожения и инверсии при нор-
мальной работе весьма невелика — она близка к нулю и не пре-
вышает 0,1% сахара по массе свеклы.

Эффект очистки сока на диффузии. Диффузионный сок имеет
более высокую чистоту, чем соответствующий нормальный сок
свеклы. Это объясняется тем, что большая часть белков свеклы
остается в жоме, остается также около одной трети элементов
золы.

Таким образом, в диффузионном соке оказывается меньшее
количество несахаров, тогда как сахар довольно полно (98%) пе-
реходит в диффузионный сок.

В нормальном соке на 1 кг сахара приходится некоторое ко-
личество несахаров, характеризующее как бы степень загрязнен-
ности сахара. Например, если чистота нормального сока рав-
няется 87,0%, то в 100 кг сухого вещества содержится 87,0 кг са-
хара и 13,0 кг несахаров. Следовательно, на 1 кг сахара прихо-
13 о

дптся = 0,1494 кг несахаров (загрязненность).

Предположим, что Ч диффузионного сока равна 88,8%. Тогда
11 2

для него на 1 кг сахара приходится = 0,1261 кг несахаров.

88,8

Следовательно, загрязненность сока уменьшилась на станции
диффузии на 0,1494—0,1261 = 0,0233 кг, или в процентах от пер-
воначальной загрязненности на

0,0233-100 1ССп/

—--------- = 15,6% .

О,1494
Эта величина называется эффектом очистки на диффузии.
Итак, эффектом, очистки сока называется понижение загрязнен-
ности сахара, выраженное в процентах от первоначальной загряз-
ненностй. _____

Легко составить и формулу для вычисления эффекта очистки
сока. Положим, что первоначальная Ч была qlt а после очистки
стала q2. Следовательно, первоначальная загрязненность сахара
была -------—; после очистки загрязненность будет------— . По-

71 9‘2

нижение загрязненности получит следующее выражение:

100 — <7х 100 —

91 9г

Это понижение загрязненности, выраженное в процентах от
первоначальной загрязненности, т. е. эффект очистки, будет

е = Г1 — (10о-92)911 1оо о/
[ (100-^2 J

Продукты диффузионного аппарата. Примерный средний со-
став продуктов диффузии, т. е. диффузионного сока и жома, при-
веден в табл. 16, причем для сравнения указан и состав сахарной
свеклы.

Как видно из табл. 16, большая часть растворимых несахаров
свеклы переходит в диффузионный сок. Только количество бел-
ков значительно ниже — лишь одна треть белков свеклы. Это —
белки из вскрытых на резке клеток свеклы.

Таблица 16

Состав продуктов из диффузионного аппарата в %

Составные части Свекла Диффу- зионный сок Жом
Сахароза 17,5 15,0 0,2
Пектиновые вещества нерастворимые 2,4 — 2,6
растворимые 0,1 0,1 —
Клетчатка и гемицеллюлоза 2,3 — 2,5
Азотистые вещества 1,2 0,7 0,6
в том числе белки (0,7) (0,2) (0,5)
прочие азотистые вещества (0,5) (0,5) —
Безазотистые вещества 0,9 0,8 0,1
Зола (чистая, т. е. минеральные вещества) . . 0,6 0,4 0,2
Всего сухих веществ . . . 25,0 17,0 6,2
Жом содержит в основном вещества свекловичной мякоти
(клетчатка, гемицеллюлоза и пектиновые вещества) и скоагули-
рованныи белок неразрезанных клеток свеклы. Все эти сухие
вещества жома представляют собой хороший корм для скота,
повышающий удои молока. Недостатком жома является низкое
процентное содержание сухих веществ (лишь 6%, а воды 94%).
Следовательно, жом — корм нетранспортабельный и должен
скармливаться на месте. Поэтому на территории сахарного заво-
да обычно устраивают скотооткормочный пункт. Часть жома раз-
бирается посевщиками свеклы.

В настоящее время при работе с диффузионными аппаратами
непрерывного действия следует считать обязательным прессова-
ние всего жома до повышения содержания сухих веществ в нем
до 16% и возврат всей жомопрессовой воды в диффузионный
аппарат.

Жом иногда, на старых заводах, хранят в специальных жомо-
вых ямах. Под дном ямы устраивают дренаж для отвода жомо-
вой воды. При хранении жом закисает; под действием бактерий
образуются кислоты — молочная, масляная и уксусная. Бакте-
рии сбраживают сахар, а также в значительной степени и пекти-
новые вещества, предварительно переводя их в растворимое со-
стояние. Потери сухих веществ жома под влиянием бактерий при
длительном хранении могут достигать 20—40% к массе сухих
веществ. Поэтому весьма рационально высушивать жом. При
этом получается ценный транспортабельный и хорошо сохраняю-
щийся корм, занимающий по питательности среднее место между
луговым сеном и овсом.

Весь жом аппаратов непрерывного действия должен прессо-
ваться. Прессованный жом или высушивают, или направляют не-
посредственно на корм скоту как достаточно транспортабельный.
Таким образом жомовые ямы делаются ненужными.

Тепловой баланс диффузионного аппарата. Для определения
расхода тепла и пара на диффузионный аппарат составляют теп-
ловой баланс: количество тепла, поступающего на аппарат, при
установившейся работе должно быть равно количеству тепла,
покидающего аппарат. Разберем два примера.

Пример 1 — диффузионная батарея.

Поступает теплота на 100 кг свеклы:

1) со свекловичной стружкой (100 кг при температуре 5° С и тепло-
емкости 0,9) 100• 0,9 • 5 = 450 ккал (1884 кдж)-,

2) с водой, барометрической (225 кг, теплоемкость 1,0 и температура-
400 С) 225 • 1,0 • 40 = 9000 ккал (37 681 кдж);

3) с паром, обогревающим калоризаторы, х якал (кдж).

Уходящая теплота: 1) с диффузионным соком (например, 115 кг,.
теплоемкость 0,9, температура 40° С) 115• 0,9• 40 = 4140 ккал (17334 кдж)-,

2) с жомом (90 кг, теплоемкость 1,0 и температура 45° С) 90 -1,0 • 45 =
= 4050 ккал (16 957 кдж);

3) с диффузионной водой (120 кг, теплоемкость 1,0, температура 40° С)
120 • 1,0 • 40 = 4800 ккал (20 097 кдж).

Баланс тепла: 450 + 9000 + х = 4140 + 4050 + 4800, отсюда х =
= 3540 ккал (14 821 кдж). Но это лишь теоретический расход тепла без
учета потерь его на лучеиспускание и теплопроводность, на которые тра-
181
я

тится еще около 10% от найденного теоретического расхода, т. е. 354 ккал
(1482 кдж). Следовательно, полный расход тепла будет 3540 + 354 =
= 3894 ккал (16 293 кдж).

Калоризаторы обогреваются паром (из выпарки), имеющим темпера-
туру 100°С и полное теплосодержание i = 640 ккал (2679 кдж). Конденсат
этого пара уходит из калоризаторов с температурой 85° С, следовательно,
1 кг пара отдает обогреваемому соку лишь 640 — 85 = 555 ккал (2324 кдж).
Отсюда найдем расход пара на диффузионной батарее на 100 кг свеклы:
3894
-—- = 7,0 кг.

555

Пример 2 — наклонный двухшнековый аппарат.

Пусть откачка сока на 100 кг свеклы составляет 120 кг с температурой
30° С; работа идет с возвратом жомопрессовой воды в количестве 50 кг
с температурой 75° С; жом весит 90 кг и имеет температуру 60° С; количест-
во воды для диффузии находим из баланса:

стружка вода откачка жом

100 -+ х = 120 + 90, т. е. х = 110 кг, из которых 50 кг — жомо-

прессовой воды и ПО — 50 = 60 кг свежей (барометрической) воды с темпера-
турой 40° С. Подсчитаем приход и расход тепла, составим баланс:.

Приход тепла: 1) свекловичная стружка 100 кг с температурой
5°С и теплоемкостью 0,9—100-0,9-5 = 450 ккал (1884 кдж);

2) жомопрессовая вода — 50 • 1,0 • 75 = 3750 ккал (15 700 кдж);

3) барометрическая вода — 60-1,0-40 = 2400 ккал (10 048 кдж);

4) тепло с обогревающим аппарат паром х ккал (кдж).

Расход тепла: 1) диффузионный сок 120 - 0,9 - 30 = 3240 ккал
{13 565 кдж);

2) жом 90-1,0-60 = 5400 ккал (22 609 кдж).

Баланс: 450 + 3750 + 2400 + х = 3240 + 5400, следовательно, х =

= 2040 ккал (8541 кдж), а с учетом потерь на лучеиспускание и теплопро-
водность (10%) найдем полный расход тепла 2040 + 204 = 2244 ккал

2244

(9395 кдж), а расход пара на 100 кг свеклы будет—— =4,0 кг.
555

Расход пара оказался низкий: в 1,7 раза ниже, чем нашли для диффу-
зионной батареи. Это получилось потому, что был принят возврат жомо-
прессовой воды с высокой температурой (75°С), и еще потому, что при-

нята низкая температура сходящего диффузионного сока (30° С). Низкий
расход тепла имеет весьма важное значение, так как будет легко поддержи-
вать надлежащую температуру в диффузионном аппарате (70—72°С).

Глава 5. ТЕОРИЯ ПРОТИВОТОЧНОГО ВЫСОЛАЖИВАНИЯ

Главу 3 о диффузионных аппаратах мы начали с закона диф-
фузии Фика и со схемы противоточного высолаживания.

Общий закон диффузии был выражен формулой

S 1)1'С~ст, (1)

где S — количество продиффундировавшего вещества;

с__с

<С — с — разность концентраций на расстоянии х (т. е.------

градиент концентрации);

т — время;

И 82
F—площадь, через которую происходит диффузия;

D — коэффициент диффузии, зависящий от температуры и
увеличивающийся с повышением ее.

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА ФИКА К РАБОТЕ ДИФФУЗИОННОГО АППАРАТА

Мы извлекаем сахар методом диффузии из свекловичной
стружки. Предположим, что мы имеем некоторое количество-
стружки (толщиной d), соответствующее 100 кг нормального со-
ка. Пусть высолаживание ее в диффузионном аппарате продол-
жается т мин (рис. 76). Тогда в уравнение (1) следует подста-
вить х = —,так как максимальный путь диффундирования — от

середины стружки — будет равняться а минимальный — от
внешнего края стружки — равен 0, средний же путь——
(см. рис. 76).

Таким образом, из уравнения (1) найдем, что количество
сахара, продиффундировавшего из нашей стружки, содержащей
100 кг нормального сока, будет (Общая литература 9)

S ==/7Д —— - т, (2)

где С — средняя концентрация нормального сока внутри струж-
ки за все дремя ее высолаживания;

с — средняя концентрация сока снаружи стружки;

С — с — средняя разность концентраций’;

d — толщина стружки;

D — коэффициент диффузии.

Поверхностью диффундирования F здесь будет поверхность
стружки, взятой в количестве, соответствующем 100 кг нормаль-
ного сока.

1 Например, для головной части диффузионного аппарата внутри струж-
ки имеем нормальный сок свеклы с концентрацией сахара около 19,8%, а
снаружи — диффузионный сок с концентрацией 15,5%, т. е. разность концен-
траций будет 19,8—15,5 = 4,3%. Для хвостовой части внутри имеем сок
жома с концентрацией сахара примерно 0,4%, а снаружи — воду с концент-
рацией 0,0; следовательно, разность концентраций здесь равняется 0,4 —
— 0.0 = 0,4%. Для всей батареи можно вычислить некоторую среднюю раз-
ность концентраций, которая и обозначена нами через С — с (подобно тому,
как вычисляется средняя разность температур для тепло передающих аппа-
ратов).

Кроме того, в некоторых аппаратах (наклонный, J, диффузионная ба-
тарея) диффузии сахара препятствует еще «термодиффузия», т. е. извест-
ное из физики движение вещества в направлении движения теплоты. Теп-
лота здесь передается от горячего сока к холодной стружке. Поэтому и са-
хар стремится двигаться вместе с теплотой в стружку, что мешает обычной
диффузии.
Временем диффундирования т следует счи-

тать время соприкосновения стружки с соком с
того момента, когда стружка нагрета до момен-

Рис. 76. Диф-
фузия са-
хара из
стружки.

та выгрузки ее из аппарата.

Написав уравнение (2), мы сделали два до-
пущения, в которых следует дать отчет. Во-пер-
вых, мы считаем, что снаружи стружки сок пере-
мешивается вследствие движения его, поэтому
в соприкосновении со стружкой находится сок
уже со средней концентрацией с. На самом, деле
имеется некоторый слой прилипшего к стружке
неподвижного сока, через .который сахар дол-
жен диффундировать. Толщина этого прилип-
шего слоя по сравнению с толщиной стружки
мала, и мы им в первом приближении пренебре-
гаем. Кроме того, мы допускаем, что внутри
стружки концентрация сахара постепенно пря-
молинейно повышается от поверхности стружки,

где концентрация равняется с, к центру струж-
ки, где эта концентрация равняется 2С— с, и,
d

от поверхно-

следовательно, на расстоянии

сти стружки имеем среднюю концентрацию

2С — с -f-с _

2 —

Подобные допущения обычны для теории технических процес-
сов.

Пренебрегая толщиной прилипшего к стружке неподвижного
слоя жидкости, мы одновременно пренебрегаем, в первом при-
ближении, и влиянием скорости движения сока на коэффициент
диффузии. На самом деле такое влияние должно быть; с ускоре-
нием движения сока диффундирование несколько облегчается, но
это влияние не может быть значительным, потому что оно никак
не может улучшить условий диффузии внутри стружки, а влияет
лишь па толщину неподвижного, прилипшего к стружке слоя
жидкости.

Допустимость принятых упрощении была подтверждена
опытной проверкой развитой теории ([9], Общая литература).

РОЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ В РАБОТЕ ДИФФУЗИОННЫХ АППАРАТОВ'

Уравнение (2) уже позволяет проанализировать качественно
и понять роль ряда факторов работы диффузионного аппарата.

1. С увеличением откачки извлечение сахара из стружки бу-
дет полнее, так как при увеличении откачки понижается концен-
184
тращия диффузионного сока и, следовательно, в уравнении (2)
уменьшается с и увеличивается С — с, что приводит к увеличе-
нию S.

2. Увеличение длительности высолаживания т вызовет также
более полное извлечение сахара, так как в уравнении (2) т сто-
ит в числителе.

3. Повышение температуры улучшает процесс извлечения са-
хара, так как с увеличением температуры весьма быстро возрас-
тает коэффициент диффузии сахарозы D (см. стр. 146); правда,
в свекловичной стружке D процентов на 30 меньше, чем в чистой
воде, так как диффузию замедляют стенки клеток свеклы, но все
же эта замедленная диффузия изменяется пропорционально
изменениям коэффициента диффузии сахарозы и также быстро
растет с повышением температуры.

4. Увеличение длины I м 100 г стружки влечет за собой умень-
шение ее толщины d и одновременно увеличение поверхности
100 кг F, и то и другое увеличивает количество про диффундиро-
вавшего сахара S. Следовательно, увеличение длины стружки
является особо важным фактором, как бы вдвойне благоприятст-
вующим обессахариванию.

Итак, процесс извлечения сахара из стружки улучшается с
увеличением откачки и длительности высолаживания, повыше-
нием температуры и особенно с увеличением длины стружки, что
схематически показано в табл. 17.

Таблица 17

Влияние разных факторов иа диффузию сахара
и пептизацию пектинов

Фактор

Диффузия
сахара

Пептизация
пектиновых
веществ

Откачка сока

Длительность высолажи-
вания

Длина стружки

Температура

+
++

Однако не все эти факторы могут быть использованы для
более полного извлечения сахара из свеклы, так как нужно по-
заботиться еще о том, чтобы используемые факторы не приводи-
ли к накоплению в соке несахаров, т. е. к понижению его чистоты.

Молекулярная масса большинства кристаллоидных несаха-
ров меньше, чем у сахарозы, и (поэтому скорость диффузии их
больше, чем у сахарозы (см. табл. 14). Задержать переход крис-
таллоидов в диффузионный сок нельзя. Лишь диффузия положи-
тельно заряженных катионов К’ и Na’ несколько задерживается
наличием отрицательно заряженных коллоидов свеклы (Доннан)

Что касается коллоидов, или, вернее, высокополимеров свек-
лы, то некоторые из них (клетчатка и полуклетчатка) совсем
185
не переходят в раствор на диффузии и не могут загрязнять диф-
фузионный сок.

Из прочих высокополимеров белки переходят в диффузионный
сок в значительном количестве — около 30% от белков свеклы.

Способность к диффузии у белков ничтожна (см. табл. 14), но
они вымываются из вскрытых на резке клеток стружки. Вскры-
тых клеток будет тем больше, чем тоньше стружка. Следователь-
но, из длинной и тонкой стружки попадает в диффузионный сок
больше белков и вообще коллоидов. Однако было бы ошибкой
сделать поспешный вывод о вреде тонкой стружки. Дело в том.
что белки — почти безвредные для сахарного производства кол-
лоиды; они почти полностью коагулируют на дефекации и сату-
рации и удаляются с дефеко-сатурационным осадком. Они могут
лишь несколько затруднить работу фильтров, но и этот вред
сводится до минимума при современных методах предваритель-
ной дефекации, обеспечивающих оптимальную коагуляцию бел-
ков и хорошую фильтрацию.

В сахарной свекле имеется еще группа высокополимеров —
это пектиновые вещества. Их в свекле содержится много (около
2,5%). Пектиновые вещества действительно вредны для произ-
водства; с ними необходимо бороться: если допустить их раство-
рение на диффузии, то будет затруднена работа диффузионного
аппарата (медленная откачка), фильтров, центрифуг (так как
растворы пектиновых веществ весьма вязки), увеличится выход
мелассы и потеря сахара в ней.

Пектиновые вещества как высокополимеры имеют малый ко-
эффициент диффузии, но все же диффундирование пектиновых
веществ, находящихся уже в растворе в клеточном соке свеклы,
проходит достаточно полно, что видно из работ Агеева [15] и Нах-
мановича (16]. Диффундирование пектиновых веществ особенно
заметно при незрелой свекле, содержащей большое количество
пектинов в растворе. Нет способа воспрепятствовать диффузии
растворенных пектиновых веществ, но нужно принимать все ме-
ры к задержке пептизации этих веществ, находящихся в свекле
в виде протопектина.

Основными факторами пептизации пектиновых веществ, как
показано выше, являются температура, время и реакция воды
(pH); пептизация пектинов увеличивается: 1) с повышением тем-
пературы, особенно при температуре выше 80" С; 2) с увеличени-
ем продолжительности воздействия горячей воды, особенно вы-
ше 60 мин.

Пептизация минимальна в слабокислой среде (при pH 5) и
резко увеличивается при переходе к более кислой или особенно
к нейтральной и щелочной среде.

Пептизация пектиновых веществ является процессом внутрен-
ним: он идет по всей массе свеклы, в каждой ее клеточке. Поэто-
му от количества протекающего мимо стружки сока, т. е. откачки
186
сока на диффузии, пептизация пектина почти не зависит. Следо-
вательно, можно для снижения потерь сахара увеличивать от-
качку; в США откачки доводят до 150%, в СССР из соображений
экономии топлива, чтобы не получать слишком разбавленных
соков, требующих большего расхода тепла на выпаривание, при-
держиваются откачек около 118—125% по массе свеклы.

Как процесс внутренний, пептизация пектиновых веществ так-
же почти не зависит от длины и тонкости стружки, что экспери-
ментально подтверждено Агеевым {15]. На этом основании следу-
ет рекомендовать работу с возможно более тонкой стружкой,
что ни в коем случае не вызовет повышения количества пектино-
вых веществ в растворе.

Влияние различных факторов на пептизацию пектиновых ве-
ществ также показано в табл. 17 и сопоставлено с влиянием
тех же факторов на полноту извлечения сахара из стружки. Та-
ким образом, сопоставляя условия наилучшего обессахаривания
свекловичной стружки и условия пептизации пектиновых веществ,
мы приходим к полному физико-химическому и коллоидно-хими-
ческому обоснованию метода работы на диффузионном аппара-
те: небольшая длительность диффундирования (70 мин) при не
слишком высокой температуре, несколько повышенной откачке
(лучше —не более 125%) и возможно более тонкой стружке
(последнее, однако, весьма ограничено для аппаратов КДА, РДА
и наклонного).

Диффузионные аппараты непрерывного действия очень чувст-
вительны даже к начинающемуся лишь размягчению стружки
вследствие начального гидролиза протопектина, поэтому на этих
аппаратах работают при 70—72° С, не выше, но и снижать тем-
пературу ниже 70° С нельзя, так как это усиливает деятельность
микроорганизмов.

Е диффузионных батареях максимальной температурой счи-
тают 80° С, но там в головных и хвостовых диффузорах темпера-
тура низка (40° С); при хорошей свекле допускают иногда мак-
симальное повышение температуры и до 82—83° С, а при плохой
свекле — не превышают температуры 75° С, даже еще ниже.

Длина 100 г стружки для диффузионных батарей желательна
не менее 20 м (и выше — до 30 лг). Для аппаратов непрерывного
действия приходится применять более толстую стружку (с мень-
шей длиной 100 г ее), так как тонкая стружка при движении в
аппарате измельчается и препятствует движению сока; все же
необходимо работать со стружкой не менее 15 м длины 100 г ее.
Для цепных аппаратов (Олье и J) можно и нужно иметь длину
100 г стружки не менее 20 м; в этом преимущество этих аппа-
ратов.

При соблюдении этих условий есть полная возможность сни-
жать потери сахара в отходах, не ухудшая качества диффузион-
ного сока, не повышая, а даже понижая содержание пектиновых
веществ в нем. Снижение потерь сахара на диффузии совсем
не связано с понижением качества диффузионного сока. Качест-
во сока понизится лишь в том случае, если потери будут сни-
жаться путем удлинения времени высолаживания и повышения
температуры. Отсюда видно, как важно для практики разобрать-
ся в роли отдельных факторов, влияющих на процесс, и научить-
ся ими пользоваться для создания оптимальных условий работы.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ РАСЧЕТ ПРОТИВОТОЧНОГО ВЫСОЛАЖИВАНИЯ

Закон Фика можно применить и для количественного вычисле-
ния потерь сахара при получении диффузионного сока в зависи-
мости от ряда условий при движении стружки в диффузионном
.аппарате по схеме:

Схема противоточного непрерывного диффузионного процесса

Жом Стружка

А СГ.С^.в

= 0 -» с -» с2ч^

Вода Диффузионный сок

Все расчеты будем относить к такой порции стружки, в кото-
рой содержится 100 кг нормального сока с концентрацией саха-
ра С2 %. Эта порция стружки, пройдя через диффузионный
аппарат непрерывного действия, отдаст сахар в идущую противо-
током воду и превратится в жом с содержанием в соке лишь
С! % сахара. Следовательно, эти 100 кг нормального сока отда-
ли путем диффузии С2— С( = S кг сахара. Подставим эту вели-
чину S в формулу (2). Получим

С2 — Q = 4D-- (С — с) т. (3)

Здесь С — с — средняя разность концентраций внутри и вне
стружки за все время диффундирования, причем в точке поступ-
ления стружки эта разность равняется Аг = С2 - с2, а в точке
выхода жома Ai = С, — 0 = Сф Среднюю же разность концент-
раций (С— с) легко вычислить ио начальной и конечной разно-
сти, используя формулу Грасгофа, известную в теплотехнике и
обычно применяемую для подогревателей и противоточных хо-
лодильников при вычислении средней разности температур (мы
пользуемся здесь полной аналогией в формулах и расчетах по
диффузии и теплопередаче). Итак по Грасгофу

Q С - - А1 __ 6g - Cg б]

Ал Со —Со

In--2- 2,3021g-~—2

Ai Ci
Это выражение С — с можно подставить в наше основное
уравнение (3), но предварительно следует вычислить и подста-
вить значение для концентрации диффузионного сока с2. Обо-
значим для этого через п кг количество диффузионного сока, по-
лучаемое на 1 кг нормального сока свеклы. Обычно откачка сока
на заводе вычисляется на 100 кг свеклы; эти 100 кг содержат
приблизительно 93 кг 1 нормального сока; следовательно, если
откачка равна а % по свекле, то
а
п =-------------------------------.

Легко понять, что

С2 —С1
са = —----

так как из 100 кг нормального сока переходит в диффузионный
(С2— Ci) кг сахара (т. е. за вычетом потери в жоме Ci), но этот
диффузионный сок, кроме того, разбавлен по сравнению с нор-
мальным соком в п раз.

Подставив значение с2, найдем

Q __ __ (П О (ба С])

, (п— 1)С2+Сг‘

2,302n 1g —--J

nCi

Подставляем значение С — св уравнение (3) и сокращаем
затем обе части уравнения на С2 — Ср Найдем

п щ (» О С2 4- _ 4 F

п — 1 К nCt 2,302 ' d

(3')

Необходимо в уравнении (3') заменить чем-то более обычным
и легкоизмеримым также и величины F и d, поверхность струж-
ки, соответствующую 100 кг нормального сока, и среднюю тол-
щину стружки. F и d, очевидно, зависят от длины 100 г струж-
ки; пусть она равняется I м. Чем больше I, тем тоньше стружка,
т. е. тем меньше d и больше F, следовательно, F и d являются
функциями I. Можно математически F и d выразить через I и
результат также подставить в уравнение (3').

Стружка, соответствующая 100 кг нормального сока, весит

100
---- кг,
0,93

где 0,93 —соковый коэффициент. Длина этой стружки будет

1000/
----м.
0,93

1 Вялая свекла имеет меньший соковый коэффициент, но она быстро на-
питывается водой в диффузоре. Нами принят соковый коэффициент 93%,
а не 91 -92%, как считают обычно. Это сделано на основании более точных
определений связанной воды в мякоти.
Если периметр сечения этой стружки обозначить через <р л/,
то боковая поверхность ее будет

р___ 1000/<р 2

0,93

(Следовательно, считаем полную поверхность F приблизи-
тельно равной боковой поверхности, т. е. пренебрегаем малой
поверхностью кондов каждой отдельной стружки.)

Средняя толщина стружки d может быть принята приблизи-
тельно пропорциональной периметру <р, т. е. d = kq *.

Таким образом,

F _ 1СЮШ
d ~ 0,93/г ’

Подставляем значение — в уравнение (3'):

п (п — 1) Сг 4~ Ct 4 1000

п — I ё пСг ~ 2,302 • 0,93k

Обозначая

4 - 1000 _ А

2,302-0,93/г “ ’

где А — некоторый постоянный коэффициент, получим

—— 1g -(-"~LLc2^ci = ADh. (4)

п—1пС1 v

Разделим числитель и знаменатель дроби (под знаком 1g
в левой части уравнения (4) на С2. Получим

п — 1 -г

-^-plg-------= (4'|

п — 1 Сг

П”сГ

В это уравнение входят: откачка (на 1 кг нормального со-
ка) ——п и коэффициент диффузии сахарозы — D, зависящий от
температуры (значения D приведены на стр. 146), длина струж-
ки— I, время диффундирования — т. Таким образом, учтены все
основные факторы работы диффузионного аппарата (откачка,,
температура, длина стружки н время). Величина /1 -некоторый
коэффициент, определяемый экспериментально, особый для каж-
дого типа аппаратов.

* Это выражение для d лишь приближенно (оно было бы правильно
лишь при геометрическом подобии сечений стружки). Математически бо-
лее точные формулы для d и F нами даны в «Химии сахарного производст-
ва» (1933* стр. 62); в них приняты во внимание и размер, и форма ножа
резки. Однако эти усложненные формулы не оправдываются на опыте, и
принятое здесь упрощенное соотношение более пригодно для практики.
Кроме того, в уравнении (4х) имеется весьма интересная для
Сг

нас величина —1, т. е. отношение содержания сахара в жоме к
Сг

содержанию его в нормальном соке. Зная и, D, I и т, мы можем
С с

из уравнения (4х) определить —. Пусть оказалось, что — =а;

Сг С2

отсюда С] = аС2.

Следовательно, содержание сахара в жоме пропорционально
сахаристости свеклы. Это значит, что более сахаристая свекла
при прочих равных условиях дает большие потери сахара в
жоме. Конечно, отсюда нельзя делать вывода о допустимости и
неизбежности больших потерь на диффузии при более сахари-
стой свекле; мы всегда можем и должны так изменить условия
работы, чтобы эти потери снизить.

Заметим, что в уравнении (4х) значения всех факторов, кро-
ме откачки п, входят в правую часть равенства в виде их произ-
ведения. Обозначим это произведение одной буквой у:

y=ADlt. (5)

Следовательно, у — некоторая величина, которую чрезвычай-
но легко вычислить, зная Л, и в которой сосредоточено влияние
трех факторов (коэффициент диффузии, длина стружки, время).
Кроме того, примем, что С2 = 1. Тогда, вместо уравнения (4х)

будем иметь

П . П—1+С;

п — 1 ziCj

= у.

(6)

Так как С2 принято равным 1, то уравнение (6) позволяет вы-
числять потери Cj на 1 кг сахара (если же найденную величину
помножить на 100, то найдем потери на 100 кг сахара).

Уравнение (6) уже достаточно просто: интересующие нас по-
тери Ci зависят лишь от двух переменных величин: у и п. Эту
зависимость можно выразить особой номограммой (рис. 77) и,
пользуясь ею, находить значения Сь не решая логарифмическо-
го уравнения (6). По осн абсцисс нанесены значения у, а по оси
-ординат отложены в логарифмическом масштабе потери саха-
ра х (но вычисленные не на 1, а на 100 кг сахара). Имеется ряд
кривых, почти прямых, каждая из которых соответствует опре
деленной откачке (откачка а дана в номограмме в процентах к
массе свеклы, т. е. это та величина, которую обычно определяют
в лаборатории завода, а не откачка на 1 кг нормального сока,
так как эту величину пришлось бы специально вычислять) [17].

Пользуясь номограммой (рис. 77) и зная величину коэффи-
циента А для данного диффузионного аппарата, можно вычи-
слить величину ожидаемых потерь сахара для любых заданных
условий получения диффузионного сока. Поясним это примером.

Пример I. Пусть для колонного диффузионного аппарата было установле-
но, что /1 = 5,2 10“5. Требуется определить, каковы будут потери сахара в
191
Т

X- потери но /00частей сахара
жоме для следующих условий работы: длительность диффузии т = 95 мин,
средняя температура в аппарате 71°С, откачка сока а= 125%, длина 100 г
стружки Z = 12 м. Температуре 71° С соответствует коэффициент диффузии
77 = 85,6 (по табличке внизу номограммы, слева). Найдем y = ADh = 5,2-
• 10-5 - 85,6 -12-95 = 5,07. На номограмме (рис. 77) на кривой, соответствую-
щей откачке диффузионного сока 125%, находим точку, соответствующую по
абсциссе у = 5,07, и определяем для этой точки на ординате потерю на 100
частей сахара — 1,36%. Если в свекле содержится, например, 17,5% сахара,
1,36-17,5

то потеря на 100 частей свеклы будет --——--- = 0,24%.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА А

Коэффициент А легко найти, наблюдая некоторое время за
работой диффузионного аппарата, определяя все показатели, по-
тери сахара и откачку диффузионного сока.

Здесь нужно, однако, определить, что следует считать дли-
тельностью диффундирования. В технических отчетах обычно сю
называют полное время нахождения стружки в соке. Однако это
неправильно. Период нагревания, т. е. повышения температуры
стружки следует исключить, причем не только потому, что в хо-
лодной стружке еще не скоагулирована протоплазма, т. е. не до-
стигнута температура 60° С. Большое значение имеет, кроме того,
термодиффузия: пока температура повышается, т. е. теплота пе-
редается из окружающего сока в стружку, то и термодиффузия
двигает сахар внутрь стружки, что препятствует обычной диф-
фузии по Фику из стружки'в сок.

Поэтому длительность пребывания в ошпаривателе ни в
коем случае нельзя прибавлять к времени диффузии. В тех аппа-
ратах, где нет ошпаривателя, а подогрев происходит внутри диф-
фузионного аппарата, необходимо сбросить длительность пребы-
вания стружки в той части аппарата, где происходит подогрев.

Средней температурой также следует считать лишь среднюю
температуру с момента полного уже нагрева до конца пребыва-
ния стружки в диффузоре.

Учитывая все это, приводим пример определения?, коэффициен-
та А.

Пример 2. Берем данные испытания наклонного двухшнекового аппара-
та (10].

Температуры распределялись следующим образом по пяти участкам ап-
парата, начиная с головной части его:

Участки аппарата ..12 3 4 5

Средняя температура

участка, °C .... 54 7& 74 70 60

Очевидно участок 1-й нельзя считать в периоде активной диффузии:
здесь идет лишь подогрев. Активная диффузия сахара происходит лишь во
2, 3, 4 и 5-м участках, т. е. ib 80% всей емкости.

Длительность полного пребывания стружки в аппарате была 116 мин.
Но длительность активного обессахаривания составляла лишь 80% от этой ве-
7 Заказ 905 193
личины, т. е. лишь т = 116-0,8 = 93 мин. Средняя температура диффундиро-
вания равнялась

78 -|- 74 + 70 + 60 = 70 5о с

4 ’ '

Для этой температуры коэффициент диффузии D = 84,5 (по табличке на
номограмме). Длина 100 г стружки 1 = 8,7 м, откачка а= 117% и потеря
-сахара в жоме 0,55% по свекле при дигестии 16,8, т. е. потеря на 100 частей
0,55-100

•сахара была х =———— =3,27. Откачка а =117%.

16,8

По номограмме рис. 77 найдем, что откачка а — 117 и потеря 3,27 соот-
ветствуют у = 4,12 (по абсциссе). Но у = 4,12 = ADh = А • 84,5 8,7 • 93; от-
сюда

4,12

84,5 • 8,7 • 93

- 6,0 - НГ5.

А =

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ДЛЯ РАСЧЕТОВ
НЕПРЕРЫВНОГО ВЫСОЛАЖИВАНИЯ

•

Зная величину А, можем решать любую задачу относительно
наклонного аппарата. Одна задача — на нахождение величины
потерь сахара — уже была приведена. Решим и некоторые другие
задачи.

Пример 1. Найдем, каково должно быть время диффундирования т, чтобы
потери были лишь 0,4% по массе свеклы, в которой 18% сахара, и при тем-
пературе в аппарате 70° С, чему соответствует D = 83,5; при откачке а =
= 120%, при длине 100 г стружки 1 = 10 м.

Найдем потерю на 100 кг сахара

х = °-4 tO0 = 2,22%.

По номограмме найдем у, соответствующую откачке а = 120 и потере
х = 2,22. Оказывается у = 4,6. Но у = ADh, или 4,6 = 6.00 • 10~6 • 83.5 • 10 • т.
Отсюда найдем

4,6 „

Т = --------------------= 91,8 MUH.

6,00 • 10-5 • 83,5 10

Пример 2. Какова должна быть откачка а, чтобы получилась потеря
сахара 0,4% по свекле при содержании в ней сахара 20,0%, при длине 100 г
стружки 1 = 9,0 м, температуре 70° С (D = 83,5), при времени диффундиро-

вания т = 80 мин.

Потери па 100

кг сахара

х °’41(М' 2,0%.

у = ADh = 6,00 - 1(Г5 • 83,5 - 9,0 80 == 3,61.

Находим на номограмме точку, соответствующую у = 3,61 и х — 2,0.
Оказывается она лежит на прямой для а = 145. Итак, нужна откачка диф-
фузионного сока- 142%. Потребовалась столь высокая откачка, так как взя-
то малое 1 = 9; если взять 1 = 12, то найдем у = 4,81 и найдем потребную
откачку лишь 120%.
Величины коэффициента А были нами определены
ориентировочно для диффузионных аппаратов разных систем.

Они колеблются между 5 и 6. Наибольшая величина
А = 6,0-10”5 получена для наклонного двухшпекового аппарата.
Наименьшая найдена для J-аппарата (А = 4,8-10”5), но это не
препятствует распространению его, так как этот недочет покры-
вается возможностью применять в этом аппарате весьма тонкую
стружку, например I = 20 м.

Вообще же следует еще более точно и четко определить в
производстве величины А — для всех аппаратов.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ К РАБОТЕ ДИФФУЗИОННОЙ БАТАРЕИ

Работа диффузионной батареи в сущности очень близка к
работе непрерывнопротивоточного диффузионного аппарата: при
современной быстрой работе нет никаких остановок в процессе,
в батарее непрерывно движется сок навстречу свежей стружке,
непрерывно, без всяких скачков, повышая на пути свою концент-
рацию, а стружка также постепенно, без скачков, понижает свою
концентрацию сахара. Поэтому изложенная теория и номо-
грамма (рис. 77) работы аппаратов непрерывного действия
вполне применима и для работы диффузионных батарей.

Нужно лишь рассмотреть, во всех ли диффузорах в батарее
идет процесс активного диффундирования сахара, и научиться
вычислять длительность (время) активной диффузии. Мы знаем
обычно оборот батареи в минутах—то мин и знаем число диф-
фузоров в батарее-—т. Но из этих диффузоров два всегда без
сока: это выгружающийся и нагружающийся диффузоры. Кроме
того, головной диффузор, хотя и наполнен соком, но температу-
ра в нем низкая — около 40° С, так как горячий сок (70—75° С)
смешивается здесь с холодной стружкой (5° С). Поэтому прото-
плазма еще не убита и диффузии нет'. Следовательно, этот го-
ловной диффузор тоже не работает. Нельзя считать работающим
и хвостовой диффузор: диффузия в нем происходит, но она со-
вершенно бесполезна, так как и стружка, и окружающая вода,
в которую успело продиффундировать немного сахара, выбрасы-
ваются и уходят в отходы. Таким образом, из т диффузоров ак-
тивными являются лишь (т— 4) диффузора. Время т0 оборота
батареи расходуется на смену всех т диффузоров, т. е. на каж-
дый приходится — мин, а в активных (т— 4) диффузорах сок
и стружка пробудут лишь т = —— мин. Например, если

1 Диффузии нет здесь еще и потому, что стружка нагревается, т. с. теп-
лота движется от сока в стружку; поэтому в этом же направлении возни-
кает термодиффузия.

195

7*
оборот батареи т0‘ = 70 мин и число диффузоров т = 14, то вре-
, , х 70(14 — 4) СЛ

мя активной диффузии будет лишь т — ——- = 50 мин.

Коэффициент А для диффузионных батарей мы определяли
на Рамонском и Ново-Покровском сахарных заводах и нашли
А = 6,84 • 10”5. Однако он был определен при строгом надзоре
и при совершенно безукоризненной работе батарей. Для норми-
рования и оценки работы батарей при обычной рядовой работе
было бы чрезмерным требовать, чтобы всегда А = 6,84-10~5, что
найдено лишь для самой лучшей работы. Надо определить нор-
мы для А исходя из обычных принятых Главсахаром технических
норм для диффузионных батарей, которые таковы:

Число диффузоров в батарее
Оборот батареи в минутах .
Откачка сока, % по свекле

12 14 16

60 68 75

125 121 118

Кроме того, нормой потерь сахара по массе свеклы считают
0,40% (при обычном содержании сахара в свекле 17,5%) и нор-
мой длины 100 г стружки I — 22 м. Обычная средняя температу-
ра на диффузии (среднее арифметическое температур на диффу-
зии, начиная со второго диффузора (от головы) бывает 65° С.

Исходя из этих данных, нетрудно найти норму А для диффу-
зионных батарей:

Число диффузо-
ров ......... 12 14 16

Коэффициент А 6,5- 10-5 5,7-10—5 5,2-10~’5

Понятно, что для длинных батарей в 16 диффузоров норма'
для А получилась несколько меньше, так как работать с таким
большим числом диффузоров труднее и работа проходит не столь
тщательно.

Зная нормы для А, можем решать и для диффузионных ба-
тарей все те задачи, какие мы решали для аппаратов непрерыв-
ного действия.

Пример 3. Найти вероятные потери сахара при работе диффузионной ба-’
тареи из 14 диффузоров, если оборот ее был т0 = 70 мин, откачка сока а =
= 125%, длина 100 г стружки 1 = 20 м, температура 63°С (0 = 69,2).

70(14- 4)

Время активного диффундирования т = — 50 мин, у = 5,7 X

X I О-6 • 69,2 - 20 - 50 - 3.94. Зная п = 125% и у = 3,94, тандем по номограмме
потерю х = 2,65% па 100 частей сахара. Если в свекле 17,0% сахара, то по-
2,65-17,0

теря сахара по свекле будет --— = 0,45%.

При любом аппарате очень важно время от времени опреде-
лять коэффициент А: если он окажется низок, следовательно,
работа идет плохо, надо искать и исправлять недочеты и упу-
щения.

J96
ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ И УТОЧНЕНИЕ ТЕОРИИ
ДИФФУЗИОННЫХ АППАРАТОВ

За последние 20 лет появилось чрезвычайно много работ, по-

священных теории действия диффузионных аппаратов. Особен-
но много работали в Чехословакии Э. Славичек [18], в Венгрии —
Г. Оплатка [19], в Дании — Брюнихе-Олсен [20]. Целью их рабо-
ты является уточнение, более строгое применение закона Фика

к анализу работы диффузи-
онных аппаратов. В СССР
сюда же относятся работы
В. М. Лысяпского [21] и
Ю. П. Грачева.

В изложенной выше тео-
рии имеется довольно гру-
бое упрощающее допущение:
принято, будто бы концент-
рация сахара внутри струж-
ки снижается от середины ее
к поверхности по прямой ли-
нии. Г. Оплатка же развил
сложную математическую
теорию. Для иллюстрации
полученных результатов он
показывает, как в действи-
тельности идет процесс обес-
сахаривания плоскопарал-
лельной пластинки из уби-
той свекловичной ткани

Рис. 78. Ход процесса обессахарива
ния в свекловичной пластинке.

толщиной d с начальной
концентрацией Со, погру-
женной в воду, объем кото-

рой очень велик по сравне-

нию с объемом пластинки и поэтому концентрация в ней все вре-
мя равна нулю (рис. 78). Тотчас по погружении начинается диф-

фузия сахара как внутри самой пластинки, так и из пластинки в
воду из обоих ограничивающих поверхностных слоев; в середине

же пластинки начальная концентрация практически остается еще
неизменной. Это состояние изображено кривой 1. Через некото-
рое время процесс продвинется дальше: концентрация боковых
слоев понизится еще больше, а в середине останется лишь узкая
полоска с начальной концентрацией (кривая 2). Позже начнет

понижаться и концентрация в середине, оставаясь все еще срав-
нительно высокой (кривая 3).

Постепенно кривая распределения концентраций принимает
форму синусоиды (кривая 4), которая делается все более и более
плоской (кривая 5).
Несомненно, в первые моменты после погружения пластинки
в чистую воду распределение концентраций (кривые /, 2, 3) рез-
ко отличается от прямолинейного распределения. (Для кривых 5,
4 и 5 нанесено пунктиром и соответствующее прямолинейное рас-
пределение 3', 4' и 5'.) В действительности в первые моменты
имеется гораздо больший градиент концентрации, чем при упро-
щенном прямолинейном распределении концентраций, т. е. идет
гораздо более быстрая диффузия. И все же на самом деле такой
быстрей диффузии в начальный момент, как показывает опыт,
все-таки нет, так как клетки лишь медленно отмирают при на-
гревании стружки и, кроме того, противодействует термодиффу-
зия.

Таким образом, и для первых моментов упрощенная прибли-
женная теория даже ближе к действительности, более удовлет-
ворительно ее отражает.

В дальнейшем, когда нет уже большой разницы концентра-
ций (кривая 5), кривая точной теории и прямые 5' приближенной
теории почти совпадают. Следует заметить, что в диффузионных
аппаратах нигде нет большой разности концентраций, так как
свежая стружка погружается не в воду, а в сок высокой кон-
центрации, близкой к концентрации диффузионного сока.

Следовательно, нельзя ожидать больших расхождений при-
ближенной и точной теории в применении в работе диффузион-
ных аппаратов.

Поэтому нет ничего удивительного в том, что рабочее урав-
нение, выведенное Г. Оплатка из его сложной теории, оказалось
полностью идентичным с выведенным выше уравнением (6), ко-
торое, таким образом, получило лишь новое и весьма основа-
тельное подтверждение [22].

Некоторым недостатком изложенной выше теории является
также то, что в ней считается сравнительно легкой «внешняя»
диффузия, т. е. переход сахара с поверхности стружки в окру-
жающую движущуюся жидкость, поэтому не учитывается влия-
ние скорости сока на процесс высолаживания стружки. Г. Оплат-
ка изучил этот вопрос экспериментально и нашел, что в интерва-
ле встречающихся на практике скоростей (от 0,5 до 2,5 см!сек\
действительно влиянием скорости на диффузию можно прене-
бречь.

Всевозможные практические выводы из уточненных работ и
из упрощенной теории совпадают. Поэтому изложенной простой
теорией можно пользоваться. Она устанавливает взаимозависи-
мость шести основных переменных величин работы диффузион-
ных аппаратов: потерь сахара; откачки сока; температуры; дли-
ны 100 г стружки; длительности диффузии; содержания сахара
в свекле. Поэтому только эта теория получила довольно широкое
распространение.
Глава 6. ВАРИАНТЫ В РАБОТЕ ДИФФУЗИОННЫХ
АППАРАТОВ

Удобнее всего рассмотреть варианты в работе диффузион-
ных аппаратов по основным факторам этой работы: стружка,
время диффундирования, температура, откачка сока, типы аппа-
ратов.

СТРУЖКА

Ремонт ножей. Для получения хорошей стружки особенно
важное значение имеет тщательный ремонт и тщательный набор
свеклорезных ножей в рамы.

Рис. 79. Торцовка ножей:
а — под углом 90°; б —
под углом 120°.

Рис. 80. Оп-
равка для
выравнива-
ния ножей.

Притупившиеся и поврежденные ножи при их ремонте прохо-
дят ряд операций.

Торцевание ножей. При торцевании с ножей снимают
образовавшиеся при работе зазубрины и получают ровную, хотя
еще и тупую кромку ножа. Для торцевания пользуются карбо-
рундовым диском.

Обычно ножи торцуются под прямым углом. Лишь для во-
локнистой свеклы рекомендуется торцевать под углом 120°
(рис. 79).

Выравнивание ножей. Изогнутые ребра ножей вырав-
нивают при помощи специальной стальной оправки (рис. 80).

Отжиг. Дальнейшие операции по точке ножей трудно вы-
полнять, так как закаленный стальной нож слишком тверд. По-
этому его необходимо «отжечь», погружая на 5 сек в ванну с
расплавленной! поваренной солью (температура плавления
776° С), т.е. при температуре около 800° С. Затем ножам дают
медленно остыть под слоем золы. Поваренная соль применяется
как регулятор температуры; пока она находится в расплавлен-
ном состоянии, температура не ниже 776° С.
&

Рис. 81. Способы заточки
ножей:

а — фрезерная фаска; б —
лезвенная фаска; в — брит-
венная фаска; г — брит-
венная точка с контрольной
фаской.

С отожженных и промытых в горя-
чей воде ножей снимают напильником
окалину и заусенцы.

Фрезерование является уже
грубой заточкой. Путем фрезерования
получается плавный переход от утол-
щенного места лезвия к режущей
кромке его. Длина полученной фрезер-
ной фаски 10 мм. После фрезерования
все-таки режущая кромка ножа имеет
еще толщину 0,5 мм (рис. 81). Острее
затачивать свекловичный нож на фре-
зе нельзя, так как легко совсем проре-
зать его фрезой.

Заточка ножей. Ножи точат
часто вручную при помощи четырех-
гранных напильников. Встречаются
различные типы заточки ножей (см.
(рис. 81). Самый простой, но плохой ме-
тод заточки — это лезвенная точка но-
жей. При этом способе получается до-
вольно крутая заточка — лезвенная

фаска длиной 1,5 мм. Такой круто заточенный нож слишком изги-
бает срезываемую стружку свеклы, получается много брака и не-
достаточно тонкая стружка.

Этот недостаток отсутствует при бритвенной заточке нежа,
при которой у ножа получается весьма тонкая и очень острая
режущая кромка. Такой нож вначале дает хорошую стружку, но
очень быстро тупится и ломается, так как заточенный конец
слишком тонок.

Наилучший метод объединяет лезвенную и бритвенную точку
ножа: делается лезвенная заточка; затем стачивается часть фре-
зерной фаски как бы для бритвенной заточки, по с таким расче-
том, чтобы все-таки осталось 0,5 мм лезвенной заточки; таким
образом получается бритвенная заточка с контрольной лезвен-
ной фаской.

Нож оказывается достаточно топко заточенным и дает хоро-
шую стружку; в то же время режущая кромка ножа не так неж-
на, как при бритвенной точке, поэтому опа притупляется мед-
ленно.

Ручная заточка пожен -очень трудоемкая операция. Суще-
ствует ряд машин для автоматической механизированной заточ-
ки ножей без отпуска и повой закалки их. Легче всего механизи-
ровать заточку не ребристых ножей (Чижека), а просто рифле-
ных (кенигсфельдских и Голлера), для заточки которых требует-
ся выполнение лишь одной операции (заточка зигзагообразного
лезвия). Заточка же ребристых ножей состоит ив трех операций:
двух заточек ребер (справа и слева) и заточки зигзагообразного
лезвия. Это снова указывает на преимущества ножей без ребер.
Автоматы для заточки ножей вчетверо сокращают расход рабо-
чего времени: при ручной заточке -надо затрачивать на один нож
20 мин, а при механизированной — лишь 5 мин.

Закалка ножей состоит в том, что нож погружают лезви-
ем вниз на 5—10 мм в ванну из расплавленной поваренной соли
(800° С) на 5 сек и затем быстро охлаждают в воде, имеющей
температуру 15—20° С.

Отпуск ноже й. Чтобы понизить хрупкость ножей, их «от-
пускают», погружая лезвие на 3—8 сек в расплавленную селитру
при температуре 375—385° С (натриевая селитра плавится при
318° С). Затем дают ножам остыть на воздухе.

Набор ножей в рамы — также весьма ответственная
операция, от которой зависит качество стружки. Чтобы стружка
была равномерной, подъем и зазор ножей должны быть совер-
шенно равномерны и одинаковы для всех рам. Поэтому необхо-
димо при установке ножа пользоваться шаблонами — особыми
планочками для выверки подъема и зазора.

Зазор делается тем больше, чем более засорена и волокниста
свекла: для чистой свеклы делают зазор 3—5 мм, для засорен-
ной 4—7 мм, для мерзлой и чистой 3—7 мм, для волокнистой и
деревянистой 5—7 мм, для столбуристой (цветуха, высадки) 6—
10 мм. Зазор меньше 2 мм не допускается, так как при этом по-
лучается ломаная стружка.

Подъем ножей должен быть для свежей свеклы немногим
больше половины деления ножа, т. е. для 5-миллиметровых ножей
2,5—2,7 мм. При резке вялой свеклы для 5-миллиметровых но-
жей делают подъем 2,8—3 мм и для мерзлой — 3,0—3.3 мм.

Форма стружки. Однако даже и при хорошей, точной установ-
ке ножей по кондуктору все же получается обычно не более 50—
55% «желобчатой» стружки, так как сама свекла при действии
резки несколько смещается.

Полученная стружка всегда очень далека от идеальной «же-
лобчатой». На рис. 82 даны для примера отпечатки поперечных
сечений пробы «желобчатой» стружки.

Стремление получать именно желобчатую стружку появилось
из неподтвержденного опытом и, может быть, напрасного опасе-
ния. будто бы простые столбикообразные стружки могут лечь
аккуратно рядом одна с другой в виде компактной массы и, та-
ким образом, будто бы поверхность стружек не будет омываться
соком и диффузия ухудшится. Наоборот, быть может, как раз
желобчатая форма может оказаться менее благоприятной для
диффузии: в желобках могут скопляться и задерживаться пу-
зырьки газов, выделяющиеся из стружки, внутренняя поверхность
желобков малообтекаема, туда труднее проникает сок.
I--------------1

Рис. 82. Отпечатки сечений «желобчатой» стружки.

Оказалось также, что желобчатая стружка, получаемая при
помощи ребристых ножей, выходит помятой, малоупругой. Это
понятно, так как стружинки проталкиваются между ребрами,
которые их сдавливают и сминают. Такая мятая стружка ложит-
ся в диффузоры плотнее, обтекаемость и высолаживание ухуд-
шаются, ухудшается проницаемость массы стружки для сока,
задерживается откачка сока, что начинает замедлять работу
всего завода. Это особенно чувствуется при вялой и немного ис-
порченной свекле. Поэтому уже давно опытные рабочие в этом
случае стремились получать на ребристых ножах не желобчатую
стружку, а «спичку», или, вернее, пластинчатую стружку. Ее не-
трудно получить на вертикальной центробежной резке. Для это-
го достаточно немного (например, на 1 мм) сместить одну ноже-
вую раму по отношению к другой (через одну, рис. 83). Чем
больше смещение рам, тем больше будет толщина получаемой
пластинчатой стружки. Конечно, при этом снижается (примерно
на 30%) производственная мощность свеклорезок, так как режет
лишь одна половина каждого зигзага ножей. Поэтому такой ме-
тод можно применять лишь при наличии большого запаса мощ-
ности свеклорезок (который обычно и имеется на заводах).

Пластинчатая стружка более однородна (рис. 84), не помята
ребрами ножей, упруга, поэтому не слеживается в диффузорах и
значительно облегчает движение сока. Производственная мощ-
ность диффузионного аппарата вследствие этого возрастает.
В то же время толщину пластинчатой стружки можно уменьшить,
что приводит к снижению потерь сахара на диффузии. Все это
было четко установлено па Эртильском сахарном заводе набор-
щиком пожен новатором
Тимофеевым и ипж. Ше-
вапдипым. В настоящее
время ряд заводов в
СССР работает с пластин-
чатой- стружкой. Следо-
вало бы создать специ-
альную, может быть, бо-
лее простую форму ножей
для получения непомя-

Рис. 84. Отпечатки сечений «пластинчатой» стружки.

той упругой пластинчатой стружки, а не готовить ее кустарным
образом на ребристых ножах.

В то же время следует заметить, что зигзагообразные ножи
без ребер также дают, хотя и «желобчатую», но непомятую, бо-
лее упругую стружку.

ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ДИФФУНДИРОВАНИЯ

Ускорение высолаживания стружки имеет весьма важное
значение: оно позволяет увеличить производительность аппара-
та и в то же время улучшает качество диффузионного сока (в не-
го меньше переходит пектиновых веществ). Уменьшение длитель-
ности диффундирования, конечно, требует одновременного улуч-
шения качества стружки, так как иначе при ускоренной работе
возрастут потери сахара или придется значительно повысить
откачку сока.

Часто уменьшению длительности диффундирования препятст-
вует медленность прохождения сока. Нужно стремиться к сни-

жению сопротивления стружки на

Для снижения сопротивления
стружки движению соков в диф-
фузорах нашли широкое примене-
ние цепи. Их подвешивают в не-
сколько рядов на крючках. На
рис. 85 изображена схема подве-
ски цепей. При наличии цепей
верхние слои стружки опираются
на них и не давят на нижний слой,
который меньше уплотняется, не
прижимается чрезмерно к ситам
и не забивает их.

Применение пластинчатой
стружки, как уже было указано
выше, также позволяет ускорить
работу диффузионного аппарата,
так как опа упруга и меньше пре-
пятствует движению сока.

Для диффузионных аппаратов
непрерывного действия, чтобы

пути движения сока.

диффузоре.
они работали на полную мощность и не «захлебывались», также
чрезвычайно важна хорошая пропускная способность сит, отце-
живающих диффузионный сок, причем часто в тройном-четвер-
ном количестве: и диффузионный сок (новый), подаваемый из
аппарата при откачке, и тот сок, вместе с которым подается
стружка из отпаривателя в аппарат (в аппаратах КДА, РДА).
Нужны всевозможные меры к увеличению площади сит и к их
непрерывной очистке (см. описание КДА-25-59).

В аппарате РДА важно также, чтобы и сита каждой из камер
достаточно полно при каждом обороте аппарата отцеживали
сок от стружки, иначе значительные количества не успевшего
отцедиться сока будут вместе со стружкой отбрасываться обрат-
но— к хвосту аппарата.

Во избежание «захлебывания» нужно, чтобы и масса стружки
во всем аппарате была достаточно проницаемой для сока. По-
этому именно приходится применять в аппаратах непрерывного
действия (кроме цепных) довольно толстую стружку с малой
длиной 100 г (все же I не меньше 15 м), так как тонкая стружка
слишком измельчается лопастями и шнеками аппарата, что за-
медляет движение сока в аппарате. Здесь также нужно рекомен-
довать пластинчатую стружку как более упругую, непомятую и
прочную. Нельзя также допускать повышения температуры выше
72° С, так как выше начинается уже заметное разбухание пек-
тиновых веществ и вследствие этого снижение упругости струж-
ки, что особенно четко показали исследования К- Вукова {23]. Это
снижает пропускную способность аппарата и замедляет движе-
ние сока.

ТЕМПЕРАТУРА ДИФФУНДИРОВАНИЯ

В диффузионных батареях обычный температурный режим
таков: в головном диффузоре 40° С, так как туда поступает хо-
лодная стружка (температурой 5° С) и она еще не прогрелась;
далее температура постепенно повышается до 80° С, держится на
этом уровне в 4—5 диффузорах, а затем постепенно снижается
до 40° С, так как там поступление пара на калоризаторы уже
закрыто, а в хвостовой диффузор поступает вода с температурой
40° С (барометрическая).

Если повысить температуру в хвостовых диффузорах, это,
конечно, повысит среднюю температуру в диффузорах и улучшит,
ускорит диффузию сахара. Это и было предложено и с успехом
применяется: подогревают и хвостовые калоризаторы, поднимая
температуру в хвостовых диффузорах до 60—70° С, повышают
и температуру подаваемой барометрической воды (применяют
воду форконденсатора). В то же время можно даже несколько
снизить максимальную температуру на диффузии, например не
80, а 75° С, что снизит гидролиз протопектина. Такими мерами
204
можно повысить среднюю температуру на диффузии, например

с 60 до 70° С, а это повысит коэффициент диффузии в —
Deo

83,5

63,0

= 1,33 раза, что является значительным достижением.

Иногда, особенно в Чехословакии, ведут работу с получени-
ем холодного диффузионного сока (25°С), закрывая подачу па-
ра в калоризатор перед головным диффузором и снижая темпе-
ратуру в нем до 25° С. Это делается для экономии расхода пара:
так как из батареи уходит сок с температурой не 40° С, а 25° С,
то расход тепла на диффузию снизится на 120-0,9-40—120Х
X 0,9-25 = 1620 ккал (6783 кдж).

Такой холодный сок можно далее нагреть, например, до
45° С, используя пар, идущий из вакуум-аппаратов на конденса-
тор. Этот пар имеет температуру лишь 60° С и обычно не исполь-
зуется. В этом же случае холодный сок возьмет из него 120 X
X 0,9(45 — 25) = 2160ккал (9043 кдж). Это и уменьшит на столь-
2160
ко же расход тепла на заводе, что соответствует экономии —— =

= 4 кг пара, или около 0,5 кг условного топлива.

Диффузионные аппараты непрерывного действия, не требую-
щие предошпаривания стружки (наклонные, двухшнековые, цеп-
ные— Олье и J), также могут давать диффузионный сок понижен-
ной температуры, что является их преимуществом, так как поз-
воляет снизить расход топлива, особенно наклонный аппарат,
при котором можно получать диффузионный сок с температурой
30° С. В то же время это делает часть аппарата неактивной для
диффузионного процесса.

Аппараты непрерывного действия, как уже было сказано,
требуют более точного регулирования основной температуры в
аппарате, которая должна быть 70—72° С. При температуре
выше 72° С уже сказывается набухание пектиновых веществ, сни-
жение упругости стружки и замедление движения сока; ниже
70° С — увеличивается развитие инфекции, что видно по сниже-
нию pH в середине аппарата; приходится прибегать к усиленной
добавке формалина.

ОТКАЧКА СОКА

Размер откачки диффузионного сока в США часто достигает
140% и более по свекле, но это приводит к увеличению расхода
топлива. На заводах СССР принята откачка 120—125%.

Регулирование откачки для диффузионных батарей ведется
обычно мерниками. В Швеции часто вместо этого измеряют не
сок, а количество подаваемой воды (по Винтцелю и Вейбулю).

Для аппаратов непрерывного действия тоже обычно регули-
руют подачу воды автоматически в зависимости от количества
205
поступающей стружки, которое непрерывно измеряется ленточ-
ными весами для стружки. Эти ленточные весы представляют
собой некоторый участок ленточного транспортера для свекло-
вичной стружки, лежащий на чашке весов. Одновременно опре-
деляют и скорость движения ленты транспортера. Очевидно, ско-
рость подачи стружки в диффузионный аппарат пропорциональна
произведению массы стружки, лежащей на участке ленты, и ско-
рости ее. Устройство ленточных весов (оно может быть разнооб-
разным) подробно описано И. Н. Кагановым и Г. Н. Михатовой
в их книге по расчетам и учету свеклосахарного производства
[24]. Пропорционально показаниям ленточных весов автоматиче-
ски меняется и количество подаваемой на диффузионный аппа-
рат суммы возвращаемой жомопрессовой и дополнительной све-
жей воды.

ОТХОДЫ ДИФФУЗИОННЫХ АППАРАТОВ

[При работе диффузионных батарей получается два отхода —
жом и диффузионная вода. Смесь их разбавляют водой так, что-
бы на одну часть жома приходилось не менее двух частей воды
(диффузионной и добавляемой для разбавления). Смесь жома
и воды выкачивают центробежным насосом к жомовым ямам,
куда жом и поступает после отцеживания от него диффузионной
воды. Часть диффузионной воды идет обратно на разбавление
жома, остальная выкачивается на поля орошения.

Жом, кроме того, рекомендуется пропускать после сита еще
через горизонтальный шнековый пресс, отжимающий до 50%
воды и делающий жом более транспортабельным.

При работе диффузионных аппаратов непрерывного действия
нет обременительного отхода в виде жомовой воды, а есть только
жом и то обычно меньшей массы — 70—80% по свекле. Было
бы бессмысленно этот жом разбавлять водой ради выкачивания
его центробежным насосом. Его обычно при помощи транспорте-
ра передают к жомовым прессам.

О дальнейшей утилизации жома диффузионных аппаратов
непрерывного действия сказано в разделе использования отхо-
дов. Здесь уншь приводим на рис. 8(> схему очистки возврата
жомопресс/вых вод, предложенную Л. Л. .Пипецом [25], и отме-
чаем, что^как правило, весь жом должен идти на жомовые прес-
сы, где около 2/з всего сахара жома переходит в жомопрессовую
воду, которая целиком должна возвращаться в диффузионный
аппарат для замены значительной части свежей воды для пита-
ния аппарата./Это снижает потери сахара на диффузии на 30—
35% их величины. Только при этом условии потери сахара в
диффузионных аппаратах непрерывного действия делаются мень-
ше, чем в прежних диффузионных батареях.
Рис. 86. Схема очистки и возврата жомопрессовой воды:

1 — диффузионный аппарат; 2 — грабельный транспортер для жома; 3 — рас-
пределительный транспортер к жомовым прессам; 4 — жомовые прессы; 5 —
ленточный транспортер для прессованного жома; 6 — сборник жомопрессовой
воды; 7 — циклонная мезголовушка; 8 — трубчатый теплообменник; 9 — подо-
греватель паровой бойлерный для нагрева жомопрессовой воды до 90° С; 10—от-
стойник; 11— насос для формалина.

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ II

1. Schliephake (D. Zucker, 18 (1965), № 8, 138, Также: Brun-
iche- Olsen H. Solid — Liquid Extraction, Copenhagen, 1962; Лысяп-
c к и й В. M. СП, 1964, № 5, 8.

2. Коваль Е. Т., Загорулько А. Я., Бу рыма А. К., Ярмил-
ко В. Г., В аилов В. Я., Труды ЦИНСа. Вып. XL 1963, стр. 84—104.

3. К о в а л ь Е. Т., 3 а г о р у л ь к о А. Я., Л и п е ц А. А. Труды ЦИНСа.
Вып. VIII, 1960, стр. 19—42.

4. Коваль Е. Т., Ярмилко В. Г., В а й л о в В. Я. СП, 1965, № 4,
стр. 16.

5. Селят ицкнй В. А. Сахарная промышленность Дании. М., 1958.

6. Е п и ш н н А. С. СП, 1956, № 8.

7. Селятицкий В. А. Внедрение непрерывно действующих диффузи-
онных аппаратов наклонного типа. ГОСИНТИ, 1960.

8. Коваль Е. Т., Загорулько А. Я., Липец А. А., Щего-
лев В. Н. Труды ЦИНСа. Вып. VIII, 1960, стр. 8—18.

9. Селятицкий В. А. СП, 1965, № 5, стр. 20.

10. Коваль Е. Т., Загорулько А. Я-, Лнпец А. А., Щего-
ле в В. Н. Труды ЦИНСа. Вып. VIII, 1960, стр. 43—58; Бурыми А. К. СП,
1964, № 11, 29; Силнн П. М., Кизенко А. Ф„ Др уж л я коп В. Н.
СП, 1966, № 11.

И. Пищевая промышленность за рубежом. Сахарная промышленность.
Пищеиромиздат, 1955, стр. 49—63.
12. Пашковский Ф. М., Ко и я кин В. Ф., Кулик М, И., Гинз-
бург Б. И., Казакевич В. И., П е р е л ь С. Н. Опыт внедрения непре-
рывно действующих диффузионных установок на сахарных заводах УССР.
ЦИНТИПищепром, 1963.

13. Andri ik К. ZB, 28(1903—1904), 10. Smolensk! К. Z„ 79(1954),
№ 11, 12.

14. Думайский А. В. и corp. Ж, IV (1930), 427; V (1931), 491.

15. Агеев Л. М. Труды ВХТИ. Т. II (1938), Воронеж, 32.

16. Нахманович М. И. и Берман С. Л. НЗ, 1935, № 1—2, 11.

17. Силин П. М. СП. 1956, № 11.

18. Slavicek Е. LC, 65 (1949), 89, 105; 66 (19^0), 97, 137, 197; 67 (1951),
41, 187; 69 (1953), 125; 70 (1954), 33, 135; 71 (1955), 14, 35.

19. Oplatka G. ZZ, 79 (1954), № 11, 125 (перевод П. М. Силина, см.
№ 11, 1955).

20. Briiniche-Olsen Н. Zucker, 7 (1954), 471, и книга Solid — liquid
Extraction, Copenhagen, 1962.

21. Л ы сян ск ий В. М. СП, 1954, № 7, 26; 1964, № 5, 8.

22. Сили н П. М. СП, 1954, № 7. 26.

23. Vukov К. Zuckererzeugung, 2 (1958), 245—247, 267—269; 3 (1959),
9—12, 43—45. ZfZ, 8 (1958), 82—87.

24. Каганов И. Н. и Михатова Г. Н. Химико-технические расчеты
и учет в сахарном производстве. Изд-во «Пищевая промышленность», 1965.

25. Липец А. А. СП, 1958, № 8; 1962, № 7 и 8; 1963, № 8.

26. Коваль Е. Т., Н а х о дки н а В. 3., Яр ми л ко В. Г. СП, 1965,
№ 7, стр. 13.
Очистка *
диффузионного
сона

ill

ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ОБ ОЧИСТКЕ СОКА

Необходимость очистки сока. Диффузионный сок характери-
зуется рядом таких свойств, которые затрудняют получение из
него сахара путем непосредственного выпаривания и кристалли-
зации без предварительной очистки:

диффузионный сок содержит взвешенные тонкие частицы и,
кроме того, при нагревании к нему присоединяются хлопья ско-
агулированных белков; все эти частицы необходимо удалить,
чтобы они не примешались к кристаллам сахара;

отфильтровывать взвешенные частицы очень трудно, так как
они заклеивают фильтр; кроме того, получить чистый, неопалес-
цирующий фильтрат вообще не удается;

диффузионный сок имеет кислую реакцию (кислотность око-
ло 0,04% СаО и pH 6,0—6,5) и при непосредственном выпарива-
нии его сахароза заметно инвертируется; необходима нейтрали-
зация, для нейтрализации обычно применяют известь (дешевое
основание), при этом выпадают осадки;

диффузионный сок имеет темную окраску, которая при непо-
средственной переработке сока на сахар передалась бы и кри-
сталлам сахара;

выпаривание сока затруднительно, так как он обладает спо-
собностью сильно пениться;

сок содержит в растворе значительное количество несахаров;
эти несахара увеличивают выход мелассы и потери сахара в ней;
в соке содержится много гидрофильных коллоидов (высокопо-
лимеров), которые при выпаривании дают очень вязкие раство-
ры, мешая кристаллизации.

Цель очистки диффузионного сока состоит, следовательно, в
том, чтобы: 1) освободить его от взвешенных частиц; 2) нейтра-
лизовать и 3) удалить возможно больше несахаров из раствора,
особенно же поверхностно-активные несахара и коллоиды (высо-
кополимеры) .

Методы очистки сока. Так как диффузионный сок представ-
ляет собой весьма сложную смесь ряда веществ с разнообразны-
ми свойствами, то и методов для удаления этих веществ может
быть очень много. Учет различных веществ, предлагавшихся для
очистки диффузионного сока, произвел еще в 1937 г. Липпман,
и уже тогда число таких веществ оказалось более 700.

В производственной практике прививаются, конечно, лишь
наиболее дешевые способы, дающие в то же время наибольший
и, по возможности, универсальный эффект; нужно при неболь-
шом числе простых производственных операций воздействовать
на возможно большее число разнообразных несахаров диффузи-
онного сока.

В настоящее время после отбора из сотен предложений обще-
принятым методом оказался метод обработки диффузионного со-
ка известью с последующим удалением избытка извести углекис-
лым газом, т. е. обычная дефекация и сатурация. При этом сату-
рацию осуществляют обычно в два приема: после I сатурации
остается еще некоторое количество извести в растворе (щелоч-
ность 0,08—0,10% СаО) и после II сатурации щелочность сни-
жается до оптимального низшего предела.

Очистку диффузионного сока известью можно произвести
весьма разнообразно: дефековать на холоду или при нагрева-
нии; сатурировать на холоду или при нагревании; работать с су-
хой известью или с известковым молоком; варьировать количе-
ство извести; изменять продолжительность операций; изменять
последовательность и число операций и т. д.

Метод рассмотрения всех этих сложных вопросов примем сле-
дующий: прежде всего рассмотрим основные необходимые опе-
рации очистки, применяемые всюду, и выясним физико-химиче-
скую сущность процессов, происходящих при этих операциях; за-
тем уже с точки зрения определенной физико-химической теории
сделаем обзор, сопоставление и оценку ряда разнообразных ва-
риантов в работе, встречающихся далеко не на каждом заводе.

Иначе говоря, сначала изучим наипростейшую схему очист-
ки диффузионного сока и затем рассмотрим возможные ее ус-
ложнения.

Обычный метод очистки диффузионного сока. Элементы про-
стейшей схемы очистки сока таковы: 1) нагрев диффузионного-
сока до температуры 85—90° С; 2) дефекация, т. е. обработка
2—3% извести по массе свеклы (в виде известкового молока);
3) I сатурация, т. с. обработка газом СО2 до щелочности 0,08—
0,10% СаО; 4) фильтрация; 5) II сатурация газом СО2 до низ-
кой (оптимальной) щелочности; 6) фильтрация.

Основные операции это: 1) дефекация, 2) I сатурация,
3) II сатурация. Каждая из них имеет точно определенную основ-
ную целевую установку.

Дефекация имеет целью очистку диффузионного сока посред-
ством коагуляции известью белков и красящих веществ и осаж-
дения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом каль-
ция извести (анионы щавелевой, фосфорной и ряда других кис-
лот); кроме того, на дефекации идет ряд реакций разложения
210
несахаров (амидов, редуцирующих веществ, пектиновых ве-
ществ) .

Первая сатурация дополнительно очищает сок путем адсорб-
ции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на
поверхности частиц мелкого осадка СаСО3, который образуется
при пропускании углекислого газа через дефекованный сок, со-
держащий избыток извести; именно для получения на сатурации
значительного количества СаСО3 прибавляют к соку на дефека-
ции почти в 10 раз больше извести, чем требуется для реак-
ций осаждения и коагуляции несахаров. На I сатурации не всю
известь превращают в СаСО3, часть ее (0,08—0,16%) оставляют
свободной. Это делают потому, что в соке I сатурации еще нахо-
дятся в виде суспензии все несахара, осажденные известью на
дефекации; если удалить полностью известь из раствора, то эти
осадки в отсутствие избытка осаждающего реактива (извести)
вновь частично перейдут в раствор и ухудшат качество сока.

Вторая сатурация имеет целью возможно полное удаление
8гзвести в виде СаСО3: это делается допустимым, так как после
I сатурации все осадки отфильтровываются и, следовательно, нет
уже опасности перевести их в раствор, удаляя всю свободную из-
весть.

Кроме дефекации и двух сатураций, за последние 20—25 лет
широко распространилась на сахарных заводах еще предвари-
тельная дефекация. Она состоит в том, что перед главной обыч-
ной дефекацией предварительно задают в сок небольшую часть
извести (0,25—0,30% к массе свеклы). Обнаружено на опыте, что
при малых количествах извести осадок несахаров получается бо-
лее плотный, легче фильтрующийся и более полный. При боль-
шом избытке извести, задаваемой без предварительной дефека-
ции, получается менее совершенная очистка сока и затрудняется
фильтрация.

Глава ^ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПЕРЕД ОЧИСТКОЙ
ДИФФУЗИОННОГО СОКА

Мезголовушка. Диффузионный сок, особенно выходящий из
аппаратов непрерывного действия, содержит мезгу, т. е. мелкие
обрывки свекловичной стружки, прошедшие через грубые сита
диффузионного аппарата. Эту мезгу необходимо удалить, что и
является первой операцией очистки сока. Мезга содержит прото-
пектин, который, если мезгу не удалить, попадй"ёТ’'н'а'''станцию
очистки, там в щелочной среде переходит в раствор, затем с из-
вестью образует желатинозный осадок, затрудняющий фильт-
рацию.

О простейших мезголовушках ведерного типа уже упомина-i
лось при описании диффузионной батареи. После диффузионных
211
Рис. 87. Ротационная мезголовушка ПР-58М.

аппаратов непрерывного действия ставят более совершенные ав-
томатические мезголовушки.

Одна из них —- ротационная мезголовушка (или пульполо-
вушка) ПР-58М (рис. 87)—состоит из корыта 1, в котором вра-
щается перфорированный барабан 2 (латунное сито). Одна сто-
рона барабана (левая) закрыта, а другая — открыта и вращает-
ся в резиновом уплотнении. Диффузионный сок по трубе 3
поступает в корыто, фильтруется через сетку внутрь барабана и
уходит через его открытый конец в приемник 4 и далее через
штуцер 5 на дальнейшую очистку. Барабан делает 5 об]мин.

Мезга, оставшаяся на поверхности барабана, счищается с нес
капроновой щеткой 6, которая при каждом обороте барабана
встряхивается при помощи кулачка 7, сидящего на барабане.

Нагрев диффузионного сока перед дефекацией. Диффузион-
ный сок перед дефекацией нагревают до 80—90° С, прокачивая
насосом через подогреватели (решоферы). Подогреватель по
конструкции напоминает калоризатор. Он представляет собой
также вертикальный цилиндр (рис. 88), заполненный внутри
пучком трубок (диаметром 30—33 мм и длиной 2—3 м), концы
которых развальцованы в отверстиях верхней и нижней реше-
ток. Сверху и снизу Йодо гр ев а тел я имеются герметически закры-
вающиеся крышки с резиновыми уплотнениями (их открывают
для чистки трубок подогревателя).

Крышки подогревателя не имеют специальных противовесов,
так как нижняя крышка связана тягой (см. рис. 88 — слева) с
верхней крышкой в играет но отношению к пей роль противовеса:
когда нижняя крышка ^од действием силы веса открывается, то
она тянет вниз тягу, что помогает открывать верхнюю крышку;
наоборот, верхняя крышка при ее закрывании тянет тягу вверх
и своим весом помогает закрывать нижнюю крышку.

Трубки подогревателя снаружи обогреваются паром, а внутри
по ним движется нагреваемый сок. В калоризаторах сок дви-
жется по всем трубкам сразу; для подогревателя, имеющего
большую поверхность и большее число трубок, чем калоризатор,
212
такое устройство неудоб-
но, так как скорость дви-
жения’' сока была бы
слишком мала, что сни-
жало бы теплопередачу и
способствовало бы быст-
рому отложению осадков
на поверхности нагрева,
а это еще сильнее умень-
шало бы теплопередачу.
Поэтому весь сок должен
двигаться лишь по малой
части трубок, что повы-
шает скорость движения;
пройдя первую секцию
трубок, сок делает пово-
рот и поступает в сосед-
нюю секцию, затем после
нового поворота направ-
ляется в следующую сек-
цию трубок и т. д. Таким
образом сок примерно 8—
12 раз проходит вверх и
вниз, что в 8—12 раз уве-
личивает и скорость дви-
жения (до 1,5 м/сек)-, по-
лучается быстроходный
подогреватель.

Направление движе-
ния сока меняется вслед-
ствие весьма простого
приспособления: крышки
подогревателя имеют вну-
три ребра — перегородки,
которые при закрывании
крышек прижимаются к

Рис. 88. Быстроходный подогреватель
(решофер).

трубным решеткам и де-
лят пространство под
крышками на ряд камер
(рис. 89).

Сок поступает под верхнюю крышку в первое отделение и не-
соответствующей секции трубок идет сверху вниз. Так как внизу

перегородки расположены иначе, то сок попадает во второе от-
деление и по трубкам поднимается в верхнее пространство 2, из
него по трубкам пространства 3 идет снова вниз и т. д. Наконец
сок попадает вверх в двенадцатое отделение, откуда и выводится

из подогревателя.
Верхняя головка

Нижняя головка

Рис. 89. Подогреватель. Схема расположения ходов для сока.

Разрез

План

Рис. 90. Автомат-водоотводчик:

1 — поплавок; 2 — воздушный краник; 3 —
водомерное стекло.

Нижние и верхние отде-
ления подогревателя снаб-
жены кранами: нижние —
для спуска сока перед чист-
кой подогревателя или при
остановке завода, верхние —
для выпуска накапливающе-
гося здесь воздуха и других
газов.

Постепенно на трубках
подогревателя отлагается
осадок (белки, сапонин),
что снижает коэффициент
теплопередачи. Поэтому тре-
буется ежесуточная чистка
подогревателя диффузион-
ного сока.

Механическая очистка
подогревателя (скребка-
ми) грязная и трудоемкая
работа. Поэтому в настоя-
щее время обычно чистят
подогреватели диффузион-
ного сока путем периодиче-
ского прокачивания через
них в течение некоторого
времени нефильтрованного
сока I сатурации: при боль-
шой скорости движения
осадки сока I сатурации стирают осадки с трубок подогревателя.

Обогревающий пар (температура его 100° С) поступает в про-
странство между трубками (паровое пространство) немного вы-
ше середины подогревателя. Пар, отдавая диффузионному соку
свою теплоту, конденсируется, и конденсат отводится из нижней
части паровой камеры; из верхней же части паровой камеры от-
водятся (как и из калоризаторов) 'неконденсирующиеся газы
(аммиак, воздух).

Конденсат по отводным трубкам стекает в расположенный
ниже автомат-водоотводчик или конденсатоотводчик. Это — ап-
парат, выпускающий воду (конденсат), но не допускающий по-
тери пара (рис. 90). Поступающий в автомат конденсат, накоп-
ляясь, заставляет всплывать поплавок, который открывает при
помощи рычажка кран для спуска воды. С понижением уровня
воды поплавок опускается и вновь закрывает кран, не допуская
утечки пара.

Глава 2. ДЕФЕКАЦИЯ

На дефекации к диффузионному соку для очистки прибав-
ляют 2—2,5% извести (СаО) в виде известкового молока.

СИСТЕМА: ИЗВЕСТЬ + САХАР + ВОДА

Необходимо рассмотреть то физико-химическое равновесие, в
котором находится наш реагент — известь — с водой и сахаром;
следовательно, надо рассмотреть систему СаО + Н2О + сахар в
зависимости от температуры и количественных соотношений.
При этом надо выяснить количество при различных условиях
основных реагентов, производящих реакции на дефекации: иона
кальция и иона гидроксила. Все это рассмотрим пока независимо
от присутствия несахаров, которые мало влияют на состояние
равновесия.

Схема химического равновесия в нашей системе такова:

Са " | (ОН)2 -|- 2HC12H210ii Са (CJ2H210u)2 + 2Н2О.

Известь Сахар Сахарат

раствор

Са (ОН)2

Осадок

Количество извести, прибавляемой к диффузионному соку
на дефекации, значительно больше того, какое может раство-
риться. Мы берем около 2—2,5% извести, но растворяется фак-
тически при температуре 80° С в 14%-ном растворе сахара толь-
ко 0,25%, т. е. лишь '/s, а 7/в взятой извести остается в осадке
(см. табл. 8). . л
Однако в нашем растворе сахара все-таки гораздо больше
извести, чем могло бы ее раствориться при той же температуре
в чистой воде: там было бы в растворе не 0,25%, а лишь 0,072%
(см. табл. 8). Повышенная растворимость извести в сахарном
растворе объясняется образованием сахарата кальция. Сахаро-
за действует как очень слабая кислота (постоянная электроли-
тической диссоциации при 20° С около 3- 10~13):

Са ’’ | (ОН)2 + 2Н | С12Н210ц —» Са | (Cj2H2jO11)2 + 2Н2О. (1)

При температуре 85° С и той незначительной концентрации
извести (0,25%), какая при этих условиях имеется в растворе,
можно полагать, что лишь один водород сахарозы проявляет
кислотные свойства, т. е. образуется даже не моносахарат
(С12Н22ОЦ • СаО), а «полусахарат», где на одну молекулу двух-
валентной извести приходятся две молекулы сахарозы (это и
изображено в нашем уравнении). Если бы весь сахар полностью
вступил в реакцию образования «полусахарата», то при молеку-
56
лярной массе сахара 342, эквивалентной массе СаО — = 28
в 13%-ном сахарном растворе растворилось бы -^|^-=1,06%
извести, а не 0,25%, т. е. в 4 раза больше.

Этот расчет достаточно ясно показывает, что реакция образо-
вания сахарата идет неполно, так как она обратима; образовав-
шийся сахарат как соль очень слабой кислоты гидролизуется и
дает вновь сахарозу и известь:

Са |(С12Н21Ои)2 + 2Н' | ОН' —> Са | (ОН)2 -Е 2С12Н220ц. (2).

Таким образом, идут одновременно обе реакции (1) и (2), что
может быть изображено одним уравнением обратимой реакции

Са" | (ОН)г + 2С12Н22ОХ1 - Са |(C12H21On)2 + 2НОН.

Следовательно, мы всегда имеем смесь извести, сахара и са-
харата. Количество какого из этих веществ будет больше, зави-
сит от соотношения скоростей реакции (1) и (2), а они зависят
в свою очередь от соотношения действующих масс и от темпе-
ратуры.

При повышении температуры усиливается реакция гидроли-
за; сахарат гидролизуется, давая известь, которая оказывается
уже в чрезмерном количестве в растворе и начинает выпадать
в осадок; следовательно, растворимость извести при повышении
температуры падает.

Итак, мы имеем две равновесные системы: 1) равновесие
между известью в осадке и в растворе; 2) равновесие между
сахаратом кальция и продуктами его гидролиза — сахаром и
известью.
Данных для точного решения задачи о количественных соотношениях
системы СаО + сахар + Н2О на дефекации не имеется, но приближенный
подсчет возможен. Например, при температуре 80° С в чистой воде раство-
ряется 0,072% СаО. Можно считать, что и в присутствии сахарозы (например,
14 г в 100 мл} свободной извести в растворе, насыщенном известью, будет
тоже 0,072%. Всего в таком растворе имеется 0,25% извести, следовательно
0,250—0,072 = 0,178% извести будет находиться в виде сахарата.

Количество сахарозы, связываемой 0,178% СаО в сахарат (считая на
полусахарат), будет

0,178 • 342 • 2

2,17%

(здесь 342 и 56 — молекулярные массы сахарозы и СаО). Свободной сахарозы
остается 14,0—2,17 = 11,83%.

2,17-100

Итак, из' всей сахарозы, находящейся в растворе, имеется —о— —
= 15,5% в виде сахарата и 84,5% в свободном состоянии.

Этот расчет, хотя лишь приближенный, все же дает представление о со-
стоянии нашей системы СаО + сахар + Н2О и опровергает часто встречающее-
ся предвзятое мнение, будто бы весь сахар и вся известь на дефекации нахо-
дятся в виде сахарата.

С изменением температуры количество сахара и извести в свободном виде
и в виде сахарата будет изменяться. Количественные отношения каждый раз
могут быть подсчитаны (приблизительно при сделанных нами допущениях).
Результаты таких подсчетов приведены в табл. 18 для температур 80 и 40° С
и для 14 и 10%-ного раствора сахарозы.

Таблица 18

Система : СаО’-'- сахар -f- вода

Концентрация сахара, г/\ 00 мл Темпера- тура, °C СаО в раство- ре, г/100 мл На 100 частей растворенной извести На 100 частей сахара Свободная СаО, г/100 мл
свободная известь известь в виде сахарата свобод- ный сахар сахар в виде сахарата
14 80 0,25 28,8 71,2 84,5 15,5 0,072
40 1,22 9,2 90,8 3,2 96,8 0,110
10- 80 0,175 41,1 58,9 87,4 12,6 0,072
40 0,66 16,7 83,3 32,8 67,2 0,110

Необходимо обратить внимание па следующие выводы, которые можно
сделать из данных табл, 18:

растворимость извести в 14%-ном растворе сахара при температуре 40°С
почти в 5 раз больше, чем при температуре 80° С (меньший гидролиз саха-
рата при пониженной температуре);

несмотря на большую растворимость извести при пониженной температу-
ре, концентрации свободной извести лишь в 1,5 раза больше, так как при
низкой температуре только незначительная часть извести находится в свобод-
ном виде (9,2% при температуре 40° С вместо 28,8% при температуре 80° С);

всегда некоторая часть извести находится в растворе в свободном виде
(например, 28,8% от общего количества ее для обычных условий работы:
14%-ный раствор сахара и температура 80°С);
при этих же обычных условиях лишь меньшая часть сахара (15,5%) ока-
зывается в виде сахарата, а большая часть его — в свободном виде; при пони-
жении температуры количество сахара в виде сахарата значительно увели-
чивается;

при меньшем количестве сахара в растворе уменьшается растворимость
извести, но концентрация свободной извести в растворе остается прежней.

Таким образом, приведенные расчеты и данные табл. 18 дают ясное пред-
ставление о количестве действующих на дефекации реагентов ионов кальция
и ионов гидроксила. Переходим к разбору действия этих ионов на несахара
диффузионного сока.

РЕАКЦИИ НА ДЕФЕКАЦИИ

Реакции, вызываемые ионом кальция (осаждение). Эти ре-
акции относятся к реакциям осаждения и коагуляции.

Ион кальция прибавленной нами извести, встречаясь с ани-
онами некоторых кислот, соли кальция которых нерастворимы
в воде, дает осадок. Схема реакции

Са" + 2Х' = СаХ2

Кальций-нон Анион Нерастворимая соль

На дефекации осаждаются следующие кислоты: щавелевая,
оксилимонная, лимонная и винная. Прочие безазотистые органи-
ческие кислоты, а также аминокислоты и бетаин не осаждаются
известью и остаются в растворе.

Из минеральных кислот осаждается фосфорная кислота и
в очень малой степени — серная кислота.

Ив органических кислот полнее других удаляется из раство-
ров уже на дефекации щавелевая кислота. Вообще же в присут-
ствии сахара и щелочи, как уже указывалось выше, раствори-
мость солей кальция повышенная. Поэтому, например, на дефе-
кации почти половина лимонной кислоты находится все-таки в
растворе, тогда как после сатурации, т. е. после понижения ще-
лочности, выпадает еще дополнительное количество лимонно-
кальциевой соли.

Анионы реагирующих кислот находятся в растворе вместе с
эквивалентным количеством каких-то катионов, например К'
или Н’ (когда мы имеем свободные кислоты, а они действитель-
но присутствуют в диффузионном соке, так как он имеет кислую
реакцию).

Для примера напишем реакцию осаждения щавелевой кисло-
ты из ее калиевой соли:

COOK С«)

| -| Са--|(ОН); = | \са-|-2К |ОН'.

COOK COO

Отсюда видим, что в растворе частично вместо Са”| (ОН) ’2
после дефекации оказывается К‘| ОН' или Na |OHz, и это явле-
ние связано с реакциями осаждения. Однако при реакции осаж-
дения со свободными ‘кислотами (кислотность диффузионного
218
сока около 0,04%, считая на СаО) не образуется в растворе ни-
каких щелочей, например:

СООН СООч

I -рСа--|(ОН)'= I Са + 2Н2О.
соон соо/

Итак, количество щелочей (КОН и NaOH), появляющихся в
растворе в результате реакций осаждения, эквивалентно количе-
ству анионов, дающих осадок с кальцием, за вычетом свободных
кислот диффузионного сока.

Кроме .обычных реакций осаждения кристаллоидов, на дефе-
кации идут еще и реакции коагуляции и осаждения высокополи-
меров под действием иона кальция, о чем уже говорилось при
описании свойств диффузионного сока. Коагулируют главным
образом белки диффузионного сока (уже при нагревании, а в
присутствии извести дают крупные и плотные хлопья), а также
сапонины и красящие вещества диффузионного сока. Таким об-
разом, очищенный сок уже не имеет черно-коричневой окраски,
а лишь желтую, и не способен так пениться, как диффузион-
ный сок.

Уже при содержании 0,06% СаО к массе сока обнаруживают
коагулирующее действие: жидкость над осадком оказывается
светло-коричневой, прозрачной. При увеличении количества из-
вести осадок становится более плотным и раствор более светлым
и прозрачным.

Оптимум плотности осадка и прозрачности раствора наблю-
дается при pH 11 (при количестве извести 0,2—0,3%). При даль-
нейшем увеличении количества извести осадок делается менее
плотным, а раствор более окрашенным: происходит частичная
пептизация осадка под влиянием сахара и щелочи (pH > 11),
о чем уже говорилось. Таким образом, имеются две точки опти-
мальной коагуляции высокополимеров диффузионного сока: одна
в кислой среде при pH 3,5 и другая в присутствии извести в ще-
лочной среде при pH 11. Коагуляция в кислой и щелочной среде
неидентичны: в кислой среде коагулируют белки, как таковые,
в изоэлектрической точке; в присутствии же извести коагулирует
соединение белка с известью, причем никакой изоэлектрической
точки здесь нет — осадок имеет отрицательный заряд.

Так как мы даем на дефекации большой избыток извести, то
мы не имеем оптимальных условий для коагуляции (а также и
для отстаивания). Они создаются лишь при сатурации, когда
снижаем щелочность и добиваемся более полного выпадения
осадков, пептизированных на дефекации щелочью в присутствии:
сахарозы.

Реакции осаждения с ионом кальция и коагуляции — это
именно те реакции, при помощи которых удаляется часть песаха-
ров диффузионного сока и повышается чистота. На долю коагу-
....... .............. “ 219-
ляции приходится 30—40% от общего количества удаляемых не-
сахаров. Остальные 60—70% несахаров удаляются путем
обычных химических реакций осаждения нерастворимых солей
кальция.

Реакции, производимые ионом гидроксила (разложение).
Ионы гидроксила прибавленной извести прежде всего нейтрали-
зуют свободные кислоты диффузионного сока (кислотность его
около 0,04%, считая на эквивалентное количество СаО).

Ион гидроксила вызывает и реакции осаждения солей алюми-
ния, железа, магния, содержащихся в диффузионном соке в
очень небольшом количестве, которые выпадают в виде их гидра-
тов окиси:

Избыток извести создает щелочную реакцию. Под влиянием
иона гидроксила как катализатора на дефекации идет ряд реак-
ций разложения.

Разложению подвергаются соли аммония, амиды кислот (ас-
парагин, глютамин, оксаминовая кислота), аллантоин, редуци-
рующие вещества, пектиновые вещества (находящиеся в раство-
ре и во взвешенных частицах мезги), белки.

При разложении солей аммония выделяется аммиак, а в раст-
воре остается эквивалентное количество солей кальция, на-
пример:

2NH4 | Cl' + Са- -| (ОН)г = 2МН4ОН Са” | Cl^,

NH4OH = NH3-f-H2O.

Реакция разложения амидов идет по схеме

СН2 — CONH2 СН2 — СООН

I +Н!ОН= | +NH3

CHNH2 — СООН CHNH2 — СООН

Аспарагин Аспарагиновая

кислота

СН« —СООН сн2 —соо

| | Са ’ ’ | (ОН>2 =| У Са + Н2О

CHNH, -СООН CHNH, (ХХ)

Аспарагиновая Аспарагиповокальцпсвая

кислота соль (в растворе)

Аналогичная реакция идет и с глутамином, причем глутамин
разлагается гораздо быстрее аспарагина.

В результате разложения амидов, как видим, выделяется ам-
миак, а в растворе накопляются растворимые соли кальция, вред-
нее для производства, так как они увеличивают потери сахара
в мелассе, затрудняют варку и кристаллизацию.
Медленно разлагается оксаминовая кислота, причем выде-
ляется аммиак и выпадает осадок щавелевокальциевой соли:

CONH2 СООН

I +НОН= | 4-NHa
СООН СООН

Оксаминовая Щавелевая

кислота кислота

СООН соо

| + Са- I (ОН)2 = I / Са + 2Н2О

СООН СОО

Шавелевокальциевая
соль

Разложение аллантоина и оксаминовой кислоты лишь начи-
нается на дефекации и сатурации; в дальнейшем эти реакции
продолжаются на выпарке, вследствие чего на поверхности на-
грева ее образуется осадок щавелевокальциевой соли.

Редуцирующие вещества на дефекации быстро разлагаются
под влиянием гидроксил-иона, давая ряд кислот — молочную, са-
хариновые и высокополимерные кислоты, причем лишь сахарумо-
вая и гуминовые кислрты. образуют с известью осадок? а все про-
чие оказываются в растворе в виде кальцЙ'евЫх’солеш Количест-
во СаО"перешедшего в раствор (в виде солей), составляет от
25 до 60% по массе редуцирующих веществ (чем меньший про-
цент редуцирующих веществ имеется в диффузионном соке, тем
-больший процент СаО по массе редуцирующих веществ перехо-
дит в растворимые соли кальция).

При разложении редуцирующих веществ известью раствор
получает оранжево-желтую окраску (высокополимерные ки-
слоты).

Окраска сатурационного сока (желтая) в значительной сте-
пени зависит от продуктов разложения редуцирующих веществ.

0,3 %-ный раствор редуцирующих веществ при обработке из-
вестью при температуре 80° С и последующей сатурации дает
окраску в 2,1° Шт.

Жиры свеклы на дефекации омыливаются известью, причем
в растворе остается глицерин, а жирные кислоты осаждаются в
виде кальциевых солей.

Как уже было сказано, на диффузии при повышенной темпе-
ратуре переходит в раствор из мякоти свеклы часть арабана и
пектина. На дефекации арабан не изменяется и остается в раст-
воре. Пектин, как кислота, образует с известью осадок пектина-
та кальция, но при дальнейшем действии извести на дефекации
пектин разлагается под действием щелочи (омыляется) на мети-
ловый спирт и пектовую кислоту. Метиловый спирт безвреден
для производства; он в дальнейшем, на выпарке, улетает с пара-
ми воды, Пектовая же кислота дает с известью осадок пектата
кальция (желатинозного характера), который затрудняет фильт-
рацию. Гораздо легче отфильтровывается осадок пектината каль-
ция, т. е. соль кальция и неразложенного еще пектина.

Частицы мезги, которые прошли через мезголовушку, подвер-
гаются также действию извести: протопектин и арабан, состав-
ляющие половину нерастворимого в воде сухого их вещества, под
влиянием щелочи быстро переходят в раствор, выделяя обратно
в осадок желатинозный пектат кальция.

Итак, пектиновые вещества и мезга диффузионного сока ока-
зывают весьма вредное влияние на производство, соки получа-
ются пониженной чистоты, содержащие трудноотфильтровывае-
мый, слизистый осадок, задерживающий работу фильтров.

Здесь мы имеем пример вредного растворяющего действия
извести на осадок. Другим аналогичным примером является дей-
ствие извести на коагулят белков; при энергичном воздействии
извести белки начинают расщепляться на альбумозы и пептоны
и постепенно вновь переходить в раствор.

Следует остановиться на вопросе о сравнительной скорости
прохождения реакций разложения на дефекации при различных
условиях (1].

Ниже показана степень разложения (в процентах) некоторых,
веществ при действии 2% извести при температуре 80° С в тече-
ние 20 мин.

Инвертный сахар................98

Аспарагин .....................10

Глутамин.......................70

Аллантоин ................... 0,2

Белки..........................2,0

Из приведенных данных видно, что на дефекации довольно
полно разлагается лишь инвертный сахар, в значительной степе-
ни— глутамин, слабо — аспарагин и лишь очень слабо затраги-
ваются белки и аллантоин.

При повышении температуры скорость реакций разложения
быстро увеличивается. Например, аспарагин в течение 30 мин
разлагается в присутствии 2% извести в 15%-ном растворе са-
хара следующим образом:

Температура, °C . 100 85 50

Ра зложепне ас па ра ти-

па в течение 30 мин,

% 32,G 17,1 2,0

Количество извести влияет на скорость реакции разложения,
но лишь до некоторого предела; при увеличении количества из-
вести от 0,5 до 1% скорость реакции разложения увеличивается
в 1,5 раза, но при дальнейшем увеличении количества извести
скорость разложения остается постоянной, так как избыток из-
вести остается в осадке, а количество активной растворенной из-
вести не увеличивается.
Во всяком случае реакции разложения амидов на дефекации
лишь начинаются и проходят менее чем наполовину.

Длительность дефекации. Дефекация длится 10 мин при на-
гревании сока перед дефекацией до температуры 80—90° С. При
более короткой дефекации и при пониженной температуре мо-
гут наблюдаться следующие ненорм'альйыё явления на выпарке:
значительное уменьшение щелочности, нарастание цветности и
пенение выпариваемого сока, так как реакции разложения ами-
дов и редуцирующих веществ, слишком мало продвинувшиеся
на дефекации, будут идти в значительной степени на выпарке.

Слишком длительная дефекация (15—20 мин) и при повы-
шенной температуре также вредна, так как при энергичном воз-
действии извести выпавшие первоначально в осадок белки мо-
гут частично разлагаться и в виде пептонов и аминокислот пере-
ходить в раствор, понижая чистоту сока.

Щелочность и соли кальция на дефекации. Щелочность де-
фекованного (отфильтрованного) сока обусловливается содер-
жанием в нем в растворе Са"| (ОН)2, а также К| ОН', нако-
пившегося в результате реакций осаждения. В растворе при де-
фекации образуется ряд растворимых солей кальция (вследствие
реакций разложения). Их мы можем изобразить общим симво-
лом Са"| А2, где А' — анион каких-то кислот, дающих раствори-
мые соли кальция, например молочной, янтарной, аспарагиновой,
глутаминовой. В растворе же имеется сахар отчасти в свободном
состоянии и отчасти в виде сахаратов кальция и калия.

В осадке на дефекации находится большая часть извести,
осажденные нерастворимые соли кальция (СаХ2) таких кислот,
как щавелевая, фосфорная и т. п. Кроме того, в осадке же на-
ходятся скоагулированные белки вместе с красящими вещества-
ми свеклы и сапонином.

Итак, 'после дефекации имеем следующую систему, которая
и переходит на станцию 1 сатурации:

Раствор Са"| (ОН)2; К’|ОН'; Са’’ | А2; сахар

Осадок Са (ОН)2; СаХ2: белки

АППАРАТУРА И ВЫПОЛНЕНИЕ ДЕФЕКАЦИИ

Дефекатор. Дефекация обычно выполняется в дефекаторах
непрерывного действия, состоящих из вертикального цилиндри-
ческого сосуда 1 с коническим дном (рис. 91). Внутри дефекато-
ра имеется мешалка — это вертикальный вал 2 с лопастями 3,
вращающийся от электродвигателя 4, делающего 75 об!мин.
Диффузионный сок по трубе 5 и известковое молоко чсре^Гпатру^
бок 6 направляются вместе в нижнюю часть дефекатора, запол-
няют его, хорошо перемешиваются и переливаются через патру-
бок 7 и слив 8, регулирующий уровень сока в аппарате.
Рис. 91. Дефекатор системы Гипроса-
хара.

Осадок на дне взмучи-
вается лопастями 9, к
внутренним стенкам ап-
парата прикреплены вер-
тикальные полосы 10, ко-
торые действуют как
контрлапы и препятству-
ют вращению жидкости
как целого, т. е. улучша-
ют перемешивание.

Опоражнивают дефе-
катор по окончании про-
изводства через спускной
вентиль 11 в нижней ча-
сти.

Сверху дефекатор за-
крыт крышкой, имеющей
люк. Крышка уменьшает
потери тепла; с этой же
целью боковую поверх-
ность дефекатора покры-
вают изолирующим слоем.

Расчет об.ъема
дефекатора. Поло-
жим, что завод перераба-
тывает в сутки 20 тыс. ц
свеклы, т. е. в 1 мин-.

20 000

-----= 13,9 ц.

24-60 1

Если на 1 ц свеклы получается, например, 118 л дефекован-
ного сока, то в 1 мин его образуется 13,9 • 118 л. При длительнос-
ти дефекации 10 мин дефекатор должен вмещать десятиминут-
ное количество дефекованного сока; следовательно, рабочий объ-
ем дефекатора должен быть 13,9- 118- 10 = 16402 л = 16,4 №.
Сверх рабочего объема прибавляют еще запас на пену в 25%,
так что полный объем дефекатора будет

1,25-16,4 20,5 №.

Мерник известкового молока. Чтобы не слишком разбавлять
диффузионный сок при добавлении известкового молока, это мо-
локо готовят довольно высокой концентрации относительной
плотностью 1,19, или около 250 г СаО в 1 л. Известковое моло-
ко при работе с диффузионными батареями иногда отмеривают
периодически определенными порциями: на каждый мерник диф-
фузионного сока в дефекатор одновременно выпускают содержи-
мое мерника известкового молока.
Однако в настоящее время,
когда и диффузионный процесс,

и дефекация, и сатурация ведут-
ся в аппаратах непрерывного дей-
ствия, необходимо отказаться от
периодически действующих мер-
ников известкового молока и пе-
рейти на непрерывные методы
подачи его.

На сахарных заводах часто
применяют простой метод Селя-
тицкого и Чугунова: создают ве-
ерообразную струю известкового
молока, давая ему вытекать из
сборника молока через трубу со
сплюснутым концом. От этой не-
прерывной струи отсекают пла-
стинкой (рис. 92), которую мож-
но перемещать (вращать), по-
требное для дефекации количе-

Рис. 92. Непрерывная подача из-
весткового молока по Селятицко-
му и Чугунову.

ство известкового молока. Пластинку передвигает, руководст-
вуясь данными контрольного титрования, рабочий-сатуратчик (со

своего места у сатурационного котла, пользуясь весьма простым
передаточным механизмом). Никакого рабочего на мернике из-
вести не требуется.

При непрерывной подаче известкового молока, конечно, необ-
ходимо следить за тем, чтобы концентрация его была равномер-
ной. Даже при равномерной концентрации, хотя и получится в
единицу времени подача одинакового количества извести, щелоч-
ность дефекованного сока может значительно колебаться, так
как диффузионный сок может подаваться не столь равномерно
и даже с перерывами. Однако это не имеет большого значения,
наоборот, для успешной и равномерной работы непрерывной
I сатурации очень важно, чтобы туда в единицу времени посту-
пало всегда одинаковое количество именно извести независимо
от колеблющегося количества диффузионного сока: ведь сатури-
руется как раз известь, а не диффузионный сок. Поэтому в прак-
тике наблюдается, что при непрерывной подаче известкового мо-
лока гораздо легче добиться равномерной щелочности сока I са-

турации, что весьма важно.

В настоящее время, стремясь к полной автоматизации очист-
ки диффузионного сока, все же стараются прежде всего давать
на 100 л его все время одинаковое количество извести, найденное
оптимальным для данного завода'. Предложено много таких до-
заторов. В них часто также используется принцип отсекания
части веерообразной струи известкового молока, но это отсека-
ние осуществляется автоматически регулируемым методом в

£ Заказ 905

225
зависимости от количества поступающего диффузионного сока.
Простейший из таких дозаторов известкового молока системы
Селятицкого изображен на рис. 93.

Он состоит из двух сосудов. Сосуд 1 служит для учета ско-
рости поступления диффузионного сока. В зависимости от этой
скорости в сосуде 2 отсекается большая или меньшая доля вееро-
образной струи известкового молока. Диффузионный сок посту-
пает в сосуд 1 снизу через патрубок 3 и уходит дальше через
боковую вертикальную щель 4 и через патрубок 5. Если диффу-
зионный сок будет поступать быстрее, то уровень сока в сосуде 1
поднимется, пока скорость вытекания через более высокую щель
и с большим напором нс сделается равной скорости притока сока.
Вместе с повышением уровня сока всплывает и поплавок 6 с при-
крепленной к нему трубкой 7 (они надеты на неподвижный вер-
тикальный стержень). Трубка, поднимаясь, повертывает ось 8,
на которой сидит отсекатель 9 веерообразной струи известкового
молока. Чем больше скорость подачи диффузионного сока, тем
выше подъем трубки, больше наклон отсекателя и больше по-
дается известкового молока, которое уходит в дефекатор. Все
рассчитано так, чтобы объемный процент прибавляемого извест-
кового молока оставался постоянным.

Рис. 93. Дозатор известкового молока системы Селятицкого.
Недостатком этого дозатора является то, что он не вносит
поправки на изменяющуюся концентрацию известкового молока.

Более сложные автоматы-дозаторы делают и эту поправку,
учитывают плотность и концентрацию известкового молока.

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОСАДКА

Нужно не только осадить известью некоторые несахара диф-
фузионного сока, но, кроме того, весьма важно получить осадок
такой хорошей консистенции, чтобы он легко отфильтровывался
и легко отстаивался в отстойниках, т. е. имел плотную консистен-
цию и, по возможности, состоял из крупных частиц.

Укрупнение частиц. Для укрупнения частиц осадка за послед-
ние 10 лет повсюду на заводах СССР по инициативе инж.
В. В. Япаскурта и В. М. Каца начали применять возврат части
нефильтрованного сока I сатурации для смешивания с диффузи-
онным соком еще до прибавления к нему извести. На 100 частей
диффузионного сока обычно прибавляют 100—200 частей возвра-
щаемого сока. При этих условиях осадки, получаемые затем при
очистке сока, осаждаются на частицах осадков возвращенного
нефильтрованного сока I сатурации и укрупняют их.

Предварительная дефекация. Ряд опытов (Вашатко, Дедек,
Шпенглер) показал, что наиболее плотный осадок при очистке
диффузионного сока получается при добавлении к нему 0,2—
0,3% извести (до получения pH 11). Когда плотный осадок уже
образовался, то при дальнейшем прибавлении остальной извести
(до 2—3%) осадок все же остается плотным. Если не делать та-
кой «предварительной» дефекации, а просто прибавить сразу всю
полную порцию извести, то осадок оказывается рыхлый, желати-
нозный, трудноотфильтровываемый.

На этом основании за последние 30 лет на сахарных заводах
получила большое распространение предварительная дефекация.
Ее проводят обычно «прогрессивным» методом, т. е. это неболь-
шое количество известкового молока (0,3—0,35% СаО) прибав-
ляют не сразу, а постепенно, в особых аппаратах. При этом но-
вых частиц осадка получается меньше, а растут лишь имеющие-
ся, т. е. осадок получается и плотным, и укрупненным.

Глава 3. ПЕРВАЯ САТУРАЦИЯ

ЦЕЛЬ И ОБЫЧНЫЕ УСЛОВИЯ I САТУРАЦИИ

Дефекованный сок вместе со всеми имеющимися в нем осад-
ками направляется на 1 сатурацию. Здесь через сок пропускают
углекислый газ, вследствие чего известь выпадает в осадок в ви-
де СаСОз. На поверхности частиц этого осадка адсорбируется
некоторое количество несахаров, находящихся в растворе. Осо-
227
бенно заметна адсорбция окрашенных высокополимеров — про-
дуктов разложения редуцирующих веществ, так как они заряже-
ны отрицательно, а частицы СаСО3 несут положительный заряд.
Таким образом, на дефекации получается химическая очистка
сока посредством осаждения и коагуляции несахаров, а на I са-
турации— дополнительная физико-химическая очистка путем
адсорбции [2].

Кристаллический осадок углекальциевой соли, выпавший на
1 сатурации, облегчает также фильтрацию сока, но главная зада-
ча сатурации заключается не в этом: для облегчения фильтра-
ции можно было бы ^вместо сатурации просто прибавлять к соку,
например, кизельгур или молотый мел и т. д.

Иногда также неправильно считают задачей 1 сатурации уда-
ление избытка извести в виде СаСО3. Однако можно было бы
совсем не давать этого избытка извести на главной дефекации,
т. е. ограничиться лишь предварительной дефекацией. Тогда со-
всем не потребовалось бы I сатурации, а для легкой фильтрации
достаточно было бы добавить лишь молотого мела. Такой метод
предлагался, но эффект очистки сока значительно ухудшался.

Избыток извести с последующей I сатурацией применяется
именно для дополнительной очистки, сока путем адсорбции, что
и является главной задачей I сатурации.

Температура. Сок подогревают до температуры 90°С лишь
перед дефекацией. Дефекатор обычно устанавливают немного
выше первого сатуратора, и сок движется на I сатурацию само-
теком. В первом сатураторе также нет никаких приспособлений
для нагревания, и сок, поступающий туда- имеет температуру
около 85° С. После I сатурации температура сока снижается до
80° С, так как при пропускании через пего сатурационного газа,
содержащего лишь 30% СО2, с отходящими газами уносятся
пары воды и на это испарение затрачивается часть тепла сока.

После I сатурации остывший сок прокачивают насосом через
подогреватель и нагревают до 90° С для того, чтобы облегчить
его фильтрацию: при повышенной температуре вязкость сока
меньше, что и ускоряет фильтрацию.

Продолжительность пребывания сока на I сатурации 10 мин.

Количество извести, прибавляемой к соку па дефекации, как
уже сказано, колеблется от 2 до 3% по массе, свеклы в зависи-
мости от качества ее. Эта известь и превращается па I сатура-
ции в СаСО3. Если свекла плохая, то приходится прибавлять
больше извести, так как иначе затрудняется фильтрация; слизи-
стый, желатинозный осадок заклеивает поры фильтрующей тка-
ни; дефеко-сатурационная грязь получается по в виде плотных
лепешек, а в виде полужидкой массы. Давление сока при фильт-
рации возрастает; с увеличением же количества извести слизи-
стые осадки распределяются в большей массе кристаллического
осадка СаСО3, обволакиваются и задерживаются этим кристал-
228
лическим осадком, не заклеиваются поры фильтрующей ткани,
что и улучшает фильтрацию.

Можно было бы увеличивать количество извести сверх ука-
занного количества, что улучшило бы адсорбцию несахаров и
очистку сока, но такой чрезмерный расход извести оказывается
нерентабельным. Наоборот, всегда стараются работать так. что-
бы расход извести был возможно минимальным. Станцию пред-
варительной дефекации и возврата сока I сатурации устраивают
именно для того, чтобы иметь возможность уменьшить расход /
извести благодаря получению более плотного, легкоотфильтровы- /
ваемого осадка.

Щелочность сока после I сатурации должна оставаться в пре-
делах 0,08—0,10% СаО 1 на 100 мл сока; при этом активная ще-
лочность сока должна соответствовать pH 11.

Если сатурировать более энергично и снижать щелочность
далее указанного предела (например, до 0,03% СаО), т. е. пол-
нее удалять известь из раствора, то получается «пересатуриро-
ванный» сок, имеющий более интенсивную буроватую окраску и
большее количество несахаров в растворе. Некоторый избыток
извести (0,08—0,10%) обязательно должен оставаться в раство-
воре после I сатурации, так как известь является при очистке
сока осаждающим реактивом и, как известно, большая полнота
осаждения достигается в присутствии избытка осаждающего
реактива (закон действия масс). Если этот избыток снижается,
то часть осадков вновь переходит в раствор.

Наоборот, если уменьшать количество пропускаемого СО2 и
оставлять большую щелочность сока после I сатурации, то по-
лучится «недосатурированный» сок. Качество такого сока не
хуже, чем при нормально проведенной сатурации, но его весьма
трудно отфильтровать, так как осадок СаСО3 при недостаточной
сатурации оказывается не кристаллическим, а желатинозным.

Такой коллоидный гель образуется вместо кристаллического
осадка СаСО3 в том случае, когда осаждение ведут в сильно
щелочной среде (pH >11 и щелочность больше 0,10% СаО) в
присутствии сахарозы. Очевидно, щелочь Са(ОН)2 и сахароза
как-то связываются с частицами СаСО3 и не позволяют им обра-
зовать кристаллический осадок. Этот желатинозный осадок иног-
да называют углекальциевым сахаратом, желая отметить, что в
составе его имеется СаСО3, Са(ОН)2 и сахар, т. е. как бы саха-
рат кальция и СаСО3. Однако углекальциевый сахарат не яв-
ляется определенным химическим соединением. При понижении
щелочности окружающего раствора также и содержание щелочи
и сахарозы в осадке делается меньше. Наконец, при pH II п со-
держании извести в растворе 0,08—0,10% желатинозный осадок
превращается в кристаллический осадок СаСО3.

1 Щелочность разных соков на сахарном заводе всегда выражают в про-
центах СаО на 100 мл.
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ НА I САТУРАЦИИ

Система: известь + углекислота + сахар + вода. Углекислый
газ прежде всего растворяется в воде, образуя углекислоту

СО2 + Н2О= Н2|СОз.

Затем углекислота реагирует с известью, находящейся в рас-
творе, образуя воду

Са* * | (ОН)' + Н2 | СО'з 2Н2О + Са* * |СОд

Взамен прореагировавшей извести новое количество извести
переходит из осадка в раствор (вспомним, что на дефекации
около 90% содержащейся извести находится не в растворе, а в
осадке).

Таким образом, постепенно весь осадок извести, переходя
сначала в раствор, превратится с углекислотой в Ca'lCOg.

Когда накопится в растворе Ca'ICOg, он начинает осаждать-
ся, образуя сначала гель, а потом, после достаточного снижения
щелочности,— кристаллический осадок СаСО3.

Дефекованный сок содержит в растворе около 0,25% СаО.

После начала I сатурации эта щелочность быстро снижается
приблизительно до 0,15%, но затем держится на этом уровне,
пока еще имеется в осадке Са(ОН)2, так как по мере осаждения
углекислотой извести из раствора новые количества извести пе-
реходят в раствор из осадка Са(ОН)2 и поддерживают щелоч-
ность раствора на повышенном уровне.

Только после того, как весь осадок Са(ОН)2 исчезнет и за-
менится СаСО3, т. е. к концу сатурации, щелочность раствора
начнет вновь быстро понижаться, причем осадок СаСО3 стано-
вится кристаллическим.

Все это можно выразить следующей схемой:

Раствор Са* * | (ОН)2 Н2| СО3 2Н2О Са” j СО3

t 1

Осадок Си (ОН)„ СаСОд

Итак, после I сатурации в осадке уже нет Са(ОН)2, а лишь
СаСО3 (правда, зернышки перазгасившейся, а поэтому и непро-
реагировавшей с углекислотой извести, конечно, могут оставать-
ся в осадке и после сатурации).

В растворе после I сатурации по-прежнему остается некото-
рое количество извести, но гораздо меньшее, чем было в дефеко-
ванном соке (0,09% вместо 0,25%).

Солей кальция в растворе будет также меньше, так как они
адсорбируются осадком СаСОз.

Щелочность и соли кальция после I сатурации. Схема рас-
пределения извести, щелочей и солей кальция между раствором
230
и осадком, которая дана была выше для дефекации, превраща-
ется после I сатурации в новую.

Дефекация [сатурация

раствор Са*'] (ОН)2; К’ЮН'; Са*'1А2; сахар Ca**j(OH)2; К'ЮН'; Са" | А2; сахар
Осадок Са (ОН)2; СаАД белки СаСО3; СаХ2‘, белки

Все несахара. осажденные на дефекации (СаХ2, белки), по-
прежнему остаются в осадке, если только сок не пересатуриро-
ван на I сатурации.

АППАРАТУРА И ВЫПОЛНЕНИЕ I САТУРАЦИИ

Сатуратор непрерывного действия. На большинстве сахарных
заводов СССР I сатурация выполняется непрерывным методом
в одном аппарате. Обычным аппаратом для этой цели служит
решетчатый сатуратор (рис. 94), принятый в настоящее время в
качестве типового. Он представляет собой цилиндрический кор-
пус 1 с коническим дном 2 и расширенным верхним пространст-
вом 3 для пены. Дефекованный сок поступает в верхнюю часть
аппарата по трубе 4 и распределительной переливной тарелке 5,
а отсатурированный сок уходит по трубе 6 через переливной от-
крытый (контрольный) ящик 7 в трубу, ведущую к насосу. Пере-
лив из контрольного ящика определяет постоянство уровня сока
в аппарате. Для освобождения аппарата от сока при остановке
завода служит спускной вентиль 8.

Сатурационный газ (содержащий 30% СО2) поступает по
трубе 9 в кольцевую трубу 10 и из нее по четырем отросткам 11
во внутреннюю часть аппарата по касательной (это приводит
сок в аппарате во вращательное движение и перемешивает его).
Пузыри газа, конечно, затем движутся кверху в противотоке с
движением сока книзу. Однако, чтобы газ не ушел слишком бы-
стро, чтобы СО2 успел достаточно поглотиться соком, устроены
три перегородки — решетки 12, 13, 14 — с круглыми отверстиями
(в нижней — по 100 мм, в верхних двух — по 120 мм). Эти отвер-
стия расположены не одно против другого, а в шахматном по-
рядке, чтобы пузыри газа 3 раза наталкивались на стенки ре-
шеток, что повышает степень поглощения СО2 (около 70%).

Из отработавшего газа, уходящего вверх, увлекаемые брыз-
ги сока улавливаются отражательным зонтом 15 и ловушкой 16.

Уровень спокойного сока, показанный на рис. 94, па самом
деле будет выше, так как сок пронизан пузырями газа, что уве-
личивает объем примерно в 1,5 раза. Сок при сатурации пенит-
ся. Для определения уровня пены устроены две сигнальные труб-
ки 17 и 18 и рабочему виден сок, стекающий по этим трубкам
при пепепии в контрольный ящик. Чтобы предотвратить пенение,
231
сатуратор 1 сатурации.

Рис. 94. Безбарботерный решетчатый

в аппарат иногда подают масло и, кроме того, по барботеру 19
в верхнюю часть аппарата подают пар, разбивающий пену.

Из контрольного ящика можно особой ложкой брать пробы
отсатурированпого уходящего сока. Если оп педосатурирован,
то щелочность высокая (более 0,10% СаО) и рИ более 11. При
этом осадок желатинозный и не отстаивается в пробе, взятой
на ложку. Из достаточно отсатурированного сока плотный осадок
на ложке образуется немедленно. Взятую пробу также фильтру-
ют и тут же у аппарата определяют щелочность.

Для автоматизации процесса в контрольном ящике устанав-
ливают pH-метр, показания которого управляют вентилем подачи
сатурационного газа: при pH выше 11 подача усиливается.
Для быстрого контроля процесса вручную без титрования
часто используют также полоски фильтровальной бумаги, пропи-
танные раствором фенолфталеина с примесью небольшого коли-
чества лимонной кислоты. Такая бумажка при смачивании соком,
нормально отсатурированным, окрашивается в бледно-розовый
цвет, а соком недосатурированным — в ярко-красный. При сма-
чивании фильтровальной бумаги пересатурированным соком
бумажка совсем не окрашивается.

Коэффициент использования сатурационного газа определя-
ют анализируя при помощи прибора Орса газ, идущий на сату-
рацию, и отработанный газ, уходящий из сатуратора. Положим,
что в поступающем газе оказалось с0 СО2, а в уходящем — с %
СО2.

100 л поступающего газа содержит Со литров СО2. Если ути-
лизируется х % по объему имеющегося углекислого газа, то, сле-
сох

довательно, поглощено углекислого газа л; останется в от-

[ СлХ Az"

ходящих газах / с0 — л-, объем уходящего газа будет также

уже не 100 л, а ( 100 — с°~ 'j л.

\ 100/

Так как в отходящем газе имеется с % СО2, то легко соста-
вить уравнение

(100— 0 —

\ юо / 100 100

откуда

100- 100 (св~ с) 0/

Л — ----------- 4q .

со(100 — с)

Например, если поступающий газ содержал 30,2%. а отходя-
щий 10,8% СО2, то утилизировано

100 100(30,2— 10,8)

30,2(100 — 10,8)

- 72 % СО2.

Периодическая I сатурация. Следует заметить, что иногда
еще встречаются периодически действующие сатураторы I сату-
рации, хотя уже и очень редко.

Устройство сатураторов для периодической сатурации весь-
ма просто. Они имеют обычно прямоугольное сечение. Дно не-
много наклонено к спускному отверстию; у дна расположено
рядом два барботера для газа (в форме опрокинутых желобов с
зубчатыми краями). Высота слоя сока над барботерами состав-
ляет 2,0—2,5 м, высота надсокового пространства — 4 м.. Ни-
каких перегородок внутри сатуратора нет.

Таких сатураторов для бесперебойной работы должно быть
три: один из них набирают соком, во втором сок сатурируют и
из третьего уже удаляют отсатурированный сок.
Рабочий, открыв газовый вентиль у сатуратора, наполненного
свежим соком, может 5—6 мин не обращать на него особого
внимания (нужно лишь следить, чтобы не было перебросов пе-
ны). Затем он должен взять несколько проб сатурируемого со-
ка, чтобы уловить момент окончания сатурации. Убедившись,
что сок отсатурирован, рабочий закрывает газовый вентиль и
открывает спускной.

Длительность периодической сатурации 7—10 мин, т. е. она
не превышает длительности непрерывной сатурации.

Недостатком периодической I сатурации является ее гро-
моздкость: требуются три сатуратора вместо одного, зато уст-
ройство их значительно проще. Преимуществом является также
более надежная работа, так как каждая отсатурированная пор-
ция сока направляется на фильтрацию лишь после того, как
сатуратчик возьмет пробу сока и убедится, что он нормально
отсатурирован. Здесь невозможны случайные, временные коле-
бания щелочности, какие бывают при непрерывной сатурации,
где такие колебания могут быть прекращены лишь при наличии
автоматического регулирования щелочности.

Утилизация СО2 из сатурационного газа при периодической
сатурации несколько ниже, чем при непрерывной: пока щелоч-
ность раствора держится на высоком уровне (около 0,15%
СаО), т. е. в течение большей части времени сатурации, коэф-
фициент утилизации СО2 бывает 65—70%; в конце сатурации
использование газа снижается до 50—55%. Во всяком случае
при хорошем барботере и при периодическом ведении I сатура-
ции обычно недостатка в СО2 не наблюдается.

При периодической сатурации нет противотока газа и сату-
рируемого сока. Здесь в самом начале процесса сатурации газ
с высокой концентрацией СО2 действует на сок с высокой кон-
центрацией извести. Это приводит к появлению большого числа
новых центров кристаллизации СаСОз и к получению очень
мелких частиц осадка. В аппаратах непрерывной сатурации осу-
ществлен противоток, поэтому частицы осадка гораздо крупнее.
Конечно, благодаря высокой дисперсности осадка периодиче-
ская сатурация осуществляет лучшую адсорбцию и дает лучшие
по качеству соки. Зато скорость фильтрации и скорость отстаи-
вания оказываются значительно меньше, что не позволяет при-
менять ни отстойники, пи вакуум-фильтры, т. е. автоматизиро-
ванные методы фильтрации.

Кроме того, автоматизировать процесс сатурации легко лишь
при непрерывном ведении его. Это и заставляет отдавать пред-
почтение именно непрерывной сатурации, которая все более
распространяется, причем первая страна, где решительно пере-
шли на непрерывную сатурацию, был Советский Союз (1925—
1930 гг.); здесь же и впервые появилась непрерывная сатура-
ция, предложенная инж. Овсянниковым (1902 г.).
ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ II САТУРАЦИИ

Эта сатурация имеет целью уменьшить содержание извести
и солей кальция в соке до минимального предела и, таким обра-
зом, повысить чистоту сока. Если известь и известковые соли
не удалить достаточно полно, то это приведет к быстрому по-
явлению осадков на выпарке, где выпадут неудаленные свое-
временно известковые соли. Кроме того, обилие известковых
солей вызывает иногда затруднения при уваривании, увеличи-
вает выход мелассы и потерю сахара в ней.

На I сатурации приходится еще оставлять в растворе избы-
ток извести (0,08—0,10% СаО и pH 11), так как иначе осаж-
денные соли кальция начнут вновь переходить в раствор. На
II сатурации этого препятствия к наиболее полному удалению
извести нет, потому что все осадки солей кальция, выпавшие
на дефекации и на I сатурации, уже удалены путем фильтрации.
На II сатурацию поступает лишь фильтрованный сок I сатура-
ции, который, как было уже указано выше, содержит

Са ’ | (ОН);; К'|ОН'; Са" | сахар.

Основные процессы. 1. Углекислый газ, пропускаемый на
II сатурации в сок, прежде всего продолжает то же действие,
как и на I сатурации, т. е. осаждает известь и таким образом
понижает щелочность сока:

Са- • | (ОН); + н; | СО'; = СаСОз ~ 2Н2О.

2. Когда известь уже осаждена, углекислота действует на
К-|ОН', превращая его в карбонат:

21<-1 он'+н; | со'; = к21 со; + 2н2о.

При этом титруемая щелочность на фенолфталеин продол-
жает уменьшаться.

К2|со; + Н-|С1' =К- |нсо;+к;- |С1'.

. Щелочная на Нейтральная на

фенолфталеин фенолфталеин

Таким образом, на К;|СО; требуется лишь один эквивалент
Н|СГ, тогда как на соответствующее количество 2К|ОН' при
оттитровывании требовалось бы 2Н |С1'. т. е. в 2 раза больше.
3. KjICOg реагирует с солями кальция, осаждая карбонат
кальция:

К2 | СО" + Са- ' | А2 Z СаСО3 + 2К? | А'.

Последняя реакция для II сатурации особенно важна, так
как следствием ее является снижение количества находящихся
в растворе солей кальция, в чем заключается главная цель
II сатурации. Реакцию эту можно рассматривать как обрати-
мую, если иметь в виду, что СаСО3, хотя и слабо, но все-таки
растворим в воде.

Температура, °C .... 25 50 100

Растворимость СаСО3, % 0,0014 0,0015 0,0018

Содержание СаО в рас-

творе, % ......... 0,0008 0,0008 0,0010

Однако в растворе остается еще гораздо большее (в 5—
10 раз) количество СаО, чем количество его, соответствующее
растворимости СаСОз- Это объясняется, вероятно, отчасти тем,
что образуются пересыщенные растворы СаСОз, из которых он
лишь весьма медленно выпадает, особенно в присутствии са-
хара.

Кроме того, огромное значение имеет явление гидролиза
К2|СОз, т. е. осаждающего реактива при повышенной темпе-
ратуре:

К2 | СО" + Н- I ОН' ~ К- | НСОз -1- К- | ОН'.

Таким образом, имеем анионы ОН' и НСО3, а концентрация
осаждающего аниона СО3 оказывается очень мала, что и ухуд-
шает осаждение солей кальция.

Во всяком случае избыток нашего осаждающего реактива
(К2СО"), согласно закону действия масс, должен вызывать
более полное осаждение СаСОз. Следовательно, нужно стре-
миться получить в растворе как можно больше К2|СОд.

Если после превращения всего К’|ОН' в K2|COj еще про-
должать сатурацию, то сок окажется пересатурированным, так
как пойдет реакция образования бикарбонатов кальция и
калия:

К2 I СО" -] 11- |НСО:; 2К- | псо',
С;г ' | СО" | Н' | НСО' - Са- - | (НСО3)2.

Са”|(НСОз)2 имеет уже весьма заметную растворимость в
воде (около 0,1%, считая па СаСОз). Поэтому превращение
К2|СОз в К‘|НСОд уже приведет к меньшей полноте осажде-
ния СаСОз, так как уменьшается количество осаждающего ре-
актива К2| СО".
Щелочность и соли кальция после II сатурации. Итак, щелоч-
ность сока II сатурации при нормальной работе зависит глав-
ным образом от содержащегося в нем избытка K2ICO3 (кроме
того, в соке содержится небольшое количество аммиака, выде-
лившегося из солей аммония и из амидов при их разложении).
В осадке на II сатурации имеется почти чистый СаСО3, загряз-
ненный лишь небольшим количеством осажденных и адсорби-
рованных несахаров.

В соке II сатурации солей кальция содержится значительно
меньше, чем в соке I сатурации. Все это можно выразить сле-
дующей схемой:

II сатурация

Раствор Kg | Са' ' | Ад’ сахар

Осадок СаСОз

Натуральная, или естественная, щелочность. На реакцию
осаждения карбоната кальция из его солей затрачивается не-
которое количество К2СО3:

К2 | СО3 + Са" | А' = СаСОз + 2К? | А'.

Обычно после осаждения солей кальция остается в растворе
в сатурационном соке еще некоторое избыточное количество
К2СО3. Этот избыток К2СО3 и называется натуральной, или ес-
тественной, щелочностью. Различают теоретическую и практиче-
скую натуральную щелочность.

Теоретической натуральной щелочностью называется избы-
ток К2СО3 (выраженный, как принято в сахарной промышлен-
ности, в эквивалентном количестве СаО), который остается по-
сле полного осаждения всех солей кальция. На самом деле на
заводе такого полного осаждения кальция никогда не бывает.

Практической натуральной щелочностью называют тот избы-
ток К2СО3 (также считая на СаО), который остается на самом
деле в соке II сатурации после практически достижимого непол-
ного осаждения солей кальция. Таким образом, практическая
натуральная щелочность всегда выше теоретической.

Натуральная щелочность — важный показатель, так как она
обнаруживает количество избыточного реактива (К2СО3), осаж-
дающего СаСО3. Следовательно, чем больше натуральная ще-
лочность, тем полнее удаление солей кальция из сатурацион-
ного сока.

Величина-натуральной щелочности зависит от состава диф-
фузионного сока. Вспомним, что К2СО3 образовался из КОН,
который в свою очередь появился в результате реакций осажде-
ния (эквивалентен количеству осаждаемых анионов, за вычетом
свободной кислотности диффузионного сока).
Некоторые соли кальция оказываются на дефекации в рас-
творе в результате реакций разложения (амидов, редуцирую-
щих веществ). Таким образом, если веществ, разлагаемых из-
вестью, мало, то будет мало и солей кальция, реакции осажде-
ния будут преобладать и К2СО3 окажется в значительном из-
бытке, т. е. получится высокая натуральная щелочность. При
увеличении в свекле количества вредного азота, пектиновых ве-
ществ или редуцирующих веществ (также при увеличении ки-
слотности диффузионного сока) натуральная щелочность умень-
шается.

Следовательно, натуральная щелочность низка в засушли-
вые годы и в восточных континентальных районах (много вред-
ного азота и амидов); низка она также у долго хранившейся,
испорченной свеклы (больше вредного азота и редуцирующих
веществ). Она очень часто может быть даже отрицательной,
т. е. К2СО3 не хватает для осаждения Са ' ’.

Величина натуральной щелочности колеблется весьма зна-
чительно: например, в СССР она обычно около 0,02%, а в годы
с влажной погодой повышается до 0,05%.

Оптимальная щелочность сока II сатурации. Это щелочность,
нри которой в соке остается минимальное количество солей
кальция, так как наиболее полное удаление этих солей — глав-
ная задача II сатурации. Мы видели, что при недосатурирова-
нии и при пересатурировании на II сатурации СаСОз всегда
осаждается менее полно и в растворе остается больше кальцие-
вых солей. Надо уметь выбрать ту щелочность, при которой сок
наиболее чист. Это достигают непосредственным опытом с не-
сколькими литрами сока I сатурации: проводят в лаборатории
II сатурацию сока почти до нейтральной реакции, но отбирают
ряд проб при различной щелочности.

Оптимальной щелочностью будет та, которая соответствует
самому малому содержанию солей кальция в растворе.

Температура сока на II сатурации имеет весьма большое зна-
чение. При температуре кипения бикарбонаты калия и кальция
разлагаются с выделением СО?:

Са- • | (НСО3); СаСО;| -|- Н2О + СО2.

Поэтому при температуре около 100° С бикарбонаты не мо-
гут образовываться, хотя бы пропускали и избыток СО2.

Таким образом, высокая температура сока на II сатурации
является наилучшим методом, предотвращающим образование
бикарбонатов в растворе п получение пересатурированных со-
ков. Перед II сатурацией сок необходимо нагревать до темпе-
ратуры 100—102° С.

Образовавшийся на II сатурации бикарбонат кальция (при
низкой температуре, при чрезмерной сатурации) вызывает за-
238
труднения на выпарке: он там разлагается с выделением СаСОз,
который образует на поверхности нагрева плотный осадок и
снижает коэффициент теплопередачи и производительность
выпарки.

Добавка извести на II сатурации. Иногда добавляют в сату-
ратор II сатурации небольшое количество известкового молока
(около 0,25% СаО по массе свеклы), чтобы образовалось боль-
ше осадка СаСО3, который еще раз дополнительно очищает сок
путем адсорбции. Это, действительно, дает значительный эф-
фект.

АППАРАТУРА И ВЫПОЛНЕНИЕ II САТУРАЦИИ

Аппараты II сатурации. II сатурация выполняется почти ис-
ключительно в сатураторах непрерывного действия. Применяют
сатураторы той же конструкции, что и для I сатурации, т. е.
решетчатый сатуратор. Размеры котлов такие же, как и для I са-
турации, так как длительность II сатурации считают тоже 10 мин,
чтобы успел достаточно полно выпасть осадок СаСО3 из перво-
начально образующегося пересыщенного раствора его.

Сатураторы II сатурации обычно не имеют расширения в
верхней части, как у сатураторов для I сатурации, так как ни-
какого пенения сатурируемого сока на II сатурации не наблю-
дается.

Коэффициент использования сатурационного газа. Этот коэф-
фициент на II сатурации ниже, чем на I сатурации,— около
50% вместо 70%, что обусловлено меньшей щелочностью сату-
рируемого сока.

|i Контроль II сатурации. Подобно контролю I сатурации при-

I' меняют периодическое титрование проб отфильтрованного сока,
। добиваясь, чтобы щелочность была близка к оптимальной и
! возможно меньше колебалась. Делают частые качественные
i пробы на фенолфталеиновую бумажку, приготовленную (с ли-
j монной кислотой) так, чтобы она начинала давать окраску лишь
при щелочности сока выше 0,01—0,02% СаО. Удобно также
! пользоваться бумажками, пропитанными специальным индика-
! тором,— тимоловым синим, который начинает давать синюю

s окраску при pH 9—9,5.

| Лучше всего, конечно, и здесь вести автоматический контроль

и регулирование, применяя автоматический и непрерывно дей-
ствующий pH-метр со стеклянным электродом.

Охлаждение сока на II сатурации. Вследствие испарения во-
ды па II сатурации при пропускании газа (испаряется 1—1,5%
воды) сок охлаждается до 90—95° С. Это охлаждение вредно
' не только потому, что теряется тепло, но и потому, что при по-
ниженной температуре в соке легче образуются бикарбонаты.
' 239
ЭФФЕКТ ОЧИСТКИ НА ДЕФЕКАЦИИ И САТУРАЦИЯХ

Удаление отдельных несахаров. Далеко не все несахара диф-
фузионного сока удаляются на дефекации. Из органических
кислот, например, удаляется щавелевая, но не удаляются мало-
новая и глутаровая кислоты; из азотистых органических соеди-
нений удаляются белки, ио почти не удаляются аминокислоты.

Эффект очистки сока по отношению к отдельным группам
несахаров определялся в заводских условиях рядом исследова-
телей (Андрлик, Станек, Вондрак, Душский). Этот эффект ко-
леблется в довольно широких пределах. Средний эффект очи-
стки сока на дефекации и сатурации (по отношению к различ-
ным группам несахаров) характеризуется следующими дан-
ными.

Эффект

Несахара диффузионного сока очистки. %

Зола........................ 15

Азот

общий .................. 35

белковый................ 92

аммиачный............1

амидный ............ )

бетаинный ............... 4

вредный ................ 10

Органические вещества . . 50

Несахара вообще (общий
эффект).................... 40

Относительно амидов и аммиака в приведенных данных по-
казан суммарный эффект очистки на дефекации и сатурациях
и на выпарке, т. е. принято во внимание и разложение амидов, и
удаление аммиака, происходящие на выпарке.

Итак, полнее всего удаляются из сока белки (92%), сла-
бее— органические вещества вообще (50%) и совсем слабо
проходит удаление минеральных составных частей — золы
(15%). Это попятно, так как зола состоит главным образом из
солей калия, остающихся в растворе в очищенном соке.

Общий эффект очистки сока. Эффект очистки па дефекации
и сатурациях вычисляют па основании чистоты диффузионного
и сатурационного соков так же, как выше был вычислен эффект
очистки на диффузии.

Положим, что чистота (Ч) диффузионного сока 88,0, а Ч
сока II сатурации—92,3. Тогда загрязненность сахара в диф-
фузионном соке равняется

——= 0,1364;

88,0
загрязненность сахара в соке II сатурации

——9 ~ = 0,0834;
92,3

снижение степени загрязненности

0,1364 — 0,0834 = 0,0530,
или эффект очистки

“о530 100 =38,9%.

0,1364

Следует заметить, что эффект очистки на I сатурации — ве-
личина малохарактерная: Ч сока I сатурации ниже, чем Ч сока
II сатурации, главным образом лишь потому, что в соке I сату-
рации имеется некоторое количество избыточной неудаленной
извести.

СОСТАВ ПРОДУКТОВ И КОЛИЧЕСТВО ИХ НА ДЕФЕКАЦИИ И САТУРАЦИЯХ

Состав сока II сатурации. Типичный состав сока II сатурации
и рядом с ним для сравнения состав диффузионного сока при-
ведены в табл. 19. От этих данных в практике наблюдаются
значительные отклонения.

Таблица 19

Сок II сатурации (состав в %) в сравнении с диффузионным соком

Составные части Диффузион- ный сок Сок II сатурации
Сахароза . 15,0 13,7
Азотистые вещества 0,7 0,5
В том числе:
белки 0,2 0,0
прочие 0,4 0,4
Безазотистые органические вещества 0,9 0,4
Зола (чистая) 0,4 0,3
И т о г о СВ . 17,0 14,9
Ч . 88,3 92,0

Чистота сока II сатурации может колебаться, например, от
86 до 95.. Столь большие колебания зависят главным образом
от качества перерабатываемого сырья. Поэтому при исследова-
нии свеклы следует определять чистоту очищенного нормально-
го сока. На чистоту очищенного сока хотя и в меньшей степени,
ио влияют четкость в работе дефекации и сатураций и нормаль-
ный режим работы на диффузии (быстрая работа при не слиш-
ком высокой температуре): упущения на этих станциях могут
привести к снижению чистоты очищенного сока приблизительно
на 0,5, вследствие чего потери сахара в мелассе увеличатся на
0,1% к массе свеклы — величина все же весьма ощутительная.

В соке II сатурации при нормальной работе и хорошей свек-
ле солей кальция содержится около 0,01% СаО. Если свекла
испорченная, подмороженная, содержащая много редуцирую-
щих веществ, то количество солей кальция в ней может ока-
заться увеличенным в 2—3 раза и более.

Цветность диффузионного сока — также важный показатель
его качества: чем менее окрашен сок, тем легче получить из
него хороший белый сахар. Черные окрашенные вещества диф-
фузионного сока полностью удаляются на дефекации и сатура-
циях. Очищенный сок имеет лишь светло-желтую окраску, за-
висящую от продуктов разложения редуцирующих веществ под
действием извести.

Цветность сока II сатурации обычно бывает около 15° Шт.
на 100 частей сухих веществ. Но эта окраска может колебаться
в весьма широких пределах, например от 7 до 50°, в зависимости
от количества редуцирующих веществ в диффузионном соке и
от качества работы по очистке сока (количество извести, пред-
варительная дефекация, равномерная, не слишком низкая ще-
лочность сока I сатурации).

В соке II сатурации высокополимеров содержится гораздо
меньше, чем в диффузионном соке. В нем было около 0,35% вы-
сокополимеров, главным образом белков, арабана, пектиновых
веществ и сапонинов. Но белки, сапонины и пектин удалены на
дефекации и сатурациях почти полностью. Поэтому высокопо-
лимеров остается в сатурационном соке лишь около 0,08%, или
'Д того количества, какое было в диффузионном соке. Кроме
того, они по своему составу уже иные. В диффузионном соке
преобладают белки, а в соке II сатурации содержится приблизи-
тельно поровну арабана и белков (вернее, пептонов) и продук-
тов, получающихся под действием щелочи на редуцирующие
вещества.

Состав дефеко-сатурационного осадка, который отфильтро-
вывается от сока I сатурации, приведен ниже (на 100 частей
сухих веществ).

% на сухое

Составные части осадка вещество

СаСО8 и СаО (в виде других солей) . . 77,4

Азотистые вещества.................... 6

Безазотистые органические вещества . . 11

Минеральные вещества (кроме СаО) . . 4

Сахар ................................... 1,6

Итого

100
Как видно из приведенных данных, дефеко-сатуранионный
осадок состоит главным образом (почти на 80%) из СаСО3, так
как на дефекации применяется большой избыток извести, прев-
ращающейся на I сатурации в СаСО3. Азотистые вещества осад-
ка представляют собой в основном скоагулированный белок.
В безазотистых органических веществах осадка содержатся в
виде кальциевых солей щавелевая и лимонндя кислоты, сапо-
нин. Минеральная часть осадка содержит фосфорную кислоту в
виде кальциевой соли.

Осадок получается с фильтров в виде влажной массы с со-
держанием 50% воды. Во влажном осадке содержится около
0,8% сахара по ее массе.

Осадок может применяться как удобрение, главным обра-
зом как известковое удобрение (на кислых торфянистых поч-
вах). Кроме того, его можно рассматривать как фосфорное
(1,7% Р2О5 в сухом веществе) и в меньшей степени — как азо-
тистое удобрение (около 0,9% азота в сухом веществе).

Количество продуктов и потери сахара на дефекации и сату-
рациях. Количество дефеко-сатурационного осадка на 100 кг
свеклы зависит прежде всего от количества извести, израсходо-
ванной для очистки сока. Предположим, что расход извести рав-
няется 2,5 кг на 100 кг свеклы. Из этой извести (СаО) образу-
ется на сатурации СаСО3 в количестве

2.S- 100 =25 j 8

Но так как в осадке содержится 50% воды, то количество
осадка, образовавшегося из извести, составит

2,5 • 1,8 - 2 = 2,5 • 3,6.

Так как в осадке, кроме СаСО3, будут находиться и осаж-
денные несахара, то количество осадка будет несколько боль-
ше, т. е. приблизительно

2,5 • 4 = 10,0 кг.

Обычно и считают, что масса влажного осадка равна четы-
рехкратному количеству извести, израсходованной на очистку.

Потерю сахара в осадке на 100 кг свеклы вычисляют следу-
ющим образом. Если, например, осадок содержит 0,8% сахара,
а количество осадка на 100 кг свеклы (при 2,5% извести)
10 кг (как только что вычислено), то сахара в осадке будет по-
теряно

10 • 0,8 л
-------— = 0,08 кг.

100

Количество сока II сатурации вычисляют так же, как и ко-
личество сока, откачиваемого на диффузии. Положим, что свек-

ла содержит 17,5% сахара; потери сахара на диффузии 0,4 кг и
в дефеко-сатурационном осадке — 0,08 кг на 100 кг свеклы;
сверх того будем считать еще 0,2% «неопределяемых» потерь
(0,1% — на диффузии и 0,1% — на очистке сока). Пусть в соке
II сатурации оказалось 13,45% сахара.

На 100 кг свеклы содержалось сахара 17,5 кг, но в сок Н са-
турации, за вычетом потерь, перешло лишь 17,5—0,4—0,08
— 0,2= 16,82 кг. Положим, что количество сока II сатурации
равняется х кг, тогда количество сахара в нем будет

х 13,45

100

Получим уравнение

16,82 = - - 13,45 ,
100

откуда

х = 100 • -~2 = 125,0 кг.

13,45

Глава 6. ФИЛЬТРАЦИЯ СОКОВ

ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О ФИЛЬТРАЦИИ

Фильтрацией называется процесс отделения осадка от жид-
кости путем пропускания жидкости через пористую перегород-
ку, задерживающую осадок. Соки сахарного завода приходится
фильтровать несколько раз: фильтруют сок I и II сатурации для
отделения значительных количеств осадков; кроме того, сок
II сатурации фильтруют еще раз для удаления тонкой мути,
остающейся от первой грубой фильтрации; наконец, фильтруют
сироп после выпарки для удаления осадков, появляющихся в
соке во время выпаривания.

На сахарных заводах применяют фильтры двух типов:

для удаления значительных количеств осадка (для соков I и
II сатурации)—фильтрпрессы, дисковые фильтры, вакуум-
фильтры;

для удаления из соков топкой мути или малого количества
осадков (вторичная фильтрация сока I и II сатурации).

Фильтрующим материалом для отделения осадков на фильтр-
прессах служит грубая фильтрпрессная ткань (хлопчатобумаж-
ный бельтинг). Для вакуум-фильтров применяют ткани из ка-
пронового и найлопового волокна (полиамидные смолы). Они
значительно прочнее хлопчатобумажных, не разрушаются ще-
лочами, меньше забиваются осадками. Их легко чистить, но они
неустойчивы в кислой среде. Для контрольной фильтрации поль-
зуются более тонкой хлопчатобумажной тканью.
Осадок, удаляемый из сока при помощи фильтра, имеет глав-
ное значение при фильтрации. Поры фильтрующего материала
обычно бывают больше частиц осадка. Поэтому вначале полу-
чается мутноватый фильтрат, но скоро на фильтрующей ткани
образуется слой отфильтровываемого осадка. В дальнейшем
фильтрация жидкости идет уже через слой осадка, в котором
имеются пустоты между осевшими частицами, образующие
тонкие извилистые ходы, пропускающие жидкость.

Качество осадка имеет огромное значение при фильтрации.

Если осадок крупный и кристаллический, то фильтрация идет
быстро; через мелкий осадок жидкость проходит медленнее, так
как фильтрующие каналы получаются меньших размеров и ока-
зывают большее сопротивление. Еще хуже идет фильтрация,
если осадок слишком неоднороден, т. е. содержит и крупные, и
мелкие частицы: мелочь заполняет промежутки между крупны-
ми частицами, что весьма замедляет фильтрацию.

Наиболее трудно отфильтровывать желатинозные осадки
(гели). Такие осадки образуются и при очистке диффузионного
сока (белки, кальциевая соль пектина, пектовой и гуминовых
кислот и т. п.). Предварительная дефекация имеет целью по-
лучить осадки в виде плотных хлопьев, что облегчает фильтра-
цию. Кроме того, эти гели распределены между гораздо боль-
шим количеством частиц кристаллического осадка СаСО3, что
также облегчает фильтрацию: гели прилипают к частицам
СаСОз, задерживаются ими и поэтому не заклеивают поверх-
ности фильтрующей ткани.

Давление, или (вернее) разность давлений, по одну и по дру-
гую сторону слоя осадка является движущей силой фильтрации,,
заставляющей жидкость проходить через капиллярные поры
осадка. Если осадок несжимаем, то скорость фильтрации про-
порциональна разности давлений. Если же осадок содержит
гели, встречающиеся и в осадках на сахарном заводе, то с по-
вышением давления осадок сжимается, капиллярные ходы
между его частицами делаются уже и фильтрация замедляется.
Таким образом, для сжимаемых осадков скорость фильтрации
растет не пропорционально разности давлений, а слабее. Нако-
нец, с дальнейшим повышением давления оказывается, что ско-
рость фильтрации перестает уже увеличиваться, а даже умень-
шается, так как повышенное давление становится уже вредным:
вследствие сжатия осадка. Давление, при котором получается,
для данного типа осадка максимальная скорость фильтрации,,
называется критическим. Для фильтров I и II сатурации кри-
тическое избыточное давление равняется 3—4 ат (0,3—
0,4 Мн/м2).

Температура. При повышении температуры понижается вяз-
кость фильтруемой жидкости, что ускоряет фильтрацию. Перед
245
фильтрацией обычно пропускают сок через подогреватель и на-
гревают его до температуры около 80—90° С.

Длительность фильтрации. Чем дольше длится фильтрация,
тем толще становится слой отфильтрованного осадка и пропор-
ционально толщине слоя растет сопротивление прохождению
жидкости, т. е. замедляется процесс фильтрации. Вследствие
этого необходимо периодически очищать фильтрующую поверх-
ность, не допуская образования слишком толстого слоя осадка.
Чем чаще осадок разгружают с фильтра, тем быстрее идет
фильтрация; однако частая чистка фильтров также нерента-
бельна; затрачивается излишняя работа и слишком много вре-
мени занимают частые простои на чистку фильтров. Поэтому
фильтрпрессы I сатурации, которые очищают вручную, чистят
приблизительно через каждые 2 ч. Вращающиеся вакуум-
фильтры непрерывного действия очищают автоматически при
каждом обороте, поэтому очистка их происходит через каждые
6 мин, т. е. в 20 раз чаще, чем очистка фильтрпрессов.

ФИЛЬТРПРЕССЫ И ИХ РАБОТА

Конструкция фильтрпресса. Для отфильтровывания осадка от
сока 1 и II сатурации раньше (до 1950 г.) широко применялись
фильтрпрессы системы Абрагама (рис. 95 и 96). Основными
элементами фильтрпресса являются рамы и плиты, отлитые из
чугуна. Размеры рам от 800 X 800 до 1000 X 1000 мм\ плиты
такого же размера имеют рифленую поверхность.

Рамы и плиты снабжены сбоку ручками, опираясь на кото-
рые они висят на двух направляющих стержнях станины фильтр-
пресса (см. рис. 95). Таким образом, фильтрпресс состоит из
ряда рам и плит, набранных попеременно (например, 40 рам и
39 плит). На каждую плиту надевают фильтрующую ткань (пе-
рекидывают полотнище ткани через верхнюю кромку плиты так.
что ткань висит с обеих сторон каждой плиты). Затем плиты и
рамы плотно придвигают одну к другой и последнюю плиту,
так называемую подвижную головку фильтрпресса, с силой
прижимают большим упорным винтом с маховичком и рычага-
ми или при помощи гидравлического зажима. Таким образом,
все рамы и плиты оказываются плотно сжатыми, причем фильтр-
Прессная ткань является также и уплотняющим материалом.

Рамы и плиты имеют внизу приливы квадратной формы с
круглыми отверстиями посредине (см. рис. 96). Когда фильтр-
пресс собран, эти отверстия образуют канал, в который под
давлением поступает фильтруемый сок. Для уплотнения на
приливы надевают манжеты из фильтрпрессной ткани с выре-
занными посредине отверстиями такого же размера, как и от-
верстия в приливах.
247
Из отверстия в приливе каждой рамы устроен ход, по кото-
рому накачиваемый сатурационный сок вместе с осадком посту-
пает внутрь рамы. После сборки фильтрпресса рама представ-
ляет собой камеру, закрытую с боков фильтровальной тканью,
через которую под давлением профильтровывается сок. Фильт-
рат попадает в бороздки рифленой плиты (эти бороздки не по-
зволяют фильтрующей ткани плотно прижаться к плите); по
бороздкам профильтрованный сок доходит до выходного отвер-
стия, устроенного в нижнем углу каждой плиты, и вытекает в
желоб, расположенный рядом с фильтрпрессом. Из желоба сок
отводится по трубе, которую, если нужно, можно закрыть свер-
ху вентилем. Кроме того, имеется труба, по которой отводятся
промой в период промывания фильтрпресса.

Иногда под фильтрующую ткань ставят на плите сита, что-
бы ткань, прилегая плотно под давлением сока к бороздкам
плиты, не могла закрыть проход для сока. В большинстве же
случаев ограничиваются установкой лишь ситчатых угольников
у выходных отверстий плит.

Фильтруемый сок с осадком подается от насоса через соко-
вый вентиль в штуцер на неподвижной головке фильтрпресса,

.Рапа.

Рис. 96. Рама, плита, схема фильтрации.
откуда попадает дальше в канал, образуемый отверстиями при-
ливов рам и плит.

В фильтрпрессном осадке, отфильтрованном в рамах, содер-
жится 7—8% сахара. Поэтому его необходимо промывать, что-
бы не терять этого сахара. Для промывания осадка в фильтр-
пресс подают воду через особый вентиль в тот же штуцер, в
который подавался грязный сок. Промытый осадок удаляют.
Для этого спускают воду из гидравлического затвора фильтр-
пресса (или отвинчивают винтовой затвор) и отодвигают под-
вижную головку фильтрпресса особыми грузами-противовесами.
Затем передвигают одну за другой все рамы и плиты, причем,
осадок из рам вываливается вниз, а остатки его с фильтрпрес-
сного холста соскабливают лопатками. Осадок при разгрузке
падает через прорез в полу в бункер под фильтрпрессом, а от-
туда попадает в желоб с мешалкой, расположенной под всей
группой фильтрпрессов. Здесь осадок перемешивается с водой
и выкачивается из завода как отход производства.

Сок на фильтрпрессе сначала пускают медленно, чтобы об-
разовался первоначальный слой осадка и через фильтр не про-
шел мутный фильтрат. После того как на салфетках образуется
слой осадка, задерживающий муть, открывают соковый вентиль
полностью.

При фильтрации сока грязь откладывается на фильтрующей
ткани в рамках фильтрпрессов (см. рис. 96) постепенно все бо-
лее и более толстым слоем. В середине рамы между лепешками
осадка остается узкий проход, в который и проникают дальней-
шие порции фильтруемого сока. При промывании грязи в этот
же проход устремляется вода, которая, промывая осадок, легко
вытесняет из него сок. Если с переключением фильтрпресса на
промывку опаздывают, то узкий центральный проход в камере
забивается осадком полностью и промывка его становится не-
возможной.

Чтобы предотвратить переполнение рам фильтрпресса осад-
ком, устраивают две «контрольные» рамы несколько меньшей
толщины (например, толщиной 40 мм при толщине прочих рам
46 мм). Контрольные рамы помещают около одной и той же
плиты с обеих сторон ее. Контрольные рамы, как более тонкие,
раньше других переполняются осадком, что легко заметить, так
как при этом замедляется вытекание сока из плиты, соответст-
вующей контрольным рамам. Это служит сигналом, что фильтр-
пресс пора уже промывать.

Для промывки осадка применяют горячую аммиачную воду.
Расход воды на промывку составляет 150—200% по массе осад-
ка. Вытекающий из фильтрпресса во время промывания все бо-
лее и более разбавленный сок называется промоем. Первую
треть промоя, еще очень малоразбавленную, направляют в сок.
Кончать промывку следует тогда, когда концентрация промоя
снизится до 1 —1,5% сухого вещества (по рефрактометру).

Выгружаемый осадок должен содержать не более 0,8% са-
хара.

ВАКУУМ-ФИЛЬТРЫ

Недостатки фильтрпрессов. К недостаткам фильтрпрессов
следует отнести: 1) периодичность работы и 2) трудоемкость
работы по открыванию, чистке и сборке фильтрпресса. Эти не-
достатки отсутствуют во вращающихся барабанных вакуум-
фильтрах непрерывного действия. Поэтому в настоящее время
фильтрпрессов для фильтрации сока I и II сатурации более уже
не ставят.

Устройство барабанного вакуум-фильтра. На рис. 97 изобра-
жен внешний вид, а на рис. 98 — схематические разрезы' бара-
банного фильтра. Он состоит из вращающегося барабана 1
(рис. 98) диаметром Зли длиной 4,3 м, погруженного частично
(на 35%) в корытообразный приемник фильтруемого сока (см.
рис. 97 и поперечный разрез — рис. 98). Поверхность барабана
сетчатая и обтянута фильтрующей тканью. Под внешней сетча-
той поверхностью на малом расстоянии имеется другая сплош-
ная цилиндрическая стенка. Из промежутка между стенками
выкачивается воздух. В корытообразный сосуд поступает сату-
рационный сок с осадком. Жидкость под влиянием разрежения
профильтровывается через ткань, покрывающую барабан, и со-
бирается в промежутке между ситчатым и сплошным бараба-
нами, откуда выкачивается по особым ходам. Осадок присасы-

Рис. 97. Вакуум-фильтр Б-40 (внешний вид).
Рис. 98. Схема вакуум-фильтра.

вается к барабану; при вращении его он выводится из жидкости
в виде слоя на поверхности барабана, затем попадает под струй-
ки воды, промывается и автоматически снимается «ножом» —
скребком 2 с поверхности барабана.

Кольцевое пространство между перфорированным и сплош-
ным барабанами разделено перегородками на ряд секций
(рис. 98 — поперечный разрез). Для каждой секции есть своя
особая выводящая трубка, которая ведет к подвижной головке 3
вакуум-фильтра (рис. 98 — продольный разрез, слева). К ней
плотно прилегает прижатая пружиной и пришлифованная не-
подвижная распределительная головка 4 подобно тому, как в
паровой машине плоский золотник прилегает к золотниковому
зеркалу. В распределительной головке имеются три полости
(выреза), изображенные на рис. 98 (справа).

Когда какая-нибудь из фильтрующих секций барабана при
движении погружается в жидкость корыта, то конец соответст-
вующего этой секции выводящего канала в подвижной головке
движется против нижнего выреза распределительной головки, а
из этого выреза отсасывается фильтрованный сок. Когда фильт-
рующая секция поверхности барабана попадает под промываю-
щие оросители, то выводной канал секции в подвижной головке
оказывается против верхнего выреза распределительной голов-
ки, из которого отдельно отсасывается промой. Наконец, когда
секция подойдет к ножу, то выводной канал ее будет находить-
ся против правого небольшого выреза сверху в распределитель-
ной головке, куда подается сжатый воздух, который отбрасывает
(отдувает) лепешку грязи с поверхности барабана, что облегча-
ет удаление (соскребание) осадка ножом. При дальнейшем
вращении барабана описанный цикл работы повторяется. Бара-
бан делает обычно 1 оборот в 6 мин. Толщина слоя осадка, сни-
маемого с вакуум-фильтра, должна быть 8—12 мм.

Вращающийся барабан вакуум-фильтра закрыт сверху не-
подвижным кожухом, который препятствует охлаждению фильт-
ра и выделению из него паров в помещение завода.
Рис. 99. Схема установки вакуум-фильтра:

1 — отстойник; 2 — мембранный насос; 3 — вакуум-фильтр; 4 — сбор-
ник (ресивер); 5 конденсатор пара.

В качестве фильтрующей ткани для вакуум-фильтра приме-
няют капроновую ткань. Скорость фильтрации и прозрачность
фильтрата зависят от качества фильтрующей ткани, так как при
меньшей толщине слоя осадка, чем в рамах фильтрпресса, свой-
ства ткани имеют большее значение. Для закрепления ткани па
барабане вакуум-фильтра его обматывают мягкой железной
проволокой (диаметром 2 мм с расстоянием между проволока-
ми 40—50 мм); проволока предотвращает выпучивание ткани в
зоне отдувки.

В корытообразном приемнике грязного сока устанавливают
мешалку 5, чтобы осадок из сока не оседал на дно корыта.

Сок из вакуум-фильтра поступает в сборник (ресивер), от-
куда выкачивается насосом (рис. 99); воздух и пар из верхней
части ресивера поступают в барометрический конденсатор, где
пар конденсируется при соприкосновении с холодной водой *, а
воздух направляется к воздушному насосу, создающему разре-
жение, необходимое для работы вакуум-фильтра. В конденса-
торе образуется разрежение 600 мм рт. ст., т. е. с некоторым
запасом, так как в ресивере для фильтрованного сока требуется
разрежение лишь 450 мм рт. ст., которое н поддерживается там
автоматически при помощи редукционного клапана на трубе,
ведущей от ресивера к конденсатору.

Промой из вакуум-фильтра отсасывается точно так же, как
и фильтрованный сок, по через особый сборник.

Сок с осадком для фильтрации подается насосом в корыто-
образный приемник вакуум-фильтра. Уровень нефильтрован-
ного сока поддерживается постоянным при помощи перелива и

1 Устройство барометрического конденсатора описано в главе о выпарке.
«чересной» трубы, ведущей обратно к мембранному насосу.
Один вакуум-фильтр достаточен для переработки 10—12 тыс. ц
свеклы в сутки.

Кроме описанного фильтра Б-40 (т. е. барабан с поверхно-
стью 40 м2), есть еще ряд барабанных фильтров, отличающихся
в деталях. Некоторые детали фильтров, работающих на Рыжав-
ском сахарном заводе, были рекомендованы и другим заводам
для усовершенствования фильтра Б-40 (совещанием работников
сахарной промышленности в Киеве в 1960 г.).

Поверхность барабана фильтра лучше изготовлять не из
перфорированных листов, а из плетеного сита, которое дрениру-
ет гораздо лучше. Между секциями устраивают продольные
канавки, закладывают над ними шнуры поверх фильтровальной
ткани, затем их плотно прижимают проволочной обмоткой ба-
рабана. При этом образуется хорошая изоляция каждой секции
•от соседних секций и исключается прорыв сжатого воздуха из
зоны отдувки в зоны вакуума, который снижает вакуум, что
весьма замедляет фильтрацию и напрасно перегружает вакуум-
.насосы. Продольные канавки позволяют выдерживать вакуум
в зоне фильтрации 50 см рт. ст., а в зоне промывки —
.32 см рт. ст. Скорость фильтрации увеличивается, что позволяет
уменьшить зону фильтрации и увеличить зону промывания при-
мерно в 1,5 раза, а также улучшить промывку осадка при
уменьшенном разрежении.

Лучше устанавливать две распределительные головки с обе-
их сторон барабана, а не одну.

Фильтровальную ткань регенерируют на самом барабане
слабым раствором соляной кислоты (3%) 1 раз в сутки.

На качество промывки осадка влияет устройство форсунок,
которые должны хорошо распылять воду. Иногда в конце фор-
сунки устраивают винтовую нарезку, придающую струе враща-
тельное движение, и она принимает форму тонкого веера рас-
пыленной воды. Иногда (на Рыжавском заводе) на форсунке
нет никаких нарезок, но вода поступает в нее под давлением в.
тангенциальном направлении, что тоже придает воде враща-
тельное движение и тоже образуется тонкий веер. На втором
заводе им. Петровского вода подается по типу пульверизатора,
т. е. распыляется струей воздуха, подаваемого под углом 90° и
под избыточным давлением 0,6 ат (0,06 Мн/м2).

Для промывания осадка используют аммиачную воду, ко-
торую рекомендуется фильтровать, так как в ней может содер-
жаться осадок окалины, забивающий форсунки.

ГРЯЗЕСГУСТИТЕЛИ

Работа па фильтрующей поверхности вакуум-фильтра обхо-
дится гораздо дороже, чем на фильтрующей поверхности фильтр-
пресса. Поэтому чрезвычайно важно отделить предварительно
большую часть (например, 80%) прозрачного сока из сока
I сатурации каким-нибудь более дешевым способом и получить
в остатке «сгущенный» осадок. Он будет содержать 20% остав-
шегося сока и около 5% сухого вещества осадка (т. е. в нем
будет содержаться по его массе 20% сухого осадка, а не 5%,
как в первоначальном соке I сатурации). Сгущенный осадок
направляют на вакуум-фильтры, задача которых окажется весь-
ма облегченной: они должны будут отсосать лишь остатки сока,
т. е. в 5 раз меньше, чем его было в соке I сатурации, и промыть
отсосанный осадок.

Если на грязесгустителях не отделить предварительно’ боль-
шую часть сока, то на вакуум-фильтрах получится слой осадка
толщиной не 8—12 мм, а лишь 2—3 мм, увеличится количество
промоя и вредный просос воздуха, а главное, потребуется го-
раздо большая площадь фильтрации очень дорогих вакуум-
фильтров

В качестве грязесгустителей применяют декантаторы-отстой-
ники различных систем, особенно многоярусный отстойник типа
Дорра. Он представляет собой большой цилиндрический резер-
вуар диаметром 5,5 м и высотой 5,2 м (рис. 100) со слегка ко-
ническим дном, заполненный соком I сатурации. Внутри он раз-
делен четырьмя горизонтальными, также слегка коническими
тарелками на пять ярусов, или секций. В центре вращается ши-
рокий пустотелый вал, к которому прикреплены во всю ширину
цилиндра лапы со скребками, подвигающими оседающий на
каждой тарелке сгущенный осадок к центру. Вал вращается
очень медленно (1 оборот в 10 мин).

Нефильтрованный сок I сатурации поступает в верхний ярус.
Осевший частично сгущенный осадок подгребается по верхней
тарелке к имеющемуся в центре ее широкому отверстию и через,
него падает во II ярус. Пена сока, поступившего в I ярус, уда-’
ляется из верхней части этого яруса, а мутный сок с неосевшем
еще грязью из I яруса через отверстия в пустотелом валу по-
ступает внутрь этого вала и затем через другие, ниже располо-
женные отверстия вала распределяется по всем ярусам (II, III,
IV и V).

Каждый ярус работает как самостоятельный декантатор.
Отстоявшийся прозрачный сок из верхней точки каждого яруса
отводится особой трубкой в контрольный сборник декантиро-
ванного сока. Сгущенный осадок выводится из центральной ча-
сти лишь III и V ярусов. Осадок же из II и IV ярусов сгребается
и через центральное широкое отверстие падает в III и V ярусы.
Сгущенный осадок выкачивается насосом, лучше всего мем-

1 В самом деле, можно и из несгущенного сока I сатурации получить слой
осадка толщиной 8—12 мм, но тогда нужно замедлить вращение фильтра:
(1 оборот не в 6 мин, а в 30 мин), т. е. снизить его производительность.
Рис. 100. Пятиярусный отстойник Ростовского машино-
строительного завода.

бранным (не разрушающим структуру грязи), и подается в ко-
рыта вакуум-фильтров.

Всю внешнюю поверхность отстойников тщательно изолиру-
ют, чтобы уменьшить охлаждение сока, что, кроме того, могло
бы привести к развитию инфекции.

Размер отстойников рассчитывают на длительность отстаи-
вания в течение 2 ч. Отстаивание и декантация идут успешно,
если очистка сока выполняется по схеме с возвратом части не-
фильтрованного сока I сатурации для смешивания с диффузи-
онным соком.

Инж. И. Г. Чугунов значительно улучшил и ускорил работу
многоярусного отстойника (рис. 101), предложив удалять сгу-
щенный осадок отдельно из каждого яруса и подавать в каждый
ярус суспензию совершенно одинаковой концентрации. Кроме
того, отстойник системы Чугунова устраивается не в пять, а в
семь секций, из которых шесть секций — рабочих высотой по
800 мм. Длительность пребывания сока в отстойнике системы
Чугунова оказалась лишь 85 мин, т. е. отстаивание происходит
почти в 2 раза быстрее, чем в отстойнике Ростовского завода.
Рис. 101. Схема отстойника сока I сатура-
ции системы И. Г. Чугунова:

1 — впуск сока; 2 — контрольный ящик для
декантата; 3 — отвод декантата; 4- отбор декан-
тата; 5 — скребок; 6 — отвод грязн; 7 — трубо-
вал; 8 — окна для распределения сока по яру-
сам; 9 — привод; 10 — рабочие ярусы; И -
- подготовительный ярус.

Инж. В. Н. Пелетмин-
ский £4] внес предложение
по отводу осветленного
сока. Предложено отво-
дить сок не по одной, а
по пяти кольцевым тру-
бам с рядом отверстий.

Все-таки и в лучших
отстойниках длительность
пребывания сока при вы-
сокой температуре вели-
ка, поэтому повышается
цветность сока (иногда
раза в 2). Отстойники
громоздки, занимают мно-
го места. В этом отноше-
нии лучше появившиеся в
последнее время диско-
вые фильтры-грязесгусти-
тели. В них 80% сока от-
деляется из нефильтро-
ванного сока I сатурации
путем отфильтровывания

через
шаяся
грязи

ткань, а отложив-
на ткани лепешка
сбрасывается крат-

повременным обратным давлением сока и направляется на ва-
куум-фильтр.

Дисковый грязесгуститель ДГС-59 мощностью на 10 000 ц
свеклы в сутки (рис. 102) состоит из горизонтального цилиндри-
ческого неподвижного корпуса диаметром 2,6 м и длиной 5,2 м,

Рис. 102. Дисковый грязесгуститель ДГС-59.
в котором медленно вращается (0,15—0,6 об/мин) полый вал /
с двенадцатью дисками 2 на нем. Каждый диск составлен из
десяти секторов 6, рифленых с двух сторон легких алюминие-
вых плит, на которые надеты мешки из синтетической фильтро-
вальной ткани.

Через них вследствие разности давлений и отфильтровывает-
ся сок снаружи внутрь и проходит по соковыводящим трубкам
в коллекторные горизонтальные трубы 4, расположенные вну-
три полого вала и вращающиеся вместе с ним. Эти десять кол-
лекторных труб соединяют отводные трубки всех секторов, ле-
жащих в одном ряду. Коллекторные трубы открыты с обоих
концов и входят в распределительные движущиеся головки на
концах полой трубы.

Движущиеся головки пришабрены и плотно прижаты к двум
неподвижным головкам 5, имеющим четыре выреза, соответст-
вующие четырем зонам фильтрации, подобно тому, как в уст-
ройстве головок вакуум-фильтров. Первая зона соответствует
фильтрации еще под небольшой разностью давлений, поэтому в
этой зоне держится противодавление, равное 2/з общего давле-
ния в корпусе сгустителя (а это избыточное давление в корпусе,
измеренное в воздушном колпаке 3, держат 1,2 ат и как мак-
симум 2,0 ат), следовательно, разность давлений (1— 2/3) рав-
'на Чз давления в корпусе, или 1,2»1/з = 0,4 кГ/см2. Во второй и
третьей зонах, когда уже образовался осадок на поверхности,
противодавление лишь */з давления в корпусе, т. е. разность
давлений (1 — !/з) равна 2/3 давления в корпусе, или 1,2-2/3 =
= 0,8 кГ/см2. Четвертая зона является уже не зоной фильтрации,
а зоной отбрасывания осадка с поверхности дисков. Поэтому
здесь давление, создаваемое нагнетаемым воздухом, немного
выше, чем давление в корпусе, — на 250—500 мм вод. ст. Углы, _
занимаемые зонами, таковы: первая — 80°, вторая —90°; тре-
тья— 150° и четвертая (отбрасывание осадка)—40°.

Осадок, отделяющийся от секторов в зоне отдувки, падает
на направляющие ножи, которые установлены по обе стороны
каждого диска и имеют резиновые насадки на гранях, обращен-
ных к диску, и идет в смеситель 7, а из него на вакуум-фильтр.

Активная поверхность фильтрации составляет 90 м2 и ско-
рость фильтрации — 7,8 л/(м2 мин).

Фильтровальная ткань в сгустителе регенерируется через
15 дней раствором соляной кислоты.

I [реимущества фильтрационного грязесгустителя таковы: он
дает фильтрат без мути, поэтому не требуются контрольные
фильтры. Он занимает значительно меньше места, чем отстой-
ник; сок задерживается в этих сгустителях лишь 30 мин. Однако
все же установка и работа гораздо сложнее, чем с отстойника-
ми, требуется затрата специальной фильтрующей материи, тре-
буется значительный труд на смену материи на 120 секторах.
9 Заказ 905 257
ДИСКОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

При использовании для фильтрации вакуум-фильтров с пред-
варительным грязесгущением мы получаем установку непре-
рывного действия, и это ее преимущество. Однако установка все
же очень сложна. Поэтому с ней иногда, особенно при рекон-
струкции заводов, могут конкурировать и с пользой применять-
ся дисковые фильтры, хотя они являются фильтрами периоди-
ческого действия, ио механизированными и успешно заменяю-
щими фильтрпрессы. Никакого грязесгущения не требуется. Сок
I сатурации накачивается под давлением (рис. 103) в цилин-
дрический корпус, где на полом валу вращается ряд (напри-
мер, 24) дисков, одетых тканью. Сок отфильтровывается, осадок
остается на дисках. Периодически вместо сока в фильтр подают
воду, промывают осадки и, наконец, смывают их струей воды и
удаляют.

Диаметр корпуса 1,8 м, длина цилиндрической части 3 м.
Вал делает 0,5 об/мин. Каждый диск состоит из восьми секто-
ров. Сектор — пустотелая рамка, внутри которой заложены три
слоя сит. На него надет мешок из фильтрующей ткани (бель-
тинг). Сектор присоединен к валу сокоотводящей трубкой; все
это хорошо закреплено. Поверхность фильтрации 80 л/2.

Каждый продольный ряд из восьми секторов имеет свою
коллекторную сокоотводящую трубку внутри трубовала. Всего
таких трубок 24. Они выводят фильтрованный сок в сокоприем-
ную коробку, из которой выходят два патрубка с вентилями:

Рис. 103. Дисковый фильтр:

1 — цилиндрический корпус; 2 — сопло-аппарат; 3 — полый вал; 4 — электродвига-
тель трубовала; 5 — электродвигатель шнека; 6 — шнек; 7 — грязевое лудло; 8 —
диски; 9 — смотровые стекла; 10 — сокоприемная коробка; 11 — сокоотводящие
трубки.
один для отвода сока и другой — для промоя. Вверху по всей
длине корпуса расположен сопло-аппарат для смывания и
удаления осадков с дисков — это труба, на которой на каждый
междисковый промежуток устроено по два сопла (диаметром
6 мм).

Внизу по всей длине устроен шнек (делает 47 об/мин) для
удаления осадка через грязевое лудло. В корпусе фильтра, вни-
зу, против каждого междискового промежутка устроены проре-
зи для прохождения грязи. Сбоку корпуса есть люки, чтобы
иметь доступ к каждому диску.

Фильтрация идет под избыточным давлением 1—2 ат (0,1—
0,2 Мн/м2). Когда фильтр заполнен осадком, закрывают доступ
сока и открывают подачу аммиачной воды для высолаживания
осадка. Первые порции промоя идут в сок, дальнейшие — в про-
мой для приготовления известкового молока. Высолаживание
ведут, пока концентрация сухих веществ промоя не снизится до
1—1,5% (по рефрактометру). Тогда приступают к смыванию
осадка с дисков струями барометрической воды из сопло-аппа-
рата, открыв выход для осадка и пустив в ход шнек для него.

Такой фильтр для сока 1 сатурации соответствует переработ-
ке 3000 ц свеклы в сутки. Длительность периода активной
фильтрации составляет 2,5 ч, высолаживание осадка занимает
20 мин и смывание его — 10 мин. Полный цикл равен 3 ч, фильт-
рат не содержит мути и не требуется контрольной фильтрации
сока I сатурации.

Дисковый фильтр особенно удобен для сока II сатурации.
Там не требуется промывать осадок. Его лишь просто смывают,
но для смыва применяют фильтрованный сок I сатурации. Смы-
тую грязь вместе со смывающим соком направляют ..на предва-
рительную дефекацию. Один фильтр при фильтрации сока
II сатурации соответствует переработке 8000 ц свеклы.

Длительность работы ткани без ее регенерации на I сатура-
ции 35 суток (в конце производства — 20 суток), для II сату-
рации — 60—70 суток. Всю батарею фильтров обслуживают один
оператор и его помощник. Но нужны еще один слесарь и две
швеи (для подготовки партии обряженных секторов для смены
их, которая занимает все же 12 ч).

При применении этих фильтров для основной фильтрации
сока I сатурации их недостатком является большой расход воды
для промывания—12,5 м3 на цикл. Получается чрезмерно мно-
го промоев. Это количество воды можно снизить до 9 м3, если
перед началом промывания осадка спустить из фильтра непро-
фпльтроваппый еще сок (в грязный сок). Но в период такого
спуска сока необходимо в фильтр направить сжатый воздух,
чтобы это давление удерживало осадок на поверхности дисков,
иначе он отвалился бы и промывание осадка оказалось бы не-
возможным. Для получения сжатого воздуха нужен компрессор

259
9*
и при нем ресивер (для запаса воздуха). В период спуска нуж-
но поддерживать избыточное давление 0,4—0,7 ат (0,04—
0,07 Мн/м2). Промоя получается 5,5 м3, из них первые 2,0 м3 на-
правляют в сок и 3,5 м3— на изготовление известкового молока.
С 2,0 м3 промоя в сок поступает около 20% воды по массе полу-
чаемого осадка (а без предварительного спуска оставшегося
сока поступало в сок воды 100% по осадку, т. е. в 5 раз больше).

Много затрачивается также воды на смывание осадка —
около 12,5 м3, или 350% к массе осадка. Этот расход можно сни-
зить, дав осадку отстояться и расходуя отстой вновь для смыва-
ния осадка.

Все же, как видим, применение дисковых фильтров для филь-
трации сока I сатурации довольно сложно. Поэтому они реко-
мендуются главным образом для II сатурации (четыре фильтра
для переработки 30 000 ц свеклы в сутки), где не требуется ни
промывки, пи удаления осадка (все идет на предварительную
дефекацию).

ПАТРОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

В них фильтрующим материалом является не ткань, а слой
кизельгура (вернее, диатомит), состоящий из тонких частиц
SiO2 — панцирей микроскопических водорослей. Получается
фильтрат, освобожденный от малейшей мути («искристый»).

Эти фильтры применяются для контрольной фильтрации сока
I сатурации (после отстойников и вакуум-фильтров, пропуска-
ющих мутноватый сок) и для II сатурации.

Патронные фильтры бывают двух типов: фильтры типа Стел-
лара и керамические.

Фильтры типа Стеллара (рис. 104, а и б) — это цилиндриче-
ский корпус / с коническим дном и герметической крышкой.
В трубной решетке 2 закреплены открытые сверху фильтрую-
щие патроны 3, висящие вниз (85 или 42 патрона, т. е. 20 или
10 л«2 фильтрующей поверхности). Фильтруемый сок поступает
через патрубок 4 под давлением, фильтруется снаружи внутрь
патронов и фильтрованный уходит через патрубок 5. Для уста-
новки и закрепления патронов вынимают трубную решетку 2.

Патрон (рис. 104, б)—это полый цилиндр длиной 1620 мм
и диаметром 50 мм, открытый сверху и набранный из трех филь-
трующих элементов 1 и опорного патрубка 2. Все они связаны и
стянуты стяжкой 3. Каждый фильтрующий элемент — металли-
ческий ребристый каркас из нержавеющей стали, на который
навита проволока диаметром 0,7 мм так плотно, что остаются
промежутки не более 0,1 мм. Вначале фильтруют суспензию ки-
зельгура в соке. Таким образом, на поверхности образуется слой
кизельгура толщиной 2,5—5,0 мм. Затем фильтруют продукт.
Избыточное давление при фильтрации продукта по мере пара-
260

Рис. 104 Патронный фильтр типа Стеллара:
а — общий вид; б — патрон.

стания слоя осадка может увеличиваться до 4 ат (0,4 Мн/м2).
Если все фильтры соединены параллельно и работают при од-
ном постоянном давлении, то постепенно падает скорость филь-
трации, например, раза в 2. Тогда нужно произвести чистку
фильтра, т. е. промывание и удаление слоя осадка и кизельгура.

Это выполняют так: 1) вместо сока подают в нижнюю часть
фильтра сжатый воздух (4—5 ат избыточных), который вытес-
няет сок из нижней камеры; 2) дают в нижнюю камеру горячую
воду под давлением, которая и промывает осадок (отводят
сверху уже не сок, а промой); 3) закрывают отвод промоя, на-
гнетают сжатый воздух; 4) закрывают поступление воздуха, от-
крывают спускное отверстие (6, рис. 104, а); воздух, сжатый под
верхним колпаком, давит на остатки сока (или промоя) л дви-
гает его изнутри фильтрующих элементов наружу, причем весь
осадок сбрасывается с элементов и удаляется в трубу 4. Можно,
конечно, и это проще, удалять непромытый осадок вместе с ки-
зельгуром и направлять его на предварительную дефекацию.
При работе с патронными фильтрами ни в коем случае нель-
зя допускать хотя бы временного снижения давления, например,
^следствие остановки подачи фильтруемого сока. Это приводит
к частичному отпадению слоя образовавшегося осадка. Если не
подается фильтруемый сок, то автоматически должно начаться
прокачивание профильтрованного уже сока, чтобы давление не
снижалось.

Керамические патронные фильтры (фильтры
Шумахера) —совершенно аналогичны фильтрам Стеллара, но
фильтрующими элементами являются керамические трубы дли-
ной 1500 мм и диаметром 120/70 мм. Они 'в аппарате не висят,
а стоят на опорных трубах внизу камеры. Пористость фильтрую-
щих труб 30%- На поверхность их тоже намывают сначала слой
кизельгура.

Недостатком является постепенное засорение и закупорка ке-
рамических труб. Приходится их извлекать, очищать и вновь
ставить, на что затрачивается много труда. Поэтому керамичес-
кие фильтры не привились и только фильтры типа Стеллара по-
лучили распространение.

МЕШОЧНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Мешочные фильтры служат лишь для отделения мути, т. е.
небольшого количества осадков, и для получения совершенно
прозрачного сока. Они являются контрольными фильтрами, ко-
торые применяют после предыдущей грубой фильтрации. Ме-
шочные фильтры применяют иногда после вакуум-фильтров и
отстойников, на которых получается мутноватый сок. Через них
же фильтруют сироп перед увариванием.

Мешочные фильтры профильтровывают сок под малым дав-
лением: жидкость поступает на них самотеком из сборника, рас-
положенного лишь на 3—4 м выше фильтра. Поэтому мешочные
фильтры и могут давать прозрачный фильтрат и удалять тонкую
муть.

Мешочные фильтры работают под малым давлением, конст-
рукция их более простая и дешевая, чем фильтрпрессов. Наи-
большее распространение па сахарных заводах имели мешочные
фильтры системы Прокша.

Филь т р с и с т е мы II р о к ш а. Филы рующнм элементом в
фильтре системы Прокша служит рамка (рис. 105) размером
700 X 700 мм\ опа изготовлена из дренирующей грубой прово-
лочной сетки или из рифленого волнистого железа (иногда при-
меняют просто ряд дренирующих цепочек). Дренирующая рам-
ка прикреплена вверху к горизонтальной трубке, имеющей снизу
щель. Один конец трубки заглушен, а другой — открыт. Рамку
помещают в мешок из фильтрующего материала так, что выстав-
ляют лишь концы трубки (верхние кромки мешка помещают на
262
трубке внахлестку и прижима
ют особой привинчиваемой пла-
стинкой, на которой устроены
две ручки).

Ряд таких одетых рамок ус-
танавливают в ящик фильтра
(рис. 106), причем открытые
концы трубок всех рамок упи-
раются в резиновые уплотняю-
щие кольца выходных отвер-
стий, устроенных в боковой
стенке ящика фильтра. Сверху
ящик закрывают герметически
крышкой с резиновыми уплот-
нениями, прижимаемой откид-
ными винтовыми барашками.

Мутный сок поступает в

Рис. 105. Рамка фильтра системы
Прокша.

нижнюю часть фильтра, заполняет его, фильтруется под давле-
нием столба жидкости через мешки внутрь дренирующих рамок,
проходит через щель в трубки рамок, вытекает через открытые

концы их в отверстия стенки ящика и по вделанным в эти от-
верстия наружным трубкам течет в желоб, пристроенный сбоку

ящика.

В каждом фильтре имеется 41 рамка с двусторонней фпльт-
руюшей поверхностью, т. е. общая фильтрующая поверхность
до 41 м2. Скорость фильтрации для сока сатураций установлена
10 л/м2 в минуту и для сиропа — 1,5 л/м2 в минуту.

Грязь оседает на поверхности мешков мешочных фильтров.
Необходимо периодически сменять рамы и мыть мешки (для
сока II сатурации 1 раз в 24 ч).

Смена рамок мешочных фильтров является очень трудоемкой
работой. Поэтому эти фильтры неперспективны. В ближайшем

Рис. 106. Механический фильтр Прокша.
Рис. 107. Гидроциклон.

будущем они будут полностью заменены,
вероятно, на патронные фильтры типа
Стеллар.

ГИДРОЦИКЛОНЫ

Все описанные фильтры предназначе-
ны для полного отделения взвешенных ча-
стиц осадка от жидкости. Но в последнее
время в ряде отраслей промышленности,
в том числе и в сахарной, начали приме-
нять гидроциклоны, которые используют
центробежную силу и выделяют из сус-
пензии более крупные частицы, но обыч-
но оставляют в ней более мелкие взвеси.
Таким образом, в гидроциклоне не про-
исходит полного выделения всех осадков.
Он классифицирует суспензию, выделяя
из нее в небольшом объеме концентрат
крупных частиц, а в остальной, большей
части суспензии все же остаются мель-
чайшие частицы.

Прибор весьма прост (рис. 107). Это
неподвижный вертикальный конус 2, при-
мыкающий к верхней цилиндрической
части /. Суспензия под избыточным дав

лением 2—5 ат (0,2—0,5 Мн/м2) подается по касательной в ци-
линдрическую часть по трубе 3 с большой скоростью. Таким об-
разом вся суспензия в гидроциклоне находится в быстром вра-

щательном движении; развивающаяся центробежная сила отбра-
сывает частицы суспензии к стенкам гидроциклона. Частицы сус-

пензии двигаются вниз и уходят с малым количеством жидкости
через нижнее отверстие 4 гидроциклона в концентрированном
виде. Большая же часть жидкости, содержащая лишь мелкие
взвеси (осветленная), уходит по верхней сливной трубе 5.

Гпдроцпклопы нашли хорошее применение для очистки из-
весткового молока от грубых частиц, песка и недопила. Диаметр
гидроциклопа 85 -100 мм, избыточное давление поступающего
известкового молока 2—3 ат. По нижней трубе удаляется до 90%
и более песка с 2% объема молока, а тонкие частицы извести

уходят по верхнему сливу.

Гидроциклоны можно также применять для очистки транс-
портерно-моечных вод от более грубых суспензии (диаметр гид-
роциклона 300 мм и более, избыточное давление входящей очи-
щаемой воды 2—2,5 ат, или 0,2—0,25 Мн/м2). Особо крупные
примеси следует предварительно отцеживать, чтобы они не за-
полняли до предела (не забивали) подающую трубу гидроцик-
лона. Более тонкие взвеси, конечно, и после гидроциклона оста-
ются в транспортерйо-моечной воде, но они не препятствуют вто-
ричному использованию этой воды.

Пытались применять гидроциклоны вместо фильтров для I и
II сатурации, причем использовали малые гидроциклоны (диа-
метром 70 мм) под избыточным давлением 5 ат (0,5 Мн/м2).
В производстве это не привилось, так как в растворе остаются
мелкие частицы (муть), которые потом уже не удается отфиль-
тровать. При обычной фильтрации без гидроциклонов муть уда-
ляется, задерживаясь более крупными частицами осадка. Можно
малое количество осадка удалять из верхнего стока, применяя
диатомиты.

Глава 7. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗВЕСТИ И САТУРАЦИОННОГО ГАЗА

ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗВЕСТИ И УГЛЕКИСЛОТЫ

Реакция. В технике сахарного производства для получения
извести и СО2 используется реакция разложения СаСО3 при
нагревании

СаСО3 -(-42,5 ккал (177,93 кдж) = СаО -f- СО.,.

Итак, для разложения г-мол СаСО3, т. е. 100 г, требуется
42,5 ккал (177,93 кдж), или на 1 кг СаСОз нужно 425 ккал
(1779,39 кдж).

Диссоциация СаСО3 происходит лишь при повышенной тем-
пературе. Чем выше температура, тем больше давление выделя-
ющегося углекислого газа (подобно тому, как с повышением
температуры увеличивается давление водяных паров): при тем-
пературе 882° С давление СО2 при разложении СаСО3 достигает
1 ат (0,1 Мн/м2), при 1000°С это давление равняется уже 3,57 ат
(0,35 Мн/м2).

Таким образом, СаСО3 при температуре ниже 900° С почти
не разлагается. Чтобы разложение шло достаточно быстро, его
ведут при температуре 1000—1100°С и не выше 1200°С, так как
при слишком высокой температуре (например, при 1300° С) об-
разуются с имеющимися примесями силикаты и алюминаты
кальция и натрия (ЗСаО-БЮг; ЗСаО-АБОз-КагО-ЗКД и т. п.).
которые, сплавляясь, обволакивают частицы СаО и препятству-
ют и дальнейшем гашению извести, т. е. получается так назы-
ваемая намертво обожженная известь, или перепал.

Материал. Материалом для получения извести служит при-
родный камень-—известняк. Хороший известняк характеризует-
ся таким составом в процентах:
Углекислый кальций (СаСО3) .... не менее 95

Гипс (CaSO^).......................не более 0,2

Щелочи (Na2O, К2О)................. » » 0,2

Углекислый магний (MgCO3) .... » » 1,5

Кремнезем (SiO2)................... » » 2,0

Вода (Н2О)......................... » » 0,5

Известняк с содержанием СаСО3 менее 92% считается уже
низкокачественным. Примеси не только снижают содержание
СаСОе, но некоторые из них оказывают специфическое вредное
влияние в производстве.

Кремнезем, давая плавкие силикаты, увеличивает количество
перепала. Куски известняка внутри печи спаиваются, образуя
«козлы» и опасное «зависание» печи. Переходя частично в рас-
твор в коллоидном состоянии, силикаты затем выделяют осадок
SiO2 на поверхности нагрева выпарки. Иногда также вследст-
вие выделения коллоидной кремневой кислоты замедляется
фильтрация.

Гипс, слабо растворимый в воде (около 0,2%), также приво-
дит к образованию осадков на выпарке.

Щелочи сплавляются с футеровкой печи, образуя силикаты,
и вызывают быстрый износ футеровки.

УСТРОЙСТВО ИЗВЕСТНЯКОВООБЖИГАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

Шахтная бельгийская печь. Для обжига известняка приме-
няют шахтные пересыпные печи. Такая печь (рис. 108) имеет
шахту кругового сечения, несколько суживающуюся кверху и
книзу. Высота шахты 11—18 м. Стенки шахты выложены из ог-
неупорного кирпича и заключены для прочности и плотности в
железный кожух. Печь опирается на железные колонны (висит).

Печь, заполненная кусками обжигаемого известняка, сме-
шанного с антрацитом (или коксом), действует непрерывно:
через каждые 2 ч из-под открытого нижнего отверстия шахты
выгребают определенное количество готовой извести, причем все
содержимое печи несколько опускается; в освободившееся про-
странство в верхней части печи через загрузочную воронку, за-
крываемую подъемным колоколом, загружают новую порцию
смеси известняка с антрацитом. Воздух для горения поступает в
открытую нижнюю часть печи, а газообразные продукты горения
в смеси с углекислым газом, выделившимся из известняка, отса-
сываются через трубу из верхней части печи газовым насосом.
В период растопки печи или при остановках насоса можно вести
(поддерживать) горение и па естественной тяге, открывая вер-
тикальную трубу, выводящую газы через крышу верхней над-
стройки печи.

Длительность пребывания известняка в печи 24 ч.

При установившейся работе печи антрацит горит в средней
ее части, где и развивается максимальная температура (1000—
266
Рис. 108. Бельгийская известняковообжигательная
печь (температура указана в °C).

1100° С) —зона обжига. Выше этой зоны температура постепен-
но уменьшается (падает) — там нет горения, потому что в газах
остается мало кислорода; газы здесь охлаждаются, подогревая
известняк и антрацит (по принципу противотока). Следователь-
но, это зона подогрева. Ниже зоны обжига температура также
падает, так как горения тоже нет, потому что весь антрацит уже
сгорел; раскаленная известь здесь постепенно охлаждается, от-
давая тепло холодному воздуху, поступающему снизу. Эту зопу
называют зоной охлаждения.

По высоте печи на зону подогрева приходится приблизитель-
но 25%, на зону обжига — 50% и на зону охлаждения — 25% ра-
бочего объема печи.

Известняковообжигательная шахтная печь хорошо использует
теплоту топлива, так как верхняя часть ее является экономай-
зером, снижающим температуру отходящих газов приблизитель-
но до 200° С, а нижняя часть —воздушным экономайзером, ис-
пользующим теплоту извести, которую выгребают при темпера-
туре 50—100° С.
Расход угля на обжиг известняка составляет около 8—10%
по его массе. Очевидно, в качестве топлива можно применять
лишь те сорта его, в которых мало содержится летучих веществ,
г. е. антрацит (а за границей обычно кокс), так как летучие
вещества выделяются в зоне подогрева, а не сгорают, следова-
тельно, они теряются без пользы и лишь загрязняют получае-
мый из печи газ. Обычно для обжига известняка применяют ан-
трацит, содержащий не более 10—12% золы и не более 5% лету-
чих веществ.

В настоящее время иногда для обжига известняка применяют
природный газ.

Известняк и антрацит подают на верх печи лифтовым подъ-
емником, работающим от электродвигателя.

Иногда встречаются бельгийские печи, у которых кирпичная
кладка доведена до основания печи, т. е. они не висят на колон-
нах. Для выгребания извести в стенках нижней части печи с трех
или четырех сторон устроены ниши и выгребные дверцы.

Механизированные печи. Недостаток описанной печи — за-
грузка и выгрузка извести вручную. Поэтому в настоящее время
строят печи с механизированными загрузкой и выгрузкой, кото-
рые, однако, в остальном ничем не отличаются от бельгийских
печей.

транспортер для извести; 4

бадья для начальной загрузки печи;
подъемник для загрузки печи; 10 —

Рис. 109. Известняковообжигательная
печь Трубостроя:

печь; 2

для извести; 13

скиповая вагонетка.

загрузочное отверстие;

изве-

стегасильный аппарат; 5

загрузочная

вагонетка; 6 — лебедка для подъема ко-
локола; 7 — указатель уровня загрузки;

штуцер для отвода газа; 11 — привод
для выгрузки извести; 12 — вагонетка
Рис. 110. Выгрузочное приспособление
Трубостроя.

Риг. III. Выгрузочная каретка.

Рис. 112. Лавер. '

Для загрузки из-
вестняка в печь приме-
няют скиповые подъем-
ники, которые работа-
ют автоматически и уп-
равляются снизу (рис.
109). Ковш, загружен-
ный известняком и топ-
ливом, в подъемнике
этого типа поднимает-
ся тросом (приводи-
мым в движение от
электродвигателя) по
наклонной эстакаде к
загрузочному отвер-
стию печи, над которым
ковш опрокидывается и
затем вновь возвраща-
ется к низу подъемни-
ка для загрузки.

Для механизированной разгрузки известняка применяют вы-
грузочное приспособление системы Трубостроя (рис. ПО и 111).
Оно состоит из четырех ступенчатых кареток, которые, двигаясь
вперед и назад, сталкивают известь со ступеньки па ступеньку,
затем сваливают ее на лотки, откуда она попадает на транспор-
тер, подающий ее к барабану системы Мика для приготовления
известкового молока. Такими выгрузочными приспособлениями
снабжены механизированные печи Трубостроя (см. рис. 109).

Лавер (промыватель). Сатурационный газ, полученный в из-
вестняковообжигательной печи, отсасывается газовым насосом,
который создает тягу, необходимую для работы печи и для по-
ступления в нее воздуха для горения топлива.

Газ нельзя направлять непосредственно в насос, так как он
загрязнен (пыль, смолы — продукты сухой перегонки топлива);
кроме того, газ, выходящий из печи, имеет высокую температуру
(150—300°С). Поэтому газ на пути к насосу пропускают через
лавер (промыватель), где он промывается и охлаждается водой
до 20—30° С.

Лавер (рис. 112) представляет собой чугунный или железный
вертикальный цилиндр, в нижнюю часть которого поступает газ
и идет вверх навстречу воде, льющейся каскадами по устроен-
ным внутри цилиндра перегородкам. Эти перегородки имеют по-
переменно или круглые вырезы в середине, или же закрывают
среднюю часть аппарата, но зато не доходят до стенок его, ос-
тавляя кольцевой проход для газа. Входная труба для газа за-
гнута вниз. По ней поступающий газ проходит в виде пузырей
через слой воды на дне лавера. Труба, отводящая использован-
ную воду из лавера, опущена в бак с водой, что создает гидрав-
лический затвор, так как в лавере имеется некоторое разрежение
до 10 см рт. ст. или до 1,30 м вод. ст. Поэтому трубу для отвода
воды изготовляют длиной не меньше 2 м. чтобы вода не засасы-
валась внутрь лавера.

Лаверы более новой конструкции имеют вместо многочислен-
ных перегородок лишь три решетки. На каждой из них положен
слой колец Рашига толщиной 500 мм (металлические или кера-
мические кольца 100 X 100 мм в нижней и 50 X 50 мм — в верх-
ней части каждого слоя). Кольца хорошо распределяют и воду
и газ. Перед лавером обычно ставят еще сухую ловушку для
твердых примесей, чтобы не засорять ими лавер.

Газ после лавера проходит через ловушку для удаления во-
ды, увлекаемой газом, и поступает па газовый насос. Вслед за
насосом устанавливается герметически закрытый объемистый
сборник для газа, или газовая внндфляша. Он нужен для обес-
печения равномерной подачи газа в сатураторы. Па виндфляше
имеется предохранительный клапан и манометр.

РАБОТА НА ИЗВЕСТНЯКОВООБЖИГАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Основные факторы работы. Количество топлива (антрацита
с теплотворной способностью около 7 тыс. ккал (29,3 тыс. кдж)
составляет около 8—10% ко всей массе обжигаемого известня-
ка. Если снизить количество антрацита, то понизится температу-
270
ра в печи и увеличится количество «недопала» в извести, т. е.
недостаточно обожженного известняка. При повышении количе-
ства антрацита температура в печи слишком поднимается (на-
пример, до 1300° С) и известь будет содержать «перепал»
(«мертвая» известь). Кроме того, будет разрушаться футеровка
печи вследствие образования с известью плавких силикатов и по
этой же причине могут образоваться «козлы» и «зависание» пе-
чи (т. е. куски извести начнут спаиваться плавкими силикатами
один с другим и с футеровкой печи, содержимое печи начнет «за-
висать»—• перестает двигаться и не будет оседать при выгрузке).

Температуру печи определяют обычно на глаз по цвету рас-
каленного камня, который можно наблюдать открывая смотро-
вые окна, расположенные в разных местах по высоте печи (см.
рис. 108 и 109): должно быть лишь светло-желтое, но не белое
каление. Получаемая известь может содержать не более 0,5°/о
недопала, но в ней совершенно не должно быть перепала.

Количество загружаемой смеси камня и угля следует регу-
лировать так, чтобы зона обжига оставалась на определенном
нормальном месте по высоте печи (положение зоны обжпга оп-
ределяют наблюдая в смотровые окна). Если уменьшить коли-
чество смеси, выгружаемой и загружаемой в печь, то воздух,
просасываемый через нее насосом в прежнем количестве, ока-
жется в избытке и начнет сжигать антрацит все в более и более
высоких зонах, т. е. зона горения начнет ненормально повы-
шаться. Наоборот, при повышении количества выгружаемых и
загружаемых материалов зона горения ненормально понизится.

Итак, при определенной производительности газового насоса
получается соответствующая определенная производительность
печи. Если требуется уменьшить ее производительность, то не-
обходимо прежде всего уменьшить количество отсасываемого га-
за, и, наоборот, для увеличения производительности печи нужно
ускорить ход газового насоса.

Однако при чрезмерном увеличении производительности печи
повышается температура уходящего из печи газа, который не
успевает достаточно охладиться в зоне подогрева материалов,
поэтому резко уменьшается коэффициент полезного действия
печи и увеличивается расход топлива. Известняк при ускоренном
ходе печи не успевает разлагаться, и количество недопала увели-
чивается. Нормальная длительность обжига известняка—24 ч
и нормальная производительность печи — 0,8 т извести на 1 л/3
емкости печи.

Величина кусков известняка и антрацита — весьма важный
фактор работы по обжигу известняка. Слишком крупные куски
медленно прогреваются, поэтому требуется больше времени для
обжпга их.

Следовательно, уменьшая размер обжигаемых кусков извест-
няка, можно увеличить производительность печи. Слишком мел-
271
кие куски известняка также вызывают затруднения: они оказы-
вают большее сопротивление движению газа, следовательно,
увеличивается разрежение в верхней части печи и в сети перед
газовым насосом, увеличивается также количество засасывае-
мого воздуха через неплотности и при загрузке камня.

Нормальные размеры кусков известняка: 100—120 мм в по-
перечнике при массе около 2 кг. Куски должны быть приблизи-
тельно одинаковыми: примесь крупных кусков вызывает недо-
пал, так как требуется больше времени для их обжига.

Куски антрацита должны иметь в поперечнике около 50 мм и
массу 50—100 г. Слишком мелкие куски чрезмерно быстро сго-
рают, вследствие чего уменьшается зона обжига в печи; очень
крупные куски, наоборот, не успевают сгорать до конца, и остат-
ки их выгребают вместе с известью.

Повышение производительности печи. Новаторам сахарной
промышленности (Коновалову и Решетнику) удавалось повы-
шать производительность известняковообжигательных печей на
50—80% > уменьшая размеры кусков известняка до 1—0,6 кг.
При этом требовался, конечно, достаточно мощный газовый на-
сос и хорошие условия его работы. Нужно было тщательно сле-
дить за работой лавера, чтобы к насосу подавался лишь хорошо
промытый и охлажденный газ.

Необходимо было также следить за точной дозировкой (по
массе) известняка и топлива для загрузки печи.

Состав сатурационного газа. Сатурационный газ при пра-
вильной работе печи содержит 30—35% СО2, 2—4% кислорода
*и 68—65% азота. В нем имеется примесь SO2 (из серы, содер-
жащейся в антраците), а иногда небольшое количество окиси
углерода (при пониженной подаче воздуха).

Наличие кислорода в газе показывает, что горение в печи
идет с избытком воздуха. Коэффициент избытка воздуха колеб-
лется от 10 до 30%- При содержании кислорода в газе менее 1 %
значительно возрастает содержание в нем СО, что указывает на
плохое использование топлива.

Пониженное иногда содержание СО2 в газе (например, 25%)
объясняется вредным присосом воздуха в верхней части печи,
особенно в загрузочной воронке и в газовой трубе, находящейся
под разрежением (до насоса).

Расход топлива, количество СО2. Так как для разложения
1 кг СаСО3 требуется 425 ккал (1779,39 кдж), то на 100 кг
СаСО3 теоретически нужно было бы затрачивать антрацита с
теплотворной способностью 7000 ккал (29307,6 кдж) «условно-
го» топлива.

100 • 425

7000

6,1 кг.
На самом же деле расход антрацита составляет 8—10 кг.
При расходе его 9 кг коэффициент полезного действия печи бу-
дет

6,1 • 100
—-------= 67,8%.

я» г,

Остальные 32,2% тепла теряются (главным образом с горя-
чим сатурационным газом и на лучеиспускание и теплопровод-
ность) .

Из 100 кг СаСОз выделится 44 кг СО2 (сообразно с молеку-
лярными массами). Кроме того, СО2 образуется и при горении
антрацита. Положим, что израсходовано 9 кг антрацита с со-
держанием 82% углерода, т. е.

9-82

= 7,38 кг углерода.

100

Этот углерод дает

7,38 44

= 27 кгСО2,

где 44 — молекулярная масса СОг;

12 — атомная масса углерода.

Итак, всего имеем

СО2 = 44 4- 27 = 71 кг,

тогда как для сатурации, т. е. для обратного превращения СаО
в СаСОз, требуется лишь 44 кг СО2. Следовательно, в сатура-
ционном Тазе имеется избыток углекислоты и ее вполне хватит
для сатурации, если средний коэффициент использования сату-
рационного газа па 1 и II сатурации будет не ниже

44 • 100

= 62%-

ПОЛУЧЕНИЕ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА

Известь для получения известкового молока гасится промоя-
ми из фильтров в известегасильном аппарате системы Мика. При
этом окись кальция превращается в гидрат окиси

СаО + Н2О = Са (ОН)2 -г 14,6 ккал (61,13 кдж).

Реакция гашения извести экзотермическая: на 56 г ее (г-мол
СаО) выделяется 14,6 ккал (61,13 кдж) тепла, или на 1 кг —
261 ккал (1093 кдж). При гашении куски извести разрушаются
и гидрат окиси кальция получается в виде тонкой суспензии —
«известкового молока».

Известегасильный аппарат (рис. 113) представляет собой го-
ризонтальный цилиндрический барабан, который вращается на
273
роликах, являющихся его опорами. Внутри барабана укреплены
по винтовой линии лопатки, перемешивающие куски извести с во-
дой и двигающие к концу барабана неразгасившиеся куски не-
допала. Здесь они выбрасываются из барабана по наклонной
плоскости. Известковое молоко вытекает из этого же конца ба-
рабана. В другой конец его, 'куда подается известь для гашения,
поступает также и промой для получения известкового молока.

При недостаточной подаче промоев температура при гашении
поднимается так высоко, что сахар, содержащийся в промоях,
может разлагаться с образованием темноокрашенных карамелей.
Поэтому нужно поддерживать бесперебойную равномерную по-
дачу промоев в аппарат. Обычно температура известкового мо-
лока бывает около 65° С.

Барабан аппарата делает 3 об/мин.

Из пзвестегасильного аппарата Мика известковое молоко
через сито поступает в горизонтальную корытообразную песко-
ловушку системы Русселя — Дорошенко. Это — полуцилиндриче-
ское корыто 1 (рис. 114). Оно разделено поперечными перего-
родками 2 на 14 отделений. В каждом отделении двигаются чер-
паки 3, прикрепленные к валу 4, делающему 2, 3 об/мин от элек-
тродвигателя 5. Черпаки (по одному для каждой секции) захва-
тывают со дна песок по всей ширине секций и передают его в
специальные карманы соседних секций, расположенных ближе к
тому концу, куда поступает известковое молоко (к правому).
Такое перемещение песка достигается благодаря тому, что чер-
паки по всему их периметру имеют бортики, кроме сливной сто-
роны. Песок, попавший в карман, опускается на дно следующей
секции. Известковое молоко, очищаясь, переходит переливом
через борта перегородок к левому концу ловушки. Песок, пере-
брасываясь, доходит до правого конца к наклонному шнеку и
удаляется из аппарата.

В настоящее время для полного удаления частиц недодала и
перепала с большим успехом пользуются также гидроциклонами..

Рис. 113. ИзвестегасиЛьный аппарат.
Рис. 114. Пескоотделитель системы Русселя — Дорошенко.

Известковое молоко, освобожденное от песка, поступает в верти-
кальную мешалку, где доводится до определенной плотности (от-
носительная плотность 1,19; содержит в 1 л 255 г СаО, см. При-
ложение, табл. 5) путем добавления промоя. Если же известко-
вое молоко оказывается пониженной концентрации, то уменьша-
ют подачу промоя.

Регулирование концентрации известкового молока позволяет
точнее дозировать известь, идущую на дефекацию.

Глава 8. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СОКА

Кроме главной очистки сока на дефекации и сатурации, при-
меняют еще дополнительные методы очистки, чтобы получить
более прозрачный сок или снизить его цветность. При этом ко-
личество удаляемых несахаров весьма мало, т. е. чистота сока
остается почти без изменения.

К таким дополнительным методам очистки относится имею-
щая всеобщее распространение сульфитация сока, т.е. уменьше-
ние цветности его путем пропускания сернистого газа. Фильтра-
ция с добавлением кизельгура для удаления из сока тонкой мути
применяется во всех современных фильтрах для топкой контроль-
ной фильтрации, па что ужеНыло указано.
СУЛЬФИТАЦИЯ

Цель и химизм сульфитации. При пропускании сернистого
газа в сок в растворе получается сернистая кислота

SO24-Н2О = H2SO8,
являющаяся сильным восстановителем.

Как известно, органические окрашенные вещества всегда со-
держат непредельные хромофорные группы. При восстановле-
нии их сернистой кислотой по месту двойных связей присоеди-
няется водород и окрашенные вещества превращаются в бесцвет-
ные лейкосоединения, а сернистая кислота частично переходит в
серную. Эффект обесцвечивания может достигать 30%.

Сок в процессе сульфитации не очищается: окрашенные ве-
щества обесцвечиваются, но не удаляются из раствора. Лейко-
соединения, окисляясь кислородом воздуха, могут вновь дать
окрашенные вещества (на практике, правда, этого обычно не на-
блюдается, так как окислению лейкосоединений препятствуют
остающиеся в соке K2SO3 и следы H2SOs).

Кроме обесцвечивания, сернистая кислота понижает щелоч-
ность сока, так как дающий щелочную реакцию карбонат калия
заменяется нейтральным сульфитом

К21 СО'з + Н2 | SO3 = К2 j SO3 + н,о + со2.

Эта реакция полезна для сахарного производства, так как в
результате ее значительно понижается вязкость сиропов, что
облегчает кристаллизацию сахара и отделение кристаллов от
маточного сиропа. Снижение вязкости соков является второй
важной задачей сульфитации.

После сульфитации сок имеет лишь слабую щелочную реак-
цию на фенолфталеин (т. е. pH 8,5) или даже совсем не дает с
ним никакой окраски, но дает все же красную окраску с инди-
катором крезоловым красным (т. е. имеет pH 8).

Кислая реакция на крезоловый красный после сульфитации
недопустима, так как это вызывало бы инверсию сахарозы.

Место сульфитации в технологической схеме. На большинст-
ве заводов сульфитируют сироп, получаемый после выпарки. Пос-
ле сульфитации сироп нагревают в подогревателе до температуры
85° С и фильтруют.

Следует сульфитировать не только сироп, но и фильтрован-
ный сок II сатурации перед выпаркой. Это полезно: при сульфи-
тации перед выпаркой сок не только снижает цветность, но и
предохраняется от потемнения во время выпаривания, так как
образовавшийся в соке K2SO3 продолжает действовать как обес-
цвечивающий фактор.

Сульфитацию сатурационного сока ведут обычно до слабой
реакции на фенолфталеин (pH 8,5), а сироп в этом случае
276
870--------

Рис. 115. Сернистая печь.

сульфитируют до нейтральной реакции на фенолфталеин, но ще-
лочной на крезоловый красный, т. е. до pH 8.0*.

После сульфитации сатурационный сок еще раз фильтруют.

Получение сернистого газа. Сернистый газ получается на са-
харных заводах обычно путем сжигания серы во вращающихся
сернистых печах (рис. 115).

Печь представляет собой чугунный горизонтальный ци-
линдр 1, переходящий по концам в усеченные конусы. Она вра-
щается на роликах, делая 0,5 об/мин. Движение передается через
шестерню от электродвигателя с редуктором (на рисунке не по-
казаны). Вдоль внутренних стенок цилиндра устроено шесть ре-
бер, способствующих равномерному распределению и горению-
расплавленной серы по всей внутренней поверхности барабана.
Труба, отводящая газ, входит в корпус барабана на ’/з его дли-
ны.. Получается газ для сульфитации, содержащей около 15%
SO2, который из печи идет в охладитель 2 с двумя вертикальны-
ми перегородками, удлиняющими путь газа. На этом пути газ
охлаждается водой, омывающей стенки охладителя и его пере-
городки. Воздух и полученный газ просасываются через печь и
охладитель вентилятором, находящимся перед сульфптатором.

Сульфитатор устраивают оросительного типа (рис. 116). Он
заполнен не соком, а сернистым газом. Сок же в виде дождя
проходит сквозь несколько решеток. Внизу устроен гидравличе-
ский затвор для уходящего сульфитированного сока. В таком
сульфитаторе просасываемый газ не встречает сопротивления

* Сок па выпарке должен быть щелочным на фенолфталеин, иначе весьма
усиливается коррозия трубок выпарки.
Рис 116. Сульфитатор
оросительного типа.

столба сока. Поэтому тягу легко мож-
но создать, устанавливая вентилятор
после печи. Таким образом, сернистая
печь работает под разрежением.

Еще лучше ставить вентилятор не
после печи, а после сульфитатора. Тог-
да и сульфитатор работает под разре-
жением, а вентилятор делается уже
эжектором, удаляющим воздух лишь с
малым содержанием сернистого газа.
Поэтому он почти не подвергается кор-
розии.

Для снижения щелочности сока II
сатурации на 0,01% СаО требуется на
1000 ц свеклы 9,5 кг серы (при коэф-
фициенте использования SO2 — 75%).

КИЗЕЛЬГУР

Цель применения. Тонкая муть
обычно проходит в небольшом количе-
стве через ткань фильтра. Для получе-
ния более прозрачного («блестящего»,
а не матового) фильтрата полезно
прибавлять к фильтруемой жидкости
какой-нибудь тонкий пористый нерас-

творимый порошок, который при фильтрации образовывал бы на
ткани фильтра пористый слой, задерживающий даже самую тон-
кую муть. В качестве такого вспомогательного вещества, для
фильтрации пользуются кизельгуром. Однако не всякий кизель-

гур пригоден для этой цели.

Сорта кизельгура. Кизельгуром (кремневая земля) назы-
вается тонкий порошок, состоящий главным образом из аморф-
ной кремниевой кислоты SiO2. Имеются кизельгуры двух типов:

•трепелы и диатомиты.

Диатомиты состоят в основном из панцирей микроскопиче-
ских водорослей — диатомей (рис. 117), т. с. имеют органическое
происхождение. Диатомит представляет собой чрезвычайно по-
ристый волокнистый порошок малой объемной массы; он задер-
живает все суспендированные частицы из фильтруемой жидкости
и в то же время не слишком затрудняет фильтрацию.

Трепел — порошок чисто минерального происхождения (обыч-
но вулканического); состоит он из плотных зерен аморфного
кремнезема. Объемная масса его выше, чем у диатомита; жид-
кость профильтровывается через него лишь с большим трудом,
вследствие чего для фильтрации в сахарной промышленности он
не применяется. Там используются лишь диатомиты.
Качество диатомита
сильно понижается, если
к нему примешана глина,
так как тонкие частицы
глины уменьшают прони-
цаемость диатомита’ и
скорость фильтрации рез-
ко снижается. Диатомит
должен быть хорошо из-
мельчен и просеян. Жела-
тельно также диатомит
прокаливать при темпера-
туре 600—800° С, так как
это значительно улуч-
шает его фильтрующую
способность; вероятно,
тонкие частицы глини-
стых примесей приплав-
ляются к частицам диа-

Рис. 117. Микрофотография диатомита.

томита, фиксируются та-
ким образом и нс препят-
ствуют фильтрации. Поэтому еще энергичнее (раз в десять) улуч-
шается пропускная способность диатомита при прокаливании
с примесью 3,5% хлористого натрия (плавень) при температупе
700—800° С.

В СССР залежи диатомита находятся во многих местах, на-
пример, близ Инзы, на западе Ульяновской области. Лучший диа-
томит отличается малой объемной массой (200—300 г/л); он>
должен быть почти совершенно свободен от примеси глины или
мела; на 90% состоять из аморфного кремнезема (растворимого'
в едком натре): содержать не более 2% песка и не более 3%
А120з; не окрашивать сахарных растворов.

Применение диатомита. Для получения совершенно прозрач-
ного блестящего сиропа можно перед последней его фильтрацией
через патронные фильтры добавлять к нему диатомит в количе-
стве 0,1—’0,2% по массе сухих веществ сиропа. Но лучше гото-
вить суспензию диатомита в аммиачной воде, фильтровать ее
предварительно через фильтр, готовый к работе, создавая таким
образом слой диатомита на его фильтрующей поверхности, и за-
тем уже фильтровать сироп через этот слой диатомита. Получае-
мый благодаря применению диатомита вполне прозрачный сироп
лучше уваривается в вакуум-аппаратах на кристаллы; в полу-
ченном сахаре не содержится включений нерастворимых частиц
мути. Применяют диатомит и для контрольной фильтрации сока
I и П сатурации.

Действие диатомита чисто механическое. Никаких растворен-
ных веществ из соков и сиропов он пе адсорбирует и не удаляет.
Глава 9. ФИЗИКО-ХИМИЯ И ВАРИАНТЫ РАБОТЫ
ПО ОЧИСТКЕ СОКА

КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ ВОДОРОДА В СОКАХ, ПОЛУЧАЕМЫХ
НА САХАРНОМ ЗАВОДЕ

В ряде случаев контроля процесса свеклосахарного производ-
ства обычное определение щелочности путем титрования не дает
надежных показаний, вследствие чего необходимо определять
pH (хотя бы посредством индикаторных бумажек). Например,
•оптимум предварительной дефекации и I сатурации лежит при
pH 11,0, тогда как титруемая щелочность в этой оптимальной
точке может колебаться в довольно широких пределах в зависи-
мости от качества сырья (табл. 20). Щелочность сульфитирован-

Таблица 20

Значения pH на разных станциях производства

Значения pH Станция, на которой наблюдаются эти значения pH Индикатор и цвет его в щелочной среде и в кислой среде
3,5 При оптимуме коагуляции белков
4,5 При нейтральной реакции на метиловый оранжевый 1 J Метиловый оранжевый (жел- тый—красный)
6,0—6,5 В диффузионном соке
7,0 При абсолютно нейтральной реакции Лакмус (синий — красный)
7.5—8,0 В сиропе после сульфитации Крезоловый красный Хкрас- ный — желтый)
8,4 При реакции нейтральной на фенолфталеин Фенолфталеин (красный—бес- цветный)
9.0—9,5 На II сатурации Тимоловый синий (синий — желтый)
10,8—11,2 На I сатурации [и предвари- тельной дефекации Тимолфталеин (синий—бес- цветный)
12,0 На основной дефекации

ного сока или сиропа путем титрования часто вообще нельзя
определить, так как на фенолфталеин они нс дают щелочной
реакции. Необходимо иными способами (например, на крезоло-
вый красный) убеждаться, не имеют ли эти продукты кислой
реакции, т. е. не ниже ли 7,0 значение pH и нет ли опасности ин-
версии сахарозы.

Прежде для предотвращения инверсии сахарозы (для полной
гарантии) требовали, чтобы вообще все продукты сахарного за-
280
вода были щелочными на фенолфталеин. Инверсии, действитель-
но, при этих условиях не было, но кристаллизация сахара и ува-
ривание затруднялись.

Следует, однако, иметь в виду, что pH мы определяем обычно»
лишь при комнатной температуре и он не идентичен тому pH,,
какой имел сок при нрвышенной температуре, так как при повы-
шении температуры в большей степени проходят процессы гидро-
лиза, меняющие pH.

Измерением pH при повышенной температуре много занимал-
ся Шпенглер. Найдено, например, что сок II сатурации, имеющий
при температуре 20° С pH 9,5, при нагревании до 100° С снижает
pH до 8,0. Однако при реакции, близкой к нейтральной (pH 7,0—
7,5), это понижение pH при нагревании оказывается значительно
меньшим (не на 1,5, а, например, лишь на 0,5).

Таким образом, опасение будто бы в соке, имеющем при ком-
натной температуре pH 7,5, все-таки при повышенной темпера-
туре может идти значительная инверсия сахарозы, не обосновано.

Кроме того, для сахарного производства важное значение
имеет активная щелочность, а не pH. Правда, pH 4- рОН =
= —1g Ко и для 25° С pH + рОН = 14. Но при повышенной тем-
пературе степень диссоциации воды гораздо больше (табл. 21)
и соотношения совсем иные.

Таблица 21

Электролитическая диссоциация воды в зависимости от температуры

Температура, °C 0 18 25 50 100
К01014=[Н-].[ОН'].1014 pH - | рОН pH нейтральной среды 0,114 15,94 7,97 0,570 14,23 7,12 1,01 14,00 7,00 5,47 13,26 6,63 59 12,24 6.12

Нейтральная среда при температуре 25° С, действительно, ха-
рактеризуется pH 7,0, но при температуре 50° С нейтральной точ-
ке соответствует pH 6,63, а при 100° С даже pH 6,12. При 25° С
н pH 11, рОН = 14—11 = 3и {ОН'] = 10~3 = 0,001 н.; при том же
pH 11, но при 100° С окажется, что рОН — 12,24—11,0 == 1,24, т. е.
(ОН'] = 10—1=24 = 0,058 н. Итак, при одном и том же pH концен-
трация ионов гидроксила при 100° С оказалась в 58 раз больше.

В практике сахарного производства контроль процессов по
количественным определениям pH все же мало применяется но
двум причинам: 1) вследствие сложности электрометрических
определений, 2) ввиду того что, как сказано, pH, определенный
при комнатной температуре, не совпадает с pH горячего сока.
Однако входят в употребление и приносят большую пользу цвет-
ные индикаторы для контроля основных станций сахарного заво-
да: тимолфталеиновая бумажка—для I сатурации и для предва-
рительной дефекации (pH 11); бумажка, пропитанная тимоло-
вым синим,— для II сатурации (pH 9—9,5); раствор крезолового
красного — для сульфитации (pH 7,5—8).

Электрометрические определения pH с появлением потенцио-
метров со стеклянными электродами также стали весьма просты-
ми, доступными и надежными. Поэтому следует считать обяза-
тельным частое определение pH диффузионного сока, особенно
при диффузионных аппаратах непрерывного действия: снижение
pH ниже 6 в середине аппарата означает развитие микроорганиз-
мов и необходимость мер борьбы с ними во избежание потерь
сахара.

Автоматизация I и II сатурации также ведется при помощи
непрерывно действующих автоматических потенциометров (со
стеклянными или сурьмяными электродами). Появились также
потенциометры, позволяющие определять pH при повышенных
температурах.

ФАКТОРЫ И ВАРИАНТЫ ОСНОВНОЙ, ИЛИ ГЛАВНОЙ, ДЕФЕКАЦИИ

Сущность и значение. Название «Основная, или главная, де-
фекация» оставлено лишь по традиции, по существу же эта дефе-
кация совсем и не основная, и не главная, так как все быстроиду-
щие реакции осаждения несахаров и коагуляции белков, ведущие
к повышению чистоты сока, проходят уже раньше — на предва-
рительной дефекации. На долю же основной дефекации остают-
ся лишь реакции разложения, отнюдь не повышающие чистоты
сока, а немного понижающие ее и ведущие к увеличению цвет-
ности сока и к повышению содержания солей кальция в нем. •

При разложении амидов выделяется аммиак, но образуются
растворимые соли кальция аминокислот, при разложении реду-
цирующих веществ получается ряд кислот, тоже дающих соли
кальция, да еще и окрашенные. Цветность особенно усиливает-
ся, так как это щелочное разложение моносахаров происходит
в присутствии аминокислот, причем образуются весьма сложные,
очень сильно окрашенные соединения «меланоидины», открытые
Майяром [5]: они содержат азот.

Разложение пектина и превращение его в пектовую кислоту
приводят к затрудненной фильтрации сока 1 сатурации. И пек-
тин, и пектовая кислота дают нерастворимые соли кальция—
пектинаты и пектаты. По нектинат кальция гораздо легче от-
фильтровывать, чем образующийся после разложения особенно
желатинозный и трудноотфильтровываемый пектат кальция (Об-
щая литература, 9, стр. 77).

Реакции разложения проходят далеко не моментально. По-
этому их можно задержать, снижая или длительность, или тем-
пературу дефекации, или то и другое. Такая работа почти без
основной дефекации дает очищенный сок с несколько повышен-
282
ной чистотой (на 0,3—0,5%), с меньшей цветностью и с меньшим
содержанием солей кальция [6]; кроме того, значительно увели-
чивается скорость фильтрации сока I сатурации. Однако эти хо-
рошие качества сока удается сохранить лишь в том случае, если
предотвратить продвижение незаконченных реакций разложения
на дальнейших этапах сахарного производства, т. е. быстро вы-
полнять I и II сатурацию, проводить углубленную сульфитацию
перед выпаркой, например до pH 7,5. Если же на выпарку будет
поступать сок с pH 9,5, то при выпаривании будет наблюдаться
значительное падение щелочности и нарастание цветности вслед-
ствие идущих там реакций разложения. Катализатором для этих
реакций являются ионы гидроксила, концентрация которых при
pH 9,5 в 100 раз больше, чем при pH 7,5.

Подобную работу без реакций разложения ведут на тростни-
ковосахарных заводах, так как сахарный тростник всегда содер-
жит значительные количества редуцирующих веществ, и, если
допустить разложение их, то получился бы чрезмерно окрашен-
ный сок. Поэтому там работают при низких pH, и редуцирующие
вещества в неразложенном состоянии проходят по всем станциям
завода и удаляются с мелассой.

Подобная же работа почти без реакций разложения осуще-
ствлялась в США и на свеклосахарных заводах. Однако в на-
стоящее время при применении отстойников в качестве грязесгу-
стителей уже нельзя рекомендовать работу без дефекации или
с уменьшенной дефекацией, так как в отстойниках сок I сатура-
ции долгое время (2 ч) находится при высокой температуре
(80—85° С) и высоком pH (11). Поэтому здесь, конечно, идет
разложение редуцирующих веществ, т. е. значительно нарастает
цветность и повышается содержание солей кальция.

Если бы эти вредные процессы прошли на дефекации, то сок
все же был бы улучшен путем адсорбции на I сатурации. Поэто-
му при наличии отстойников нужно применять достаточно углуб-
ленную дефекацию (например, 10 мин при 80—85° С), чтобы
в отстойник поступал «прочный» сок, не содержащий редуцирую-
щих веществ.

Рассмотрим детальнее варианты работы на дефекации по от-
дельным факторам.

Продолжительность дефекации. Как уже сказано, для разло-
жения редуцирующих веществ и получения устойчивого сока
требуется 10-минутная дефекация при 80° С. Однако для облег-
чения фильтрации иногда применяют ускоренную дефекацию.

Сюда относится так называемая моментальная дефекация,,
предложенная Л. М. Агеевым [7], при которой обходятся совсем
без специальной дефекации, а известковое молоко вместе с диф-
фузионным соком поступает непосредственно в верхнюю часть
решетчатого сатуратора. Здесь все же имеется хотя и слабая, но
очень быстрая дефекация, так как в верхней части сатуратора
283
щелочность еще высокая. При моментальной дефекации весьма
ускоряется фильтрация (раза в 2), но повышается цветность со-
ка. При переработке испорченной свеклы, богатой растворимы-
ми пектиновыми веществами, дающей очень плохо фильтрую-
щийся сок, этот метод работы иногда применяется.

В США при работе с возвратом очень большого количества
нефильтрованного сока I сатурации (около 700%) и при приме-
нении сатуратора Бенинга дефекация почти полностью отсутству-
ет (см. ниже —о I сатурации). Здесь известковое молоко тоже
подается в верхнюю часть сатуратора, но оно, кроме того, раз-
бавляется семикратным количеством возвращаемого отсатуриро-
ванного сока. Как и следовало ожидать, получается очень легко-
отстаивающийся и фильтрующийся, но неустойчивый сок, значи-
тельно повышающий цветность и содержание солей кальция в
период декантации в отстойнике, что и установлено работами
О. Виклунда [8].

Все же при одновременной дефекации и сатурации весьма
облегчается фильтрация: одновременно направляют в сатуратор
и диффузионный сок, и струю известкового молока, и углекислый
газ, регулируя скорость подачи таким образом, чтобы поддержи-
валось за все время сатурации одно и то же оптимальное значе-
ние pH 11. В результате ни на один момент pH не поднимается \
до высоких значений, характерных для основной дефекации, пек-
тин не превращается в пектовую кислоту, не образуется за-
трудняющих фильтрацию кальциевых солей декстрана и фильт-
рация сока I сатурации идет легко даже при переработке подмо-
роженной и значительно испорченной свеклы. При работе с
хорошей свеклой этот метод позволяет снизить расход извести.
Предложившие этот метод «одновременной дефекации и сатура-
ции» или «дефеко-сатурации» Дедек и Вашатко [9] объясняют
достигнутое улучшение фильтрации укрупнением частиц осадка
СаСОз, который выпадает здесь при меньшей концентрации из-
вести, благодаря чему образуется гораздо меньше центров крис-
таллизации.

Еще лучший эффект получается при дефеко-сатурации с вре-
менным псресатурированием до pH 9—9,5 (и щелочность 0,02—
0,01% СаО). Такое пересатурирование Бетгер рекомендует [10]
выполнять, когда уже добавлено 60% всей извести. В этот мо-
мент на время прекращают дальнейший приток извести, получа-
ют нужное перссатурпровапие и затем добавляют остальные 40%
извести одновременно с сатурацией при постоянном оптималь-
ном pH 11. Быть может, при пересатурировании растворяются
особенно мелкие частицы осадков кальциевых солей, а при даль-
нейшей дефеко-сатурации вновь выпадают, наращивая более
крупные частицы.

Температура. Понижение температуры дефекации должно
влиять так же, как и ускорение ее: реакции разложения снизят-
284
ся и можно ожидать более легкой фильтрации. Это и подтверди-
лось при испытании метода А. К. Карташева [11], при котором
диффузионный сок проходил через холодную предварительную
дефекацию, холодную 10-минутную основную дефекацию, нагре-
вался до 90° С и сатурировался. Фильтрация шла легче, что осо-
бенно было заметно При работе с испорченной свеклой. Чтобы
обеспечить разложение редуцирующих веществ, рекомендовалось
перед II сатурацией проводить особую II дефекацию с 0,2% СаО
в течение 5 мин. Перед выпаркой для обесцвечивания рекомен-
довалась сульфитация.

Интересно предложение Вашатко [12, 13]: прибавлять всю из-
весть для дефекации при перемешивании смеси около 5 мин на
холоду (например, после холодной предварительной дефекации
при 60° С), а затем нагревать смесь до 90° С и выдерживать
5 мин при этой температуре. На холоду известь более раствори-
ма и после нагревания она не успевает опять выпасть в осадок,
действует энергично при повышенной концентрации и темпе-
ратуре, разлагая быстро и полностью редуцирующие ве-
щества.

Мокрая и сухая дефекация. Обычно процесс дефекации ведут
при помощи известкового молока (мокрая дефекация), но можно
дефековать также спуская куски негашеной извести непосред-
ственно в диффузионный сок в дефекаторе (сухая дефекация).
При сухой дефекации в раствор переходит в 1,5 раза больше из-
вести (пересыщенный раствор, получаемый при растворении
весьма тонких частичек, о чем уже говорилось в главе об образо-
вании сахаратов кальция): вместо обычных 0,25% растворяется
0,35% извести.

В связи с этим реакции разложения проходят несколько бы-
стрее. Очистка сока получается такая же, как и при мокрой де-
фекации. Можно было бы опасаться разложения сахара при га-
шении извести в диффузионном соке вследствие местных пере-
гревов, но опытами такое явление не обнаружено.

Недостатки сухой дефекации кроются в неудобстве манипу-
лирования с кусками негашеной извести, неточности ее дозиро-
вания. Поэтому она очень мало применяется.

Количество извести. Теоретически для дефекации совсем
не требуется 2—2,5% извести по массе свеклы, которые обычно
применяются на сахарных заводах, а достаточно уже 0,3%, т.е.
в 7 раз меньше. Работа с меньшими количествами извести имеет
ряд преимуществ: 1) меньший расход известняка; 2) меньшая за-
грузка транспорта на подвоз известняка; 3) меньший расход теп-
ла на обжиг известняка и на I сатурации; 4) получение дсфеко-
сатурационной грязи, более ценной как удобрение и в меньшем
количестве, следовательно, освобождение от обременительного
отброса.
Ввиду перечисленных преимуществ становится понятным
стремление сахаротехники к уменьшению расхода извести на де-
фекацию.

Однако при уменьшении расхода извести мы сталкиваемся
с рядом затруднений в производстве, которые сводятся к следую-
щему: 1) ухудшается фильтрация сока, так как грязь делается
слизистой, заклеивающей поры фильтра; 2) сатурационный сок
оказывается повышенной цветности с большим количеством солей
кальция и с пониженной чистотой, так как с уменьшением коли-
чества извести уменьшается и эффект адсорбции на сатурации.

Предложен ряд способов для уменьшения расхода извести
с одновременным устранением вредных последствий этого.

Для улучшения фильтрации предлагалось заменять часть из-
вести мелом или кизельгуром, внося вместо 2 лишь 1 % извести
и, кроме того, 1 % мела или кизельгура. При этом фильтрация
действительно улучшается, но адсорбция остается все-таки пло-
хой, так как ни мел, ни кизельгур не обладают адсорбционными
свойствами свежеосажденного СаСОз, следовательно, по цвет-
ности и солям кальция при таком методе работы получаются
ухудшенные показатели. Кроме того, преимуществом при этом
способе является лишь уменьшение количества обжигаемого из-
вестняка, но ничего не выгадывается ни на транспорте, ни на
удобрительных качествах и количестве грязи. Поэтому способ-
замены извести мелом или кизельгуром на практике не привился.

Шпенглер и Беттгер [14] дали схему очистки сока с малым
количеством извести; предлагается вносить лишь «оптимальное»
количество извести до pH 11 (0,2—0,3%) и после нагрева до
температуры 85° С фильтровать сок без сатурации. Затем под-
вергать фильтрованный сок I сатурации, добавляя 0,1% СаО, и
сок II сатурации — также с добавлением 0,1% СаО. Осадки
СаСО3 с I и II сатурации добавляют на дефекацию, чтобы облег-
чить отфильтровывание осадка. Следовательно, всего затрачи-
вается около 0,5% СаО, но схема сложная и первая фильтрация
будет затрудненной, а очистка сока — хуже.

ТЕОРИЯ И ВАРИАНТЫ I САТУРАЦИИ

Коллоидный СаСО3 на сатурации. В тот период сатурации,
когда раствор еще имеет значительную щелочность (например,
0,15% СаО), наблюдается, что жидкость при сатурировании
сильно пенится, выпадающий осадок СаСО3 имеет желатинозный
характер, не оседает в пробе па ложке и весьма плохо фильтру-
ется, причем оказывается, что этот осадок содержит и СаО и са-
хар. Лишь после снижения щелочности сатурируемого сока при-
близительно до 0,10% получается легкооседающийся и фильтру-
ющийся осадок СаСОз и уменьшается образование пены. Эти
явления настолько явны, что сатуратчик по быстроте оседания
286
осадка на ложке может приблизительно определить степень ще-
лочности отсатурированного сока.

Здесь мы имеем процесс коллоидный — пептизирующее дей-
ствие щелочного раствора сахарозы на осадок СаСО3.

В первые моменты пропускания сатурационного газа (угле-
кислоты) в отфильтрованный от избытка извести сахарат каль-
ция какой бы то ни было осадок отсутствует совершенно; по-ви-
.димому, здесь получаются комплексные растворимые соединения
СаСО3 с сахарозой и избытком СаО. При дальнейшем пропуска-
нии углекислоты образуются желатинозные растворы — золи
СаСОз, где каждая частица его (не молекула, а группа молекул)
связана с группой молекул СаО, сахарозы и воды. При уменьше-
нии щелочности (дальнейшее сатурирование) золи становятся
нестойкими, желатинируются и выпадает гель СаСО3, также свя-
занный уже с меньшим количеством адсорбированного сахарата
кальция. При дальнейшем понижении щелочности (до 0,1 %
СаО) гель постепенно переходит в кристаллический, хорошо
фильтрующийся осадок СаСО3.

Все эти промежуточные комплексные образования и гели на-
зываются «углекальциевыми сахаратами» и могут быть изобра-
жены схемой

(сахароза)^ (СаСО3)у - (СаО)г,
где х и z постепенно уменьшаются по мере того, как процесс са-
турирования идет дальше и щелочность падает.

Образование комплексных соединений, золей и гелей СаСО3
в присутствии сахара и щелочи наблюдается еще резче, если по
лучение СаСО3 вести не при помощи СО2, а посредством соды
(Общая литература 9, стр. 55):

Са- • | (ОН)' + Naj | СОз=СаСО3 + 2Na' | ОН'.

При этих условиях раствор оказывается более щелочным
(Na | ОН'), вследствие чего явление образования золей выступа-
ет резче: к раствору сахарата кальция можно прилить постепен-
но почти полное количество Na2|CO", достаточное теоретически
для осаждения всей извести, и осадка все-таки еще не получится.
При дальнейшем приливании раствора соды иногда вся жидкость
полностью желатинируется.

При стоянии из такого геля постепенно выпадают крупные
кристаллы СаСОз-6Н2О. Условием образования комплексных
соединений, золей и гелей СаСО3 является наличие сахара и ще-
лочи (безразлично NaOH или извести): щелочной сахарный рас-
твор пептизирует СаСО3.

Раствор Ca’j (ОН)2 (известковая вода) с содой сразу дает
кристаллический осадок СаСО3, так как здесь имеется щелочь,
но нет сахара, и золь не образуется. При действии соды на рас-
твор Са"|С12, хотя бы и в сахарном растворе, также сразу вы-
падает кристаллический СаСО3, так как здесь имеется сахар, но
нет щелочи. Из щелочно-сахарных золей СаСОз он немедленно
выпадает в кристаллическом виде, если нейтрализовать щелочь,
например соляной кислотой, или если прибавить NH4C1, так как
при этих условиях понижается активная щелочность (образуется
слабодиссоциированный NH4OH).

Если на кристаллический порошок СаСО3 действовать щелоч-
ным сахарным раствором, то он частично пептизируется, делает-
ся желатинозным и трудноотфильтровываемым; образуются
сильно гидратированные частицы, содержащие сахарозу и
щелочь.

Такие же явления наступают при действии щелочного раство-
ра сахара и на другие нерастворимые или плохо растворимые
соли кальция (СаС2С)4, CaSO4 и пр.) и на такие соединения, как
Fe(OH)3, Cu(OH)2. Здесь мы имеем общий уетод получения от-
рицательных золей. Между прочим, это свойство не одной лишь
сахарозы, но вообще органических полиоксисоединений, как это
видно из опытов А. В. Думанского с сотрудниками (маннит, вин-
ная кислота, глицерин и т.п.).

Нами уже отмечалось выше, что все нерастворимые соли
кальция немного растворяются в присутствии сахара и ще-
лочи.

При пониженной температуре сатурации (например, ниже
70°С) образуются золи и гели СаСО3 и появляется большое ко-
личество пены. Чрезмерное пенообразование мешает прово’дить
процесс I сатурации на холоду (например, при температуре
40—50° С).

Адсорбция на I сатурации. Адсорбция — свойство весьма
многих растворенных веществ накопляться в большей концентра-
ции на поверхности частиц осадков, вообще во всяких поверх-
ностных слоях раствора, на обычной поверхности жидкости, на
поверхности пузырьков пены и т. п. Адсорбируются так называ-
емые поверхностно-активные вещества, т. е. обладающие способ-
ностью понижать поверхностное натяжение растворителя.

Эти вещества, способные адсорбироваться, вредны для сахар-
ного производства, так как они могут адсорбироваться и поверх-
ностью кристаллов сахара, загрязняя их и препятствуя кристал-
лизации. Поэтому необходимо их удалять. Способностью адсор-
бироваться и пользуются для удаления поверхностно-активных
веществ: образующийся в процессе сатурации осадок СаСО3 со-
стоит из весьма мелких частиц с огромной общей поверхностью,
на которой и адсорбируется ряд несахаров, удаляясь таким об-
разом из раствора. Это дает дополнительный эффект очистки —
главный эффект, получающийся в процессе I сатурации.

Среди несахаров, удаляемых адсорбцией, имеются соли каль-
ция различных неорганических и органических соединений (осо-
бенно аминокислот), а также продукты изменения редуцирующих
288
веществ под действием извести, обусловливающие цветность са-
турационного сока.

Главной задачей I сатурации является именно очистка сока
методом адсорбции.

Из суммарного эффекта очистки сока на долю действия I са-
турации приходится околи 1/5.

В количественном отношении явление адсорбции приблизи-
тельно может быть выражено уравнением Лэнгмюра (несколько
измененным):

х _ ас
т b + с ’

где х — количество адсорбированного вещества, г;

т — количество адсорбирующего вещества, г;

с — концентрация адсорбируемого вещества, оставшегося в
растворе после установившегося адсорбционного равно-
весия, г/100 мл;

а и b — постоянные величины для данных адсорбирующего и
адсорбируемого веществ.

Эффект сатурации. Эффект процесса зависит от ряда факто-
ров, которые рассмотрены ниже. К ним относится количество из-
вести, продолжительность процесса I сатурации (быстрота рабо-
ты), температура сока I сатурации и щелочность его.

I. Количество извести. Эффект сатурации зависит от
количества извести (для химических реакций, идущих на дефе-
кации, достаточно 0,3% извести), так как с увеличением количе-
ства ее увеличивается и адсорбирующая поверхность углекаль-
циевой соли, но, как показано на рис. 118, чрезмерный расход
извести оказывается нерентабельным.

2. Быстрота работы на 1 с а ту р а ци и влияет на эф-
фект адсорбции, так как при быстром осаждении получается бо-
лее дисперсный (мелкий) осадок с большой поверхностью, что
улучшает процесс адсорбции.

Следовательно, при быстрой сатурации получают менее окра-
шенные соки с меньшим количеством солей кальция.

При быстрой сатурации ускоряется фильтрация сока 1 сату-
рации. Это, кажется, не вполне понятным; следовало бы ожидать,
что мелкий осадок СаСОз будет отфильтровываться труднее.
В действительности же кристаллический осадок СаСОз, крупный
или мелкий, не замедляет фильтрацию. Главное сопротивление
пр.и фильтрации оказывают коллоидные гели (белки, пектиновые
вещества), содержащиеся в осадке. Эти отрицательно заряжен-
ные гели должны удерживаться на поверхности частиц положи-
тельно заряженного осадка СаСО3. Если осадок состоит из круп-
ных частиц, то поверхность их недостаточна для задержания всех
имеющихся гелей; такие нефиксированные гели закупоривают ка-
налы между частицами осадка и отверстия в фильтрующей ткани,
К) Заказ 905 289
% СаО для сатурации.

Рис. 118. Адсорбция солей СаО
на I сатурации в зависимости
от количества отсатурирован-
ной извести.

ухудшая фильтрацию. Если оса-
док мелкий, то гели адсорбиру-
ются полнее на большой поверх-
ности осадка и меньше препятст-
вуют фильтрации. Кроме того,
при быстрой сатурации осадок по-
лучается более равномерным, чем
при медленной [15], что тоже об-
легчает фильтрацию. При нерав-
номерном осадке, полученном при
медленной сатурации, мелкие ча-
стицы закупоривают промежутки
между более крупными частица-
ми и затрудняют фильтрацию.

В настоящее время нормаль-
ная продолжительность I сатура-
ции считается 10 мин, так как
при большей скорости этого про-
цесса трудно удерживать равно-
мерную щелочность сока. При ав-
томатических регуляторах ще-
лочности сока процесс сатурации можно значительно ускорить.
Имеются конструкции сатураторов (например, трубчатые), ко-
торые позволяют проводить сатурацию в несколько секунд.

При современной работе с отстойниками в качестве грязесгу-
стителей нельзя ускорять сатурацию, так как получаемый при
этом мелкий осадок будет очень медленно осаждаться. На-
оборот, применяют ряд мер к получению укрупненных ча-
стиц осадка.

При медленной сатурации, особенно если в сатурационном
газе содержится много кислорода (т. е. при пониженном содер-
жании СО2 в газе), качество получаемого очищенного сока мо-
жет несколько ухудшаться вследствие окисления сахарозы в
щелочной среде. На окисляемость сахарозы кислородом воздуха
уже указывалось при изложении свойств сахарозы.

3. Температура сока на I сатурации также влия-
ет на степень дисперсности осадка СаСО3; при низкой темпера-
туре всегда образуется большое количество мелких кристаллов.
Следовательно, при понижении температуры получаются лучшие
соки и по цветности, и но содержанию солей кальция, ио сок на
сатурации сильнее пенится. Фильтрация несколько замед-
ляется.

Инж. Овсянниковым был предложен метод холодной дефека-
ции с последующей холодной сатурацией и подогревом лишь пе-
ред фильтрацией. При этом, действительно, получался сок не-
много лучшей чистоты и цветности, содержащий меньше солей
кальция. Однако метод холодной сатурации не получил распро-
290
странения, так как препятствием явилось очень сильное пенение
сока при сатурации [16].

4. Щелочность сока на I с а т у р а ц и и играет значи-
тельную роль. Если щелочность выше 0,1% СаО, то в соке будут
еще содержаться гели «углекальциевых сахаратов». Сок будет
плохо фильтроваться, ь< осадке будет содержаться сахар, но по
цветности и чистоте сок получится лучше нормально отсатури-
рованного, так как осадок в этот момент имеет высокую степень
дисперсности и процесс адсорбции протекает хорошо.

Нормально отсатурированным можно считать сок с pH 11
и щелочностью, равной 0,09—0,10% СаО. При дальнейшем сни-
жении щелочности постепенно увеличивается цветность и коли-
чество солей кальция 1 и немного понижается чистота сока, а
скорость фильтрации его увеличивается.

При значительном понижении щелочности сока I сатурации —
ниже 0,05% СаО — цветность сока получается более высокой, чем
нормально отсатурированного. и содержит больше солей каль-
ция. Такой сок хорошо фильтруется, что указывает на исчезно-
вение в нем последних следов углекальциевого сахарата вслед-
ствие низкой щелочности.

При понижении щелочности сок более окрашен из-за так на-
зываемого «разлагающего» действия углекислоты на осадок при
пониженной щелочности, которое будет понятно со следующей
точки зрения. Реакция осаждения какой-нибудь органической
кислоты (Н'|Х") может быть изображена так:

2Н-1 X' +Са- | (ОН)г Z СаХ2 + 2Н2О.

Если осадок СаХ% заметно растворим, то для того чтобы по-
лучить полное осаждение, необходимо действовать избытком
осаждающего реактива, т. е. Са(ОН)2. Среди осаждаемых неса-
харов имеются такие, которые ощутительно растворимы, напри-
мер лимоннокальциевая соль (0,06% при температуре 90°С),
адипиновокальциевая соль и другие, т. е. для них произведение
растворимости довольно велико:

[Са''] [X']2 = fe.

Чтобы понизить содержание в растворе аниона X', т. е. до-
биться наиболее полного осаждения, необходимо повысить кон-
центрацию ионов Са", т. е. оставить на I сатурации большее ко-
личество извести.

Понижение pH само по себе также вызывает ухудшенное
осаждение несахаров. Например, можно прибавить к соку боль-
шой избыток ионов Са ' в виде Ca' ICl^, и все-таки при понижении
pH осаждение будет менее полным. Это показано на опыте

1 Соли кальция, цветность и чистота имеются в виду в соке 11 сатурации,
полученном из данного сока I сатурации.

291

10*
Дедком [17]. Таким образом, для полноты осаждения нужен не
только избыток ионов Са" (Общая литература 9, стр. 66), но и
некоторый избыток ионов ОН'. Это, по нашему мнению, сделает-
ся понятным, если принять во внимание, что большая часть кис-
лот, осаждаемых на дефекации, является кислотами весьма сла-
быми. Вследствие этого их соли могут разлагаться гидролитиче-
ски и таким образом растворяться по схеме

Соль с растворе Известь Недиссоциированная

кислота в растворе

Са" | + 2Н- | ОН' £ Са- • | (ОН)^ + 2НХ.

t I

СаХ3

соль в осадке

Сахароза должна повышать такое гидролитическое растворе-
ние, образуя сахарат кальция с освобождающейся известью. Для
уменьшения гидролиза и гидролитического растворения осажда-
емых солей необходимо повышать щелочность (т. е. повышать
pH).

Некоторые из осаждаемых солей кальция со слабыми кисло-
тами окрашены (соли сахарумовой и гуминовых кислот). Поэто-
му при уменьшении pH ниже 11 происходит гидролитическое
растворение этих солей и образуются более окрашенные соки.
При чрезмерно высокой щелочности на I сатурации при pH >11,
как уже выше было отмечено, также не будет полного осаждения
вследствие пептизирующего действия щелочных сахарных рас-
творов; кроме того, при pH > 11 углекальциевая соль выпадает
в виде геля (углекальциевый сахарат), что весьма затрудняет
фильтрацию.

Таким образом, оптимальные условия осаждения и адсорб-
ции на 1 сатурации наступают при определенной щелочности
(при pH 11).

Высокая щелочность I сатурации имеет чрезвычайно важное
значение, так как предотвращает образование накипи на выпар-
ке. Раньше нс придавали этому столь большого значения. При-
нято было держать щелочность на 1 сатурации в пределах 0,07—
0,08% СаО, а иногда сатурацию проводили даже и при совсем
низкой щелочности, например 0,05—0,06% СаО, опасаясь больше
всего педосатурирования. Это приводило к тому, что в растворе
оставалось значительное количество слаборастворимых солей
кальция, которые затем и выпадали на выпарке вследствие уда-
ления там воды, и поверхность нагрева выпарки покрывалась
осадками. В настоящее время требуется, чтобы на I сатурации
щелочность соответствовала 0,09—0,10% СаО. Благодаря этому
добились гораздо большей полноты осаждения слабораствори-
мых солей кальция и ряд заводов получил возможность работать
более 100 дней без остановки на выварку выпарки.
Причина этого успеха ясна. Но пришли к нему из иных сооб-
ражений. Заводы Средней Азии (Казахстан, Киргизия) работа-
ли на местном известняке Тюлькубасского месторождения, в ко,
тором содержится значительное количество MgCO3 (доломити-
стый известняк). Поверхность нагрева выпарки на этих заводах
быстро покрывалась осадками (дней за 20), которые содержали
много Mg(OH)2- По работе с доломитовой известью провел ис-
следования чешский проф. Андрлик [18], который установил, что
магний достаточно полно удаляется при очистке сока, если остав-
лять высокую щелочность на I сатурации. Это вполне понятно,
если написать произведение растворимости для слабораствори-
мого гидрата окиси магния

[Mg--].[OH']2 = fe.

Очевидно, для более полного осаждения магния нужно повы-
сить [ОН'], т. е. повысить щелочность. Это и было рекомендова-
но. Впервые по такому методу начал работать Джамбулский
сахарный завод и ко всеобщему удивлению прекратилось выпа-
дение на выпарке не только магниевых осадков, но и других. За-
вод проработал 100 дней без остановок на выварку выпарки, так
как достаточно полно были удалены не только Mg(OH)2, но и
все слаборастворимые соли кальция.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ДЕФЕКАЦИЯ

История развития метода предварительной дефекации. На
сахарных заводах уже давно был распространен способ комби-
нированной дефекации: внесение небольшого количества извести
(например, 0,2%) уже на холоду в мерник. Таким образом, здесь
скомбинирована холодная предварительная дефекация со
следующим за ней нагревом и горячей главной дефекацией. Пре-
имуществом такой работы считалось меньшее количество осад-
ков на трубках подогревателей диффузионного сока, стерилиза-
ция мерника и как будто лучшая очистка сока.

Ковальский и Козаковский сделали первую, но неудачную
попытку определять особым титрованием (дубильной кислотой)
количество извести, требующейся для предварительной дефека-
ции. В заводской практике не было единообразия: одни заводы
давали известь в мерники, другие — не вводили ее; количество
задаваемой извести варьировало в широких пределах (0,2—
0,5%).

Оптимальная предварительная дефекация. В дальнейшем
Шпенглер [19] изучил оптимальные условия проведения предка
рительной дефекации (т. е. выполнил то, что неудачно пытались
сделать Ковальский и Козаковский).

Уже раньше (S'kola [20]) было установлено, что при некото-
ром небольшом (0,2—0,3%) количестве извести наблюдается
293
оптимальное осаждение и коагуляция белков диффузионного со-
ка. При меньшем или при большем количестве извести осадок
получается менее плотный. Шпенглер установил, что этот опти-
мум коагуляции и осаждения наблюдается при таком количестве
извести, которое повышает pH до 10,8—11,1 (в среднем 11,0).

Итак, для предварительной дефекации следует применять
такое количество извести, чтобы получить pH 11. Это оптималь-
ное количество извести в зависимости от качества свеклы может
колебаться от 0,15 до 0,35%; для свеклы одной какой-либо пар-
тии на реакции нейтрализации кислот и на реакции разложения
затрачивается извести больше, для свеклы другой партии —
меньше. Следовательно, нельзя прибавлять для предварительной
дефекации всегда одно и то же количество извести, а необходимо
определять оптимальное количество ее, контролируя предвари-
тельную дефекацию по pH. Подходящим ^индикатором служит
тимолфталеиновая бумажка, которая при pH 11 дает бледно-
голубую окраску (при pH < 11 —бесцветна и при pH > 11 —яр-
ко-синяя). Если применяется предварительная дефекация на хо-
лоду, то пробу тимолфталеиновой бумажкой можно производить
все-таки лишь после нагрева в горячем соке, иначе бумажка ме-
няет окраску уже при pH < 11 (на 0,2—0,3); играют роль и реак-
ции разложения, идущие при нагреве, и сама повышенная тем-
пература.

Можно работать как с предварительной холодной, так и с
предварительной горячей дефекацией. При холодной предвари-
тельной дефекации сначала без подогрева (т. е. при температуре
40—50°С ) прибавляют к соку оптимальное количество извести,
перемешивают и затем направляют сок на подогрев до темпера-
туры 85° С и на главную дефекацию, в процессе которой добавля-
ют остальное количество извести (1—2%). При горячей предва-
рительной дефекации сначала сок нагревают, затем смешивают
с оптимальным количеством извести, наконец прибавляют осталь-
ное количество извести и проводят главную дефекацию.

Холодная предварительная дефекация дает лучший резуль-
тат при переработке зрелой, здоровой свеклы. Горячая предва-
рительная дефекация оказалась (по Шпенглеру) лучше для пе-
реработки незрелой или испорченной свеклы.

Продолжительность холодной предварительной дефекации
безразлична (хотя бы 'несколько часов). Обычно этот процесс
проводят в течение 5 мин, что требуется для основательного пе-
ремешивания. Горячая предварительная дефекация не должна
длиться более 3 мин, так как иначе цветность очищенного сока
уже повышается.

По Шпенглеру, оптимальная предварительная дефекация про-
изводит весьма благоприятный эффект: скорость фильтрации
сатурированного сока увеличивается почти вдвое; цветность си-
ропа уменьшается; уменьшается и количество солей кальция;
294
чистота сиропа также немного повышается за счет лучшего уда-
ления органических несахаров.

Прогрессивная предварительная дефекация. Этот метод пред-
ложен Дедком и Вашатко и состоит в следующем. Для предва-
рительной дефекации применяют количество извести, несколько
(на 20—30%) большее, чем оптимальное; эту порцию извести
прибавляют к соку не срйзу, а постепенно и равномерно в тече-
ние 15 мин. Таким образом pH сока постепенно повышается,
причем создаются по очереди оптимальные условия для коагуля-
ции различных высокополимеров сока, которые могут иметь и
неодинаковый оптимум коагуляции. Кроме того, при этих усло-
виях коагуляция проходит медленно и постепенно, что позволя-
ет получать более крупные хлопья коагулята, легко отфильтро-
вывающиеся и более устойчивые по отношению к дальнейшему
воздействию избытка извести на главной дефекации.

Преимуществом прогрессивной предварительной дефекации
является также более легкий контроль ее, так как при этом про-
цессе совсем не требуется строго определенное pH 11, как для
оптимальной предварительной дефекации.

Метод прогрессивной дефекации был широко испытан с весь-
ма положительными результатами.

Теория предварительной дефекации. Все изложенные практи-
ческие выводы и закономерности, касающиеся предварительной
дефекации, найдены чисто эмпирически. Нет почти никаких по-
пыток теоретического объяснения полученных результатов. Обыч-
но считается, что эффект предварительной дефекации зависит
от того, что при pH 11 какие-то коллоиды имеют оптимум коагу-
ляции.

Более углубленно в этом отношении были исследованы белки
в обстоятельной работе Вашатко [21].

Следует заметить, что и на I сатурации найдена та же самая
оптимальная точка (pH 11), хотя там большое значение имеют
условия осаждения уже не только высокополимеров но и главным
образом углекальциевой соли. Таким образом, сама собой на-
прашивается для объяснения оптимальной точки предваритель-
ной дефекации та же физико-химическая теория, которая раз-
вита для I сатурации (Общая литература 9, стр. 66).

Малое количество извести дает худшее осаждение и коагуля-
цию вследствие недостаточного избытка осаждающего реактива
(извести) и вследствие гидролитического растворения осадков
солей кальция со слабыми кислотами. При pH 11 имеется наибо-
лее полное осаждение и кристаллических солей, и высокополи-
меров, причем из последних осаждается (коагулирует) не белок,
как таковой (у него был бы оптимум коагуляции при pH 3,5), а
соединение белка с известью.

При чрезмерном повышении pH (выше 11) несахара (колло-
идные и кристаллоидные) осаждаются также неполно, так как
щелочь в присутствии сахара пептизирует осадки, образуя плохо
отфильтровываемые гели и даже золи, вследствие чего повы-
шаются цветность сока и содержание в нем солей кальция, ухуд-
шается фильтрация. Очевидно, в отсутствие сахарозы никакой
оптимальной точки осаждения несахаров при pH 11 не было бы.

Наличие оптимального pH 11 на предварительной дефекации
обусловлено не только свойствами высокополимеров, но и спо-
собностью всех осаждающихся кристаллических соединений
кальция превращаться в гели (желирование и пептизация) при
повышенной щелочности в присутствии сахарозы.

Обратимость коагуляции. Из приведенных теоретических со-
ображений вытекает, что коагуляция на предварительной дефе-
кации должна быть обратима: если после того, как осадок хоро-
шо скоагулировал и плотно осел, повысить pH, например, до 12,
то коагулят коллоидов должен вновь сделаться менее плотным
и кристаллические осадки должны начать желироваться и пепти-
зироваться. Такая обратимость коагуляции показана и на опытах
Вашатко [21] и Волохвянского [22]. Следовательно, на основной
дефекации, где дается в сок большой избыток извести и pH дос-
тигает 12, может быть потерян полезный эффект предварительной
дефекации.

В действительности дело обстоит не так плохо. Обратимость
коагуляции, новая пептизация осадка происходят довольно мед-
ленно. Поэтому после хорошо проведенной коагуляции на пред-
варительной дефекации плотный осадок мало подвергается пеп-
тизирующему действию в процессе основной дефекации. Во вся-
ком случае с обратимостью коагуляции на дефекации необходимо
считаться, поэтому также очень важно не удлинять чрезмерно
основную дефекацию.

С точки зрения обратимости коагуляции применение прогрес-
сивной предварительной дефекации дает значительно лучший
эффект, чем оптимальная предварительная дефекация по Шпенг-
леру, так как при медленной коагуляции на прогрессивной де-
фекации образуется осадок меньшей степени дисперсности (бо-
лее плотные и крупные хлопья скоагулированных белков, более
крупные кристаллы нерастворимых солей кальция). Такой грубо-
дисперсный осадок, имея меньшую поверхность, медленнее под-
вергается пептизирующему действию главной дефекации, оказы-
вается более устойчивым.

Температура предварительной дефекации. Как уже было от-
мечено, Шпенглер нашел, что при обработке нормальной свеклы
холодная дефекация позволяет получить лучший эффект, чем
горячая, т. е. скорость фильтрации больше при холодной дефека-
ции. Но он определял скорость фильтрации, применяя обычный
лабораторный фильтр, что слишком отличалось от заводских
условий. А. К- Карташев поставил опыты [23], применив лабора-
торный фильтрпресс, действующий под давлением 1 ат, и обна-
296
ружил, что при обработке любой свеклы всегда лучший эффект
по скорости фильтрации дает не холодная, а горячая предвари-
тельная дефекация, которая и принята как стандартная на са-
харных заводах СССР.

Однако против горячей преддефекации Вашатко выдвигает
серьезное возражение ([12], стр. 241—254). А. К. Карташев изу-
чал лишь скорость фильтрации при горячей и холодной предде-
фекации, но мало изучал качество получаемых соков. При горя-
чей преддефекации здесь же проходит и реакция разложения ре-
дуцирующих веществ при малой сравнительно щелочности. При
холодной же преддефекации редуцирующие вещества еще не из-
меняются. Они разлагаются лишь на основной дефекации при
высокой щелочности. При разложении редуцирующих веществ
образуется ряд продуктов: и окрашенных, и бесцветных. Соотно-
шение между ними зависит от условий разложения. Вашатко об-
наружил, что при разложении редуцирующих веществ в присут-
ствии малого количества извести цветность изменяется (нараста-
ет) гораздо больше, чем при разложении в присутствии большого
количества извести.

Отсюда ясно, что холодная предварительная дефекация дает
менее окрашенный сок. Скорость фильтрации будет несколько
хуже, но это вряд ли имеет значение при современных методах
работы с возвратом нефильтрованного сока I сатурации, что яв-
ляется наилучшим средством для получения хорошо фильтрую-
щихся соков (работа Г. Н. Михатовой).

Автоматизация предварительной дефекации. На сахарных
заводах широко распространилась прогрессивная предваритель-
ная дефекация (дальше для краткости будем этот метод обозна-
чать ППД), так как ее гораздо легче автоматизировать, чем оп-
тимальную преддефекацию, потому что для прогрессивной пред-
дефекации не требуется точная дозировка извести и нужен лишь
некоторый избыток ее (0,35—0,40% по массе свеклы).

Предложено было несколько конструкций непрерывно дейст-
вующих преддефекаторов, в которых известковое молоко подает-
ся постепенно понемногу в ряд точек и щелочность, таким обра-
зом, прогрессивно нарастает. Однако недостатком этих конструк-
ций является то, что в каждой точке поступления известкового
молока известь на некоторое, хотя и краткое время, оказывается
в избытке, т. е. имеется вредное «передефековывание».

Совершенно плавно, а не скачками, нарастает щелочность
в новейших противоточных преддефекаторах Бригель-Мюллсра
п Тибетского — Кона — Вашатко.

Преддефекатор Б ригель-Мюллера изображен на
рис. 119. Это горизонтальный корытообразный сосуд, разделен-
ный на семь отделений те доходящими до дна перегородками.
В нижней части его находится вал с перемешивающими лопастя-
ми. Выше мешалки над каждой из перегородок устроены пласти-
297
вкод сока

Рис. 119. Преддефекатор системы Бригель-Мюллера.

ны, которые можно отклонять на больший или меньший угол.
Диффузионный сок движется от одного конца аппарата к другому
и удаляется через слив. В последнюю камеру, откуда удаляется
сок, подается вся порция известкового молока для преддефекации.
Часть перемешиваемого диффузионного сока вместе с известко-
вым молоком отбрасывается пластинами назад навстречу дви-
жущемуся диффузионному соку. Таким образом, в зависимости
от наклона пластин и числа оборотов мешалки можно установить
нужное правильное прогрессивное распределение щелочности
по камерам, например: 0,00; 0,01; 0,03; 0,05; 0,09; 0,15; 0,20;
0,25% СаО.

Преддефекатор Тибе некого, Кона и Вашатко
[24] изображен на рис. 120 (вертикальный и горизонтальный раз-
резы) и на рис. 121 (перспективный вид трех перегородок). Это
вертикальный цилиндр, в который снизу через трубу D поступает
диффузионный сок. Сверху отводится переливом уже преддефе-
кованный сок. В верхнюю же часть поступает все известковое
молоко для преддефекации. Цилиндр разделен пятью неподвиж-
ными перегородками на шесть отделений. В перегородках сдела-
ны широкие отверстия О, через которые сок и движется снизу
вверх. В каждом отделении есть двухлопастная мешалка М.
В соседних отделениях мешалки перпендикулярны одна другой.
Все мешалки насажены на вал, вращающийся от электродвига-
теля (вверху) и опирающийся на подпятник.

В каждой из перегородок есть устройство, отбрасывающее
часть сока вниз, т. е. вызывающее встречную рециркуляцию. Это
видно на разрезе II, где изображена одна из перегородок. В пе-
298
регородках устроены вы-
резы 7? под углом 90°, по-
вернутые около одной из
сторон кверху (под углом
30°), что видно из рис.
121. Часть сока, вращаю-
щегося от действия ме-
шалки, наталкивается на
отогнутый кверху вырез
перегородки и отбрасыва-
ется вниз, унося туда и
содержащуюся в соке из-
весть. Прямой ход сока s
и рециркуляция г видны
из рис. 121. Количество
возвращаемого сока и ход
нарастания щелочности
можно регулировать ме-
няя число оборотов ме-
шалки. Получается такое
же плавное нарастание
щелочности сока, как и в
преддефекаторе Бригель-
Мюллера.

Преимущества верти-
кального преддефекатора

Рис. 120. Вертикальный преддефекатор
системы Тибенского, Кона, Вашатко.

заключаются в том, что в этой закры-
той колонне сок не пенится и установ-
ка занимает небольшую площадь.

РЕЦИРКУЛЯЦИЯ НЕФИЛЬТРОВАННОГО
СОКА I САТУРАЦИИ

До Великой Отечественной войны на
сахарных заводах СССР широко при-
менялась ППД (прогрессивная пред-
варительная дефекация), которая да-
вала укрупненные и плотные частицы
осадков и значительно ускоряла филь-
трацию сока I сатурации. Но после
войны начали применять отстойники в
качестве грязесгустителей перед ваку-
ум-фильтрами. Для обеспечения их
работы ППД оказалась уже недоста-
точной. Надо было иметь еще более
крупные быстрооседающие частицы
осадка. Пришлось применить возврат

Рис. 121. Вертикальный
преддефекатор системы Ти-
бенского, Кона, Вашатко.
Перспективный вид.
части нефильтрованного сока I сатурации для предварительного
смешивания с вновь поступающим диффузионным соком. По-
лучен весьма яркий положительный результат.

Теория рециркуляции. По закону1 Стокса
w = JUP1-P2)
18р.

где w0— скорость осаждения частицы, м!сек\
d— диаметр частицы, м;

Pi и р2 — плотность частицы и среды, в которой она оседает,
кг/м3;

ц •— вязкость среды, kzIcckIm2.

Следовательно, быстрее оседают крупные и более плотные
частицы. Это позволяет объяснить, почему рециркуляция улуч-
шает отстаивание. .

Укрупнение частиц — один из главнейших результатов
рециркуляции. Возвращаемые частицы нефильтрованного сока
являются центрами коагуляции и кристаллизации и несахаров, и
СаСОз при очистке поступающего вновь диффузионного сока. Чем
больше возвращается сатурационного сока, тем больше образу-
ется укрупненных частиц. Поэтому, например, на заводах США
количество возвращаемого сока довели даже до 700% по объему
поступающего нового сока.

Однако было замечено, что при возврате сока I сатурации
до 100% по количеству диффузионного сока, кроме улучшения
отстаивания и фильтрации, улучшается и качество сока II сату-
рации, но при увеличении возврата от 100 до 200% качество
сока уже не улучшается, а свыше 200%—качество сока ухуд-
шается. Поэтому на заводах Западной Европы обычно применя-
ют возврат лишь 100% сока с последующей предварительной
дефекацией (Общая литература 8, стр. 177).

Некоторые исследователи отрицают или преуменьшают влия-
ние рециркуляции на укрупнение частиц [25]. Это можно объяс-
нить тем, что, кроме увеличения размера возвращаемых частиц,
всегда появляются и новые очень мелкие частицы. Определить
средний размер частиц весьма трудно. Было бы правильнее опре-
делять размер лишь крупнейших частиц, которых при рециркуля-
ции всегда окажется значительно больше, чем без нее. Только
эти образовавшиеся более крупные частицы могут привести к
«ортокинетическому и солидарному» осаждению, о котором гово-
рится в той же статье [25]: более крупные частицы быстро пада-
ют, увлекая за собой и все мелкие осадки; поэтому и ускоряется
весь процесс седиментации. Именно поэтому удается и наблю-

1 Мы пользуемся законом Стокса лишь для качественного анализа явле-

ния осаждения; для количественных расчетов он не годится, так как здесь

наблюдается не свободное, а связанное осаждение частиц (см. дальше).
дать, и измерять скорость осаж-
дения: налив сок I сатурации с
осадком в цилиндр, видим, как
образуется в верхней его части
прозрачный слой сока, ясно отде-
ляющегося от движущегося вниз
осадка. Однако это происходит
лишь при достаточном количест-
ве оседающих частиц. Если же
сок с осадком разбавить двой-
ным-тройным количеством фильт-
рованного сока I сатурации, то
увидим, что крупные частицы
быстро упадут на дно, но не за-
хватят с собой мелкие частицы,
удаленные одна от другой, сок
долго будет оставаться мутным и
никакой границы между 'прозрач-
ным соком и осадком нельзя бу-
дет наблюдать (25 и 28].

Агломерация коллоидо

Рис. 122. Скорость катафореза
К см/сек для осадка на дефе-
кации в зависимости от pH.

в. На нее особое внимание

обратил шведский исследователь Виклунд [26]. Он при этом ба-
зируется на работе Вашатко по коагуляции белков свеклы. Ва-
шатко нашел, что коагулят белков и пектина свеклы с известью
имеет отрицательный заряд. Это он установил по катафорезу час-
тиц к положительному электроду (рис. 122). По скорости ката-
фореза можно судить, что отрицательный заряд тем больше, чем
меньше прибавлено извести, т. е. чем меньше щелочность. В по-
следнее время это было подтверждено и прямыми определения-
ми ^-потенциала, т. е. заряженности частиц, выполненными Ва-
шатко и Коном.

В то же время известно, что частицы суспензии СаСО3 имеют
положительный заряд [27]. Таким образом, при возврате нефильт-
рованного сока I сатурации с частицами возвращаемой положи-
тельной суспензии СаСО3 должны агломерироваться коагуляты
белков и пектинов диффузионного сока, что дает более плотные
и более крупные частицы осадков. Это подтверждено микрофото-
графиями осадков, выполненными Виклундом.

Роль ППД. При прогрессивной предварительной дефека-
ции несахара осаждаются постепенно, при малом пересыщении,
что приводит тоже к наращиванию частиц рециркулирующего
осадка и к уменьшению образования новых частиц осадка. Кро-
ме того, при осаждении в зоне оптимального pH осадки получа-
ются плотными, повышается устойчивость осадка при дальней-
шей дефекации и сатурации.

В то же время некоторые авторы (США), а также Карташов
[25] утверждают, что при достаточной величине возврата (не ме-
Рис. 123. Кривая отстаивания
осадка I сатурации.

нее 200%) ППД совсем излиш-
няя. Это понятно, так как при
большом возврате щелочного
сока I сатурации (получается
смесь, достаточно щелочная
для некоторой преддефекации,
т. е. здесь выполняется предде-
фекация самим возвращаемым
щелочным соком.

Седиментация, или
отстаивание. Хотя теоре-
тические соображения нами на-
чаты с закона Стокса и вывод
из него о лучшей осаждаемо-
сти крупных и (плотных частиц
остается правильным, но все

же осаждение частиц в завод-
ских отстойниках — гораздо более сложный процесс, не подчи-
няющийся закону Стокса, так как на самом деле здесь проис-
ходит совсем не свободное осаждение изолированных частиц.
Частицы лри осаждении взаимодействуют одна с другой, это

скорее постепенное уплотнение осадка с вытеснением из него
жидкости. По закону Стокса скорость отстаивания должна бы
быть постоянной величиной и понижение уровня отстаивающего
осадка должно бы быть пропорционально времени. На самом
же деле такая пропорциональность наблюдается лишь в самом

начале отстаивания, а затем отстаивание идет все медленнее и
медленнее (рис. 123).

По закону Стокса видим, что скорость осаждения частиц так-
же увеличивается с уменьшением вязкости жидкости. Изучением
вязкости во время I сатурации занимались Л. Заводский и В. Ве-
селый [29]. Результаты даны на
рис. 124. По абсциссе отложе-
но время в минутах от начала
сатурации; по ординате — от-
носительные вязкости.

Рис. 124. Изменение вязкости в ходе
I сатурации:

1 — при сатурации без рециркуляции со-
ка; 2 — при сатурации с рециркуляцией
сока.

Кривая 1 характеризует из-
менения вязкости при работе
без рециркуляции сока I сату-
рации. Видим, как высоко под-
нимается вязкость в первой
половине сатурации. Это соот-
ветствует образованию вязких
комплексных «углекальциевых
сахаратов», о которых было
сказано при рассмотрении про-
цесса сатурации.

11
lot)

Кривая 2 соответствует рабо-
те с рециркуляцией сока I сатура-
ции. В этом случае, оказывается,
вязкость гораздо меньше, т. е.
не образуется таких «углекаль-
циевых сахаратов», а на готовые
частицы СаСОз сразу же выпа-
дает осадок СаСОз, что вполне
понятно, и конечная вязкость ока-
зывается вдвое меньше. Следова-
тельно, при работе без рецирку-
ляции вязкие комплексные соеди-
нения остаются, хотя их немного.

Таким образом, и независимо
от содержания несахаров (опыты
велись с чистым сахарным рас-
твором) уже от снижения вязко-
сти скорость седиментации и
фильтрации- при работе с рецир-
куляцией будет вдвое больше.
Здесь вскрыта еще одна причина
полезного действия рециркуля-
ции.

Варианты рециркуляции. 1. По

распространенной на заводах США схеме Дорра (Общая лите-
ратура 6, стр. 225) на рециркуляцию возвращают очень мно-
го— до 700% сока I сатурации (возврат в отношении 7 : 1). Это
выполняется весьма просто в одном аппарате — сатураторе Бе-
нинга (рис. 125), который не имеет никаких перегородок. Отса-
турированный сок из нижней части сатуратора через контроль-
ный ящик поступает в отстойники. Но другая, большая часть
отсатурированного сока в количестве 700% подается располо-
женным внизу циркуляционным насосом в кольцевое простран-
ство — в кожух, окружающий сатуратор. Это пространство де-
лится на несколько частей горизонтальными дырчатыми перего-
родками для лучшего перемешивания. Свежий диффузионный
сок тоже поступает в трубу рециркулирующего сока и переме-
шивается с ним в этой трубе и в кольцевом пространстве. Эта
смесь переливается через верхний край кольцевого пространст-
ва внутрь сатуратора, причем тут же к ней прибавляется из-
вестковое молоко для основной дефекации.

Метод Дорра был испытан в Швеции Виклундом. Оказалось,
что метод создает очень хорошие условия для отстаивания и
фильтрации, но цветность сока получается повышенной и солей
кальция в нем содержится больше. Это вполне понятно, так как
при огромном возврате частицы весьма укрупняются, что улуч-
шает отстаивание и фильтрацию. Особой предварительной дефе-
303
кации не требуется, так как ее выполняет избыток возвраща-
емого щелочного сока I сатурации. Этим и объясняется такое
большое количество возврата, на что указал Волохвянский [30].

В то же время чрезмерное укрупнение частиц осадка, т. е. сни-
жение степени дисперсности его, ухудшает адсорбцию на I сату-
рации, повышает цветность и содержание солей кальция в очи-
щенном соке. К этому же приводит полное почти отсутствие
основной дефекации: получается неустойчивый сок, содержащий
неразложенные редуцирующие вещества. Поэтому сок еще боль-
ше повышает цветность и содержание солей кальция в период
отстаивания.

2. В СССР не копировали метод Дорра, а пошли по иному
оригинальному пути: инж. В. В. Япаскурт и В. М. Кац [31]
в 1947 г. применили возврат в аппарат ППД 100% недосатуриро-
ванного сока I сатурации (со щелочностью до 0,4% СаО). Та-
ким образом выполнялась и ППД, и рециркуляция сока. Этот
метод в разных вариантах распространился почти на все сахар-
ные заводы СССР, так как рециркуляция раза в 2—3 ускоряла
и седиментацию, и фильтрацию сока I сатурации. Однако некото-
рым затруднением было получение промежуточного недосатури-
рованного сока (иногда ставили два сатуратора I сатурации по-
следовательно вместо одного).

3. После ряда опытов в Киевском филиале ЦИНСа А. К. Кар-
ташов пришел к выводу [25], что не требуется никакой ППД и
вполне достаточно возвращать просто отсатурированный не-
фильтрованный сок, но в количестве 150—200% (рис. 126), при-
чем для смешивания можно применять любую мешалку, никакой
прогрессивности не требуется.

Такой результат тоже вполне понятен, так как в настоящее
время на заводах СССР принято держать повышенную щелоч-
ность сока I сатурации (около 0,09% СаО), поэтому возврат

Рис. 1126. Рециркуляция сока I сатурации по ЦИНСу:
1 — смеситель; 2 — дефекатор; 3 — первый сатуратор.
150—200% сока дает щелочность смеси 0,042—0,065% СаО, т. е.
соответствующую предварительной дефекации. Пользу же пред-
варительной дефекации при меньшем количестве возврата не от-
рицает и Карташов. Каганов и Чибисова особыми опытами на
Лохвицком сахарном заводе показали, что при смешивании
100 мл диффузионного сока со 150—200% фильтрованного сока
I сатурации действительно уже наблюдается преддефекации.
Все же при работе по методу ЦИНСа рекомендуется при малой
щелочности возвращаемого сока I сатурации повышать эту ще-
лочность, прибавляя к нему немного или дефекованного сока, или
известкового молока.

Нами было выяснено, что повышение возврата до 200% уже
несколько ухудшает качество сока II сатурации (больше цвет-
ность и больше солей кальция) вследствие чрезмерного укрупне-
ния частиц и ухудшения адсорбции. Что касается скорости фильт-
рации, то она с увеличением возврата до 200% увеличивается
почти вдвое, но осаждаемость мало изменяется по сравнению с
возвратом 100% при преддефекации.

4. На основе работ кафедры сахарного производства Москов-
ского технологического института пищевой промышленности в
1952—1954 гг. путем заводских опытов было найдено [32], что:
1) не следует слишком увеличивать количество возврата, так как
это начинает уже ухудшать адсорбцию на I сатурации; лучше не
возвращать больше 100% сока; 2) при возврате 100% сока нуж-
но проводить также и ППД, так как это ускоряет и фильтрацию,
и отстаивание еще почти на 50%; 3) следует четко разделить ре-
циркуляцию и ППД, т. е. сначала примешать к диффузионному
соку полностью весь возвращаемый, но неподщелоченный сок и
лишь после этого провести ППД одним лишь известковым моло-
ком. Здесь, как видно из рис. 127, рекомендуется также возврат
именно вполне отсатурированного сока. Для более плавного на-
растания щелочности было бы целесообразно поставить для ППД
вертикальный аппарат системы Тибенского, Кона, Вашатко.

5. О. Виклунд в Швеции, убедившись на опыте, что метод
Дорра дает очищенный сок пониженного качества, предложил
новую теорию работы с рециркуляцией (агломерация коллоидов
с СаСОз) и предложил новую, довольно сложную схему такой
работы [26]: диффузионный сок смешивают с пересатурирован-
ным соком I сатурации в отношении 1:1. Щелочность пересату-
рированного сока.0,02—0,03% СаО. Смесь направляют на ППД,
нагревают до 85° С, подают на основную дефекацию и на I сату-
рацию до щелочности 0,07—0,08% СаО. Половина этого сока
идет на дальнейшие станции, а другая половина в особом сату-
раторе сатурируется до 0,02—0,03% СаО и направляется па ре-
циркуляцию.

Свой метод О. Виклунд теоретически основывает па работе
И. Вашатко по коагуляции белков и его кривой скоростей ката-
305
Рис. 127. Рециркуляция по МТИППу:

1 — прогрессивный предварительный дефекатор; 2 — дефекатор; 3 —
первый сатуратор.

фореза (см. рис. 122). Как видно, отрицательный заряд частиц
коагулята белков и пектинов с известью тем больше, чем меньше
щелочность. Поэтому, возвращая пересатурированный сок и по-
лучая смесь с диффузионным соком, нейтральную на фенолфта-
леин, будем иметь частицы высокополимеров с максимальным
отрицательным зарядом, которые поэтому будут особенно хоро-
шо агломерироваться с положительно заряженными частицами
СаСО3. Предварительная дефекация стабилизирует эти агломе-
раты, делает их более прочными и устойчивыми на дальнейших
дефекации и сатурации. Как показали лабораторные и заводские
опыты, действительно, при работе по Виклунду получается не
только хорошее отстаивание и фильтрация, но и хороший сок.

Однако при работе с рециркуляцией пересатурировапного со-
ка не всегда можно получить наилучшие результаты. Так, в
1950 г. О. Виклупд сравнивал результаты возврата отсатуриро-
ванного и пересатурированпого сока на опытной установке, при-
чем при очистке с 1,65% СаО возврат псресатурированного сока
не дал почти никаких преимуществ. Они появились лишь при
снижении расхода извести для очистки сока до 1,20—1,04%.
Следует заметить, что в СССР вследствие пониженной чистоты
диффузионного сока расход извести обычно составляет больше
1,65%; это требуется, чтобы использовать очищающий эффект
адсорбции на I сатурации. Кроме того, обнаружено, большое
влияние качества свеклы и длительности хранения ее, причем
306
оказалось, что для поздних периодов переработки требуется
большая щелочность возврата. Все это заставляет пока воздер-
живаться от применения сложной схемы Виклунда на заводах
СССР.

Возврат сгущенного дефеко-сатурационного осадка. В пос-
леднее время появилось предложение возвращать не сок I сату-
рации, а лишь часть сгущенного дефеко-сатурационного осадка
из отстойника. Таким образом объем возврата можно уменьшить
примерно в 3 раза, и все же количество возвращенного осадка
будет таким же. Не потребуется пересатурировать сок, а эффект
будет таким же, как от возврата пересатурированного сока, так
как количество щелочного сока в сгущенном дефеко-сатуриро-
ванном осадке гораздо меньше и смесь будет нейтральной на
фенолфталеин.

Однако в этом методе есть один весьма существенный недо-
статок: объем сока, поступающего на отстаивание, будет больше
как раз на объем того осадка, который пошел на возврат. Кроме
того, концентрация дефеко-сатурированного осадка в поступаю-
щем на отстаивание соке будет больше, а это, как показали опы-
ты, замедляет отстаивание.

ОДНОВРЕМЕННАЯ ДЕФЕКО-САТУРАЦИЯ

Если, как обычно, на дефекованный сок, содержащий уже
полное количество извести, действовать углекислотой, то, конеч-
но, образуется очень много новых частиц осадка СаСО3, так как
концентрация извести велика. Но можно проводить сатурацию и
иначе: подбавлять понемногу извести и одновременно СО2 так,
чтобы выдерживать pH все время в оптимальной зоне для сату-
рации (т. е. pH И). Тогда ни на один момент нет избытка извес-
ти; концентрация образующегося СаСОз держится в метаста-
бильной зоне, т. е. не происходит образования многочисленных
частиц осадка, а в основном растут лишь имеющиеся частицы
СаСОз, которые и получаются гораздо крупнее. Это улучшает и
седиментацию, и фильтрацию осадка, на что обратили внимание
Вашатко и Дедек [9, 12; 13, стр. 114; 33]. Такая дефеко-сатурация
легко выполняется в обычном сатураторе непрерывного действия.
Туда поступает сок с ППД и понемногу подают известковое мо-
локо, причем поддерживают pH 11.

Однако такая одновременная дефеко-сатурация хорошо вы-
полняется в сатураторе непрерывного действия лишь при полном
отсутствии перегородок. В решетчатых сатураторах, разделенных
решетками на секции, в верхней секции всегда будет чрезмерная
щелочность, ведущая к образованию многочисленных новых час-
тиц осадка СаСО3. Когда же нет^ерегородок, вся масса сока в
сатураторе перемешивается и повсюду удерживается одинаковое
pH 11. Только такие сатураторы и применяются в Западной Евро-
пе и в США.
Pile. 128. Осадок в соке:

a — непрерывной I (чиурлцпп; 6 -- периодической I с.пурацин
(увеличено в ПНЮ pat)

В них метастабилыюсть выдерживается и в том случае, если
в сатуратор подается не порознь преддефсковапный сок и извест-
ковое молоко, а просто дефекованный сок из дефекатора. Ведь
этот сок поступает постепенно, и поступившие порции немедленно
смешиваются со все большей массой сока в сатураторе, причем
все время повсюду будем иметь в сатураторе pH 11. В этом имен-
но основное отличие новой непрерывной сатурации от старой пе-
308
риодической. В этой последней дефекованный сок, богатый изве-
стью, обрабатывался углекислотой, что конечно, приводило к
образованию очень мелких частиц осадка, а при непрерывной
сатурации (без 'перегородок) осадок гораздо крупнее (рис. 128, а
и б). Такая сатурация в метастабильной зоне осуществляется,
между прочим, и в упомянутом уже сатураторе Бенинга (см.
рис. 125).

РАЗЛИЧНЫЕ СХЕМЫ ОЧИСТКИ СОКА

Изложенные выше основные принципы улучшения качества
осадка, ускоряющие седиментацию и фильтрацию, используются
в ряде предложенных, иногда весьма сложных схем очистки сока.
Приводим некоторые из них.

Схема Вашатко [13]. Как видим, возвращается лишь */з—'/г
нефильтрованного сока после его пересатурирования до щелоч-
ности 0,015% СаО.

Применяют ППД с 0,3% СаО при 60° С, а затем тоже при
60° С добавляют еще 0,3% СаО для дефекации, причем в раствор
переходит много СаО, так как температура невысока. Затем сле-
дует нагрев до 90° С и дефекация при этой температуре 5 мин
(вся растворенная известь при этом остается в растворе).

Наконец, выполняется одновременно дефекация и сатурация.

Схема очистки сока по Вашатко

Диффузионный сок <-------------------------------------------

Нагрев до 60° С

ППД, 15 мин, 0,3% СаО

+ 0,3% СаО

Перемешивание 5 мин

Нагрев до 90° С

Перемешивание 5 мин (дефекация)
I

Сатурация до 0,1% СаО

Одновременная дефекация и сатурация с добав-

кой 0,7% СаО при щелочности 0,1% СаО-»----— —- сока-» Пересатурация

| 3 2 до 0,015% СаО

Фильтрация

Созданы все условия для агрегации высокополимеров и для
получения крупных частиц СаСО3. Однако схема довольно слож-
ная— нужны два дефекатора и три сатуратора: 1) для доведения
до щелочности 0,1% СаО после дефекации; 2) для дефско-сату-
рации и 3) для пересатурации.
СаО

Рис. 129. Схема очистки диффузионного сока по БМА (брауншвейг-
ский метод).

Рис. 130. Изменение pH
и количества извести при
брауншвейгском методе
очистки сока.

Прогрессивная дефеко-сатурация по БМА и Шнайдеру
(брауншвейгская схема) изображена на рис. 129, а изменения
pH и количества подаваемой извести показаны на рис. 130. Это
наиболее сложная схема. Она включает три первые сатурации —
IA, IB и IC, осуществляемые в отдельных котлах.

Диффузионный сок поступает в смеситель О, где к нему при-
мешивается часть сгущенного осадка из отстойника IC сатура-
ции (количество около 15%), причем pH повышается до 8. Затем
смесь в подогревателях нагревается до 80° С и идет на станцию
IA дсфеко-сатурацию, куда одновременно подается и сатураци-
онный газ, и известковое молоко. Эта дефеко-сатурация прово-
дится при pH 9 и па нее тратится половина всего известкового
молока, 'Предназначенного для первых сатураций и дефекации.
Затем сок переходит непосредственно в котел IB дефеко-сатура-
ции, на которую затрачивается ’/4 всей извести и здесь выдержи-
вается pH 10,0. Из котла IB часть сока с осадком рециркулирует
в котел IA в количестве около 150%. После котла IB сок нагре-
вается до 85—90° С, проводится дефекация .в особом дефекаторе
в течение 6 мин с небольшим остатком извести (’Д всего). Дефе-
кованный сок поступает в последнюю станцию IC дефеко-сатура-
ции, причем к нему до поступления в сатуратор примешивается
310
весь сгущенный осадок из отстойника II сатурации. В котле IC
поддерживают pH 11.

Получается крупнозернистый осадок с большой скоростью
отстаивания (8—13 см]мин) и быстрофильтрующийся. Сок после
отстойника и вакуум-фильтра проходит контрольную фильтрацию
на фильтрпрессе, затем перед II сатурацией нагревается до 95° С.
Сгущенный осадок из отстойника сока II сатурации полностью
возвращается в сок перед/С сатурацией. Таким образом никаких
фильтров для сока II сатурации нет.

Обычной предварительной дефекации в схеме очистки по
БМА нет. Вместо этого применена прогрессивная тройная дефе-
ко-сатурация и, кроме того, рециркуляция осадка IC в смеси-
тель О с диффузионным соком. В этом смесителе получается
pH 8, при котором по Бригель-Мюллеру уже имеем оптимальную
коагуляцию высокополимеров диффузионного сока и образова-
ние конгломератов -с частицами возвращенного СаСО3. В котле
IA идет дефеко-сатурация с возвратом 150% сока с осадком из
котла IB. В котле IA поддерживают pH 9,0, т. е. происходят реак-
ции осаждения и адсорбция (ведь сюда вносят уже 50 % всей извес-
ти), но при таком низком pH и при обильной рециркуляции, ко-
нечно, почти не образуется новых частиц осадка СаСО3. В кот-
ле IB продолжается осаждение и адсорбция при несколько уже
повышенном pH 10,0, но все же еще невысоком. Наконец, после
краткой дефекации заканчивается последняя дефеко-сатурация
в котле IC уже при оптимальном pH 11.

При переработке подмороженной и испорченной свеклы обхо-
дят дефекационный котел и остатки извести дают лишь на IC
сатурацию. Тогда нигде ни на один момент не будем иметь из-
бытка извести и повышенного pH, что, как увидим дальше, яв-
ляется основным требованием, чтобы и при переработке испор-
ченной свеклы иметь удовлетворительные отстаивание и фильт-
рацию.

Все процессы сатурации здесь автоматизированы, автомати-
чески подаются надлежащие рециркуляты, выдерживаются pH и
длительность процессов. Однако все же в целом схема весьма
сложна. Роль и удельное значение отдельных звеньев схемы еще
недостаточно изучены, а такое изучение, может быть, позволило
бы и упростить эту сложную схему.

Переработка поврежденной свеклы, особенно подвергавшей-
ся замерзанию и оттаиванию при хранении.

Существует совершенно ошибочное фантастичное мнение, что
будто бы при замораживании свеклы какая-то часть мякоти ее
делается растворимой, поэтому сок такой свеклы имеет понижен-
ную чистоту.

Снижение чистоты происходит лишь потому, что при замора-
живании освобождается инвертаза свеклы, которая после оттаи-
вания начинает инвертировать сахарозу, что и приводит к сни-
311
жению чистоты сока. Мы пробовали после быстрого изрезывания
мерзлой свеклы в стружку столь же быстро прогревать ее до
80° С и получать диффузионный сок. При этом инвертаза была
инактивирована, инверсии сахарозы не происходило и очищен-
ный диффузионный сок оказывался точно таким же, как и при
переработке свежей незамороженной свеклы. Следовало бы по-
пробовать осуществить такую работу на сахарных заводах Сиби-
ри и Приуралья, где свекла быстро замерзает и долгое время
хранится, не подвергаясь оттаиванию. Однако сделать это не
легко, так как слишком перегревать стружку тоже нельзя из опа-
сения перехода в раствор протопектина.

Значительной порче подвергается свекла после заморажива-
ния и оттаивания (иногда многократных). При этом накопляется
инвертный сахар, который при щелочном разложении образует
много солей кальция, повышающих вязкость, затрудняющих
фильтрацию и дающих сок с высокой цветностью. Кроме того,
протопектин при замораживании делается менее стойким и лег-
че переходит в раствор на диффузии при нагревании. Поэтому
в данном случае рекомендуют обычно быструю работу на диффу-
зии при пониженной температуре (нагрев не требуется, так как
протоплазма клеток уже денатурирована при замораживании).

При замораживании клетки свеклы умирают, и именно поэто-
му в них идет неорганизованная свободная деятельность инвер-
тазы. Кроме того, мертвые клетки лишены иммунитета, поэтому
в них свободно развиваются микроорганизмы, разлагающие са-
харозу и ухудшающие сок. Особенно вредны бактерии типа лей-
коносток мезентероидес, образующие из сахарозы слизистые вы-
сокомолекулярные полисахариды типа декстрана (гексозана).

Итак, диффузионный сок из свеклы, подвергавшейся замора-
живанию и оттаиванию, содержит большее количество редуци-
рующих веществ, пектиновых веществ и слизистых высокополи-
мерных полисахаридов типа декстрана.

Главным препятствием при дальнейшей переработке такого
сока является чрезвычайно трудная медленная фильтрация пос-
ле I сатурации, которая может почти остановить все производ-
ство.

Эти трудности фильтрации обычно приписывали пектиновым
веществам, которых в соке было гораздо больше, чем при пере-
работке свежей свеклы. Но в работах последнего времени, осо-
бенно в работе Ф. II. Добронравова [39], обнаружено, что пекти-
новые вещества даже увеличивают скорость отстаивания в грязе-
сгустителях, а скорость фильтрации уменьшают, но незначительно,
и при современном методе работы с рециркуляцией нефильт-
рованного сока I сатурации это легко преодолеть.

В другой работе [40] Ф. Н. Добронравов показал, что редуци-
рующие вещества (продукты их щелочного разложения) могут
заметно затруднять и отстаивание, и фильтрацию, если количест-
312
во их превышает 0,5%. При этом глюкоза почти не влияет, а все
вредное влияние оказывает фруктоза. Нужно заметить, что дек-
стран образуется под действием микробов именно из глюкозы,
а фруктоза остается 1нетронутой и может оказывать свое вредное
влияние на отстаивание и фильтрацию.

Однако главное затруднение при отстаивании и фильтрации
соков, полученных из мороженой и оттаявшей свеклы, оказывают
именно соединения типа декстрана [41 и 42, стр. 188—-194].

Декстран растворим в воде, но может дать осадок с известью
(на 1 моль глюкозы, содержащейся в молекуле декстрана, для
полного осаждения требуется 1,1 моль Са(ОН)г). Этот желати-
нозный осадок совершенно невозможно отфильтровать. Однако
растворенная известь (в виде известковой воды или в виде саха-
рата кальция) не осаждает декстрана. Он соединяется лишь с
известью, находящейся в осадке, давая нефильтруемое желати-
нозное соединение.

Для предотвращения образования желатинозного соединения
декстрана с известью нужно всю очистку сока производить так,
чтобы нигде не было избытка извести, находящегося в осадке.
Поэтому именно в присутствии декстрана в диффузионном соке
нельзя проводить основную дефекацию с избытком извести, что
уже давно было замечено, но объяснялось только лишь вредным
будто бы гидролизом пектиновой кислоты с превращением ее в
пектовую кислоту.

Вредной оказывается при испорченной свекле и предвари-
тельная дефекация, если туда подается известковое молоко, т. е.
Са(ОН)г в осадке. Предварительную дефекацию можно прово-
дить здесь только путем рециркуляции сока I сатурации вместе
с осадком СаСО3.

Основная дефекация должна быть выключена, а известковое
молоко подается в котел одновременной дефекации и сатура-
ции. Общий расход извести при переработке испорченной
(дефектной) свеклы увеличивается.

Оставшийся таким образом в растворе декстран, конечно,
несколько увеличивает вязкость сока и замедляет фильтрацию,
но это замедление не настолько значительно.

Описанный метод переработки испорченной свеклы с выклю-
чением основной дефекации легко выполнить при схеме очистки
по БМА. Но и при обычной принятой в СССР схеме он тоже
легко осуществляется.

Изложенный метод очистки при pH 11 позволяет также
оставить незатронутыми, неразложенными редуцирующие веще-
ства, т. е. можно избежать повышения цветности сока и повы-
шения количества солей кальция. Но чтобы редуцирующие
вещества не разлагались и на выпарке, и при уваривании, необ-
ходимо снижать pH до 7,5—7,8 перед выпаркой, проводя перед
ней углубленную сульфитацию.
ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТЫ КАК УСКОРИТЕЛИ ОТСТАИВАНИЯ В ГРЯЗЕСГУСТИТЕЛЯХ

В последнее время иногда для ускорения отстаивания осадка
в грязесгустителях применяют полиэлектролиты, прибавляемые
в ничтожном количестве, например около 1 мг % (т. е. 0,001% к
массе сока) [47, 48].

Это — растворимые в воде высокополимеры с молекулярной
массой более 10 000, отдельные звенья которых содержат кати-
онную или анионную группу. Для сахарного производства име-
ют значение именно анионные полиэлектролиты. Они получают-
ся путем полимеризации непредельных, т. е. имеющих двойные
связи кислот или солей. Например, акриловая кислота образует
полиакриловую кислоту:

пСН = СН2-> ... — СН —СН2 —СН —СН2 —СН —СН2— ...

соон ееон соон соон

Акриловая кислота Полиакриловая кислота

сн3 сн3 сн3 сн3

пС = СН2-> ••• —С —СН2 —С —сн2—с—сн2—...

I III

соон соон соон соон

Метакриловая кислота Полиметакриловая кислота

Общая формула анионного полиэлектролита:

...—R — R — R — R — R— ...

II III
соон соон соон соон соон

Здесь R— какой-то органический радикал.

В частицах осадка I сатурации содержится положительно
заряженный углекислый кальций. Эти частицы притягиваются
(адсорбируются) отрицательными анионными группами поли-
электролита. Таким образом, длинная цепь полиэлектролита
как бы связывает воедино ряд частиц (агрегатов) осадка, содер-
жащих и СаСОз, и агрегированные с ним отрицательные высо-
кополимеры диффузионного сока (пектины, белки). Такие объе-
диненные агрегаты — это уже крупные хлопья, оседающие в
отстойнике очень быстро, например быстрее раз в 10. Таково
простейшее представление о действии анионных полиэлектро-
литов.

Из них часто применяется полиметакрилат натрия, т. е. нат-
риевая соль полиметакриловой кислоты.

В СССР производится полиакриламид, т. е. амид полиакри-
ловой кислоты:

----СН — СН2 —СН — СН2 —СН —СН2-----
I I I

conh2 conh2 conh2
Он выпускается Брянским фосфоритным заводом в виде
8%-ного геля. Следует заметить, что полиакриламид иногда об-
наруживает слабую активность как коагулятор осадков, но эту
активность можно во много раз повысить, обрабатывая полиак-
риламид смесью едкого натра с олеиновой кислотой (на 1 кг
100%-ного полиакриламида — 200 г едкого натра и 100 г.олеи-
новой кислоты). Это и понятно: ведь чистый полиакриламид не
имеет никакой анионной группировки, а лишь амидную, которая
омыляется едким натром, причем появляется активный, анион-
ный полиэлектролит.

Наиболее активными оказались полиэлектролиты, получен-
ные путем сополимеризации неионизированных и ионизирован-
ных 'групп:

----Ri-R2 -R1-R2 — Ri-R2 — Ri---------

СООН СООН СООН

Таким образом, несколько отодвинутые один от другого ани-
онные звенья, имея больше свободного пространства, очевидно,
лучше адсорбируют крупные положительные агрегаты, содер-
жащие СаСО3.

Пектиновые вещества. М. И. Барабанов обнаружил [49],
что седиментация осадка из сока I сатурации значительно уско-
ряется добавлением небольших (5—10%) количеств диффузион-
ного сока. Это было подтверждено опытами ряда заводов, но не
было случайным открытием: М. И. Барабанов обнаружил сна-
чала, что седиментация осадка из сока I сатурации ускоряется
добавкой недеструктированного пектина. Действующим нача-
лом при добавке диффузионного сока был именно содержащий-
ся в нем пектин. Структура пектина совершенно аналогична
структуре анионных полиэлектролитов: это полигалактуроновая
кислота, частично этерифицированная, т. е. часть кислотных во-
дородов замещена на метильные группы. Обозначив через R ос-
новную часть молекулы пектина, получим упрощенную его фор-
мулу:

----R — R — R —R-----------
1111
СООСНз СООН СООСНз соон

Она вполне аналогична приведенной только что общей фор-
муле полиэлектролита из неионизированных и ионизированных
групп.

Ускоренная седиментация от добавки пектиновых веществ
вновь подтверждена недавно и Ф. Н. Добронравовым [39].

Нормальный, выжатый из свеклы сок, оказывается, при до-
бавке к соку I сатурации еще больше ускоряет седиментацию,
чем диффузионный сок, что установлено А. К. Карташовым и
Ю. Д. Головняком [47]. Это вполне понятно, так как нормальный
315
сок содержит еще менее деструктированный пектин, чем диффу-
зионный сок.

Полиэлектролиты добавляются к соку перед самым поступ-
лением его в отстойник, но не перед насосом, который может
разрушить образовавшиеся крупные агрегаты.

ВТОРАЯ САТУРАЦИЯ

Осаждение солей СаО. Как уже было указано выше, II сату-
рация применяется с целью максимального удаления ионов каль-
ция. Процесс сатурации ведут до оптимальной щелочности, после
чего в растворе имеем К2СО3. Судя по очень малой растворимо-
сти СаСОз, в растворе должно бы остаться не более 0,001 % СаО,
а его остается в десятки раз больше — 0,01—0,02% СаО. Очевид-
но, химический процесс на II сатурации гораздо сложнее того,
который был изложен согласно старым работам Шпенглера и
Бренделя. За последние 30 лет вопросу о солях кальция на
II сатурации посвящен ряд весьма обстоятельных работ Дед-
ка [34], Брингель-Мюллера и Брюнихе-Ольсена [35] и в самое
последнее время Бурианка [36].

При повышенном содержании СаО в соке и при низкой нату-
ральной щелочности Шпенглер и Брендель рекомендовали добав-
лять соду. Однако Дедек показал, что при добавлении соды ча-
сто происходит парадоксальное явление: осадков на выпарке об-
разуется еще больше. Дело в том, что при малом количестве
прибавленной соды получается лишь более пересыщенный рас-
твор СаСОз, из которого углекислый кальций в большем количе-
стве выпадает на выпарке. Поэтому приходится давать соду в
значительном избытке, что связано с увеличением расходов,
а при больших количествах СаО почти невозможно добиться
значительного их снижения. Кроме того, повышается и потеря
сахара в мелассе. Гораздо быстрее и полнее выпадает Са3(РО4)2
при добавлении ЫазРО4. Фосфат натрия можно давать даже пря-
мо на выпарку, так как осадок Са3(РО4)2 не пристает к поверх-
ности нагрева и не образует накипи.

Бригель-Мюллер и Брюнихе-Ольсен [35] показали четко, по-
чему при наличии ионов Са" и СО" все-таки пе наблюдается
достаточно полного выпадения СаСО3. Это объясняется тем, что
в водном растворе К2СО3 пет соответствующей концентрации
ионов СО3 , так как, особенно при высокой температуре II сату-
рации, идет гидролиз этой соли очень слабой кислоты:

К2 | СО" 2Н‘ | ОН' К | НСО3 + К‘ | ОН'.

В присутствии сахарозы этот гидролиз сильно возрастает, так
как часть К’|ОН' образует сахарат

К-1 ОН' + С12Н22ОП - НОН + С12Н21О1ХК.
Рис. 131. Распределение анионов на II сатурации в
15%-ном растворе сахара, содержащем Na2CO3 (0,043 н.).

Соотношения между всеми этими компонентами зависят от
pH и температуры и показаны на диаграмме рис. 131. Как видно,
при температуре 85° С лишь малая часть К2СО3, находящегося
в растворе, образует ионы СО'', вызывающие осаждение СаСОз;
большая часть этой соли дает вследствие гидролиза ионы НСО3 ,
ОН' и сахарат. Так, при обычном оптимальном pH 9,25 для
II сатурации при содержании 15% сахара лишь 25% из всего
К2СО3 дает ионы СО3 . Гидролиз К2СО3 можно считать незначи-
тельным лишь при температуре 20° С и при pH 12, но такого вы-
сокого pH на II сатурации не может быть. Это осложняется еще
тем, что в присутствии сахара и аминокислот СаСО3 может об-
разовывать пересыщенные сахарные растворы.

Оптимум и контроль II сатурации. Оптимальной щелочностью
II сатурации, как было уже сказано, называется та щелочность,
при которой остается в соке минимальное количество СаО. Ее
определяют опытной сатурацией сока I сатурации в лаборато-
рии. Однако это определение слишком трудоемко. pH сока при
оптимальной щелочности II сатурации обычно составляет 9,0—
9,5, в среднем 9,25. Лучше было бы и контролировать II сатура-
цию при помощи индикатора тимолового синего на pH 9,25.

Проще всего было бы определять в лаборатории оптималь-
ную щелочность II сатурации очень простым способом: около
100—200 мл сока I сатурации пересатурировать на холоду до
реакции, нейтральной на фенолфталеин, добавить к нему около
0,5 г порошка СаСОз, кипятить 5 мин в конической колбе (чтобы
было лишь минимальное испарение воды), а лучше всего кипя-
тить с обратным холодильником; бикарбонаты при этом будут
разлагаться; затем фильтровать и определять возникшую при
этом щелочность. Очевидно, при такой щелочности не может об-
разоваться на II сатурации Са(НСО3)2. Во всяком случае обычно
при такой обработке получается фильтрат, содержащий меньше
солей кальция, чем заводской сок II сатурации. Недавнее иссле-
дование, проведенное М. С. Жигаловым [37], показало, что опти-
мальная щелочность, определенная этим способом, вполне сов-
падает со щелочностью, найденной сложным старым методом.
При этом определяется также оптимальное значение pH, которое
и устанавливают при автоматическом контроле II сатурации по
потенциометру.

Можно также проконтролировать наличие Са(НСО3)2 в за-
водском соке II сатурации. Для этого нужно определить содер-
жание СаО в соке II сатурации, затем к 100—200 мл сока в ко-
нической колбе добавить 0,5 г СаСО3, кипятить 5 мин, фильтро-
вать и вновь определять СаО. Разность результатов двух опре-
делений СаО показывает, какое количество СаО содержится в
соке II сатурации в виде бикарбоната, которое может давать
осадок на выпарке. Чем эта разница меньше, тем лучше.

Бурианек [36] совершенно правильно обратил внимание на
то, что оптимальная щелочность II сатурации часто совсем не
является оптимальной для прочих станций сахарного завода.
Например, при высокой натуральной щелочности оптимальная
щелочность на II сатурации может оказаться очень высокой, на-
пример 0,04—0,05% СаО. Но такие сильно щелочные продукты
трудно уваривать и кристаллизовать. Поэтому в дальнейшем пу-
тем сульфитации перед выпаркой и после нее нужно будет сни-
зить щелочность. Наоборот, при низкой натуральной щелочности
оптимальная щелочность II сатурации окажется очень низкой —
ниже 0,01 % СаО. Тогда возникает опасность получить на вы-
парке после удаления аммиака кислый сок и опасность инверсии
сахарозы.

В этом случае надо повысить щелочность, например, добав-
ляя Na2CO3, но лучше—NaOH, так как Na2CO3 может, как ска-
зано выше, вызвать осаждение СаСО3 на выпарке.

Выдерживать равномерную оптимальную щелочность на
II сатурации все же трудно и временами возможно появление
избытка СО2. Чтобы все же избежать образования бикарбоната
кальция, нужно, как уже было сказано, поддерживать вы-
сокую температуру па II сатурации, нагревая сок перед ней
до 100°С.

Добавление извести на II сатурации. Иногда на II сатурацию
добавляют около 0,25% СаО в виде известкового молока. При
этом же суммарном расходе извести получается несколько луч-
ший эффект адсорбции. Выше было указано, что ступенчатое
использование адсорбента (т. е. разделение того же его количе-
ства на две порции и последовательное применение их) эффек-
тивнее, чем однократное использование адсорбента.
Однако нужно заметить, 'что при такой добавке СаО коли-
чество газа, пропускаемого на II сатурации, и количество осадка
СаСОз возрастают примерно в 4 раза. Увеличение количества
осадка увеличивает работу по фильтрации сока II сатурации
и по промыванию осадка.

ТЕОРИЯ И ВАРИАНТЫ СУЛЬФИТАЦИИ

Цель сульфитации, как уже было сказано, заключается:

1) в обесцвечивании соков путем восстановления красящих
веществ в бесцветные лейкосоединения; при этом часть сернистой
кислоты превращается в серную;

2) в снижении щелочности и вязкости сиропа путем замены
К2СО3 на K2SO3.

Оптимальные условия. Наилучшее обесцвечивание соков сер-
нистым газом, по исследованиям Шпенглера [38]:

1) при низком pH (7—8), поэтому обесцвечивающее дейст-
вие SO2 энергичнее, чем NaHSO3; Na2SO3 действует еще слабее,
так как эти соли не понижают pH, как сернистая кислота;

• 2) особенно энергично действуют первые порции SO2 (до
0,03—0,05% на 100 частей сухих веществ); при дальнейшем уве-
личении количества SO2 эффект получается значительно мень-
ший;

3) при использовании даже самых малых количеств SO2 в
соке все-таки всегда остается некоторое количество неизрасхо-
дованного SO2. Очевидно, для того чтобы шла реакция восста-
новления красящих веществ, необходим определенный восстано-
вительный потенциал;

4) для получения хорошего эффекта обесцвечивания после
сульфитации в соке должно содержаться 0,003—0,004% избыточ-
ного SO2.

Снижение щелочности и вязкости. При высоких натуральной
щелочности и оптимальной щелочности II сатурации наблюда-
ются значительные затруднения при уваривании утфелей. Дело в
том, что часть сахара оказывается связанной щелочью и нахо-
дится в виде сахарата, поэтому приходится для образования кри-
сталлов и для роста их доводить сироп до более высокой кон-
центрации, а это связано с повышением вязкости, что замедляет
и образование, и рост кристаллов. Процесс уваривания занимает
значительно больше времени и задерживает работу всего завода.
Такие затруднения наблюдаются обычно при самой лучшей свек-
ле, которая как раз и имеет высокую натуральную щелочность
(например, 0,03—0,04%).

Снизить щелочность сока путем пересатурирования па II са-
турации и вредно, так как это повышает содержание солей каль-
ция в соке, и не удается, потому что полученный бикарбонат ка-
319
лия все равно на выпарке разлагается и в сиропе появляется
снова высокая щелочность

2IQ| НСО' = К2 | СО" + Н2О + СО2.

Единственный способ снизить щелочность, вызывающую та-
кие затруднения, это — сульфитация. Снижение щелочности и
вследствие этого снижение вязкости при уваривании является
столь же важной задачей сульфитации, как и обесцвечивание
сока.

Растворимость солей СаСО3, CaSO3, CaSO4. При некоторых
методах работы на сульфитации применяют сернистую кислоту
на II сатурации, заменяя ею полностью или частично углекисло-
ту; — тогда идут реакции

Са’ ’ | (ОН)2 -|- Н2 | SO" = CaSQ3 + 2Н2О,

2К’ |ОН' +H2|SO3 = K2|SO"+2H2O.

Как видно, здесь наблюдается выпадение CaSO3 вместо
СаСО3, который выпадал бы при II сатурации углекислотой.

Частично, как мы указывали, сернистая кислота превращает-
ся в серную и возможно выпадение осадка CaSO4.

Растворимость в воде СаСО3, CaSO3 и CaSO4 в процентах
(считая на СаО) при температуре 50 и 100° С такова:

Соли 50° 100°

СаСОз ................... 0,0008 0,0010

CaSO3 ................... 0,0080 0,0074

CaSO4 ................... 0,0842 0,0651

В сахарных растворах растворимость всех этих солей меньше
и уменьшается все больше с повышением концентрации сахара;
например, для CaSO4 при температуре 80° С имеем

Процент сахара в растворе........ 0 20 42 55

CaSO4 (считая г СаО в 100 мл) .... 0,0700 0,0521 0,0300 0,0137

Таким образом, растворимость CaSO3 почти в 10 раз, а рас-
творимость CaSO4 почти в 100 раз больше, чем СаСО3. Заменяя
II углекислую сатурацию сернистой, мы можем повысить содер-
жание в соке солей кальция (в виде CaSO3) примерно на
0,004% СаО. CaSOe при сгущении сока па выпарке, выпадая в
осадок, приводит к быстрому образованию осадка на поверхно-
сти нагрева.

Растворимость CaSO4 сравнительно велика. В дальнейшем он
также выпадает па выпарке, так как в 55 %-ном сахарном рас-
творе растворимость его составляет - лишь 0,0137%. Правда, в
сернокальциевую соль превращается очень незначительное коли-
чество сернистой кислоты.

Место сульфитации в технологической схеме. В сахарной про-
мышленности применяется сульфитация сиропа, сатурационного
320
сока или полусиропа из предпоследнего корпуса выпарки. Суль-
фитация полусиропа создает лишнее усложнение заводской схе-
мы, поэтому следует выбирать лишь между сульфитацией сиропа
и сатурационного сока и сравнить их одну с другой.

Сульфитация сиропа имеет то преимущество, что при этом
уже нет опасности увеличить количество кальциевых солей в
растворе. Даже в случае добавления извести к сиропу перед его
сульфитацией (как делают иногда, например, в США) CaSO3 не
накопляется в заметных количествах в растворе, так как его рас-
творимость в концентрированных сахарных растворах ничтожна.
Кроме того, защитники сульфитации только сиропа указывали,
что если сульфитировать сатурационный сок, то он, пройдя через
выпарку, вновь увеличит свою цветность и эффект сульфитации
будет потерян.

Это последнее возражение против сульфитации сатурацион-
ного сока оказалось не соответствующим действительности. На-
против, как показали исследования Станька и Вондрака, суль-
фитация сатурационного сока предохраняет его от нарастания
цветности, так как на выпарке, очевидно, продолжает действо-
вать обесцвечивающе находящийся в растворе K2SO3.

Таким образом, оказывается весьма желательной сульфита-
ция сока перед выпаркой, но необходимо эту сульфитацию вы-
полнять так, чтобы она давала хороший эффект обесцвечивания
и в то же время не приводила к увеличению количества солей
кальция и к появлению осадков на выпарке.

Ни в коем случае нельзя сульфитацией заменять II сатура-
цию, т. е., например, оставлять на II сатурации щелочность вы-
ше оптимальной и затем проводить сульфитацию или же начи-
нать II сатурацию сернистым газом и заканчивать углекислым.
Такие методы предлагались Вейсбергом и ныне отброшены. Дело
в том, что, как уже было показано, CaSO3 в 10 раз больше рас-
творим, чем СаСО3. Поэтому он в заметных количествах остает-
ся в соке и затем выпадает на выпарке.

Правильное место сульфитации — после тщательно прове-
денной оптимальной II углекислой сатурации, которая удаляет
максимальное количество солей кальция; после фильтрации по-
лучается обычный сок II сатурации; его и сульфитируют до pH
около 8,5.

К2 | СО3 + Н2 | SO3 = К2 | SO" + Н2О + СО2

Никаких лишних солей кальция в раствор не переводится,
так как они уже, насколько возможно, удалены и отфильтрованы,
фильтровать после сульфитации не нужно, хотя обычно для кон-
троля все-таки ставят контрольные фильтры.

Недостатком как будто является то обстоятельство, что после
углекислой сатурации остается уже весьма малая щелочность и
удается отсульфитировать лишь около 0,010%, считая па СаО,
И Заказ 905 321
но, по.определениям Geese’a, при сульфитации фактически всту-
пает в реакцию еще меньшее количество (соответственно
0,0006—0,0020%, считая на СаО).

Часто, опасаясь, что «нечего будет сульфитировать», специ-
ально оставляют после 1г углекислой сатурации повышенную ще-
лочность (например, 0,03—0,04). Это весьма опасная ошибка,
неминуемо приводящая к быстрому выпадению осадков на вы-
парке, так как на II сатурации не было достигнуто оптимальной
щелочности, осталось в соке много солей кальция и, может быть,
даже свободная известь; поэтому вполне понятно, что на выпар-
ке должен выпасть осадок CaSO3.

Опыты Минца по сульфитации сока перед выпаркой на Каш-
перовском сахарном заводе [38] подтверждают все описанное
выше. Сульфитация велась до pH 8; эффект обесцвечивания до-
стигал 20—30%; осадков на выпарке было значительно меньше,
чем обычно (удалось 100 дней работать без выварки выпарки).

Сульфитация сиропа. В этом случае, как уже указывалось,
возможно добавление небольшого количества извести перед суль-
фитацией (например, 0,05%), так как растворимость CaSO3 в
концентрированных сахарных растворах ничтожно мала. Выпа-
дающий осадок CaSO3 производит дополнительный эффект ад-
сорбции. Сульфитация сиропа проводится углубленно до pH 7,5.

На заводах СССР иногда сульфитируют только сироп до pH
7,5—8,0 или и сок перед выпаркой до pH 8,5 (слабая окраска
с фенолфталеином) и затем сироп до pH 7,5 (не дает уже окра-
ски с фенолфталеином, но остается еще щелочным на крезоло-
вый красный). Такой метод является наилучшим.

Таким образом, получается максимальный эффект сульфита-
ции, достигающий, например, 35 % от общей цветности.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ АДСОРБЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ СОКА

Активные угли. 1. Костяной уголь. Еще с 1815 г. в са-
харной промышленности начали применять костяную крупку —
обожженную кость — как обесцвечивающее средство. Состав ко-
стяного угля на 100 частей сухого вещества следующий; углеро-
да—10%; Са0(РО4)2 —82%; СаСО3 —7%; CaSO4 — 0,3%; пе-
ска и пр.— 0,7%.

Как видим, главная составная часть костяного угля — фос-
форнокальциевая соль и лишь 10% действительно угля. Строе-
ние костяного угля весьма тонкое, губчатое. Поэтому этот уголь,
применяемый в виде крупки, обладает значительной адсорбцион-
ной способностью.

Однако крупка является слишком дорогим средством для
обесцвечивания, требующим устройства весьма громоздкой стан-
ции угольных адсорберов. Оно давно уже оставлено в свекло-
сахарном производстве.

322

.3
2. А к т и в н ы е древесные угли по своей адсорбцион-
ной способности гораздо более энергичны, чем костяной уголь.
Производство активных углей особенно развилось за время пер-
вой мировой войны, так как активные угли применяются как
энергичные противогазы, поглощающие вредные примеси воз-
духа.

Преимущества активных углей по сравнению с костяной
крупкой таковы: 1) затрачиваемое количество их в 150 раз мень-
ше, чем количество крупки; 2) в связи с этим их регенерация
обходится дешево (часто же и совсем не регенерируют); 3) обес-
цвечивание идет очень быстро, поэтому требуются лишь неболь-
шие мешалки для смешивания с активным углем.

Производство и типы активных углей. Обычный древесный
уголь, получаемый при обугливании дерева, неактивен, т. е. об-
ладает лишь весьма слабой адсорбционной способностью, так
как продукты сухой перегонки дерева (смолы, углеводороды)
заполняют поры угля и, адсорбируясь, занимают поверхность его
частиц.

Активирование угля осуществляют различными способами.
Основные из них два: активирование угля прокаливанием при
температуре 800° С и получение угля из предварительно обрабо-
танного дерева и активирование его при температуре 600° С.

Активирование угля прокаливанием в токе
окисляющих газов или паров (например, СО2, Н2О) при темпе-
ратуре около 800° С. При этом окисляются не только смолы, но
частично и сам уголь (выгорает, например, 20—40%):

С + СОг = 2СО (для активирования углекислым газом),

С -ф- Н2О = СО + Н2 (для обработки водой).

Получается уголь, активность которого в несколько десятков
раз больше активности исходного угля-сырца. Это объясняется
тем, что уголь освобождается от смол и, кроме того, адсорбирую-
щая поверхность его весьма возрастает вследствие разъедания
окисляющими газами.

При получении первичного угля-сырца не должно быть слиш-
ком высокой температуры, так как иначе он превращается в кри-
сталлический графит с малой активной поверхностью.

Прокаливание угля или дерева. Чаще прокали-
вают материал (дерево), предназначенный для получения угля,
после предварительного пропитывания его веществами, позво-
ляющими сразу получить активный уголь. Затем уголь промывают
от пропитывающих веществ (прибавок). 'Активирующими веще-
ствами, например, являются СаС12, MgCl2, КОН, NaOH. Они
растворяют клетчатку. Из раствора при дальнейшем нагревании
выделяется очень тонко измельченный аморфный уголь. Такое
активирование идет обычно при более низкой температуре
(600° С).

323

11*
Иногда применяют прибавки, действующие окисляюще:

СаСО3 -> СаО -|- СО2; Na2SO4; NaNO3 и т. д._

Некоторые прибавки (H2SO4, Н3РО4) действуют дегидрати-
рующе, понижая температуру обугливания и давая аморфный
-активный углерод.

Имеется ряд углей различных типов:

конденсационные (для улавливания из воздуха паров различ
йых растворителей — бензина, бензола, спирта и т. д.);

противогазовые;

контактАые, или катализирующие;

обесцвечивающие.

Первые три типа углей применяют в виде зерен, а четвертый
тип, особенно интересный для сахарной промышленности,— в
виде тонких порошков (так как иначе адсорбция из растворов
шла бы слишком медленно).

В сахарной промышленности применяются главным образом
два сорта углей:

1) норит (и подобные ему, например, активный уголь совет-
ского производства), полученный активированием водяным па-
ром или газом СО2;

2) карборафин — уголь, приготовленный посредством ZnCl2.

Эти угли отличаются один от другого и по своему физическо-
му строению: норит состоит из микроскопических, но волокни-
стых, легкоотфильтровываемых, сравнительно не очень тонких
частиц; карборафин же совершенно лишен волокнистой структу-
ры и состоит из весьма тонких пылинок угля.

Активность карборафина вообще значительно выше, чем но-
рита. В настоящее время выпускается норит различных марок с
различной активностью, причем активность норита некоторых
марок не уступает карборафину и даже превосходит его. Сухое
вещество активных углей представляет собой довольно чистый
углерод (5—7% золы).

Попытки ввести применение активных углей (0,3—0,5% по
сухим веществам) в технологическую схему сахарных заводов в
СССР не имели успеха: стоимость угля довольно высокая, схема
производства усложняется, но они успению применяются в рафи-
надном производстве (гранулированные угли).

ИОНООБМЕННИКИ [ИОНИТЫ)

Возникновение и развитие. Активные угли являются в основ-
ном неполярными адсорбентами. Опи задерживают адсорбируе-
мые вещества за счет остаточных валентностей й сил Ван-дер
Ваальса. Но имеются и широко применяются и полярные адсор-
бенты — нонообменники, которые обладают способностью к об-
менной адсорбции катионов и анионов, причем адсорбируемые
324
ионы связываются преимущественно уже за счет сил главной
валентности.

Для смягчения жестких вод давно уже применяют пермутиты
‘(т. е. заменители)—нерастворимые в воде алюмо-натриевые си-
ликаты такого, например, состава:

Na2O - А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О

(иногда коэффициенты бывают и несколько иными, иногда А12О3
частично замещен на Fe2O3 или Сг2О3). Сюда относятся природ-
ные цеолиты и глаукониты; приготовляют и искусственные пер-
мутиты путем нагревания смеси соды и каолина. Пермутиты об-
ладают ценным свойством не переходить в раствор, отбирать из
него катионы, например Са", и заменять их на Na’ :

2NaP + Са'' | Cig СаР2 + 2Na~ |С.Г,

где символом Р обозначены все прочие, кроме Na, составные ча-
сти пермутита. Таким образом, при фильтрации жесткой воды
через слой пермутита (в виде порошка) получается смягченная
вода. Натриевый пермутит при этом превращается в кальциевый
и перестает действовать. Но его легко регенерировать, пропуская
через него избыток раствора NaCl; при этом идет обратная реак-
ция-замена Са" на Na' (действие избыточной массы Na’ ):

СаР2 4- 2Na’ | СГ 2NaP + Са" | Cig.

Таким образом, пермутиты работают в «натриевом цикле».
Попытки применения их для очистки сахарных соков не были
успешны, так как чистоты они не повышают, а замена Са" на
Na' , правда, уменьшает осадки на выпарке, но увеличивает по-
тери сахара в мелассе, так как соли натрия более энергичные ме-
лассообразователи, чем соли кальция.

Прогрессивную роль сыграло появление синтетических орга-
нических смол, обладающих значительной способностью к обме-
ну ионов и позволяющих удалять и катионы, и анионы, на что
указали в 1935 г. Адамс и Хольме (43]. Эти ионообменные смолы
также начали применять для водоочистки, а в 1941 г. Валле при-
менил иониты для углубленной очистки сока II сатурации на
свеклосахарном заводе Маунт Плезент в США [44].

Иониты [44]. Ионитами, или ионообменниками, называются
вообще нерастворимые вещества, способные заменять какие-ни-
будь ионы, находящиеся в растворе, другими. Иониты подразде-
ляют на две группы: 1) катиониты, способные заменять любой
катион на ион водорода, и 2) аниониты, способные удалять из
раствора кислоты, т. е. анионы и ион водорода.

Схема действия катионита такова:

HP +К- I A' ZCKP + H- | А',

где К| А'-—обозначает любую соль. Нерастворимый катио-
нит ИР содержит активный водород, который и обменивается на
любой катион К’ , причем в растворе оказывается кислота и pH
понижается, например, до 2. Потерявший уже активность катио-
нит легко регенерировать при помощи любой кислоты, обычно
5%-ной серной (действие масс):

2кр + н21 so; г 2нр+к21 so;.

В качестве катионитов применяют синтетические смолы типа
бакелита, полученные из фенолов (одно- и многоосновных) и
формальдегида. В эту основу включают еще различные группы,
содержащие активный водород, например, группы сульфо-, т. е.
—SO3H, или группу карбоксила —СООН. Эти группы, а также
и группа фенольного гидроксила—/ ^ОН и придают ка-
тионитам кислый характер.

Аниониты получаются конденсацией анилина с альдегидами.

В качестве основных они содержат группы амино-, имино- и
замещенные группы амино (в которых вместо водорода стоят
различные радикалы, что придает соединениям особо сильно вы-
раженный основной характер). Такие группы, подобно аммиаку,
способны присоединять кислоты. Схема действия анионитов та-
кова:

PNH2 4- Н I А' PNH2 • НА.

Таким образом, анионит удаляет кислоты из раствора, при-
чем pH повышается. Для регенерации анионита применяют ще-
лочи (тоже действие масс):

PNH2 НА + Na~ | ОН' 2 PNH2 + Na' | А' + Н2О.

Для регенерации пользуются растворами едкого натра (не
более 2%) или соды, или аммиака.

•Методы полной деионизации. Сущность. История раз-
вития. Если раствор, содержащий соли, пропустить последова-
тельно через два ионитных реактора — один с катионитом и вто-
рой с анионитом, то получится абсолютно чистая, как бы дистил-
лированная вода, так как первый реактор поглотит все катионы
и отдаст в раствор ионы водорода; раствор сделается кислым, но
анионит поглотит и кислоты, т. е. удалит и все анионы. Такой
метод и применяется широко для водоочистки.

Этот чрезвычайно изящный метод, казалось, открывал и для
очистки сока в сахарной промышленности совершенно новые,
весьма заманчивые перспективы. Много раз указывалось на то,
что сахарная промышленность в области очистки сока за все
150 лет ее существования стоит на одном месте, очищает сок
лишь известью, которая удаляет не больше половины несахаров.
Иониты же позволяли почти полностью освободиться от солей,
являющихся главными мелассообразователями, а также в значи-
тельной степени и от коллоидов и окрашенных веществ, которые
326
тоже обычно являются высокополимерными анионами. Так как
ионитная очистка соков все же дорога, то найдено было наиболее
целесообразным сначала проводить очистку сока обычным мето-
дом при помощи извести, а иониты применять лишь для допол-
нительной углубленной очистки сока II сатурации перед выпари-
ванием.

Впервые такая полная деионизация сока сахарного завода,
как уже было сказано, появилась в США на заводе Маунт Пле-
зент в 1941 г. В СССР по деионизации соков сахарного завода
проведена была большая работа в ЦИНСе Г. С. Бениным и
Е. Е. Шнайдером. Под их руководством в I960 г. была построена
-и начала работать деионизационная установка на Павенчайском
сахарном заводе в Литовской ССР. В это же время в США рабо-
тали три завода с деионизацией (Общая литература 6, стр. 290).
В настоящее время ни в США, ни в СССР нет сахарных заводов,
работающих с полной деионизацией соков. Это оказалось нерен-
табельным.

Применяемые иониты. Ионообменные смолы обычно
применяют в виде зерен размером 0,75—1,5 мм. Эти зерна тон-
кого пористого строения. Поэтому полная ионообменная способ-
ность мало меняется с размером зерна, так как действует не
только наружная поверхность зерна, но и внутренняя поверх-
ность всех пор. Быстрота же ионообмена, конечно, для крупных
зерен будет меньше. Плотность зерен ионитов около 1,3, а на-
сыпная масса колеблется обычно между 0,5—0,7 кг/л.

Характерной величиной является полная обменная емкость
ионита (ПОЕ), выражаемая в мг-экв на 1 г смолы. Она зависит
и от марки смолы, и от того pH, при котором доводят процесс
поглощения до равновесия. Чем больше ПОЕ, тем, очевидно, эф-
фективнее лучше данный ионообменник.

В табл. 22 приведена полная обменная емкость для ионитов
некоторых марок, применяемых в СССР [45]:

Таблица 22

. Полная обменная емкость ионитов

Катиониты При pH Аниониты При pH
3 Б 7 7 1
Эспатит 1(КУ-1) . . 2,6 2,8 2,9 тм (АН-1) .... 0,3 4,5
СБС 3,1 3,3 3,4 ММГ-1 2,4 4,6
Сульфоуголь .... 1,2 1,8 3,2 ПЭ-9 0,8 5,3
КУ-2 4,7 4,7 4,8 ЭДЭ-10п 1,5 7,8

При пропускании сока через слой катионита pH обычно сни-
жается до 2. Поэтому из табл. 22 для катионитов интересны
лишь значения ПОЕ, полученные в кислой среде (при pH 3).
В настоящее время применяют катионит КУ-1 с ПОЕ = 2,6. Но
уже выпускают катионит КУ-2, для которого ПОЕ = 4,7, т. е.
больше в 1,8 раза. Аниониты, наоборот, поглощая кислоту, долж-
ны делать кислый сок нейтральным, т. е. для них интересны ПОЕ
при pH 7. Применяемый в настоящее время анионит АН-1 имеет
очень слабую поглотительную способность — ПОЕ = 0,3. Но уже
широко применяют ЭДЭ-10п с ПОЕ = 1,5, т. е. в 5 раз ак-
тивнее.

Оборудование и схема работы. Так как при про-
пускании через катионит сок делается кислым (pH 2), то для
замедления инверсии сахара и снижения ее до незначительных
размеров приходится горячий сок, поступающий на ионитную
очистку, охлаждать до 20° С и лучше еще ниже, применяя тепло-
обменники типа «труба в трубе». Для начального охлаждения,
например до 40° С, пользуются холодным, очищенным уже со-
ком, который при этом нагревают до 60° С. Окончательно охлаж-
дают сок от 40 до 20° С и ниже уже холодной водой. Все обору-
дование и трубы ионитной установки покрывают внутри кисло-
тоупорным лаком или слоем каучука.

Ионитовые реакторы представляют собой (рис. 132) верти-
кальные цилиндрические стальные резервуары диаметром около
2 м и высотой около 4 м. Они наполнены ионитами до половины
высоты. Для отвода сока, прошедшего через слой ионита, можно
применять, например, перфорированные трубы или трубы со ще-
левидными отверстиями. Эти трубы изготовляют или из пласт-
масс, или из нержавеющей стали. Для очистки сок проходит по-
следовательно через два реактора — один с катионитом и другой

Рис. 132. Схема коммуникаций для пары ионитовых реакторов:

Обозначения:---------сок; —. — вода; а — для высолаживания.

б — для промывания снизу, в — сток при промывании снизу; г —
спуск промывных вод и использованных растворов; — — — деиони-
зированная вода для промывания после регенерации.
с анионитом. Объем такой пары реакторов рассчитан так, чтобы
они могли очищать сок, например, в течение 2—3 ч. Затем в 2 ра-
за больше времени тратится на регенерацию ионитов. Поэтому
для непрерывной работы установки требуется не менее трех пар
реакторов: одна пара очищает сок и две пары проходят регене-
рацию.

Признаком истощения ионитов является изменение pH сока,
выходящего из реактора. Сок, очищенный катионитом, делается
менее кислым, а анионитом, наоборот,— почти кислым (так как
кислоты уже плохо адсорбируются). В истощенную пару реакто-
ров вместо сока направляют воду, которая вытесняет сок и высо-
лаживает иониты, причем, конечно, в сок подаются и промой, раз-
бавляющие его. Затем еще промывают иониты обратным током
воды (снизу вверх). Это необходимо, чтобы удалить с током воды
механические загрязнения и тонкие осадки, а также раскласси-
фицировать зерна ионитов: крупные остаются на дне, более мел-
кие располагаются выше. Это снижает сопротивление слоя иони-
та при дальнейшей работе. Воду, сливающуюся сверху при обрат-
ной промывке, можно применять, например, для гидравлических
транспортеров.

Наконец, спускают промывные воды и пропускают регенери-
рующие растворы: на катионит — H2SO4 (5%-ный) и на анио-
нит— аммиак (2%-ный). По окончании регенерации промывают
иониты деионизированной водой (для получения ее ставят особые
ионообменники). На регенерированные и промытые реакторы
вновь направляют очищаемый сок, причем первые порции сока,
прошедшие через реактор, оказываются, конечно, разбавленными.
Общее разбавление его, связанное с деионизацией, составляет
приблизительно 10%.

На рис. 132 изображена схема трубопроводов для пары иони-
товых реакторов.

Результаты. Современная ионитиая очистка сока II сату-
рации удаляет до 85% содержащихся в нем несахаров. Больше
всего снижается содержание золы—-на 95%• Азот удаляется
лишь на 56% (бетаин ведет себя, как катион, и поглощается ка-
тионитом). Чистота повышается, например, до 98,5%. Сок ока-
зывается бесцветным, так как красящие вещества адсорбируют-
ся. Но в соке содержится инвертный сахар и аминокислоты; по-
этому на выпарке вновь появляется окраска и достигает прежней
величины, так как образуются меланоидины. Однако выпарка ра-
ботает на деионизированных соках прекрасно: никаких осадков
не выпадает.

За 6 лет ионного обмена на заводе Лайтон пришлось доба-
вить лишь 5% к массе ионитов, находящихся в работе, причем
их емкость поглощения составляла 95% от первоначальной.

Выход мелассы па этом же заводе получался лишь 1 %> по
свекле вместо прежних 4%. Выход сахара повысился в среднем
на 1,25% к массе свеклы. На регенерацию ионитов затрачива-
лось серной кислоты 0,68%, едкого натра 0,11 % и аммиака 0,30%
к массе свеклы. Отсюда легко найти, что для получения допол-
нительных 100 кг сахара требовалось на регенерацию ионитов:
H2SO4 — 54 кг, NaOH — 9 кг и NH3 — 24 кг.

Недостатки и перспективы. Как видно из приведен-
ного исторического обзора, метод обычной полной деионизации,

несмотря на его изящество и полноту очистки, не распростра-
няется в промышленности. Причина этого — ряд недостатков, свя-
занных с’методом деионизации, делающих этот метод в его обыч-

ной форме нерентабельным. Эти недостатки таковы:

а) периодичность работы на дорогом оборудовании (учиты-
вая высокую стоимость и самих ионитов). Этот недостаток в
10 раз меньше при ионитной очистке воды, так как там концент-
рация примесей, удаляемых ионитами, по крайней мере в 10 раз
меньше, чем в соке II сатурации;

б) слабость анионитов по сравнению с катионитами, вслед-
ствие чего после ионитной очистки получается кислый сок (pH не
8—9, а, например, 6). Это заставляет иногда очищать ионитами
лишь часть сока, например 50%, и смешивать полученный кис-
лый сок с оставшимся без очистки щелочным соком для полу-
чения нейтральной смеси. Но это вдвое снижает эффект очистки.
Правда, это недостаток преходящий, так как появляются новые
марки все более активных анионитов;

в) инверсия сахарозы, которая быстро нарастает с повыше-
нием температуры очищаемого сока. Это заставляет охлаждать
сок до 20° С и ниже, применять большие и дорогие теплообмен-
ники и затрачивать дополнительно теплоту на окончательный
новый подогрев сока. Предложен ряд методов для борьбы с ин-
версией. Например, предлагается деионизация в три ступени.
Для первой ступени применяют слабокислый катионит (без групп
сульфо-, а лишь с карбоксильными группами), который не столь
сильно снижает pH; для второй ступени выбирают энергичный
сильно основной анионит и для третьей ступени — вновь слабо-
кислый катионит. Однако установка усложняется и охлаждение
все же требуется;

г) затрата значительного количества реактивов для регене-

рации, на что уже указано выше, и потери цепных несахаров сока.
Этот недостаток также вызвал ряд предложений. Самое простое
предложение — готовить удобрительный тук из смеси растворов,
отходящих после регенерации. В таком туке содержится 11—17%
калия и 12—15% азота. Предложены и сложные методы много-
ступенчатой обработки соков и регенерации ионитов, чтобы раз-
делить и утилизировать различные группы несахаров и снизить

расход реактивов;

д) разбавление соков (на 10%) и увеличение расхода топ-
лива является также чувствительным недостатком, который,
однако, может быть несколько смягчен при увеличении обмен-
ной емкости ионитов и периода их активной работы, что сделает
более редкими периоды регенерации.

В заключение следует заметить, что вообще весь вопрос о
рентабельности обычной деионизации весьма зависит от качест-
ва применяемых ионитов, а оно из года в год повышается. По-
этому нельзя упускать из поля зрения вопросы ионообменной
очистки. В самом деле, над ними энергично работают повсюду,
хотя еще и считают в данный момент нерентабельным примене-
ние на сахарных заводах полной деионизации по схеме, какая
оправдала себя для очистки воды.

Иные пути использования ионитов. В то время как полная
деионизация сока не прививается в сахарной промышленности,
больший успех имеют в настоящее время иные, более простые
и дешевые методы применения ионитов. Сюда относится исполь-
зование катионитов не в водородном цикле, а как пермутитов
для удаления иона кальция из соков и, что особенно удивитель-
но, наоборот, для замены калия и натрия на кальций, и, наконец,
применение ионитов просто для обесцвечивания соков взамен
активных углей.

Умягчение соков. Для этого работают только с катио-
нитом в натриевом цикле. Работа идет с горячим соком, так как
никакой кислой реакции нет и инверсии сахара не опасаются.
Регенерация ведется 5%-ным раствором NaCl. Только соли каль-
ция заменяют солями натрия. Потери сахара в мелассе даже
несколько возрастают, так как натрий более энергичный мелас-
сообразователь, чем кальций. Но эти потери все же меньше, чем
при удалении иона кальция путем добавления соды, что иногда
практикуется, так как всегда приходится прибавлять не эквива-
лентное кальцию количество соды, а почти двойной избыток.

На заводе Аарберг в Швейцарии применяют умягчение соков
ионитной обработкой, снижая содержание СаО до 0,0005%. На
выпарке осадков почти нет, лишь в последних корпусах появ-
ляется немного осадка, богатого кремнекислотой, происходящей
из известняка. Считают, что стоимость умягчения окупается хо-
рошей работой выпарки и связанной с этим экономией топлива.
Кроме того, ионитная обработка делает производство более эла-
стичным: на него перестают влиять колебания в качестве сырья.

Замена калия и натрия к ал ьц и е м является опера-
цией диаметрально противоположной предыдущей. Однако такие
опыты были проведены в лабораторном и в полупроизводствеп-
ном масштабе Мёбесом и Винингером [46]. Был применен слабо-
кислый катионит на базе активного угля (с активными карбо-
ксильными группами). Он работал при температуре 70—90° С в
аммиачном цикле, заменяя калий и натрий на аммоний:

Na- | А' -|- 2NHaR ? NH4 | А' -|- NaR.
При этом такие слабые основания, как бетаин и аминокис-
лоты, не затрагивались и оставались в соке. Затем сок обраба-
тывали известью

2NH4 | А' + Са'' | (ОНф -> Са ' ’ | А' + 2NH4OH и
NH4OH->NH3 + H2O.

Регенерированный аммиак поглощается серной кислотой и
используется для регенерации катионита. При обработке сока
известью из него выпадают хлопья (очевидно, солей кальция,
осаждаемых при высокой концентрации извести). Затем следует
сатурация и весьма легкая фильтрация. Осадок содержит
10—15% органических веществ (по сухому веществу ее). Сок
обесцвечивается при этом на 50%.

Несмотря на обилие солей кальция, на выпарке нет осадков *
(очевидно, потому что анионы, дающие осадок с известью, были
полностью удалены). Сироп легко уваривался. Никакой чрез-
мерной вязкости не наблюдалось. Чистота мелассы оказалась
очень низкой — 45—50%, так как кальциевые соли являются сла-
быми мелассообразователями.

Такое снижение чистоты мелассы соответствует понижению
потерь сахаров в ней примерно в 1,5 раза, т. е. снижению потерь
к массе свеклы на 0,6—0,7%.

Обесцвечивание соков ионитами. Многие смоля-
ные иониты обладают адсорбционными свойствами, превышаю-
щими их ионообменные способности. Они начинают успешно кон-
курировать с активными углями. Получены иониты (аниониты и j
катиониты) в СССР, США, Голландии, Англии, гораздо более $
энергичные, чем активные угли. На одном из голландских заво- ?
дов применяли иониты, приготовленные на основе метафенилен- )
диамина, для обесцвечивания растворов желтых сахаров и полу- /
чили обесцвечивание на 85—90%, чего не могли достигнуть при
использовании активного угля и костяной крупки. Регенерация
проводилась раствором соды и соляной кислоты. Расходы при
обесцвечивании ионитом оказались в 3—5 раз меньше, чем при ,>
работе с крупкой и активными углями. Особенно успешно анио-
ниты применяются для обесцвечивания в рафинадном произ-
водстве.

Заключение. Сделанный обзор применения ионитов в сахар-
ном производстве показывает, что здесь нет еще чего-нибудь
твердо устоявшегося, пет еще бесспорно рентабельных методов,
но уже намечается их появление.

Пути использования ионитов многообразны, их следует тща-
тельно сравнивать, изучать и разрабатывать. Эта область может
быстро прогрессировать, особенно в связи с появлением все но-
вых ионообменных смол со все более энергичными способностями
к обмену.

332

Выпаривание сона

Глава 1. КОЛИЧЕСТВО ВЫПАРИВАЕМОЙ ВОДЫ

Обычно из 100 кг перерабатываемой свеклы на сахарном за-
воде получается около 125 кг очищенного сока с содержанием,
например, 15,0% сухих веществ (СВ) и с чистотой 91,0—92,0%,
т. е. с содержанием сахара 13,65—13,8%.

Сахар выделяют из очищенного сока методом кристаллиза-
ции. Чтобы сахар начал выкристаллизовываться, необходимо
удалять растворитель, т. е. воду.

Воду из очищенного сахарного сока на сахарном заводе уда-
ляют в два приема: сначала воду выпаривают из сока на выпар-
ных аппаратах (выпарке), при этом сок сгущается и превра-
щается в сироп с концентрацией около 65% СВ, но сахар еще
не кристаллизуется, так как в сиропе остается еще значительное
количество воды (35%); затем, после дополнительной очистки и
фильтрации, сироп уваривают в вакуум-аппаратах, причем сахар
уже выкристаллизовывается, так как после уваривания в полу-
чаемом продукте — утфеле — остается очень немного воды
(7-8%).

Концентрация сиропа не должна быть чрезмерно высокой
(например, не более 70% СВ), так как иначе при колебаниях
концентрации может получиться пересыщенный раствор, из ко-
торого могут выпадать кристаллы сахара, что приведет к заса-
хариванию сиропных труб и насосов. Кроме того, при чрезмерно
высокой концентрации сиропа повышается его вязкость и затруд-
няется фильтрация.

Количество выпариваемой воды. Количество воды, подлежа-
щее выпариванию на выпарке, легко вычислить. Допустим, что
мы имеем на 100 кг свеклы А = 125 кг очищенного сока с содер-
жанием сухих веществ (по рефрактометру) = 15,0%; требует-
ся сгустить этот сок до состояния сиропа с содержанием сухих
веществ г2 = 65,0%.

Масса сиропа, очевидно, будет меньше, чем масса жидкого
сока, во столько же раз, во сколько повысилась концентрация
при сгущении сока, т. е. масса сиропа
Количество выпаренной воды W = А — а,
или

W = 125'— 125 :.15’0 = 125 f 1-= 96 кг

65 \ 65,0 J

на 100 кг свеклы.

Общая формула для вычисления количества выпаренной
воды

W = A( 1 —-'Ц.

Расход пара на выпаривание 1 кг воды. Лишь в начале раз-
вития сахарной промышленности, 100 лет тому назад, выпарива-
ние воды на сахарных заводах велось по «огневому» способу,
т. е. в открытых плоских сосудах на голом огне. Это приводило
к повышенной карамелизации сахара при выпаривании воды и
к большому расходу топлива.

В настоящее время на сахарных заводах применяются исклю-
чительно паровые выпарные аппараты (выпарки), которые обо-
греваются паром, направляемым в трубчатую закрытую паровую
камеру. Пар имеет более высокую температуру, чем обогревае-
мый им кипящий сок: поэтому теплота пара через поверхность
нагрева передается соку, причем греющий пар, отдавший скры-
тую теплоту парообразования, конденсируется в воду и отводится
из паровой камеры в виде горячего конденсата, а сок, получая
теплоту от пара? кпшиттгтюда из сока удаляется в виде сокового
пара...., ~ "" ~~~

* Здесь происходит как бы обмен скрытых теплот парообразо-
вания: греющий пар отдает свою скрытую теплоту парообразова-
ния и превращается в воду (конденсат), а из сока вода, получая
скрытую теплоту парообразования, уходит в виде сокового пара.
Так как скрытая теплота парообразования для греющего и для
сокового пара приблизительно одинакова, то, очевидно, 1 кг пара
выпаривает в выпарном аппарате (на выпарке) приблизительно
1 кг воды (при условии, что сок уже заранее нагрет до темпе-
ратуры кипения).

устройство выпарных аппаратов

Вертикальный выпарной аппарат системы Роберта. Это одна
из самых старинных и до настоящего времени распространенных
систем выпарных аппаратов. Аппарат Роберта представляет со-
бой закрытый вертикальный цилиндрический железный котел
(рис. 133).

В нижней части аппарата устроена паровая камера, в кото-
рую направляется греющий пар. Она состоит из двух трубных
решеток: одна расположена лишь немного выше дна аппарата,
другая — на 1,5 м выше первой. В отверстия трубных решеток
334
Рис. 133. Выпарной аппарат си-
стемы Роберта.

ввальцованы вертикальные обо-
гревающие трубки, латунные или
стальные, диаметром 30/33 мм
(как в подогревателях). В про-
странство между трубными ре-
шетками подается пар, обогрева-
ющий вертикальные кипятильные
трубки.

Кипящий сок находится внут-
ри кипятильных трубок, под ниж-
ней трубной решеткой и над верх-
ней решеткой. Пар не может про-
никать непосредственно в сок, а
отдавая свое тепло через поверх-
ность трубок, конденсируется в
паровой камере, откуда и отво-
дится снизу в виде конденсата.
Из верхней части паровой камеры
отводятся неконденсирующиеся
газы (как в подогревателях).

В середине аппарата имеется
более широкая так называемая
циркуляционная труба (250—
500 мм), также вделанная в труб-
ные решетки. Сок, кипящий в уз-

ких вертикальных трубках, выбрасывается из них вверх вместе
с пузырьками образовавшегося пара. Здесь пузырьки лопаются,
пар освобождается и удаляется из верхней части аппарата, а сок,
свободный от пара, двигается вниз по циркуляционной трубе и
снова попадает в нижнюю часть кипятильных трубок.

Выпарные аппараты всех систем работают непрерывным ме-
тодом, т. е. в них непрерывно подается сок для выпаривания и
также непрерывно отводится сгущенный сок.

Уходящий из выпарного аппарата соковый пар проходит в
верхней части аппарата через ловушку, служащую для отделе-
ния капелек сока, увлекаемых паром. В ловушке пар несколько
раз меняет направление своего движения; при этом развивается
центробежная сила, отбрасывающая капли сока к стенкам ло-
вушки, по которым они и стекают вниз, возвращаясь обратно в
выпарной аппарат.

Для наблюдения за кипением сока в выпарном аппарате уст-
раивают в стенках его зрительные стекла (обычно 2—3 стекла,
расположенных одно над другим, несколько выше верхней труб-
ной решетки). Аппарат снабжен термометром для определения
температуры кипящего сока и манометром (или вакуумметром).

Для определения уровня кипящего сока служит сокомерное
стекло. Сокомерное стекло — очень важная часть аппарата, так

335

Рис. 134. Циркуляци-
онно-прямоточный вы-
парной аппарат.

бок, направляющий

как производительность вертикального
выпарного аппарата системы Роберта в
значительной степени зависит от уровня
сока. Нужно держать возможно более
низкий уровень сока по сокомерному
стеклу, но этот уровень все же должен
быть таким, чтобы верхняя трубная ре-
шетка была всегда покрыта кипящим со-
ком. Для этого уровень по сокомерному
стеклу должен достигать приблизительно
*/з высоты кипятильных трубок. При мень-
шем количестве сока верхняя часть по-
верхности нагрева не будет им покрыта,
что понижает производительность аппара-
та и приводит, кроме того, к карамелиза-
ции сахара. Если же уровень сока слиш-
ком высок, то это уменьшает скорость
циркуляции его и ухудшает теплопереда-
чу, а также уменьшает производитель-
ность выпарного аппарата.

Циркуляционно-прямоточный выпар-
ной аппарат ЦИНСа. В настоящее время
в СССР в качестве стандартного выпар-
ного аппарата применяют циркуляцион-
но-прямоточный аппарат (рис. 134). Он
похож на выпарной аппарат Роберта, но
имеет более длинные трубки (не 1,5 л«, а
около 3 м). В верхнюю часть циркуляци-
онной трубы вделан конический патру-
циркулирующий сок в расположенную ни-

же сливную воронку, которая выводит сок из аппарата. Таким
образом, аппарат делается прямоточным, т.е. большая часть со-

ка, поступающего в нижнюю часть аппарата под трубную ре-
шетку, лишь 1 раз проходит по кипятильным трубам и немедлен-

но удаляется.

В то же время, если часть циркулирующего сока нс успевает
уйти в следующий корпус, то опа может направляться и по цир-
куляционной трубе обычным порядком, так как есть свободный
промежуток между отводящей воронкой п направляющим кони-
ческим патрубком.

Преимущество аппарата в том, что в нем циркулирует сок
меньшей концентрации, так как большая часть концентрирован-
ного сока уводится прямоточно. С уменьшением же концентра-
ции возрастает коэффициент теплопередачи.

Кроме того, этот аппарат снабжен улучшенным каплеулови-

телем, состоящим из нескольких рядов металлических сит или
иногда из насадки колец Рашита.
Глава 2. ВЫПАРКА С МНОГОКРАТНОЙ УТИЛИЗАЦИЕЙ ПАРА

ПРИНЦИП МНОГОКРАТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРА

Можно было бы все выпарные аппараты греть паром из паро-
вых котлов. Это самый простой способ работы. Поэтому он и
применялся в начальный период развития сахарной промышлен-
ности. Но при таком методе работы расходуется слишком много
топлива.

Как уже показано выше, для выпаривания 1 кг воды требует-
ся I кг пара. Из 100 кг свеклы требуется выпарить около 96 кг
воды. Поэтому при простом однократном использовании пара
расход его на 100 кг свеклы был бы равен тоже 96 кг. Кроме
того, для прочих целей (нагревание различных соков и сиропов
и т. п.) расходуется еще около 50 кг пара. Всего по заводу затра-
146

чивалось бы около 96 + 50 = 146 кг пара, или — = 18,3 кг

угля, если считать, что 1 кг угля с теплотворной способностью
7000 ккал (29307,6 кдж) дает 8 кг пара.

В действительности же на современных сахарных заводах
благодаря широко применяемому принципу многократного ис-
пользования пара расходуют всего лишь 6—7 кг топлива на
100 кг свеклы, т. е. в —- = 2,8 раза меньше, чем при примитив-
6,5

ной тепловой схеме. Поэтому примитивная схема однократного
пароиспользования нигде в сахарной промышленности более не
применяется.

Выпарка с многократным использованием пара состоит из
нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, через которые и
пропускается последовательно выпариваемый сок, который выхо-
дит из последнего корпуса уже в виде сиропа. Из этих несколь-
ких выпарных корпусов лишь на обогрев первого расходуется
пар. Обычно применяется отработавший пар из паровой машины
или турбины, работающей с противодавлением; его называют
иногда обратным, или ретурным, паром.

' Соковый пар, получаемый при выпаривании сока в I корпусе
выпарки, не выпускают без пользы на воздух, а направляют его
для обогрева следующего, II корпуса выпарки, где поддержи-
вается меньшее давление, чем в I корпусе. Таким образом, соко-
вый пар I корпуса приводит в кипение сок во II корпусе выпарки,
где температура кипения ниже, чем в I корпусе, так как здесь
имеется пониженное давление'пара. Соковый пар II корпуса так
же не выпускают на воздух, а направляют для обогрева следую-
щего, III корпуса выпарки, в котором сок кипит при еще более
низком давлении и, следовательно, при еще более низкой тем-
пературе. Соковый пар из последнего корпуса выпарки направ-
ляют в конденсатор, а пекоиденсирующуюся примесь газов (воз-
дух, углекислый газ, аммиак) выкачивают воздушным насосом,
создающим разрежение, например 620 мм рт. ст., что снижает
температуру кипения сока в последнем корпусе до 58—60° С.

Допустим, что имеется выпарка из четырех корпусов. Кило-
грамм обогревающего пара выпарит в I корпусе 1 кг воды, но
полученный здесь килограмм сокового пара направляют во
II корпус, где он выпарит еще 1 кг воды; килограмм сокового
пара из II корпуса пойдет в III корпус выпарки и выпарит там
уже третий килограмм воды; наконец, в IV корпусе выпарки ис-
парится еще 1 кг воды. При таком многократном использовании
соковых паров 1 кг свежего пара выпаривает в сумме 4 кг воды;
четырехкорпусная выпарка оказывается в 4 раза экономнее
однокорпусной.

Выпарка с многократным использованием пара для сахарных
заводов была построена впервые французским инженером Рилье
в 1840 г. и постепенно распространилась в промышленности
(в период 1850—1870 гг.).

Казалось бы, чем больше кратность использования пара, тем
лучше. В действительности же имеются некоторые пределы крат-
ности. Обычно не встречается кратности выше пяти, так как
дальнейшее повышение кратности оказывается нерентабельным.

Это обусловлено тем, что для теплопередачи и выпаривания
нужна разность температур, но имеющаяся на выпарке суммар-
ная разность температур ограничена. Температура отработав-
шего пара, греющего выпарку, обычно не превышает 135° С со-
ответственно избыточному давлению его около 2,5 ат
(0,25 Мн!м2). Более высокая температура и давление уже вызы-
вают заметное разложение сахара. Кроме того, повышение дав-
ления обратного пара снижает мощность, получаемую в турбине.

Разрежение в последнем корпусе выпарки, создаваемое воз-
душным насосом, обычно бывает около 63 см рт. ст., чему соот-
ветствует температура кипения воды 57° С. Но там кипит не
вода, а уже сироп с концентрацией около 60% СВ, что повышает
температуру кипения приблизительно на 3° С. Следовательно,
температура кипения в последнем корпусе выпарки оказывается
равной 60° С. Общий перепад температуры будет 135—60 = 75°.

Если вместо однократного выпаривания применить пятикрат-
ное, то, правда, получится пятикратная экономия пара, по зато
потребуется и поверхность нагрева, в 5 раз большая, так как на
каждую ступень выпаривания придется лишь пятая часть общей
разности температур.

При более точном анализе найдем, что для выпарок повы-
шенной кратности дело обстоит еще хуже, так как каждый новый
корпус приносит с собой дополнительную бесполезную потерю
разности температур, потому что температура кипящего раство-
ра всегда оказывается выше, чем температура получаемого при
этом пара, обогревающего следующий корпус выпарки. Это за-
338
висит от «депрессии» — повышения температуры кипения рас-
творов по сравнению с температурой кипения чистой воды. Кроме
того, соковый пар, переходя по трубе в паровую камеру следую-
щего корпуса, понижает несколько свое давление вследствие тре-
ния, что также дополнительно понижает его температуру.

Между тем экономия пара при дальнейшем возрастании крат-
ности выпаривания оказывается незначительна. Например, что-
бы выпарить 100 кг воды при однократном выпаривании, надо
100 кг пара, при двукратном— 100:2 = 50 кг, при трехкрат-
ном —- 100 : 3 = 33 кг, при четырехкратном — 100 : 4 = 25 кг и
при пятикратном — 100:5 = 20 кг. Следовательно, переход от
однократного к двукратному выпариванию позволяет получить
экономию 100 — 50 = 50 кг. Но переходя от четырехкратного к
пятикратному выпариванию, имеем экономию лишь 25 — 20 =
= 5 кг, т. е. в 10 раз меньше.

Пятикратное выпаривание под разрежением в настоящее вре-
мя применяется главным образом в США, где на диффузии ра-
ботают с большими откачками сока (около 140%) и где поэтому
приходится выпаривать на 100 кг свеклы много воды (около
120 кг).

СХЕМА ПЯТИКРАТНОЙ ВЫПАРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСТРАПАРОВ

Схема пятикратной, или, как ее чаще называют, пятикорпус-
ной, выпарки под разрежением изображена на рис. 135. Сок
II сатурации (или сульфитации), нагретый в подогревателях до
температуры кипения в I корпусе, подается насосом в этот кор-
пус. Затем, постепенно сгущаясь, сок переходит из корпуса в кор-

Рис. 135. Схема пятнкорпуспой выпарки с использованием экс-
трапаров:

/, ;1. 4, 5 — ni.niapiii.ie корпуса: 6 — конденсатор; 7 — барометри-

ческий ящик; 8 — лопушка; 9 — воздушный насос.
пус; самотек легко осуществляется, так как в последующих кор-
пусах имеется все более и более пониженное давление. Из по-
следнего корпуса сироп выкачивают насосом: самотеком его
удалить нельзя, так как последний корпус работает под разре-
жением.

На схеме указаны примерные температуры сока в каждом из
корпусов (118, ПО, 102, 87, 60°С). Очевидно, в соковом простран-
стве III корпуса давление равно приблизительно атмосферному,
в I и II корпусах давление больше атмосферного, а в IV и V —
меньше атмосферного (разрежение).

Первый корпус обогревается отработавшим паром турбины
(температура 138° С) с избыточным давлением 2,5 ат
(0,25 7Й«/л/2), к которому добавляется редуцированный и увлаж-
ненный пар из паровых котлов в таком количестве, чтобы дав-
ление отработавшего пара не снижалось, а было постоянным.

Конденсатор. Соковый пар из последнего корпуса при
давлении 0,18 ат (0,018 Л1н/л/2), или разрежении 63 см рт. ст. и
температуре 57° С направляется в конденсатор 6. Конденсатор
(см. рис. 135) представляет собой вертикальный цилиндрический
аппарат;, в нем устроен ряд горизонтальных перегородок (полки
или тарелки); по этим перегородкам течет каскадами охлаждаю-
щая вода, навстречу которой поднимается пар. При соприкосно-
вении с каскадами воды пар конденсируется, а из верхней части
конденсатора отводится лишь примесь воздуха и других газов
(СО2, NH3) через ловушку 8, отделяющую брызги гзоды, к воз-
душному насосу, создающему необходимое разрежение (напри-
мер, 63 см рт. ст.}.

Охлаждающая вода нагревается в конденсаторе до 45° С и
из нижней конической части его попадает в длинную вертикаль-
ную барометрическую трубу. Длина ее не менее 10 м. Нижний
конец трубы погружен в воду так называемого барометрического
ящика 7, расположенного в нижнем этаже.

Так как в конденсаторе давление весьма мало (разрежение
63 см рт. ст.), то под давлением наружного воздуха вода из баро-
метрического ящика поднимается в барометрическую трубу.
Однако уровень в трубе может подняться лишь до определенной
высоты. В трубке обычного ртутного барометра над ртутью
имеем абсолютную пустоту, и все же давление воздуха подни-
мает столб ртути лишь па определенную высоту — около 76 см.
В барометрической трубе конденсатора имеется не ртуть, а вода,
т. е. жидкость, которая легче ртути в 13,6 раза. Поэтому давле-
ние воздуха при абсолютной пустоте в конденсаторе могло бы
поднять столб воды в 76-13,6 = 1000 см = 10 м, но так как раз-
режение в конденсаторе не 76 см, а лишь 63 см, то вода может
подняться только на 63-13,6 = 860 см — 8.6 м.

Поэтому, несмотря па то что в конденсатор непрерывно по-
дается холодная вода, он не переполняется водой; излишек ее
340
уходит в барометрическую трубу, в которой уровень воды дер-
жится автоматически на определенной высоте, а поступающая
вода удаляется через нижний конец барометрической трубы в ба-
рометрический ящик 7.

Температура на выпарке. Температура кипящего
сока в последнем корпусе выпарки, очевидно; зависит от разре-
жения, создаваемого воздушным насосом. Надо поддерживать
возможно большее разрежение и, следовательно, возможно более
низкую температуру сока в последнем корпусе, так как это уве-
личивает все разности температур, т. е. и теплопередачу, и про-
изводительность выпарки.

Давление, а следовательно, и температура отработавшего па-
ра турбины (ретура), как уже было сказано, автоматически под-
держиваются на определенном уровне путем добавления необ-
ходимого количества пара из парового котла, редуцированного
в автоматическом редукционном вентиле. Если давление отрабо-
тавшего пара понизить, отрегулировав соответственно редукци-
онный вентиль, то мощность, развиваемая турбиной, увеличится,,
но испарительная способность выпарки снизится. Наоборот, если
повысить давление отработавшего пара, то мощность турбины
будет ниже, а выпарка будет выпаривать больше, так как уве-
личатся все разности температур. Однако при этом повысится
карамелизация сахара на выпарке, так как повысится темпера-
тура кипения сока в I корпусе.

Давление и температура в промежуточных корпусах выпарки
(И—IV) никак не регулируются и автоматически сами собой
устанавливаются на определенном уровне в зависимости от соот-
ношения размеров поверхностей нагрева этих корпусов.

Экстрапары. Кроме выпарки, на сахарном заводе имеет-
ся ряд станций, потребляющих значительное количество пара:
пар требуется для обогревания всевозможных подогревателей:
(диффузионного сока, сока I и II сатурации, сока перед выпар-
кой, сиропного подогревателя), вакуум-аппаратов. Для экономии
пара эти станции обычно обогревают не отработавшим паром
турбины, а соковыми парами из выпарки. Такие соковые пары,
отведенные из выпарки для обогрева различных станций, назы-
ваются экстрапарами (extra — вне).

Допустим, например, что для какого-нибудь подогревателя
мы взяли 1 кг сокового пара из III корпуса выпарки. Очевидно,
этот I кг пара получен благодаря тому, что в I корпус был на-
правлен 1 кг отработавшего пара, но этот пар произвел уже па
выпарке полезную для нас работу: выпарено 3 кг воды (в 1, II
и III корпусах по 1 кг). Лишь после этого теплота сокового пара
III корпуса израсходована нами па обогрев подогревателя, а пар
окончательно превратился в конденсат. Таким образом, мы
имеем как бы бесплатное выпаривание нескольких килограммов
воды.
Очевидно, экономия будет тем больше, чем более далек от
I корпуса тот корпус выпарки, из которого отбирается экстра-
пар. Например, если взять 1 кг экстрапара из II корпуса выпар-
ки, то ему будут соответствовать лишь 2 кг выпаренной воды
(в I и во II корпусах). Выгоднее всего было бы обогревать стан-
ции парами V и IV корпусов выпарки. Однако температура этих
ларов слишком низка (57 и 85° С), и это ограничивает их при-
менение. Обычно экстрапары отбирают лишь из I, II и III кор-
пусов, что и изображено на схеме (см. рис. 135), где экстрапары
обозначены буквами Е2, Е3.

Паром из II корпуса обычно обогревают калоризаторы диф-
фузии и подогреватели диффузионного сока. Это вполне возмож-
но, так как максимальная температура нагрева сока на диффу-
зии всего лишь 80° С и для подогревателей диффузионного сока
90° С, тогда как соковый пар III корпуса имеет температуру
около 100° С, т. е. достаточно высокую. Но этим паром, конечно,
нельзя обогревать подогреватели I и II сатурации, так как в
них сок должен нагреваться до 100° С, поэтому греющий пар
должен иметь температуру выше 100° С; обычно применяют пар
II корпуса выпарки (109°С).

Пар I корпуса применяют для обогрева вакуум-аппарата и
подогревателей перед выпаркой (лишь первой группы их, так
как для того чтобы довести подаваемый на выпарку сок до тем-
пературы кипения в I корпусе, приходится, сверх того, во второй
группе подогревателей греть сок ретурным паром).

Упрощенный расчет выпарки и расход пара на выпарку

Задача и исходные данные. Рассчитаем, сколько
-килограммов воды выпаривается в каждом из корпусов выпарки
на 100 кг свеклы. Такой расчет имеет большое значение, так как
-он позволяет определить расход пара на выпарку и, кроме того,
можно затем подсчитать количество тепла, передаваемое в каж-
дом корпусе через поверхность нагрева, и определить величину
необходимых поверхностей нагрева и размеры корпусов.

Рассчитаем пятикратную выпарку как наиболее простую,
хотя далеко еще не наилучшую. Она применяется в том случае,
.когда на диффузии работают с большой откачкой сока (США),
например 140% к массе свеклы, причем на 100 кг свеклы прихо-
дится выпаривать 1Р-- 120 кг воды. Примем для этого случая сле-
дующую систему использования паров выпарки (табл. 23).

Итак, Ех = 7,0; Е2 = 9,5 и Е3 = 21,0. Значительная часть рас-
хода пара по заводу (17,0 кг) не зависит от выпарки: для ува-
ривания сиропа в вакуум-аппаратах применяется отработавший
(ретурный) пар.

Расчет. Обозначим количество воды, выпариваемой в
V корпусе выпарки на 100 кг свеклы, через х кг. В качестве осно-
вы всех расчетов примем, что 1 кг греющего пара выпаривает
342
Таблица 23

Распределение экстрапаров при пятикорпусной выпарке на 100 кг свеклы

Потребители пара Ретурный и редуци- рованный пар Экстрапары
Et е2 Е,
Калоризаторы диффузии — 8,0
Подогреватели диффузионного сока — 1 1 — П,5
Подогреватели сока перед I и II сатурацией — — 9,5 —
перед выпаркой 3,0 6,0 — —
Подогреватели сиропа 1 .—. —. 1,5
Вакуум-аппараты I продукта 12,0 — — —
II продукта 2,0 — — —
Сборники сиропа и оттеков . ‘ — 1,0 —- —
Итого . . . 17,0 7,0 9,5 21,0

1 кг воды; это для практических целей достаточно близко к дей-
ствительности.

Очевидно, чтобы выпарить в V корпусе х кг воды, нужно на-
править туда из IV корпуса х кг пара, т. е. в IV корпусе выпари-
вается также W4 = х кг воды. Чтобы в IV корпусе выпарить х кг
воды, нужно из III корпуса направить туда х кг сокового грею-
щего пара. Однако в III корпусе выпарки (см. рис. 135) выпари-
ваются не только эти х кг воды, которые в виде пара направля-
ются в IV корпус; соковый пар III корпуса идет еще, как экстра-
пар, в количестве Е3 — 21,0 кг для обогрева некоторых станций,
сахарного завода. Следовательно, в III корпусе выпаривается

IV3 - (х + 21) кг.

Поэтому из II корпуса нужно (х + 21) кг сокового пара на-
править для обогрева III корпуса; кроме того, из II корпуса!
бефется Е2 == 9,5 кг экстрапара. Следовательно, всего во II кор-
пусе будет выпариваться

IV2 = (x +21 4-9,5) кг.

Так же точно найдем, что в I корпусе должно выпариваться

IVi = (х 4- 21 4- 9,5 + 7,0) кг.

Очевидно, сумма воды, выпаренной во всех корпусах выпар-
ки, равна

+ W2 4- W3 4- 4-= W

или

x 4- 21 4- 9,5 4- 7 4- x 4- 21 4- 9,5 -f- x -J- 21 + x 4- x 120,
отсюда x = 6,2 кг.
Зная х, найдем

W5 = 6,2; Wt = 6,2; W3 = 6,2 + 21 = 27,2;

Г2 = 6,2 + 21 + 9,5 = 36,7;

= 6,2 + 21 + 9,5 + 7 = 43,7 кг.

.Расчет выпарки удобно располагать так:

Расчет пятикорпусной выпарки

Корпус Выпарено воды
I х +21+9,5+7=43,7
11 х +21+9,5 =36,7
III х + 21 =27,2
IV х = 6,2
V х = 6,2
Сумма 5х + 63+19+7=120; х = 6,2

Расход пара на выпарку. В предыдущем примерном
расчету найдено, что в I корпусе выпаривается 43,7 кг воды. Сле-
доватёйьно, для обогрева этого корпуса затрачивается на 100 кг
свейл^ также D = 43,7 кг пара (ретурного и редуцированного).

Следует заметить, что этот, все же довольно значительный
расход пара требуется в основном совсем не для выпаривания
воды, а для обеспечения паром почти всех станций сахарного за-
вода: выпарка является «тепловым сердцем» сахарного завода,
посылающим пар по всему заводу. Как уже указывалось, если
из какого-нибудь корпуса выпарки взят 1 кг сокового пара, то
ему соответствует затрата также 1 кг свежего пара (ретурного
или редуцированного), но при этом, как бы бесплатно, в несколь-
ких корпусах выпарки выпаривается несколько килограммов
воды.

Итак, если мы берем из разных корпусов выпарки (Ег + Е2 +
+ £3) кг. экстрапаров, то это соответствует затрате такого же
количества свежего пара. Кроме того, в V корпусе выпаривается
1К5 кг воды, которая в виде пара уходит па конденсатор. Этот
пар аналогичен экстрапарам, только он является бесполезно
расходуемым экстрапаром, так как лишь нагревает холодную
воду конденсатора до 40 45° С, чего совсем не требуется для
производства. Уходящим па конденсатор 1К5 кг пара, очевидно,
также соответствует затрата 1К5 кг свежего пара.

Следовательно, суммарный расход пара на выпарку должен
быть равен

d = e1 + e2 + e3 + w„
т. е. сумме экстрапаров плюс количество воды, выпаренной в
V корпусе выпарки (или количество пара, ушедшее на конден-
сатор).

В самом деле, для предыдущего числового примера найдем

D = 7 -ф 9,5 -ф 21 + 6,2 = 43,7 кг,

т. е. как раз та же величина, какую мы вычислили иным путем,,
но здесь гораздо яснее расшифровано, от каких причин зависит
расход пара на выпарку, для каких целей требуется этот расход.

Очевидно, расход пара для обогрева станций, т. е.

2£ = Ег -ф Е2 + Е3 = 7 -ф 9,5 -ф 21 = 37,5 кг,

все равно неизбежен в виде ли сокового или в виде свежего пара.

Следовательно, дополнительным расходом’'пара для самой
выпарки является лишь W5 = 6,2 кг. Это вредный расход пара и
теплоты — этот пар без пользы уходит на конденсатор.

ВАРИАНТЫ СХЕМ ВЫПАРКИ

Общие соображения. Нужно стараться уменьшить количество
воды, выпариваемой в последнем корпусе выпарки. Какие можно
для этого применить способы, будет ясно, если дать расчеты по
выпарке в виде математических формул.

Схема расчета пятикорпусной выпарки

Корпус

I
II
III
IV

Сумма

Выпарено воды

х 4 - Е3 ф Е3 + Et = !Гг

х 4“ Ез ф Е2 = IV2

х ф Е3 = 1^з

х = IV'4

X =№Б

5х ф ЗЕ3 + 2EZ + E1 = W

W-(3E3 + 2E2 + E1)

(I)

Количество воды, выпаренной в I корпусе (И7!), и оно же —
количество пара, израсходованного для обогрева выпарки (D),
будет

D = W ~(3£з + 2£г + * Е-^ + £3 ф Е2 ф Ег .

5
»ь

Как видим, чтобы снизить потерю пара, уходящего в конден-
сатор, т. е. уменьшить ПФ, (1), нужно или уменьшить общее коли-
чество выпариваемой воды W, или увеличить сумму (З£3 ф
,Ф 2£г Ф £1) •
1. Для уменьшения W нужно уменьшить откачку сока, что

и практикуется, например, в Чехословакии. Однако следует за- f
метить, что при уменьшении откачки уменьшается также немного *
и расход пара на всевозможные подогреватели соков (диффузи-
онного, сатурационного), т. е. получается еще дополнительная
экономия в расходе пара и немного меняются количества экс-
трапаров.

2. Чтобы увеличить вычитаемое (З£3 + 2Е2 + в формуле
(1), нужно или увеличить количество экстрапаров, т. е. больше
станций обогревать соковыми парами выпарки, или же перегруп-
пировать обогрев аппаратов так, чтобы больше использовать
пары возможно более отдаленных корпусов:

а) следуя по первому пути, можно бы, например, обогревать
вакуум-аппараты (14 кг пара) не ретурным паром, а паром '
I корпуса выпарки. Е{ увеличилось бы на 14, а бесполезная по-

теря пара на конденсатор уменьшилась бы на —= 2,8 кг. Прав-

да, использование паров выпарки для уваривания в вакуум-ап-
паратах не совсем удобно, так как вакуум-аппараты работают
не непрерывно, а периодически и потребление ими пара весьма
неравномерно, что вредно отражается и на работе выпарки;

б) следуя по второму пути, можно бы, например, подогрева-
тели перед отстойниками (около 4 кг пара) обогревать паром
III корпуса выпарки, т. е. уменьшить Е2 на 4 и увеличить Е3 то-
же на 4. Очевидно, вследствие этого потеря пара на конденсатор

уменьшится на —= 0,8 кг. Можно, например, использовать для J
5

подогревателей диффузионного сока частично и пары IV корпу-
са выпарки с температурой 85° С вместо III. Для этого диффузи-
онный сок пропускают последовательно через две группы подо-
гревателей. Первая из них обогревается паром IV корпуса и на-
гревает сок, например, лишь до 65° С, а вторая группа обогрева- j
ется паром III корпуса и доводит температуру до 85—90° С.

Применяя перечисленные методы, достигают того, что

Г5 = х = 0,

т. е. чтобы совершенно не терялся пар, уходящий в конденсатор.
Тогда расход пара на выпарку будет, очевидно,

1) ХЕ. ' »

I
Последние два корпуса выпарки оказываются ненужными, i
так как в них ничего не выпаривается. Остаются лишь корпуса,
в которых давление пара не ниже атмосферного. Такая выпарка
называется трехкорпусной выпаркой под давлением. *

Трехкорпусная выпарка под давлением. Выпарка под давле-
нием может применяться лишь при малой сравнительно откачке
диффузионного сока и малом количестве выпариваемой воды.
Пусть выпаривается лишь 90 кг воды на 100 кг свеклы (будем
иметь при откачке не более 115%). Кроме того, нужно позабо-
титься об увеличении использования экстрапаров, например рас-
ходовать на уваривание в вакуум-аппаратах лишь соковые пары.

Примерные расчеты для трехкорпусной выпарки под давле-
нием приведены в табл. 24 и ниже.

Таблица 24

Распределение экстрапаров при трехкорпусной выпарке на 100 кг свеклы

Потребители пара Экстрапары, кг
Е, е2

Калоризаторы диффузии — — 7,0
Подогреватели диффузионного сока Подогреватели сока 8,5 10,0
перед I и II сатурацией — —
перед выпаркой 4,0 — —
Вакуум-аппараты 8,5 3,5
I продукта —
II продукта 1,5 —— —
Сборники сиропа и оттеков 1,0 — —.
Итого. . . . | 15,0 | 12,0 17,0

Расчет трехкорпусной выпарки под давлением

Корпус Выпарено воды
I II III 17,0-1-12,0+15,0=44,0 17,0+12,0 =29,0 17,0 =17,0
Сумма .... 51,0+24,0+15,0=90,0

Получили 'как будто очень хорошую выпарку:

1) она проста, имеет лишь три корпуса, а не пять, не требует-
ся ни вакуум-насоса, ни конденсатора;

2) малый расход пара: всего лишь 44 кг + 3 кг (на вторую
группу подогревателей перед выпаркой, обогреваемую ретурным
паром), итого 47 кг, тогда как при пятикорпусной выпарке име-
ли полную затрату пара: 43,7 кг (на выпарку) + 17,0 кг (на ва-
куум-аппараты и подогреватели перед выпаркой), итого 00,7 кг\
совершеТшо нет потерь пара на конденсатор.

Однако попытки применения трехкорпусной выпарки в ее
простейшей форме оказались неудачными, так как работу ее
трудно регулировать и приспосабливать к колеблющимся усло-
виям производства. Если увеличить откачку, то при выпаривании
большего количества воды получаются излишки сокового пара,
который приходится без пользы выпускать на воздух, и потери
оказываются больше, чем при пятикратной выпарке.

Особенные затруднения вызывает неравномерность потребле-
ния сокового пара вакуум-аппаратами. В конце уваривания и в
момент спуска утфеля потребление пара на вакуум-аппарат близ-
ко к нулю. При наличии нескольких вакуум-аппаратов и работе
на них по строгому графику, даже при старании выровнять рас-
ход пара на них, все еще остаются значительные колебания. Та-
ким образом, временами расход пара на вакуум-аппараты умень-
шен на 4—5 кг, т. е. и Е} будет уже не 15 кг, а 10—11 кг. Полу-
чается избыток неиспользованного сокового пара I корпуса, в ко-
тором вследствие этого несколько повышается давление и тем-
пература, увеличивается количество воды, выпариваемой и во II
и в III корпусах, что тоже приводит к потере пара на воздух.
Все же суммарное количество выпаренной воды при всяком
уменьшении отбора экстрапаров оказывается уменьшенным, т. е.
получается сироп меньшей концентрации, например не 65%, а
лишь 50% сухих веществ.

Поэтому к трем корпусам выпарки под давлением обычно до-
бавляется еще один корпус, называемый концентратором, кото-
рый соединяется с конденсатором, но регулируется и работает
под небольшим разрежением, например с температурой кипения
85° С. Таким образом, при уменьшении отбора экстрапаров об-
разующийся избыток соковых паров не выпускается на воздух, а
обогревает концентратор, выпаривая там соответствующее до-
полнительное количество воды и повышая концентрацию сиропа,
которая без этого была бы чрезмерно понижена. Такая трехкор-
пусная выпарка под давлением с концентратором (рис. 136) ши-
роко распространилась, например, в Чехословакии, где работают
с минимальной откачкой диффузионного сока при длительном
обороте диффузионной батареи (около 90 мин).

под давлением с концентра-

Рис. 136. Схема трехкорпусной выпарки
тором.
Четырехкорпусная выпарка с малым разрежением. При бо-
лее быстрой работе на диффузии приходится повышать откачку
диффузионного сока до 120—125%, и трехкорпусная выпарка с
концентратором уже оказывается неудовлетворительной: повы-
шенное количество неиспользуемых соковых паров приводит к
постоянной значительной потере пара на конденсатор.

Чтобы избежать потери пара на конденсатор, нужно еще сдви-
нуть отъем экстрапаров к последним корпусам выпарной стан-
ции, например разделить подогреватели диффузионного сока на
две группы и греть первую группу паром из концентратора, кото-
рый таким образом перестает уже быть просто лишь концентра-
тором, а делается IV корпусом выпарки; сок кипит в нем под
небольшим разрешением, например при температуре 87° С, а пар,
имеющий температуру 84° С, может нагреть диффузионный сок
приблизительно до 65—70° С, вторая группа подогревателей, обо-
греваемая паром III корпуса, догревает сок до 90° С.

Для нагревания сока перед выпаркой можно тоже поставить
три группы подогревателей, нагревая первую из них паром II кор-
пуса, вторую —паром I корпуса и третью — ретурным паром.

При этих условиях отбор экстрапаров (табл. 25) и расчет вы-
парки примут следующий вид.

Как видим, этот тип выпарки позволяет выпаривать 98,0 кг
воды на 100 кг свеклы без потерь на конденсатор, т. е. позволяет
работать с откачкой 120—125%. Расход пара на выпарку и здесь,
как для всякой выпарки, без потерь пара на конденсатор, со-
ставляет

D = = ЕЕ = 44,0 кг.

Четырехкорпусная выпарка с малым разрежением наиболее
подходит для условий работы сахарных заводов СССР (ускорен-
ная работа на диффузии с умеренно повышенной откачкой). Схе-
мы распределения экстрапаров могут быть, конечно, и иными.

Все же недостатком является необходимость применять соко-
вые пары для вакуум-аппаратов, потребляющих пар весьма не-
равномерно. Кроме того, как только мы попытаемся осуществить
дальнейшую экономию в расходовании пара на какой-либо
станции, как немедленно вновь окажутся избытки соковых паров
и потери их на конденсатор. Экономия же в расходовании пара,
конечно, возможна и желательна. Например, было показано, что
можно снизить расход пара на калоризаторы диффузии на 3—
4 кг, получая холодный диффузионный сок и нагревая его отхо-
дящим паром вакуум-аппаратов. Можно уменьшить расход пара
на подогреватели диффузионного сока, нагревая его частично за
счет те.пЛоты конденсатов. Чтобы и при этих условиях не терять
сокового пара па конденсатор, нужны особые дополнительные
мероприятия, например компрессия сокового пара, для повыше-
ния его давления и температуры.
Распределение экстрапаров при четырехкорпусной выпарке
с малым разрежением

Экстрапары, кг

Потребители пара

Калоризаторы диффузии ........................

Подогреватели диффузионного сока..............

Подогреватели сока

перед I и II сатурацией..................

перед выпаркой ..........................

Вакуум-аппараты

I продукта .............................

II продукта .............................

Сборники сиропа и оттеков ... ..........

14.0 I 11,0

8,5

2,0

3,5

Итого. . . .

Расчет четырехкорпусной выпарки с малым разрежением

Корпус

I
II
III
IV

Сумма.

Выпарено воды

6,0+11,04-14,0+13,0=44,0

6,0+11,0+14,0 =31,0

6,0+11,0 =17,0

6,0 = 6,0

24,0-1-33,0+28,0+13,0=98,0

Выпарка с компрессией сокового пара. Редуцированный
пар. Обычно тепловое хозяйство сахарного завода рассчитыва-
ют так, чтобы ретурного пара турбины не хватало для техноло-
гических нужд завода и чтобы приходилось добавлять к ретур-
ному пару еще и редуцированный пар. Такая «недостача» реду-
цированного пара зависит от давления пара в паровых котлах и
создается искусственно: если снизить давление пара в котлах, то
для получения той же мощности пришлось бы затратить на па-
ровую турбину больше пара и мог бы получиться даже значи-
тельный избыток ретурного пара, который было бы невозможно
использовать на заводе; конечно, этого не допускают, а наоборот,
ставят паровые котлы со столь высоким давлением, чтобы турби-
на потребляла меньше пара и чтобы одного ретура было недос-
таточно. Добавка редуцированного пара составляет обычно око-
ло 15% от общей потребности пара на технологические надоб-
ности. Эта добавка имеет огромное значение, так как она явля-
ется регулирующей добавкой; смотря по потребности, ее то уве-
350
Сжагпшй пар

Рис. 137. Инжектор
для сжатия пара (тер-
мокомпрессор).

личивают, то уменьшают в зависимости от колеблющейся потреб-
ности в технологическом паре.

Компрессия пара. Обычно добавочный пар поступает в
•специальный редукционный вентиль, где его давление (избыточ-
ное) снижается, например, от 25 до 2,5 ат (2,5—0,25 Мн/м2), т. е.
до давления ретурного пара. Таким образом, давление ретурного
пара поддерживается автоматически на определенном заданном
уровне независимо от колеблющегося потребления этого пара.

При редуцировании пар не производит никакой работы: по-
лучается перегретый пар, который затем искусственно увлажня-
ют. Но можно получить работу при расширении добавочного па-
ра и за счет этой работы сжать (компрессировать) некоторое
количество сокового пара, повысив его давление, следовательно,
и температуру и ценность. Например, можно часть сокового па-
ра I корпуса выпарки компрессировать до давления и темпера-
туры ретурного пара и прибавить его к ретурному пару.

Для компрессии сокового пара применяют два типа аппара-
тов— турбокомпрессоры и термокомпрессоры, или инжекторы.
Турбокомпрессор состоит из двух машин, вращающихся на об-
щем валу: одна — паровая турбина, приводимая в движение па-
ром высокого давления, который при этом
редуцируется; другая машина-—центро-
бежный компрессор, в который поступает
соковый пар и там сжимается. Турбоком-
прессор сравнительно дорогая машина,
но зато 1 кг пара в 25 ат избыточных
(2,5 Мн/м2) может сжать 4—5 кг пара
I корпуса до давления ретурного пара
(т. е. повысить температуру его на 7—
10° С).

Термокомпрессор, пли инжектор,—
очень простая и дешевая машина, в ко-
торой струя расширяющегося пара высо-
кого давления захватывает, увлекает и
сжимает пар низкого давления (рис.
137). Но коэффициент полезного дейст-
вия инжектора низок и за счет 1 кг пара
в 25 ат избыточных можно сжать лишь
1—2 кг'пара I корпуса до давления ре-
турного пара, однако обычно и этого бы-
вает уже достаточно.

Схема выпарки с компресс и-
е й г о к о в о г о пар а. Если в преды-
дущем примере расчета четырехкорпус-
ной выпарки взять еще из I корпуса 8 кг
сокового дара для компрессирования, то
это будет равносильно увеличению коли-
чества экстрапара I корпуса на 8 кг, т. е. Et = 13 + 8 = 21 кг. Вы-
полнив расчет для этих условий, найдем, что общее количество
выпариваемой воды безо всяких потерь пара на конденсатор бу-
дет уже не 98 кг, а 106 кг, т. е. можно допустить откачку на диф-
фузии примерно до 130%.

Можно также, например, сэкономить, т. е. уменьшить, расход
пара на диффузию на 3 кг, причем

Е3 = 11 — 3=8 кг,

и все-таки пересчет покажет, что при этом можно без потерь
на конденсатор выпаривать 97 кг воды.

В этих примерах все же остается неурегулированным вредное влияние
колебаний отбора соковых паров, например, на обогревание вакуум-аппара-
тов. Но можно создать выпарку с автоматическим регулированием. Затрудне-
ния обычно получаются при временном снижении расхода экстрапара, что
вызывает избыток пара на выпарке и потерю его на конденсатор, в то же
время снижается общее количество выпаренной воды и получается сироп низ-
кой концентрации. Чтобы избежать получения избытков пара, нужно иметь
выпарку, которая бы при нормальной средней работе давала недостаточное
количество сокового пара, восполняемое путем добавления некоторого количе-
ства х кг ретурного пара через особый редукционный вентиль, например,
в соковый пар II корпуса.

Таким образом, давление этого пара поддерживалось бы постоянным не-
зависимо от всяких колебаний отбора пара. Величина же добавочного пара х
будет автоматически меняться: при увеличении отбора экстрапаров она увели-
чивается, при уменьшении отбора — уменьшается (58].

На рис. 138 изображена схема четырехкорпусной выпарки с компресси-
рованием 8 кг пара I корпуса и с регулирующей добавкой (х кг) ретурного
пара в соковый пар II корпуса.

Количество экстрапаров оставим такими же, как в табл. 25 для четырех-
корпусной выпарки, и общее количество выпариваемой воды оставляем также
прежним-—1К=98 кг.

Конечно, при отборе 8 кг пара I корпуса на компрессирование количество
соковых паров окажется недостаточным и необходима будет добавка, равная
х кг, которую можно легко вычислить (табл. 26).

В табл. 25 дан расчет для обычной средней работы, для которой регули-
рующая добавка ретурного пара в соковый оказалась х=4 кг, а в табл. 26 —
для того случая, когда количество экстрапара I корпуса уменьшилось на 5 кг
(вместо 13,0 кг лишь 8,0 кг). В этом случае оказалось, что х=1,5.

Рис. 138. Схема четырехкорпусной выпарки с компрессированием
пара 1 корпуса и автоматическим регулированием:
/ — турбина; 2 — термокомпрессор; 3 — редуктор.
Расчеты по четырехкорпусной выпарке с компрессией пара
I корпуса и с автоматическим регулированием

При обычной работе При снижении Щ до 8 кг
корпус выпарено воды корпус выпарено воды
I 11 III IV 6,0+11,0+14,0+13,0+ +8,0 — х = 48,0 6,0+11,0+14,0 — х = 27,0 6,0+11,0 =17,0 6,0 = 6,0 I II III IV 6,0+11,0+14,04 8,0+ +8,0 —х = 45,5 6,0+11,0+14,0—х = 29,5 6,0+11,0 =17,0 6,0 = 6,0
Сумма 24,0+33,0+28,0+13,0+ +8,0—2х = 98,0 Отсюда х = 4 Сумма 24,0+33,0+28,0+8,0+ +8,0—2х = 98,0 Отсюда х = 1,5

В выпарной установке (выпарке) выпаривается по-прежнему 98,0 кг во-
ды, перепады температур, конечно, сами собой немного изменятся, так как
несколько изменилось количество воды, выпариваемой в I и II корпусах.

Если желаем иметь большую экономию в расходе пара, т. е. снизить £3
и Ец, то для создания выпарки с недостатком соковых паров и с возможностью
регулирования придется увеличить компрессирование пара I корпуса, напри-
мер, до 12 кг; для этого уже потребуется не инжектор, а турбокомпрессор.

Неточность упрощенного расчета выпарки. Упрощенный расчет выпарки
весьма ценен, так как он при всей своей простоте дает результаты, довольно
близкие к действительности, пригодные для практических целей. Но упрощен-
ный расчет все же неточен. Имеются две причины неточности.

Не вполне правильно предположение, что будто бы 1 кг греющего пара
всегда выпаривает 1 кг воды из сока, нагретого до температуры кипения.
Правда, предположение это очень близко к действительности и дает лишь
весьма малую ошибку.

Другим источником более грубых ошибок является пренебрежение «само-
испарением». Дело в том, что сок, переходя по выпарке из корпуса в корпус,
каждый раз попадает в пространства со все меньшим давлением пара и поэто-
му с более низкой температурой кипения. Сок при таком перепаде давления
оказывается перегретым и кипит без получения тепла через поверхность на-
грева, пока на образование пара не израсходуется избыточная теплота и тем-
пература сока не снизится и не сделается равной нормальной температуре
кипения при давлении, имеющемся в данном корпусе. Вследствие такого са-
моиспарения воды выпаривается количество несколько большее, чем дает уп-
рощенный расчет.

Кроме того, при точных подсчетах выпарки следует также учитывать по-
тери тепла' на конвекцию и лучеиспускание, которые, правда, компенсируют
большую часть ошибки от недоучета самоиспарения.

Метод точного расчета выпарки был разработан проф. II. А. Тищенко,
ио здесь он не приводится.

Глава 3. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ВЫПАРКЕ

Во время выпаривания сока в пом происходит ряд химических
изменений. Сюда относятся: 1) изменение щелочности сока,
2) выпадение ряда осадков, 3) разложение сахара и нарастание
12 Заказ 905 353
цветности. В количественном отношении эти изменения невелики.
Поэтому чистота сока перед выпаркой и чистота сиропа после
выпарки очень близки.

Обычно все же чистота сиропа немного (на 0,5) выше чистоты жидкого
сока. Отчасти это объясняется действительным повышением чистоты, так
как некоторое количество несахаров выпадает в осадок на выпарке: главным
же образом повышение чистоты на выпарке является лишь кажущимся. Оп-
ределяется не истинная, а видимая чистота (сухие вещества находят рефрак-
тометрически). Видимая чистота (Ч) обычно ниже истинной, причем эта раз-
ница будет больше при анализе разбавленных соков. Поэтому при анализе
жидкого сока получается чистота (Ч) более заниженная по сравнению с ис-
тинной, чем при анализе густого сиропа.

ИЗМЕНЕНИЕ ЩЕЛОЧНОСТИ НА ВЫПАРКЕ

Понижение щелочности на выпарке представляет собой обыч-
ное явление и происходит вследствие продолжающихся здесь
реакций разложения амидов, например аспарагина

CI12 — CONH2 -I- нон сн2 — соон /

I = I +NH3

CHNH2 — СООН CHN н2 — соон
и

CI13 — соон СН2 — COOK /

I _г К2со3 = | -|~ Н2О -р со,

CHNH2 — СООН CHNH2 — COOK

Таким образом, соковые пары и конденсаты (аммиачные во-
ды) из выпарки содержат аммиак, углекислый газ и углекислый
аммоний.

Кроме разложения амидов, понижение щелочности может
обусловливаться разложением редуцирующих веществ, если они
не полностью разлагаются уже на дефекации и сатурации. Разло-
жение и карамелизация сахарозы (очень слабая) вызывают так-
же понижение щелочности. Чтобы определить степень понижения
щелочности, нужно, конечно, и щелочность сока II сатурации,
и сиропа пересчитывать на одну и ту >ке концентрацию и лишь
после этого сравнивать. Обычная титруемая щелочность сиропа,
несмотря на падение щелочности на выпарке, может оказаться
больше щелочности сатурационного сока.

Например, пусть щелочность сатурационного сока была 0,02,
а сиропа — 0,04% СаО. Следует заметить, что при титровании
для определения щелочности обычно берут не весовое количество
сока, а некоторый объем (10 лм), следовательно, и определяемые
проценты щелочности - - не весовые, а г/100 мл. Пусть сатура-
ционный сок содержит 16,0% (весовых) сухих веществ, а си-
роп— 64,0%. Определим содержание сухих веществ в 100 мл
сока (для этого надо весовые проценты умножить на соответ-
ствующую им относительную плотность, взятую из таблиц).

Найдем для сатурационного сока

16,0 • 1,063 = 17,0,
а для сиропа

64,0 • 1,310-83,8 е/100 мл.

Если бы щелочность при выпаривании не понижалась, то
вследствие сгущения на выпарке она возросла бы до

-^--^-=0,10%.

17,0

В действительности же она оказалась равной 0,04%, т. е.
упала на

0,10 — 0,04 — 0,06%, или на ' 100 — 60%•

0,10

Понижение щелочности не заканчивается на выпарке; оно
продолжается в вакуум-аппарате I и II продуктов и даже в ме-
шалках-кристаллизаторах.

Чрезмерное понижение щелочности на выпарке указывает на
слабую обработку сока на дефекации (мала продолжительность,
низка температура). На дефекацию приходится обращать осо-
бое внимание, когда на переработку поступает свекла, содержа-
щая много амидов и редуцирующих веществ.

Нарастание щелочности. Нарастание щелочности на выпарке
представляет собой более редкое явление. При нормальной ра-
боте на II сатурации этого явления не бывает. Оно указывает на
пересатурирование на II сатурации в то же время при высокой
натуральной щелочности. При пересатурировании мы получаем
бикарбонат калия, нейтральный на фенолфталеин. На выпарке
же при кипячении он разлагается с выделением углекислого газа
и образованием щелочного на фенолфталеин карбоната калия

2К' | НСО' = К2 | СО" Н2О 4- СО2.

Таким образом, вновь появляется щелочность, исчезнувшая
при пересатурировании на II сатурации. Итак, при обнаружении
нарастания щелочности на выпарке необходимо немедленно оп-
ределить оптимальную щелочность сока II сатурации, строго дер-
жать ее при работе, избегая пересатурирования. Нарастание ще-
лочности на выпарке сигнализирует, таким образом, что завод
не использует преимуществ хорошего сырья и высокой натураль-
ной щелочности, держа по шаблону низкую щелочность II са-
турации.,

ОСАДКИ НА ВЫПАРКЕ

Выпадение осадков на выпарке, ведущее к покрытию ими по-
верхностей нагрева выпарки, является следствием нескольких
причин; 1) при сгущении сока на выпарке в нем уже не может
удерживаться в растворе прежнее количество некоторых слабо-

355

12*
растворимых органических и неорганических солей кальция;
2) растворимость многих солей кальция (например, CaSO4,
CaSO3) в более концентрированных растворах сахара оказы-
вается гораздо меньшей; 3) на выпарке продолжаются реакции
разложения глиоксиловой кислоты, оксаминовой кислоты и ал-
лантоина с образованием осадка щавелевокальциевой соли;
4) при пересатурировании на II сатурации происходит на выпар-
ке разложение бикарбоната кальция с выпадением углекальцие-
вой соли

Са" | (НСО3)2 = СаСО3 + Н2О + СО2.

Это последнее происходит обычно уже в первых корпусах
выпарки.

Наличие большого количества накипи в I корпусе, причем на-
кипи, состоящей из СаСО3, указывает на небрежную работу на
II сатурации.

Состав осадков, образующихся на выпарке, колеблется [50].
В накипи I корпуса иногда преобладает СаСО3 вследствие ука-
занной уже неправильной работы на II сатурации. Иногда при
сульфитации перед выпаркой в накипи I корпуса оказывается
много CaSO3, что указывает на небрежно проведенную II сату-
рацию (углекислую) перед сульфитацией (щелочность II сату-
рации была значительно выше оптимальной). Если применяемый
на заводе известняк содержит много магния, то в накипи I кор-
пуса может содержаться много MgO; при этом в накипи оказы-
вается очень много и органических веществ, являющихся, вероят-
но, продуктами карамелизации сахара из сахарного раствора,
пропитывающего весьма объемистый и рыхлый осадок MgO.
В главе о I сатурации уже было указано, что для борьбы с весь-
ма быстрым появлением магниевых осадков на выпарке нужно
повышать щелочность сока I сатурации (не ниже 0,09% СаО).

По направлению к последним корпусам выпарки в накипи
обычно все более нарастает содержание щавелевокальциевой
соли и оно иногда делается преобладающим. Количество соли
зависит от большего или меньшего содержания в свекле глиокси-
ловой п оксаминовой кислот.

Кроме того, в накипи последних корпусов содержится увели-
ченное количество органических веществ, главным образом сла-
борастворимых кальциевых солей различных органических ки-
слот (лимонной, винной и т. п.). Для снижения количества осад-
ков этого типа, как было показано в главе о 1 сатурации, также
нужно повышать щелочность сока I сатурации. Такое повышение
щелочности (до 0,09—0,10% СаО) позволило ряду заводов, даже
пользующихся доломитовым известняком с большим содержа-
нием магния, работать до 100 дней и более без остановок на вы-
варку выпарки.
Иногда накипь содержит значительные количества кремне-
кислоты, происходящей от богатого силикатами известняка, кото-
рый дает известковое молоко, содержащее кремневую кислоту в
коллоидном растворе.

Для удаления осадков, затрудняющих теплопередачу, выпар-
ку вываривают сначала с раствором соды, а затем с раствором
соляной кислоты.

Раствор соды превращает плохо растворимые соли кальция
в легкорастворимый в соляной кислоте осадок углекальциевой
соли, например

CaSO4 + Na2 | СО3 = СаСО3 + Naj SO4,
CaSO3 Na2 CO3 — CaCO3 -p Na2 SO3,
CaC2O4 + Na2 CO3 = CaCO3 + Na2 | C2O4.

Следующая после этого выварка с соляной кислотой удаляет
и СаСО3:

СаСО3 ~р 2Н | СГ = Са | С12 + Н2О + СО2.

Обычный старый метод выварки выпарки таков: сначала пос-
ле окончания работы выпарки добавляют к воде *, находящейся
в выпарных корпусах, соду по расчету. С раствором соды выва-
ривают (кипятят) ‘выпарку в течение не менее 12 ч при темпера-
туре, несколько повышенной против обычной (т. е. при умень-
шенном вакууме). Раствор соды не перепускают из корпуса в
корпус, а взамен выпаренной воды добавляют в каждый корпус
аммиачной воды.

Затем раствор соды спускают, промывают аппараты водой
и вводят в аппараты слабый раствор соляной кислоты, с которым
и вываривают выпарку не более 3 ч при пониженной температу-
ре (максимальное разрежение, уменьшенная подача пара в I кор-
пус). После этого раствор спускают и аппараты промывают
водой.

Рекомендуются растворы соды и соляной кислоты следую-
щей концентрации (в %).

Корпус Сода Соляная кислота
I 2,0 0,8
II 2,5 1,0
III 3,0 1,5
IV 3,5 1,8

Остановки завода для выварки выпарной станции на 17а—
2 суток (приблизительно через 50 дней работы) требуют крупных
затрат. Поэтому сахарные заводы перешли к выварке выпарки
на ходу.. Для этого нужно лишь иметь при каждом корпусе вы-

1 При окончании работы выпарки сок в ней постепенно заменяют водой.

357
парки обходные соковые коммуникации, а также насос и комму-
никацию для подачи в каждый корпус растворов соды и соляной
кислоты (предложено инж. М. К. Васильевым еще в 1904 г.).

Желая произвести выварку какого-нибудь корпуса, сок из не-
го перепускают в следующий корпус; посредством обходной ком-
муникации начинают подавать сок из предыдущего корпуса в
последующий, выключая, таким образом, данный корпус. Его
ополаскивают водой и затем заполняют раствором соды. Выва-
риваемый корпус выключен лишь из соковой схемы выпарки, по
остается включенным в паровую схему. Таким образом, выпарка
работает, но дает в период выварки лишь уменьшенную произво-
дительность и меньшую кратность использования пара. Меньшая
производительность компенсируется частично всегда имеющимся
запасом мощности последних корпусов выпарки.

Кипячение с раствором соды длится 3—4 ч, с раствором ки-
слоты— 20—40 мин, т. е. кипячение более энергично, чем при
обычной выварке выпарки; кроме того, и концентрации раство-
ров выше: щелочной раствор содержит 6—12% соды, раствор со-
ляной кислоты содержит 1,5—2,5% ее. Однако все же в период
выварки выпарки на ходу получается обычно сироп низкой кон-
центрации, так как вывариваемый корпус выключен из соковой
схемы, что особенно чувствительно, когда имеют не пятикорпус-
ную, а трех-или четырехкорпусную выпарку. Во избежание этого
инж. Ю. Д. Кот предложил (51] выключать вывариваемый корпус
и из соковой и из паровой схемы выпарки, т. е. требуется еще
и паровая обходная труба. При этом хотя и уменьшается поверх-
ность нагрева выпарки, но зато возрастает разность температур
каждого из корпусов, и поэтому количество выпариваемой воды
мало изменяется. Из выключенного же корпуса в период выварки
его пар выпускают в атмосферу, т. е. вываривание идет всегда
при температуре 100° С.

Прежний метод медленной выварки выпарки применяют лишь
при остановках всего завода.

Предупреждение появления накипи. Все же выварка выпарки,
конечно, является серьезным накладным расходом. Поэтому при-
нимают всевозможные меры к уменьшению образования накипи
на выпарке [52].

Стремятся обеспечить паилучшее осаждение солей кальция
па I сатурации, повышая щелочность сока па I сатурации, рабо-
тая при оптимальной щелочности и нагревая сок перед II сату-
рацией. Прежде также устраивали кипятильники, чтобы заранее
удалить могущий выпасть осадок.

Кипятильник по отношению ко II сатурации является лишь
контрольным аппаратом: в нем разлагаются бикарбонаты, кото-
рые при правильной работе на II сатурации не должны бы вовсе
образовываться. Таким образом, при высокой температуре на
II сатурации и при тщательном контроле конечной щелочности
358
(чтобы она никогда не была ниже оптимальной) бикарбонаты
образовываться не будут и кипятильник делается ненужным ап-
паратом.

При автоматическом контроле II сатурации по pH по стек-
лянному электроду нет надобности и ведения II сатурации при
высокой температуре. Оптимальное pH на II сатурации может
все же несколько колебаться (pH 9,0—9,50). Оптимальное pH
следует время от времени определять в лаборатории указанным
выше методом (упрощенный метод определения оптимальной ще-
лочности II сатурации).

Огромное значение имеет выдерживание высокой щелочности
на I сатурации (0,08—0,10% СаО). Это позволяет почти пол-
ностью удалить из сока магний и спокойно работать на извест-
ковом молоке из доломитистого известняка (но при этом нельзя
такую известь, содержащую магний, добавлять дополнительно
на II сатурацию).

Высокая щелочность сока I сатурации позволяет также го-
раздо полнее осаждать все слаборастворимые соли кальция, ко-
торые являются главным источником образования осадков на
выпарке. Прочие же анионы, не дающие слаборастворимых со-
лей с кальцием, и сам по себе ион кальция (например, молочно-
кальциевая соль) никаких осадков на выпарке не вызывают.

Огромное значение имеет также длительность II сатурации,
которая должна быть около 10 мин, и выстаивание сока с осад-
ком при перемешивании после II сатурации 10—15 мин, так как
на II сатурации образуются пересыщенные растворы и СаСО3
и Mg(OH)2. При таком выстаивании окончательно выпадают все
эти соли. Если же II сатурацию проводят 5 мин и без отстаива-
ния, то наблюдается часто даже выпадение осадков на стенках
трубопроводов сока после II сатурации, выпадение осадков в
ткани фильтров и в самом отфильтровываемом осадке, который
таким образом спекается в трудноудаляемый монолит, и, нако-
нец, возможно покрытие осадками поверхностей нагрева вы-
парки.

При соблюдении указанных предосторожностей обычно сахар-
ные заводы могут работать более 100 суток без остановок на вы-
варку выпарки.

Нужно заметить, что иногда, при высокой жесткости воды,
приходится периодически останавливать завод вследствие обра-
зования осадков не на выпарке, а на прочей аппаратуре и
трубах.

РАЗЛОЖЕНИЕ САХАРА И НАРАСТАНИЕ ЦВЕТНОСТИ ВЫПАРИВАЕМОГО СОКА

Разложение сахара в выпарных аппаратах зависит от
продолжительности пребывания в них сока (емкость аппаратов)
н от температуры кипения. Эти потери обычно нс превышают
0,01% к массе свеклы.
Изученная С. 3. Ивановым автокаталитическая реакция раз-
ложения сахарозы [53] проходит здесь лишь начальный индук-
ционный период, так как развитию ее препятствуют буферные ве-
щества, содержащиеся в соке, и сок остается щелочным.

Нарастание цветности [54] сока в выпарных аппаратах
отчасти происходит вследствие разложения и карамелизации са-
харозы и зависит от температуры и продолжительности выпари-
вания, а также и от pH сока. При pH 9 и при температуре 100° С
цветность нарастает приблизительно на 0,05 ед. Шт. (на 100 г
сахара) в минуту. С повышением температуры нарастание цвет-
ности сока ускоряется в 3 раза на каждые 10°. При повыше-
нии pH нарастание цветности ускоряется (при pH 10 — в 1,5—
2 раза быстрее, чем при pH 9). В более разбавленных растворах
цветность от разложения сахарозы увеличивается немного быст-
рее, чем в более концентрированных.

Нарастание цветности выпариваемого сока отнюдь нельзя
объяснить одним лишь сравнительно слабым разложением саха-
розы. Большое значение имеет продолжающееся на выпарке раз-
ложение редуцирующих веществ, которые при кратковременной
дефекации могут быть разложены не полностью. На это указы-
вал Р. Пик на XII Международном конгрессе по сахарному про-
изводству в Париже в 1963 г., посвященном вопросам цветности
сахарных соков [55]. Шпенглер настаивает на разложении всех
редуцирующих веществ на дефекации, так как иначе даже
0,008% оставшихся редуцирующих веществ вызывают нараста-
ние цветности сока на выпарке на 2,5° (0,012% их дают уже на-
растание 9,0° Шт.).

Однако если бы на выпарке кипятились соки, близкие к нейт-
ральной реакции, такого нарастания цветности не было бы (у
Шпенглера растворы имели pH 10); например, в рафинадном
производстве при наличии значительных количеств редуцирую-
щих веществ нет большого нарастания цветности, но зато там
pH близок к 7.

Кроме того, красящие вещества образуются на выпарке в ре-
зультате изученной Майяром реакции конденсации между реду-
цирующими веществами и аминокислотами (и аммиаком), при-
чем отщепляется углекислота и получаются высокополимерные
азотсодержащие окрашенные вещества (мелапоидипы). Такие
вещества, полученные из мелассы сахарных заводов, были изу-
чены Станьком. Одно из них, фусказиновая кислота, по мнению
Станька, по крайней мере на 40% обусловливает окраску ме-
лассы.

Фусказиновая кислота содержит 7,1—7,3% азота, лишь 0,2—
0,3% золы и в 1%-ном растворе имеет окраску 950—-1000° Шт.

Быть может такие же красящие вещества образуются и при
взаимодействии продуктов разложения редуцирующих веществ
с аминокислотами.
Вообще следует заметить, что изучение красящих веществ
дэков сахарного завода и мелассы только еще начато [56].

Наблюдаются большие колебания в нарастании цветности
на выпарке по разным заводам: иногда она нарастает всего лишь
на 10%, иногда же увеличивается в 2—2,5 раза.

Как правило, соки, слабо обработанные на дефекации и сату-
рации (с малым количеством извести, кратковременно, при низ-
кой температуре), характеризуются большим нарастанием цвет-
ности на выпарке, если выпаривается сильно щелочной сок с
pH 10. Цветность сульфитированного сока II сатурации на вы-
парке почти не увеличивается: достаточно, чтобы в растворе со-
держались хотя бы следы сульфитов, чтобы уже предотвратить
потемнение сока [57].

Нужно следить за тем, чтобы ретурный пар турбины, посту-
пающий в I корпус выпарки, был увлажнен до состояния насы-
щения, так как без этого он будет перегретым, т. е. иметь по-
вышенную температуру, что, конечно, усиливает разложение
сахара и повышает цветность сока в I корпусе.

СИРОП

Сироп, поступающий из выпарки, всегда мутен, так как на
выпарке из сока выделяются осадки; кроме того, концентрация
его колеблется, между тем как для получения однородного утфе-
ля важно иметь сироп приблизительно постоянной концентрации,
например 65% сухих веществ, затем желательно снижение цвет-
ности сиропа (сульфитация).

Такой сироп, доведенный (добавлением желтого сахара и
очищенного сока) до определенной концентрации, затем сульфи-
тированный и профильтрованный, называется иногда «стандарт-
ным» сиропом.

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛАМ III И IV

1. Jesse г. Oest.— Ungar. Z. f. Zucker — Ind., 22 (1893), 239, 661.

Ctyroky, Tsch., 51 (1926—1927). 230.

Иванов C. 3. ВХТИ, T. 3—4 (1939), 35.

С и л и н П. M. Сборник статей по сахарной промышленности, № 9
(1927), 74.

2. Логинов Н. Е. Пути усовершенствования очистки диффузионного
сока. М., 1940.

3. Замбровск и й В. А. Фильтрация соков и сиропов на сахарных за-
водах. М., 1961.

4. П елетм и некий В. Н. СП, 1952, № 5, 21.

5 Maillard L. С. Comptesrendus, 153 (1911), 1078; 154 (1912), 66.

6 С п л и п П. М. и Силина 3. А. Труды ЦИНСа. Вып. 13 (1933).

7. Агеев Л. М. Труды ВХТИ. Т. 3—4 (1939), 63.

8. W i k 1 п и d О., Socker, 5 (1949), № 9, 57; 6 (1950), № 7, 93; 7 (1951).
№ I, 7.

9. Dede к .),, Vas at ко J. Tsch, 56 (1931—1932), 399.

10. В 6 I t gc r St. C. 50 (1942), 17, 133.
11. Карташов А. К. Труды Киевского филиала ЦИНСа, 1938—1939
(1940), 33.

12. Vasatko J. Cistcnie repnej, stiavy Bratislava, 1951.

13. Вашатко И., Кон Р„ Заводский Л. Пищевая промышлен-
ность за рубежом. Сахарная промышленность. Пищепромиздат, 1955, 113—123.

14. Spengler О., В о 11 ge г St. Z, 88 (1938), № 9.

15. Логинов Н. Е. Пути усовершенствования очистки диффузионного
сока. Пищепромиздат, 1940.

16. Минц И. Б. и Павленко. ВСП (1909), 505.

17. Dede k J., Kmuncek, Tsch, 57 (1932—1933), 337.

18. A n d г 1 i к К , К о h n V. LC, 1921, 105, также Tovarni vyroba cukru
repoveho, Svazek II, Sesit 3, Praha, 1940, 625—626.

19. Spengler O., Bottger Ct., Todt F. Z_, (1933), 661.

Душский И. E., H3 (1934), T. II. Корольков С. И. Сахар,
1937, № 3, 4, 29.

20. Skola. Tsch, 4, (1923), 475.

21. Vasatko J. Tsch, 59 (1934—1935), 65, 99, 149, 254, 313.

22. В о л о x в я н с к и й В. М. НЗ, 1937, № 2, 33.

23. К а р т а ш о в А. К. СП, 1947, № 9, 23.

24. Tib en sky V., Kohn R„ V a s a t к о J. LC, 75 (1959), 128—135.

25. Карташов А. К., Г л у x о в с к и й И. Е., Ж и ж и н а Р. Г. Труды
ЦИНСа. Вып. III (1955), 33.

26. Wi k land О., Socker, 5 (1949), № 9, 57; 6 (1950), № 7, 93; 7 (1951),
№ 1, 7.

27. Д у м а н с к и й А. В., Хар и н С. Е. Влияние коллоидов на процессы
сахароварения. Киев, 1950.

28. Силин П. М. СП, 1955, № 2, 6.

29. Zavodsky L., Vesely V. LC, 72 (1956), № 9, 209—212.

30. Волохвянский В. М. СП, 1949, № 11, 31.

31. Кац В. М. СП, 1951, № 2, 21.

32. С и ли н П. М. СП, 1955, № 2, 6.

33. Dedek J., Vasatko J. LC, 50 (1931—1932), 301.

34. Dedek J., Ivancenko D. B., 1936, 825; 1937, 585.

35. В r ii n i c h e-O 1 s e n H., Sugar, 42 (1947), № 10, 34; Briegel-Mul-
ler A., Briiniche-Olsen H., Sugar, 44 (1949), № 9, 36; Zucker 6 (1953),
443.

36. Burianek J., Durdik F., Cihal K. LC, 71 (1955); 72 (1956), 133,
136, 151.

37. Жигалов M. С., Силин П. M. СП, 1965, № 6, 37.

38. Spengler O., Todt F., Botger St. Z, 84 (1934), 265; Минц
И. Б. НЗ, 1937. Вып. 1, 36.

39. Добронравов Ф. Н. СП, 1965, № 10, 20.

40. Добронравов Ф. Н., Герасимова А. М„ Ачкасова Г В.
СП, 1959, № 10, 19.

41. Feschner F., Ahlers Н. Zuckererzeugung, 3 (1959) 217
Schneider F. Z, 10 (1957), 375.

42. Do b r z у c. k i J. Oczyscranie sokow w przemyslc ciikrowniczyin. Wars-
zawa, 1962. Русский перевод: Д о б р ж и ц к и ii Ян. Очистка соков в сахар-
ном производстве. М., 1964 (перевод В. М. Каца под ред. А. К. Карташова).

43. Adams В. A., Holins Е. С. .1. Soc. Chern. Ind., 54 (1935), 1—6.

44. Салдадзс К. М., Пашков А. Б„ Титов В. С. Ионообменные
высокомолекулярные соединения. Госхимиздат, 1960.

45. Smid J. a. Collektiv. Menice iontu, jejich vlastnost a pouziti, Praha,
1954.

46. Moebes E., Wieninger L. Zucker. 8 (1955), 129.

47. Головняк Ю. Д., Карташов А. К. Труды ВНИИСПа. Вып. XII.
М., 1964, 104—138.
48. Filipczak J., Cihal K-, Starnberg J. LC, 74 (1958), 88; В u-
rianek J., Filipczak J., Pavlas P., Kopeck a. LC, 74 (1958), 103;
Dusek K-, Buri a nek J. LC, 75 (1959), 241—246.

49. Б a p а б а н о в M. И. СП, 1962, № 2, 25.

Карташов А. К., Головняк Ю. Д. СП, 1962, № 10, 14.

50. Mircev A., Cerny К-, Inkristace in cukrovarnictvi, Praha, 1951;
Либкинд Л. И. Методы выварки выпарки. М„ 1959; Троицкий Н. В.
СП, 1949, № 12, 21.

51. Кот Ю. Д. СП, 1953, № 8, 29.

52. Жигало в М. С., С и л и н П. М. СП, 1966, № 7, 14.

53. Иванов С. 3. Труды Ленинградского технологического института
пищевой промышленности. Т. 14 (1958), 155—176.

54. Spengler О., В б 11 g е г St. Z, 86 (1936), 193.

55. Pieck R. Comptes rendus de la 12-e Assemblee generate de la Com-
mission Internationale Technique de Sucrerie (CITS), Paris, 1963, 41—53.

56. Сапронов A. P. СП, 1963, № 8, 32; № 10, 5; «Известия вузов
СССР. Пищевая технология». Краснодар, 1962, № 6, 132; 1963, Ns 1, 33; До-
61) о н р а в о в Ф. Н. СП, 1965, № 3, 13.

57. Одинцова 3. Д. СП, 1952, № 8, 18.

58. Силин П. М. Ж, I (1927), № 5/6, 1.

59. Журавлева 3. Д. и Журавлев А. М. Гидроциклоны и их при-
менение в пищевой промышленности. Госннти, 1959.

60. Адамов Г. И. СП, 1958, Ns 10, стр. 14.

Уваривание
и кристаллизация

Глава 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ УВАРИВАНИЯ
И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

ЦЕЛЬ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УВАРИВАНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Сироп после подогревания и фильтрации поступает на ува-
ривание, где происходит дальнейшее выпаривание из него воды,
причем раствор становится уже пересыщенным и сахар выделя-
ется в виде кристаллов. Целью уваривания и является выкри-
сталлизовывание сахара при выпаривании воды.

Продукт, полученный после уваривания, называется утфе-
лем. Он содержит лишь около 7,5% воды и около 55% выкри-
сталлизовавшегося сахара. Межкристальная жидкость пред-
ставляет собой вязкий раствор, содержащий все несахара и на-
сыщенныйцшствор сахара в оставшемся небольшом ~количестве
воды. По своей- консистенции утфель является, следовательно,
довольно густой и вязкой смесью кристаллов и межкристаль-
ной жидкости. Такую кристаллическую массу невозможно полу-
чить в выпарных аппаратах; там, наоборот, требуется, чтобы
сироп не содержал кристаллов, т. е. концентрация сухих ве-
ществ в нем не превышала 70% во избежание засахаривания
труб, вентилей и т. п.

Сироп уваривают в специальных вакуум-аппаратах, работа-
ющих периодически. Уваривание сиропа необходимо вести под
разрежением, так как концентрация кипящей массы весьма вы-
сока, "что вьнзывает^ пор.ышение температуры кипения, например,
на 20° С. Следовательно,*'если" уваривать сироп под атмосфер-
ным давлением, то температура кипения будет 100 + 20 —
= 120° С, что вызовет карамелизацию сахара, так как уварива-
ние сиропа ДлТГГСЯ^М"-^ Под разрежением же температура
сиропа при уваривании держится лишь около 75—80° С.

Утфель I кристаллизации из вакуум-аппарата поступает в
мешалку (миксер), откуда его направляют в центрифуги, где
под действием центробежной силы во вращающемся дырчатом
барабане (1000 об!мин) кристаллы сахара отделяются от меж-
кристальной жидкости. Эта жидкость называется зеленым от-
теком и содержит все несахара и концентрированный раствор
сахара. Чистота зеленого оттека (75—78%) значительно ниже
364
чистоты утфеля, так
как большая часть са-
хара удалена в виде
кристаллов.

Чтобы получить из
центрифуги белый са-
хар, кристаллы его
промывают небольшим
количеством горячей
воды, т. е. «пробелива-
ют» сахар от оставше-
гося еще на поверхно-
сти кристаллов тонкого
слоя зеленого оттека.
При пробелке часть
кристаллического саха-
ра растворяется, поэто-
му из центрифуги отхо-
дит оттек более высо-
кой чистоты — так на-
зываемый белый от-

Белый сахар

Сок Л сатурации

Сироп

Бтсрель L

Клеровки-

белый оттек

беленый оттек-

-Утсрело П

Бурый оттек

Мел тса

Желтый сахар---

Рис. 139. Схема движения продуктов ва-
рочно-кристаллизационной станции.

тек, который собирают
отдельно от зеленого оттека.

Итак, при фуговке и пробелке утфеля I кристаллизации по-
лучаются (см. схему рис. 139): 1) зеленый оттек, 2) белый от-
тек, 3) белый сахарный песок. Белый сахарный песок направля-
ют в сушилку для удаления влаги и затем в упаковочную.

Белый оттек (Ч около 85%) весь забирают в вакуум-аппа-
рат в конце уваривания утфеля I кристаллизации. Туда же
иногда берут часть зеленого оттека. Зеленый оттек добавляют
при уваривании утфеля I для того, чтобы снизить несколько со-
держание кристаллического сахара в утфеле, удалить (раздви-
нуть) кристаллы один от другого путем разбавления массы зе-
леным оттеком, что делает утфель более подвижным, позволяет
выпарить больше воды и выкристаллизовать при этом больше
сахара.

Главная масса зеленого оттека уваривается в вакуум-аппа-
рате II кристаллизации и получается утфель II кристаллизации,
содержащий около 40% кристаллического сахара. Этот утфель
постепенно охлаждают до температуры 40° С при перемешива-
нии в корытообразных мешалках-кристаллизаторах. При этом
дополнительно выкристаллизовывается еще некоторое количест-
во сахара. Наконец, утфель II направляют в центрифуги, где от
кристаллов сахара отделяется меласса.

Меласса является отходом сахарного производства, так как
из нее уже нерентабельно получать сахар путем дальнейшего
сгущения п кристаллизации.
Качество сахара II кристаллизации, или желтого сахара,
значительно ниже белого сахара. Поэтому желтый сахар не вы-
пускают из завода для потребления, а растворяют в соке II са-
турации, полученный сироп (клеровку) примешивают к сиропу
из выпарки и направляют вместе с ним на сульфитацию сиро-
па. Иногда для улучшения качества желтого сахара его пробе-
ливают в центрифуге небольшим количеством воды; при пробел-
ке получается бурый оттек, имеющий чистоту более высокую,
чем меласса. Бурый оттек возвращают в вакуум-аппарат II про-
дукта в конце уваривания.

Эта старая простейшая схема варочно-кристаллизационной
станции в настоящее время на большинстве заводов усовершен-
ствована, о чем будет сказано в дальнейшем.

РАСТВОРИМОСТЬ САХАРОЗЫ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ПЕРЕСЫЩЕНИЯ

Для того чтобы сахар начал кристаллизоваться, необходимо
уваривать сироп до получения пересыщенного раствора.

Растворимость сахарозы. В воде растворимость сахарозы зна-
чительно увеличивается с повышением температуры (см. Прило-
жение, табл. 2). Удобнее 'всего растворимость выражать числом
килограммов сахара, которое при данной температуре растворя-
ется в 1 кг воды; будем называть это число коэффициен-
том растворимости и обозначать буквой Н. Например,
при температуре 20° С Н = 2,023, а при 80° С Н = 3,703, т. е. в
1,83 раза больше, чем при 20° С.

Коэффициент насыщения а'. В присутствии различ-
ных несахаров растворимость сахарозы несколько иная, чем в
чистой воде (иногда немного меньше, чаще же больше, чем в чи-
стой воде). Отношение коэффициента растворимости (Н') для
данного нечистого раствора к коэффициенту растворимости (Я)
при той же температуре для чистой сахарозы называется коэф-
фициентом насыщения (а) и показывает, во сколько раз саха-
роза в присутствии данных несахаров более растворима в воде,
чем при чистых сахарных растворах:

Пример I. Пусть состав раствора после длительного перемешивания (3—
4 дня) с кристаллическим сахаром при температуре, например, 40° С будет
следующий: сухих веществ 81,5%, сахара 48.1% и чистота 59,0%. Этот рас-
твор сахара является насыщенным, так как мы его долго перемешивали с кри-
сталлами сахара. Какова же здесь растворимость сахарозы? Мы имеем в дан-
ном растворе 100—81,5---18,5% воды, в которой растворено 48,1% сахарозы.
Следовательно, на 1 часть воды приходится сахарозы

Но по таблице растворимость сахара при температуре 40" С // = 2,37. Итак,
в данном примере несахара повышают растворимость сахара.
Коэффициент насыщения здесь

С понижением Ч коэффициент насыщения обычно увеличи-
вается. При Ч выше 75,0% можно бы для заводов СССР счи-
тать приблизительно а' = 1,0 (т. е. несахара при этой Ч почти
не влияют на растворимость сахарозы).

Коэффициент пересыщения а. Раствору содержащий
сахара, больше, чем в насыщенном растворе, называется пере-
сыщенным раствором.' Из него при соприкосновении с кри-
сталлами сахара выкристаллизовывается сахар. Поэтому при
кристаллизации мы постоянно имеем дело с пересыщенными
растворами сахара. Они получаются или путем выпаривания
воды (в вакуум-аппарате), или путем охлаждения (в кристал-
лизаторе); так как растворимость сахара при понижении тем-
пературы уменьшается, то насыщенный раствор сахара делает-
ся при этом пересыщенным.

Степень пересыщения раствора измеряется (по Классену)
коэффициентом пересыщения; так называется число, показываю-
щее, во сколько раз в данном растворе на единицу воды прихо-
дится сахара больше, чем в насыщенном растворе при той же
температуре. Итак,

а - —, (2)

Н’

где а— коэффициент пересыщения;

Н\ — количество сахара на единицу воды в данном иссле-
дуемом растворе;

Н' — растворимость сахара (на единицу воды) при той же
температуре в том же нечистом растворе.

Для пересыщенных растворов, очевидно, будем иметь а> 1,
для насыщенных а = 1 и для ненасыщенных а < 1.

Для чистых сахарных растворов Н' = Н, т. е. растворимость
сахара при определении пересыщения можно брать из таблицы
растворимости. Для нечистых растворов сахара приходится оп-
ределять растворимость Н' отдельным опытом (длительное пе-
ремешивание с кристаллами сахара).

Это затруднительно и обычно не делается. Вместо этого па
практике часто и для нечистых растворов при определении пере-
сыщения пользуются растворимостью, взятой из табл. 2 (см. При-
ложение). Таким образом находят лишь видимый коэффициент
пересыщения

«1 - Д-. (3)

При изучении уваривания и кристаллизации утфеля I види-
мый коэффициент пересыщения является хорошим показателем,
так как здесь (при высокой сравнительно чистоте) он почти ра-
вен истинному пересыщению (Н' почти равно Я). Для утфе-
ля II видимое и истинное пересыщение могут уже значительно
отличаться одно от другого.

Разделив почленно уравнение (3) на уравнение (2) и прини-
мая во внимание уравнение (1), найдем

Я' , а, ...

—— =-------= а или а = -—i- , (4)

а И а’

т. е. истинный коэффициент пересыщения равен видимому, де-
ленному на коэффициент насыщения.

Пример 2. Пусть через некоторое время после спуска утфеля II в кри-
сталлизатор температура в нем оказалась 65° С, а анализ оттека от утфеля
дал следующий результат: СВ 84,7%; сахара 55,9%; 9=66,0. Путем опытной
кристаллизации найдена растворимость сахара для данного оттека при тем-
пературе 65° С (подобно примеру I) И' = 3,27. Так как растворимость чисто-
го сахара Н при температуре 65° С (по таблице) равна 3,08, то коэффициент
насыщения

Найдем коэффициент пересыщения нашего оттека. Очевидно, содержание
воды в нем 100—84,7=15,3% и на одну часть воды приходится сахара

55,9

Я, = —— = 3,654.

1 15,3

Следовательно, истинный коэффициент пересыщения по формуле (2)

а =

-- = 1,117.

3,270

Видимый коэффициент пересыщения по формуле (3)

3,654

И1=---------= 1,186.

1 3,08

Как видим, Ц| значительно отличается от а. По формуле (4) можем найти

«1

а —-----

а'

1,186

1,062

= 1.И7,

т.

е. тот же уже вычисленный выше истинный коэффициент пересыщения.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ САХАРА

Пересыщение и кристаллизация. Когда водный раствор насы-
щен сахаром (т. с. коэффициент пересыщения а = 1,0), то кри-
сталл сахара в нем и не растет, и не растворяется. Такой насы-
щенный раствор можно назвать стабильным, т. е. устой-
чивым.

Если раствор немного пересыщен, т. е. а > 1 (но не больше
1,1), то кристалл сахара в нем растет, но новых центров кри-
сталлизации не образуется. Такой раствор называется мета-
стабильным (т. е. по концентрации выше стабильного).
Скорость кристаллизации тем бо/ш
циент пересыщения а превышав
= 1,06 сахар будет кристал лизлваув!*
а — 1,02, так как

ьшё коэффи-

<i paiilfflhrCTpee, чем при

1,06— 1,00 _ 3

1,02— 1,00 ~

При значительном пересыщении, при а — 1,2 и больше, кри-
сталлы сахара, внесенные в раствор, не только сами растут, но
постепенно образуются и новые кристаллы, которые также на-
чинают расти.

Такие растворы называются лабильными, т. е. неустойчивы-
ми. При промежуточных пересыщениях — между 1,1—1,2 — то-
же образуются и новые кристаллы, но значительно медленнее.

«Заводка» кристалл о в. Если раствор некоторых ве-
ществ, а особенно сахарозы, не','€£)держит готовых кристаллов,
то первые центры кристаллизации появляются лцшь с большим
трудом, хотя бы раствор и был уже сгущен до значительного
пересыщения (например, до а — 1,20 и выше). Поэтому для на-
чала образования кристаллов в раствор сахара, сгущенный до
лабильной области (а = 1,20), обычно вводят «затравку» в виде
небольшого количества сахарной пудры. Затравка немедленно
вызывает образование новых кристаллов сверх тех кристаллов,
которые в ней содержатся. Это называется «заводкой» кри-
сталлов.

Форма кристаллов сахарозы. Сахар кристаллизуется в кли-
норомбической или в моноклинической системе. Ось наклонена
под углом 103° 30'. Кристалл сахара ^весьма сложен: он пред-
ставляет собой комбинацию шести кристаллографических форм
(рис. 140).

Состав утфеля и оттека. Если известен состав утфеля и коэф-
фициент пересыщения межкристальной жидкости, можно лег-
ко вычислить, сколько сахарозы остается ещё в растворе и
сколько ее находится в утфеле
чистота межкристальной жид-
кости (межкристального от-
тека) и каков его процентный
состав.

Допустим, например, что
утфель I кристаллизации име-
ет следующий состав: СВ =
- 92,5; СХ = 83,3; Ч = 90,0.
Пусть температура утфеля в
конце уваривания 80,0° С, ко-
эффициент пересыщения оттека
а-1,10 и 'коэффициент насы-
щения а' — 1,01.

уже в виде кристаллов, какова

Рис. 140. Кристалл сахарозы
Содержание воды на 100 кг утфеля 100 — 92,5 = 7,5 кг. По
таблице растворимости сахарозы (см. Приложение, табл. 2)
найдем, что при температуре 80° С в 1 кг воды растворяется
Н = 3,70 кг сахара. Но так как а' = 1,01 и сс — 1,10, то на 1 кг
воды будем иметь в растворе

3,70 • 1,01 • 1,10 = 4,11 кг сахара.

Всего же на 100 кг утфеля, т. е. на 7,5 кг воды, окажется са-
хара в растворе 4,11 -7,5 = 30,8 кг. Весь остальной сахар будет
находиться в утфеле в виде кристаллов. Итак, на 100 кг утфеля
выкристаллизовалось 83,3 — 30,8 = 52,5 кг сахара.

В межкристальном оттеке останется: сахара 30,8 кг; неса-
хара 92,5 — 83,3 = 9,2 кг; воды 7,5 кг. Масса сухих веществ от-
тека 30,8 + 9,2 = 40,0 кг. Ч = 3--’8'-—2 — 77 о %. Масса оттека
40,0

40,0 + 7,5 = 47,5 кг. Можно вычислить и процентный состав
межкристального оттека.

Составные части Содержание в 100 «г утфеля
кг %
СВ 40,0 84,2
сх 30,8 64,8
ч 77,0 77,0
Масса 47,5 100,0

Окончательное сгущение утфеля в конце уваривания до вы-
сокой концентрации имеет большое значение, так как каждый
килограмм воды, оставленной в утфеле, удерживает в растворе
больше 4 кг сахара.

Эффект кристаллизации при принятых в нашем примере ус-
ловиях оказывается довольно высоким: из 83,3 кг сахара (на
100 кг утфеля) оказалось в виде кристаллов 52,5 кг, т. е.
52 5-100
—------= 63,0% от содержащегося в утфеле сахара.

83,3

Вследствие выкристаллизовывания сахара Ч оттека оказа-
лась ниже, чем утфеля, на 90,0 — 77,0 = 13,0% (это снижение
часто также называют эффектом кристаллизации).

УСТРОЙСТВО ВАКУУМ-АППАРАТОВ

На сахарных заводах применяются вакуум-аппараты двух
типов: вертикальные и горизонтальные.

370
Пар

Воздушный

Рис.

высшии уроВено
уянрелн

Пар_ ни
пон^енсо
пюр

Смотро-
вые
стерла

Аммиачные
газы

Ирапарла

141. Вакуум-аппарат с подвесной
камерой.

Пор

Конденсат

Рассмотрим здесь лишь
наиболее типичный и ча-
ще встречающийся верти-
кальный вакуум-аппарат
с подвесной паровой ка-
мерой.

Вертикальные вакуум-
аппараты имеют форму
вертикального цилиндра
высотой 5—7 м и диамет-
ром 2,5—4 м. Емкость
вертикального вакуум-ап-
парата 100—800 ц утфе-
ля (чаще всего 200—
400 ц). Таким образом,
вертикальный вакуум-ап-
парат внешне напоминает
вертикальный выпарной
аппарат, но в отличие от
последнего он заканчи-
вается снизу усеченным
конусом и широким спу-
скным отверстием, что
позволяет легко спускать
из вакуум-аппарата ут-
фельную массу по окон-
чании уваривания.

Вакуум-аппарат с подвесной камерой (рис. 141). Аппарат име-
ет две цилиндрические паровые камеры разного диаметра, встав-
ленные одна в другую. Камеры пронизаны вертикальными обогре-
вающими трубками диаметром 70—100 мм. В середине централь-
ной камеры устроена циркуляционная труба (диаметр около
500 лш). Таким образом, и по устройству поверхности нагрева
этот аппарат очень похож на вертикальный выпарной аппарат; но
обогревающие трубки сделаны шире (диаметр их не 25—30 мм,
а 70—100 мм), чтобы в них могла циркулировать густая масса
утфеля. Внутренняя паровая камера длиннее, чем наружная (на-
пример, высота наружной около 1 м, а внутренней— 1,5 м). Та-
ким образом, внутренняя камера опущена глубже и обогревает
нижнюю коническую часть аппарата, вызывая здесь кипение и
циркуляцию утфеля, не позволяя массам кристаллов сахара осе-
дать на дне аппарата. Верхняя поверхность обеих камер ограни-
чена одной горизонтальной плоскостью. Пар входит в каждую
камеру с противоположных сторон. Камеры можно обогревать
парами различного давления, например внутреннюю камеру —
паром I корпуса выпарки, а наружную — паром, поступающим из
11 корпуса выпарной установки (выпарки). Конденсат отводится
из каждой камеры снизу, а аммиачные газы—-из верхних частей
камер по соответствующим трубкам.

Во время уваривания утфельная масса циркулирует, двига-
ясь по кипятильным трубкам вверх и опускаясь вниз по цирку-
ляционной трубе и по кольцевому промежутку между стенками
аппарата и подвесной камерой.

В верхней части аппарата устроен щит и, кроме того, ловуш-
ка для брызг, как в выпарных аппаратах.

Пар из вакуум-аппарата направляется на конденсатор через
вентиль разрежения.

Спускное отверстие вакуум-аппарата закрывается круглой
чугунной крышкой — шибером, который при помощи вертикаль-
ного винта может двигаться вверх и вниз, плотно закрывая или,
наоборот, приоткрывая спускное отверстие. Для полного откры-
тия спуска шибер сдвигается в сторону при помощи другого го-
ризонтального винта. Шибер опирается на специальную каретку,
вместе с которой он и двигается в сторону (см. рис. 141).

Перед тем как спускать утфель из аппарата, закрывают вен-
тиль разрежения и открывают воздушный вентиль, через кото-
рый в аппарат входит воздух.

На рис. 142 изображены обычная арматура вакуум-аппара-
та и контрольно-измерительные приборы.

Вакуум-аппарат имеет наборную трубу и наборный вентиль,
через которые в аппарат поступает сироп (также и белый и зе-
леный оттеки). Сборники (ящики) для сиропа и оттеков стоят
обычно рядом с вакуум-аппаратами, причем не требуется ника-
ких насосов, так как сироп и оттеки поступают самотеком под
влиянием разрежения, имеющегося в вакуум-аппарате.

Для наблюдения за кипением увариваемой массы в вакуум-
аппарате и за постепенным повышением уровня и заполнением
аппарата по высоте его устроен ряд смотровых стекол. Стекла
пропариваются изнутри аппарата при помощи трубочек 4; этим
предотвращается засахаривание стекол.

Пробный кран (пробник) 5 в нижней части вакуум-аппара-
та позволяет брать из аппарата небольшие пробы увариваемой
массы (рис. 143). Пробный кран по имеет сквозного отверстия,
так как при наличии разрежения в аппарате такое устройство
не дало бы возможности получить пробу; наоборот, при откры-
вании крана наружный воздух врывался бы в аппарат. Поэтому
в теле пробного крапа имеется лишь углубление, а не сквозное
отверстие. В это углубление и попадает небольшая порция ува-
риваемой массы. При повороте крана на 180° захваченная неболь-
шая проба увариваемой массы вытекает на подставленное ра-
бочим стекло, на котором ее и рассматривают при просвечива-
нии насквозь. Для такого просвечивания около пробного крана
помещают электрическую лампочку.
6

Рис. 142. Расположение приборов и коммуникаций при вакуум-ап-
парате:

1 — манометр; 2 — воздушный вентиль; 3 — вакуумметр; 4 — пропарка для
стекол; 5 — пробный кран; 6 — ловушка; 7 — вентиль уходящего пара; 8 —
водомерное стекло.

В настоящее время начали распространяться чрезвычайно
ценные аппараты — «сахароскопы»; это — микропроекторы, ко-
торые непрерывно показывают на маленьком экране в увеличен-
ном виде картину кристаллической массы, находящейся в ваку-
ум-аппарате.

После спуска утфеля из вакуум-аппарата некоторое количе-
ство утфельпой массы все-таки остается на верхней поверхности
паровой камеры. Поэтому в вакуум-аппарате устанавливают
трубки для пропаривания его. Пар конденсируется, и конденсат
растворяет и смывает утфельпую массу с поверхностей нагрева
вакуум-аппарата.
Рис. 143. Пробный кран вакуум-аппа-
рата.

На аппарате устанавлива-
ют вакуумметр, состоящий из
U-образной трубки, заполнен-
ной до половины ртутью; один
конец ее открыт, а другой со-
общается с верхней частью ва-
куум-аппарата. Разрежение
выражается в сантиметрах
ртутного столба (62—65 см).
В нижней части аппарата име-
ется термометр, показываю-
щий температуру кипения ува-
риваемой массы. На трубах
греющего пара ставят мано-
метры.

Ловушка при вакуум-аппарате имеет дополнительный резер-
вуар (см. рис. 142), чтобы можно было освободить се на ходу
от переброшенной увариваемой массы.

Рис. 144. Вакуум-аппарат системы ЦИНСа:

/ и 2 — наружная и внутренняя паровые камеры; 3 — циркуляционная труба; 4 —
ловушка для капель; 5 — зонт; 6 — аммиачные оттяжки.
На рис. 144 изображен новый вакуум-аппарат конструкции
ВНИИСПа (инж. В. Н. Щеголева), который в основном анало-
гичен изображенному выше вакуум-аппарату. Но он большего
диаметра, поэтому высота слоя утфеля меньше, что снижает
гидравлический напор и температуру утфеля, улучшает цирку-
ляцию его и теплопередачу. Емкость изображенного вакуум-ап-
парата 800 ц утфеля (строят также аппараты и на 600 и 400 ц).

Появляется ряд конструкций вакуум-аппаратов с механиче-
ским перемешиванием утфеля, что улучшает циркуляцию и ус-
коряет уваривание.

Глава 2. УВАРИВАНИЕ УТФЕЛЕЙ I И II

УВАРИВАНИЕ УТФЕЛЯ I

Процесс уваривания утфеля I ведется периодически и состо-
ит из нескольких стадий.

Сгущение до «пробы». Так называется первоначальное выпа-
ривание воды из сиропа, пока не получится пересыщенный рас-
твор, в котором уже можно «завести» кристалл — образовать
достаточное количество центров кристаллизации. Это первона-
чальное сгущение следует вести при максимальном разрежении
(62—64 см рт. ст.); таким образом, мы имеем низкую темпера-
туру кипения 68—70° С, что предотвращает разложение са-
хара и в то же время ускоряет выпаривание, так как получается
максимальная разность температур между греющим паром и
кипящим сиропом.

Раньше принято было вести первоначальное сгущение и за-
водку кристалла при пониженном разрежении и, следовательно,
при повышенной температуре (около 90° С), так как существо-
вало необоснованное, предвзятое мнение, будто бы при более
низкой температуре получается менее «резкий» кристалл. По-
вышение температуры внутри аппарата снижало полезную раз-
ность температур греющего пара и кипящей жидкости и замед-
ляло теплопередачу.

Для сгущения до пробы в аппарат берут такое количество
сиропа, чтобы им полностью была покрыта вся поверхность на-
грева. Таким образом, включается в работу сразу вся поверх-
ность нагрева, что весьма ускоряет уваривание утфеля.

По мере сгущения сиропа температура его при том же раз-
режении повышается, так как более концентрированные раство-
ры кипят при более высокой температуре. Таким образом, к мо-
менту образования кристалла устанавливается температура
74—77° С.

Образование кристалла. Момент образования кристалла —
достаточную степень пересыщения — определяют или на глаз
375
по скорости движения и величине пузырьков пара на зритель-
ных стеклах, по пробе «на волос», по виду струи сиропа, стека-
ющей с пробного крана, или по виду брызг, стекающих по зри-
тельным стеклам, или по показаниям особых приборов (кондук-
тометров). Определение момента, когда следует приступать к
образованию («заводке») кристаллов, является весьма ответст-
венным. Поэтому на признаках наступления момента заводки
кристаллов («пробы») необходимо остановиться подробнее.

Вначале жидкий еще сироп кипит энергично, и шарообраз-
ные пузырьки пара быстро двигаются вверх мимо зрительных
стекол аппарата, легко поднимаясь в жидком подвижном сиро-
пе. По мере сгущения сиропа вязкость его повышается, тепло-
передача и кипение замедляются, мимо зрительных стекол лишь
медленно движутся продолговатые пузыри пара.

На зрительные стекла, расположенные выше уровня г<ипя-
щего сиропа, вначале попадают брызги жидкого сиропа, кото-
рые быстро стекают вниз, оставляя на стекле малозаметный
след. Когда же сироп сгущен «до пробы», т. е. перед заводкой
кристаллов, капли сиропа медленно стекают по зрительным
стеклам, оставляя на них большой след.

Проба «на волос» состоит в том, что берут каплю сиропа
между сухими пальцами (большим и указательным), затем
пальцы раздвигают; при этом между пальцами образуется нить
(волос) сиропа. Пока сироп еще жидкий, образуется лишь ко-
роткая нить, которая при увеличении расстояния между паль-
цами рвется. При сгущении сиропа получается более длинная
нить. Если сгущение, достаточное для заводки кристаллов, то
нить сиропа (волос) не рвется и при большом расстоянии меж-
ду пальцами.

Затравка. Затравку в виде сахарной пудры вносят в ко-
личестве около 30—40 г через пробный кран. Как уже выше бы-
ло сказано, кроме заданных с пудрой кристаллов, образуется
много новых центров кристаллизации. При большом количестве
пудры кристаллы получаются более ровные и заводятся быстрее.
Большое значение имеет степень пересыщения раствора в мо-
мент образования кристалла. Нормально пересыщение должно
быть около 1,25 (лабильная зона) для утфеля I кристаллизации
(или концентрация 82—83% СВ). При увеличении пересыщения
центры кристаллизации появляются слишком быстро и в чрез-
мерном количестве. Если пересыщение очень небольшое, то, нао-
борот, период образования кристаллов чрезмерно затягивается.
Нормально достаточное количество кристаллов должно появить-
ся через 2—5 мин с момента внесения пудры в аппарат.

Внеся пудру, аппаратчик берет пробы через каждые 0,5—
1 мин и ждет, когда появится достаточное количество кристал-
лов, что определяется обычно на глаз. Между тем это очень
376
важный момент; если кристаллов будет заведено мало, то полу-
чится крупный сахар, если много — мелкий сахар. Пробы следо-
вало бы всегда рассматривать в лупу.

Крупным считается сахар, содержащий в 1 г меньше 2000
кристаллов, и мелким — содержащий более 5000 кристаллов.
В настоящее время принято варить сахар только мелкий или с
кристаллами размером менее среднего, так как с этим связан
темп уваривания. При высоких темпах уваривания сахар не ус-
певает выкристаллизовываться, если кристаллы крупны и име-
ют, следовательно, малую суммарную поверхность, растет пере-
тшстшс'ТГобразустсяПкрисК^ <<мхка>>^^т^

ляется~много новых мелких кристаллов.--.-

’^)юр‘азоТщтгтю-нтб-ходпМб'го кол11чсства центров кристаллиза-
ции — ответственная задача, требующая от варщика большого
внимания, надлежащей квалификации и опытности. Поэтому,
чтобы упростить работу, предлагают (особенно для утфеля
II продукта) совсем не стремиться к образованию новых цент-
ров кристаллизации, а вносить их полностью готовыми в виде
пудры, увеличивая количество ее, например до 500 г. Сахарную
пудру следует добавлять при малых пересыщениях раствора
(1,05—1,10).

Как только появилось достаточное количество кристаллов,
необходимо немедленно и быстро прекратить дальнейшее обра-
зование новых кристаллов. Для этого открывают наборный вен-
тиль и понижают степень пересыщения, быстро подкачивая си-
роп. При коэффициенте пересыщения ниже 1,10—1,05 новых кри-
сталлов уже не появляется, а растут лишь образовавшиеся
ранее (метастабильная зона).

Для надлежащего снижения пересыщения делают с неболь-
шими промежутками одну за другой две-три подкачки, которые
называются иногда закрепительными, так как во время этих
подкачек образовавшиеся кристаллы быстро растут, закрепля-
ются.

После этих подкачек пересыщение должно быть снижено
приблизительно до 1,1—1,05. Если сделать слишком большие
подкачки, легко можно понизить пересыщение ниже 1,0, следо-
вательно, растворить образовавшиеся уже кристаллы и испор-
тить, таким образом, начатое уваривание (придется вновь заво-
дить кристалл).

Наращивание кристалла. В этот период варки задачей являет-
ся выращивание заведенных кристаллов без образования новых.
Поэтому пересыщение сиропа путем своевременных подкачек под-
держивают в пределах 1,05—1,10, что предотвращает образова-
ние новых кристаллов и растворение уже образованных.

Раньше вели варку па редких периодических подкачках, при
которых коэффициент пересыщения и густота массы все время
колебались, перед каждой повой подкачкой имели довольно
377
густую и вязкую массу, что замедляло теплопередачу и удлиня-
ло уваривание. Более рациональная варка на более частых под-
качках или даже на непрерывной подкачке и притом на «сла-
бой» пробе, т. е. при возможно более низких коэффициентах
пересыщения. При этих условиях вязкость низка и варка чрез-
вычайно ускоряется.

Конечно, здесь имеется опасность растворить кристалл или
замедлить его рост при неосторожном чрезмерном открытии си-
ропного вентиля. Поэтому при варке на непрерывной подкачке
особенно важное значение приобретает контроль концентрации
увариваемой массы при помощи особых приборов (кондукто-
метр).

По мере постепенного выкристаллизовывания сахара Ч меж-
кристального сиропа становится все ниже и ниже.

Температура подкачиваемого сиропа и оттеков должна быть
всегда на 3—Jr выше температуры утфеля в аппарате. Это пред-
опщащастГ^ быст-

рому смецпг&адй^прдкачиваемогЬ“*сиропа со всей массой “утфе-
ля в аппарате^

ТТри повышенной температуре сиропа он в разреженном про-
странстве вакуум-аппарата вскипает вследствие самоиспаренияи
пузырями образующегося пара быстро перемешивается с ут-
фелем.

Когда в аппарате остается место лишь для оттеков, то под-
качку сиропа прекращают и начинают подкачивать белый
оттек. Белый оттек весь забирают <в вакуум-аппарат I про-
дукта.

Кроме белого оттека, после него тем же порядком иногда
вводят в аппарат в конце варки зеленый оттек, причем количе-
ство его увеличивают в том случае, когда имеют чрезмерно вы-
сокую Ч оттека от I утфеля. Подкачиваемые оттеки предвари-
тельно нагревают паром через барботер до 90—95° С для рас-
творения содержащихся в них кристаллов сахара. Сироп также
должен быть нагрет на 3—5° выше температуры утфеля в аппа-
рате.

Оттеки сравнительно мало ухудшают качество утфеля и по-
лучаемого сахара, так как в конце уваривания Ч межкристаль-
ного сиропа приблизительно такая же, как и Ч подкачиваемых
оттеков.

С этой точки зрения подкачивание оттеков в середине варки
утфеля или подкачивание сиропа после оттеков, конечно, следу-
ет признать недопустимым.

Сгущение («отварка», «стягивание») утфеля. Задача здесь со-
стоит в том, чтобы оставить лишь малое количество воды, довести
утфель, следовательно, до максимальной концентрации — 92,0—
92,5% СВ.
Очень полезно дать себе отчет, как отражается пониженная
концентрация утфеля на Ч оттека. Пусть в момент спуска ут-
феля имеем температуру 75° С, СВ утфеля 92,0%, сахара в нем
82,8% Ч его 90,0% и коэффициент пересыщения межкристаль-
ного оттека 1,10. Тогда в растворе придется на одну часть воды
3,477-1,10=3,825 части сахара (здесь 3,477 — растворимость
сахара при температуре 75°С в одной части воды). В 100 кг ут-
феля мы имеем воды: 100—-92,0 = 8,0 кг. На те же 100 кг утфе-
ля в оттеке будет содержаться:

Сахара......................8,0 • 3,825 — 30,6 кг

Несахара . 92,0 — 82,8 =9,2 кг

СВ........................ 30,6 + 9,2 = 39,8 кг

и, следовательно, Ч оттека будет

30,6-100 т-с пл/

--------= 7о.Ч°а .

Если тот же утфель с Ч = 90,0% будет сгущен лишь до СВ
91,0%, то подобным же расчетом мы найдем Ч оттека уже не
76,9%, а 79,1%- Таким образом, 1% лишней воды в утфеле по-
высил Ч оттека на 2,2. В то же время и чрезмерное сгущение
утфеля выше чем до 92,5% СВ не рекомендуется, так как это
требует излишней затраты времени (выпаривание воды из гу-
стой утфельной массы идет чрезвычайно медленно), и, кроме
того, приводит к замедлению фуговки. Поэтому окончательно
утфель сгущают до 92—92,5% СВ вместо практиковавшегося
ранее сгущения до 93% СВ.

Спуск и пропарка. При спуске утфеля с температурой, напри-
мер, 80° С вхолодную мешалку температура его быстро па-
дает на 5—6°, что -соответствует повышению коэффициента
пересыщения почти на 0,1. Поэтому имеется опасность появле-
ния «муки». Во избежание этого рекомендуется утфель при
спуске опрыскивать водой, нагретой до 75° С, рассчитывая ко-
личество добавляемой воды (около 0,5% к массе утфеля) так,
чтобы получить коэффициент пересыщения оттека, близким
к 1,00.

Утфель, спущенный в мешалку, немедленно направляют в
центрифуги для пробелки, не давая ему далее охлаждаться п
кристаллизоваться.

Все эти меры, конечно, повышают несколько Ч зеленого от-
тека, но зато в центрифугу поступает горячий, более подвижный
утфель, не содержащий «муки», что резко улучшает условия
пробелки и ускоряет ее почти в 2 раза.
УВАРИВАНИЕ УТФЕЛЯ II

Подготовка зеленого оттека. Зеленый оттек, идущий на ува-
ривание утфеля II, разбавляли водой до 65—70% СВ, чтобы
растворить содержащуюся в оттеке кристаллическую муку. Но-
ваторы-варщики предложили не разбавлять зеленый оттек во-
дой, чтобы в дальнейшем не приходилось вновь выпаривать эту
воду, затрачивая и время, и пар. Для растворения же кристал-
лической муки рекомендуется лишь нагревать оттек в сборнике
до 95° С, что одновременно усиливает циркуляцию в вакуум-
аппарате (самоиспарение) и ускоряет выпаривание воды.

Сгущение до пробы. Сгущение оттека иногда ведут при пони-
женном разрежении (42—46 см рт. ст.) и при повышенной тем-
пературе (93—94° С). Хотя разность температур греющего пара
и увариваемой массы при этих условиях будет меньше, но зато
вязкость кипящего оттека при повышенной температуре значи-
тельно ниже, что ускоряет теплопередачу.

Однако столь же быстро можно вести уваривание утфеля II
и при полном разрежении и низкой температуре (и это лучше).
При этих условиях вязкость оттека выше, но зато больше пере-
дающая тепло разность температур.

Для заводки кристалла обычно вводят 100—150 г сахарной
пудры при пересыщении 1,4 (СВ 88%).

Наращивание кристаллов сахара. Некоторые новаторы-вар-
щики проводят наращивание кристаллов на средних пробах
(т. е. не давая утфелю чрезмерно сгущаться) при частых неболь-
ших подкачках (через каждые 2—3 мин при длительности каж-
дой подкачки тоже 2—3 мин) и всего делают около 30 подкачек.
Таким образом, этот метод работы близок к работе на непре-
рывной подкачке.

Однако совсем не обязательно вести варку утфеля II на ча-
стых периодических подкачках, иногда с одинаковым успехом
варят утфель II и на непрерывной подкачке, а также и на немно-
гочисленных крупных подкачках.

Окончательное сгущение утфеля II. Это сгущение доводят до
93—95% СВ, чтобы возможно полнее провести выкристаллизо-
вывание сахара уже в вакуум-аппарате и снизить, таким обра-
зом, до минимума потери сахара в мелассе.

Если желтый сахар пробеливается с отбором, кроме мелас-
сы, также и бурого оттека повышенной Ч (например, 65—66%),
то бурый оттек добавляют в вакуум-аппарат II продукта на
последние подкачки.

Подкачки мелассы обычно не требуется, ее можно рекомендо-
вать для снижения чистоты утфеля II кристаллизации лишь в том
случае, если почему-либо Ч зеленого оттека оказалась ненор-
мально высокой (выше 79%).
Глава 3. ХИМИЯ УВАРИВАНИЯ

При уваривании продолжаются те же реакции, что и на вы-
парке; разложение,.амидов- с выделением аммиака, понижение
щслодности, небольшое разложение сахара и ДцадтельнбеДГа-
рас^ниеДггстностйТТП^йИ^^^воТГ'варкс утфеля I кристаллиза-
ции частоДТвётнОгтк увеличивалась вдвое. Варка II продукта
продолжалась до 24 ч. Конечно, такое длительное нагревание
концентрированной массы вредно; оно приводит к повышенному
разложению сахара и дает темноокрашенные утфели. Поэтому
современная ускоренная варка утфелей — значительный шаг
вперед в технике сахарного производства.

Окраска утфелей нарастает не только вследствие карамели-
зации сахара, но и вследствие образования окрашенных, содер-
жащих азот продуктов конденсации редуцирующих веществ
с аминокислотами (Майяр). И те и другие продукты обладают
характером гидрофильных высокополимеров, количество кото-
рых, таким образом, продолжает увеличиваться.

Трудная варка. Иногда наблюдается трудная варка утфелей.
Масса лежит неподвижно в вакуум-аппарате, происходит лишь
очень медленное кипение и выпаривание воды. Варка сильно за-
тягивается (в 2 раза и больше). Эти явления обнаруживаются
обычно, когда сироп содержит нено р м адьно... -боль ш о.е, .количест-
во солей кальция (более 0,1% СаО). Однако бывает иногда, что
и при весьма значительном количестве солей кальция утфель
варится удовлетворительно. Гораздо большее значение при ува-
ривании имеет реакция ^щелочность) сиропа.

Уваривание особенно зам с дл яугся. при иовышенцой ..щелоч-
ности сиропа, так как при этом часть сахара находится в сиропе
в виде сахарата, вследствие чего приходится варить сироп при
большей концентрации и вязкости. Сироп после сульфитации
должен быть нейтральным на фенолфталеин и щелочным лишь
на крезоловый красный.

Содержание кристаллов сахара в утфеле. Содержание кри-
сталлов сахара в утфеле определяют в лаборатории. Для этого
находят содержание сахара в исследуемом утфеле; допустим,
оно составляет Р %. Кроме того, от утфеля отделяют межкри-
стальный оттек на лабораторной центрифуге с дырчатым ба-
рабаном или путем отсасывания через частую сетку при помощи
металлической воронки, похожей на воронку Бюхнера.

В полученном оттеке также определяют содержание сахара;
пусть оно равно р %.

100 кг утфеля содержат К кг кристаллов сахара (искомая
величина) -и (100 — К) кг межкристального оттека.

Составляя баланс сахара, получим уравнение, необходи-
мое для определения К: количество сахара в 100 кг утфеля рав-
но количеству сахара в виде кристаллов плюс количество саха-
ра в оттеке.

В 100 кг утфеля находится Р кг сахара; в виде кристаллов
имеем К кг сахара (кристаллы являются чистой сахарозой).
В (100 — К) кг оттека содержится р% сахара или

(100-лор
---------/V с.

100

Получим уравнение

р = % (ЮО-Л0 р

1 100

откуда

100 — р

Пусть, например, утфель II кристаллизации содержит
Р = 70,0% сахара, а оттек от этого утфеля содержит р = 50,0%
сахара. Найдем количество кристаллического сахара в утфеле

(70,0-50,0)100

100—г 50,0

Значение содержания кристаллов в утфеле. Казалось бы, что
чем больше содержится в утфеле кристаллического сахара, тем
лучше. На самом же деле содержание кристаллов ограничивает-
ся некоторым пределом. Дело в том, что с повышением содержа-
ния кристаллов утфельная масса становится чрезвычайно вяз-
кой и неподвижной, делается невозможным спуск такой массы
из вакуум-аппарата и обработка ее в мешалках-кристаллизато-
рах.

Приблизительно считают, что утфель I кристаллизации мо-
жет содержать не более 55—60% кристаллического сахара и
утфель II кристаллизации — не более 42—45%.

В утфеле нельзя иметь кристаллов сахара более некоторого
определенного количества, поэтому невозможно уварить утфель
I кристаллизации до такой густоты, чтобы оттек от него имел
уже низкую Ч мелассы (57—60).

Чтобы оттек утфеля II имел Ч, допустимую для мелассы,
нужно также, чтобы Ч этого утфеля не была слишком высокой
(например, не более 77— 78%).

Глава 4. ФУГОВКА УТФЕЛЕЙ И ПРОБЕЛКА САХАРА

Межкристальный оттек отделяют от кристаллов сахара, на-
ходящихся в утфеле, при помощи центробежной силы. Утфель
загружают в центрифугу, т. е. в вертикальный барабан с дырча-
той боковой поверхностью, покрытой частым ситом. Барабан
центрифуги приводится в весьма быстрое вращательное движе-
382
ние (около 1000 об!мин и более). Развивающаяся центробеж-
ная сила отбрасывает утфель к дырчатой стенке барабана и за-
ставляет межкристальный оттек уйти через сито и отверстия в
стенке. В центрифуге остается сахар, освобожденный от оттека.

ПОДГОТОВКА УТФЕЛЯ I К ФУГОВКЕ

Раньше (до 1930 г.) утфель 1 спускали из вакуум-аппаратов
в корытообразные мешалки — кристаллизаторы, в которых вы-
держивали его 12 ч, причем он охлаждался до 60° С и выкри-
сталлизовывалось дополнительное количество сахара.

В настоящее время этот метод оставлен. Максимально воз-
можное количество кристаллического сахара получается уже
при уваривании утфеля 1 в вакуум-аппарате. Дальнейшей кри-
сталлизации сахара не требуется. Поэтому утфель I возможно
быстрее направляется в центрифуги для отделения кристаллов
сахара от межкристального оттека, т. е. для фуговки. Подготови-
тельные операции имеют целью лишь облегчить и ускорить ра-
боту центрифуг. Температура утфеля I при фуговке 70°С (а не
60°С, как раньше). Вследствие этого вязкость межкристально-
го оттека меньше раза в 1,5, что значительно ускоряет фуговку.
Кроме того, утфель I при спуске из вакуум-аппарата опрыскива-
ют небольшим количеством теплой воды (75° С в количестве
0,5% к массе утфеля).

Опрыскивание утфеля I водой. При спуске из вакуум-аппара-
та опрыскивание имеет целью снизить пересыщение межкри-
стального оттека и предупредить возможное выпадение кристал-
лической муки вследствие понижения температуры при спуске
(например, от 80 до 75° С).

Понижение концентрации оттека значительно снижает вяз-
кость оттека и ускоряет фуговку.

Кристаллическая мука сильно замедляет фуговку утфеля,
забивая промежутки между кристаллами, и ухудшает качество
получаемого сахара. Поэтому опрыскивание утфеля I водой как
мера, препятствующая появлению кристаллической муки, имеет
большое значение.

Мешалка-утфелераспределитель (миксер). Из вакуум-аппара-
та утфель I спускают в мешалку, расположенную ниже. Она яв-
ляется промежуточным резервуаром, передающим утфель I в
центрифуги, по форме — корытообразна (рис. 145), причем наи-
более углубленная часть дна ее расположена не посередине, а
сбоку; в этой же боковой стейке устроены отверстия, закрывае-
мые шиберами, служащие для подачи утфеля в центрифуги.

Чтобы кристаллы сахара не осаждались на дне мешалки, в
ней имеются два перемешивающих приспособления. Одно, глав-
ное, расположено в центре мешалки и состоит из вращающейся
383
Рис. 145. Мешалка-уфтелераспределитель (миксер).

оси с кулаками, к концам которых прикреплена по спирали пере-
мешивающая лента. Мешалка делает 1 об[мин. Кроме того,
имеется внизу близ выпускных шиберов для утфеля еще одно
малое приспособление для перемешивания, состоящее из вала с
кулаками, делающее 3 об[мин. При наличии нескольких вакуум-
аппаратов I продукта для них устраивают все же лишь одну об-
щую мешалку. Полезный объем мешалки-утфелераспределителя
должен быть на 10% больше объема утфеля, спускаемого из ва-
куум-аппарата.

ФУГОВКА И ПРОБЕЛКА УТФЕЛЯ I

Устройство центрифуги. На сахарных заводах применяют под-
весные центрифуги системы Вестона (рис. 146). Ее дырчатый
стальной барабан 1 насажен наглухо на стальной вал 2, вместе с
которым он и вращается. Внизу вал центрифуги не имеет никаких
опор. Подшипник 3 (вернее, подпятник) вала находится вверху,
что дает возможность валу с барабаном свободно висеть. Диаметр
вала около 100 мм. Диаметр отверстий в стенках барабана 4—
6 мм и расстояние между ними 25—30 мм.

Широкое центральное отверстие в дне барабана, закрытое
колпаком 4, лежащим на ребрах 8, служит для выгрузки сахара;
в момент выгрузки колпак поднимают кверху.

Барабан центрифуги вращается внутри неподвижного ци-
линдрического кожуха 9. В этот кожух и выбрасывается через
отверстия барабана межкристальный оттек, отводимый дальше
через отверстие в дне кожуха.

В барабан центрифуги закладывают сначала грубое подкла-
дочное сито из оцинкованной железной или латунной проволоки
(диаметром 1 мм). Размер отверстий в сите 5x5 мм. На под-
кладочное сито кладут сито с топкими отверстиями, которое и
должно задерживать кристаллы сахара. Его лучше всего делать
штампованным с продолговатыми отверстиями (0,5 Х5 мм).
Часто применяют также плетеные латунные сита, которые менее
удобны, так как отламывающиеся кусочки проволоки попадают в
сахар.

Подпятник, на который опирается висячий вал центрифуги,
снабжен буферными резиновыми прокладками, позволяющими
валу немного отклоняться от вертикального положения.
Возможность колебаний вала в
центрифуге Вестона является ее
огромным преимуществом. В на-
чальный период при пуске центри-
фуги, особенно при неравномер-
ной нагрузке, вал всегда несколь-
ко колеблется. Если бы вал был
жестко установлен в подшипни-
ках, то дрожание вала передава-
лось бы фундаменту центрифуги
и всему зданию, а в вале возника-
ли бы большие изгибающие уси-
лия. При свободно подвешенном
вале центрифуга Вестона работа-
ет совершенно спокойно и бес-
шумно. По достижении макси-
мального числа оборотов вал и
барабан центрифуги перестают
колебаться и, подобно волчку,
твердо сохраняют определенную
ось вращения (жиростат). Таким
образом, с первого взгляда труд-
но бывает определить, неподвиж-
на центрифуга или она вращается
с максимальной скоростью.

Центрифуги приводятся в дви-
жение через фрикционную муфту
6 от электродвигателя 5, располо-
женного сверху по продолжению
вала центрифуги. Остановку вра-
щения ускоряют тормозом 7.

Рис. 146. Центрифуга системы
Вестона:

1 — барабан; 2 — вал; 3 — под-
шипник; 4 — подъемный колпак;
5 — электродвигатель; 6 — фрик-
ционная муфта; 7 — тормоз; 8 —

На сахарных заводах часто ребра: 9 — кожух,

применялись центрифуги Вестона

с диаметром барабана 1220 мм, делающие 900 об/мин.

Высота барабана 500 или 600 мм. При высоте больше 600 мм
затрудняется выгрузка сахара и пробелка делается неравномер-
ной. В настоящее время распространяются «быстроходные» цен-
трифуги (1500—1800 об/мин).

Величина центробежной силы. До изобретения центрифуг для
отделения межкристального оттека от кристаллов сахара поме-
щали утфель в сосуды конической формы (форма сахарной го
ловы), в нижней части которых были отверстия. Оттек постепен-
но (и, конечно, очень медленно) вытекал под влиянием силы тя-

жести.

Центробежная сила, развиваемая в центрифуге, во много раз
превышает силу тяжести. Как известно из механики, центробеж-
ная сила

13 Заказ 905

385
F = Pv2

где p — вес тела (в кГ), движущегося по окружности радиуса
г (м) с окружной скоростью v м/сек-,

g— ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/сек2.

Если диаметр центрифуги равен D м и число оборотов
п об/мин, то, очевидно,

D лРп

— v — -—-—.

2 60

Подставляя все это в формулу центробежной силы и считая,
кроме того, приближенно g — п2, найдем

pn2D2n2

Р
g —602

рРп2

1800

кГ .

Для 1 кг оттека (р — 1 кГ) центробежная сила

Рп2

1800

кГ .

Для центрифуги с D — 1,22 м и п = 900, следовательно,

= _Б^_90№_=549

1800

Итак, 1 кг оттека подвергается в центрифуге действию центро-
бежной силы в 549 кГ, т. е. центробежная сила «в 549 раз больше
силы тяжести, что, конечно, чрезвычайно ускоряет отделение от-
тека от кристаллов сахара: вместо нескольких дней оно заканчи-
вается в 3—4 мин. Величину, показывающую, во сколько раз
центробежная сила больше силы тяжести, называют иногда фак-
тором разделения.

Работа на центрифугах I продукта. Цикл работы на центри-
фуге состоит из пяти операций:

1) пуск центрифуги в ход и загрузка утфеля;

2) отделение межкристального оттека;

3) пробелка сахара водой;

4) торможение;

5) выгрузка сахара.

Утфель загружают в центрифугу на ходу при скорости вра-
щения барабана 200—300 об/мин, так как при этом условии ут-
фель отбрасывается центробежной силой и равномерно распре-
деляется по всей высоте барабана. Для загрузки утфеля опуска-
ют лоток, направляющий утфель в центрифугу, и открывают ши-
бер мешалки. Барабан центрифуги должен быть заполнен утфе-
лем на весь его рабочий объем, чтобы центрифуга работала на
386
полную возможную производительность. Чрезмерная загрузка
утфеля в центрифугу вредна, так как избыток утфеля перели-
вается через края барабана и попадает в оттек, что повышает
его чистоту, а это, конечно, вредно.

После загрузки утфеля закрывают шибер, тщательно очища-
ют лоток от остатков утфеля и подымают его вверх, так как от-
тек и утфель, попадающие в центрифугу во время фуговки, обра-
зуют желтые комки («жучки») и ухудшают качество сахара.

Число оборотов барабана центрифуги постепенно достигает
максимума, причем удаляется большая часть межкристального
оттека («зеленый» оттек). Однако кристаллы сахара имеют еще
желтый цвет, так как па поверхности их удерживается тонкий
слой оттека. Поэтому для получения чистого белого сахара недо-
статочно одной лишь «фуговки», а требуется еще «пробелка»,
т. е. промывание кристаллов сахара. Для этого из специально-
го водомерного бачка, устроенного над центрифугой, через ре-
зиновый шланг и железный расплюснутый наконечник в центри-
фугу подают струю воды. Наконечник двигают вверх и вниз, на-
правляя веерообразную струю воды и стараясь равномерно про-
белить всю массу сахара.

На пробелку сахара затрачивается около 3% воды к массе
утфеля I. Для пробелки применяют горячую артезианскую воду
(75—80° С).

Вода, подаваемая для пробелки, растворяет частично крис-
таллы сахара (около 9% сахара к массе утфеля). Поэтому Ч от-
тека, вытекающего из кожуха центрифуги, повышается. Этот
белый оттек направляют в соответствующий сборник. Вдоль ря-
да центрифуг I продукта ниже их кожухов для отвода зеленого
и белого оттеков устраивают два желоба, ведущих к сборникам
оттеков. У каждой центрифуги имеется приспособление («се-
грегатор»), направляющее оттек по желанию в тот или другой
желоб.

Перед выгрузкой сахара закрывают паровой вентиль, выклю-
чают ток электродвигателя центрифуги, останавливают при по-
мощи тормоза барабан центрифуги и поднимают колпак над вы-
грузочным отверстием, затем подрезают лопатой нижний слой
сахара. Остальной сахар сам обрушивается и его выгребают
через нижнее отверстие. Сахар падает на трясучку, транспорти-
рующую его к элеватору, подающему сахар на сушку.

Длительность отдельных стадий пробелки для центрифуги
при ручном управлении ею приблизительно такова (в мин)-.

Пуск и загрузка....................0,5

Фуговка............................1,5

11робелнва11ие водой...............1,5

Торможение и выгрузка..............1,5

Итого . . 5,0

387

13’
Итак, полный цикл работы центрифуги длится 5 мин. Новато-
ры производства добились дальнейшего снижения оборота цен-
трифуги до 4 мин. В современных саморазгружающихся центри-
фугах совершенно не тратится время на выгрузку (см. дальше).

Чрезвычайно важно вести работу центрифуг по определенно-
му графику. Например, при наличии шести центрифуг включать
в работу через каждую минуту по одной центрифуге. Таким об-
разом, в каждый данный момент все центрифуги должны нахо-
диться в различных фазах своей работы. Благодаря этому и ра-
бота станции центрифуг идет более четко и, что особенно важно,
выравнивается потребление энергии. На это необходимо обра-
щать внимание, так как расход энергии на центрифугу в различ-
ные фазы се работы сильно колеблется: для центрифуги в пе-
риод пуска (до достижения максимального числа оборотов) тре-
буется около 40 кет, тогда как на полном ходу она потребляет
лишь около 10 квт\ в период торможения и выгрузки энергия со-
всем не потребляется; период максимального расхода энергии
составляет около 1,5 мин.

Столь большой расход энергии в период пуска обусловлен
тем, что в этот период преодолевается инерция барабана и за-
груженного утфеля и поглощенная энергия превращается в ки-
нетическую энергию быстровращающегося тела. На полном же
ходу центрифуги энергия тратится лишь на трение в подшипни-
ках и главным образом на трение барабана об окружающий
воздух (образование вихрей в воздухе). Сита центрифуги посте-
пенно забиваются сахаром, и пропускная способность их умень-
шается. Поэтому время от времени производят промывку и про-
парку сит. Для этого после выгрузки сахара из центрифуги по-
дают в нее на ходу пар и около 8 л воды.

БЕЛЫЙ САХАР-ПЕСОК

Транспортирование сахара-песка на сушку. Эта операция
выполняется при помощи трясучки и элеватора. Из центрифуги
сахар-песок непосредственно выгружается в желоб 1 трясучки
шириной 400—1000 мм, установленный на наклонных пружи-
нах 2 (рис. 147). Желоб приводится при помощи кривошипа и

Рис. 147. Трясучка для транспортирования белого сахара:
1 — желоб; 2 — пружины; 3 — шатун.
шатуна 3 в быстрое колебательное движение. В настоящее вре-
мя трясучки ставят не на пружинах, а на катках.

Число оборотов кривошипа 250—400 в минуту (радиус кри-
вошипа 15—30 мм). Сахар, выгружаемый в желоб, продвигает-
ся по нему скачками.

Применение трясучки для перемещения сахара по горизон-
тальному направлению вполне целесообразно, так как она не пе-
ретирает сахар (как делал бы, например, шнек), а сахар во
время движения несколько подсушивается.

Из трясучки сахар попадает в элеватор, который поднимает
его в сушильное отделение. Ковши элеватора для сахара дела-
ют обычно из оцинкованного железа.

Высушивание сахара. Сахар, выгружаемый из центрифуг,
имеет температуру 70° С и содержит лишь 0,5% влаги (при про-
белке паром). Поэтому он легко высыхает при применении весь-
ма примитивного сушильного аппарата Фальцмана.

Сушильный аппарат (рис. 148) представляет собой железный
барабан диаметром 1,5—2 м и длиной 3—5 м. Барабан вращает-
ся на роликах со скоростью 3—5 об!мин. На стенках барабана
с внутренней стороны прикреплены железные лопатки, располо-
женные вдоль барабана по винтовой линии. Благодаря этим ло-
паткам сахар-песок при вращении барабана пересыпается и од-
новременно подвигается вперед от одного конца барабана
к другому.

Барабан открыт. Поступающий в него путем естественной
циркуляции воздух охлаждает и высушивает сахар. Содержание
влаги в сахаре уменьшается до 0,05—0,10% и температура саха-
ра снижается от 70 до 30° С.

В том конце барабана, к которому движется сахар, устроена
ситчатая боковая поверхность вместо сплошной. Сахар проходит

1’пе Ы8 Барабанная сушилка для сахара.
сквозь сито и поступает на транспортер, а оставшиеся на сите-
комочки слипшегося сахара («жучки») выбрасываются отдельно.

Высушенный и охлажденный сахар-песок подается транспор-
тером на магнитный сепаратор для удаления железных примесей
и на сортировочную трясучку для разделения кристаллов по их
размеру; освобожденный от железных примесей и отсортирован-
ный сахар-песок поступает в бункера (закрома). Из бункеров
через шиберы он подается в джутовые мешки, взвешивается, и
мешки зашиваются; на современных заводах для этого есть спе-
циальные швейные машины.

Состав сахара-песка. Сахар-песок по качеству должен удов-
летворять требованиям ГОСТа 21—-57:

1) влажность не более 0,14%;

2) содержание сахарозы в сухом веществе (чистота) не ме-
нее 99,75%;

3) содержание редуцирующих веществ не более 0,05%;

4) содержание золы углекислой не более 0,03%;

5) цветность сахара на 100 частей сухих веществ не более 1°.

По внешнему виду сахарный песок должен быть бесцветным
и состоять из блестящих кристаллов, однородных по величине.

Таким образом, сахар-песок является химически чистой саха-
розой с весьма малым количеством примесей.

Сахароза как кристаллоид совершенно не способна связы-
вать влагу. Поэтому и требуется, чтобы содержание влаги в са-
харе было незначительным (не более 0,14%). Действительно,
сахар, содержащий, например, 0,5% влаги, уже по внешнему
виду и на ощупь заметно сырой. В этом отношении следует от-
метить огромную разницу по сравнению с картофельным крах-
малом, который, будучи гидрофильным высокополимером, спо-
собен связывать воду. Для картофельного крахмала стандарт
допускает содержание до 20% влаги. Крахмал с содержанием
влаги 20% кажется совершенно сухим.

Хранение сахара. Упакованный в мешки по 50 кг (стандарт)
сахар-песок хранится в сахарных складах. Это должны быть
сухие и желательно отапливаемые помещения.

Мешки с сахаром укладывают в штабеля высотой в 4—5 м
(даже до 7 м)!. Для укладки мешков пользуются передвижными
транспортерами.

Главной опасностью при храпении сахара является возмож-
ность отсыревания его. В этом отношении особенно опасна отте-
пель после мороза (т. с., например, опасен весенний период).
Влага из теплого и влажного воздуха, поступающего в склад,
конденсируется па кристаллах холодного сахара, и он делается
сырым. Следовательно, при наступлении теплой погоды ни в коем
случае нельзя вентилировать склад сахара; наоборот, в это вре-
мя по возможности следует затруднять доступ наружного воз-
духа в склад. В отапливаемых складах сахар менее подвержен
290
опасности отсыревания, так как температура сахара не снижает-
ся слишком сильно и нет условий для конденсации влаги
на сахаре.

Перспективен появляющийся на некоторых заводах «бестар-
ный» метод хранения сахара— в силосах, подобных башням-
элеваторам для хранения зерна. Но для хранения сахара в сило-
сах он должен быть очень сухим (не более 0,05% влаги), иначе
возможны слеживание масс сахара и затруднения при разгрузке
силоса.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И ФУГОВКА УТФЕЛЯ II

Цель и метод кристаллизации. Цель кристаллизации утфеля
II — получение возможно большего количества сахара в виде
кристаллов. Это очень важно, так как весь сахар утфеля II, ос-
тавшийся в растворе, попадает в конечный отход производства —
в мелассу. Нужно принимать все меры к снижению потери саха-
ра в мелассе.

Для кристаллизации сахара утфель II перемешивают в ме-
шалке-кристаллизаторе и постепенно снижают его температуру
от 80 до 40° С. В 1 кг воды при температуре 80° С растворяется
сахарозы 3,703 кг, а при 40° С — всего лишь 2,370. Поэтому зна-
чительное количество сахара выкристаллизовывается.

Выполнение кристаллизации утфеля II. Из вакуум-аппара-
та II продукта утфель II спускают в мешалку-кристаллизатор
корытообразной формы с метательным приспособлением, полез-
ная емкость которого равна емкости вакуум-аппарата (с запасом
па 10%).

Охлаждение утфеля II в кристаллизаторе ранее происходило
путем естественной потери тепла через лучеиспускание и тепло-
проводность, теперь же — лишь путем искусственного охлажде-
ния. Естественное охлаждение утфеля в мешалках от 80 до 35—
10° С длилось приблизительно 3 суток (72 ч). При искусственном
охлаждении кристаллизация заканчивается в 24 ч, поэтому тре-
буется в 3 раза меньшая емкость мешалок. Искусственно мешал-

Рпс И!) Mi iiiiuiKii крнсталлизатор с искусственным охлаждением.
ки охлаждают при помощи змеевиков, изготовленных из трубок
диаметром 25—40 мм, "в которые подается холодная вода
(рис. 149).

Мешалка кристаллизатора делает 0,5—1,0 об!мин.

Утфель II уваривается в вакуум-аппарате до концентрации
93—95% СВ, чтобы уже в период уваривания выкристаллизова-
лось как можно больше сахара.

При спуске из вакуум-аппарата утфель II опрыскивают горя-
чей водой (или еще лучше добавляют воду прямо в вакуум-ап-
парат в конце уваривания), чтобы не образовалось «муки» и
чтобы растворить имеющуюся муку. Концентрация утфеля II
при этом понижается до СВ около 92%.

В мешалках-кристаллизаторах утфеля II идут два процесса:
охлаждение утфеля и кристаллизация сахара. Эти процессы
влияют на пересыщение межкристальной мелассы в противопо-
ложных направлениях. При более низкой температуре раствори-
мость сахара меньше, поэтому охлаждение при отсутствии крис-
таллизации привело бы к значительному увеличению пересыще-
ния. Но кристаллизация, удаляя сахар из раствора, ведет к по-
нижению пересыщения. Обычно коэффициент пересыщения не
превышает а=1,1. Иногда в процессе кристаллизации прихо-
дится добавлять в мешалки небольшое количество воды («делать
раскачку»), чтобы снизить чрезмерную концентрацию и вязкость
межкристальной мелассы. При правильно проведенном разбав-
лении утфеля II при спуске его в мешалку удается обходиться
без этих промежуточных раскачек водой.

При кристаллизации сахара из утфеля II межкристальная
меласса, конечно, всегда пересыщена. Но при фуговке утфеля
это пересыщение совершенно не требуется; оно лишь напрасно
повышает вязкость мелассы и замедляет фуговку. Поэтому пос-
ле окончательного охлаждения утфеля, например до 35° С, его
перед фуговкой подогревают на 5—7°, т. е., например, до 40° С,
пропуская в охлаждающие элементы (змеевики) вместо холод-
ной воды горячую аммиачную воду. При этом меласса делается
уже лишь насыщенным раствором (так как при повышенной
температуре растворимость сахара больше), а вязкость молассы
уменьшается на 20—30%.

Иногда вместо подогрева после охлаждения до 40° С добав-
ляют к утфелю 0,5% воды по его массе (водная «раскачка»),
что тоже снижает пересыщение и вязкость. По такой метод ра-
боты не рекомендуется, так как вода лишь медленно смешивает-
ся с утфелем и при этом частично растворяет выкристаллизовав-
шийся сахар.

По данным заводской практики, при современном оборудова-
нии фуговка утфеля II проходит удовлетворительно, если вяз-
кость межкристального оттека не более 44 пз (4,4 н-сек/м2).
Такую вязкость оттека при температуре 40° С получаем, если
392
концентрация этого оттека 82,0% СВ (это именно концентрация
оттека, но не утфеля, концентрация которого довольно высока,
например 92% СВ). Чрезмерная добавка воды при спуске утфе-
ля может привести к растворению излишних количеств сахара
и к повышению потери его в мелассе.

Итак, необходимо придерживаться при разбавлении водой
утфеля II определенной нормы: если утфель II охлажден до 40° С,
то при его фуговке концентрация межкристальной мелассы
должна быть 82,0% СВ (при рефрактометрировании без разбав-
ления).

Фуговка утфеля II. Продолжительность полного цикла рабо-
ты центрифуги II продукта больше, чем для I продукта, так как
вязкость отделяемой межкристальной мелассы значительно выше,
чем вязкость зеленого оттека. Обычно продолжительность цикла
работы центрифуги с ручным обслуживанием, делающей
900 об)мин, принимают равной 16 мин.

Пробелка утфеля II. Часто ограничиваются лишь фугов-
кой утфеля II. Однако для повышения качества получаемого
желтого сахара применяют иногда и пробелку сахара. После то-
го как замедлится вытекание мелассы из кожуха центрифуги,
для пробелки заливают теплую воду (1,0% к массе утфеля).
Одновременно с этим направляют вытекающий оттек в сборник
«бурого» оттека, Ч которого значительно выше, чем Ч мелассы
(на 8—9 единиц).

Под конец фуговки иногда дают так называемый закожуш-
ный пар (в промежуток между кожухом и барабаном центрифу-
ги). Это облегчает выгрузку желтого сахара и улучшает удале-
ние из кожуха остатков бурого оттека, разогревая его. Четкое
удаление остатков бурого оттека имеет важное значение, так
как иначе при загрузке в центрифугу следующей порции утфеля
они попадают в мелассу, повышают ее Ч и потери сахара в ней.

Бурый отток возвращается обратно в производство: его заби-
раю'! в вакуум-аппарат II кристаллизации в конце уваривания
утфеля II.

Желтый сахар. Желтый сахар, получаемый при фуговке
утфеля II, транспортируется шнеком в клеровочный котел, где
сахар растворяется («клеруется») в горячем соке II сатурации.
Мешалка клеровочного котла делает 25 об!мин. В клеровочный
котел через барботер подается ретурный пар, причем клеровка
нагревается до 85—90° С. Котел работает непрерывно, готовая
клеровка уходит переливом через отверстие в верхней части кот-
ла. Это отверстие закрыто сеткой, чтобы в трубу не попадали
комки сахара и пр.

Для ускорения растворения желтого сахара сок II сатурации
подается не только в клеровочпую мешалку, но и в шнек желто-
го сахара. Количество сока регулируют так, чтобы концентрация
клеровки была 65% (’.В. Клеровка посредством насоса подается
393
в сироп (на сульфитацию его). TaiftiM образом желтый сахар
возвращается обратно в производство.

Чистота желтого сахара должна быть не ниже 95%, чтобы
добавление желтого сахара отнюдь не ухудшало, а, наоборот,
улучшало качество сиропа.

МЕЛАССА

Состав мелассы. Оттек, получаемый при фуговке утфеля II,
называется мелассой, или кормовой патокой. Часть мелассы дей-
ствительно идет на корм скоту.

Меласса, подобно жому и фильтрационному осадку, состав-
ляет отход свеклосахарного производства. Сахар, содержащийся
в мелассе, потерян для сахарного производства. При дальней-
шем сгущении мелассы часть сахара из нее еще можно выкрис-
таллизовать, но это уже оказывается нерентабельным: кристал-
лизация идет слишком медленно, а отделение сахара от межкрис-
тального оттека на центрифугах делается трудным вследствие
большой вязкости оттека.

Так как сахар, оставшийся в мелассе, потерян для производ-
ства, стараются возможно тщательнее вести уваривание и крис-
таллизацию утфеля II, чтобы снизить количество сахара в ме-
лассе, т. е. снизить Ч мелассы.

На сахарных заводах СССР меласса обычно имеет Ч 57—
58% (с колебаниями от 55 до 60—62%).

Обычный состав мелассы таков:

СВ........................82.0

СХ .....................' . 47.6

Ч ........................58,0

Сухое вещество мелассы содержит 58,0% сахара и 100'—
—58,0 = 42,0 несахаров.

Состав несахаров (на 100 кг сухого вещества) в %:

Органические вещества
азотистые................................... 15,0 (или 2,0%.

азота)
безазотистые......................... 18,0

Зола (чистая, т. е. без СО2)................. 9,0 (или’14,8%

углекислой золы)

Итого . . . . 42,0

Среди азотистых органических веществ содержится много
бетаина (около 5% к массе сухого вещества мелассы) и глута-
миновой кислоты (2—7%). Зола (углекислая) состоит главным
образом из К2СО3.

Важным характерным показателем для мелассы является
«мелассовый коэффициент»; так называется число, показываю-
щее, сколько сахара уносит с собой в мелассу I кг несахаров.
394
Если Ч мелассы равна 58,0%, то в 100 кг сухого вещества ее
содержится 58,0 кг сахара и 100—58,0=42,0 кг несахаров, т. е.
мелассовый коэффициент:

58,0 . „о

т —-------— 1,38.

42,0

Вообще

т = ч-—,

100 — q

где q — чистота мелассы. Очевидно, чем выше q мелассы, тем
больше ее мелассовый коэффициент.

Потеря сахара в мелассе и количество мелассы. В мелассе,
как уже сказано, содержится около 50% сахара. Поэтому с пер-
вого взгляда кажется, что потери сахара в мелассе должны быть
весьма велики. В действительности эти потери значительны, но
не столь уже велики.

Потеря сахара в мелассе на 100 кг свеклы зависит от двух
величин: 1) от количества неудаленных несахаров, т. е. остав-
шихся в соке после очистки, п кг и 2) от мелассового коэффици-
ента мелассы — т. Так как каждый килограмм неудаленного
несахара уносит с собой в мелассу т кг сахара, то, очевидно,
п кг унесут с собой в мелассу пт кг сахара; такова и будет по-
теря сахара в мелассе.

Количество неудаленных несахаров зависит от Ч сока II сату-
рации (или сиропа): чем выше эта Ч, тем лучше очистка сока,
тем меньше потери сахара в мелассе. Мелассовый коэффициент
тем ниже, чем меньше Ч мелассы, т. е. чем полнее выкристалли-
зован сахар из утфеля И. Итак, для снижения потерь сахара в
мелассе нужно стараться получить возможно более высокую Ч
очищенного сока и, по возможности, низкую Ч мелассы.

Пусть, например, в свекле содержится 17,8% сахара, а сумма
потерь сахара, за исключением потерь в мелассе, составляет
0,8 кг сахара на 100 кг свеклы; ^получен очищенный сок (или си-
роп) с Ч 92,0%; Ч мелассы 59,0% и содержание сахара в ней
48,4%. Найдем потерю сахара в мелассе на 100 кг свеклы и ко-
личество полученной мелассы.

В очищенный сок и в сироп перейдет сахара на 100 кг свеклы

17,8 — 0,8 = 17,0 кг.

Количество несахаров в этом очищенном соке будет

„ = 1,48 кг.

92,0

Мелассопып коэффициент

т • ——

100 — 59

= 1,44.
Потеря сахара в мелассе на 100 кг свеклы равна

пт = 1,48 • 1,44 = 2,13 кг.

Так как в мелассе содержится 48,4% сахара, то масса полу-
ченной мелассы

2,13 • 100 .

----------= 4,40 кг.

48,4

Применение мелассы. Меласса — отнюдь не отброс, а отход
сахарного производства, используемый в других производствах.
Сахар, содержащийся в мелассе, не получен в виде сахара, но он
хорошо утилизируется для других целей.

Приблизительно 70% всей мелассы сахарных заводов СССР
используется на спиртовых заводах, где сахар мелассы сбражи-
вается при помощи дрожжей и на 100 кг сахара получается
около 60 л спирта. Значительное количество мелассы (10% ее)
применяется на дрожжевых заводах как питание для выращива-
емых дрожжей. Около 10% всей мелассы направляется в сель-
ское хозяйство на корм скоту.

В небольших количествах меласса применяется также для
производства лимонной и молочной кислот, бутилового спирта и
ацетона.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА САХАРА ИЗ СВЕКЛЫ И ПОТЕРЬ ЕГО

Каждую декаду главный технолог сахарного завода дает от-
чет о выходе сахара на 100 кг свеклы и о потерях его.

По анализам лаборатории известно за декаду количество
сахара в свекле, в мелассе, жоме и фильтрационном осадке, из-
вестно и количество этих отходов на 100 кг свеклы, а также ко-
личество полученного сахара-песка.

Пусть, в 100 кг свеклы было 17,5 кг сахара.

Получено на 100 кг свеклы 14,5 кг сахара.

В мелассе учтено 2,3 кг сахара, в жоме — 0,28 кг и фильтра-
ционном осадке — 0,1 кг.

Однако если сложить выход сахара и все потери, то получим
лишь 14,5 + 2,3 | 0,28 -Р 0,1 = 17,18 кг, а не 17,50 кг, т. е. поте-
ряно сахара еще 17,50— 17,18 — 0,32 кг.

Это так называемые неопределяемые лабораторией потери;
от разложения сахара при длительном нагревании его растворов,
механические потери: перебросы из выпарных аппаратов и ваку-
ум-аппаратов, розливы. С этим, конечно, нужно бороться. Отчас-
ти же это «потери поляризации», т. е. кажущиеся потери от раз-
ложения каких-то правовращающих несахаров (например, глю-
козы).
Баланс сахара (в кг) принимает такую форму:

На 100 кг свеклы введено сахара......................17,5

Получено в сахаре-песке (выход)......................14,5

Сахар в мелассе.................................... 2,3

Потери сахара (в кг)

В жоме...............................................0,28

В фильтрационном осадке............................. 0,10

Неопределяемые.......................................0,32

Итого. . . . 17,50

Можно вычислить «коэффициент завода», т. е. количество
сахара, полученного из 100 кг сахара свеклы:

Из 17,5 кг сахара свеклы получено................... 14,5 кг

Из 100 кг сахара свеклы получено........................ х кг

14,5-100

х _----------

17,5

82,8%

Такой коэффициент завода очень хороший, но, к сожалению,
иногда он бывает и 80,0% и даже ниже (при переработке испор-
ченной свеклы).

Глава 5. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

САХАРА И ВАРИАНТЫ ЕЕ

ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРА

Процесс кристаллизации состоит из двух самостоятельных
явлений: I) первичное появление (заводка) кристаллов, появле-
ние, следовательно, центров кристаллизации; 2) нарастание этих
центров с определенной скоростью (скорость кристаллизации).

Появление центров кристаллизации. Для многих веществ
(а особенно для сахара) самопроизвольное появление центров
кристаллизации идет лишь с большим трудом. Если нет частиц
пыли, толчков, готовых кристаллов сахара, то можно достигнуть
чрезвычайно высоких пересыщений без образования кристаллов.

В настоящее время затравку кристаллов вносят в аппарат в
виде сахарной пудры. Это является более надежным методом
и ведет к более быстрому образованию кристаллов при меньшем
пересыщении.

Когда в достаточно пересыщенный раствор (лабильная зона)
попали первые кристаллы, они не остаются в прежнем количест-
ве, а увеличиваются в числе; сахарная пудра является лишь за-
травкой, вызывающей быстрое образование новых кристаллов.
Поэтому заводят кристалл, внося в сгущенный раствор и 10 и
500 г сахарной пудры. При этом в первом случае образуется
много новых кристаллов, создается большое пересыщение (на-
пример, 1,4), а во втором — малое пересыщение (например,
1,10—1,15), причем новых кристаллов или совсем не образуется,
или образуется очень мало.

Для образования более равномерных кристаллов рекоменду-
ется применять всегда одинаково отсеянную сахарную пудру.

Механизм образования новых кристаллов наряду с заданны-
ми еще недостаточно ясен. Можно составить себе такую кинети-
ческую картину процесса. На грани кристалла и раствора всегда
происходят два процесса: 1) осаждение молекул растворенного
вещества на грань кристалла и 2) отрыв молекул от грани крис-
талла — переход в раствор. В ненасыщенном растворе преобла-
дает второй процесс, в пересыщенном — первый; в насыщенном
имеем подвижное равновесие. При отрыве молекул сахара от
грани кристалла могут, вероятно, отрываться и группы молекул,
которые при достаточном пересыщении (лабильная зона) дела-
ются самостоятельными центрами кристаллизации, а при недос-
таточном пересыщении (мстастабильная зона) эти группы окон-
чательно распадаются, растворяются, так как растворимость
таких мелких образований значительно больше нормальной рас-
творимости сахара и, таким образом растут лишь имеющиеся
кристаллы, но не образуется новых кристаллов.

При наличии затравки скорость дальнейшего образования
центров кристаллизации увеличивается с увеличением пересы-
щения.

Если желаем прекратить образование новых кристаллов, до-
статочно лишь снизить пересыщение для сахара (например, ни-
же 1,10). При этих более низких пересыщениях идет лишь рост
уже готовых центров кристаллизации без образования новых.
Здесь главное значение имеет скорость этого процесса — ско-
рость кристаллизации.

Количество выкристаллизовавшегося сахара. Количество
выкристаллизовавшегося сахара пропорционально поверхности
имеющихся кристаллов и времени кристаллизации. Эта зависи-
мость сама собой понятна и, кроме того, подтверждена рядом
опытов Андреева (1]. Скоростью кристаллизации (К) называется
количество сахара (в лга), выкристаллизовывающегося за 1 лшн
на 1 At2 поверхности кристаллов. Таким образом, количество са-
хара (S мг), кристаллизующееся за время т мин на поверхности
кристаллов F м2, будет выражаться следующим равенством [2]:

S = KFx. (5)

Величина поверхности каждого кристалла сахара зависит от
его массы и может быть приблизительно выражена следующей
формулой (Кухаренко и сотрудники):

1 = 4,12^, (6)
где р — масса одного кристалла сахара, г;

f—-поверхность кристалла сахара, см2.

Так как количество кристаллизующегося сахара пропорцио-
нально поверхности кристаллов, то очевидно, что кристаллизация
будет проходить легче и заканчиваться скорее, когда кристаллы
утфеля мельче (а число их больше), так как суммарная поверх-
ность кристаллов в этом случае будет больше. При мелких крис-
таллах меньше опасность вторичного образования новых центров
кристаллизации, т. е. меньше опасность завести кристальную
«муку». Поэтому при современных быстрых темпах уваривания
обычно варят кристалл довольно мелкий — 5 тыс. кристаллов в
1 г (крупным считается сахар с 2 тыс. кристаллов и слишком
мелким — с 10 тыс. кристаллов в 1 г).

Каганов [3] предложил скоростью кристаллизации Ki назы-
вать линейную скорость роста кристалла, т. е. увеличение длины
кристалла в микронах в минуту (микрон равен 0,001 мм). Ско-
рость кристаллизации, выраженная по Каганову, в 500 раз мень-
ше обычной скорости кристаллизации К (в мг на 1 м2 в 1 мин),
т. е.

Например, при пересыщении а = 1,06 при температуре 70° С
скорость кристаллизации К — 2370; следовательно, по Каганову,
линейная скорость кристаллизации

2370

Кг = — 4,74 мкм/мин, или 0,00474 мм/мин.

Если желаем вырастить кристалл длиной 1,0 мм, то для это-
го потребуется

КО
------- =211 мин.
0,00474

Как видим, понятие о линейной скорости кристаллизации
весьма удобно и наглядно.

Быть может, было бы еще удобнее выражать линейную ско-
рость кристаллизации не в мкм/мин, а в мм/ч. Но тогда Ki будет
уже в 8333 раза меньше К, т. е. Ki — - -

8333

СКОРОСТЬ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРА

Проф. И. А. Кухаренко и его сотрудники дали много опреде-
лений скорости кристаллизации К чистой сахарозы при различ-
ной температуре и различных пересыщениях [2]. Они помещали
в банку с пересыщенным сахарным раствором несколько предва-
рительно взвешенных крупных кристаллов сахара. Банку при-
крепляли к мешалке термостата, делающей 10—15 об/мин. По
399
истечении определенного времени кристаллы извлекали из банки,
обтирали и взвешивали вновь. Таким образом определяли коли-
чество выкристаллизованного сахара и скорость кристаллизации,
пользуясь формулой (5). Результаты таких опытов сведены
нами в табл. 27.

Таблица 27

Скорость кристаллизации сахарозы в мгЦмин м2)

Темпе- ратура , °C Коэффициент пересыщения
1,02 •• 1,04 1 , 06 1,08 1,10 1,12 1,14 1,16 1,18 1,20 1,22 1,24
20 50 100 145 195 240 290 340 395 450 500 550 600
30 90 195 325 460 600 755 920 1120 1330 — — —
40 170 350 555 765 965 1190 1420 1650 1875 — —
50 265 545 875 1300 1850 2385 2920 3460 3980 — — —
60 360 740 1300 2120 2930 — — — — — — —
70 780 1570 2370 3430 — —

Как видно из данных табл. 27, скорость кристаллизации К
растет с увеличением пересыщения и с повышением темпера-
туры.

Савинов [4] определял скорость кристаллизации сахара при
быстром принудительном движении кристаллов в пересыщенном
растворе (кристалл был закреплен на крыле быстровращающей-
ся мешалки). С повышением скорости движения скорость крис-
таллизации сначала быстро возрастала, но затем достигала мак-
симума. Эта максимальная скорость кристаллизации была при-
близительно в 6 раз больше скорости, найденной обычным
методом.

Нахманович и Зеликман показали, что скорость кристаллиза-
ции чрезвычайно быстро понижается с уменьшением Ч раствора.

Все изложенные кратко результаты экспериментальных ра-
бот, конечно, следует объединить единой теорией, которая объяс-
няла бы влияние различных факторов на скорость кристаллиза-
ции. Затем с точки зрения теории, проверяя ее выводы на опыте,
можно уже систематически и более детально выяснить зависи-
мость скорости кристаллизации от различных условий (Общая
литература 9, стр. 157).

Теорию кристаллизации можно дать па основе учения о гете-
рогенных реакциях п экспериментальных работ Андреева [1].
Кристалл окружен (рис. 150) неподвижным слоем прилипшего
к нему раствора. Толщина этого слоя пусть будет d. Непосред-
ственно у самой грани кристалла раствор уже не имеет пересы-
щения, так как здесь существуют все условия для того, чтобы
из раствора выкристаллизовался пересыщающий избыток веще-
ства. Итак, у грани кристалла имеем лишь концентрацию с, со-
ответствующую насыщенному раствору. На расстоянии d от
400
грани кристалла имеется уже пересы-
щенный раствор с концентрацией С.
Вследствие разности концентраций
(С — с) сахар диффундирует сквозь
неподвижный слой сиропа d. Молекулы
сахара, продвинувшиеся путем диффу-
зии до грани кристалла, немедленно
выкристаллизовываются на ней. Таким
образом, у грани кристалла концентра-
ция остается прежней (с). Скоростью
кристаллизации является, следователь-

но, скорость диффузии. Количество Рис. 150. Схема процесса
продиффундировавшего сахара (S), по кристаллизации сахарозы,
закону Фика, пропорционально разно-

сти концентраций (С—с), обратно пропорционально пути диф-
фундирования (d), пропорционально поверхности, сквозь кото-
рую происходит диффузия (т. е. поверхности кристаллов F),
пропорционально времени диффундирования (или кристаллиза-
ции) т. Таким образом, найдем теоретически вместо уравне-
ния (5)

S = fel (С ~ с) Тт.
d

(7)

Здесь ki — коэффициент диффузии сахарозы.

Скоростью кристаллизации К мы назвали количество сахара,
кристаллизующегося в 1 мин (т = 1) на 1 лг2 поверхности крис-
талла (F = 1). Подставляя эти значения (т = 1 и F = I) в урав-
нение (7), найдем, что скорость кристаллизации

К М£—с)

Коэффициент диффузии, по Эйнштейну, зависит от абсолют-
ной температуры Т и от вязкости т] среды:

К кТ , (9)

где k — некоторая постоянная величина.

Подставляем значение из уравнения (9) в уравнение (8):

К = feT(C~c), (Ю)

цй

Уравнение (10) дает возможность понять и проанализиро-
вать влияние ряда факторов на скорость кристаллизации. Кроме
такого теоретического анализа, нами было изучено влияние ря-
да факторов и на опыте (Общая литература 9, стр. 157). Следу-
ет отметить, что условия лабораторных опытов были, по возмож-
ности, сближены с условиями кристаллизации утфеля па заводе.

401
Уточненные формулы скорости кристаллизации сахара

Марк [6], изучая влияние быстрого вихревого перемешивания <
на скорость кристаллизации, нашел, что при увеличении интен-
сивности перемешивания получают все увеличивающиеся значе-
ния К. Затем они, наконец, достигают некоторого максимума, и
при дальнейшем ускорении перемешивания К уже остается по- *
стоянным. То же самое по отношению к сахарным растворам
наблюдали Савинов [4] и Дюбур и Сонье [7]. Очевидно, при энер-
гичном перемешивании неподвижная пленка сиропа вокруг крис- j
талла делалась чрезвычайно тонкой (d = 0); явлением диффу-
зии здесь уже можно пренебречь. Марк, таким образом, изучал
в чистом виде скорость превращения растворенного вещества в.
кристаллическое на грани кристалла. Эта максимальная ско- ,
рость кристаллизации'пропорциональна уже'не (С—с), а (С—с)2. ‘

Таким образом, здесь закон Фика не применим, и работы
Марка, следовательно, находятся в некотором противоречии с
диффузионной теорией кристаллизации, развитой Андреевым..
Однако представляется возможным эти кажущиеся противоре-
чивыми теории объединить в единой общей теории кристаллиза- *.
ции. (

Процесс кристаллизации в действительности состоит не из
одной, а из двух фаз: первая фаза — это диффузия сахара из
окружающей среды к граням кристалла через неподвижный
слой сиропа толщиной d, прилипшего к кристаллу; вторая фа-
за— переход из растворенного состояния в кристаллическое са-
хара, который продвинулся уже до грани кристалла. В первом '
приближении предполагалось, что первая фаза преобладает над
второй до такой степени, что второй фазой можно пренебречь.
Предполагалось, что переход из растворенного состояния в крис-
таллическое на грани кристалла происходит весьма легко и бы-
стро; поэтому и считали, что раствор, непосредственно соприка-
сающийся с кристаллом, уже не является пересыщенным, что он j
имеет лишь концентрацию (с) насыщенного раствора. Но осно- |
вываясь на работах Марка, мы должны допустить, что раствор I
у стенки кристалла все-таки несколько пересыщен (имеет неко- |
торую концентрацию Ci). Пересыщение здесь необходимо для |
того, чтобы вызвать переход растворенного сахара в кристалли- J
ческое состояние; скорость этого перехода пропорциональна |
(Ci — с)2, что и наблюдал Марк. Скорость же первой фазы (диф- 4
фузия сквозь неподвижный слой) действительно может быть вы-
ражена законом Фика (уравнение 8), но концентрацией у грани
следует считать не с, a cJt т. е.

V _ (б Cl) |

Сахар, дошедший путем диффузии до грани кристалла со ско- 1
ростью К, должен успеть (при установившемся процессе) с той
402
же скоростью К превратиться на грани из растворенного состоя-
ния в кристаллическое (иначе сахар накоплялся бы на грани).
Скорость этого превращения, как уже сказано, пропорциональна
(с, — с)2.

Следовательно,

К = k2 (q — с)2,

где /г2 — некоторый постоянный коэффициент.

Исключая из двух последних уравнений неизвестную нам концентрацию
z, и обозначая (С—с)=Лс, найдем

ki Г 1
Нт-

dk2

. 1 k'

Ac -p • ,,

4 dk2

(8')

Следует заметить, что под k2 подразумевается средняя скорость превра-
щения из растворенного состояния в кристаллическое; она складывается из
скоростей превращения для отдельных граней кристалла, которые различны.
Поэтому и суммарная скорость кристаллизации К тоже является некоторой
средней, складывающейся из различных скоростей для различных граней. Ес-
ли бы кристаллизация зависела только от диффузии, то все кристаллы имели
бы шарообразную форму. Лишь наличие второй фазы кристаллизации, иду-
щей с различной скоростью для разных граней, создает определенную форму
кристалла с его гранями.

Нужно выяснить, какая же из двух фаз кристаллизации са-
харозы является более медленной и, следовательно, главной,
управляющей всем процессом кристаллизации. Работы Савинова
показали, что основной фазой процесса кристаллизации сахаро-
зы является именно диффузия, так как, уменьшая диффузионную
пленку вокруг кристалла путем быстрого движения его, Савинов
повышал скорость кристаллизации сахара в 6—7 раз. Следова-

тельно, и весь процесс кристаллизации сахарозы можно рассмат-
ривать именно с точки зрения диффузионной теории Андреева
(формула 10). В особенности это допустимо для весьма вязких
растворов сахарозы низкой чистоты, а для нас особенно интерес-

на кристаллизация из таких растворов.

КТ

Для них коэффициент k^=— будет весьма мал — близок к нулю. Если

же в уравнение (8') подставить ——= 0, то оно превратится в К Ас или

fei(C — с)

д-_--------- т е в Пр0СТ0е диффузионное уравнение (8), которым мы и бу-

дем пользоваться.

Оказалось, однако, что формула (10) вполне пригодна и для
растворов чистой сахарозы.

Это подтверждается недавней, весьма интересной и цепной
работой И. Н. Каганова и М. С. Жигалова (50]. Они дали ориги-
2,08 УО 2.20 2,30 Z/tO 2,50 2,60 2J0 2,80 2,90 3,00 3,10 3,20 3,30 3,60 3,50
Сахар: бода.

Рис. 151. Линейная скорость кристаллизации сахарозы Ki мм/ч в зависимо-
сти от /7|-сахар : вода.

нальный график для скорости кристаллизации (рис. 151). По ор-
динате отложили линейную скорость роста кристаллов сахара
7<i в мм!ч (она вычислена по данным скорости кристаллизации
по Кухаренко, деленным на 8333). По абсциссе же отложены не
коэффициенты пересыщения по Классену, а просто концентрация
сахарозы на 1 кг воды, т. е. (или отношение сахар : вода). По-
лучилась строго прямолинейная зависимость для всех темпера-
тур от 30 до 70° С. Это подтверждает полную применимость диф-
фузионной теории кристаллизации для сахарозы.

Для каждой температуры, пользуясь найденной прямолиней-
ной зависимостью Ki и Нх, можно высчитать «удельную скорость
роста кристаллов» K'z, т. е. отношение —— = К, . Эта удель-
Д/Д

ная скорость роста кристаллов оказалась такова:

Температура, °C............... 30 40 50 60 70

Удельная скорость роста крис-

таллов .................. 0,437 0,731 1,260 1,778 2,273

За последние 20 лет ряд работ по скорости кристаллизации выполнил
в США проф. Ван Хук |8|, однако с его утверждением, будто бы ведущим
фактором в кристаллизации сахарозы является не диффузия, а скорость пре-
вращения из растворенного состояния в кристаллическое, нельзя согласиться.
Этому ярко противоречит резкое влияние скорости движения кристалла на
скорость кристаллизации (опыты Савинова и Дюбура). В опытах Савинова
при ускорении движения кристалла сахара скорость кристаллизации возрас-
тала в 6 раз. Чем же,это можно объяснить, как не стиранием пленки сиропа
с поверхности кристалла и улучшением (облегчением) диффузии?

Опыты Ван Хука показали, что такие коллоиды, как гуммиарабик, пек-
тин, декстрин, значительно повышают вязкость сахарного сиропа, но мало
влияют на скорость кристаллизации сахара. Отсюда Ван Хук также делает
404
вывод, что кристаллизация сахара зависит не от диффузии, которая должна
бы замедлиться с увеличением вязкости. Однако с таким выводом нельзя со-
гласиться, так как вязкость создавалась у Ван Хука добавлением высокопо-
лимеров, растворы которых имеют сетчатую структуру и очень мало замед-
ляют диффузию, поэтому они, действительно, не должны замедлять и крис-
таллизацию.

Факторы, влияющие на скорость кристаллизации

Методы эксперимента. Па сахарном заводе сахар
кристаллизуется из утфеля, в котором кристаллы сахара нахо-
дятся в очень большом количестве и очень медленно движутся,
падая в вязком межкристальном оттеке. Чтобы результаты ис-
следования имели производственное значение, нужно было изу-
чать скорость кристаллизации именно в заводском утфеле, так
как она значительно зависит от условий движения кристаллов.
Кроме того, особенно интересна скорость кристаллизации в крис-
таллизаторе последнего утфеля, так как там она особенно мала.

Поэтому при изучении влияния различных факторов на ско-
рость кристаллизации сахара мы применяли метод «искусствен-
ных утфелей» (Общая литература 9, стр. 167): смешивали пере-
сыщенный раствор мелассы, полученный сгущением или раство-
рением сахара при нагревании с сахарным песком (в определен-
ном количестве и определенной крупности кристаллов). Выдер-
живая «утфель» в термостате во вращающейся герметически
закрытой банке определенное время и анализируя межкристаль-
ный оттек, можно было по уменьшению чистоты и содержания
сахара определить количество выкристаллизовавшегося сахара,
пересчитать его на 1 мин и 1 м2 поверхности кристаллов утфеля,
т. е. найти скорость кристаллизации.

Иногда считают [7], что при таком методе возможно образо-
вание «муки», которая искажает результаты, но мы следили под
микроскопом за состоянием утфеля. «Муки» не было, так как
между кристаллами находился раствор небольшого пересыще-
ния (а < 1,2) и очень низкой чистоты (меласса).

Можно также считать пригодными цифры табл. 27, так как
они получены тоже в условиях свободного падения кристаллов
в вязком сиропе (хотя, правда, это был не утфель, а лишь от-
дельные и очень крупные кристаллы). Очень мало пригодны для
целей производства те определения скорости кристаллизации,
при которых кристаллы оставались неподвижными, а сироп око-
ло них искусственно перемещался [9].

Пересыщение. Уравнение (10) показывает, что скорость крис-
таллизации должна быть пропорциональна (С — с), т. е. разнос-
ти между концентрацией кристаллизующегося раствора и кон-
центрацией соответствующего насыщенного раствора, или, коро-
че говоря, пропорциональна избыточной концентрации сахара
над концентрацией насыщения, или же пропорциональна избы-
405
точному пересыщению (так как это последнее приблизительно
пропорционально избыточной концентрации). Насыщенный рас-
твор имеет коэффициент пересыщения 1,0. Если же мы имеем
пересыщенный раствор с коэффициентом пересыщения, например,
1,10, то избыточное пересыщение его будет 1,10— 1,00 = 0,40. Если
другой раствор имеет пересыщение 1,05 и избыточное пересыще-
ние 1,05—1,00 = 0,05, то он, согласно уравнению (10), должен
кристаллизоваться в — 2 раза медленнее, чем первый рас-

твор.

Движущей силой кристаллизации (диффузии) является из-
быточное пересыщение (С — с) или приблизительно пропорци-
ональная (С — с) величина (а—1).

Против утверждения о пропорциональности К и избыточного
пересыщения обычно делается следующее возражение. При по-
вышении пересыщения и концентрации растет вязкость ц, с уве-
личением которой К должно уменьшаться (см. формулу (10) —
ц стоит в знаменателе). Таким образом, К с увеличением пере-
сыщения иногда может увеличиваться, а иногда уменьшаться,
смотря по тому, что возьмет перевес: увеличение (С — с) или же
сопутствующее ему увеличение ц. Такая точка зрения для обыч-
ных применяемых на практике пересыщений (не свыше 1,2) не-
правильна. Дело в том, что с гранями кристалла непосредствен-
но соприкасается раствор, лишь близкий к насыщенному, но не
слишком пересыщенный. Поэтому повышение вязкости осталь-
ной массы пересыщенного раствора не замедляет кристаллиза-
ции так сильно, как это обычно предполагают.

Итак, теоретически следует ожидать и утверждать, что ско-
рость кристаллизации будет увеличиваться пропорционально
(С—с) или, приблизительно, также пропорционально и избыточ-
ному пересыщению («— 1). Этот теоретический вывод подтверж-
дается и данными опытов (табл. 27) и особенно рисунком 151.

Перемешивание. К зависит от d — толщины неподвижного
•слоя сиропа, прилипшего к кристаллу (см. уравнение (10), d —
стоит в знаменателе). Чем больше d, тем длиннее путь диффун-
дирования и вследствие этого меньше К. Но d зависит от скорости
движения кристалла по отношению к окружающему оттеку: чем
быстрее это движение, тем, очевидно, меньше d и больше К. По-
этому такое важное значение имеет перемешивание кристалли-
зующейся массы. Однако не следует и слишком переоценивать
значение перемешивания. Надо принять во внимание, что при
перемешивании вязкого утфеля мешалка захватывает и перевора-
чивает всю массу утфеля, но никак не может сдвигать каждый
кристалл по отношению к оттеку. Кристалл по отношению к ок-
ружающему оттеку движется лишь под влиянием силы тяжести:
он по удельному весу тяжелее оттека и поэтому постепенно пада-
ет в оттеке. Если бы не было перемешивания, то все кристаллы
406
постепенно осели бы на дно и дальнейшее движение по отноше-
нию к оттеку совершенно прекратилось бы, а кристаллизация
вследствие этого замедлилась бы в десятки раз. Поэтому таким
большим шагом вперед в технике сахарного производства было
применение кристаллизации в движении. Но можно ли ожидать
большого эффекта от ускорения движения мешалки? Конечно,
нет. Как бы быстро мы ни перемешивали утфель, все равно ско-
ростью движения кристалла по отношению к оттеку будет лишь
та же скорость падения кристалла в вязком оттеке. Мешалка
лишь не позволяет кристаллам осесть, поддерживает их в состо-
янии непрерывного падения.

Так как кристаллы очень медленно падают в вязком оттеке,,
то достаточно очень медленного перемешивания. Ускорение дви-
жения мешалок не даст никакого эффекта. Наоборот, следовало
бы выяснить, насколько можно замедлить движение мешалок
без вреда для кристаллизации,— такое замедление привело бы к
понижению расхода энергии и позволило бы, не опасаясь полом-
ки мешалки, перемешивать более густые утфели; кроме того, ко-
нечно, уменьшилось бы истирание кристаллов.

Поставленный нами опыт подтвердил изложенные выше тео-
ретические выводы: при 1 обороте станины с банками в термоста-
те в минуту и при ’Д оборота в минуту скорость кристаллизации
оказалась совершенно одинаковой1.

Вязкость. Вязкость насыщенного раствора, соприкасающего-
ся с кристаллами 2, стоит в знаменателе выражения для скорости
кристаллизации (10). Следовательно, с повышением вязкости К
уменьшается. Следует заметить, что повышение вязкости должно
также увеличивать толщину неподвижного слоя d, что еще более
уменьшает скорость кристаллизации.

Однако вязкость не является самостоятельным фактором:
она изменяется в зависимости от изменения температуры и от
изменения чистоты кристаллизующегося раствора. К рассмотре-
нию влияния этих факторов и перейдем.

Температура. С повышением температуры в выражении для
К (Ю) увеличивается абсолютная температура Т, которая стоит
в числителе, и уменьшается т| (вязкость насыщенного раствора)
и вместе с ней толщина неподвижного слоя d, которые стоят в
знаменателе дроби. При этом, очевидно, 'скорость кристаллиза-

1 В опытах Савинова достигались большие скорости движения кристалла,
но методом, не применимым в заводской практике: он каждый кристалл при-
креплял к лопасти быстровращающейся мешалки. Марк в своих опытах так-
же достигал больших скоростей путем вихревого перемешивания кристалли-
зующегося раствора (несколько сот оборотов мешалки в минуту), но это было
возможно лишь потому, что он кристаллизовал соли (например, сернокалие-
вую), насыщенные растворы которых обладают малой вязкостью. О вихре-
вом перемешивании сахарных утфелей, конечно, не может быть и речи.

2 Но не вязкость пересыщенного раствора, как уже было показано выше
при обсуждении влияния пересыщения на К.
ции К должна увеличиваться. Подтверждением этого вывода
являются для чистого сахара экспериментальные данные (см.
табл. 27 и рис. 151). Как видим, с повышением температуры на
10° скорость кристаллизации увеличивается приблизительно
в 2 раза.

Чтобы показать, как меняется вязкость насыщенного раство-
ра чистого сахара с изменением температуры, ниже приводим
вязкость насыщенных сахарных растворов в сантипуазах.
(10-3 н-сек!м1 2у.

Температура, °C.................... 20 30 40 50 60 70 80 90

Вязкость, спз .................... 224 163 126 102 90 82 85 92

Па рис. 152 дана также номограмма вязкости сахарных рас-
творов в зависимости от температуры и концентрации *.

Чистота. Понижение чистоты сахарного раствора резко сни-
жает скорость кристаллизации. Нахманович и Зеликман нашли,
что при чистоте 92% К уже в 2 раза меньше, чем для чистой са-
харозы, при Ч 80% наблюдается снижение К в 5—10 раз, а при
Ч 70% —даже в 30—65 раз (табл. 28).

Таблица 28

Скорость кристаллизации сахара из нечистых сахарных растворов
К мг/(мин м2) при 70° С (Нахманович и Зеликман)

ч Коэффициенты пересыщения
1,03 1,06 1,09 1,12 1,15 1,18 1,21 1,24
100 1120 2360 4050 6900 . . .—.
92 620 1540 2390 2850 3300 3750 4180 •—
80 235 415 580 710 840 975 1105 1235
70 40 65 85 105 125 150 170 195

1 Номограмма составлена по экспериментальным данным Шпенглера и
Ландта 110] и Беннета и Ниса [11]. В основу построения номограммы поло-

жена зависимость, предложенная И. Н. Кагановым [12]:

т] — Ле

Т '

где ц—-вязкость раствора; Т абсолютная температура; N— концентра-
ция сахара в молярных долях; Л п В постоянные величины. Если уравне-
ние прологарифмировать, то получим

1g т] lg/1 + у N,

т. е. логарифм вязкости находится в прямолинейной зависимости от концен-
трации сахара, выраженной в молярных долях. Поэтому в номограмме вели-
чины вязкости нанесены в логарифмическом масштабе, а сахар — в масштабе
молярных долей. Получилась номограмма из прямых линий.
Рис. 152. Номограмма вязкости сахарных растворов (вязкость в пуазах
или в 10-1 н -сек^м2).

Это объясняется увеличенной вязкостью кристаллизующихся
растворов низкой чистоты.

Однако следует заметить, что обычные несахара соков отнюдь
не вызывают повышения вязкости. Наоборот, при одном и том
же содержании сухих веществ (СВ) обычно меласса имеет при-
близительно на 20% меньшую вязкость, чем чистый сахарный
раствор. Но при кристаллизации сахара все-таки раствор мень-
шей чистоты имеет всегда большую вязкость, так как несахара
своим присутствием повышают СВ раствора, а именно вследст-
вие повышения содержания сухих веществ увеличивается и вяз-
кость.

Поясним это примером. Сравним вязкость насыщенных сахарных раство-
ров при 70° С при Ч 100 и 70%. На 1 кг воды при температуре 70° С растворя-
ется сахара (по таблице растворимости) 3,271 кг, т. е. получается раствор,
чистого сахара с содержанием сухих веществ (СВ)

3,271 100

3,271 | 1

76,6%,

чему по номограмме (см. рис. 152) соответствует вязкость 0,88 пз (0,88- 1()-’ н-
сек/м2). Насыщенный раствор с Ч 70% будет на 1 кг воды содержать уже не
3,271 кг сухого вещества (сахара), а

3,271 • 100
-----—-------= 4,673 кг,

т. е. будем иметь сухих веществ

4,673 - 100

—. = 82,4%.

4,673 -Г 1

По номограмме это соответствует для чистого сахарного раствора вязкости
4,6 пз (4,6- 10-1 н- сек/м2). Но несахара при чистоте 70% понизят эту вязкость
«а 10%, т. е. вязкость будет 4,7-0,9=4,23 пз (4,23-10-1 н-сек/м2). Эта вяз-
кость оказывается выше, чем для насыщенного чистого сахарного раствора в
4,23
~= 4,8 раза.

При помощи метода искусственных утфелей получено также
быстрое снижение скорости кристаллизации с понижением чис-
тоты (Общая литература 9, стр. 179), но оно было все же гораз-
до меньше, чем в опытах Нахмановича и Зеликмана. У этих ис-
следователей в их опытах отдельные немногочисленные кристал-
лы были одеты толстым слоем оттека. В наших же опытах с ис-
кусственным утфелем кристалл от кристалла находился на
малом расстоянии и d не могло значительно увеличиваться.

Величина кристаллов. Более крупные кристаллы должны бы
стрее падать внутри вязкого оттека; поэтому их скорость движе-
ния по отношению к оттеку больше, чем для мелких кристаллов.
Это должно бы уменьшить прилипший неподвижный слой [9] и
увеличить скорость кристаллизации К. Зато мелкий кристалл
имеет более обтекаемую форму, что уменьшает d (впереди и по-
зади движущегося крупного кристалла увлекается вместе с ним
значительное количество оттека и слой d увеличивается; для ма-
лого кристалла такие «хвосты» будут гораздо меньше, следова-
тельно, d будет меньше). Кроме того, крупные кристаллы будут
в утфеле дальше отстоять один от другого, чем мелкие, что поз-
воляет ожидать большего неподвижного слоя на крупных крис-
таллах. Теоретически трудно решить, для каких кристаллов бу-
дем иметь большее К — для крупных или для мелких.

Опыт, поставленный для решения этого вопроса, показал со-
вершенно четко, что при крупных и при мелких кристаллах са-
хара (масса одного кристалла от 0,493 до 0,066 мг) скорость
кристаллизации одинакова. Таким образом, изложенные выше
противоположные влияния, видимо, взаимно уравновешиваются.
На 1 м2 кристаллизуется, следовательно, одинаковое количество
сахара независимо от величины кристаллов, но, конечно, суммар-
ная площадь кристаллов мелкого сахара будет больше, чем круп-
ного, как уже указывалось выше; это увеличивает при мелком
кристалле общее количество выкристаллизовывающегося за дан-
ное время сахара [см. формулу (5)].
В ЦИНСе были поставлены опыты [13] определения скорости кристаллиза-
ции с монокристаллами массой 42, 624 и 7250 мг, причем оказалось, что при
увеличении массы кристалла в 7250:42 = 173 раза скорость кристаллизации
все же возрастала, хотя и не настолько уж значительно (в 1,51 раза). Следует
заметить, что и метод был применен далекий от заводских условий и размер
кристаллов выбран не имеющий значения для производства. Там обычная
масса кристалла бывает 0,50—0,05 мг, что и было принято в наших опытах, и
в этих пределах оказалось, что размер кристалла не влиял на скорость кри-
сталлизации.

Количество кристаллического сахара в утфеле. В утфеле II
может быть от 20 до 42% кристаллического сахара. При боль-
шом количестве кристаллов они могут мешать один другому дви-
гаться в оттеке, что должно уменьшить скорость кристаллиза-
ции К. С другой стороны, при большом количестве кристаллов
они будут находиться ближе один к другому, что препятствует
образованию на кристаллах толстого неподвижного слоя оттека,
и это должно увеличить К- Эти противоположные влияния так-
же, видимо, уравновешиваются, так как поставленные опыты по-
казали, что утфели, богатые и бедные кристаллами (41 и 17%),
дают одну и ту же скорость кристаллизации.

Работники ЦИНСа [13] получили совсем иной результат: при снижении ко-
личества кристаллов в утфеле с 45 до 5% скорость кристаллизации возрастала
в 3 раза. Причина — ошибка в постановке опытов: применялась «сдобренная»
сахаром меласса, доведенная до чистоты свыше 80%. Из нее должна была вы-
падать «мука», которая фиктивно якобы повышала скорость кристаллизации
при малом числе кристаллов. После этой работы мы еще раз повторили свои
опыты и еще раз убедились, что К не зависит от количества кристаллов.

Общий обзор. Резюмируем кратко все сказанное о скорости
кристаллизации:

общее количество выкристаллизовавшегося сахара (S) про-
порционально суммарной поверхности кристаллов; поэтому в
утфеле с мелким кристаллом (имеющем большую суммарную
поверхность кристаллов) скорее и легче выкристаллизовывается
сахар с меньшей опасностью «завести муку»;

скорость кристаллизации сахара (К), т. е. число миллиграм-
мов сахара, кристаллизующееся на 1 м2 поверхности в 1 мин, за-
висит от следующих факторов:

1) пропорциональна избыточному пересыщению;

2) уменьшается с увеличением вязкости (tj) насыщенного рас-
твора, соприкасающегося с кристаллом;

3) увеличивается с повышением температуры (приблизитель-
но в 2 раза на каждые 10°), что объясняется главным образом
уменьшением вязкости;

4) быстро уменьшается с уменьшением чистоты сахарного
раствора, что является следствием повышения вязкости;

5) не зависит от числа оборотов мешалки кристаллизатора:

6) не зависит от величины кристаллов;

7) не зависит от количества кристаллов в утфеле (в пределах
от 16 до 41%).
ВАРИАНТЫ СХЕМ УВАРИВАНИЯ

Работа на три продукта

Причины многократного уваривания утфелей. Возникает воп-
рос, почему бы для простоты не варить лишь один утфель I крис-
таллизации и почему бы при этом не получать сразу максималь-
ное количество кристаллического сахара и в качестве оттека —
мелассу низкой чистоты. Пусть сироп с Ч 92% уварен весьма
густо до СВ 95,8%. Такой утфель содержит 88,1% сахара. Если
при этом между кристаллами останется лишь меласса с СВ
82,0% и Ч 60%, т. е. с содержанием сахара 49,2%, найдем содер-
жание кристаллов в утфеле по формуле

к = (88,1 -49,2) 100 = 7б 6%
100 — 49,2

Конечно, получить такой утфель со столь большим содержа-
нием кристаллов совершенно невозможно. Это была бы непод-
вижная груда кристаллов, лишь слабо смоченная межкристаль-
ной мелассой.

Приблизительно при содержании в утфеле 55% кристаллов
они уже вплотную придвигаются один к другому и утфель теряет
подвижность. Поэтому утфель I обычно и уваривают лишь до со-
держания 55% кристаллов, чего можно достичь через 2-—3 ч
уваривания.

Раньше (приблизительно до 1930 г.) стремились еще несколь-
ко повысить содержание кристаллического сахара в утфеле (на-
пример, до 60%), но это требовало уже непомерно большой зат-

Рис. 153. Рост количества кристаллов
в утфеле I (К %) в процессе увари-
вания.

раты времени, от чего но-
ваторы производства со-
вершенно правильно от-
казываются. Это хорошо
иллюстрируется диаграм-
мой (рис. 153), составлен-
ной Н. Силиной по-преж-
нему хронометражу ува-
ривания утфеля из Энци-
клопедии М. Зуева (Об-
щая литература 1, Т. IV,
стр. 121). Ясно видно, как
быстро накопляется 55%
кристаллов сахара в ут-
феле и как медленно идет
дальнейшее повышение
содержания кристаллов.
Кроме того, утфель с чрез-
мерным содержанием кристаллов очень трудно и спускать из ап-
парата, и перемешивать в мешалке.

В утфеле II кристаллизации количество кристаллов бывает
еще меньше, обычно лишь 42—43%, так как здесь вязкость утфе-
ля (малая подвижность его) повышается еще вследствие высокой
вязкости межкристальной мелассы.

Примерные практические данные о возможном максимальном
содержании кристаллов сахара в утфелях сообщил Мерле [14];
они приведены в табл. 29.

Таблица 29

Максимально возможное содержание кристаллов в утфеле
в зависимости от его чистоты

Чистота утфеля Содержание кристаллов, % Чистота утфеля Содержание кристаллов, %
в СВ утфеля на 100 частей утфеля при 92% СВ в СВ утфеля на I00 частей утфеля при 92% СВ
94 92 90 88 86 65 63 61 59 57 60 58 56 54 52 84 82 80 78 76 55 53 51 49 47 51 49 47 45 43
Зная Ч утфеля Q%, его СВ и количество кристаллов сахара в нем №/о>
можно определить Ч оттека q%. Количество сахара в утфеле ню ; количество
RQ RQ -К.
несахаров R
Ч оттека 100 • сахар в оттеке
отсюда ч — сахар в оттеке -ф несахара ’ RQ~ 100/( п = • v R — K Таблица 30
Ч оттека (д) в зависимости от Ч утфеля (Q)
Утфель I Утфель II
Q <7 Q ч
88 89 90 91 92 93 94 70,2 72,6 75,1 77,6 80,1 82,6 85,1 74 75 76 77 78 79 80 81 52,2 54,0 55,8 57,7 59,5 61,4 63,2 65,0
Будем считать, что СВ утфеля при фуговке R-92%, а содержание кри-
сталлов для утфеля I К = 55,0% и для утфеля II К = 42,0%. Тогда, пользуясь
формулой, можем вычислить Ч оттека в зависимости от Ч утфеля (табл. 30).

Таким образом, если Ч утфеля I равна 90,0, то зеленый оттек будет иметь
Ч 75,1%, а сваренный из него утфель II даст мелассу с Ч 54,2%, т. е.'хорошо
обессахаренную. Совсем другой и неудовлетворительный результат получится,
если утфель I будет иметь более высокую Ч, например 92,0; найдем, что тог-
да Ч мелассы — 63,4, т. е. слишком высока. Предельный терпимый результат
получим при Ч утфеля I, равной 91,0; тогда Ч мелассы будет равна 58,8.

Если перерабатывается хорошая свекла, дающая сироп с Ч
выше 91,0, нужно принимать какие-то меры, чтобы не получать
мелассу слишком высокой чистоты и не терять в ней чрезмерного
количества сахара. При сохранении прежней двухпродуктовой
схемы работы эти меры могут быть двоякие: или на последние
подкачки при уваривании утфеля 1 добавляют, кроме белого от-
тека, еще достаточное количество зеленого оттека, чтобы снизить
чистоту утфеля по крайней мере до 91,0, а лучше и еще ниже.
Это мероприятие неудобно тем, что снижается качество белого
сахарного песка и теряется преимущество, даваемое хорошей
свеклой. Или мирятся с получением зеленого оттека повышенной
чистоты, но в конце уваривания утфеля II добавляют к нему ме-
лассу для снижения его чистоты.

Можно, конечно, комбинировать оба эти метода, т. е. добав-
лять в уменьшенном количестве и зеленый оттек в утфель I, и
мелассу — в утфель II. Есть еще третий, лучший метод: частич-
ное отфуговывание кристаллов сахара из второго утфеля при
кристаллизации. Это будет изложено дальше.

При Ч сиропа 93,0 и выше указанные мероприятия делаются
слишком громоздкими и приходится применять уже троекратное
уваривание, т. е. переходить на трехпродуктовую схему. Хотя
она значительно сложнее, но зато дает большие преимущества.
Утфели II и III кристаллизации могут содержать уже несколько
пониженное количество кристаллов, т. е. имеют и меньшую вяз-
кость; в то же время всегда есть возможность получить доста-
точно обессахаренную мелассу, а белый сахар — высшего каче-
ства, так как он получается из утфеля высокой чистоты, в кото-
рый не возвращают зеленого оттека.

Трехпродуктовая схема. Схема в основном такова:

Сироп

Белый сахар-»— Утсрель I (СВ 92)

Зеленый оттен Белый оттек

Ут ср ель II (СБ 93; Я 85)

Зеленый оттек

.елый оттен

Нлеровна

Желтый сахар
(Ч 98)

Клеровка

Ут<рель III (СВ 94; 9 75)

Бурый сахар
(Ч 95)

Бурый оттек ‘ Меласса
Обычно к трехпродуктовой схеме присоединяют еще специаль-
ную аффинацию бурого сахара для повышения его качества, о
чем будет сказано дальше.

Трехпродуктовая схема считается в СССР стандартной, хотя
большая часть заводов все еще применяет более простую и де-
шевую двухпродуктовую схему, особенно в районах, где обычно
Ч сиропа не превышает 92%.

Главная цель применения трехпродуктовой схемы состоит в
получении сахара повышенного качества, так как Ч сиропа зна-
чительно повышается возвратом в него желтых сахаров, а в ут-
фель I не возвращается никаких оттеков. Что касается мелассы,
то при правильной работе и та и другая продуктовая схема дают
одинаковую нормально обессахаренную мелассу, только при
трехпродуктовой схеме эта нормальная чистота мелассы дости-
гается легче и надежнее, чем при двухпродуктовой, где прихо-
дится применять добавку зеленого оттека в утфель I или добав-
ку мелассы в утфель II.

Ч мелассы, т. е. степень ее обессахаривания, определяется,
как будет дальше показано, совсем не продуктовой схемой, а
вязкостью мелассы и затруднениями при фуговке последнего
утфеля. Часто встречающаяся ошибка при применении трехпро-
дуктовой схемы состоит в том, что пытаются чрезмерно снизить Ч
мелассы, слишком понижая Ч последнего утфеля, например, до
71—72%- Сделать это легко путем возврата белого оттека в ут-
фель I и понижения таким образом Ч утфеля II, например, до
80—82%. Получается совершенно неудовлетворительный резуль-
тат: очень плохой последний утфель при низкой Ч с весьма мел-
кими кристаллами. Фуговка этого утфеля оказывается невоз-
можной, приходится разбавлять его водой и получать мелассу не
пониженной, а повышенной Ч.

Для бесперебойной работы и хорошего обессахаривания ме-
лассы при трехпродуктовой схеме нужно следить за Ч послед-
него утфеля и не снижать ее ниже, например, 75%. При особен-
но высоком качестве сиропа из выпарки (например, 94%) можно
возвращать белый оттек в утфель I, делая возврат с таким рас-
четом, чтобы удержать нормальную Ч второго и последнего
утфелей.

Утфели I и II кристаллизации обычно фугуют немедленно
после спуска их в мешалки, а последний утфель обрабатывают
так же, как и последний утфель двухпродуктовой схемы, т. е.
охлаждают, например, до 40° С и подогревают затем перед фу-
говкой на 5—6° С.

Аффинация бурого сахара. Обычно применявшаяся рапсе не-
большая пробелка бурого сахара при помощи 0,5% горячей во-
ды по массе утфеля дает сравнительно слабый эффект, так как
вода распределяется неравномерно и проходит сквозь слой саха-
ра слишком быстро. В то же время при водной пробелке всегда
415
часть бурого оттека попадает в мелассу, повышая ее чистоту.
Поэтому в настоящее время распространяется и признан стан-
дартным более энергичный метод очистки бурого сахара — его
аффинация. Она успешно вводится и при трех-, и при двухпро-
дуктовой схеме работы.

Аффинация (очистка) бурого сахара состоит в том, что его
перемешивают в особой аффинационной мешалке с оттеком бо-
лее высокой чистоты, чем меласса, и затем полученный «аффи-
надный утфель» снова фугуют на центрифугах. При этом полу-
чается более чистый аффинированный сахар, поверхность кото-
рого загрязнена уже не мелассой, а лишь более чистым и менее
вязким оттеком. Схема обычной аффинации бурого сахара
такова:

Зеленый оттек

Уг^ель^П ут<реля I Клеровка

Зеленый оттек Белый оттек-*-Д<р<ринадный —^Аффинированный

I ^утсрель желтый сахар

s' s' (СВ 90) (Ч 97)

s' Аффинадный оттек

Утфель 111 -------,--------—„6урь1й сахар;

(Ч|75) (4 93)

Меласса

Таким образом, обычно для аффинации применяют зеленый
оттек утфеля I. Этот оттек с Ч, например, 82% замещает на по-
верхности бурого сахара в аффинационной мешалке загрязняю-
щий слой мелассы. При этом меласса примешивается к оттеку и
понижает его Ч, аффинадный оттек применяют для последних
подкачек при уваривании утфеля III. Получается аффинирован-
ный сахар высокой Ч (около 97), направляемый в виде клеров-
ки в сироп.

Для аффинации требуются особая мешалка и дополнитель-
ные аффипадпые центрифуги, что, конечно, усложняет схему ра-
боты.

Аффинадный утфель по своему составу близок к утфелю II
кристаллизации.

Поэтому иногда предлагают просто смешивать аффинадный
утфель с утфелем II кристаллизации и отфуговывать совместно
на одной станции фуговки II продукта. Однако, вероятно, это
лишь кажущееся упрощение и облегчение. Сахар III кристалли-
зации мельче сахара II кристаллизации и будет ухудшать и за-
труднять фуговку, число же центрифуг все равно будет увели-
ченным.
Дополнительная кристаллизация сахара
из зеленого оттека

Эта схема была предложена в Чехословакии Мирчевым [15]
и в СССР Жвирблянским [16].

При современной пробелке горячего утфеля I получается го-
рячий (70° С) зеленый оттек. Если дать ему охладиться, напри-
мер, до 50° С, то из него можно дополнительно выкристаллизо-
вать сахар, а Ч оттека при этом снизится и появится возможность
при простой двухпродуктовой схеме получать и мелассу низкой
чистоты, и белый сахар высокого качества.

Ю. М. Жвирблянский предложил совместить дополнительную
кристаллизацию зеленого оттека с аффинацией желтого саха-
ра. Он рекомендует весь желтый сахар двухпродуктовой схемы
смешивать с зеленым оттеком, нагретым в подогревателе для
растворения кристаллов до 95° С, получая аффинадный утфель
с СВ 87,5%. На это затрачивается около 60% всего зеленого от-
тека. Затем аффинадный утфель охлаждают в мешалке в тече-
ние 8 ч до 30° С и фугуют. Получается аффинированный желтый
сахар и истощенный зеленый оттек. Утфель II кристаллизации
начинают варить из 40% зеленого оттека, не подвергавшегося
истощению, и доваривают на подкачках уже истощенного зеле-
ного оттека.

КОНТРОЛЬ УВАРИВАНИЯ

Уваривание сиропа является очень ответственным процессом,
но он до настоящего времени часто проводится без помощи кон-
трольно-измерительных приборов, на глаз, и результат всецело
зависит от опытности варщика: на глаз определяют момент за-
водки кристаллов, на глаз делаются подкачки сиропа. Лабора-
тория лишь по окончании уваривания может констатировать,
хорошо ли сварен утфель (определить его концентрацию, Ч отте-
ка и содержание кристаллов сахара).

Имеется ряд попыток ввести непрерывный автоматический
контроль процесса уваривания при помощи специальных аппа-
ратов. Главнейшими из предложенных методов контроля увари-
вания являются: а) брасмометрический (или эбулиоскопиче-
ский), б) рефрактометрический, в) кондуктометрический.

Брасмометрический контроль. Этот контроль основан на том,
что температура кипения растворов выше, чем температура ки-
пения чистой воды. Поэтому, наблюдая повышение температуры
кипения, можно составить себе представление о концентрации
кипящего раствора.

Опытные данные (П. С. Бухаров) по повышению температу-
ры кипения растворов сахара приведены в табл. 31.

Брасмометрические методы контроля не привились в произ-
водстве: приборы оказались недостаточно удобны и надежны.

14 Заказ 905 417
Таблица 31

Повышение температуры кипения (в °C) сахарных растворов
в зависимости от содержания СВ и разрежения

Содержа- ние сухих веществ (СВ) Разрежение, см рт. ст.
65 60 50 40 20 0

Чистый сахарный раствор
10 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
20 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
30 0,5 0J5 0,6 0,6 0,6 0,6
40 0,8 0,9 0,9 1,0 1,0 1,1
50 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8
60 2,3 2,5 2,6 2,8 2,9 3.1
70 3,7 3,9 4,2 4,5 4,8 5,1
75 5,1 5,5 5,9 6,2 6,7 7,0
80 7,1 7,8 8,0 8,4 9,0 9,4
85 — 10,0 10,9 ' 11,5 12,4 13,0
90 — — 16,3 17,2 18,6 19,6
Сахарный раствор с Ч = 80%
10 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
20 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,4
30 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7
40 1,1 1,2 1,2 .1,3 1,3 1,4
50 1,8 1,9 2,(Г 2,1 2,2 2,3
60 3,1 3,2 3,4 3,5 3,7 3,8
70 5,1 5,3 5,6 5,8 6,1 6,3
75 6,8 7,2 7,6 7,9 8,3 8,7
80 — 9,8 10,3 10,7 11,2 11,7
85 — — 14,1 14,8 15,5 16,1
90 — — — 19,8 21,2 22,2
Рефрактометрический контроль. Пытались ввести для копт-

роля уваривания специальный производственный рефрактометр,
который прикрепляют непосредственно к стенке вакуум-аппара-
та так, что призма рефрактометра погружена в утфель, цирку-
лирующий в аппарате. Рефрактометр позволяет определить пу-
тем простого отсчета по шкале концентрацию межкристального
раствора, кипящего в аппарате. Содержание кристаллов не вли-
яет на показания рефрактометра; влияние температуры уст-
раняется путем автоматически вводимой поправки.

Рефрактометр для контроля уваривания также не привился
в производстве — он слишком дорог. Кроме того, отсчеты по
рефрактометру (как и отсчеты по брасмометру) кропотливы и
отнимают время у варщика, который поэтому предпочитает про-
сто взять пробу утфеля из аппарата через пробный кран, чем
смотреть в рефрактометр.
Главным недостатком и брасмометров, и рефрактометров
является то, что они показывают лишь концентрацию (СВ) кипя-
щего раствора, но не коэффициент пересыщения, от которого за-
висит процесс кристаллизации. Коэффициент пересыщения зави-
сит не от одной лишь концентрации раствора, но и от темпера-
туры, и от чистоты. Он может быть найден только после некото-
рых вычислений, для которых нет времени при быстрых темпах
уваривания.

Кондуктометрический контроль. Этот метод контроля предло-
жен в 1932 г. Хонигом; он основан на том, что электропровод-
ность увариваемого сиропа уменьшается с повышением концен-
трации; это уменьшение электропроводности объясняется увели-
чением вязкости при повышении концентрации.

Электрический ток проводит, конечно, не сахарный раствор,
а электролиты — соли, являющиеся лишь загрязнениями сахар-
ного раствора. При концентрации сиропа от 0 до 30—35% элек-
тропроводность совсем не уменьшается, а возрастает с увеличе-
нием концентрации, так как при этом возрастает и концентрация
проводящих ток электролитов. Но при дальнейшем повышении
концентрации начинает преобладать фактор вязкости сахарного
раствора, быстро увеличивающийся с концентрацией, и электро-
проводность с повышением концентрации уже уменьшается.
Только такое значительное уменьшение электропроводности с
повышением концентрации и характерно для высококонцентри-
рованных сиропов и оттеков при уваривании.

Кроме концентрации, электропроводность в значительной
степени зависит и от температуры, например при 90° С она почти
вдвое больше, чем при 70° С. Она также резко увеличивается
с уменьшением чистоты, так как ток проводят именно солеоб-
разные несахара: например, электропроводность для зеленого
оттека в 2,5—3 раза больше, чем для сиропа, при той же кон-
центрации и температуре. Эти данные приводят к мысли, что ме-
тод электропроводности совсем не годится для контроля увари-
вания, так как по электропроводности нельзя судить о концен-
трации сахарного раствора ввиду такого значительного влияния
п температуры, и чистоты. На практике же именно этот метод
вполне апробирован, так как оказалось, что изменения электро-
проводности соответствуют в действительности не концентрации
(СВ), а изменениям коэффициента пересыщения раствора, что
особенно ценно и важно, так как процесс кристаллизации саха-
ра зависит именно от коэффициента пересыщения [ 17]. При
этом оказалось, что небольшие изменения температуры и чисто-
ты очень мало влияют на зависимость электропроводности от
коэффициента пересыщения.

Приборы для контроля уваривания по электропроводности —
кондуктометры, кюитометры — весьма несложны. В уваривае-
мую массу в вакуум-аппарат, в том месте, где имеется хорошая

419
циркуляция, помещают два электрода из нержавеющей стали.
К электродам от специального трансформатора — стабилизато-
ра напряжения — подается переменный ток 15—20 в. Транс-
форматор питается током от заводской электросети. В цепь то-
ка, проходящего через электроды и через увариваемую массу,
включают миллиамперметр переменного тока. Его показания за-
висят от электропроводности кипящей массы: чем больше элек-
тропроводность (и чем меньше коэффициент пересыщения), тем
больше показания амперметра.

На рис. 154 изображена полученная экспериментально [18]
кривая зависимости коэффициента пересыщения от силы тока
на одном и том же кондуктометре, но на разных заводах (Лох-
вицком и Жердевском). При этом, конечно, и Ч сиропа, и тем-
пературы уваривания несколько отличались. Между тем экспе-
риментальные точки легли все-таки на одну и ту же кривую.

В начале уваривания сиропа отсчеты амперметра максималь-
ны. По мере сгущения сиропа отсчеты снижаются и в момент за-
водки кристалла оказываются минимальными. После каждой
подкачки сиропа отсчеты увеличиваются, при сгущении — вновь
уменьшаются.

Записав показания амперметра в процессе хорошо проведен-
ного уваривания и «сфотографировав», таким образом, хорошую
варку утфеля, можно легко и точно повторять ее, руководству-
ясь показаниями кондуктометра.

Применение кондуктометра облегчает и уточняет работу вар-
щика; особенно уточняется и улучшается процесс заводки кри-
сталлов.

Рис. 154. Зависимость силы тока (лш) от коэффициента пересы-
щения (а) при напряжении 10 в (с одними и теми же элек-
тродами).
На сахарных заводах СССР были поставлены кондуктомет-
ры, в которых вместо миллиамперметров применяется омметр,
показания которого не зависят от колебаний напряжения в сети
тока. Кроме того, очевидно, по мере сгущения с повышением
пересыщения отсчеты по омметру не снижаются, а тоже повы-
шаются, так как сопротивление электрическому току растет.

ВАРИАНТЫ ПРОЦЕССА УВАРИВАНИЯ УТФЕЛЕМ

В области уваривания утфелей за последние 30 лет новаторы
производства добились значительных успехов: процесс уварива-
ния ускорен в 2—3 раза. Это достигнуто путем ряда мероприя-
тий, которые главным образом ускоряют выпаривание воды и
кристаллизацию сахара. Рассмотрим варианты работы по от-
дельным стадиям уваривания.

Первоначальное сгущение. Для первоначальйого сгущения
набирают столько сиропа в вакуум-аппарат, чтобы кипящий си-
роп и после сгущения его покрывал полностью всю поверхность
нагрева, что ускоряет выпаривание воды и предотвращает воз-
можность пригорания сиропа к поверхности нагрева. Поэтому
для стадии первоначального сгущения приходится взять в аппа-
рат около '/з общего количества сиропа, идущего на полную
варку.

Уваривание с начала и до конца идет на полном разрежении,
какое дает воздушный насос, т. е. при минимальной температуре
кипения, которая по мере сгущения и заполнения аппарата по-
степенно поднимается от 60—65 до 75-—80е С. Максимальное
разрежение таким образом создает и максимальную разность
температур греющего пара и кипящего сиропа, что увеличивает
теплопередачу и ускоряет выпаривание воды. Первоначальное
сгущение длится около 30 мин, тогда как раньше оно затягива-
лось до 45 мин и более, так как образование кристаллов считали
необходимым вести при уменьшенном разрежении и температу-
ре около 90° С.

Сироп, подаваемый в аппарат в течение всего процесса ува-
ривания, предварительно подогревают примерно на 5° С выше
температуры кипения в аппарате. Поэтому, попадая в аппарат,
сироп вскипает вследствие самоиспарения, что ускоряет цирку-
ляцию и теплопередачу и, кроме того, способствует быстрому
смешиванию поступающего сиропа со всей увариваемой массой.

«Заводка». Заводка кристалла лучше всего проходит при пе-
ресыщении около 1,25 (лабильная зона). Тогда процесс образо-
вания достаточного количества кристаллов требует лишь
2—3 мин. В качестве затравки применяют тонко измельченную
сахарную пудру, просеянную через шелковое сито (67 нитей на
линейный сантиметр). Обычно вводят 30—40 г сахарной пудры.

При старых методах варки утфеля не применяли сахарной
пудры и дожидались самопроизвольного образования кристал-
лов, для чего требовалось больше времени и большее сгуще-
ние — до а = 1,4.

Чтобы точнее определять оптимальный момент для задава-
ния сахарной пудры и заводки кристалла, нужно настойчиво ре-
комендовать применение кондуктометра, так как без него самые
опытные варщики очень часто ошибаются. По нашим наблюде-
ниям, иногда они вносят сахарную пудру при пересыщении
лишь 1,1, иногда — при 1,5 и далее уже «на ходу» выправляют
свои ошибки, т. е. процесс образования кристаллов иногда длит-
ся более 5 мин, а то проходит и в течение 0,5 мин.

Чрезвычайно ответственным является определение момента,
когда следует прекратить дальнейшее образование кристаллов»
т. е. сделать подкачку сиропа и снизить пересыщение до а =
= 1,05—г— 1,10. Надо определить на глаз, достаточно ли количе-
ство появившейся кристаллов, а они еще очень малы, чуть за-
метны. От количества появившихся зародышей кристаллов за-
висит и величина кристаллов в окончательно сваренном утфеле.
Крупность сахарного песка обычно характеризуют следующими

данными:

Количество

Величина кристалла кристаллов

(шт.) в 1 г

Крупный ........................... ...........Около 1500

Средний........................................ » 3000

Ниже среднего.................................. » 5000

Крупный кристалл легче пробеливается. Но при ускоренных
методах варки, особенно если чистота сиропа пониженная, что
замедляет кристаллизацию, приходится варить сахар ниже сред-
ней крупности. Иначе при малой поверхности кристаллов легко
образуется «мука», так как сахар не успевает выкристаллизовы-
ваться и пересыщение повышается.

Наблюдать образующиеся кристаллы лучше всего при помо-
щи лупы с десятикратным увеличением.

Очень удобны для непрерывного визуального контроля ува-
ривания кристаллоскопы, которые все шире применяют в настоя-
щее время на сахарных заводах. Опи просвечивают тонкий слой
утфеля, кипящего в вакуум-аппарате, лучом от электролампы
помещенной тоже в утфслыюн массе. Луч света выходит далее
из аппарата и, наконец, дает па матовом экране 6' проекцию
двигающихся кристаллов при увеличении раз в 25 (рис. 155).

Варщик видит, что делается в аппарате, как растут крис-
таллы, много ли их в утфеле, не образуется ли «мука» и как она
растворяется при подкачке сиропа.

Не раз предлагали для более точной и надежной работы сов-
сем не образовывать новых кристаллических центров, а вводить
при малом пересыщении такое количество пудры, чтобы она уже-
422
Рис. 155. Схема устройства кристаллоскопа:

1 — электрическая лампа; 2 — линза; 3 и 4 — зеркала; 5 —
стенки, ограждающие от бокового света; 6 — экран; 7 —
стенка вакуум-аппарата.

содержала полное желательное количество кристаллических за-
родышей. Этот метод при контроле пересыщения при помощи
кондуктометра мог бы сделать тонкую операцию заводки кри-
сталлов совершенно простой, надежной и точной. Однако для
такого метода сахарная пудра должна быть особо тонкого по-
мола, чтобы не приходилось вводить ее в чрезмерно больших ко-
личествах.

Можно подсчитать приблизительно, что если для вакуум-ап-
парата па 35 т утфеля хотят вводить лишь 500 г маточной пудры,
то такая пудра должна состоять из частичек сахара размером
около 20 мкм, т. с. примерно размера крахмального зерна куку-
рузы (заметим, что сахарная пудра, обычно применяемая на за-
водах для заводки кристаллов, состоит из частиц величиной око-
ло 150 мкм).

Проф. А. А. Шумилов обратил внимание на то, что маточная
сахарная пудра, вводимая в аппарат, плохо распределяется в ки-
пящем сиропе, склонна образовывать комья. Поэтому он предло-
жил вместо маточной пудры применять особую сахарную пасту.
Такую пасту легко приготовить, если растворить при нагревании
до 105° С четыре части сахара на одну часть воды и полученный
раствор быстро охлаждать до 20° С при перемешивании (снача-
ла охлаждение идет до 67° С вследствие самоиспареппя под ва-
куумом, а дальше благодаря холодной воде, циркулирующей в
кожухе мешалки). При этом получается значительное пересыще-
ние (около а — 2) и обильно выпадают очень мелкие кристаллы
сахара («мука») —от 20 до 100 млп. на 1 г пасты (19]. При ува-
ривании утфеля I рекомендуется брать такой маточной пасты
1,4 кг на 100 ц утфеля. Наблюдения Ярмолинского показали, что
применение пасты улучшает процесс образования кристаллов, но
все же оказалось, что больше половины кристаллических зароды-
шей растворяется в момент введения пасты в вакуум-аппарат.
Это понятно, так как зародыши находятся в пасте в сахарном
растворе, который при повышенной температуре вакуум-аппара-
та делается ненасыщенным. Затем при уваривании количество!
новых кристаллов увеличивалось примерно в 3 раза. Следова-
тельно, все же цель не достигнута: никакого точного дозирования
числа кристаллических зародышей не получалось.

Можно получить лучший результат, если готовить пасту кри-
сталлов на жидкости, не растворяющей сахар, например на спир-
те (Общая литература 7, стр. 309), или еще лучше — в бензине.
Бензин, быстро вскипающий и испаряющийся в вакуум-аппарате,
должен способствовать равномерному перемешиванию кристал-
лических зародышей с сиропом. Чтобы не приходилось применять
чрезмерного количества пасты (не килограммы, а десятки грам-
мов), нужен очень тонкий размол сахара для получения пасты,
например, на вибрационной мельнице. Конечно, при применении
пасты необходимо также четко контролировать и регулировать
пересыщение, применяя кондуктометр. Это позволит предотвра-
тить появление новых кристаллов.

Наращивание кристаллов сахара. По окончании процесса об-
разования кристаллов варщик обычно дает 2—3 «закрепитель-
ные» подкачки сиропа. Цель их —снизить пересыщение (напри-
мер, до 1,10) и прекратить дальнейшее образование новых кри-
сталлов.

Однако название подкачек «закрепительными» указывает, что
варщик старается быстрее вырастить образовавшиеся кристал-
лы, сделать их.более устойчивыми, так как иначе, при малейшем
переходе в область ненасыщенного раствора, крошечные кристал-
лы немедленно растворяются. П. Д. Головков подметил, что в
этот период скорость роста кристаллов очень высока. Это ука-
зывает, что варщик держит еще довольно высокое пересыщение
для ускорения роста (например, 1,15—1,20) и лишь в конце «за-
крепительного» периода снижает его. Таким образом, зародыш»
быстро увеличиваются, «закрепляются», но в то же время в не-
котором небольшом количестве образуются и новые зародыши,
хотя это «не рекомендуется». Обычно преувеличивают вредное
действие такого дополнительного появления зародышей. Вряд ли
они могут вызвать заметную неоднородность кристаллов готово-
го утфеля, так как этот период длится несколько минут, что ПО'
сравнению с 2 ч времени полного уваривания составляет лишь
малую долю.

Дальнейшее наращивание кристаллов включает несколько*
идущих параллельно процессов:
кристаллизацию сахара, что снижает пересыщение сиропа;

выпаривание воды, что поддерживает, а обычно даже и уве-
личивает пересыщение, обгоняя процесс кристаллизации, и при-
водит к образованию «муки»;

подкачки сиропа, снижающие пересыщение и растворяющие
«муку» (если эти подкачки столь велики, что делают раствор не-
насыщенным).

Обычно уваривание ведут на периодических подкачках си-
ропа. Рассмотрим, что происходит в увариваемой массе в период
между двумя подкачками сиропа.

В начале периода межкристальный сироп не насыщен вслед-
ствие предыдущей подкачки, «мука» растворяется, а нормальные
кристаллы тоже несколько растворяются с поверхности; вязкость
утфеля мала и потому, что раствор разбавлен подкачкой, и по-
тому, что кристаллы удалены (раздвинуты) один от другого до-
бавленным сиропом; при малой вязкости — повышенный коэффи-
циент теплопередачи и быстрое выпаривание воды приводят к
появлению пересыщения. Сахар начинает кристаллизоваться все
быстрее, количество межкристального раствора уменьшается, со-
держание кристаллов в утфеле увеличивается, что повышает вяз-
кость и уменьшает теплопередачу и выпаривание воды. Но все
же выпаривание обычно обгоняет кристаллизацию, пересыщение
растет и если не сделать своевременно подкачку сиропа, то появ-
ляется «мука». Эта мука растворяется при следующей подкачке.

Такое уваривание на периодических подкачках сиропа можно
вести на «слабой» пробе или на более или менее «крепкой» пробе,
т. е. стараться поддерживать в течение всего процесса уварива-
ния или сравнительно малое, или сравнительно большое содер-
жание кристаллов в увариваемом утфеле.

При варке на «слабой» пробе выпаривание воды идет быстро,
так как вязкость мала, но скорость кристаллизации тоже мала
и поэтому в конце концов получается масса с малым содержа-
нием кристаллов и чрезмерно большим количеством сиропа, ко-
торый необходимо сгущать, причем сахар не успевает выкристал-
лизовываться на малую поверхность кристаллов и образуется
много «муки», которая могла и не появляться в течение всего
уваривания до этого окончательного сгущения. При варке на
крепкой пробе выпаривание воды идет медленнее и разница
между скоростью кристаллизации и нарастанием пересыщения
от выпаривания воды меньше.

Насколько велика бывает разница в содержании кристаллов
перед заключительной стадией варки, видно из двух примеров
([20], стр. 24): варщик Кравченко в этот момент имел утфель с
37,1% кристаллов, а варщик Юркова-—лишь с 18,2%, т. е. в
2 раза меньше.

Новаторы-варщики, например П. М. Турбин (Эртильский за-
вод), часто применяли варку утфеля с промежуточным отварива-
425
нием, т. е. значительным сгущением до содержания около 50%
кристаллов и последующей большой раскачкой для растворения
«муки». Такая отварка делается перед последними подкачками
сиропа. В этот момент Ч межкристального оттека уже понижена,
а поверхность имеющихся кристаллов велика. Поэтому не столь
обильно выпадает «мука» при энергичном отваривании и значи-
тельном пересыщении; в то же время отваривание ускоряет рост
кристаллов, а образовавшаяся (как при отваривании, так и ра-
нее) «мука» растворяется при следующей за отвариванием боль-
шой раскачке.

Все же, конечно, при всякой раскачке для растворения «муки»
одновременно частично растворяются с поверхности и основные
нормальные кристаллы, что замедляет их дальнейшее выращи-
вание, т. е. замедляет весь процесс уваривания. Это особенно'
заметно, когда приходится для освобождения от «муки» делать
не одну, а две отварки с большими раскачками после них. Иногда
применяют для более энергичных раскачек не сироп, а очищен-
ный сок, идущий на выпарку. Это особенно вредно, так как и за-
медляет уваривание, и увеличивает расход пара и топлива. Луч-
ше обходиться, по возможности, без промежуточных отварок и
чрезмерных раскачек утфеля.

Было бы еще лучше уваривать утфель на непрерывной под-
качке сиропа, что может дать значительное ускорение процесса,
так как при этом нет остановок в процессе кристаллизации и
нет периодических замедлений теплопередачи и выпаривания пе-
ред периодическими раскачками в моменты максимальных сгу-
щений утфеля. При уваривании на непрерывной подкачке сиропа
его подают через особый вентиль малого размера и так регули-
руют процесс, чтобы пересыщение удерживалось приблизительно
на постоянном уровне, обеспечивающем достаточно быструю кри-
сталлизацию сахара, но не превышающем границ метастабиль-
ной области, чтобы не образовывались новые кристаллы.

При регулировании процесса на непрерывной подкачке нуж-
но иметь в виду, что особенно опасен начальный период роста
кристаллов: в этот период поверхность кристаллов еще очень
мала, поэтому выкристаллизовывание сахара замедленно, а вы-
паривание идет быстро, так как утфель содержит лишь очень ма-
лый объемный процент кристаллов и очень подвижен. Поэтому
быстро нарастает пересыщение.

Казалось бы, что для того, чтобы удержать нужный уровень
пересыщения, можно увеличить приток сиропа, но тогда будет
чрезмерно увеличиваться объем сиропа в аппарате при малом
объемном содержании кристаллов и малой их поверхности. Это
тоже угрожает в дальнейшем выпадением «муки». Очевидно, в
этот начальный период варки нужно регулировать подачу пара
в аппарат, замедлять выпаривание воды, а скорость притока си-
ропа удерживать на постоянном уровне.
Нужно добиваться, чтобы объемное содержание кристаллов
в увариваемом утфеле поддерживалось на определенном уровне
(около 25—30%), что снижает возможность появления «муки»,
по не слишком замедляет теплопередачу. В период поступления
последних порций сиропа опасность появления «муки» уже го-
раздо меньшая, так как имеется весьма развитая поверхность
кристаллов, а Ч межкристального сиропа понижена. Кондукто-
метрический контроль уваривания может значительно облегчить
выполнение уваривания на непрерывной подкачке сиропа.

Добавка оттеков в утфель. При двухпродуктовой схеме рабо-
ты приходится, как уже было сказано, брать на уваривание ут-
феля I продукта весь белый оттек, а иногда и часть зеленого,
чтобы снизить Ч зеленого оттека до 76—77% и иметь возмож-
ность при уваривании II утфеля получить достаточно обессаха-
ренную мелассу.

Оттек (белый) начинают добавлять после того, как вакуум-
аппарат уже наполнен приблизительно на 3/д полного объема.
В этот момент прекращают дальнейшие подкачки сиропа, а Ч
межкристального оттека близка к Ч белого оттека.

Оттеки перед их подачей в вакуум-аппарат не разбавляют
водой, чтобы не приходилось потом эту воду выпаривать, а по
предложению новаторов-варщиков лишь подогревают открытым
паром до 85—90° С для растворения содержащихся в оттеках
кристаллов сахара. Белый оттек забирают обычно за две подкач-
ки, затем, если нужно, берут и зеленый оттек. Каждая подкачка
оттека выполняется медленно (за 10—15 мин) для лучшего пере-
мешивания с утфелем и во избежание слишком бурного
вскипания и перебросов при поступлении сильно перегретого
оттека.

Окончательное сгущение утфеля. Как уже было сказано, эта
операция имеет значение для большей полноты выкристаллизо-
вывания сахара и для снижения Ч зеленого оттека. Обычно дово-
дят концентрацию утфеля I до 92,5% СВ, причем содержание
кристаллов сахара достигает 55%. Раньше стремились еще боль-
ше повысить содержание кристаллов (до 60%), но это требовало
чрезмерной затраты времени (в 2—3 раза больше), от чего в на-
стоящее время отказались. Это одна из главных причин значи-
тельного ускорения процесса уваривания.

Спуск утфеля и пропарка. При спуске утфеля его обрызгива-
ют горячей (75°С) водой для предотвращения образования
«муки» и для снижения вязкости оттека. Затрачивается около
0,5% воды по массе утфеля.

Раствор после пропарки аппарата поступает в ту же мешал-
ку, куда и утфель. При использовании методов новаторов произ-
водства цикл работы аппарата таков (табл. 32).

Но, конечно, на длительность уваривания значительно влияет
и качество увариваемого сиропа, его чистота и щелочность.
Цикл работы аппарата

Таблица 32

Операция Длительность стадий варки (в мин) при получении кристаллов сахара разных размеров
крупных и средних ниже среднего
Набор аппарата сиропом 6 6
Сгущение, до пробы 30 30
Образование кристаллов 2 2
Наращивание кристаллов 155 НО
Отваривание утфеля 10 10
Спуск и пропарка 12 12
Итого . . . 215 170

Непрерывное уваривание утфелей. Это—одна из очередных,
еще не решенных задач сахарной промышленности. Кроме облег-
чения труда варщиков, непрерывное уваривание имело бы боль-
шое значение для улучшения теплового хозяйства и экономии
топлива. Расход пара на уваривание был бы постоянен, а не ко-
лебался бы, увеличиваясь в 2—3 раза, как в настоящее время;
вакуум-аппараты могли бы работать, как IV корпус выпарки;
легко было бы частично использовать пар вакуум-аппаратов для
подогревания диффузионного сока.

Впервые непрерывное уваривание было осуществлено (1930 г.)
в аппарате Востокова и Зуева на трех сахарных заводах СССР.
Это был вертикальный аппарат, к которому для непрерывного
выпуска утфеля была присоединена снизу барометрическая труба
высотой 7—8 м, опущенная нижним концом в мешалку для ут-
феля. Па трубе был шибер для регулирования отбора утфеля.
Аппарат работал несколько лет, уваривая утфель II продукта,
но получались очень неоднородные кристаллы. Неудовлетвори-
тельный результат вполне понятен, так как в аппарате не расчле-
нены отдельные фазы процесса и готовый утфель мог перемеши-
ваться с вновь поступающим сиропом. Однако даже при слабо-
разработапной конструкции аппарат все же работал. Это
указывает па полную возможность осуществить непрерывное
уваривание.

В настоящее время ведутся настойчивые работы по осуществ-
лению непрерывного уваривания утфелей, что необходимо также,
чтобы можно было поставить вопрос о полной автоматизации
всего сахарного производства.

Утфель промежуточного продукта. Утфель II продукта трех-
продуктовой схемы уваривается из оттеков утфеля I продукта,
причем следует начинать варку на более чистом белом оттеке,
428
что облегчает успешное образование кристаллов. Оттеки, из ко-
торых варится утфель, не разбавляют водой, чтобы их не прихо
лилось выпаривать, но нагревают открытым паром до 85—90° С
для растворения имеющихся в них кристаллов.

Уваривание в основном ведется так же, как и уваривание ут-
феля I продукта, но для образования кристаллов приходится
брать несколько больше пудры (60—80 е) и вести процесс обра-
зования кристаллов при большем пересыщении (1,3—1,35). Ува-
ривание требует больше времени (по нормам —около 5 ч) и до-
водится при окончательном сгущении до более высокой концент-
рации— около 93% СВ.

Утфель промежуточного продукта фугуют также нагорячо
сразу после спуска в мешалку.

Утфель последнего продукта. Утфель III продукта при трех-
продуктовой схеме или II продукта при двухпродуктовой варит-
ся из оттеков предыдущего продукта, имеющих Ч около 75—76%
(не ниже 75 и не выше 79). Эти оттеки тоже нагревают предва-
рительно до 85—90° С. Образование кристаллов ведут при пере-
сыщении около 1,4 и в качестве затравки применяют 100—150 г
сахарной пудры.

Длительность уваривания еще больше (6—9 ч по нормам).
Концентрация доводится до 94% СВ; перед спуском из аппарата
концентрация утфеля снижается до определенной величины (см.
ниже) путем подкачки горячей воды в аппарат или же утфель
опрыскивается водой при спуске его.

Кристаллы при уваривании последнего утфеля получаются
гораздо мельче, чем в утфеле I (в 1 г —30—60 тыс. кристаллов),
так как нужна большая поверхность кристаллизации, чтобы при
весьма низкой скорости кристаллизации выкристаллизовывать
сахар без образования «муки».

Уваривание в основном ведется теми же методами, что и для
утфеля I. Рекомендуются более частые небольшие подкачки, что-
бы быстрее уваривать без появления «муки».

ВАРИАНТЫ ПРОБЕЛКИ И ФУГОВКИ

Фуговка и пробелка утфеля I

Утфель I немедленно после спуска из аппарата направляют
на центрифуги, не давая ему остыть. При спуске утфеля I из
вакуум-аппарата его опрыскивают горячей водой (75° С), чтобы
быстро снизить пересыщение и избежать образования кристал-
лической муки.

Влияние температуры. При старом методе работы утфель I
после спуска из вакуум-аппарата оставался в мешалке 8—12 ч,
причем остывал до 60° С. В настоящее время утфель I немедлен-
но после спуска в мешалку направляют на фуговку и пробелку
429
в центрифугах, куда он попадает почти не остывая (70°С). Это
почти в 1,5 раза снижает вязкость межкристального оттека и со-
ответственно ускоряет фуговку утфеля.

Метод пробелки водой. При старом методе для пробелки са-
хара расходовали 2% воды (70° С) и 2% пара по массе утфеля
(давление пара 3—4 ат). Приблизительно половина затраченно-
го пара (т. е. 1 °/о по массе утфеля) конденсируется на кристал-
лах сахара, и конденсат также промывает их. Пропаривание за-
нимает около 2,5 мин, что замедляет пробелку.

В настоящее время совершенно не применяют пара при про-
белке сахара, но зато приходится затрачивать больше горячей
воды (3,5% вместо 2,0%)- Работа идет значительно быстрее, так
как не тратится время на пропаривание центрифуги: длитель-
ность полного цикла работы центрифуги считается при пробелке
водой и паром 6 мин, а при пробелке одной водой — 4,5 мин.
Таким образом, при этом методе работы центрифуги используют-
ся лучше.

Однако метод пробелки без пара имеет и отрицательные сто-
роны. Сахар, выгружаемый из центрифуги, содержит больше
влаги—1,0—1,5%, тогда как при пробелке паром —лишь 0,5%,
потому что горячий конденсат пара полнее удаляется с поверх-
ности кристаллов (меньше вязкость). Кроме того, сахар, пробе-
ленный лишь водой, имеет более низкую температуру (60° С).
Эти обстоятельства — большое содержание влаги и низкая тем-
пература-— затрудняют высушивание сахара.

Сахар, пробеленный водой и паром, легко высушивается в
обычном простом барабане Фальцмана: малое количество влаги
легко испаряется за счет теплоты сахара (70° С) и уносится воз-
духом, попадающим в барабан сушилки вследствие естественной
циркуляции. Наоборот, при пробелке лишь водой для высуши-
вания весьма влажного сахара приходится иметь двухбарабан-
ную сушилку. Сахар с элеватора поступает в верхний барабан,
куда подается вентилятором нагретый в калориферах воздух.
Из первого барабана сахар выходит высушенным, но горячим.
Поэтому его пересыпают во второй барабан, расположенный ни-
же, где он охлаждается воздухом, имеющим температуру поме-
щения. Горячий воздух в первом барабане поступает прямотоком
с сахаром, а холодный воздух во втором барабане движется на-
встречу сахару; уходящий воздух направляется в пылеуловитель-
ную камеру, где очищается от увлекаемой сахарной ныли.

Недостатком способа пробелки одной водой является также
возможность засушивания сахара в барабане центрифуги: если
несколько запоздать с остановкой и выгрузкой центрифуги, то
воздух, циркулирующий в движущемся барабане центрифуги,
несколько подсушивает кристаллы, причем выкристаллизовываю-
щийся при удалении воды сахар цементирует всю массу сахара
в центрифуге, что сильно затрудняет выгрузку. При паровой про-
430
белке такого засушивания не наблюдается, так как пар, конден-
сируясь, поддерживает надлежащую влажность и температуру
сахара, что исключает засушивание и цементацию кристаллов.

Новаторы производства значительно улучшили и ускорили
работу в пробельной. Прежде всего они всегда работают по стро-
гому графику: последовательно и равномерно загружают одну
центрифугу за другой; никогда не бывает, чтобы в нескольких
центрифугах одновременно шел процесс пуска их в ход, требую-
щий максимума энергии. Таким образом расход энергии вырав-
нивается и работа ускоряется. Группу из пяти центрифуг обслу-
живают всего двое рабочих: один включает, тормозит и выгружа-
ет по очереди все центрифуги, а другой загружает утфелем и
пробеливает сахар водой и паром. Каждый час оба фуговщика
меняются ролями, чтобы затрата энергии была у обоих совершен-

но одинакова.

Для предотвращения засорения сит и для ускорения отхода

оттеков дают пар за кожух — в пространство между кожухом и
барабаном центрифуги. Пар разогревает и разжижает оттеки,
и они отходят поэтому быстрее.

Кроме того, конечно, пробеливают всегда горячий утфель
(70—75°) и опрыскивают его водой при спуске из вакуум-аппара-

тов. Благодаря всем этим мероприятиям длительность одного цик-
ла работы на центрифуге сократилась до 4,5—5 мин, тогда как
раньше она составляла 10—12 мин.

При пробелке кристаллического сахара часть его растворяет-
ся— около 8—9% к массе утфеля.

Механизация работы центрифуг. Выгрузка сахара из центри-
фуги— самая тяжелая часть работы на этих аппаратах. Для об-
легчения этой работы можно применять прибор для механической
выгрузки сахара — так называемую механическую лопату. Она

состоит из скребка, ма-
ховичка с зубчатой рей-
кой и рукоятки. При
выгрузке сахара скре-
бок прижимается к
слою сахара и удаляет
его с сита центрифуги.
При помощи махович-
ка и рейки скребок дви-
гают сверху донизу вну-
три барабана, а руко-
яткой регулируют рас-
стояние между скреб-
ком и ситом барабана.

Очень часто приме-
няют также самораз-

Рис. 156. Саморазгружающаяся центрифуга.

гружающиеся цептри-
фуги (рис. 156). Нижнюю часть барабана этих центрифуг дела-
ют конической; отверстие для выгрузки сахара — более широ-
кое; это отверстие всегда открыто, так как нет никакого колпа-
ка, чтобы закрыть его. На валу имеется распределительная
тарелка для загружаемого утфеля. Утфель набирается, на ходу
при 100 об]мин, поэтому он отбрасывается с тарелки к боковой
поверхности барабана под действием центробежной силы и не
может попасть в выгрузочное отверстие. При остановке центри-
фуги сахар сползает по нижнему конусу в выгрузочное отвер-
стие центрифуги. При применении этих центрифуг полный цикл
работы можно снизить до 3,5—4 мин.

Наконец, в настоящее время на сахарных заводах распростра-
няются уже полностью автоматизированные центрифуги, совер-
шенно не требующие физического труда, а лишь внимательного
присмотра (один рабочий следит за целой группой центрифуг).
Они автоматически загружаются утфелем, по заданному минут-
ному режиму пробеливаются водой, тормозятся, разгружаются
лопатой и вновь загружаются и т. д. Такие центрифуги выпуска-
ются и за рубежом, и в СССР. Центрифуга АПН-1250 изображе-
на на рис. 157.

Рис. 157. Автоматизированная центрифуга АПН-1250.
Ее диаметр 1250 мм и вы-
сота 800 мм. Число оборотов

в минуту 1450
утфеля 300 и
сахара — 50-
вательно, это
центрифуга

разделения

_ 1,250-14502

1800

(при загрузке
при выгрузке
100). Следо-
быстроходная
с фактором

f _ Dn2 =

' ~ 1800 ~

- = 1460, т. е.

почти в 3 раза больше, чем Рис. 158. Схема центрифуги непрерыв-
для прежних центрифуг, де- ного действия.

лавших 900 оборотов в ми-

нуту. Автоматические центрифуги 'применяются для любых утфе-
лей. Для I продукта длительность одного цикла 3 мин.

Центрифуги непрерывного действия. Такие центрифуги обла-

дают рядом преимуществ:
требуется тяжелого физи-
ческого труда, производи-
тельность большая, так
как нет затраты времени
на простои при загрузке и
выгрузке, расход энергии
совершенно равномерный
и, кроме того, уменьшен-
ный, так как не требуется
периодически затрачивать
лишнюю энергию на при-
ведение в движение бара-
бана после его выгрузки и
новой загрузки. Поэтому
имеется ряд предложений
по устройству центрифуг _
непрерывного действия.

Центрифуга непрерыв-
ного действия впервые
была предложена еще в
1890 г. в России Пионт-
ковским и Щениовским,
построена и работала в
1892—1893 гг. на Капу-
стянском и Новотавол-
жанском заводах. Опа
имела дырчатый барабан
конической формы (рис.
158). Барабан имеет ниж-

Рис. 159. Центрифуга непрерывного
действия БМА:

I — утфелераспределитель; 2 и 3 — за-
движки; 4 — воронка для поступления
утфеля; 5 — барабан центрифуги; 6 —
кожух; 7 — электродвигатель; 8 — тек-
стропная передача.
нюю опору, а не подвешен, как в центрифугах Вестона. Ут-
фель попадает по неподвижной трубе в нижнюю часть бараба-
на. Центробежная сила заставляет его прижиматься к стенкам
барабана и перемещаться вверх по этим наклонным стенкам по
мере поступления свежего утфеля. Оттеки зеленый и белый
(при подаче воды) отходят сквозь стенки барабана, а сахар
выбрасывается через верхний край барабана.

Идея изобретателей была совершенно правильной, по техника
была еще недостаточно развита в 1890 г. В последние 10—15 лет
эта идея осуществлена фирмой БМА с применением новейшей
техники. В центрифуге непрерывного действия, делающей
3000 об/мин, (рис. 159), сито очень тонкое и гладкое (перфори-
рованное). Однако никакой пробелки не производится и центри-
фуги непрерывного действия работают лишь для фуговки про-
межуточного и последнего утфелей трехпродуктовой схемы.

На рафинадных заводах нашли применение пульсирующие
центрифуги, которые и будут описаны в разделе рафинадного
производства.

Фуговка последнего утфеля

По существу эта фуговка мало отличается от фуговки утфе-
ля I, но вследствие большей вязкости оттека длительность фу-
говки больше. Поэтому полный цикл всех операций по фуговке
последнего утфеля занимает не 4,5 мин, как для утфеля I, а
16 мин.

повышения качества желтого сахара можно пробеливать
его небольшим количеством теплой воды (1 —1,25% воды по мас-
се утфеля, температура воды 50° С); длительность фуговки пос-
ле начала пробелки водой не менее 2 мин. Во время пробелки
отбирается отдельно бурый оттек, возвращаемый на последние
подкачки в вакуум-аппарат последнего продукта. Но все же та-
кая, хотя и малая, пробелка повышает чистоту мелассы и потери
сахара в ней, так как часть бурого оттека попадет в мелассу,
качество же желтого сахара мало улучшается. Поэтому на пере-
довых заводах последний утфель лишь фугуют, но не пробели-
вают. Для очистки же бурого сахара применяют описанную вы-
ше аффинацию.

Быстроходные центрифуги. В последнее время появились на
сахарных заводах «быстроходные» центрифуги, имеющие повы-
шенное число оборотов- 1750 1800 об/мин при диаметре
1,016 м.

Испытывались и еще более быстроходные центрифуги, делаю-
щие до 2000 об/мин, но оказалось, что не следует повышать чис-
ло оборотов свыше 1900, так как под действием слишком высокой
центробежной силы начинают дробиться кристаллы сахара и за-
трудняется выгрузка уплотненного сахара.
Применение быстроходных центрифуг, особенно важно при
фуговке последнего утфеля. Оно позволяет отделять оттеки при
большей концентрации их; таким образом можно снизить потери
сахара в мелассе.

Уже упоминалось, что в СССР готовятся быстроходные цент-
рифуги на 1450 об Iмин. Для них длительность цикла работы 4—
5 мин, а не 16 мин.

Роль воздуха в барабане центрифуги. Роль воздуха в бара-
бане значительна, но еще мало изучена. Большая часть оттека
быстро удаляется при фуговке из промежутков между кристал-
лами сахара, ио тонкая пленка оттека, налипшего на стенки
кристалла, отходит медленно и постепенно. Эта пленка при со-
прикосновении с циркулирующим в барабане центрифуги возду-
хом охлаждается и подсыхает, что увеличивает вязкость оттека
и затрудняет его удаление.

Итак, нужно принимать меры к тому, чтобы воздух в бараба-
не центрифуги был насыщен парами воды и имел температуру,
близкую к температуре фугуемого утфеля. На некоторых заводах
для предупреждения охлаждения утфеля и подсушивания ме-
лассы вдувают в закрытый кожух центрифуги сверху воздух,
нагретый до 50° С и’увлажненный небольшой струей пара до от-
носительной влажности 75—90%• Воздух, прошедший через цен-
трифугу, отводится сбоку кожуха и идет на повторную циркуля-
цию.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ПОСЛЕДНЕГО ПРОДУКТА И МЕЛАССООБРАЗОВАНИЕ

Возможные препятствия при кристаллизации сахара
из последнего утфеля

Потери сахара в мелассе весьма значительны: они составля-
ют 2,0—2,2% по массе свеклы и около 70% от всех потерь сахара
в производстве. Поэтому вопрос о причинах мелассообразования
и о снижении потерь в мелассе имеет большое значение.

Очень важно возможно полнее выкристаллизовать сахар из
последнего утфеля. Снижение Ч мелассы на 1,0% повышает вы-
ход сахара на 0,07—0,10% по массе свеклы.

Что же может препятствовать выкристаллизовыванию сахара
из последнего утфеля? Обычно указывают на три возможных
препятствия: 1) медленность кристаллизации сахара из вязкой
мелассы, будто бы кристаллизация не успевает снижать пересы-
щение; особенно при искусственном охлаждении утфеля коэффи-
циент пересыщения будто бы растет, достигает таких величин,
как 1,3—1,5, что приводит к образованию новых кристаллов
(«муки») и к повышению вязкости утфеля; 2) вязкость отделя-
емой на центрифугах мелассы, слишком увеличивающая дли-
тельность фуговки; 3) чрезмерная вязкость самого утфеля, за-
ставляющая прекращать дальнейшее охлаждение и кристаллиза-
цию, так как вязкость утфеля затрудняет перемешивание его1 и
угрожает поломкой мешалки. Все эти возможные препятствия
при кристаллизации сахара необходимо рассмотреть, чтобы вы-
яснить оптимальные условия кристаллизации.

ПЕРЕСЫЩЕНИЕ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПОСЛЕДНЕГО УТФЕЛЯ

«Истинное» пересыщение выражается равенством

ос =

«г

, 9
а

где <zi — «видимое» пересыщение по сравнению с растворимо-
стью чистого сахара в воде;

а' — коэффициент «насыщения», показывающий во сколько
раз несахара мелассы увеличивают растворимость са-
хара.

Коэффициент насыщения. Нужно уделить большое внимание
коэффициенту насыщения а', который до последнего времени
был еще слабо изучен, поэтому никому не было известно и истин-
ное пересыщение а. Было ясно, что а' зависит от качества неса-
харов, например для заводов Кубани а' значительно меньше, чем
для заводов Латвии; для заводов СССР а' обычно ниже, чем для
заводов Западной Европы. Кроме того, зависит от Ч: чем ни-
же Ч, тем больше а'. Наконец, а' при одной и той же Ч зависит
от температуры, например может оказаться, что при 40° С а' —
= 1,15, а при 80°С а' — 1,45. Такие сложные и разнообразные

Рис. 160. Коэффициенты насыщения
а' в зависимости от отношения неса-
хар/вода (н/в) по данным Жвирб-
лянского (Павенчайский завод) и

Грута (Дания).

зависимости а от разных
факторов очень затрудняли
определение и а' и а.

Большим упрощени-
ем явилось предложение
О. Виклунда [21] выражать
а' как функцию отношения
несахара к воде в данном
продукте — а' — f (н/в). Он
показал, что эта функция не
зависит от температуры, что
было большим упрощением.
Но в своей работе О. Вик-
лунд использовал экспери-
ментальные данные И. Жу-
кова, пользовавшегося лишь
истинными сухими вещест-
вами, которые обычно не оп-
ределяются на заводах.

На базе работ Ю. Жвирб-
лянского и Е. Грута мы показали, что и при пользовании ре-
фрактометром для определения лишь «видимых» сухих веществ
мы имеем ту же закономерность: а'—функция н/e, не завися-
щая от температуры [22]. Это видно из рис. 160.

Это подтвердилось в экспериментальных работах А. Мирчева
(Чехословакия) и И. Каганова [23]. Для различных меласс полу-
чаются различные кривые для а', так как «', конечно, зависит от
состава несахаров.

Обычно малые количества несахаров даже снижают раство- '
римость сахара (а' < 1), но более значительные количества их
всегда увеличивают растворимость сахара (а' > 1).

И. Каганов обратил внимание [23] на то, что при больших
значениях н/в зависимость а' от н/в выражается прямой линией,
и объяснил это тем, что несахара являются наряду с водой рас-
творителями сахарозы.

Коэффициент пересыщения. Научившись определять и учи
тывать коэффициент насыщения, можно было определить и ис-
тинные коэффициенты пересыщения при кристаллизации послед-
него утфеля Г что и было выполнено [24]. Оказалось, что при
обычной скорости охлаждения последнего утфеля (до 40° С за
20—24 ч) никаких чрезмерно высоких пересыщений не наблю-
дается. Лишь к концу кристаллизации оно достигает максимум;
а = 1,1. Следовательно, кристаллизация сахара не запаздывает,
а довольно строго следует за охлаждением утфеля. К тому же
выводу7 совсем другим путем пришел J. Storms в Бельгии на за-
воде Тирлемон [25]: он заметил, что если приостановить охлаж-
дение утфеля, то останавливается и кристаллизация сахара, тог-
да как при наличии значительного пересыщения кристаллизация
должна бы продолжаться; следовательно, имеющееся пересыще-
ние совсем незначительно.

Итак, не следует опасаться того, что наступит чрезмерное
пересыщение и что сахар не успеет выкристаллизоваться. Поэто-
му можно вести кристаллизацию смелее и проще. Например, ра-
нее считалось, что надо выкристаллизовать как можно больше
сахара уже при уваривании в вакуум-аппарате, так как иначе он
не успеет выкристаллизоваться в мешалке. Далее, будто бы надо
всячески заботиться, чтобы не растворить где-нибудь этот вы-
кристаллизованный сахар; поэтому необходимую водную раскач-
ку следует давать лишь постепенно за несколько приемов в те-
чение охлаждения и кристаллизации, что конечно, весьма услож-
няло р'аботу [26]. В действительности же можно сразу после
уваривания добавить все необходимое по расчету количество во-
ды, чтобы получить концентрацию утфеля, какая должна быть в.

1 Можно бы использовать «сатуроскоп» для быстрого непосредственного
определения а, но это при высокой вязкости меласс было гораздо менее точно
(получаются завышенные значения а).
конце кристаллизации. При этом часть кристаллов утфеля рас-
творится (и прежде всего растворится вредная «мука»), но при (
охлаждении утфеля до надлежащей температуры все равно са-
хар «успеет» выкристаллизоваться, никакого сахара не потеря-
ем, в растворе останется лишь количество сахара, соответствую-
щее количеству воды в утфеле, температуре охлаждения и пере-
сыщения около 1,1. Такая работа, конечно, гораздо проще и
потому надежнее.

ВЯЗКОСТЬ МЕЛАССЫ

Вязкость мелассы, отделяемой из последнего утфеля на цент-
рифугах, действительно является ограничивающим препятствием.
Хотелось бы оставлять в утфеле меньше воды, что позволило бы
выкристаллизовать больше сахара, но при этом получается ме-
ласса большей концентрации и большей вязкости, что чрезмерно
замедляет фуговку последнего утфеля (Общая литература 9,
стр. 186; 5).

При нормальной работе мелассы представляют собой не пере- '
сыщенный, а лишь насыщенный раствор сахара при температуре
фуговки последнего утфеля. Состояние насыщения достигается
подогревом утфеля перед фуговкой на 5—7° С (иногда водной .
раскачкой, что хуже, так как больше растворяет сахар). Легко 1
выяснить, от каких факторов зависит Ч получаемой мелассы. '

Пусть СВ мелассы при фуговке — г. Тогда в ней на 100 кг
содержится (100 — г) кг воды, в которой и находится в растворе
сахар в количестве

(100 — г) На',

где Н — растворимость чистого сахара при температуре фуговки; ,
ос' — коэффициент насыщения. J

Следовательно, Ч мелассы j

100(100 — г) На' 1

г !

Как видим, Ч мелассы увеличивается с уменьшением СВ (г),
г. е. с увеличением разбавления утфеля. Этот фактор г зависит

От качества работы. 11уж по работать по возможности с макси-
мальной концентрацией, а для этого требуется, чтобы утфель
имел ровный кристалл, без «муки», чтобы центрифуги имели мак-
симальное число оборотов и были в достаточном количестве.
Другой фактор, влияющий на Ч мелассы,— это коэффициент на-
сыщения а': чем он больше, тем выше чистота. Этот фактор за- J
висит от качества несахаров, т. е. в основном от состава свеклы. •

Для первого же фактора (г) нужно иметь некоторую норму, ,
характеризующую нормальную работу.
Нормальная чистота мелассы. Вязкость отделяемой на цент-
рифугах мелассы при современном оборудовании пробельной
сахарных заводов в СССР должна быть около 44 пз (4,4 н X
X сек]м2) [27]. При нормальной здоровой свекле такую вязкость
имеют мелассы с «нормальными» СВ, которые зависят от тем-
пературы фуговки (табл. 33).

Таблица 33

Нормальные СВ мелассы

Метод, примененный для измерения нормальных СВ мелассы1 Температура фуговки, °C
30 40 50 60
Без разбавления, непосредственно . . 80,0 82,0 84,0 86,0
С разбавлением 1:1 81,5 83,5 85,5 87,5
26 г на 100 мл 83,0 85,0 87,0 89,0

1 Контроль кристаллизации последнего утфеля проще всего и точнее всего
вести определяя СВ мелассы в рефрактометре без всякого разбавления (для
этого пригоден универсалы/ый рефрактометр или лабораторный рефрактометр,
но с добавочной призмой системы Германчука). Метод нормальной навески
на 100 мл дает слишком большие ошибки и допустим лишь при работе с пре-
цизионным рефрактометром.

Итак, нормальная меласса является насыщенным сахарным,
раствором, имеющим нормальные СВ, соответствующие темпера-
туре фуговки. Чистота такой мелассы является «нормальной»
чистотой. Это отнюдь не какая-то «предельно истощенная» ме-
ласса; если уменьшить количество воды в утфеле, то можно бы
еще выкристаллизовать некоторое количество сахара, но тогда
получилась бы меласса с большими СВ и с вязкостью выше 44 пз
(4,4 н • сек)м2'), а при этих условиях и при современном оборудо-
вании фуговка была бы трудна. Во всяком случае при отличной
работе можно допускать СВ меласс выше нормы и получать ме-
лассу по Ч ниже нормальной. Наоборот, при плохой работе при-
ходится допускать СВ меласс ниже нормы и Ч мелассы получа-
ется выше нормальной.

Для разных заводов и для различного времени производства
нормальная Ч мелассы различна, так как различен коэффициент
насыщения а'. Пусть в одном случае а' = 1,1, а в другом а' =
= 1,2; тогда вычисляя по формуле, выведенной для чистоты ме-
лассы, и принимая нормальные СВ для температуры 40° С, г
= 82,0 и Н = 2,37, найдем для одного случая qn = 57,2, а для
другого qn = 62,4.

Метод определения нормальной чистоты мелассы (Общая
литература 9, стр. 189). Как сказано выше, нормальной мелассой
называется меласса, которая при содержании 82,0% СВ по реф-
439
рактометру без разбавления (или 83,5% по рефрактометру мето-
дом разбавления 1 : 1) и при температуре 40° С является насы-
щенным сахарным раствором. Следовательно, чтобы определить
•на опыте норму чистоты для мелассы данного завода, нужно
экспериментально найти зависимость между СВ мелассы, насы-
щенной при 40° С и ее Ч.

Для этого три порции исследуемой мелассы сгущают (или
разбавляют) до различных концентраций — приблизительно до
80, 82 и 84% (по рефрактометру без разбавления). Сгущение
можно выполнять или в колбе под разрежением, или просто в
фарфоровой чашке на песчаной бане при энергичном перемеши-
вании. В три банки емкостью 200 а помещают по 100 а сгущенных
проб мелассы, прибавляют в каждую банку по 20 а мелкого са-
харного песка (прошедшего через сито с отверстиями диаметром
0,5 мм и задержанного ситом с отверстиями диаметром 0,25 мм).
Банки закрепляют во вращающейся станине водяного термоста-
та, делающей, например, 0,5 об/мин. Температура в термостате
должна быть точно 40° С. Кристаллизация продолжается 3—
4 дня, что достаточно для достижения состояния насыщения
(если СВ мелассы не выше 85%). Затем отделяют оттек (отса-
сыванием, фуговкой в лабораторной центрифуге или отжимани-
ем через ткань). В полученных трех пробах насыщенной мелас-
сы определяют СВ, сахар и чистоту. Пусть получили такой ре-
зультат:

Номер пробы СВ по рефракто- метру без разбавления, % СХ, % ч
1 80,3 48,6 60,5
2 81,6 48,2 59,1
3 83,8 47,4 56,6

Строим диаграмму зависимости Ч от СВ (рис. 161). Получаем
для наших трех проб три точки (/, 2 и 3). Проводим по ним ли-
нию 1—3 (обычно получается почти прямая линия), которая вы-
ражает зависимость Ч от СВ. На этой прямой найдем точку а,
соответствующую нормальным СВ 82,0%. Эта точка а, как ви-
дим, соответствует Ч 58,6%, которую и следует считать нормаль-
ной Ч для данного завода. Если меласса завода имеет Ч выше
58,6%, то работа кристаллизации неудовлетворительна; если же
Ч ниже 58,6%, то работу следует признать отличной. Диаграмма
ясно показывает, что данный завод мог бы получить мелассу
весьма низкой Ч, например 55,0% (точка Ь), но концентрация
такой мелассы была бы 85,3% (рефрактометрическая), что весь-
ма затруднило бы фуговку, так как вязкость мелассы была бы
больше в 5—6 раз, чем следует,— 44 пз (4,4 н-сек/м2).
Всякое уменьше-
ние разбавления
(раскачка) утфеля и
повышение СВ ме-
лассы снижает ее Ч,
например, повысив
концентрацию меж-
кристальной мелассы
до 82,5% вместо
82,0% (точка с), по-
лучим Ч 58,0% вме-
сто прежней 58,6%.
Наоборот, если нам
из-за плохого каче-
ства утфеля или из-
за неудовлетвори-

Рис. 161. Определение нормальной чистоты
мелассы при температуре 40° С.

тельной работы цен-
трифуг придется уси-
лить раскачку утфе-
ля и снизить СВ мелассы,

например, до 81,0 (точка d), то Ч ме-

лассы повысится до 59,7%.

Для различных меласс кривые (прямые), выражающие функ-
циональную зависимость Ч от СВ насыщенных меласс, будут

совершенно различны, так как для разных меласс различны ко-
эффициенты насыщения (рис. 162), которые определяются каче-
ственным составом несахаров. На рис.- 162 дан ряд прямых, вы-
ражающих результаты опытной кристаллизации для 17 меласс
различных заводов (1935—1936 гг.).

Как видим, нормальная Ч для различных меласс колебалась
в весьма широких пределах — от 52,0 (для 1-го Кубанского за-
вода) до 65,0 (для Товарковского завода). Ч меласс, полученных
на всех этих заводах, обычно колеблется около нормальной Ч

Чистота насыщенной мелассы (при 33,3’С) 1935/36 г

Рис. 162. Насыщенные мелассы (при температуре 39,5° С) 1935/36 г.
Вязкость, пуазы (10’1 Н. сек/м 2)

Рис. 163. Номограмм» вязкости моласс.
для этих меласс, что подтверждает правильность выбора величи-
ны нормальных СВ.

Впоследствии был предложен ряд упрощенных и ускоренных
методов определения нормальной Ч меласс (Общая литература
12, стр. 223, также 28, 29, 30, 31). В настоящее время, после ра-
бот Садового, Захарова, Чэнь И-сянь и Силина, на определение
нормальной чистоты мелассы требуется уже не 4 суток, а лишь
3 ч. Итак, понятие нормальной Ч мелассы позволило дать метод
контроля Ч заводских меласс и качества работы завода по крис-
таллизации последнего утфеля. Этот метод принят на сахарных
заводах СССР.

Вязкость меласс. Так как вязкость меласс имеет большое
значение в вопросах кристаллизации сахара и фуговки утфелей,
то ей посвящен ряд исследований [11, 27, 32—35].

Было найдено [27], что при температуре 40° С и «нормальных»
СВ 82% (по рефрактометру без разбавления) мелассы, получен-
ные при переработке здоровой свеклы на заводах в СССР, в
среднем имеют вязкость 44 пз (4,4 н • сек/м2) с колебаниями от
37 до 50 пз (5,0 «• сек/м2).

Вязкость меласс быстро растет с повышением концентрации,
причем эта зависимость выражается прямыми линиями, если на
диаграмме нанести вязкость в логарифмическом масштабе, а кон-
центрацию— в молярных долях (как было принято для сахара
на номограмме 152). При этом оказалось, что прямые вязкости
меласс идут параллельно прямым вязкости для чистых сахарных
растворов.

С повышением температуры вязкость меласс быстро понижа-
ется. Это понижение следует приблизительно закону (Френкеля)

т] — А • 10 1 , или 1g т| = 1g А + — .

Итак, логарифм вязкости находится приблизительно в прямо-
„ .. 1
линейной зависимости от —•.

С учетом всех этих закономерностей была разработана [27]
номограмма вязкости (рис. 163), позволяющая, зная вязкость
мелассы при некоторой температуре и концентрации (определен-
ной по рефрактометру без разбавления), определять графически
вязкость ее при иных концентрациях и температурах.

На номограмме по абсциссе (внизу) нанесены СВ меласс
(в масштабе молярных долей сахарозы). Кроме того, тоже по
абсциссе (вверху) нанесены температуры (20—80° С) в масшта-
1

бе, близком к —. По ординате откладывают вязкость мелассы
(пуазы) в логарифмическом масштабе. Ряд прямых, повышаю-
щихся слева направо, показывает направление повышения вяз-
442
кости мелассы с повышением содержания в ней сухих веществ
(СВ); ряд прямых, наклоненных книзу слева направо, показыва-
ет направление понижения вязкости мелассы с повышением
температуры.

Пусть в лаборатории при температуре 24,5° С вязкость мелас-
сы с СВ 78,9% оказалась 60,0 пз (6,0 н-сек/м2). Нужно узнать,
какова будет вязкость этой мелассы при температуре 40° С и
при СВ 82,0%- Наносим на номограмму точку а, соответствую-
щую вязкости 60,0 пз и температуре 24,5° С. При повышении
температуры до 40° С вязкость будет снижаться параллельно нак-
лоняющимся прямым до точки b (соответствующей 40° С). Эту
точку — вязкость 12,5 пз (1,25 н-сек/м2) —переносим на ордина-
ту, соответствующую СВ мелассы, т. е. 78,9% (точка с).

При повышении СВ до 82% вязкость мелассы будет повы-
шаться параллельно восходящим прямым номограммы и достиг-
нет точки d (соответствующей СВ 82,0%). Искомую вязкость,
соответствующую точке d, отсчитаем по ординате и найдем 50,0 пз
(5,0 н • сек/м2).

Очень важно было бы определять время от времени вязкость
мелассы для нормальных условий (СВ 82,0% без разбавления
и 40°С), так как при отклонении состава свеклы от обычного
эта вязкость иногда значительно отличается от нормального зна-
чения— от 44 пз (4,4 н • сек]м2). Например, Брейтунг [35] нашел,
что если в обычной мелассе все катионы заменить на катион ка-
лия (при помощи ионного обмена), то вязкость снижается раза
в 1,5; при замене же на катион натрия — увеличивается более
чем в 2 раза. Особенно большую вязкость получаем при замене
всех катионов на катион кальция: она при этом увеличивается
раз в 5. Поэтому вполне понятно, что Садовый [34] и Жвирблян-
ский [33] находили очень большие вязкости при нормальных ус-
ловиях для меласс при переработке испорченной свеклы: эти
мелассы были богаты солями кальция (до 2,7%), а вязкость
достигала 116—138 пз (11,6—13,8 н-сек/м2), т. е. была в 3 раза
больше нормальных 44 пз (4,4 н-сек/м2). Иногда, наоборот, вяз-
кость бывает значительно ниже нормы, например 30 пз
(3,0 « • сек/м2).

В этих случаях следовало бы вносить соответствующий кор-
ректив и в нормы для СВ при фуговке. Покажем, как это сделать.

Садовый [34] нашел для мелассы Рамонского сахарного заво-
да огромную вязкость—-116 пз (11,6 н-сек/м2) при 82,0% СВ и
температуре 40° С. По номограмме (см. рис. 163) легко опреде-
лить, при каких СВ эта меласса имела бы нормальную вяз-
кость— 44,0 пз (4,4 н-сек/м2). Для этого наносим на номограм-
му точку г, соответствующую СВ 82,0% и вязкости 116,0 пз
(11,6 н-сек/м2), проводим прямую rs, параллельную линии по-
вышения вязкости с увеличением СВ, до пересечения с горизон-
талью, соответствующей нормальной 'вязкости 44 пз (4,4 н X
443.
X сек/м2),— в точке s. Эта точка, оказывается, соответствует СВ
80,0%, что в данном случае и следует считать нормальными СВ
(вместо 82,0%).

Легко определить также и нормальную Ч мелассы, соответ-
ствующую этим более верным нормальным СВ. Для определения
можно воспользоваться диаграммой зависимости Ч этой мелассы
от ее СВ (см. рис. 162, прямая 12). Увидим, что СВ 80% соот-
ветствует нормальная Ч 55,5%, тогда как, считая нормальным
СВ 82,0%, нашли бы нормальную Ч лишь 52,8%, т.е. меньше,
чем следует на 2,7.

ВЯЗКОСТЬ ПОСЛЕДНЕГО УТФЕЛЯ

Вязкость последнего утфеля при повышенном содержании
кристаллов сахара в нем (т. е. при повышенной чистоте утфеля)
делается чрезмерно высокой. Это, угрожая поломкой мешалок,
заставляет преждевременно прекращать дальнейшую кристалли-
зацию и часто является главнейшей причиной увеличенных по-
терь сахара в мелассе и высокой ее чистоты.

Вязкость последнего утфеля была изучена Н. Силиной [36].
Оказалось, что эта вязкость: 1) подчиняется закону Пуазейля,
т. е. является обычной, а не структурной вязкостью (если только
содержание кристаллов не превышает 55%); 2) пропорциональ-
на вязкости межкристальной ме-
лассы; 3) быстро увеличивается
с увеличением содержания кри-
сталлов сахара в утфеле (рис.

Рис. 164. Вязкость утфелей (при
<р до 0,43, по данным Н. П. Си-
линой; при <р 0,43—0,50, по
данным А. И. Громковского).

164).

Вязкость утфелей (отношение
вязкости утфеля к вязкости меж-
кристальной мелассы т)у/т]м) ха-
рактеризуется следующими дан-
ными (табл. 34).

Однако часто высказывавше-
еся мнение, будто бы нельзя до-
пускать более 40—42%) кристал-
лов в последнем утфеле, непра-
вильно. В утфеле может содер-
жаться и 46—48% кристаллов,
причем вязкость утфеля будет в
2—2,5 раза больше. Чтобы ее пре-
одолеть без поломки мешалки,
можно сделать лопасти мешалки
более узкими и поставить их бо-
лее наклонно или уменьшить чис-
ло оборотов ее в 2 раза, или при-
менять мешалки с дисковыми хо-
.иодильными элементами, которые лишь врезываются в утфель-
ную массу и поэтому оказывают малое сопротивление движению.
Уменьшение перемешивания (движения) утфеля ничуть не
уменьшит скорости кристаллизации, как уже было указано
выше

Таблица 34

Вязкость утфелей

(отношение вязкости утфеля т)у к вязкости межкристальной мелассы 7]м)

Содержание кристаллов сахара в утфеле, % по массе ВЯЗКОСТЬ Содержание кристаллов сахара в утфеле, % по массе Вязкость т1у/г1м
30 4,35 44 19,25
35 6,58 46 26,3
40 11,24 48 35,7
42 14,50 — —

ОСНОВНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПОСЛЕДНЕГО УТФЕЛЯ

Основными величинами для последнего утфеля являются:

1) СВ утфеля в конце кристаллизации, от которых зависят
и СВ мелассы, ее вязкость и успешность фуговки на центрифугах,
а также и Ч мелассы; 2) допустимая Ч утфеля, выше которой
уже образовалось бы слишком много кристаллов, что чрезмерно
повысило бы вязкость утфеля, заставило бы преждевременно
прекратить охлаждение и кристаллизацию, потеряв при этом по-
вышенное количество сахара в мелассе.

Н. Силина показала [37], что обе эти основные величины мож-
но заранее вычислить.

Не приводя самих расчетов, результаты их даем в табл. 35 и
36. В табл. 35 представлены СВ утфеля (7?) в конце его кристал-
лизации. Оказывается R зависит от температуры, до которой ут-
фель охлаждается, и от допустимого содержания в нем кристал-
лов сахара (К %). Как видим, нормальные СВ утфеля в конце
кристаллизации могут быть весьма различны (от 90 до 94%)
в зависимости от условий работы завода.

Перед фуговкой утфель полагается подогреть на 5—7° С по
сравнению с температурой в конце охлаждения и кристаллиза-
ции, чтобы при фуговке меласса не была пересыщенной.

В табл. 36 дана допустимая (максимальная) чистота послед-
него утфеля (Ч), при которой вязкость^ утфеля при растущем
количестве кристаллов сахара еще не препятствует работе меша-

1 В последнее время выполнена новая работа по вязкости утфелей Гром-
ковским [49], который учел влияние скольжения при определении вязкости.
Получились дополнительные результаты для утфелей с более высоким содер-
жанием кристаллов. Однако все выводы остаются прежними. Данные
А. И. Громковского учтены в рис. 164.
лок-кристаллизаторов. Как видим из табл. 36, эта допустимая'
чистота утфеля зависит от допустимого для данной мешалки-
кристаллизатора содержания кристаллов в утфеле (К %) и от
нормальной чистоты мелассы (qn)', причем эта допустимая чисто-
та утфеля в зависимости от условий может быть весьма различ-
на: иногда Ч = 74,2%, а иногда даже 83,0%.

Таблица 35

СВ утфеля (/?) в конце кристаллизации

Температура, °C Допустимое содержание кристаллов К, %
40 42 44 46
30 89,7 90,1 90,4 90,8
35 90,3 90,6 91,0 91,3
40 90,9 91,2 91,5 91,8
45 91,5 91,7 92,0 92,3
50 92,0 92,2 92,5 92,8
55 92,5 92,7 93,0 93,3
60 93,1 93,3 93,6 93,8

СВ (/?) утфеля имеются

в виду определенные рефрактомет-

рическим методом, разбавления 1:1.

Таблица 36

Допустимая Ч последнего утфеля (Q)

Нормальная Ч мелассы qn Допустимое содержание кристаллов К, %
40 42 44 46
54 74,2 75,2 76,1 77,1
56 75,4 76,3 77,2 78,1
58 76,5 77,3 78,2 79,1
60 77,6 78,4 79,3 80,1
62 78,7 79,5 80,3 81,0
64 79,7 80,6 81,4 82,0
66 80,8 81,6 82,4 83,0

Ориентировочный расчет режима кристаллизации
и ведение ее на заводе [38]

Исходные данные для расчета. 1) конечная достижимая на
данном заводе и в данное время температура охлаждения утфе-
ля t° (известна из практики данного завода); 2) допустимое со-
держание кристаллов (К %) также известно приблизительно из
опыта прежних лет; 3) нормальная Ч мелассы qn или определя-
ется в лаборатории, или принимается ориентировочно на 2—
446
3 единицы меньше полученной первоначальной q мелассы; 4) Ч
зеленого оттека Qb из которого варят последний утфель, извест-
на по анализам лаборатории.

Примерный расчет. Примем для примера: t = 40° С, К = 42%,
qn = 59,0, Qi = 79,0.

СВ утфеля в конце охлаждения найдем по табл. 35 для тем-
пературы 40° С и К = 42%; R = 91,2%.

Допустимую Ч утфеля для К — 42% и qn = 59,0% найдем по
табл. 36: Q = 77,8%. Между тем Ч зеленого оттека выше: Q! =
= 79,0%. Следовательно, необходима добавка мелассы для сни-
жения Ч. Количество добавляемой мелассы на 100 кг уваренно-
го утфеля (нетто) можно найти по формуле

м ... M(Qi~ QH00
l~m(Q — Qm)

где Ri — СВ уваренного утфеля;

>'т и qm — СВ и Ч добавляемой мелассы.

Добавлять мелассу к утфелю лучше всего в вакуум-аппарат
в конце уваривания.

Выполнение кристаллизации последнего утфеля

Уваривание утфеля ведут до СВ 94—95%, если позволяет
имеющаяся аппаратура, но можно уваривать и слабее (конечно
не ниже тех СВ, какие нашли по табл. 35). Смысл крепкого ува-
ривания лишь в том, чтобы иметь возможность затем добавить
воды в утфель («раскачать») перед спуском его в кристаллиза-
тор и таким образом ликвидировать пересыщение и растворить
имеющуюся в утфеле «муку» (растворится, конечно, и часть
кристаллов утфеля, но при охлаждении в дальнейшем этот са-
хар вновь выкристаллизуется, как было уже сказано выше).

Количество воды, какое надо добавить к утфелю, чтобы сни-
зить его СВ в конце уваривания А, до тех СВ R, какие следует
иметь в конце кристаллизации (по табл. 35), вычислить легко.
Всю эту воду можно ввести в вакуум-аппарат перед спуском из
него утфеля. Если вода нагрета выше температуры в вакуум-ап-
парате и добавляется медленно, то она хорошо перемешивается
с утфелем и облегчает спуск его из аппарата.

Такой метод раскачки в вакуум-аппарате впервые успешно
применил в Чехословакии А. Мирчев .[39], а в СССР — Ю. Кот[40].

Подготовка утфеля к фуговке после надлежащего охлажде-
ния состоит или в подогревании его на 5—7° С, или в добавке
воды 0,5—0,7% к массе утфеля, чтобы не было пересыщения и
содержание СВ мелассы соответствовало температуре (см.
табл. 33). Добавлять воду следует медленно и лучше в нижнюю
часть мешалок. Однако лучше всего не добавлять воды, а подо-
447
гревать утфель перед фуговкой, так как при этом почти не рас-
творяются кристаллы сахара.

При переработке испорченной, гнилой свеклы следует учиты-
вать вязкость мелассы, определение которой следовало бы ввес-
ти в число показателей, определяемых в заводских лабораториях.
Пусть оказалось, что вязкость мелассы очень высока и нормаль-
ными СВ мелассы следует считать не 82,0, а 80,0%. Тогда можно
пользоваться также табл. 35, но, охлаждая утфель до 40° С, при-
менять цифры, соответствующие температуре не 40, а 30°С, для
которой норма СВ 80,0%.

На заводах СССР применяют два способа выполнения крис-
таллизации последнего утфеля — периодический и непрерывный.
При периодическом методе утфель, спущенный в определенную
мешалку, остается в ней до конца кристаллизации, постепенно
охлаждаясь, из нее же поступает затем в утфелераспределитель
и на фуговку. Мешалка после освобождения заполняется новой
порцией уваренного утфеля. При непрерывной кристаллизации,
введенной впервые Н. Овсянниковым в 1907 г., все имеющиеся
мешалки-кристаллизаторы соединены между собой последова-
тельно при помощи желобов. Утфель спускается из вакуум-ап-
парата лишь в первую из мешалок, а в утфелераспределитель и
на центрифуги поступает лишь из последней, в которую во время
фуговки постепенно переходит утфель по желобу из предыдущей
мешалки. Таким образом, утфель непрерывно движется из ме-
шалки в мешалку, охлаждаясь на своем пути.

Единственным преимуществом периодической кристаллизации
является отсутствие обезлички в отношении обслуживающего
персонала: точно известно, какой варщик сварил утфель, нахо-
дящийся в данном кристаллизаторе, следовательно, можно пра-
вильно оценить работу варщика. Недостатками же периодиче-
ской кристаллизации являются: 1) плохое использование объе-
ма кристаллизаторов; 2) необходимость спускать горячий утфель
в холодную мешалку, причем может выпасть «мука».

Контроль процесса кристаллизации проще при непрерывной
кристаллизации: нет надобности следить за каждой мешалкой
в отдельности. На основании этих соображений следует рекомен-
довать непрерывный метод кристаллизации.

Движение охлаждающей воды по холодильным элементам
кристаллизаторов всегда при непрерывной кристаллизации долж-
но быть противоточным, что предложено Ю. Жвирблянским, т. е.
холодная вода должна поступать лишь на наиболее охлажден-
ную мешалку и, постепенно нагреваясь, переходить в холодиль-
ные элементы предыдущих, более горячих-мешалок. При такой
системе охлаждения разность температур охлаждаемого утфеля
и холодильной воды повсюду оказывается довольно равномерной
и не слишком большой (10—20°). Это очень важно, так как пред-
отвращает выпадение «муки».
Кристаллизаторы с неподвижными холодильными элемента-
ми, например со змеевиковыми (см. рис. 149), хотя и встречают-
ся еще, но они весьма несовершенны. Теплопередача в них очень
плохая, так как утфель налипает толстым слоем на неподвижные
холодильные поверхности. Все современные мешалки-кристалли-
заторы' снабжены движущимися холодильными элементами, по-
верхность которых при их движении сама собой очищается от на-
липающих кристаллов сахара. Эти же движущиеся холодиль-
ные элементы служат и приспособлением, перемешивающим
утфель. Однако они ни в коем случае не должны слишком энергич-
но размешивать утфель, так как ускорение перемешивания, как
уже было сказано, отнюдь не ускоряет кристаллизацию, а лишь
вызывает излишний расход энергии и может вызвать поломку

Рис. 165. Кристаллизатор с охлаждающими вращающимися
дисками.

мешалки и не позволяет работать с густыми утфелями, т. е. ведет
к повышению потерь сахара в мелассе. Длительность пребыва-
ния утфеля в кристаллизаторах составляет обычно 30 ч.

Лучшими в настоящее время являются кристаллизаторы с
дисковыми полыми поверхностями охлаждения, насаженными
на вал и вращающимися вместе с ним со скоростью лишь I обо-
рота в 6 мин (Веркспур). Диски имеют сегментообразные выре-
зы, позволяющие утфелю передвигаться (рис. 165). Этот кристал-
лизатор непрерывнопротивоточного действия. Диски соединены
один с другим трубками, передающими холодную воду из одного
диска в другой последовательно, навстречу движущемуся утфелю.
Диски лишь врезываются в утфель, но не размешивают его чрез-
мерно; поэтому дисковые мешалки позволяют работать с самыми
густыми, малоподвижными утфелями. Перед дисковыми мешал-
ками, выше их, устанавливают питающую приемную мешалку,
в которую спускают утфели из вакуум-аппаратов. Она не имеет
никаких холодильных -поверхностей: ее назначение лишь в том,
чтобы равномерно подавать утфель в кристаллизаторы с диско-
выми холодильными поверхностями.

ВАРИАНТЫ РАБОТЫ ПО КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПОСЛЕДНЕГО УТФЕЛЯ И
ОЧЕРЕДНЫЕ ЗАДАЧИ

I Сложенный метод кристаллизации последнего утфеля явля-
ется по существу своему диалектическим и весьма гибким. Пока-
зано, как нужно вести кристаллизацию, чтобы при различном
15 Зпк;п 905 449
оборудовании все же добиваться нормальной чистоты (Ч) и нор-
мальных потерь сахара в мелассе.

Возможны более глубокие изменения и варианты в методе
кристаллизации последнего утфеля, ведущие к дальнейшему
снижению потерь сахара в мелассе. «Нормальная» Ч мелассы от-
нюдь не является предельной. Можно снизить потери и ниже
этой нормы.

Нормальные СВ мелассы (гп). Эти величины могут быть по-
вышены, если улучшить качество уваривания последнего продук-
та (укрупнение кристаллов, отсутствие «муки»), усилить обору-
дование для фуговки, т. е. или увеличить число центрифуг и, сле-
довательно, увеличить длительность фуговки или же поставить
быстроходные центрифуги.

Например, увеличив вдвое время фуговки или поставив цен-
трифуги, дающие вдвое большую центробежную силу, можно
преодолеть вязкость мелассы уже не в 44 пз (4,4 н-сек/м2), а в
88 пз (8,8 н • сек/м1) и повысить нормы СВ приблизительно на
1,5% (т. е. при 40° С будем иметь нормальные СВ уже не 82,0%,
а 83,5%)- Это приведет к снижению чистоты мелассы на 1—2%,
т. е. к повышению выхода сахара на 0,1—0,15% к массе свеклы.

Допустимое содержание кристаллов в утфеле. Было бы весь-
ма желательно иметь возможность повысить содержание крис-
таллов в утфеле, так как, выкристаллизовывая больше сахара,
можно и при сравнительно высокой Ч последнего утфеля все же
получать нормальную низкую Ч мелассы (табл. 36). Таким об-
разом расширяются возможности применения дешевой и простой
двухпродуктовой схемы.

Следует поэтому изучить конструкции кристаллизаторов, сде-
лать лапы и ленты в перемешивающем приспособлении более
узкими и наклонно поставленными, чтобы они легче преодолева-
ли сопротивление при движении в вязком утфеле. Надо помнить,
что энергичное перемешивание утфеля отнюдь не ускоряет крис-
таллизацию сахара, а лишь ведет к поломке мешалок. С этой
точки зрения нужно шире распространить также удачный опыт
А. Пономаренко и Л. Твердохлебова на Лохвицком сахарном за-
воде, где снизили вдвое число оборотов мешалок — 0,36 вместо
0,72 об/мин, причем вязкость утфелей перестала быть препятст-
вием при кристаллизации. Весьма перспективной является дис-
ковая мешалка, диски которой лишь врезываются в утфель, что
требует меньшего усилия. Поэтому эта именно мешалка принята
в СССР как стандартная.

Имея весьма развитую поверхность охлаждения, эти мешал-
ки позволяют заканчивать кристаллизацию скорее.

Конечно, самым решительным методом, позволяющим снизить
вязкость утфелей, является переход на трехпродуктовую схему,
при которой всегда можно иметь достаточно низкую чистоту по-
следнего утфеля. Но того же результата можно бы добиться
450
и проще, применяя дополнительную кристаллизацию зеленого
оттека при двухпродуктовой схеме, предложенную в Чехослова-
кии А. Мирчевым [15] и в СССР в еще более разработанной фор-
ме Ю. Жвирблянским [16].

Однако все же и дополнительная кристаллизация зеленого
оттека является еще довольно сложным методом. Наиболее удоб-
ным методом работы при двухпродуктовой схеме является рабо-
та с предварительной частичной фуговкой II утфеля с возвратом
оттека в ту же или в соседнюю предстоящую утфелемешалку.
Таким образом снижается содержание кристаллов в утфеле и до-
стигается возможность дальнейшего охлаждения утфеля и крис-
таллизации сахара. Этот метод был предложен Ю. М. Жвирблян-
ским и Б. Э. Красилыциковым [43], а в последнее время улучшен
И. Н. Акиндиновым [44]. В настоящее время метод промежуточ-
ной фуговки уже широко применяется на сахарных заводах
Кубани.

Для выполнения такой работы требуется лишь несложное
оборудование (рис. 166): а) отделяют шибером часть утфелерас-
пределителя над двумя крайними центрифугами (/—7); б) уста-
навливают желоб 8 для того, чтобы можно было направить ут-

фель на предварительную
фуговку по желанию из /,
II или III мешалок в от-
гороженную часть распре-
делителя; в) устраивают
особый сборник 10 для
оттека предварительной
фуговки и устанавливают
насос 11 для возврата это-
го оттека в мешалку, на-
ходящуюся перед той, из
которой утфель взят на
предварительную фуговку.
В сборнике 10 оттек не-
много подогревают откры-
тым паром. Предваритель-
ную фуговку ведут из той
мешалки, где уже наблю-
дается затруднение при
перемешивании. Предва-
рительную фуговку ведут
час или два, пока содер-
жание кристаллов в утфе-
ле не снизится до допу-
стимой нормы. После пре-
кращения предваритель-
ной фуговки, опоражнива-

ДЬишение оттека пронешу-
точной ууговки

Рис. 166. Схема промежуточной фу-
говки утфеля последнего продукта.
ют (в центрифугу) отгороженную часть утфелераспределителя
и вынимают шибер. Все центрифуги начинают фуговать утфель
из последней мешалки.

Конечная температура охлаждения утфеля- Здесь имеется
ряд предложений. Кроме обычного охлаждения до 40° С, предла-
гается и «углубленное» охлаждение до 30° С и даже ниже (проф.
П. В. Головин). Ряд заводов, наоборот, успешно работает с ма-
лым охлаждением, например до 50—55° С; имеются предложе-
ния работать даже совсем без охлаждения в мешалке, т. е. в ос-
новном кристаллизовать сахар лишь при весьма высоком увари-
вании в вакуум-аппарате (А. Востоков, III. Фелер).

Вопрос о нормальной Ч мелассы при охлаждении до различ-
ных температур (30, 40, 50° С) был весьма удачно исследован
М. И. Даишевым [45]. Нормальная чистота оказалась различной
(табл. 37). Это позволило найти оптимальную температуру фу-
говки последнего утфеля.

Таблица 37

Нормальная чистота меласс (<у/г)
в зависимости от температуры фуговки

Температура фуговки. °C Гп по Силину Номера меласс (см. рис. 162)
1 1 13 17
30 80,0 60,0 52,4 63,4
40 82,0 60,9 52,0 65,0
50 84,0 62,2 51,8 66,7
60 86,0 63,7 51,8 68,7

Как видим, при обычной qn (около 60%, № И) при более низ-
кой температуре кристаллизации получается меньшая qn мелас-
сы. В особенности полезно лучшее охлаждение для меласс, даю-
щих повышенное qn (более 60%). Здесь (№ 17) надо стремиться
охлаждать утфель до 30° С. Другой результат получается для
меласс низкой qn (№ 13 —около 55%), т. е. при переработке не-
много испорченной свеклы или вообще свеклы низкого качества
(Кубань). Для них наинизшее qn получено при температуре
50—60° С.

Это подтвердилось в экспериментальной обстоятельной ра-
боте Захарова. Он сделал вывод, что выбор оптимальной тем-
пературы конца кристаллизации зависит от угла наклона прямых
при определении qn (как на рис. 162): если угол наклона их мень-
ше 30е (что, правда, редко встречается), то лучше кончать крис-
таллизацию при высокой температуре 50—60° С. При большем
угле наклона надо вести охлаждение до 40° С и ниже, особенно
452
когда угол наклона превышает 50°. Выполнение этих советов
может снизить qn на 1—1,5, это дасг и снижение потерь сахара
в мелассе около 0,1% по свекле.

ТЕОРИЯ МЕЛАССООБРАЗОВАНИЯ

Различные теории мелассообразования

Большие потери сахара в мелассе побудили исследователей
выполнить очень много работ в поисках причин мелассообразо-
вания.

Вопрос остается актуальным и в настоящее время: ему был
посвящен один из двух главных вопросов на последнем
XII Международном конгрессе по химии и технологии сахарной
промышленности в Париже в 1963 г. ([46], стр. 253—368).

Наиболее старинной является механическая теория ме-
лассообразования, представители которой (Шейблер) считали,
что сахар перестает кристаллизоваться, потому что вязкость, на-
растающая с понижением Ч мелассы, мешает молекулам сахара
двигаться и откладываться на грани кристаллов. Однако не раз
указывали (Классен, Герцфельд и др.), что вязкость все же не
останавливает кристаллизацию, а лишь замедляет ее.

Многочисленная группа исследователей (Герцфельд, Жуков,
«Лебедев, Классен, Браун) стремилась найти основание для объ-
яснения образования мелассы, изучая влияние различных хими-
ческих соединений, а также и смеси несахаров, содержащейся
в мелассе, на растворимость сахара, т. е. на коэффициент а'.
Таким образом, они пытались дать как бы физико-химическую
теорию мелассообразования. Несахара, повышающие раствори-
мость сахара, они называли положительными мелассообразовате-
лями, а понижающие растворимость — отрицательными мелассо-
образователями. Нашли, что соли кальция обычно являются от-
рицательными, а соли калия и натрия — положительными мелас-
сообразователями. Оказалось, что малое количество несахаров
при более низкой температуре (30—50° С) обычно даже умень-
шает растворимость сахара, очевидно, связывая часть воды и
как бы «высаливая» сахар. Однако при повышении температуры
п концентрации несахара мелассообразующее действие быстро
растет: «сродство» несахара к сахару начинает преобладать по
сравнению со сродством к воде.

Однако все эти очень интересные исследования все же не
объясняют явления мелассообразования: несахара повышают
несколько растворимость сахара, но никак не прекращают его
кристаллизации. Кроме того, и в присутствии избытка ярко вы-
раженных «отрицательных» мелассообразователей (например,
инвертного сахара) в тростниковой мелассе все-таки образуется
453
меласса. Нет ответа на главный вопрос: сколько же сахара уво-
дит с собой в мелассу 1 кг каждого из несахаров?

На этот вопрос дают весьма разнообразные ответы предста-
вители теорий, которые можно бы назвать химическими. Ав-
торы их, изучая многочисленные анализы меласс, пытаются просто
угадать, какие же из несахаров повинны в потерях сахара в ме-
лассе. Так, проф. Андрлик считал мелассообразователем вред-
ный азот и пытался вычислить потери сахара в мелассе умножая
вредный азот свеклы на 25. Однако оказалось, что в действи-
тельности в мелассе на одну часть азота приходится весьма раз-
личное количество сахара — от 20 до 40 частей.

Как известно, сахароза с металлами может давать сахараты.
Вероятно, на этом основании существует весьма старинное мне-
ние, что мелассообразователем является минеральная часть
свеклы — «вредная», т. е. неудаляемая зола, и что на одну часть
золы теряется пять частей сахара (такого мнения придерживал-
ся, например, проф. Смоленский). Оказалось, что и здесь в дей-
ствительности отношение сахара и золы в мелассе сильно ко-
леблется.

Известно также, что меласса, зола которой содержит больше
кальция, всегда имеет меньшую чистоту. На этом основании
проф. Дедек внес поправку. Он утверждает, что сахароза в ме-
лассе удерживается от кристаллизации не кальцием, а лишь
калием и натрием, причем на каждый атом того и другого оста-
ется в мелассе одна молекула сахарозы. Эта теория кажется
более вероятной и удерживается в различных вариантах до по-
следнего времени ([46], стр. 326), однако ей противоречит обще-
известный факт увеличения потерь сахара в мелассе к концу
производства, хотя количество калия и натрия в свекле, конечно,
при хранении ее не увеличивается. Кроме того, в рафинадной
мелассе в СССР на один атом щелочных металлов приходится
не одна, а четыре молекулы сахарозы. Очевидно, свести вопрос
о мелассообразовании лишь к связывающему сахар действию
калия и натрия тоже нельзя.

Химические теории мелассообразования имеют два общих не-
достатка. Во-первых, трудно сделать правильные выводы из
многочисленных анализов меласс, так как эти мелассы несрав-
нимы, их чистота зависела от качества работы того или иного за-
вода и это мешало определить роль качества несахаров. Во-вто-
рых, неправильна и догматична самая постановка вопроса, по-
пытка приписать все мелассообразовательное действие
какому-нибудь одному виду несахаров, тогда как, может быть,
в мелассообразовании в различной степени участвуют все неса-
хара.

Из изложенных выше вопросов кристаллизации последнего
утфеля складывается новое представление о мелассообразовании,
которое можно бы назвать механико-физико-химическим, так
454
как в нем учитывается и вязкость мелассы, затрудняющая фугов-
ку и приводящая к понятию о нормальных СВ и нормальной чис-
тоте; учитывается и влияние несахара на растворимость сахара,
т. е. коэффициент насыщения. Все это ясно видно из формулы
для чистоты мелассы (стр. 438).

Коэффициенты насыщения для различных меласс колеблются
в широких пределах. Поэтому именно столь различна и нормаль-
ная чистота меласс. Допустим, однако, что мы имеем несахара,
не влияющие на растворимость сахара (а'= 1); они, следова-
тельно, по терминологии Герцфельда, не являются мелассообра-
зователями. Будем ли мы в этом случае тоже получать мелассу,
хотя никакой несахар не связывает сахара и не мешает ему крис-
таллизоваться? С нашей точки зрения мы будем иметь и мелассу,
и потери сахара в ней. Ведь мелассой мы называем насыщенный
раствор сахара (при 40° С) с примесью несахаров, имеющий
концентрацию 82,0% (рефрактометрическое определение без раз-
бавления). В таком растворе содержится 18,0% воды; так как
в одной части воды растворяется при 40° С 2,37 части сахара, то
будем иметь в растворе 18,0-2,37 = 42,66% сахара (если бы ко-
эффициент насыщения отличался от 1, то пришлось бы умножить
и на него). Следовательно, нормальная qn мелассы при отсутст-
вии несахаров, связывающих сахар, будет

42,66 100 „

<7„ = —-------= о2,0

™ 82,0

(это же можно найти просто, применяя формулу стр. 438). Та-
ким же подсчетом легко убедиться, что и в присутствии «отрица-
тельных» мелассообразователей (а' < 1) тоже будем иметь ме-
лассу, но с <7п ниже 52,0 (например, на тростниковосахарных за-
водах, где инвертный сахар значительно снижает растворимость
сахарозы).

Всякий несахар, хотя бы и не связывающий сахара, своим
присутствием повышает содержание сухих веществ; наконец, по-
лучается такой вязкий раствор, что дальнейшая кристаллизация
сахара, хотя и возможна, но делается бесцельной, так как вязкий
раствор не удается отделить от сахара при помощи центрифуги.
Этот раствор и будет мелассой. Отсюда видно, что никак нельзя
решать вопрос о потерях сахара в мелассе догматически и все
приписывать связывающей способности каких-то определенных
несахаров. Все несахара являются мелассообразователями.

Мелассообразовательная способность отдельных несахаров

Количество сахара, уводимое в мелассу одним килограммом
каждого из несахаров, впервые определила 3. А. Силина, поль-
зуясь понятием нормальной чистоты ([47], также [46], стр. 253—
263).

Чтобы определения имели производственное значение, нахо-
дили мелассообразовательную способность каждого несахара, так
сказать, в условиях 'производственного мелассообразования. Для
этого брали какую-нибудь мелассу и определяли для нее нор-
мальную чистоту q0 и соответствующий мелассовый коэффициент

Затем прибавляли к той же мелассе некоторое количество ис-
пытуемого несахара, например NaCl, и вновь определяли для ме-
лассы (уже с добавкой) нормальную чистоту, которая оказыва-
лась уже не q0, a qit и мелассовый коэффициент тх.

100 кг смешанного несахара мелассы (после добавления
NaCl) связывают в мелассе 100 т] кг сахара. Но эти 100 кг не-
сахара пусть содержат п кг добавленного несахара (NaCl добав-
лено по массе мелассы и поэтому п нам известно) и (100 — п) кг
первоначальных несахаров мелассы. NaCl свяжет пт кг сахара,
где т — искомый мелассовый коэффициент NaCl; (100 — п) кг
первоначальных несахаров свяжут (100 — «)/и0 кг сахара.

Очевидно,

100т г = пт + (100 — п) т0.

Отсюда

. ЮО . ,

т = тй Ч-----(тх — т0).

Таким способом была определена мелассообразовательная
или просто мелассовая способность 25 различных веществ. Каж-
дое из определений повторялось трижды с различными меласса-
ми из двух заводов (Рамонский и Олымский). Получены были
сходящиеся результаты, которые, следовательно, мало зависят
от качества мелассы, на фоне которой велось определение т-
Средние результаты определений приведены в табл. 38.

Эти результаты позволяют сделать ряд выводов.

I. Нельзя приписать мелассообразователыюе действие одно-
му какому-либо несахару, так как каждый несахар оказывает
свое влияние на образование мелассы.

2. Нельзя мелассообразующее действие приписать лишь кати-
онам, например калию и натрию, так как большое значение име-
ют и анионы. Например, для солей одного и того же натрия, но
с различными анионами, имеем совершенно различные коэффи-
циенты мелассообразования: для NaOH-—4,61, для NaCl — 2,58 и
для NaNO3 — 0,42.

3. «Вредный» азот никаким особо высоким мелассообразую-
щим действием не отличается: соли глутаминовой кислоты и ти-
розина, также бетаин дали значения т от 0,11 до 1,03. Это впол-
не согласуется и с заводской практикой: свекла, богатая «вред-
ным» азотом, обычно дает мелассу низкой чистоты.
4. Сравнивая мелассовые коэффициенты различных катионов
при одном и том же анионе (табл. 38), видим, что сильными ме-
лассообразователями являются соли калия, немного слабее — со-
ли натрия, весьма слабы как мелассообразователи — соли каль-
ция.

Таблица 38

Мелассовые коэффициенты несахаров т

Вещества ,т Вещества т
NaOH 4,61 К — продукты разложения
К2СО3 3,38 инвертного сахара . . . 0,70
Na2CO3 2,88 СаС12 0,56
KCHSCOO 2,85 Na—продукты разложения
NaCH3COO 2,71 инвертного сахара . * . . 0,55
NaCl 2,58 NaNO3 0,42
КС1 2,48 Инвертный сахар 0,19
Са (глутаминовокислый) . . 0,18
Са (тирозинат) 0,11
Бетаин 1,03 Са (молочнокислый) .... —0,14
К (молочнокислый) .... 1,02 Са (СН3СОО)2 —0,55
К (глутамнновокислый) 0,99 Са — продукты разложения
KNO3 0,96 инвертного сахара .... —0,оо
Na(глутаминовокислый) . . 0,93 Са (NO3)2 —1,14
К (тирозинат) 0,90
Na (молочнокислый) .... 0,81

Таблица 39

Мелассовые коэффициенты различных комбинаций катионов и анионов

Катионы Анионы
он- ft со 8 СН,СОО' Cl' глутами- новая кислота тиро- зин молочная кислота продукты разложе- ния ин- вертного сахара no' 8
К- 3,38 2,85 2,48 0,99 0,90 1,02 0,70 0,96
Na' 4,61 2,88 2,71 2,58 0,93 — 0,81 0,55 0,42
Са" — — —0,55 0,56 0,18 0,11 —0,14 —0,66 — 1,14

Слабое мелассообразующее действие солей кальция обуслов-
ливает низкую чистоту меласс, получаемых при переработке ис-
порченной свеклы, когда в мелассе накопляется много солей
кальция. Этот результат согласуется также с теорией Дедка, хо-
тя и далеко не точной, а лишь приближенной.

5. Мелассообразующее действие различных анионов (табл. 39
и рис. 167) характеризуется следующим убывающим рядом: ОН',
СО3, СН3СОО', С1', глутаминовая кислота, тирозин, молочная
кислота, кислые продукты разложения инвертного сахара из-
вестью, NO^

Щелочи — наиболее сильные мелассообразователи, очевидно,
потому, что они образуют сахараты. Поэтому же столь сильно
мелассообразующее действие карбонатов: они легко гидролизу-
ются, а освобождающаяся щелочь дает сахарат. Вредное влия-
ние щелочи на кристаллизацию сахарозы установлено и эмпири-
чески практикой сахарного производства; за последнее время
стремятся путем сульфитации доводить сироп перед уваривани-
ем почти до нейтральной реакции (лишь на крезоловый крас-
ный) .

6. Несахара можно разбить на три группы:

сильные мелассообразователи (т > 2,4; помещены в левом
столбце табл. 38, в верхней его части—до горизонтальной чер-
ты): щелочи, карбонаты, ацетаты и хлориды щелочных металлов;

средние мелассообразователи (т= 1,14-0,8; помещены в
нижней части левого столбца табл. 38): бетаин, калиевые и нат-
риевые соли аминокислот и молочной кислоты;

слабые мелассообразователи (т < 0,8; помещены в правом
столбце табл. 38): инвертный сахар и соли продуктов его щелоч-
ного разложения, все кальциевые соли всевозможных кислот
и NaNOs.

Некоторые несахара последней группы оказались даже отри-
цательными мелассообразователями (некоторые соли кальция).
Очевидно, их ионы весьма гидрофильны, связывают часть воды
и высаливают сахарозу. Однако отрицательные мелассообразова-
тели значительно повышают вязкость сахарных растворов (тоже
вследствие их гидрофильности). Это требует снижения нормаль-
458
них СВ мелассы, заставляет раскачивать последний утфель во-
дой выше обычной нормы и растворять сахар.

В последнее время Т. П. Хвалковский в очень интересной и
основательной работе дал новое определение мелассовых коэф-
фициентов ряда несахаров с учетом изменения вязкости мелассы
в присутствии этих несахаров £48]. Он за основу определения
нормальной чистоты мелассы до и после добавки несахаров при-
нял нормальную вязкость мелассы т) = 44 пз (4,4 н-сек!м2), а
не нормальные сухие вещества (г = 82). В остальном все дела-
лось так же, как и в работе 3. А. Силиной [47]. Работа выполне-
на с двумя разными мелассами. Средние значения полученных
мелассовых коэффициентов приведены в табл. 40 и 41. В табл. 41
рядом с результатами Т. П. Хвалковского (т) приведены для
сравнения и результаты 3. А. Силиной (tn').

Конечно, как и следовало ожидать, результаты с учетом вяз-
кости несколько отличаются от результатов, полученных 3. А. Си-
линой, т. е. без учета вязкости, особенно, для гидрофильных со-
лей, связывающих воду и повышающих вязкость, получены ко-
эффициенты т большего размера (для солей кальция).
В остальном коэффициент т мало изменился.

Порядок влияния разных катионов и анионов остался преж-
ним, остались в силе и все прочие выводы.

Таблица 40

Мелассовые коэффициенты несахаров с учетом вязкости (т) и без учета ее (т')
Несахар tn т' Несахар tn m'
KCI 2,0 2,5 к2со3 3,3 3,4
ксн3соо 2,4 2,9 Бетаин 1,1 1,0
KNO3 0,5 1,0 К — глутамин .... 1,1 1,0
NaNO3 0,5 0,4 Na—глутамин .... 1,2 0,9
NaCl 2,6 2,6 Са — глутамин .... 0,9 0,2
СаС12 0,9 0,6 Са — молочнокислый . . 0,2 —0,1
Са (NO3)2 —0,5 — 1,1 К —- молочнокислый . . 1,0 1,0
Са (СН3СОО)0 0,9 —0,6 N а —• молочнокислый . . 1,0 0,8
NaCH3COO 2,6 2,7 MgCl2 0,8 —
Na2CO3 з,о 2,9 Mg (NO3)2 —i,o —

С первого взгляда может показаться, что определение мелас-
сообразовательной способности можно бы выполнить гораздо
проще: не брать для опытов никакой заводской мелассы, а го-
товить просто раствор сахарозы и исследуемого несахара и пу-
тем сгущения и кристаллизации доводить раствор до состояния
нормальной мелассы. Но такой метод в действительности невоз-
можен, так как при сгущении раствора начинает выкристаллизо-
вываться не только сахароза, но и прибавленный несахар, что
Таблица 41

Мелассовые коэффициенты т различных комбинаций
катионов и анионов с учетом вязкости

Анионы Катионы
Na- к- Са-- Mg--
со; 3,0 3,3
СН3СОО' 2,6 2,4 0,9
С1' 2,6 2,0 0,9 0,8
Глутаминовая кислота 1,2 1,1 0,9 —
Молочная кислота . . . 1,0 1,0 0,2 —
NO' 8 0,5 0,5 -0,5 —1,0

не позволяет повысить СВ до нормального гп; лишь в том слу-
чае, когда имеется много различных несахаров, причем количе-
ство каждого из них невелико, все несахара остаются в раство-
ре и при больших концентрациях смеси, т. е. образуется меласса.

Наоборот, в проведенной работе ценно именно то обстоятель-
ство, что мелассообразовательная способность отдельных неса-
харов определена в присутствии смеси других несахаров, т. е. в
условиях, обычных для кристаллизации последнего утфеля на
заводе. Таким образом, результаты имеют прямое производст-
венное значение.

Можно было опасаться, что мелассообразовательная способ-
ность одного и того же несахара, но определенная эксперимен-
тально в среде, различных меласс, будет различна. Поэтому для
опытов применялась не одна, а три различные мелассы с разных
заводов; однако результаты получились близкими один к друго-
му, что подтверждало правильность и надежность примененного
метода.

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ V

1. Андреев И. Журнал русского физико-химического общества, 1908.

2. КухаренкоИ. А. и сотр. ВЦП, 1921, № 7—9, 10—12; 1922 № 3—4,
9—10; 1923, № 1; НЗ, I, 179; II, 53, 208, 245, 253, 275, 284; III, 75, 105, 199,
233, 245; IV, 10, 38, 59, 75. 86, 189, 369; V, 32, 177; IX, 41; 1937, № 4, 23.

3. К а г а и о в И. Н.. Сахар, 1937, № 2, 8.

4. Савинов Б. Г. НЗ, VII (1929), 416.

5. С и л и и П. М. Сов. сах., 1934, № 12. Также Siline Р. М., В. 52 (1935),
№ 4, 5 et 7-8.

6. Marc М. Т. Zeitschr. f. Phys. Chemie, 61 (1908), 385; 67, 470; 68, 104;
73, 685; 76, 58, 79, 71.

7. D u b о u г g J. et Sa unier R. Rull. Technique et Chimique du Comite’
Centr. des Fabricants de Sucre de France, 1939, № 30, 1537.

8. Van Hook A. LECh, 36 (1944), 1042. 1048; 37 (1945), 782; 38 (1946),
50; 40 (1948), 85; 44 (1952), 1305.

9. Ж в и p б л я н с к и й Ю. М. Кристаллизация сахара. М., 1958.
10. Spengler О., Landt Z., 80 (1930), 523, 85 (1935), 394, 86 (1936),8.

11. Bennett a. Nees, lECh, 22 (1930), 91.

12. Каганов И. H. СП, 1949, № 3, 23.

13. Жвирблянский Ю. М. и сотр. СП, 1949, № 1, 10.

14. Classen Н., Die praktische Kristallisation des Zuckers und die Melas-
sebildung, Magdeburg, 1940.

15. Mircev A. LC, (1954), 61, 221.

16. Жвирблянский Ю. M. СП, 1955, № 5, 17.

17. Филиппов H. M. Труды ВХТИ, 1 (1938), 72.

18. Силин П. M. Кондуктометрический контроль уваривания утфелей.
Брошюра. Пищепромиздат, 1951.

19. Ярмолинский М. Б. Труды ЦИНСа. Вып. II (1953), 104.

20. Жвирблянский Ю. М. и Клименко Л. И. Варка утфеля I про-
дукта по комплексному методу аппаратчиков-новаторов. М.. 1954.

21. W i k I u n d О. Sockcr, 1946, февраль.

22. Силин П. М. СП, 1952, № 3, 19.

23. Каганов И. Н. и Твердохлебов Л С. СП, 1956, № 3, 53.

24. Силин П. М., Силина Н. П. СП, 1953, № 6, 4.

25. Storms J. Sucrerie Beige, 70 (1951), 261.

26. Жвирблянский Ю. М. Рациональный метод кристаллизации ут-
феля II продукта. Брошюра. Киев, 1948.

27. Силин П. М. и Силина 3. А., СП, 1953, № 7, 21.

28. А к и н д и н о в И. Н. СП, 1956, № 11, 55.

29. Садовый И Е. СП, 1957, № 12, 55 и 1960, № 10, 19.

30. Захаров К. П„ СП, 1962, № 10, 12.

31. Чэнь И-с янь. СП, 1963, № 3, 17.

32. G г u t Е. W., LC, 1937/38, 79.

33. Жвирблянский Ю. М. и сотр. СП, 1947, № 3, 14.

34. Садовый И. Е. Труды ВХТИ. Т. II (1938), 93.

35. В г е i t u n g H. Z. f. Z„ 81 (1956), 264.

36. Силина H. П. СП, 1953, № 8, 10.

37. Силина H. П. СП, 1953, № 9, 14 и 17.

38. Сил нн П. М. СП, 1953, № 9, 17.

39. Mircev A. L. С., 68 (1952), 17, 215.

40. К от Ю. Д. СП, 1952, № 3, 41.

41. А кинд и нов И. Н., Полякова И. Д. СП, 1962, № 2, 28.

42. С и л и н П. М., Бугаенко И. Ф., Мустафа А. СП, 1965, № 11, 40.

43. Красильщиков Б. Э. Пищевая промышленность (Сахарная про-
мышленность). ЦИНТИПищепром, 1960, № 4.

44. А к и н д и н о в И. Н. СП, 1962, .№ 6, 25.

45. Д а и ш е в М. И. СП, 1958, № 5, 23.

46. Comptes rendus de la 12-e Assemblee generale de la Commission Intern.
Technique de Sucrerie (CITS), Paris 1963.

47. Силин П. M„ Силина 3. А. СП, 1946. № 6, 22, Силина 3. A.
Труды Ленинградского технологического института пищевой промышленности,
1 (IX), 1949, 22.

48. Хвалковский Т. П. СП, 1964, № 8, 20.

49. Г р о м к о в с к и й Д. И. и Иванов С. 3. СП, 1966, № 4, 17.

50. К а г а н о в И. Н. и Ж и г а л о в М. С. СП, 1964, № 6, 9 и 1965, № 1, ’3.

/
VI

Использование
отходов

Глава 1. ЖОМ, ЖОМОВАЯ ВОДА, ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ
ОСАДОК

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖОМА НА КОРМ СКОТУ

Отходами сахарного завода являются жом, диффузионная
вода, дефеко-сатурационный осадок, его промой и меласса.

Из 25 кг сухого вещества, содержащегося в 100 кг свеклы,
лишь около 15 кг получается в виде основного продукта — сахар-
ного песка. 25— 15 = 10 кг сухих веществ, или 40% от всех су-
хих веществ свеклы, переходит в отходы. Итак, почти половина
веществ свеклы переходит в отходы производства. Поэтому ути-
лизация отходов является весьма важной задачей.

Состав жома. Жом представляет собой мякоть свеклы (около
5 кг на 100 кг свеклы), к которой присоединены еще белки из
сока, оставшиеся в неразрезанных клетках (0,4 кг — около 2/з
всех белков свеклы), и немного сахара (0,2 кг). При гидравли-
ческой транспортировке и при отпрессовывании большей части
воды из жома перед его высушиванием (если имеется жомосуш-
ка) часть сухих веществ жома теряется (около 0,6 кг) и остает-
ся в нем лишь 5 кг сухих веществ на 100 кг свеклы.

Соотношение сухих веществ в жоме представлено в табл. 42.

Состав жома (в кг) на 100 кг свеклы Таблица 42
Составные части Переходит в жом Потеря при прессовании Содержится в сухом жоме
Белки сока . . Мякоть свеклы 0,4 0,1 0,4
белки 0,1 — .—
зола .... ... 0,2 — 0,2
клетчатка ... 1,2 0,1 1,1
гемицеллюлоза 1,1 0,1 1,0
пектиновые вещества 2,4 0,2 2,2
Сахар 0,2 0,1 0,1
Итого . . . 5,6 0,6 5,0
462
Сухие вещества жома являются хорошим кормом для скота.
Мощный пищеварительный аппарат рогатого скота прекрасно
усваивает не только белки и сахар, но и пектиновые вещества, и
гемицеллюлозу, и клетчатку жома.

Сумму сахара, пектиновых веществ, арабана и гемицеллюло-
зы при анализе кормов обычно называют безазотистыми экстрак-
тивными веществами (в сушеном жоме на 100 кг свеклы их со-
держится, следовательно, 0,1 + 2,2 + 1,0 = 3,3 кг).

В табл. 43 состав жома (на 100 частей сухого вещества его)
сопоставлен с составом обычных кормов — лугового сена, пше-
ничной соломы и овса.

Таблица 43

Состав жома в сравнении с другими кормами

Составные части Жом на 100 кг свеклы Состав на 100 частей сухих веществ
жом сено лу- говое солома пшенич- ная овес
Белки Зола Жиры Клетчатка Безазотистые экстрактивные ве- щества 0,4 0,2 1,1 3,3 8,0 4,0 22,0 66,0 9,4 7,1 3,2 35,7 44,6 з.з 5,9 1,5 44,8 44,5 10,4 3,1 5,1 12,1 69,3
Итого . . . 5,0 100,0 100,0 100,0 100,0

По питательности сухого вещества жом занимает среднее ме-
сто между луговым сеном и овсом: азотистых веществ он содер-
жит лишь немного меньше, экстрактивных же безазотистых ве-
ществ легкоусвояемых в нем в 11/а раза больше, чем в сене, и
почти столько же, сколько в овсе.

Большим недостатком свежего жома в качестве кормового
средства является содержание в нем большого количества воды.
На 100 кг свеклы получается 70—90 кг жома, в котором содер-
жится лишь 5,6 кг сухих веществ, т. е. лишь 6,2—8,0% к массе
жома.

Остальные 93,8—92,0% составляет вода. Следовательно,
жом — нетранспортабельный корм. Для использования его обыч-
но при сахарных заводах устраиваются откормочные хозяйства.
Часть жома раздают посевщикам свеклы.

Хранение жома в ямах. Далеко не весь жом немедленно
скармливают скоту или раздают посевщикам свеклы; значитель-
ную часть его приходится хранить: складывать в жомовые ямы,
463
вырытые в земле (стенки ям выложены камнем). Дно ямы выло-
жено камнем и снабжено дренажем для отвода вытекающей из
жома так называемой жомовой воды.

Под влиянием микроорганизмов жом в ямах закисает и пре-
вращается в кислый жом. Обычно в жоме образуются при заки-
сании молочная, масляная и уксусная кислоты (больше всего ук-
сусной кислоты). Масляная кислота придает жому особенно не-
приятный запах. Пытались вести искусственно молочнокислое
брожение жома, так как молочная кислота улучшает его вкусо-
вые качества. Для этого жом заквашивали чистыми культурами
молочнокислых бактерий. Однако эти опыты были малоудачны,
и искусственное заквашивание жома в заводской практике не
применяется.

Кислоты образуются при брожении жома не только за счет
сбраживания сахара, но и главным образом за счет пектиновых
веществ, которые постепенно переходят в растворимое состоя-
ние. Вместе с жомовой водой растворенные вещества и образо-
вавшиеся кислоты уходят через дренаж. Таким образом, при хра-
нении теряется значительная часть сухих веществ жома. За
5 месяцев хранения жом может потерять до 40% сухих веществ,
т. е. весь сахар и почти все пектиновые вещества.

Высушивание жома. На многих заводах жом сушат для того,
чтобы сделать его транспортабельным кормом и предотвратить
потери питательных веществ, какие наблюдаются при хранении
сырого жома. В нормально высушенном жоме должно содержать-
ся лишь 10—12% влаги. Если в жоме остается влаги более 14%,

то при хранении в нем могут развиваться микроорганизмы и раз-
лагаться питательные вещества. Если в сушеном жоме оставить
менее 10% влаги, то такой «пересушенный» жом оказывается
слишком хрупким и при перегрузках и транспортировке в нем об-
разуется много мелочи и пыли; кроме того, при хранении на воз-

духе он все равно постепенно поглощает влагу, пока содержание
ее не достигнет 10—12%.

Допустим, что на 100 кг свеклы переходит в сухой жом 5,0 кг
сухих веществ (см. выше табл. 42). Сухой жом с 10% влаги со-

держит 100—10 = 90% сухих веществ. Масса полученного сухого

5-100

жома будет

= 5,6 кг. Сырой жом на 100 кг свеклы весит

90 кг. При получении сухого жома нужно удалить воды: 90—
—5,6 — 84,4 кг на 100 кг свеклы.

Для удаления такого большого количества воды высушива-
нием потребовалось бы слишком много топлива. Поэтому боль-

шую часть воды предварительно удаляют из жома отжиманием
на жомовых прессах, т. е. без затраты тепла.

Жомовый пресс (рис. 168) представляет собой прочный сталь-
ной вертикальный цилиндр с дырчатой стенкой. Внутри цилинд-
ра вращается (3—5 об)мин) пустотелый дырчатый конус, расши-

ряющийся книзу. Между цилинд-
ром и конусом образуется коль-
цевое пространство, суживающее-
ся книзу. В это пространство
сверху и загружают прессуемый
жом, который передвигается по-
степенно книзу лопатками, рас-
положенными по винтовой линии
на поверхности вращающегося
конуса. Жом, перемещаясь вниз в
суживающееся кольцевое прост-
ранство, отпрессовывается под
большим давлением, которое
здесь развивается. Вода выдав-
ливается из жома и уходит через
дырчатые (цилиндрическую и ко-
ническую) поверхности. Цилиндр
пресса окружен кожухом, из ко-
торого и отводится отпрессован-
ная вода. Из внутреннего конуса
вода отводится через нижний пу-
стотелый вал конуса.

Удаление воды повышает со-
держание сухих веществ в жоме
до 15—18% (вместо прежних
6,2%). Один жомовый пресс до-
статочен для отпрессовывания во-
ды от 2500 ц жома в 24 ч.

Рис. 168. Жомовый пресс.

Если на 100 кг свеклы в жом переходит 5,0 кг сухих веществ,
а прессованный жом содержит 15% сухих веществ, то масса прес-

сованного жома будет

5 • 100

= 33,3 кг,

т. е. пресс удаляет из сырого жома на 100 кг свеклы 90—33,3—
—0,6 = 56,1 кг воды. Таким образом, остается удалить путем вы-
сушивания лишь 84,4 — 56,1 = 28,3 кг воды.

Итак, жомовый пресс при получении сухого жома является
весьма эффективной машиной: он удаляет более 2/3 влаги, под-
лежащей удалению.

Конструкция жомового пресса имеет большое значение. Появ-

ляются прессы, (позволяющие отпрессовывать жом до содержания
не 15, а 25% сухих веществ. После такого пресса жом весил бы

О О О 5‘ 100 Л Л

уже не 33,3 кг, а лишь ——— = 20 кг, т. е. выпаривать пришлось

бы не 28,3 кг, а лишь 28,3—13,3 = 15 кг воды, т. е. почти в 2 раза

меньше.
Для высушивания отпрессованного жома обычно применяют
барабанную жомосушилку (рис. 169). Она представляет собой ба-
рабан длиной 10—12 м и диаметром 2—2,5 м, который двумя
бандажами опирается на ролики и может на этих роликах вра-
щаться (2 об/мин).

Жом поступает с одного конца барабана и постепенно дви-
жется к другому концу его, пересыпаясь при вращении барабана.
Высушивание жома происходит за счет тепла горячих дымовых
газов, подаваемых в тот же конец барабана, куда подается и сы-
рой жом.

Таким образом, высушивание совершается при параллельном
токе жома и горячих газов, а не при противотоке. Это необходи-
мо потому, что если бы газы, имеющие температуру около 300° С,
направить противотоком на сухой уже жом, он неминуемо воспла-
менился бы; но те же горячие газы без вреда подаются парал-
лельно с сырым (отжатым) жомом, так как этот сырой жом весь-
ма быстро отдает влагу, на испарение которой тратится тепло
горячих газов, и температура их немедленно падает. При выходе
из сушилки отходящие газы имеют температуру 100° С.

Сухой жом из барабана сыплется в приемник, из которого его
удаляют шнеком и направляют к элеватору и в склад.

Газы просасываются через барабан сушилки при помощи вен-
тилятора. Газы увлекают с собой пыль — мелкие частицы сухого
жома.

Для отделения увлеченного жома отработавшие газы на-
правляют по касательной в сепаратор-циклон, и оттуда освобож-
денные от пыли они уходят в воздух. Жомовую мелочь, отделен-
ную в сепараторе, присоединяют к главной массе жома.

Для более полного соприкосновения жома в барабане с горя-
чими газами барабан внутри заполнен рядами продольных поло-
чек, которые имеют крестообразную форму. Вся внутренняя часть
барабана при таком устройстве оказывается заполненной жомом,
пересыпающимся с одних полочек на другие.

Горячие газы для высушивания жома получают сжиганием
топлива в специальной топке, обслуживающей сушилку, как изо-
бражено на рис. 169. Раньше иногда использовали также отхо-
дящие газы котельной завода, которые при помощи дымососа на-
правляли в сушилку.

Теперь этот метод уже не применяется, так как и при использо-
вании дымовых газов нельзя считать, что жом высушивается без
затрат, потому что при этом приходится направлять в сушилку
весьма горячие газы (300° С) и, таким образом, снижать к. п. д.
паровых котлов.

В барабанной жомосушилке длиной 12 м и диаметром 2,4 м
при скорости вращения 2 об/мин можно получить за 24 ч 300 ц
сухого жома, что соответствует переработке приблизительно
5000 ц свеклы.
Рис. 169. Барабанная жомосушилка.
Рассчитаем расход топлива на высушивание жома. Мы нашли уже, что
для высушивания жома, полученного из 100 кг свеклы, нужно испарить в
жомосушилке 28,3 кг воды. Вода уходит в виде пара с температурой 100° С,
т. е. на испарение будет затрачено тепла 28,3 (639 — 30) = 17 235 ккал
(72 160 кдж). (При этом считаем, что температура поступающего жома 30°С).
Потеря па лучеиспускание и теплопроводность пусть составит 10%. Полный
расход тепла

17 235 - 1,1 = 18 959 ккал (79 378 кдж).

Если в жомосушнлку поступают горячие газы с температурой 800—900° С,
а уходят с температурой 110—120° С, то коэффициент использования теплоты
газов будет

800 — 120

Следовательно, 1 кг угля с условной теплотворной способностью 7000 ккал
(29308 кдж) отдаст в сушилке лишь 7000 : 0,85 = 5950 ккал (24911 кдж).

Расход топлива на высушивание жома, соответствующего 100 кг свеклы,

При этом получается 5,6 кг сухого жома, т. е. на 1 кг сухого жома тре-
буется

3,0
—---5s 0,6 кг

5,6

условного топлива.

Кроме жомосушилок, работающих на горячих дымовых га-
зах, имеются и паровые жомосушилки (например, «Империал»);
они дают сухой жом более высококачественный, более светлый и
без примеси золы топлива; но паровые жомосушилки расходуют
больше топлива (почти на 35%).

Сушеный жом хранится насыпью (масса 1 м3 жома составля-
ет 220 кг). Для удобства хранения и транспортировки лучше все-
го жом прессовать на особой машине в брикеты, при этом масса
1 .и3 повышается до 500 кг.

Легкое отпрессовывание жома. Иногда (особенно на заводах
Чехословакии) ограничиваются лишь слабым отпрессовывание.м
жома, чтобы сделать его более транспортабельным. При этом со-
держание сухих веществ в жоме повышается, например, до 9—
10%. Подпрессованный жом раздают немедленно посевщикам
свеклы. При заводе нет никаких жомовых ям.

Для подпрессовывания жом из желоба, находящегося под
диффузорами, забирается наклонным шнеком с дырчатым дном.
Шнек поднимает жом кверху, причем от него отделяется вода.
Верхнюю часть шнека изготовляют закрытой, и она имеет не-
сколько суживающуюся коническую форму, что вызывает ела
бое отпрессовывание воды от жома.
Если на 100 кг свеклы в подпрессованный жом переходит 5 кг
сухих веществ, то масса подпрессованного жома при содержании
в нем 9% сухих веществ будет

5-100 с с с
--------= 55,6 кг.

Следовательно, при подпрессовывании удаляется 90—55,6 =
= 34,4 кг воды, «причем масса жома уменьшается на

-3-4’*0 100 = 38,2% .

Самым лучшим, наиболее рентабельным методом использова-
ния жома является именно непосредственная передача его на
корм скоту в подпрессованном виде. Предварительное подпрессо-
вывание жома, передаваемого в колхозы, обязательно.

ПРОИЗВОДСТВО ПЕКТИНОВОГО КЛЕЯ ИЗ ЖОМА

Сущность процесса. В сухом веществе жома содержится око-
ло 40% пектиновых веществ и арабана, нерастворимых в холод-
ной воде, но постепенно переходящих в раствор при нагревании.
Если повысить температуру более 100° С (нагревание с водой в
автоклаве), то пектиновые вещества растворяются весьма быстро.
Например, нагревая жом при 125—-130° С (абсолютное давление
2,4—2,8 ат) в течение 20 мин, можно уже почти полностью пере-
вести в раствор его пектиновые вещества и арабан.

Отделив путем прессования раствор пектиновых веществ от
f нерастворенной части жома и сгущая его до концентрации 50%
сухих веществ, получим клейкую массу — пектиновый клей.

Производство пектинового клея из жома было предложено и
разработано сотрудниками ЦИНСа (Жвирблянский, Жидков).

Пектиновый клей имеет темный цвет, клеящая сила его ниже
обычных клеев (декстрин, гуммиарабик), но он вполне пригоден
для текстильной и полиграфической промышленности (для
«шлихтования» основы при производстве тканей, при книгопеча-
тании, в переплетном деле).

Весьма важно отметить, что пектиновый клей, изготовляемый
из непищевого сырья, заменяет собой декстрин, для приготовле-
ния которого требуется крахмал, т. е. пищевой продукт. Путем
дальнейшего усовершенствования производства качество пекти-
нового клея можно значительно повысить.

Схема производства пектинового клея. Свежий жом, предназ-
наченный для производства клея, предварительно перемешивают
, с водой в вертикальной мешалке, чтобы по возможности отмыть
из него сахар, затем воду отделяют от жома в наклонном шнеке с
дырчатым дном (сахар при производстве клея вреден, так как ка-
рамелизуется и окрашивает клей в более темный цвет).
Отмытый жом отжимают на жомовых прессах, повышая со-
держание сухих веществ до 15%, и затем запаривают в автокла-
вах при 125—130° С (абсолютное давление 2,4—2,8 ат) в течение
40 мин для переведения пектиновых веществ в раствор. В качест-
ве автоклавов применяют широко распространенные в спиртовой
промышленности запарники (там они служат для разваривания
и клейстеризации картофеля).

В запаренном жоме пектиновые вещества находятся уже в
растворе в 6%-ной концентрации. Для извлечения их применяют
диффузионный метод. Диффузорами служат семь запарников,
соединенных в диффузионную батарею. В качестве напорной во-
ды применяют аммиачную воду. При откачке 120% по массе за-
груженного отпрессованного жома получают раствор пектиновых
веществ, содержащий 5% сухих веществ. Клеевой раствор филь-
труют через мешочные фильтры и направляют на трехкорпусную
выпарку'под разрежением, где его сгущают до 30% сухих ве-
ществ.

Сироп из выпарки уваривают далее до концентрации 50% су-
хого вещества в вакуум-аппаратах обычной конструкции.

Выход клея. В 100 кг жома содержится около 7 кг сухого ве-
щества и 3 кг пектина, из которого около 2,5 кг переходит в рас-
твор при запаривании, часть теряется в отходах диффузии и т. п.

Таким образом, в готовый товарный клей на 100 кг жома по-
падает около 2 кг сухих веществ.

Такой малый выход не играл бы особой роли, так как сырье —
дешевое, а отход—выжимки — используется на корм скоту. Од-
нако низкий выход и низкие концентрации растворов приводят к
весьма значительному расходу пара, что является главным недо-
статком такого жомоклеевого производства.

Более совершенный метод получения пектинового клея недав-
но предложили Литвак и Барабанов [2]. Они предлагают прово-
дить гидролиз протопектина жома (разбавленного в 20 раз водой
по его сухому веществу) с 2% соляной кислоты (газа НС1 на су-
хие вещества жома) в течение 2 ч при 100° С в деревянных чанах.
После отфильтровывания (через керамиковые фильтры) раствор
нейтрализуют аммиаком, фильтруют через механические филь-
тры. Затем осаждают пектиновые вещества, находящиеся в рас-
творе, прибавляя А1С13 (20%-ный раствор) до снижения pH до
3,5—4. Коагулят с алюминием отфильтровывают (можно на ва-
куум-фильтрах), осадок, завернутый в салфетки, отжимают на
гидравлическом прессе (до содержания 25% сухих веществ) и
высушивают в камерной сушилке, оставляя влаги лишь 15—18%.
Высушенный клей размалывают.

Выход воздушно-сухого клея составляет 20% к массе сухого
жома. Клей в воде не растворяется, так как является соедине-
нием пектина с алюминием, но растворяется в кислотах, лучше
всего в уксусной (0,6% к массе клеевого раствора). Раствор, со-
470
держащий лишь 4—5% пектинового клея, обладает уже хороши-
ми клеящими способностями и имеет лишь сероватый цвет. Он го-
раздо чище и лучше, чем клеевой раствор, полученный прежним
способом путем запаривания при повышенном давлении. Расход
пара на производстве меньше в 2 раза. Однако технически метод
еще слабо разработан.

ПРОИЗВОДСТВО ИЗ ЖОМА СТУДНЕОБРАЗУЮЩЕГО ПЕКТИНА

Студнеобразующие вещества требуются в кондитерской про-
мышленности для производства мармелада. Обычно пользуются
пектином из корочек цитрусовых плодов ( апельсинов, лимонов)
или из яблочных выжимок (отход производства сидра или яблоч-
ного сока).

Для получения мармелада берут 65%-ный водный раствор са-
харозы, прибавляют около 1 % пектина и лимонной или винной
кислоты до pH 3—3,2. Горячий раствор при остывании его до
комнатной температуры застывает в довольно прочный студень —
мармелад. При этом сахароза способствует студнеобразованию,
отнимая (связывая) воду, а кислота вытесняет слабодиссоцииро-
ваиную пектиновую кислоту из ее солей, поэтому нейтральные
молекулы пектина сцепляются своими концами, образуя доста-
точно прочный каркас студня, удерживающий сахарный
раствор.

Попытки получить студнеобразующий пектин из дешевого
сырья — жома — долго не удавались. Получался очень слабый
студень, что, по-видимому, неправильно объясняли меньшей мо-
лекулярной массой пектина свеклы и меньшим содержанием в
нем оксиметильных групп.

В последнее время в СССР во Всесоюзном научно-исследова-
тельском институте кондитерской промышленности Г. В. Бузина
[3] разработала метод получения и из жома хорошего студнеоб-
разующего пектина. Оказалось, что для этого нужно переводить
пектин жома в раствор, т. е. гидролизировать протопектин не на-
греванием с водой под давлением, а лишь при температуре 70° С
с 2%-ным раствором НС1 в течение 2 ч. Это объясняется тем, что
при таком гидролизе отщепляются ацетильные группы пектино-
вой молекулы, которые иначе снижают студнеобразующую спо-
собность пектина.

Полученный раствор пектина отфильтровывают, фильтрат
нейтрализуют аммиаком до pH 7,3 и выделяют из него пектин в
виде нерастворимого соединения с алюминием, прибавляя Л1С13
в таком количестве, чтобы pH снизился до 3,7. Осадок отжимают
на центрифуге и высушивают.

Остается лишь удалить из этого осадка алюминий. Это де-
лается путем обработки осадка 70°-ным алкоголем, к которому
добавляют 4% НС1: пектин не растворяется в 70°-ном алкоголе и
остается в осадке, а алюминий вымывается из него в виде А1С13-
Затем следует промывание осадка пектина 60°-ным спиртом для
удаления НС1, отжимание и высушивание. Спирт, конечно, реге-
нерируют.

По этой схеме пектин из жома производят уже с 1955 г. на
Нальчикской кондитерской фабрике. Он удовлетворяет всем тре-
бованиям к хорошим студнеобразующим пектинам.

ДИФФУЗИОННАЯ ВОДА. ЖОМОПРЕССОВАЯ ВОДА

На сахарных заводах с диффузионными батареями получает-
ся около 120% диффузионной воды к массе свеклы. В этой воде
содержится 0,10—0,15% сахара и 0,15% других органических ве-
ществ. Она легко загнивает, кроме того, содержит ядовитый для
рыб сапонин, поэтому ее нельзя спускать в реки или пруды, а на-
до направлять на поля орошения. Следовательно, диффузионная
вода является неприятным отбросом производства при работе с
диффузионными батареями. К ней присоединяется еще около 55%
жомопрессовой воды, если завод имеет сушку жома (или 30%,
если жом лишь слегка подпрессовывается и в таком виде выдает-
ся посевщикам свеклы).

Большое количество уходящей диффузионной воды весьма по-
вышало и расход свежей воды на диффузионные батареи (около
250%) по свекле). Поэтому пытались заменить часть свежей воды
на диффузионную воду, возвращаемую на диффузионную ба-
тарею.

Большим преимуществом диффузионных аппаратов непрерыв-
ного действия является отсутствие диффузионной воды при их ра-
боте.

Жомопрессовая вода. Для диффузионных аппаратов непре-
рывного действия жомопрессовая вода, получаемая при отпрес-
совывании жома обычно на шнековых прессах с повышением со-
держания сухих веществ в отжатом жоме до 16—18%, является
единственным отходом диффузии. Этой воды не так много. На-
пример, если масса жома на 100 кг свеклы составляет 80 кг и со-
держание сухих веществ в нем 7%, а после прессования полу-
чается уже 18% сухих веществ в жоме, то масса отжатого жома
80-7

около —— = 31 кг, т. е. отжатой жомопрессовой воды около 80—

—31 = 49 кг. В эту воду переходит около 2/3 сахара, содержаще-
гося в неотжатом жоме, а остается сахара лишь Уз-

Для диффузионных аппаратов непрерывного действия следует
считать совершенно обязательным отжимание полностью всего
жома и возврат всей жомопрессовой воды в диффузионный аппа-
рат взамен части свежей воды. Это очень важно, так как
472
резко ’ снижает потери сахара в отходе диффузии (в отжа-
том жоме).

Возврат жомопрессовой воды производят двумя способами:
возвращаемую жомопрессовую воду просто смешивают со свежей
водой или на уходящий жом направляют лишь свежую воду, а
возвращаемую жомопрессовую воду подают в ту часть аппарата,
где концентрация сахара в соке между стружкой примерно равна
концентрации его в возвращаемой воде — примерно на ‘/to объема
аппарата от хвостовой части его. Этот последний метод более со-
вершенен: здесь жом перед удалением из аппарата подвергают
высолаживанию чистой водой. Поэтому и эффект возврата жомо-
прессовой воды здесь больше: он снижает потери почти вдвое (на
45%), тогда как при смешивании свежей воды с возвращаемой
жомопрессовой водой потери снижаются примерно только
на 35%.

Жомопрессовая вода содержит примесь мезги, которая мо-
жет при возврате забивать промежутки между стружкой и ухуд-
шать движение сока в диффузионном аппарате. Кроме того, эта
вода весьма инфицирована. В ней содержится много микроорга-
низмов, что вызвало бы усиленную инфекцию во всем диффу-
зионном аппарате. Поэтому жомопрессовую воду необходимо
подготовить к возврату: ее профильтровывают через свежий жом,
поступающий из аппарата, и проводят через отстойник для
удаления мезги, а для дезинфекции нагревают перед от-
стойником.

В главе о работе диффузионных аппаратов непрерывного дей-
ствия даны две схемы такой предварительной очистки и дезин-
фекции жомопрессовой воды: одна при описании аппарата
КДА-25-59 (рис. 61) и другая схема, предложенная А. А. Липе-
цом и И. М. Литваком (рис. 86).

В первой из этих схем предусмотрен нагрев жомопрессовой
воды лишь до 80° С, что, однако, недостаточно для хорошей де-
зинфекции. В схеме Липеца и Литвака предлагается нагрев
до 90° С.

В этой схеме, чтобы экономить пар, применен трубчатый теп-
лообменник, в котором идущая на диффузионный аппарат горя-
чая (90°С) жомопрессовая вода отдает часть своей теплоты и
подогревает воду, идущую на стерилизацию и имеющую темпе-
ратуру лишь 50° С, до 65—70° С. Окончательный нагрев до 90' С
выполняется впусканием в нее пара через барботер (подогрева-
тель «бойлерного» типа).

Еще лучше предложенный в последнее время метод сульфи-
тации жомопрессовой воды (И. Ф. Зеликман и В. М. Приймак).
Затем стерилизованную сульфитацией жомопрессовую воду в
смеси со щелочной аммиачной водой направляют на питание
диффузионного аппарата.
Использование мелассы методами брожения

Производство спирта. Основой мелассоспиртового производ-
ства является сбраживание сахара мелассы при температуре
20—-25° С дрожжами и превращение его в спирт и углекислый газ

С12Н22О11 Н2О — С6Н12Ов -р С6Н12О6 = 4С2НбОН 4СО2
Сахароза Глюкоза Фруктоза Спирт

Сахароза при помощи инвертазы (или сахаразы) дрожжей
превращается в смесь глюкозы и фруктозы, которые дальше дру-
гим ферментом — зимазой дрожжей — сбраживаются в спирт и
углекислый газ.

Согласно приведенному уравнению, из 342 кг сахарозы (342—
ее молекулярная масса) получается теоретически 4-46= 184 кг
алкоголя (46 —молекулярная масса алкоголя), или на 100 кг
сахарозы — 53,8 кг, или 53,8 : 0,793 — 67,8 л.

Фактически получается 58—60 л спирта из 100 кг сахарозы,
т. е. коэффициент использования сахарозы мелассы оказывается
выше 85 % - Спирт легко выделяется из сбродившего мелассового
раствора перегонкой, причем имеющаяся примесь несахаров ни-
сколько не мешает.

Меласса может содержать иногда значительные количества
раффинозы (например, 1—3%). Обычные верхневые дрожжи
спиртового производства расщепляют раффинозу .лишь на фрук-
тозу и мелибиозу, причем последняя дальше не сбраживается,
так как в верхневых дрожжах нет фермента мелибиазы, расщеп-
ляющего мелибиозу. Такой фермент содержится в низовых пиво-
варенных дрожжах и в специальных расах дрожжей, которые и
применяются в мелассоспиртовом производстве, они достаточно
полно сбраживают и раффинозу.

Мелассу перед сбраживанием разбавляют до 25% СВ. После
сбраживания и отгонки спирта остается барда, в которой содер-
жатся все несахара мелассы. Концентрация барды приблизитель-
но 10% СВ. Барду иногда спускают в поглощающие колодцы,
причем все азотистые вещества мелассы и соли калия теряются
без всякой пользы, а почва заражается гниющей бардой.

Гораздо целесообразнее сгущдть мелассовую барду в трех-
корпусной выпарке, например, до 33% СВ. Затем этот сгущенный
раствор выпаривать досуха и сжигать в специальных бардосжи-
гательных печах. В дальнейшем, при установившемся ходе, вы-
паривание и высушивание бардяного сиропа идут за счет тепла
органических веществ барды, сгорающих в последнем отделении
печи. Остаток от сжигания барды — так называемый бардяной
уголь, который на 80—90% состоит из К2СО3 (поташ), служит
хорошим калийным удобрением; его применяют также для полу-
чения очищенного поташа. На 100 кг сухого вещества мелассы по-
лучается 10—15 кг бардяного угля.
Недостатком бардосжигания является потеря всех органичес-
ких и азотистых веществ мелассы. Из несахаров утилизируются
лишь соли калия. Более полно можно использовать несахара,
подвергая сгущенную барду сухой перегонке, причем в реторте
остается бардяной уголь, а в погоне получается аммиак. При
этом получаются также и соли синильной кислоты.

Возможна и сложная переработка барды с хорошей утилиза-
цией ценных составных частей ее (Лохвицкий спиртовой завод).
Барду выпаривают и уваривают, причем получаются соли калия,
глутаминовая кислота и бетаин.

Быть может, самым простым полным использованием несаха-
ров барды было бы применение сгущенной барды в качестве
удобрения.

Производство дрожжей. Меласса в настоящее время служит
главным и почти единственным основным сырьем для производ-
ства хлебопекарных дрожжей.

В дрожжевом производстве в противоположность спиртово-
му процесс направляют так, чтобы по возможности меньше полу-
чалось спирта и сахар мелассы расходовался на построение
дрожжевых клеток.

Размножение и рост дрожжей сильно ускоряются в присутст-
вии кислорода воздуха. Поэтому в дрожжевом производстве бро-
жение ведут при энергичном продувании в бродящую массу боль-
шого количества воздуха.

Кроме того, брожение ведут в сильно разбавленном растворе,
концентрация которого не должна быть больше 5% СВ. Таким
образом, дрожжи получают лишь питательные вещества, необхо-
димые для их роста, но не имеют избытка сахара для сбражива-
ния в спирт.

Разбавленный раствор мелассы мог бы быстро истощиться, и
дрожжи начали бы голодать. Поэтому брожение ведется по при-
точному способу, при котором по мере израсходования питатель-
ных веществ непрерывно приливают к бродящей жидкости све-
жий, более концентрированный мелассовый раствор.

Меласса не содержит некоторых веществ, необходимых для
роста дрожжей. Сухие вещества дрожжей состоят наполовину из
белков, т. е. содержание азота в сухом веществе дрожжей дости-
гает 8%. Зола дрожжей состоит в основном из фосфорнокалиевой
соли. В мелассе имеется в достаточном количестве для выращи-
вания дрожжей лишь калий. Фосфорной кислоты в ней совсем
нет, а азота содержится недостаточное количество (2% азота, но
из них усвояемого дрожжами не более 0,8%, так как, например,
азот бетаина дрожжами совсем не усваивается). Поэтому при
производстве дрожжей прибавляют к мелассовому раствору сер-
нокислый аммоний как источник хорошо усвояемого азота и су-
перфосфат как источник фосфорной кислоты.
При перечисленных условиях (продувание воздуха, разбав-
ленные растворы, приточный способ и минеральная подкормка)
выход дрожжей высокий, например на 100 кг мелассы получается
100 кг прессованных дрожжей, содержащих 25% сухих веществ.

Производство глицерина. Глицерин необходим в ряде произ-
водств: в текстильном, полиграфическом, фармацевтическом
и т. п.

Старый обычный способ получения глицерина основывается
на расщеплении жиров, но при омылении и расщеплении такого
ценного сырья, как жиры, получается лишь около 10—15% гли-
церина (к их массе).

Из дешевого сравнительно сырья — мелассы — глицерин полу-
чают методом брожения при помощи дрожжей. При обычном
брожении дрожжи превращают сахар в спирт и углекислый газ.
Однако реакция спиртового брожения сахара в действительности
идет не так просто, как изображено в схеме. Имеется ряд проме-
жуточных стадий. В качестве промежуточных веществ при спир-
товом брожении образуются глицерин и уксусный альдегид. Если
уксусный альдегид связать, например, прибавляя сернистонат-
риевой соли (Na2SO3) и превращая альдегид в бисульфитное
производное, можно остановить брожение на промежуточной ста-
дии, т. е. получить глицерин, альдегид и лишь малое количество
алкоголя.

Глицерино-альдегидное орожение идет, следовательно, в при-
сутствии Na2SO3 и NaHSO3 и происходит по схеме

C6H12Oe = СН3СНО + СН..ОН СНОН • СН..ОН I- со2
Сахар Альдегид Глицерин

На 100 кг сахара, находящегося в растворе, приходится при-
бавлять при брожении значительное количество сульфита натрия,,
например 40 кг. Расход дрожжей также значителен, так как они
развиваются в неблагоприятных условиях; на 100 кг сахара за-
трачивается 10 кг дрожжей. Мелассу для сбраживания разбав-
ляют до концентрации 20% СВ.

Кроме глицеринового, все же идет в значительной степени и
спиртовое брожение. Удается получить в заводских условиях око-
ло 20 кг глицерина на 100 кг сахара, или 10 кг глицерина на
100 кг мелассы, содержащей 50% сахара.

Довольно сложен процесс выделения глицерина из получен-
ной после брожения бражки. В бражке содержится лишь 2—3%.
глицерина, 1—2% спирта и 1% уксусного альдегида.

Прежде всего путем декантации отделяют из бражки дрожжи,,
затем отгоняют спирт и альдегид. Потом бражку выпаривают до
50% СВ и охлаждением выкристаллизовывают главную массу
Na2SO3. Прибавляя хлористый кальций и известковое молоко,,
осаждают и остальную часть сульфит-ионов в виде сульфита
478
кальция. Очищенный таким образом раствор содержит 15—18%
глицерина.

Наконец, отгоняют глицерин путем дистилляции под разреже-
нием с перегретым паром. Полученный глицерин-сырец очищают
вторичной дистилляцией.

Как видим, производство глицерина из мелассы сложно. Оно
было поставлено на Эртильском и Кара-Балтинском заводах, но
«казалось нерентабельным и прекращено.

Производство молочной кислоты. Молочная кислота весьма
ценна для пищевой промышленности (кондитерской, консервной,
хлебопекарной, при производстве фруктовых вод и т. п.); она име-
ет важное значение и в фармацевтической промышленности.

Молочная кислота легко получается сбраживанием сахарозы
посредством молочнокислых бактерий при 50 С *. Сахароза этими
бактериями сначала расщепляется на глюкозу и фруктозу, кото-
рая затем сбраживается по уравнению

С6Н12О6 = 2СН3 - СНОН • СООН.

Брожение ведется в растворах мелассы, имеющих концент-
рацию около 15% СВ. В течение брожения добавляют понемно-
гу мел, чтобы нейтрализовать образующуюся молочную кислоту,
так как она иначе останавливает дальнейшее сбраживание. Та-
ким образом, молочная кислота накопляется в растворе в виде ее
кальциевой соли (10—12%). Брожение длится 6 дней. Выход мо-
лочной кислоты составляет 90% от теоретического.

Раствор фильтруют, очищают активным углем, концентриру-
ют и при охлаждении выкристаллизовывают из него молочно-
кальциевую соль. ЛАаточный раствор можно вторично сгущать и
кристаллизовать.

Выделенную молочнокальциевую соль разлагают в деревян-
ных чанах, прибавляя серную кислоту, причем образуется и вы-
падает в осадок сернокальциевая соль (гипс), а молочная кис-
лота переходит в раствор. После отфильтровывания осадка по-
лучается довольно чистый раствор молочной кислоты, имеющий
концентрацию около 25%.

Для дальнейшего сгущения раствор молочной кислоты выпа-
ривают под разрежением в кислотоупорных вакуум-аппаратах;
таким образом, получается более концентрированная молочная
кислота (50—75%).

Для получения совершенно чистой молочной кислоты можно
ее перегонять с перегретым острым паром под разрежением.

Производство лимонной кислоты. Для пищевой промышлен-
ности лимонная кислота еще более ценна, чем молочная. Рансе
ее изготовляли исключительно лишь из сока незрелых лимонов.

* Оптимальная температура молочнокислого брожения 35° С, по ведут
•брожение все же при 50° С, так как такая повышенная температура препят-
ствует развитию других бактерий, например маслянокислых.
В настоящее время она производится главным образом из сахара
мелассы под действием аэрофильных плесневых грибов типа ас-
пергиллус. Это окислительное брожение требует притока кисло-
рода воздуха и идет приблизительно по схеме

2СвН12О6 + ЗО2 = 2С6Н,..О7 + 4Н2О.

Приготовляют разбавленный раствор мелассы с добавкой со-
лей, содержащих азот и фосфорную кислоту, наливают его в
плоские сосуды и ведут брожение при температуре 25—35° С, по-
давая стерильный воздух. По окончании брожения раствор со-
держит 10—15% лимонной кислоты, которую осаждают в виде
соли кальция, прибавляя горячего известкового молока и порош-
ка СаСО3. Выход лимоннокальциевой соли около 60% к массе са-
хара. Далее, как и при производстве молочной кислоты, обраба-
тывают лимоннокальциевую соль раствором серной кислоты; при
этом кальций будет в осадке в виде сернокальциевой соли, а в
растворе будет лимонная кислота, которую после сгущения вы-
кристаллизовывают.

Чтобы сделать менее громоздким этот способ, требующий
больших поверхностей, нужно проводить брожение в погружен-
ном состоянии с продуванием воздуха.

Из сахара мелассы методом брожения можно также получать
ацетон и бутиловый спирт (ацетоно-бутиловое брожение).

Получение сахара из мелассы

Значение получения сахара из мелассьн Не следует забывать,
что меласса содержит 50% ценного питательного вещества — са-
хара, ради получения которого и культивируется свекла. Поэто-
му с народнохозяйственной точки зрения было бы целесообразнее
использовать мелассу именно для получения сахара, а не чего-ли-
бо другого, конечно, при условии, что метод получения будет не
слишком дорог и сложен.

В самом деле, для спиртового производства тратят около 70%
всей мелассы, между тем для этого производства можно приме-
нять не только картофель, культура которого гораздо проще, чем
культура свеклы, но даже и совсем непищевое сырье — древесные
опилки, лузгу, солому и т. д.; широко развивается и получение де-
шевого синтетического спирта из нефтепродуктов. На корм скоту
тратят около 10% всей мелассы, по не лучше ли кормить скот се-
ном и жмыхами, не имеющими пищевого значения, а из мелассы
получать сахар и таким образом увеличить в стране количество
питательных веществ. Поэтому весьма важно рассмотреть имею-
щиеся методы получения сахара из мелассы.

Таких методов имеется несколько:

выделение сахара из мелассы в виде плохо растворимого трех-
кальциевого сахарата;
осаждение сахара в виде двухстронциевого сахарата (строн-
циановый метод);

осаждение сахара в виде однобариевого сахарата;

осаждение сахара при помощи концентрированной уксусной
кислоты.

Сепарация по Стеффену [5]. Сепарация по Стеффену основана
на осаждении сахарозы в виде трехкальциевого сахарата из раз-
бавленного раствора мелассы при помощи тонкого порошка изве-
сти. Несахара мелассы остаются в растворе; их удаляют при
фильтрации, а отфильтрованный сахарат, размешанный с про-
моями, применяют в виде «сахаратного молока» на дефекации
вместо обычного известкового молока. Таким образом, сахар ме-
лассы возвращается обратно в соки сахарного завода. Весьма
ценно, что для выделения сахара из мелассы при этом способе не
затрачивается никаких дополнительных материалов, а исполь-
зуется та же известь, которая все равно нужна для очистки сока
на дефекации.

Сепарация по Стеффену применяется на многих свеклосахар-
ных заводах в США.

Мелассу, идущую на сепарацию, разбавляют в мешалке 1 во-
дой или промоями с сахаратных фильтров (до СВ 10—12%, или
содержания сахара 5,2—5,5%). Раствор поступает в реактор-хо-
лодильник 2 с хорошей пропеллерной мешалкой, работающий пе-
риодически, где охлаждается до температуры по возможности
около 10° С. Затем в реактор постепенно при энергичном переме-
шивании и охлаждении подают тонко размолотую известь
(рис. 170). Известь добавляют в течение 15—20 мин. Выпадает
трехкальциевый сахарат. Желательно, чтобы температура была
не выше 15° С.

За ходом процесса можно следить отбирая пробы и опреде-
ляя щелочность фильтрата их. Сначала количество извести
в растворе возрастает, например, до 2,8% СаО; затем при осаж-
дении сахарата щелочность быстро понижается и доходит до
0,6—0,7% СаО, что и служит признаком достаточной полноты
осаждения. Эти характерные изменения щелочности вполне по-
нятны с точки зрения теории образования трехкальциевого саха-
рата: сначала известь в избыточном количестве растворяется,
образуя сильно пересыщенный раствор, из которого затем и вы-
кристаллизовывается трехкальциевый сахарат. Для достаточно
полного осаждения обычно затрачивают на 100 частей сахара
в мелассе 115 частей СаО. В растворе остается лишь около 0,5%
сахара вместо первоначальных 5,2, т. е. в осадке оказывается
около 90% всего имеющегося сахара. Всю массу спускают в сбор-
ник 3, откуда она идет на вакуум-фильтр.

Осадок сахарата возможно быстрее отфильтровывают на ва-
куум-фильтре и промывают холодной водой, причем отдельно со-
бирают первоначальный маточный раствор и промой. Промой
16 Заказ 905 481
применяют вместо воды для приготовления мелассового раствора
(для разбавления мелассы до 10—12% СВ).

Маточный раствор (щелок) можно удалять как отброс или
же лучше выделять из него еще значительную часть сахара на-
греванием до 85—90° С. Сахар при этом выпадает тоже в виде
трехкальциевого сахарата. Теория образования этого «горячего»
трехкальциевого сахарата описана в разделе химии сахарозы.
При нагревании происходит гидролиз находящегося в растворе
сахарата. Известь, освободившаяся вследствие гидролиза, долж-
на выпасть в осадок, так как растворимость ее очень мала
(0,06%), но скорость выпадения в осадок извести незначительна,
поэтому выпадает быстрее кристаллизующийся трехкальциевый
сахарат. Подогрев до 40°С производят в подогревателе, так как
осадок сахарата еще не выпадает. Дальнейшее нагревание ведет-
ся в подогревателях-реакторах 4 открытым паром при помощи
барботеров. В маточном растворе, отфильтрованном от холод-
ного сахарата, содержится обычно около 0,55% сахара. Щелоч-
ность маточного раствора около 0,80% СаО. После нагревания
щелочность его оказывается около 0,40% СаО и содержание са-
хара 0,15%. После насыщения углекислотой и отфильтровывания
углекальциевой соли в этом щелоке содержится 3,0% СВ, т. е.
чистота составляет лишь 5,0%.

Суспензию выпавшего «горячего» сахарата сгущают в много-
ярусном отстойнике 5.

Для отделения осадка «горячего» сахарата из сгущенной сус-
пензии его применяют также вакуум-фильтры, причем жидкость
должна оставаться горячей.' Но при фильтрации горячей и силь-
но щелочной жидкости очень быстро изнашивается фильтрую-
щий холст. Поэтому для фильтрации горячего сахарата приме-
няют более устойчивую капроновую ткань.

В получаемом трехкальциевом сахарате вследствие несовер-
шенной промывки его, конечно, содержится не только известь и
сахар, но также и примесь несахаров. Особенно прочно удержи-
ваются адсорбированные сахаратом поверхностно-активные ок-
рашенные вещества мелассы, что является большим недостатком
сепарации по Стеффену.

Для определения качества полученного сахарата суспензию
его в воде сатурируют углекислотой, причем известь оседает
в виде углекальциевой соли, а сахар и несахара переходят в рас-
твор. Осадок отфильтровывают и определяют чистоту раствора.
При хорошей промывке такая чистота сахарата должна быть не
меньше 90%.

Схема сепарационного отделения изображена на рис. 170. Хо-
лодильник-реактор для осаждения сахарата (см. схему) напоми-
нает по устройству выпарной аппарат Роберта: узкие вертикаль-
ные трубки и в середине широкая циркуляционная труба. Рас-
твор мелассы заполняет трубки, находится под ними и над ними.
482
Рис. 170. Технологическая схема известковой сепарации:

I — мешалка; 2 — реактор для осаждения сахарата; 3 — сборник; 4 — на-
греватель для осаждения горячего сахарата; 5 — отстойник горячего сахарата.

Снаружи трубки омываются не паром, как в аппарате Роберта,
а холодной водой (5—10°С). Для энергичного перемешивания
мелассового раствора в пространстве под трубками имеется про-
пеллерная мешалка, делающая, например, 100 об!мин. Она дей-
ствует как центробежный насос, засасывая раствор из циркуля-
ционной трубы и нагнетая его вверх по узким трубкам. Размо-
лотая известь, подаваемая сверху, увлекается током раствора
в циркуляционную трубу и моментально основательно смеши-
вается с раствором.

Для грубого предварительного измельчения извести примени
ют конусные дробилки (размер кусков около 10 мм в попереч-
нике). Более тонкого размола извести достигали ранее на жер-
новах или шаровых мельницах с последующим просеиванием ее
через тонкие сита. Известь можно размолоть более совершенно
в роликовых мельницах, в которые подается ток воздуха, унося-
щий лишь тонкие, достаточно измельченные частицы и оставляю-
щий крупные кусочки в мельнице. Таким образом, сита не
нужны.

Тонкие частицы СаО выделяются из воздуха в центробежном
сепараторе типа Сирокко, откуда их направляют в холодильник
для осаждения сахарата. Воздух же, освобожденный от частиц
извести, вновь гонится вентилятором в роликовую мельницу; та-
ким образом, используется все время один и тот же воздух, ко-

483
торый циркулирует в герметически замкнутой системе, поэтому
в помещение не проникает пыль; раньше обильная известковая
пыль делала работу в сепарационном отделении весьма тяже-
лой и вредной для здоровья.

Метод сепарации позволяет утилизировать при хорошо по-
ставленном производстве теоретически около 87% к массе саха-
ра мелассы, т. е. потери сахара в отходящих щелоках составля-
ют лишь 0,2—0,3% к массе свеклы. На практике же выход ока-
зался значительно меньше (около 80%).

В России на ряде сахарных заводов применялась сепарация
по Стеффену в период 1890—1910 гг., но оборудование было еще
очень несовершенно: холодильники имели не пропеллерные,
а шнековые мешалки, перемешивание было весьма слабо, что
вызывало большой расход извести и увеличенные потери в щело-
ках. Мельницы для извести давали много пыли, размельчение
было недостаточно тонким. Для отделения сахарата применя-
лись фильтрпрессы, а не вакуум-фильтры, что требовало тяже-
лой ручной работы и не позволяло хорошо промыть сахарат; «го-
рячего» сахарата совсем не выделяли, что также вызывало уве-
личенные потери сахара. Ввиду всех этих недочетов метод
сепарации оказался нерентабельным и все сепарационные отде-
ления постепенно закрылись (к 1912 г.).

Недочеты метода сепарации по Стеффену еще довольно зна-
чительны, хотя многие из них могли бы быть устранены.

Расход извести еще слишком велик: 115% к массе сахара ме-
лассы, тогда как теоретически (по формуле трехкальциевого са-
харата G2H22O11 -ЗСаО) он должен бы составлять лишь 49%.
Это удорожает производство, так как всю эту известь необходи-
мо тонко размалывать.

Расход извести, подлежащей размолу, можно бы сократить
почти на '/з, если бы направлять в холодильник раствор мелас-
сы, уже насыщенный известью, а для насыщения применять
известь в кусках, а не размолотую. Избыток извести и недопал
можно бы удалять путем отстаивания.

Применение заранее насыщенного известью мелассового рас-
твора облегчило бы и улучшило бы также и процесс осаждения
сахарата в реакторе, так как в него потребовалось бы всыпать
на 30% меньше извести и выделение тепла также уменьшилось
бы на 30%.

Недостатком является периодический способ работы реакто-
ров. Но на сахарных заводах Спрекельс в США уже осуществ-
лен и непрерывный способ осаждения трехкальциевого сахарата
(Общая литература 6, стр. 449). Для этого применяют раствор
мелассы, уже заранее насыщенный известью (известь в виде из-
весткового молока в количестве 22% СаО к массе сахара) и ох-
лажденный до 4°С (применяют холодильные машины).
Мелассовый раствор подается равномерным, точно регулиру-
емым потоком по касательной в воронкообразный сосуд, где он
движется вихреобразно, но без образования пены. Туда же равно-
мерно ленточным транспортером подается тонкий порошок изве-
сти, который хорошо смешивается с быстровращающимся мелас-
еовым раствором и уходит из нижнего конца воронки в центро-
бежный насос, завершающий перемешивание.

Насос подает смесь в нижнюю часть вертикального цилинд-
рического реактора с мешалкой, где смесь задерживается около
3 мин и идет дальше на вакуум-фильтры. Часть смеси из верхней
части реактора при помощи особого центробежного насоса цир-
кулирует в нижнюю часть его, что способствует укрупнению час-
тиц осажденного сахара. При непрерывном проведении про-
цесса со всей этой станцией полностью справляется один рабо-
чий. Установка за сутки перерабатывает 200 т мелассы.

При обессахаривании мелассы по Стеффену осаждается не
только сахароза, но также и раффиноза, содержащаяся в мелас-
се, которая образует нерастворимый трехкалыщевый раффино-
зат. Таким образом, в соки сахарного завода возвращается не
только сахароза, но и раффиноза мелассы. Поэтому соки, сиро-
пы и меласса сахарного завода постепенно все более и более обо-
гащаются раффинозой. Возвращается также много красящих ве-
ществ, адсорбированных сахаратом, что повышает цветность со-
ков.

В мелассе может накопиться до 5% раффинозы. Это затруд-
няет варку утфелей, форма кристаллов сахара делается вытя-
нутой, игольчатой, увеличивается количество и чистота мелас-
сы. Для устранения ненормальностей богатую раффинозой «ди-
скардную» мелассу выводят из сахарного завода, а в сепараци-
онном цехе некоторое время перерабатывают мелассу из других
сахарных заводов, не имеющих сепарации. Приходится выво-
дить в качестве дискардной 15—20% мелассы.

Кроме раффинозы, как уже указывалось, при обессахарива-
пии мелассы методом сепарации в сок возвращаются адсорби-
рованные сахаратом поверхностно-активные и особенно цветные
вещества, что тоже, конечно, вредно отражается на процессах
сахарного производства. Но все же эти затруднения вполне пре-
одолимы.

Несахара мелассы при обессахаривании по Стеффену теря-
ются, уходя со щелоками, являющимися обременительными от-
бросами, их удаляют на поля орошения. Для получения удобре-
ний щелока можно сгущать на выпарке в 6—7 корпусах, допу-
ская в первом из них высокую температуру кипения, например
135ПС, так как опасаться разложения сахарозы уже не прихо-
дится. Из сгущенного щелока, как и из барды мелассоспирто-
вых заводов, можно получать бетаин, глутаминовую кислоту и
соли калия.
Для сепарации требуется много холодной воды для охлаж-
дения, и все же охлаждение часто бывает недостаточным. Это
сильно повышает потери сахара в щелоках. Для СССР и осо-
бенно для восточных районов этот недостаток сепарации значи-
тельно смягчается, так как там длительная производственная
кампания проходит в холодные зимние месяцы, когда нетрудно
иметь холодильную-воду достаточно низкой температуры (даже
близкой к 0°).

Стронциановый метод обессахаривания мелассы. Основным
процессом стронцианового способа обессахаривания мелассы
является осаждение двухстронциевого сахарата из мелассового
раствора. Для полноты осаждения требуется применять избы-
ток осаждающего реактива гидрата окиси стронция (Sr(OH)2-
•8Н2О). Поэтому осаждение ведут при температуре кипения,
так как при низкой температуре растворимость Sr(OH)2 очень
мала и невозможно иметь в растворе достаточный избыток
стронция, необходимый для осаждения двухстронциевого саха-
рата. При повышенной температуре, наоборот, растворимость
Sr(OH)2 весьма повышается и осаждение сахарата идет доста-
точно полно.

Растворимость SrO в воде в зависимости от температуры
следующая:

Температура, °C 0 20 40 60 80 90 100

Растворимость SrO,

% по массе . . 0,35 0,69 1,48 3,03 6,57 12,00 19,48

Как видим, при температуре 100° С растворимость SrO в
56 раз больше, чем при 0°.

Для осаждения сахара мелассу сначала разбавляют промоя-
ми сахарата, содержащими уже 15% Sr (ОН)2 • 8Н2О (объем-
ные проценты, т. е. а/100 мл) и 0,5% сахара. На одну часть ме-
лассы берут 2,5 части промоя. Затем раствор доводят до кипе-
ния и при кипячении вносят кристаллический гидрат окиси
стронция — Sr(OH)2 • 8Н2О. Осаждается двухстронциевый са-
харат в виде хорошо фильтрующихся кристаллов. Осаждение
достаточно полное, если в межкристальной жидкости имеется
до 16—17,5% (объемных) Sr(OH)2-8H2O и лишь 0,2—0,4%
сахара.

Осадок сахарата отфильтровывают и промывают. Получают
щелок, содержащий все несахара, и промой, используемый для
приготовления нового раствора мелассы.

В отличие от сепарации по Стеффену стронциевый сахарат
нельзя применять для очистки диффузионного сока, так как при
этом потеряли бы очень ценный реактив — гидрат окиси строн-
ция. Поэтому завод, обессахаривающий мелассу стронциановым
методом, не является частью свеклосахарного завода, а пред-
ставляет собой совершенно самостоятельное предприятие, пере-
486
рабатывающее привозную мелассу с ряда сахарных заводов.
Все усилия здесь направляют к' тому, чтобы как можно полнее
регенерировать гидрат окиси стронция, примененный для осаж-
дения сахара.

Казалось бы, проще всего отсатурировать полученный саха-
рат углекислотой, причем сахар перешел бы в раствор, а строн-
ций достаточно полно выделился бы в виде SrCO3:

C12H22OU - 2SrO + 2СО2 = C12H22On + 2SrCO3.

Из маточного щелока также можно выделить стронций по-
средством сатурации. Обжигая SrCO3, можно его вновь превра-
тить в SrO.

Однако обжиг SrCO3— трудная операция, требующая высо-
кой температуры, 1500° С (а не 1000° С, как для СаСО3), доро-
гих барабанных вращающихся печей. Поэтому стараются боль-
шую часть Sr (ОН) 2 не превращать в SrCO3, а выкристаллизо-
вать в виде Sr (ОН) 2 • 8НгО. Это удается сделать пользуясь
малой растворимостью Sr(OH)2 при низких температурах.

Отфильтрованный двухстронциевый сахарат устойчив лишь
при высокой температуре (100° С), при охлаждении же до тем-
пературы 1—3° С (применяют холодильные установки) в при-
сутствии воды он разлагается, причем в осадке оказывается
кристаллический Sr (ОН)2 ♦ 8Н2О, а в растворе — весь сахар в
виде одностронциевого сахарата (С12Н22О11-SrO). Такое превра-
щение понятно, так как при низкой температуре наименее рас-
творимым является не двухстронциевый сахарат, а гидрат окиси
стронция, поэтому реакция и идет в сторону получения этого
менее растворимого соединения:

Ci2H22On • 2SrO + 9Н2О = C12H22OU - SrO + Sr (ОН)2 - 8Н2О.

Таким образом удается выделить и отфуговать на центри-
фугах половину гидрата окиси стронция из двухстронциевого
сахарата («белая соль»).

Раствор одностронциевого сахарата приходится сатуриро-
вать и затем отфильтровывать выпавший SrCO3, который обжи-
гают в барабанных вращающихся печах длиной до 60 л/ типа
цементных печей; топливом служит мазут; температура обжига
1500° С. Фильтрат от SrCO3 представляет собой сахарный рас-
твор высокой чистоты, например 95% • Концентрация сока 14—
18% СВ. Сок этот выпаривают в многокорпусной выпарке, ува-
ривают и кристаллизуют, как обычный сок II сатурации, на са-
харном заводе.

Маточный щелок, полученный при отфильтровывании двух-
стронциевого сахарата и содержащий 16—17% Sr(OH)2 - 8Н2О.
также охлаждают, причем большая часть гидрата окиси строн-
ция выкристаллизовывается в виде коричневых кристаллов, за-
грязненных несахарами («бурая соль»), И белую, и бурую соль
вновь применяют для осаждения сахара из мелассы.
Межкристальную жидкость от бурой соли сатурируют, вы-
павший SrCO3 идет на обжиг и превращается в SrO, а фильт-
рат, освобожденный от стронция и имеющий 10—12% СВ, со-
держит все несахара мелассы. Его можно сгустить и сжечь (как
барду мелассоспиртовых заводов), причем получается бардяной
уголь (К2СО3). Можно также подвергнуть сгущенную барду
сухой перегонке, что позволяет утилизировать не только калий-
ные соли, но и азотистые вещества мелассы, которые дают ам-
миак и цианиды.

Схема стронциано!вого метода изображена на рис. 171.

При обжиге SrCO3, полученного при сатурации сахаратпого
раствора и щелока, приходится добавлять и свежего SrCO3,
расход которого составляет 3—4% к массе переработанной ме-
лассы.

Sr(0H)2 внго Меласса

Осаждение
бисахарата

Маточный Пропои
щелок

бисахарат

Ci2H„0„ 2SrO

Охлаждение

Sr(0H)2 6Н2О CfltyfOff'SrO
(, белая соль ") (раствор)

рхлаждение^^

5г(0н)г и Sr (он)-. 8н20

несахара („ бурая соль")

Сатурация

Сахарный
раствор

SrC03

Раствор
несахарод

Обжиг

Сухая перегонка.

Переработка
на сахар

Выщелачивание
и кристаллизация

SrO

K2C03 HCN NH3

Sr(0H)2&H20

Рис. 171. Схема стронцианового метода обессаха-
ривания мелассы.
Полученный при обжиге нечистый SrO (90%) кипятят с во-
дой и затем' при охлаждении выкристаллизовывают чистый
Sr(OH)2-8H2O (белая соль), который и направляют вновь для
осаждения сахара из мелассы.

При осаждении сахара из мелассы стронциановым методом
осаждается также и раффиноза, которая затем попадает в очи-
щенный сахарный раствор, а по выкристаллизовывании сахара
остается в мелассе стронцианового метода. Эта меласса вместе
с покупной мелассой вновь идет в цикл 'Стронцианового метода.
Таким образом, в соках все больше накопляется раффинозы,
чистота получаемого раствора сахара делается больше 100 (ка-
жущаяся чистота вследствие большой вращательной способно-
сти раффинозы), наконец появляются затруднения при кристал-
лизации и ухудшается качество получаемого сахара. Поэтому,
когда в стронциановой мелассе содержание раффинозы увели-
чивается до 7—8%, ее уже не возвращают в производство, а
продают, например, для производства спирта.

Эффект стронцианового метода достаточно высок: сахар уда-
стся выкристаллизовать до 96% от содержания его в мелассе.
Отрицательной стороной является значительный расход дорого-
го SrCO3 (4% к массе мелассы), очень сложная схема и слож-
ное оборудование.

Стронциановый метод получения сахара из мелассы в его
сложной форме с утилизацией несахаров мелассы применялся
на заводе в Дессау.

Баритовый метод обессахаривания мелассы. Баритовый метод
основан на осаждении сахара в виде однобариевого сахарата
Ci2H220n • ВаО. Для этого в горячий раствор Ва(ОН)2 налива-
ют при перемешивании мелассу. Осаждение сахара ведут при
нагревании до 80° С, так как гидрат окиси бария значительно
лучше растворяется при повышенной температуре:

Температура, °C ... 0 20 40 60 70 75 78

Процент ВаО в раст-

воре .......... 1,48 3,36 6,85 15,8 24,2 36,2 48,6

После отфильтровывания раствора, содержащего все неса-
хара мелассы, осадок однобариевого сахарата, взвешенный в
воде, разлагают путем сатурации углекислотой. Получается
раствор сахара высокой чистоты и осадок ВаСО3.

Ввиду дороговизны солей бария необходимо обжигать ВаСО3
и регенерировать ВаО. Однако для разложения ВаСО3 требует-
ся высокая температура электрической печи. Баритовый метод
обессахаривания мелассы был применен в Италии в Анконе, где
имелась дешевая электрическая энергия. Несмотря на это, ра-
бота оказалась нерентабельной.

Существует и применяется в США (Джонстаун) баритовый
метод, видоизмененный Дегидом. ВаСО3 обжигают в смеси с
489
песком при температуре 1250—1300° С (вращающаяся печь, по-
добна применяемой для обжига цемента).

При обжиге происходит реакция

ЗВаСОз + SiO2 = SiO2 • ЗВаО + ЗСО2)

т. е. образуется трехбариевый силикат.

При кипячении трехбариевого силиката с водой в раствор
переходит Ва(ОН)2, а в осадке остается однобариевый си-
ликат:

SiO2 • ЗВаО 4- 2Н2О = 2Ва (ОН)2 +SiO2 • ВаО.

Таким образом получают раствор Ва(ОН)2, который и при-
меняют для осаждения сахара из мелассы. Затем осадок барие-
вого сахарата разлагают путем сатурации:

С1гН22Оп • ВаО -р со2 = C12H22On -f- ВаСО3.

Сахарный раствор выпаривают и перерабатывают на сахар,
а отфильтрованный осадок ВаСО3 путем обжига регенерируют
в ВаО. Для понижения температуры обжига до 1250—1300° С
ВаСО3 обжигают в смеси с однобариевым силикатом, отфильт-
рованным в виде осадка при разложении трехбариевого сили-
ката водой:

2ВаСО3 + SiO2 - ВаО = SiO2 • ЗВаО + 2СО2.

Таким образом вновь получают трехбариевый силикат, из
которого кипячением с водой снова получается раствор Ва(ОН)2
и т. д.— цикл, следовательно, замыкается.

Заводы, работающие по баритовому методу, как и стронциа-
новые, являются, конечно, совершенно самостоятельными, а не
цехами при сахарных заводах. Сложность необходимого обо-
рудования для баритового способа лишь немного меньше, чем
для стронцианового: нужны сложная вращающаяся печь для
обжига и многочисленные станции фильтрации, расходуются
дорогие соли бария.

При баритовой сепарации около 60% раффинозы остается в
маточном растворе, тогда как при кальциевой сепарации почти
вся раффиноза осаждается вместе с сахарозой. Это является
преимуществом баритовой сепарации по сравнению с кальцие-
вой. Благодаря этому завод в Джонстауне имеет возможность
получать сахар, перерабатывая дискардную мелассу с содер-
жанием 4—6% раффинозы, которую он собирает из заводов,
имеющих сепарацию по Стеффену.

Все же сиропы, идущие на уваривание и кристаллизацию в
Джонстауне, содержат много раффинозы, и кристаллы сахара
получаются необычной игольчатой формы. Так как сироп имеет
высокую истинную чистоту (95%), то уваривают пять утфелей,
пока, наконец, получается меласса, очень богатая раффинозой.
Раффиноза из нее выкристаллизовывается; это в настоящее
время главный источник получения раффинозы.
Осаждение сахара уксусной кислотой. Этот метод выделения
сахара из мелассы предложен в 1924 г. Фридрихом и Райтором
и применялся на одном из сахарных заводов Чехословакии.

Метод состоит в'том, что мелассу сгущают до 90—95% СВ и
смешивают еще в горячем состоянии с безводной (ледяной) ук-
сусной кислотой. Уксусной кислоты берут 60% к массе мелассы
и предварительно смешивают с небольшим количеством бензо-
ла. При этом 70—80% сахара, содержащегося в мелассе, выде-
ляется в виде кристаллов. Затем сахар отфуговывают, а уксус-
ную кислоту отгоняют от межкристального оттека на дистил-
ляционной колонне и таким образом регенерируют. Остаток по-
сле отгонки уксусной кислоты, содержащий все несахара мелассы,
сжигают и получают поташ.

Недостаток способа состоит в необходимости отгонять и ди-
стиллировать уксусную кислоту, что является дорогой операци-
ей (нужны кислотоупорные материалы для постройки колонны).
Потери дорогой уксусной кислоты достигают 5—7%.

Теория уксусного метода выделения сахара еще не разрабо-
тана. По-видимому, здесь играют роль два обстоятельства:

нерастворимость сахара в концентрированной уксусной ки-
слоте;

вытеснение сахара из его возможных соединений с основа-
ниями (т. е. из сахарата калия и натрия) при помощи кислоты.

Кислота, разбавляя мелассу, снижает ее вязкость, что очень
облегчает и ускоряет выкристаллизовывание сахара.

Кроме уксусной кислоты, ряд других кислот может вызы-
вать выкристаллизовывание сахара из мелассы. Таковы, напри-
мер, гомологи уксусной кислоты — муравьиная и пропионовая,
а также жидкая сернистая кислота или спирт с сернистой ки-
слотой.

Изучение теории выделения сахара из мелассы при помощи
кислот могло бы иметь большое значение и для выяснения во-
просов о мелассообразовании, а также, может быть, могло бы
привести и к практическому решению вопроса о выделении са-
хара из мелассы.

ИОНИТНЫЙ МЕТОД ОЧИСТКИ МЕЛАССЫ И ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ НЕЕ
ГЛУТАМИНОВОЙ КИСЛОТЫ И БЕТАИНА

Необходимо в ближайшее время широкое развитие производ-
ства в СССР глутаминовой кислоты и бетаина, которые имеют
большое значение в медицине и в питании.

Одним из важнейших действий глутаминовой кислоты в ор-
ганизме человека является связывание аммиака, который с глу-
таминовой кислотой образует глутамин. Дело в том, что при
распаде аминокислот и белков в тканях организма всегда появ-
ляется аммиак, который весьма токсичен для центральной нерв-
ной системы. Глутаминовая же кислота, связав столь вредный
аммиак в глутамин, переносит его с кровью в почки, где аммиак
вновь отщепляется и в виде солей аммония выводится из орга-
низма.

Это делает понятным важнейшее значение глутаминовой ки-
слоты и глутамината натрия, например, для борьбы с утомляе-
мостью, умственной недостаточностью детей, с неврозами, вооб-
ще с нервными и психическими заболеваниями.

Добавка в пищевые продукты около 0,2% глутамината нат-
рия заметно улучшает их вкус, снижает утомляемость и улуч-
шает самочувствие человека. Для массового потребления требу-
ются огромные количества глутаминовой кислоты.

Хорошими источниками получения глутаминовой кислоты
могли бы быть меласса сахарных заводов и глютен — отход ку-
курузокрахмального производства. В мелассе заводов УССР, по
исследованиям Э. А. Гривцевой [6], содержится глутаминовой
кислоты 3—8% на сухое вещество.

Удобный ионитный метод для получения глутаминовой ки-
слоты и бетаина из мелассы был разработан Г. Б. Аймухамедо-
вой, и даже в 1951 г. организовано опытное полузаводское про-
изводство на Кара-Балтинском спиртовом заводе.

Мелассу разбавляют до содержания 15—20% СВ и пропус-
кают последовательно через ионитные реакторы: катионит КУ-2
и анионит ЭДЭ-10п. При этом на катионите задерживаются все
минеральные катионы, а также бетаин и холин; на анионите
вместе с прочими анионами остается глутаминовая и пироглу-
таминовая (пирролидонкарбоновая) кислоты.

При регенерации ионитов стараются выделить в довольно
чистом виде растворы бетаина и глутаминовой и пироглутами-
новой кислот. Для этого через катионит сначала пропускают
5%-ный раствор аммиака. Аммиак, как слабое основание, не
вытесняет из катионита К', Na’ и Са", а также и холин, но лег-
ко вытесняет более слабый, как основание, бетаин. Получают
уже довольно чистый раствор бетаина. Катионит же в дальней-
шем по удалении аммиака промыванием регенерируют, как
обычно, раствором серной кислоты.

Аммиачный раствор бетаина выпаривают (улавливая амми-
ак), подкисляют соляной кислотой до pH 2,5—3,0, очищают ак-
тивированным углем, фильтруют, добавляют соляной кислоты
до pH 1,0 и далее сгущают в .вакуум-аппарате, причем уже по-
лучается кристаллическая кашка солянокислого бетаина («аци-
дол»). Его растворяют, очищают еще раз активированным уг-
лем, снова уваривают и кристаллизуют, промывают кристаллы
спиртом.

Ацидол с успехом применяют вместо соляной кислоты при
недостаточной кислотности желудочного сока.
При регенерации анионита ЭДЭ-Юп раствором NaOH в пер-
вой, еще нейтральной фракции содержится почти вся глутами-
новая и пироглутаминовая кислоты. Эту фракцию собирают
отдельно, выпаривают до содержания 70—80% СВ (по рефрак-
тометру), прибавляют соляную кислоту до pH I и еще избыток
(по расчету) для образования хлоргидрата глутаминовой кисло-
ты. Выпадает осадок солей, который отфильтровывают, а фильт-
рат разбавляют до 40% СВ (по рефрактометру) и подвергают
гидролизу, выдерживая при температуре 95—100° С в течение
4—5 ч.

Дело в том, что большая часть глутаминовой кислоты нахо-
дится в мелассе в виде пироглутаминовой (пирролидонкарбо-
новой) кислоты, которая, присоединяя воду (гидролиз в сильно
кислой среде), переходит тоже в глутаминовую кислоту:

СООН

СН2-СН2 ^2

I I + H2O=J сн2

ОС\ zCH СООН h2n-ch

NH соон

Гидролизат осветляют активированным углем, добавляют
NaOH до pH 2,8—3,2 (изоэлектрическая точка глутаминовой
кислоты) и кристаллизуют при температуре не выше 10° С. Для
очистки его перекристаллизовывают с промежуточной обработ-
кой активированным углем.

Для получения моноглутамината натрия сырец глутамино-
вой кислоты (без перекристаллизовывания) растворяют в рас-
творе соды (pH доводят до 6,5), осветляют активированным
углем, уваривают под разрежением и кристаллизуют.

Есть возможность также попутно получать холин (при реге-
нерации катионита) и аспарагиновую кислоту (при регенерации
анионита).

На опытном заводе при Кара-Балтинском спиртовом заводе
прошедший через иониты и, таким образом, очищенный мелас-
совый раствор направляют на сбраживание по схеме спиртового
завода.

На сахарных заводах это получение глутаминовой кислоты
хорошо комбинируется и с сахарным производством.

Французская фирма Дегремон предлагает подвергать ионнт-
ной очистке не мелассу, а оттеки II и I продуктов трехпродук-
говой схемы 1[9], причем не все, а лишь большую часть. Оттеки
разбавляют водой примерно до 25% СВ, раствор охлаждают
(сначала до 22° С путем теплообмена с холодным, уже прошед-
шим через иониты раствором и, наконец, до 12° С посредством
холодильной машины). Такое охлаждение предотвращает ин-
версию. Задержанную глутаминовую кислоту уже описанным
способом выделяют при регенерации анионита (бетаин не вы-
деляют) .

Очищенный на ионитах раствор оттеков (Ч = 95,6) возвра-
щают в очищенный сок сахарного завода, повышая его чистоту
на 1,5%. При этом в сок возвращаются и несахара, не погло-
щенные ионитами (редуцирующие вещества, арабан, пептоны
и т. п.), но они не задерживаются в продуктах сахарного заво-
да, а имеют выход с той частью оттеков, которая не проходит
ионитной очистки, а идет на уваривание III продукта и дает
немного мелассы. С ней и уходят эти незадержанные несахара.
Таким образом, сахарный завод работает с установившимся
постоянным составом продуктов. Завод производит глутамино-
вую кислоту, а выход сахара по свекле увеличивается пример-
но на 1,8% (соответственно снижаются потери его в мелассе).
Общие вопросы
свеклосахарного
производства

VII

Глава 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА СВЕКЛОСАХАРНОГО

ЗАВОДА

Краткие сведения по схеме переработки свеклы на сахар
были даны уже в начале книги.

На каждом сахарном заводе следует иметь точно выполнен-
ную детальную технологическую схему. На ней должны быть на-
несены не только основные коммуникации, но и спускные обход-
ные и обратные («чересные», т. е. переливные, чтобы предотвра-
тить переполнение аппаратов). Такая схема весьма облегчает
управление производством, а новым работникам завода помогает
быстрее изучить его. При проектировании нового завода также
прежде всего составляют технологическую схему, которую и кла-
дут в основу дальнейшей разработки проекта (пример технологи-
ческой схемы дан в конце книги).

Рассмотрим основные элементы современной технологиче-
ской схемы свеклосахарного завода (10].

К сахарному заводу свекла подается гидравлическим транс-
портером, откуда ее вместе с водой свеклонасос поднимает на
уровень выше второго этажа завода также в гидравлический
транспортер, «а котором размещают соломоловушки и камнело-
вушки Павлюка и Соколова. Желательно поставить последова-
тельно даже по две соломоловушки и камнеловушки, учитывая
увеличенную загрязненность свеклы поточной уборки. Далее сле-
дует усиленная мойка для свеклы с водоотделителями дискового
типа перед ней и особенно после нее, чтобы вода не примешива-
лась к свекле, поступающей на свеклорезку.

Затем по ленточному транспортеру с электромагнитным се-
паратором свекла движется к автоматическим весам, а от них к
свеклорезкам, расположенным на промежуточной площадке.

Стружка по конвейерной ленте подается в ошпариватель для
стружки. На конвейерной ленте расположены и ленточные ве-
сы, учитывающие количество стружки, поступающей к диффу-
зионному аппарату. В ошпаривателе свекловичная стружка го-
рячим диффузионным соком нагревается до 75° С и вместе с
этим соком подается центробежным насосом снизу в колонный
диффузионный аппарат КДА.
Если применяют двухшнековый наклонный диффузионный
аппарат, то отпаривателя не требуется и стружка после лен-
точных весов идет сразу в диффузионный аппарат.

Диффузионный сок проходит через мезголовушку на подо-
греватель и далее на предварительную дефекацию. Следует соз-
дать условия для работы на преддефекации без предваритель-
ного подогрева сока. Преддефекатор удобен вертикальный по
Тибенскому, Кону, Вашатко или по Бригель-Мюллеру. На пред-
дефекацию поступает диффузионный сок, уже смешанный с воз-
вращенным отсатурированным, но нефильтрованным соком
I сатурации, что улучшает не только отстаивание, но и фильтра-
цию, а поэтому полезно даже и при отсутствии отстойников.

Преддефекованный сок смешивается с известковым молоком,
проходит через подогреватель (до 85° С) и поступает на основ-
ную дефекацию, где остается 10 мин и направляется самотеком
на I сатурацию. Важно предусмотреть возможность обхода и
предварительной и основной дефекации в случаях переработки
подмороженной испорченной свеклы при больших затруднени-
ях с фильтрацией. Тогда диффузионный сок, не смешанный с
известью, поступает через подогреватель прямо на I сатурацию,
куда одновременно, но отдельно от диффузионного сока, направ-
ляется и все известковое молоко, т. е. проводится одновремен-
ная дефеко-сатурация.

Сок сатурируется на I сатурации до все же высокой оста-
точной щелочности 0,08—0,10% СаО, что предотвращает выпа-
дение осадков на выпарке, так как все слаборастворимые соли
кальция, а также Mg(OH)2 гораздо полнее осаждаются уже на
I сатурации.

Сок I сатурации, нагретый в подогревателе до 90° С, направ-
ляется на грязесгуститель — дисковый ДГС-59 или отстойник
(семиярусный типа Чугунова с усовершенствованиями, предло-
женными Пелетминским). Сгущенный осадок идет на вакуум-
фильтры для отделения остатков сока и для промывания. Жела-
тельна контрольная фильтрация сока I сатурации после отстой-
ника и вакуум-фильтра (патронные фильтры).

Сок I сатурации нагревается в подогревателях до 100° С и
идет на II сатурацию, куда рекомендуется добавлять 0,2% из-
вести. После II сатурации удобно применять для фильтрации
дисковые фильтры, осадок из которых можно без промывки на-
правлять на предварительную дефекацию, смывая его, напри-
мер, соком I сатурации.

Фильтрованный сок II сатурации сульфитируют в ороситель-
ном сатураторе и фильтруют через патронные фильтры. Перед
выпаркой очищенный сок нагревают в подогревателях до тем-
пературы кипения в I корпусе выпарки. Сироп из выпарки суль-
фитируют до нейтральной реакции на фенолфталеин, но щелоч-
ной (слабое красноватое окрашивание)—на крезоловый крас-
496
ный. Затем сироп нагревают, фильтруют через патронные филь-
тры и направляют в сборник сиропа у вакуум-аппаратов, распо-
ложенных на особой площадке несколько выше уровня второго
этажа.

Такая площадка требуется, чтобы утфель из вакуум-аппара-
тов мог самотеком перемещаться в сборники-мешалки и кри-
сталлизаторы утфеля и далее, еще ниже — в центрифуги, а от-
теки от них — в сборники оттеков и мелассы с их насосами уже
на уровне пола нижнего этажа.

На верхней площадке расположены все вакуум-аппараты I,
II и III продуктов со сборниками сиропа и оттеков, питающих
эти вакуум-аппараты. Для утфелей I и II (промежуточного)
продукта ставят лишь по одной мешалке, так как эти утфели не
задерживаются здесь, а горячими немедленно направляются на
соответствующие центрифуги.

Для утфеля I это полностью автоматизированные центрифу-
ги с пробелкой горячей водой, с отбором белого и зеленого от-
теков. Белый сахар, получаемый здесь, направляется трясучкой
и элеватором на барабанную сушилку, далее в закрома, в упа-
ковочную и на склад сахара.

Для утфеля II кристаллизации применяют такие же автома-
тические центрифуги или саморазгружающиеся или, наконец,
центрифуги непрерывного действия с коническим барабаном.

Утфель III кристаллизации (последний утфель) выгружают
в промежуточную мешалку, непрерывно питающую утфелем
мешалки-кристаллизаторы непрерывного действия с движущей-
ся дисковой холодильной поверхностью. Здесь утфель постепен-
но охлаждается до 30—50° С и сахар дополнительно выкристал-
лизовывается в течение около 30 ч. Центрифуги должны быть
быстроходные. Полученный бурый сахар следует аффинировать,
чтобы чистота его после аффинации была более 95%. Аффинад-
ный оттек направляют на последние подкачки при уваривании
последнего утфеля, а аффинированный желтый сахар вместе с
сахаром промежуточного продукта растворяют в очищенном
соке и клеровку присоединяют к сиропу, направляемому на суль-
фитацию.

Весь жом следует полностью пропускать через жомовые
прессы, а жомопрессовую воду возвращать в диффузионный ап-
парат, заменяя ею часть свежей воды (по схемам рис. 61 и 86).
Это почти на 40% снижает потери сахара в жоме.

Дефеко-сатурационный осадок следует полностью использо-
вать для удобрения полей (содержит азот и фосфор, а главное
кальций осадка способствует образованию мелкокомковатой
структуры почвы).

Направляя частично оттеки утфелей I и II кристаллизации
на ионитную очистку, можно очищенный раствор этих оттеков
с чистотой свыше 95% вернуть в сок и значительно повысить
497
выход сахара. В то же время при регенерации анионита можно
получить ценный и нужный для медицины и питания глутами-
нат натрия. Вместе, и повышение выхода сахара, и получение
глутамината натрия делают рентабельным применение ионит-
ной очистки оттеков.

Глава 2. РАСХОД ТЕПЛОТЫ, ПАРА И ЭНЕРГИИ

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС САХАРНОГО ЗАВОДА НА 100 КГ СВЕКЛЫ

Рассчитывая выпарку, мы установили, что количество экст-
рапара, направляемое на различные станции из выпарки, со-
ставляет около 46 кг на 100 кг свеклы. Этому соответствует, ко-
нечно, затрата 46 кг свежего (ретурного и редуцированного)
пара. Кроме того, и помимо выпарки расходуется свежего пара
около 3 кг (на подогреватели перед выпаркой — 2,5 кг и на про-
парку вакуум-аппаратов — 0,5 кг). Таким образом, можно бы
обходиться расходом 46 + 3 = 49 кг пара на 100 кг свеклы.

В действительности же расход пара часто составляет значи-
тельно больше (до 65—70 кг): 1) из-за потерь пара из выпарки
на конденсатор вследствие неравномерного отбора экстрапаров
или вследствие неудачного распределения этого отбора по кор-
пусам; 2) из-за практикуемых иногда подкачек сатурационного
сока и даже воды при уваривании утфелей; 3) из-за плохой
изоляции аппаратов и увеличенной потери тепла на лучеиспус-
кание и конвекцию.

Для примера примем, что какой-то завод расходует 54 кг пара на 100 кг
свеклы в виде ретурного и редуцированного пара с абсолютным давлением
3 ат (i = 650 ккал, 2721,42 кдж). Если вода для питания паровых котлов имеет
температуру 110° С, то на получение пара было затрачено

54(650—ПО) = 29 160 ккал (132 324 кдж).

Однако это еще неполный расход теплоты для сахарного завода, так как
сверх того, теплота расходуется (в виде перегрева пара) на получение в тур-
бине механической энергии.

Пусть на 1000 ц перерабатываемой свеклы в сутки требуется мощность
машины 150 кет, т. е. на 100 кг (или 1 ц) нужна мощность 0,15 кет в течение
24 ч, пли 0,15 • 24 60 • 60 • 1000 дж энергии. Но 4187 дж соответствует 1 ккал;
следовательно, на 100 кг свеклы на механическую энергию тратится

0,15 - 24-60 • 60-1000 a ,

- = 3099 ккал (12 970 кдж).

4187

Таким образом, полный расход тепла на 100 кг свеклы будет

29 160 + 3099 = 32 259 ккал (136 262 кдж).

Если к. п. д. паровых котлов (с экономайзерами) равен 0,70, то 1 кг услов-
ного топлива, имеющего теплотворную способность 7000 ккал (29028 кдж).
даст 7000-0,7 = 4900 ккал (20516 кдж). Такого условного топлива, очевидно,
потребуется на 100 кг свеклы

32 259 : 4900 = 6,6 кг.
Тепловой баланс завода (Общая литература, 9, стр. 147) можно соста-
вить не рассматривая внутренних тепловых процессов на заводе, а лишь при-
ход тепла и потерю его на разных станциях во внешнюю среду (вне завода).

Для упрощения баланса тепла и для большей ясности и наглядности ре-
зультатов его опущены две из статей прихода: 1) теплота в поступающей хо-
лодной воде около 4000—5000 ккал (16747—20934 кдж), но холодная вода,
поступающая на гидравлический транспортер, на мойку и на конденсатор,
немедленно же уходит, уносит с собой всю ту теплоту, которая с ней посту-
пила; 2) не учитывается теплота барометрической воды, поступающей на
диффузию, около 9000 ккал (37683 кдж), так как с отходами диффузии—•
жомом и диффузионной водой — немедленно уходит все это количество теп-
лоты; уходит, правда, немного больше, чем поступает, только эта разность
и учитывается в балансе как расход теплоты на диффузию.

Не останавливаясь на деталях подсчета (Общая литература 9, стр. 147),
даем тепловой баланс завода для данного примера (табл. 44).

Таблица 44

Тепловой баланс сахарного завода на 100 кг свеклы

Приход теплоты ккал кдж Расход теплоты ккал кдж %
С паром .... 32259 135061 Выпарка (на конден-
Со свеклой . . . 450 1884 сатор) 1863 7800 5,4
Реакция СаО+СО2 1822 7629 Вакуум-аппа раты
(на конденсатор) . . . 7613 31874 22,0
I сатурация (испаре- ние воды) 1866 7813 5,4
Конденсаты неис-
пользованные 8759 36672 25,4
Фильтрационный оса-
ДОК 570 2386 1,7
Пропарка вакуум-ап-
паратов 327 1369 0,9
Пробелка в центри- фугах 327 1369 0,9
Диффузия Механическая энер- 450 1884 1,3
гия 3099 12975 9,0
Лучеиспускание и
конвекция 9657 40435 28,0
Итого . . 34531 144069 Итого 34531 144574 100,0

Итак, главнейшими потерями теплоты на сахарном заводе являются:

1) потери с парами, уходящими на конденсатор из вакуум-аппарата и из
последнего корпуса выпарки.

7613 + 1863 = 9476 ккал (39 676 кдж), или 22,0 + 5,4 = 27,4%;

2) потери с неиспользованными горячими конденсатами — 8759 ккал
(36687 кдж), или 25,4%;

3) потери на лучеиспускание и конвекцию и аналогичная по своему ха-
рактеру потеря от охлаждения сока I сатурации вследствие испарения воды
9657+1866= 11523 ккал (48 244 кдж), или 28,0 + 5,4 = 33,4%,
г. е. треть всех потерь теплоты.
Перечисленные потери теплоты могут оказаться и еще больше. Например,
потери пара из выпарки при непродуманном распределении экстрапаров и
очень неравномерной работе завода могут оказаться больше в 2—3 раза. С по-
явлением осадков на поверхности нагрева выпарки снижается концентрация
сиропа; если она окажется 50% вместо 65%. то потери теплоты из вакуум-аппа-
ратов возрастут почти на 50%. При плохой изоляции потери на конвекцию и
лучеиспускание тоже могут значительно увеличиться. Особенно большие поте-
ри теплоты наблюдаются при замедлении и при всяких остановках работы
завода (потери ретурного пара, который в эти моменты некуда использовать).
Кроме того, может оказаться сниженным к. п. д. паровых котлов, особенно при
низком качестве топлива. Все это вместе может увеличить расход топлива при-
мерно в 1,5 раза и довести его до 9—10 кг на 100 кг свеклы.

Наоборот, можно принять ряд мер к снижению указанных потерь тепло-
ты и к экономии топлива.

Борьба с потерями теплоты

Рассмотрим возможные пути снижения потерь теплоты по отдельным ис-
точникам этих потерь.

Выпарка должна применяться всегда с полным использованием ее соко-
вых паров, т. е. без всяких потерь пара на конденсатор. По сравнению с нашим
примерным балансом это даст экономию в 1863 ккал (7820 кдж). Для дости-
жения этого нужен ряд условий:

1) по возможности снижать откачку, что требует или большей длитель-
ности диффундирования, или установки хороших диффузионных аппаратов
непрерывного действия;

2) вести уваривание утфелей исключительно на соковых парах, что тре-
бует увеличения поверхности нагрева вакуум-аппаратов или удлинения ува-
ривания;

3) подогреватели нужно обогревать по возможности паром последних
корпусов выпарки, для чего требуется увеличение поверхности нагрева и воз-
можно большее снижение температуры нагревов;

4) при уменьшении расхода экстрапара на всевозможные нагревы (напри-
мер, при частичном обогреве подогревателей диффузионного сока отбросным
паром из вакуум-аппаратов) требуется компрессирование сокового пара при
помощи инжекторов или турбокомпрессоров, так как иначе окажутся излишки
соковых паров и потери их на конденсатор. Чем больше экономия в потреб-
лении пара на всякие прочие станции сахарного завода, тем больше оказы-
вается потребность в компрессии соковых паров.

Вакуум-аппараты. Потери пара из вакуум-аппаратов на конденсатор весь-
ма велики. Для снижения этих потерь нужно заботиться о том, чтобы кон-
центрация сиропа была максимальная (65%). Иногда предлагают доводить
концентрацию сиропа до 70% (И. Ф. Зеликман предлагает даже до 72—73%):
если вместо 65% иметь сироп концентрацией 70%, то потери пара снизятся
на 18%, или на 1370 ккал (5736 кдж). Но при этом придется сульфитировать
и фильтровать промежуточный полусироп из предпоследнего корпуса выпарки,
так как сироп с содержанием 70% СВ слишком вязок. Нужно также избегать
всякого разбавления водой увариваемых оттеков.

Очень важный метод снижения потерь пара пз вакуум-аппаратов — это
использование части этих паров для обогрева первой группы подогревателей
диффузионного сока. Но для этого нужно, чтобы диффузионный сок имел
низкую температуру, например 23° С, а не обычные 35—40° С. Это можно
получить на двухшнековой диффузии и на /-диффузии. Тогда появляется
возможность нагреть диффузионный сок паром из вакуум-аппаратов, имеющим
температуру 55° С, от 23 до 46° С, т. е. на 23°, или сэкономить из теплоты пара
вакуум-аппаратов 115-0,9-23 = 2380 ккал (9964 кдж).

Конденсаты. Для снижения потерь теплоты в конденсатах можно исполь-
зовать их также для нагревания диффузионного сока при помощи специально-
500
го противоточного теплообменника. Таким образом, сок, нагретый уже парами
вакуум-аппарата до 46° С, можно нагреть дальше до 60° С, на что потребуется

115 • 0,9(60 — 46)= 1449 ккал (6067 кдж).

Можно также использовать горячие конденсаты для отопления помещения.

Пропарка вакуум-аппаратов может быть снижена примерно в 2 раза, если
применять аппараты с кольцевой поверхностью нагрева или с конусообраз-
ной, а не с горизонтальной верхней трубной поверхностью. Это дает эконо-
мию около 150 ккал (628 кдж).

При пробелке сахара в центрифугах при современном методе пробелки лишь
водой пара не требуется. Однако при этом пар затрачивается на нагревание
воздуха для сушки сахара, но эта затрата теплоты раза в 2 меньше, т. е. по-
лучается тоже экономия 150 ккал (628 кдж).

I сатурация. Здесь для снижения охлаждения сока при сатурации нужно
по возможности снижать расход извести, повышать содержание СО2 в сатура-
ционном газе (не меньше 30%; в лучших современных известняковообжига-
тельных печах получают газ даже с 40—42% СО2), снижать несколько нагрев
сока перед дефекацией и сатурацией (не до 90° С, как делали раньше, а до
85°С). Здесь возможна экономия около 400 ккал (1675 кдж).

Лучеиспускание и конвекция — самый крупный источник потерь
[9657 ккал (40432 кдж), или 28%]. Вследствие остывания сока при фильтра-
циях его приходится многократно подогревать, на что расходуется около
3000 ккал (12560 кдж). Эти охлаждения сока обусловлены самоиспарением
воды при вытекании горячего сока струйками на открытом воздухе (напри-
мер, на мешочных фильтрах соков и сиропа). Эти потери не следует допускать.
Все места вытекания сока при фильтрации необходимо плотно прикрывать,
все сборники соков и сиропов также должны быть закрыты плотными изоли-
рованными крышками.

Другой путь борьбы с самоиспарением — это снижение температуры со-
ков при фильтрации.

Все эти мероприятия могут, вероятно, снизить потери тепла, например, на
500 ккал (2093 кдж).

Главная часть потерь (более 5000 ккал, 20934 кдж) происходит просто
путем теплопроводности, лучеиспускания и конвекции через стенки всевоз-
можных соковых и паровых труб и аппаратов. По Классену, только в паро-
проводах теряется около 1700 ккал (7118 кдж). Отсюда ясна вся важность
тщательной тепловой изоляции аппаратов, труб и фланцев. Весьма вероят-
но, что улучшая изоляцию, можно снизить потери на лучеиспускание и кон-
векцию процентов на 20, т. е. на 1000 ккал (4187 кдж).

Сумма всех приблизительно оцененных нами возможных снижений потерь
тепла в общем составляет 8262 ккал (34591 кдж). Таким образом, от топлива
пришлось бы получать лишь

32 259 — 8262 = 23 997 ккал (97 079 кдж),
а затрачивать лишь

23 997 : 4900 = 4,9 кг

условного топлива. Возможна еще дальнейшая экономия топлива от повыше-
ния к. п. д. паровых котлов. В самом деле, встречаются заводы, расходующие
лишь 5—6 кг условного топлива на 100 кг свеклы, в то время как при мень-
шем внимании к вопросам экономии этот расход доходит иногда до 9—10 кг
на 100 кг свеклы.

ПАРОВЫЕ КОТЛЫ

Постепенно, по мере совершенствования теплотехники са-
харного производства, повышается экономия в расходовании
пара, расход пара на 1 ц свеклы все уменьшается: на старых
501
дореволюционных заводах нередко расход пара достигал 80—
100 кг на 1 ц свеклы; в настоящее время на современных заво-
дах расход пара на 1 ц свеклы составляет лишь 50 кг и этот
расход продолжает снижаться. В то же время с развитием ме-
ханизации всевозможных трудоемких работ растет расход энер-
гии: необходимая мощность машин-двигателей на 100 т перера-
батываемой свеклы в сутки в настоящее время составляет 130—
160 кет, тогда как ранее она считалась достаточной в 60 кет.

Таким образом, пропуская через паровую турбину все мень-
шие и меньшие количества пара, приходится получать для на-
добностей сахарного завода все большие количества энергии.
Это возможно лишь путем увеличения давления пара в паровых
котлах. Дореволюционные сахарные заводы обычно имели кот-
лы «высокого» давления. Избыточное давление в них составляло
8 ат (0,8 Мн[м2). Затем начали ставить котлы, рассчитанные на
избыточное давление 12, 15 и 25 ат (1,2; 1,5 и 2,5 7Ин/ж2). В на-
стоящее время применяется уже избыточное давление около
40 ат (4,0 Мн/м2).

РАСХОД ЭНЕРГИИ НА САХАРНОМ ЗАВОДЕ

Установлено, что на современном сахарном заводе с меха-
низацией трудоемких работ при наличии жомосушки для пере-
работки 100 т свеклы в сутки требуется мощность (в кет)-.

Для заводов на 1500 пг свеклы...................160

Для заводов на 2500 пг свеклы...................130

Таким образом, завод мощностью на 3000 т должен иметь
турбогенератор на 130 X 30 4000 кет.

Можно приблизительно считать, что на жомосушку требует-
ся 12 кет и на сепарацию сахара из мелассы — 20 кет на 100 т
свеклы, перерабатываемой в сутки.

Глава 3. РАСХОД ВОДЫ НА САХАРНОМ ЗАВОДЕ [14]

На работу сахарного завода затрачивается огромное коли-
чество воды, которое составляет при наличии диффузионной
батареи около 2000 кг на 100 кг свеклы, т. е. в 20 раз больше
количества переработанной свеклы. Главнейшие статьи расхода
воды по станциям следующие:

Станции

Расход,
кг

Гидравлический транспортер ...................... 700

Конденсатор выпарки и вакуум-аппарат ............ 500

Конденсатор вакуум-фильтров....................... 47

Диффузионная батарея............................. 250

Мойка свеклы...................................... 60
На машинный зал ТЭЦ (охлаждение воздуха, сма-

зочных масел)................................... 200

На питание паровых котлов.......................... 55

Прочие расходы...................................... 188

Итого. . . . 2000

На самом деле расход воды гораздо меньше по двум при-
чинам:

на некоторых станциях, например при работе с диффузион-
ными аппаратами непрерывного действия, с возвратом жомо-
прессовой воды расход воды составляет не 250 кг, а лишь 60 кг;

при оборотном принципе водоснабжения весьма значитель-
ная часть сточных вод вторично используется в производстве
или просто возвращается в источник водоснабжения (пруд, ре-
ка) после охлаждения и небольшой очистки.

Оборотный принцип водоснабжения позволяет сократить ко-
личество безвозвратно используемой воды даже до 70 кг на 100 кг
свеклы вместо 2000 кг. Следует детальнее рассмотреть, как полу-
чается такой замечательный результат.

ВИДЫ ПОТРЕБЛЯЕМЫХ И СБРАСЫВАЕМЫХ ВОД

В технологическом процессе используются такие виды вод:
1) холодная вода (прудовая, речная, артезианская); 2) баро-
метрическая вода (чистая, лишь с небольшой примесью амми-
ака, но имеющая температуру около 40° С); 3) конденсат, полу-
чающийся при нагреве (например, I корпуса выпарки) обрат-
ным паром турбины,— чистая дистиллированная вода; аммиач-
ные воды, т. е. содержащие аммиак конденсаты, получающиеся
при нагревании разных аппаратов соковыми парами, поступаю-
щими из выпарки.

Свежая холодная вода используется для мойки
свеклы, на охладительные установки (охлаждение последнего
утфеля, на ТЭЦ — для охлаждения воздуха, смазочных масел).

Барометрическая вода иногда (зимой) частично
применяется для мойки и свекловичного транспортера, главным
же образом она после охлаждения (градирни или просто струй-
ные охладители) возвращается в источник водоснабжения.

Конденсат и аммиачные воды. Конденсат ретур-
ного пара идет целиком на питание паровых котлов ТЭЦ лишь
с небольшой добавкой аммиачного конденсата пара I корпуса
выпарки. Далее аммиачные конденсаты используются для диф-
фузионного аппарата (после подкисления H2SO4 или SO2 до
pH 6,5), для промывки фильтрационного осадка, для раскачки ут-
фелей, для мойки салфеток, полов и т. п.

Артезианская вода поступает через особый напорный
бак в общую пожарнохозяйственную сеть завода и жилого по-
селка. Она используется для питья, для душей, в лаборатории,
на пробелку сахара и раскачку утфеля.

Сточные воды завода по чистоте их подразделяют на
три категории.

I категория, группа А: вода, использованная для охлажде-
ния утфеля, сернистой печи, насосов, и избыток холодной воды.
Эта вода не отличается по составу от исходной воды, но темпе-
ратура ее лишь на 5—10° С выше; группа Б: барометрическая,
аммиачная и конденсационная вода; она имеет температуру
35—50° С, содержит аммиак и лишь очень мало органических
веществ.

II категория—транспортерно-моечная вода; содержит за-
метное количество органических веществ и взвешенных веществ,
ее ни в коем случае нельзя направлять в водоем, но лишь на
вторичное использование после отстаивания и хлорирования, а
осевший отстой идет вводы III категории.

III категория, группа А: сладкая жомопрессовая вода, на-
правляется в диффузионный аппарат, заменяя часть свежей во-
ды; группа Б: малоконцентрированные сточные воды: отстой из
транспортерно-моечной воды, хозяйственно-бытовые воды (из
лаборатории, от мойки полов); группа В: более концентрирован-
ные сточные воды, фильтрационный осадок, отстой из жомопрес-
совых вод, воды из салфетомойки.

РАСХОД ХОЛОДНОЙ ВОДЫ И СТОЧНЫХ ВОД РАЗНЫХ КАТЕГОРИЙ

Расход холодной воды и сточных вод разных категорий (в
кг) на 100 кг свеклы характеризуется следующими данными.

Холодная вода (расход)

Конденсатор выпарки и вакуум-
аппаратов ..................522

Конденсатор вакуум-фильтров 47

Свекломойка................... 40

Газовый лавер ................ 18

Охлаждение сальников, насосов и
компрессоров................ 67

Охлаждение утфелемешалок по-
следнего продукта........... 15

Охлаждение сернистой печи . . 15

Прочие расходы................ 16

Конденсаты и аммиачные воды

Из теплообменников .... 143,2

Расход

Питание паровых котлов . . 55

Для диффузионного аппарата 60

Для промывания осадка в
вакуум-фильтрах........... 22

Прочие (раскачка утфелей,
мытье салфеток, пола и
т. п.)..................... 6,2

740

143,2

Барометрическая вода

Поступает Уходит

Из конденсаторов выпарки и В сточные воды I категории 588

вакуум-аппаратов .... 544,5 Прочие расходы................... 5,5

Из конденсаторов вакуум- ---------------

фильтров............... 49 593,5

593,5
Сточные воды I категории

Избыток барометрической воды......................................588

Вода после охлаждения сернистой печи.............................. 15

Вода после охлаждения последнего утфеля........................... 15

Вода после охлаждения и уплотнения сальников насосов и компрессоров 67

685

Вся сточная вода I категории после охлаждения в градирне
или струйных охладителях возвращается в источник водоснаб-
жения.

Безвозвратный расход воды из источников водоснабжения
для сахарного производства:

Сточные воды II категории

Поступает

Из гидротранспортеров .... 700

Из камнеловушек.............. 40

Из соломоловушек............. 10

От свекломойки...............100

От сырьевой лаборатории . . 10

Прочие . "................... 17

877

(транспортерно-моечные воды)

Расходуется

Для гидротранспортеров . . . 700

Для свекломойки ...... 60

Для камнеловушки........... 40

Для соломоловушки.......... 10

Для сырьевой лаборатории . . 9

Прочие мелкие расходы ... 11

830

Остаток 877 — 830 = 47 (отстоявшийся осадок отстойников)
идет в сточные воды III категории.

Сточные воды III категории

Остаток транспортерно-моечной воды ............................. 47

От лаверов...................................................... 18

От мойки мешков и салфеток.................................... 6

Прочие (из лаборатории, мойки полов, отстой жомопрессовой во-
ды и др.)....................................................... 17

Из этого количества 6 кг поступает в фекальную канализа-
цию и 88 — 6 = 82 кг направляется на поля фильтрации.

Начинают переходить на менее громоздкую биологическую
очистку вод III категории, которая, однако, здесь не излагается.

Расход холодной воды в машинном зале ТЭЦ

Здесь расходуется холодная вода для охлаждения воздуха,
смазочного масла и пара в количестве 199,4 кг. Эта вода, вы-
полнив свою задачу, возвращается вместе со сточными водами
I категории в источник водоснабжения.

Полный расход холодной воды по сахарному заводу и ТЭЦ:

740+ 199,4 — 939,4 кг.
Полный безвозвратный расход воды из источника водоснаб-
жения. Кроме упомянутого выше безвозвратного расхода на са-
харное производство 55 кг, иногда в котельной применяется гид-
рошлакоудаление, на что расходуется еще 16 кг воды. Следова-
тельно, полный безвозвратный расход воды на сахарный завод
и ТЭЦ будет 55 + 16 = 71 кг.

Артезианская вода, как особо чистая, применяется вместо
обычной холодной воды из главного источника: для пробелки
сахара в центрифугах 2 кг и для заводской и сырьевой лабора-
тории, а также для питья — 2 кг, т. е. всего 4 кг.

Глава А. СЕБЕСТОИМОСТЬ САХАРА И СТОИМОСТЬ
САХАРНОГО ЗАВОДА

Себестоимость сахара

Очень большой интерес представляет удельный вес отдель-
ных статей расхода в себестоимости белого сахара, принятой
за 100. Такая себестоимость (по плану 1965 г.) показана ниже.

Удельный вес статей
_ расхода в себе-

Статьи расхода стоимости сахара.

Сырье, за исключением отходов............................... 82,7

Топливо...................................................... 4,6

Вспомогательные материалы.................................... 1,9

Заработная плата рабочих .................................... 2,4

Начисления на заработную плату............................... 0,2

Амортизация и текущий ремонт 6,0

Общезаводские расходы........................................ 1,3

Фабрично-заводская себестоимость............................ 99,1

Внепроизводственные расходы ................................. 0,9

Полная себестоимость . . . ................................... 100,0

Как видим, 82,7% в себестоимости сахара занимает стои-
мость сырья — сахарной свеклы — и лишь 17,3% расходов при-
ходится на всю переработку свеклы до получения из нее сахара.

Чтобы существенно снизить себестоимость сахара, нужно
особое внимание обратить на снижение расходов по выращива-
нию такой трудоемкой культуры как свекла. В этом отношении
имеются большие перспективы. Ведь в дореволюционное время
на 1 га сахарной свеклы затрачивалось 150 чел.-дней. В настоя-
щее время применение всевозможных улучшений и свеклоком-
байнов для уборки свеклы позволило уменьшить затраты труда
до 30 чел.-дней, т. е. они стали в 5 раз меньше. Лучшие механи-
заторы почти совершенно исключают ручной труд при культуре
свеклы — так, т. Светличный и его звено свели затрату труда до
6 чел.-дней на 1 га.
Несомненно, можно снизить расходы на свеклу, например в
2 раза, а это понизило бы себестоимость сахара примерно
на 40%.

Кроме того, возможно снижение расхода на топливо. При раз-
витии механизации и автоматизации производства также значи-
тельно снизится расход на заработную плату.

Стоимость сахарного завода

Для ориентировки приводим некоторые сведения по стоимо-
сти сахарного завода, рассчитанного на переработку 3000 т
свеклы в сутки.

Стоимость строительства такого завода складывается из сле-
дующих затрат:

Затраты,
Статьи расхода тыс. руб.

Строительные работы .............................. 5776,6

Монтажные работы ................................. 1215,1

Стоимость оборудования ........................ • 3327,3

Прочие затраты....................................... 568,8

Итого..................... . 10887,8

Из общей стоимости производственного строительства стои-
мость ТЭЦ и автоматизации производственных процессов со-
ставляет (в тыс. руб.):

Стоимость ТЭЦ............ ..........................1575

Стоимость автоматизации ........................ 260,0

В том числе:
автоматизация главного корпуса ..................... 195,0

автоматизация ТЭЦ.................. . .... 65,0

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛАМ VI И УП

I. Жвирблянский Ю. М. Отходы свеклосахарного производства.
Пищепромиздат, 1935.

2. Литвак И. М. и Барабанов М. И. СП, 1959, № 7, 28.

3. Б у з и н а Г. В. Кандидатская диссертация «Исследование процессов
производства пищевого студнеобразующего пектина из свекловичного жома».
Московский технологический институт пищевой промышленности, 1962.

4. W i п t z е П Т., Lauritzen Т. с. 50 (1942), 367.

5. Могильный Е. А., и Шапиро Л. Б. Сепарация сахара из патоки.
Пищепромиздат, 1959.

6. Б а р а б а н о в М. И., Г р и в ц е в а Э. А. СП, 1963, № 3, 26.

Литвак И. М., Гривцева Э. А., СП, 1963, № 2, 25, также Труды Киев-
ского Технологического института пищевой промышленности. Вып. 24 (1961) и
вып. 25 (1962).

7. Аймухамедова Г. Б., Захаров К. П. Значение и методы полу-
чения глутаминовой кислоты, бетаина и их производных. Фрунзе, 1962.
8. Ж у ш м а н А. И. Производство и применение глутаминовой кислоты
и глутамината натрия. ЦИНТИПищепром, 1965.

9. Чефранов И. В. Производство глутаминовой кислоты и глутами-
ната натрия на сахарных заводах. ЦИНТИПищепром, 1965.

10. Решения всесоюзного совещания сахарной промышленности в Киеве
в 1960 г. и такой же конференции в Киеве в 1963 и в 1965 г.

11. Знаменский Г. М. Технологическое оборудование сахарных заво-
дов. Пищепромиздат, 1952.

12. Справочник сахарника I. Изд-во «Пищевая промышленность», 1963,
стр. 341.

13. Справочник сахарника II. Изд-во «Пищевая промышленность», 1965,
стр. 507.

14. Шахнович Б. М., Попов В. Е„ Пашковский Ф. М., Коня-
кин В. Ф. Водоиспользование и методы очистки сточных вод на сахарных
заводах. ЦИНТИПищепром, 1966.
Основы
производства
сахара-рафинада

VIII

Рафинадное производство возникло в России во второй поло-
вине XVII в. — за полтора столетия до того, как начало разви-
ваться производство сахара из свеклы.

К моменту возникновения производства сахара из свеклы
(1802 г.) в России уже существовало семь рафинадных заводов.
Это были небольшие предприятия, выпускавшие около 5 ц ра-
финада в сутки каждое. На протяжении всего периода с полови-
ны XVII до начала XIX в. рафинадные заводы перерабатывали
привозной тростниковый сахар-сырсц.

Возможность вырабатывать сахар из своего сырья — свек-
лы—-послужила мощным стимулом для развития отечественного
сахарного производства вообще и рафинадного производства в
частности.

К I860 г. в России существовало уже 38 рафинадных заводов,
но производственная мощность отдельного завода все еще не пре-
вышала нескольких десятков центнеров рафинада в сутки.
В 1914 г. производственная мощность рафинадного завода до-
стигла 900 ц в сутки и на 41 заводе вырабатывали около 0,8 млн. т
кускового рафинада. Всего в 1914 г. было выработано 1,7 млн. т
сахара, и, следовательно, рафинад в кусках составлял 47%.

За годы Советской власти в нашей стране достигнут высокий
уровень производства сахара-рафинада. В СССР 14 рафинадных
заводов. Средняя суточная мощность рафинадного завода состав-
ляет 4000 ц. Кроме того, рафинад вырабатывают еще и 10 рафи-
надных цехов на сахаро-песочных заводах средней мощностью
2000 ц.

Современный рафинадный завод по условиям труда и по про-
изводительности его до неузнаваемости отличается от завода ста-
рого, дореволюционного, производство на котором было очень тя-
желым и громоздким. Ряд отделений был загрязнен и запылен,
в некоторых отделениях температура превышала 40°С при высо-
кой влажности воздуха.

Значительно изменился и ассортимент рафинада, выпускаемо-
го нашей промышленностью.

Рафинад бывает двух видов: рафинированный песок и рафи-
над в форме кусков.

В СССР основным видом считают рафинад в форме правиль-
ных кусочков. В 1965 г. в СССР выработано 11 млн. т сахара-
509
песка, в том числе 8,9 млн. т сахара из свеклы. За тот же период,
выработано около 2,2 млн. т рафинада, причем 0,7 млн. т рафи-
нированного песка и 1,5 млн. т рафинада в кусках. Таким обра-
зом, количество вырабатываемого рафинада в кусках увеличи-
лось значительно по сравнению с производством его в дореволю-
ционный период. По отношению же к общему количеству выра-
ботанного сахара оно составляет около 17%.

За семилетие (1959—1965 гг.) значительно возросло количе-
ство вырабатываемого рафинированного сахара-песка, который
может конкурировать с зарубежным сахаром-песком того же
сорта.

В некоторых странах, например в США, основным сортом не
только рафинада, но и сахара вообще является только рафиниро-
ванный песок.

В связи с тем, что в СССР потребность в сахаре-рафинаде в
настоящее время в основном уже удовлетворяется, на пятилетие
(1966—1970 гг.) предусматривается рост производства рафинада
в небольших размерах. Так, в 1970 г. намечено выработать
2,5 млн. т рафинада. Из них 1,6 млн. т кускового рафинада и
0,9 млн. т. рафинированного песка. При этом запланировано весь-
ма значительно увеличить выпуск сахара-рафинада, расфасован-
ного на заводе. Массу сахара-рафинада в отдельной .пачке подби-
рают, учитывая спрос.

Глава 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАФИНАДНОГО
ПРОИЗВОДСТВА

Рафинад как в виде песка, так и в виде кусочков по сравнению
с сахаром-песком характеризуется повышенной чистотой. В сте-
пени чистоты имеется довольно четкое различие между сахаром-
рафинадом и сахаром-песком, хотя свекловичный сахар-песок яв-
ляется высокочистым продуктом. Никакой другой пищевой про-
дукт не приближается к такой степени чистоты в химическом по-
нимании этого слова, как сахар.

Чистота свекловичного сахара-песка по действующему ГОСТу
составляет 99,75%; примесей допускается всего лишь 0,25%.

Чистота рафинада по действующему ГОСТу должна быть не
ниже 99,9% и, следовательно, примесей допускается лишь 0,1%.
В рафинаде по сравнению с обычным сахаром-песком содержится
примесей в 2,5 раза меньше. Однако наличие в сахаре-песке
0,25% примесей обычно не сказывается на вскусовых и тем более
на пищевых свойствах сахара. Чистота сахара тесно связана с
его внешним видом, а эта характеристика имеет важнейшее зна-
чение. Привлекательный внешний вид кристаллического сахара
510
(в частности, и песка) в некоторых странах считают даже решаю-
щим для суждения о его сортности.

По-видимому, именно по внешнему виду в основном стремят-
ся в США уравнять песок, изготовляемый на свеклосахарных
заводах, с рафинированным песком, выпускаемым рафинадны-
ми заводами из тростникового сахара-сырца. В ГДР и ФРГ име
ются наборы образцов (эталонов) сортов сахара-песка, с кото-
рыми арбитры-эксперты сравнивают пробу «анализируемого» са
хара. При этом одновременно учитывают окрашенность, размер
кристаллов и их равномерность и относят сахар к ближайшей по
внешнему виду сортовой категории. Такая экспертиза хороша
своей наглядностью, но чересчур уже субъективна и спорна.

Для оценки качества сахара по внешнему виду кристаллов
предложены приборы (рефлектометры), которые должны объек-
тивно измерять степень блеска их при сопоставлении со степенью
отражения света от эталонных поверхностей. Такие приборы по-
ка распространения не получили, но следует признать, что блеск,
степень отражения света—весьма важные показатели качества
сахара, не менее важные, чем содержание ничтожной доли при-
меси.

Внешний вид кристаллического сахара зависит также от раз-
мера кристаллов и степени равномерности их. Размер и равно-
мерность кристаллов сахара-песка определяют при помощи лабо-
раторного набора сит, проводя соответствующие пересчеты.

Кроме того, определяют количество нежелательных кристал-
лических сростков (друз), содержащихся среди монокристалли-
ков сахара-песка. О чистоте сахара можно судить и по содержа-
нию золы. В результате рафинирования концентрация золы в ра-
финаде уменьшается примерно в 10 раз по сравнению с сахаром-
песком. Концентрация золы в сахаре тесно связана с электро-
проводностью его раствора. Следовательно, электропроводность
может быть важной характеристикой качества сахара.

При нагревании сахар разлагается и окрашивается в корич-
нево-бурый цвет. Загрязнения, содержащиеся в сахаре, усилива-
ют, как бы катализируют это разложение. Чем чище сахар, тем
лучше он выдерживает нагревание, поэтому по интенсивности
окраски, возникающей при нагревании сухого сахара на масля-
ной бане в течение 15 мин при температуре 175° С, можно судить
о его качестве.

Среди сортов рафинада в СССР наиболее важным является
кусковой. Эта форма рафинада возникает вследствие сцепления
отдельных кристаллов (монокристаллов) сахара между собой.

В монокристаллах молекулы сахара практически сплошь за-
полняют пространство, поэтому масса сахара в монокристалле,
отнесенная к массе воды в том же объеме, должна являться фи-
зико-химической константой. Будем называть эту величину отно-
сительной плотностью сахарозы. Ее можно 'принять равной 1,59.
Сахар-песок, состоящий из монокристаллов, в своей совокуп-
ности является сыпучим веществом. Монокристаллы не вплот-
ную прилегают один к другому, они не сплошь заполняют прост-
ранство, между ними имеются как бы «гроты», заполненные воз-
духом. Оказывается, что объем гротов довольно велик и прибли-
жается по своему значению к 50% от общего объема, занимае-
мого сахаром-песком. Массу сахара-песка, отнесенную к массе
воды в том же объеме, будем называть (относительной) насып-
ной плотностью. Ориентировочно она равна 0,85. При встряхива-
нии мешка с сахаром-песком его насыпная плотность увеличива-
ется, так как монокристаллы укладываются более компактно.
Если размеры кристаллов сахара-песка неравномерны, то песок
характеризуется большей насыпной плотностью, так как мел-
кие кристаллы получают возможность размещаться в гротах
между крупными кристаллами.

От размера равномерных монокристаллов правильной формы
насыпная плотность сахара-песка не зависит, так как здесь долж-
но существовать геометрическое подобие, и процент объема, за-
нимаемого гротами, по отношению к общему объему должен
быть величиной постоянной.

В кусковом рафинаде отдельные монокристаллы, во-первых,
сближены между собой больше, чем в сахаре-песке, а, во-вторых,
они находятся в сцеплении. Однако в кусковом рафинаде имеют-
ся и гроты (поры), заполненные воздухом, и притом занимающие
не такой уже малый объем.

Массу кускового сахара, отнесенную к массе воды в том же
объеме, будем называть относительной объемной плотностью. Эта
плотность колеблется в значительной мере (от 1,05 до 1,25) для
разных сортов рафинада. При прочих равных условиях чем выше
объемная плотность рафинада, тем выше его механическая проч-
ность.

Попутно можно отметить, что кусковому рафинаду, насыпан-
ному каким-либо образом в кучу, присуща и некоторая насыпная
плотность. Если кусочки рафинада правильной формы уложены
вплотную один к другому, то их насыпная плотность приближа-
ется к объемной, оставаясь всегда несколько меньше последней.
Если же они просто ссыпаны, то насыпная плотность значитель-
но меньше объемной и даже меньше насыпной плотности сахара-
песка. Так, в мешках насыпная плотность кускового рафинада
равна приблизительно 0,7.

СОПРЯЖЕНИЕ РАФИНАДНОГО ПРОИЗВОДСТВА
С ДРУГИМИ ПРОИЗВОДСТВАМИ

Вид рафинадного производства зависит от многих обстоя-
тельств, но важнейшее из них — это характер его технологиче-
ской связи (сопряжения) с свеклосахарным производством.
1. Наиболее распространено у нас сопряжение, при котором
обособленный рафинадный завод перерабатывает песок, посту-
пающий с свеклосахарных заводов. Рафинадные заводы обыч-
но размещают в местах потребления рафинада, в частности в
больших городах.

Следует иметь в виду, что сахар-песок почти полностью пере-
рабатывается 'в сахар-рафинад с выходом около 99%. Поэтому
при перевозке сахара от места производства к месту его потреб-
ления масса груза не зависит от того, что приходится перевозить:
сахар-песок или кусковой рафинад. Удобнее же перевозить са-
хар-песок.

В настоящее время кусковой рафинад в больших количествах
перевозят затаренным в мешки. Выше мы видели, что насыпная
плотность сахара-песка больше, чем насыпная плотность куско-
вого рафинада (0,85 и 0,7 соответственно). Отсюда понятно, что
для перевозки кускового рафинада по сравнению с сахаром-пес-
ком требуется железнодорожных вагонов примерно на 20%
больше.

При погрузке, разгрузке и транспортировке кусковой рафинад
в какой-то степени крошится и набирает больше ворса из меш-
ков, чем сахар-песок, да и мешки, в которые насыпают рафинад,
быстрее изнашиваются. Загрязнения сахара-песка ворсом, воз-
никшие при перевозке, устраняются при его рафинировании на
рафинадном заводе, размещенном на месте потребления. Анало-
гичные же загрязнения транспортируемого издалека сахара-ра-
финада уже не устранимы.

При расфасовке рафинада в пачки и упаковке их в деревян-
ные ящики указанные выше недостатки перевозок устраняются.
Но деревянные ящики дороги, а их возврат на рафинадный завод
для повторного использования весьма затруднен и практически
почти не применяется.

Выработка рафинада ближе к месту потребления облегчает
перевозку его в расфасованном виде. Пачки, в которые расфасо-
вывают сахар2рафинад, можно подавать автотранспортом непо-
средственно в бакалейные магазины. При уменьшении пути пе-
ремещения упаковка пачки лучше сохраняется.

Взаимоотношения (производственные и финансово-расчет-
ные) между свеклосахарными и рафинадными заводами регули-
руются ГОСТом на сахар-песок. Если качество сахар-песка ниже
стандартного, то уплачиваемую за него цену уменьшают в соот-
ветствии с результатами химического анализа сахара-песка.
Скидку в процентах с исходной цены определяют по следующе-
му расчету:

при содержании влаги (Вд) более 0,14% скидка равна
Вд—0,14;

при содержании сахарозы в пересчете на сухое вещество (/7)
менее 99,75%, процент скидки составляет 99,75—П;

17 Заказ 90S 513
скидку на содержание редуцирующих веществ (Рд), которое
по ГОСТу не должно превышать 0,05% ввиду особой вредности
их для процесса рафинирования, устанавливают прогрессивную
и вычисляют по следующей шкале:

Содержание редуцирующих
веществ (Рд), %

0,06—0,1

0,11—0,2

0,21—0,3

Размер скидки с цены, %

(Рд—0,05)2

(Рд—0,05) 3

(Рд—0,05)4 и т. д.

При содержании общего количества несахаров более 0,25%,
допускаемых по ГОСТу, скидку определяют следующим образом.
Из количества несахаров (Нс) вычитают 0,25% и избыток реду-
цирующих веществ сверх 0,05% (как уже учтенных в соответст-
вующей скидке) и разность умножают на мелассный коэффици-
ент несахаров, который принимают равным 1.5. Таким образом,
скидку можно определить по формуле

[/7с — 0,25 — (fd — 0,05)] 1,5.

Исходя из того, что повышенная цветность песка, а следова-
тельно, и сиропов замедляет работу станции очистки и всего ра-
финадного завода и заставляет применять повышенные количест-
ва адсорбентов, установлена скидка на цветность. Размер ее
равен 0,1% за каждые 0,1 единицы повышенной цветности сверх
1 ед. Шт.

Если песок не удовлетворяет требованиям ГОСТа по несколь-
ким показателям, то соответствующие скидки суммируют.

2. Вторым видом сопряжения рафинадного и свеклосахарного
производства является такое, когда они соединены территориаль-
но и организационно — оба находятся в едином предприятии.
В этом случае сахар-песок, выработанный свеклосахарным за-
водом, немедленно передается рафинадному заводу или рафи-
надному цеху, где он сразу же поступает на клеровку для очист-
ки, перекристаллизации и других операций рафинирования.

Для этого вида сопряжения возможны два варианта:

первый вариант, при котором вся дальнейшая работа рафи-
надного завода не связана с работой сахаро-песочного. Оттеки
рафинадного завода подвергаются последующим кристаллизаци-
ям независимо от свеклосахарного завода вплоть до получения
рафинадной мелассы;

второй вариант, при котором оттеки рафинадного завода (в
этом случае его называют рафинадным цехом) на том или ином
этапе передают сахаро-песочному заводу и их подвергают по-
следующей кристаллизации при смешении с густым сиропом све-
клосахарного завода. При работе по этому варианту оба произ-
водства имеют общую мелассу, состав которой ближе к мелассе
свеклосахарного завода.
Во время работы свеклосахарного завода, а в особенности
после окончания ее, рафинадный завод обычно имеет возмож-
ность перерабатывать сахар-песок, привозимый с других заво-
дов, или тростниковый сахар-сырец.

Когда свеклосахарное производство заканчивается, рафинад-
ный завод может работать только по рафинадной схеме.

3. Некоторые наши рафинадные заводы перерабатывают на
рафинад импортный тростниковый сахар-сырец, который по сво-
им качествам, а также по чистоте значительно уступает сахару-
песку. Такое сопряжение рафинадных и тростниковосахарных за-
водов широко распространено за рубежом. В некоторых европей-
ских странах (Чехословакия, ГДР и ФРГ) исторически сложи-
лось сопряжение, когда рафинадные заводы перерабатывают са-
хар-сырец, изготовленный на своих же свеклосахарных заводах.
Такое взаимоотношение означает упрощение свеклосахарного и
усложнение рафинадного производства. В последнее время евро-
пейские свеклосахарные заводы стремятся сразу выпускать высо-
кокачественный сахар-песок.

4. Можно выпускать сахар-песок, весьма приближающийся по
качеству к рафинированному, и даже кусковой сахар непосредст-
венно на сахаро-песочном заводе без особого рафинадного цеха
в его ныне принятом у нас виде.

Так, применяя глубокую очистку соков ионитами, можно полу-
чать густой сироп высокой чистоты (до 98%) и из него высоко-
качественный сахар-песок.

У нас делались предложения, которые и осуществлялись в за-
водском масштабе, выпускать рафинад непосредственно на свек-
лосахарном заводе, не прибегая к полной перекристаллизации са-
хара-песка. Такой завод называли свеклорафинадным. На нем
влажный сахар-песок сразу же подвергали прессованию с после-
дующим высушиванием. Получение рафинада на свеклосахарном
заводе обходится дешевле главным образом за счет экономии
пара и топлива, так как не требуется уваривать рафинадные ут-
фели. Однако на свеклорафинадном заводе должны быть повы-
шены требования к качеству свекловичного сахара-песка. Это вы-
зывает усложнение технологической схемы сахаро-песочного заво-
да, т. е. для обесцвечивания соков и сиропов необходимо приме-
нять дополнительные способы обработки;

вводить углубленную сульфитацию, очистку активным углем,
кизельгуром и частично ионитами;

развивать кристаллизационную схему, применяя не менее
трех кристаллизаций;

в больших масштабах применять аффинацию и перекристал-
лизацию продуктовых (желтых) сахаров.

Очень большую роль на свеклорафинадном заводе играет ка-
чество свеклы. Если свекла плохая, то может оказаться, что вся

515
совокупность перечисленных мероприятий уже не обеспечит вы-
пуск рафинада необходимого качества.

Не лишне здесь напомнить, что содержание несахаров и в
особенности золы в рафинаде или песке, которые могут быть вы-
работаны на свеклорафинадном заводе, всегда превышает со-
держание их в подлинном, полностью перекристаллизованном
рафинаде, и это может быть установлено химическим анализом.
Однако вследствие абсолютно незначительного количества неса-
харов это обстоятельство не представляется существенным.

Решающим является внешний вид рафинада, его белизна,
блеск. В этом направлении можно добиться полного сходства с
обычным рафинадом при меньшей стоимости продукции свекло-
рафинадного завода.

Выработка сахара-песка, идентичного с рафинированным,
осуществляется на свеклосахарных заводах США. Выпускаемый
ими песок должен выдерживать конкуренцию с рафинирован-
ным песком, вырабатываемым рафинадными заводами из трост-
никового сахара-сырца. В некоторых случаях это удается достиг-
нуть при трехкристаллизационных схемах. Однако, по-видимому,
некоторые свеклосахарные заводы работают по четырехкристал-
лизационной схеме, подвергая, как и рафинадные заводы, весь
выпускаемый сахар-песок полной (или частичной) перекристал-
лизации.

5. Имеется предложение сочетать производство рафинада из
сахара-песка с кондитерским производством, организуя сравни-
тельно небольшие рафинадные цехи мощностью 250—500 ц ра-
финада в сутки на кондитерских фабриках, размещенных в боль-
ших городах. При таком сопряжении возникает возможность зна-
чительно упростить рафинадный цех, осуществляя в нем лишь
одну или максимум две кристаллизации и передавая его полу-
продукты другим кондитерским цехам.

Теоретически обосновывая излагаемое предложение, С. 3. Ива-
нов [4] полагает, что сопряжение рафинадного производства с
кондитерским (в особенности с выработкой карамели), кроме
упрощения производства, позволит уменьшить потери сахара,
При сокращении количества кристаллизаций, которые проводят
при высокой температуре, уменьшится разложение сахара, поэ-
тому в дальнейшем он может полностью использоваться как пи-
щевой продукт в кондитерском производстве. При таком сопряже-
нии рафинадного и кондитерского производства нет рафинадной
мелассы и нет потерь сахара в ней.

6. За рубежом в некоторых случаях осуществляется произ-
водство кускового рафинада из рафинированного песка. В рафи-
нированный песок добавляют воду, перемешивают, создавая ра-
финадную кашку. Кашку прессуют в кусочки, а затем высушива-
ют. Такое производство кускового рафинада сравнительно прос-
то (не требуются операции кристаллизации, перекристаллизации
516
п очистки сиропов), и оно может быть налажено в любом пункте
в сочетании с каким-либо другим производством либо независи-
мо. Единственное условие — это поступление высококачественно-
го рафинированного песка. Имеются сведения, что в зарубежной
практике в некоторых случаях рафинированный песок хранят на
рафинадных заводах бестарно в силосах. По мере надобности
его направляют на выработку кускового рафинада. Таким обра-
зом, по-видимому, исключаются возможности загрязнения саха-
ра-рафинада, в частности загрязнения ворсом.

Рафинадные заводы обычно работают в течение круглого го-
да, лишь с месячной остановкой в самое жаркое время года, ко-
торая используется для проведения ремонта. Это обеспечивает
более выгодное использование оборудования.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА РАФИНАДА

Очистка рафинада. Для повышения чистоты рафинада при-
меняют два технологических процесса:

перекристаллизацию;

очистку, т. е. удаление загрязнений.

Очищаемый сахар-песок должен быть предварительно «рас-
пущен», расклерован, т. е. растворен.

Первое условие всякого процесса кристаллизации из раство-
ра, а в частности и процесса перекристаллизации, заключается в
том, что кристаллизуемое вещество (сахар) должно количествен-
но преобладать над прочими компонентами (несахарами) сухо-
го вещества раствора. При удалении воды в процессе уварива-
ния маточный раствор становится пересыщенным только по отно-
шению к сахару и остается ненасыщенным по отношению ко
всем другим растворенным компонентам. При этом условии си-
лы притяжения между молекулами сахара становятся больши-
ми, чем силы притяжения между ними и молекулами воды. Силы
притяжения в процессе кристаллизации специфичны: они воздей-
ствуют только на сблизившиеся частицы кристаллизующегося
вещества. Молекулы сахара, притягиваясь одна к другой, а за-
тем к граням растущих кристаллов, получают возможность отде-
ляться, изолироваться и от молекул воды, и от частиц растворен-
ных примесей и укладываться в строгую кристаллическую решет-
ку. Кристаллам сахара присущ молекулярный характер кристал-
лической решетки. В узлах решетки находятся молекулы сахара
(не атомы и не ионы).

В молекуле сахара «центры тяжести» положительных и отри-
цательных электрических зарядов не совпадают. В одной части
молекулы преобладает положительный, в другой части—отрица-
тельный заряд. Молекула полярна, в ней существуют два полюса
и ее называют поэтому диполем.
Степень асимметрии в расположении электрических зарядов
в молекуле характеризуют длиной диполя I, которая выражает
собой расстояние между центрами положительных и отрицатель-
ных зарядов. Длина диполя имеет порядок молекулярных разме-
ров, т. е. 1 -10“10 м. Степень полярности выражают величиной ди-
польного момента Ра, равного произведению одного из зарядов,
образующих диполь Q (в кулонах), на длину (плечо) диполя I
в 10~,0Л!:

Ра — QI к • м.

Для молекулы сахара (рис. 172) I = 0,64 • Ю-10 м. Попутно
отметим, что молекулы воды также являются диполями с длиной
I, равной 0,384 • 10~10 м.

Рис. 172. Схема
молекулы - диполя

сахарозы.

Разноименные полюсы полярных молекул взаимно притягива-
ются, и это обусловливает определенное и упорядоченное разме-
щение их в кристаллической решетке. Расположение и взаимо-
связь полярных молекул в одной плоскости кристалла показаны
схематически на рис. 173.

Молекулярные силы (например, в отличие от межионных) не
так уж велики и при приложении относительно небольшой энер-
гии связи могут разрываться, строгая ориентировка молекул пе-
рестает существовать, что наблюдается, например, при плавле-
нии сахара. Из сказанного понятно, что кристаллы сахара не
очень тверды и плавятся при довольно низкой температуре. От-
сутствие ионов и свободных электронов объясняет то обстоя-
тельство, что сахар ни в кристаллическом, ни в аморфном, ни
в растворенном состоянии не проводит электрического тока. По-
лярность, присущая отдельным молекулам сахара, обусловли-
вает его значительную растворимость в полярных растворителях
и, в частности, в воде.

Внутри отдельных молекул сахара атомы углерода, кислоро-
да и водорода связаны ковалентными связями. При нагревании
518
л

в.

Рис. 174. Включение примесей в крис-
таллические решетки, составленные
молекулами А: (Б — примесь замеще-
ния; В — примесь внедрения).

Р}{Р

до температур даже более
низких, чем температура
плавления, эти связи разры-
ваются, происходит пере-
группировка атомов, кара-
мелизация с образованием
интенсивно окрашенных ве-
ществ, что весьма нежела-
тельно в рафинадном произ-
водстве.

Казалось бы, всякий про-
цесс кристаллизации дол-

жен вести к получению абсолютно чистых и однородных по сво-
ему составу кристаллов. Однако оказывается, что выращивае-
мые из растворов кристаллы, как правило, не являются абсо-
лютно чистыми.

По физическому характеру и прежде всего по размерам про-
тяженности различают три вида загрязнений кристаллов: круп-
ные включения (окклюзия), иногда в виде пещерок или пузырь-
ков, видимых даже невооруженным глазом; загрязнения частица-
ми коллоидных размеров и свойств, обусловленные силами ад-
сорбции; загрязнения частицами молекулярных размеров, когда
молекулы несахаров становятся на место молекул сахара, заме-
няя их в кристаллической решетке (рис. 174).

Концентрация посторонних примесей, которые оказываются
включенными в кристаллы сахара, зависит от концентрации их в
маточном растворе. Чем более загрязнен маточный раствор, чем
ниже его чистота, чем более он окрашен, тем более загрязненным
оказывается получаемый кристалл; наоборот, для того чтобы по-
лучать чистые кристаллы, нужно исходить из возможно более
чистых маточных растворов.

Концентрация несахаров в составе сухого вещества выращи-
ваемых кристаллов в десятки раз меньше концентрации несаха-
ров в составе сухого вещества маточного раствора. На этом то и
основано очищающее действие перекристаллизации, когда ма-
точный раствор готовят растворением сахара, подлежащего
очистке.

Концентрация несахаров в крупных включениях равна кон-
центрации их в маточных растворах. Разные несахара, различные
растворенные загрязнения проявляют разное стремление вклю-
чаться в растущий кристалл.

Специфичность в образовании включений можно приравнять
к специфичности избирательности адсорбционного процесса, учи-
тывая, что несахара включаются в растущий кристалл путем ад-
сорбции к его поверхности (граням). Повышенную склонность к
включениям в растущий кристалл проявляют окрашенные веще-
ства, образовавшиеся из сахара вследствие его разрушения под
воздействием высокой температуры. В процессе перекристаллиза-
ции приходится иметь дело с несахаром, наиболее склонным к
включению: он внедряется в наращиваемый кристалл; отношение
концентрации несахара в растворяемом и получаемом сахаре мо-
жет оказаться очень небольшим.

Таким образом, перекристаллизация, которая, несомненно,
является мощным средством очистки сахара, имеет все же до-
вольно определенные границы. Может оказаться, что путем одних
перекристаллизаций трудно и даже невозможно избавиться от
некоторой окрашенности получаемого сахара (желтоватые и се-
роватые оттенки), в особенности если учесть, что в самом процес-
се перекристаллизации появляются новые окрашенные вещест-
ва — продукты разрушения сахара. К тому же операция перекри-
сталлизации довольно громоздкая и дорогая.

Поэтому, хотя в конечном счете основная масса загрязнений
действительно концентрируется в оттеке последнего утфеля —
рафинадной мелассе — и с пей выводится из завода, наряду с пе-
рекристаллизацией применяют очищающую обработку маточных
растворов.

В настоящее время в нашей рафинадной промышленности
очистку сиропов осуществляют в основном при помощи адсорбци-
онного процесса.

В качестве адсорбентов в рафинадном производстве применя-
ют угли четырех различных типов:

костяной уголь (крупку) — этот адсорбент начали применять
с начала XIX в., т. е. свыше полутораста лет назад;

гранулированный уголь, производство которого освоили в по-
следнее десятилетие;

активный уголь типа норит;

активный уголь типа карборафин.

Угли последних двух типов применяют уже несколько десят-
ков лет.

В последние годы в рафинадной промышленности для очистки
находят все возрастающее применение иониты. Это искусствен-
ные смолы, продукты органического синтеза.

Указанные выше адсорбенты — угли — являются пористыми
веществами с сильно развитой, активно адсорбирующей поверхно-
стью. Считают, что поверхность 1 г активного угля составляет не-
сколько сот квадратных метров, а поверхность крупки хотя и
меньше этой величины, но все же очень развита: около 100 м2
на 1 г.

Известно, что соотношение количества различных веществ,
адсорбированных какой-либо активной поверхностью из раство-
ра, значительно отличается от соотношения этих веществ в обра-
батываемом растворе даже в том случае, когда силы адсорбции
этих веществ равны между собой. Силы адсорбции, воздействуя
на каждое из растворенных веществ, как бы стремятся уравнять
520
их концентрации на адсорбирующей поверхности, несмотря на то,
что концентрации их в растворе не равны одна другой.

Оказывается, что при прочих равных условиях вещества, со-
держащиеся в растворе в малой концентрации, находятся в отно-
сительно лучших для адсорбции условиях, чем вещества, содер-
жащиеся в том же растворе в большой концентрации. Именно в
гаком положении и находятся несахара обрабатываемого раство-
ра по отношению к его сахару: даже при одинаковой адсорбции
они адсорбируются значительно лучше. В этом в основном и за-
ключается очищающее действие адсорбентов, которые таким
образом служат сильным средством для удаления примесей, кон-
центрация которых в растворе незначительна. Таким образом,
адсорбция как бы дополняет перекристаллизацию, которая позво-
ляет избавиться от более концентрированных примесей.

Воздействие процесса адсорбции усиливается еще одним об-
стоятельством. Мы рассматривали вещества, адсорбируемые с
одинаковой силой. В действительности же они адсорбируются по-
разному.

Л4ожно считать, что существует некий параллелизм между си-
лой, с которой какой-либо вид несахара адсорбируется растущим
кристаллом сахара, и силой, с которой он адсорбируется актив-
ной поверхностью адсорбента. Мы уже указывали, что несахара
в растворах, подвергаемых повторной перекристаллизации, долж-
ны быть особенно адсорбционно активны. Поэтому они должны
особо энергично удаляться в процессе адсорбции, который в этом
случае решает задачу, непосильную для процесса перекристал-
лизации.

Далее нужно отметить, что красящие вещества сиропов обла-
дают обычно большими молекулами, которые, как известно, ад-
сорбируются с большей силой, чем другие вещества. Технологи-
ческая и экономическая целесообразность включения в 'схему
очистки адсорбционного процесса подкрепляется еще и тем, что
для его осуществления не приходится специально растворять са-
хар, но используются растворы, которые все равно должны
быть приготовлены для осуществления процесса перекристалли-
зации.

Количество вещества х, адсорбированного на весовую едини-
цу адсорбента, зависит от его концентрации с в растворе и при
определенной постоянной температуре (изотерме) выражается
следующим уравнением Лэнгмюра:

Ьс
х = хпо------,

пр 1 + Ьс

где хПр — количество вещества, адсорбируемого в предельном
случае, когда вся поверхность адсорбции покрыта мо-
номолекул ярным слоем вещества;

b — коэффциент адсорбции.
Уравнение Лэнгмюра выведено теоретически. Оно, между про-

чим, четко показывает, что существует максимум количества ве-
щества, которое может быть адсорбировано весовой единицей
адсорбента. При больших значениях величины концентрации с
произведение Ьс становится весьма большой величиной; дробь
Ьс

стремится к единице, и величина х стремится к предель-

1 + Ьс

ному значению хпр.

Для не очень высоких концентраций растворенного вещества
справедливо более простое, чисто эмпирическое уравнение изо-
термы адсорбции Фрейдлиха:

X = kca,

где k — коэффициент адсорбции;

а — постоянная величина, значения которой обычно колеб-
лются в пределах 0,1—0,5.

Величины k и а зависят от характера адсорбируемого ве-
щества.

Допустим, что имеется раствор, в определенном объеме кото-
рого содержится 1000 частей сахара и 10 частей какого-то опре-
деленного несахара, т. е. несахар составляет 1% к сахару. До-
пустим, что процесс адсорбции проходил по уравнению Фрейнд-
лиха.

Рассмотрим отдельно адсорбцию сахара и несахара, ориенти-
руясь по их исходным концентрациям.

Пусть k и а для сахара и данного несахара соответственно
равны между собой, причем k равно единице и а равно 0,5. Значе-
ние х для несахара оказывается равным 3,16 и для сахара 31,6.

В растворе осталось 10 — 3,16 = 6,84 части несахаров и
1000—31,6 = 968,4 части сахара, т. е. несахар составляет уже
лишь

_6.84._100

968,4

Таким образом раствор заметно очистился, так как концен-
трация несахара по отношению к сахару уменьшилась на 30%
от исходной- Это произошло потому, что в пленке, которой покры-
та поверхность адсорбента, несахар оказался в концентрации бо-
лее высокой, чем в растворе, а именно: он составляет от сахара

Al^=ioo/0.

31,6

Результат процесса адсорбции оказывается еще значительно
более благоприятным, так как сахароза лишь слабо поглощается
адсорбентами, а по мнению некоторых исследователей, крупкой
совсем не адсорбируется.
Основным показателем эффекта обесцвечивания в результате
адсорбции считают уменьшение цветности сиропа, выраженное
в процентах к его начальной цветности.

Если, например, цветность сиропа до обесцвечивания была
равна двум единицам, после обесцвечивания — одной единице, то
эффект обесцвечивания считают равным

J^22L = 50o/o.

Некоторого обесцвечивания сиропов можно добиться не уда-
ляя несахара из сиропа, но переводя их (несахара) в менее окра-
шенные либо бесцветные соединения при помощи некоторых хи-
мических реагентов.

Одним из таких обесцвечивающих веществ, нашедших приме-
нение, является натриевая соль гидросернистой кислоты — гидро-
сульфит или блапкит. Взаимодействуя с водой, гидросульфит
реагирует следующим образом:

Na2S2O4 2Н2О --* Na2SOg 4- H2SO3 ~f~ Н2.

Возможно и дополнительное выделение восстанавливающего
водорода за счет реакции

H2SO3 + H2O->H2SO4 + H2.

Выделяющийся водород восстанавливает красящие вещества
сиропа, превращая их в лейкосоединения. Для оптимального
воздействия гидросульфит добавляют в сравнительно малых ко-
личествах: примерно 100—200 г на 100 ц осветляемого утфеля,
причем вводят его обязательно в сухом виде — непосредственно
в вакуум-аппарат. Увеличение добавляемого количества не дает
дополнительного эффекта. Применение гидросульфита может
снизить цветность получаемого сахара.

Один из недостатков гидросульфита заключается в том, что
при его применении количество несахара не только не уменьшает-
ся, но даже несколько возрастает за счет того, что сам гидро-
сульфит (который, впрочем, вводится в очень небольшом количе-
стве) остается в растворе.

Введение гидросульфита, сопровождающееся выделением
H2SO3, несколько снижает вязкость межкристального оттека,
что должно улучшить и процесс кристаллизации, и процесс фу-
говки.

Особое место в рафинадном производстве занимает операция
подсинивания сахара, так как считают, что синеватый оттенок
кусков рафинада нравится потребителю. Во всяком случае сине-
ватый оттенок подавляет действительно неприятные желтоватые
или сероватые оттенки, которые иногда портят внешний вид
рафинада. Для подсинивания применяют синьку (ультрама-
523
рин) — неорганическое вещество. Его состав приблизительно
таков (в %): кремнезем 40, алюминий 27, натрий 18, сера 14,.
вода 1.

Ультрамарин должен быть особо чистый, марки УС (ультра-
марин сахарный). В нем допускается не более 0,06% мышьяка,,
свободной серы — не более 0,5 %, совсем не допускается содер-
жание сероводорода.

Ультрамарин должен быть тонкого помола.

Получение кусков рафинада. Придать сахару кусковую фор-
му можно различными приемами, причем куски сахара не обяза-
тельно должны быть кристаллической структуры. Путем сплав-
ления из отдельных кристаллов можно получать куски аморфно-
го сахара. Однако, во-первых, нагревание сахара до температу-
ры плавления, т. е. до 160—180° С, сопровождается значительным
разложением и, во-вторых, получаемый расплав способен вновь
кристаллизоваться и терять аморфную структуру. К аморфному
сахару приближаются имеющие большее распространение леден-
цы и карамель кондитерского производства. Однако в них содер-
жится вода, правда, в весьма малом количестве— 1—2%, а так-
же сухие вещества добавленной карамельной патоки, которые
сильно тормозят возможную кристаллизацию сахара.

Сахарозе в кристаллическом состоянии можно придать куско-
вую форму различными путями:

выращиванием крупных монокристаллов размером в не-
сколько сантиметров. Такие кристаллы, которые назывались
кандисом, вырабатывались у нас в XIX в. и поступали в про-
дажу. Монокристаллические куски отличаются значительной
прочностью. Они очень медленно растворяются и поэтому даже
кажутся менее сладкими, чем обычный сахар. В настоящее вре-
мя у нас в Закавказье и в Средней Азии кустарно готовят гро-
мадные кристаллы сахара обычно в виде сростков —друз.
Таков, например, сахар «набат» и другие сорта. Имеется ли
какая-либо перспектива для более широкого распространения
такого сахара (в той или иной модификации) в условиях совре-
менного промышленного производства, сказать трудно;

прессованием сухого сахара-песка или сахарной пудры. Под
давлением, превышающим 100 ат (10 М«/ж2), кристаллы сахара
дробятся в мельчайший порошок, причем между спрессованными
крупинками этого порошка возникает весьма сильное взаимо-
притяжение.

Метод сухого прессования находит некоторое применение
для приготовления из кристаллической глюкозы плоских плиток
и таблеток, поступающих в продажу.

В рафинадной промышленности в настоящее время кусковой
сахар получают из монокристаллов сцеплением их при помощи
сахара же, который дополнительно вводят в промежутки между
монокристаллами.
Аналогичные процессы структурообразования широко рас-
пространены и в природе, и в технике.

Процесс образования льда из отдельных кристалликов
снега, сплошное затвердевание расплавленных металлов в
слитки, в которых все же сохраняются монокристаллы, выделив-
шиеся в начале затвердевания, можно рассматривать как при-
меры таких процессов.

Сюда в некотором отношении близко бетонообразование.
Затвердевший цемент, размещенный между кварцевым песком
и кусками щебня, весьма прочно соединяет их в механически
единое, не имеющее пор целое — бетон. Этот процесс называют
цементированием, или цементацией. Мы будем применять этот
термин для обозначения рассматриваемого нами процесса обра-
зования кусков рафинада. При этом речь идет об аналогии
чисто механической независимо от физико-химической сущности
затвердевания цемента.

В рафинаде монокристаллы сахара цементируются сахаром
же, который выделяется из его раствора. Куски рафинада име-
ют пористую структуру.

Можно указать на следующие технологические условия,
которые осуществляются для придания сахару кусковой формы:
монокристаллы, которые надлежит соединить в кусок, нахо-
дятся в неподвижном состоянии;

весьма желательно сблизить монокристаллы так, чтобы про-
межутки между ними были возможно меньше;

монокристаллы должны быть покрыты пленкой раствора
сахара;

вода из раствора удаляется высушиванием, и растворенный
сахар выделяется между монокристаллами.

Процесс цементации можно представить себе как процесс
сращивания монокристаллов за счет кристаллизации сахара, до-
полнительно выделяющегося из раствора в твердом виде. При
этом предполагается образование сплошной и единой кристал-
лической решетки, которая включает как монокристаллы, ранее
существовавшие отдельно, так и пространство между ними, со-
ответствующее кратчайшим расстояниям. Указанное представ-
ление как будто подтверждается несомненным существованием
кристаллических двойников сахара и его друзов. В случае су-
ществования единой кристаллической решетки для всего куска
рафинада силы сцепления были бы силами когезии. При коге-
зии, как известно, строение вещества по обе стороны любой
плоскости, рассекающей тело, одинаково. На всем протяжении
тела частицы (молекулы) А совершенно одинаково связаны с
точно такими же частицами (молекулами) А.

Какова же структура кусочков рафинада? В какой-то мере
ее уточнили следующие лабораторные опыты.
1. Сахаром были сцементированы отдельные крупинки квар-
цевого песка, которые не могли расти за счет сахарного раство-
ра. Более того, цементировалось и вещество вовсе не кристалли-
ческое, но аморфное. Обычное стекло, истолченное в порошок,
было перемешано с концентрированным чистым раствором
сахара, спрессовано в' брусок и высушено. Полученные пори-
стые куски при испытании на раздавливание показали прочность
превышающую, а па скорость растворения — равную обычным
показателям для рафинада.

2. В качестве цементирующего материала применяли мелас-
су свеклосахарного производства. В ней хотя и содержится са-
хар, но кристаллизоваться он не способен. Кристаллики сахара
были перемешаны с мелассой, спрессованы и высушены. Полу-
ченные куски по раздавливанию и скорости растворения не
отличались от обычного рафинада.

3. Довольно крепкий рафинад был получен и без прессова-
ния. Магму, состоящую из кварцевого песка, перемешанного с
сахарным раствором, заливали в маленькую головную форму и
высушивали, прочность образовавшихся кусков была довольно
высокой.

Из изложенного можно сделать вывод, что при образовании
кусков рост уже имевшихся кристаллов сахара вовсе не влияет
на их сцепление либо имеет лишь второстепенное значение.
Решающую же роль играет сахар, дополнительно выделяющий-
ся из пленки, который не образует единой кристаллической
решетки с кристаллами, но, несомненно, создает среду, по своей
структуре несколько обособленную от крупных монокри-
сталлов.

В каком же агрегатном состоянии находится этот дополни-
тельно выделяющийся из пленки сахар: в кристаллическом, в
аморфном или в леденцовом растворе, содержащем немного
воды?

Чтобы разобраться в этом вопросе, прежде всего нужно от-
метить, что в современной пауке нет резкого противопоставления
кристаллического состояния аморфному. Стеклообразное . со-
стояние считают более близким к твердому кристаллическому,
отличающемуся от него только степенью упорядоченности моле-
кул, чем к состоянию подвижной жидкости.

Несомненно, часть дополнительно выделяющегося из пленки
сахара образует самостоятельные кристаллы различных разме-
ров, преимущественно весьма мелких. Эти кристаллики играют
роль наполнителя аналогично песку и гравию в бетоне. Однако
можно думать, что часть дополнительно выделяющегося сахара
не находится в кристаллическом состоянии в классическом по-
нимании этого термина. Это видно из того хотя бы, что при по-
гружении кусочка рафинада в пересыщенный раствор механиче-
ская прочность его заметно уменьшается, т. е. дополнительно
526
выделившийся из пленки сахар может растворяться в пересы-
щенном или насыщенном растворе.

Следовательно, некоторая часть цементирующего сахара,
причем, по-видимому, та часть, которая выделилась из пленки
в конце, в период высушивания, находится в аморфном (леден-
цовом) либо в исключительно мелкокристаллическом состоянии,
в котором, как 'известно, вещество характеризуется повышенной
растворимостью. Кроме того, отмежевать микрокристаллическое
(псевдокристаллическое) состояние вещества от аморфного вряд
ли возможно, так как и аморфному состоянию все же присуща
некоторая упорядоченность в размещении молекул.

Можно считать, что между монокристаллами сахара и до-
полнительно выделившимся сахаром возникают силы слипания,
склеивания, силы адгезии. Силы адгезии соединяют между со-
бой уже разные частицы или молекулы, например частицы А и
В. При адгезии строение вещества по обе стороны плоскости,
рассекающей стыки, например кристаллов, неодинаково. Силы
адгезии не очень специфичны. Вот почему высушенный сахарный
раствор способен цементировать и другие твердые тела, не только
сахар.

В общей технике [11] существует убежденность, что всякое
вещество (даже чистая вода при замораживании) может склеи-
вать. Для этого какие-либо поверхности следует сначала соеди-
нить пленкой вещества, переведенного в жидкое состояние
плавлением или растворением, а затем тем или другим путем
заставить пленку затвердеть. Прессование, создавая тесный кон-
такт, усиливает склеивание.

В заключение можно отметить, что структура кусков сахара
необязательно предполагает полное или почти полное высуши-
вание и пористое строение. Утфель, содержащий 3—4% воды,
может застывать в довольно прочные куски, лишенные пор.
В таких кусках содержится 9—12% сахарного раствора и это не
мешает им оставаться твердыми, что обусловлено силами сцепле-
ния, создаваемыми концентрированным раствором, переходя-
щим в леденец, находящимся между кристалликами сахара.

ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА КУСКОВОГО РАФИНАДА

Выше мы указали, что для получения кускового сахара из
монокристаллов последние должны быть сближены между со-
бой, объем пор между ними уменьшен. Такое сближение и
предварительное схватывание кристаллов осуществляются прес-
сованием. Спрессовыванию подвергается не утфель, а «кашка»,
т. е. кристаллы сахара, на которых находится пленка сахарного
раствора. При спрессовывании монокристаллы перемещаются,
сближаясь между собой за счет воздуха, вытесненного из пор.
Существует и другой прием, который применяется в произ-
водстве литого рафинада. Он заключается в дополнительной
кристаллизации сахара из пересыщенного раствора, сплошь
заполняющего пространство между монокристаллами.

Для осуществления указанной дополнительной кристаллиза-
ции рафинадный утфель, налитый в сосуд той или иной формы,
подвергают охлаждению, причем кристаллы остаются непод-
вижными.

На основании изложенного становится понятной приводимая
схема классификации сортов рафинада.

Рафинад

Рафинированный песок В кусках

Прессованный Литой

Прессованный Колотый Быстро Пиленый Колотый

со свойствами растворимый

литого

В настоящее время у нас выпускают четыре основных сорта
рафинада: прессованный колотый, прессованный быстрораство-
римый, рафинированный песок и в небольшом количестве (ли-
той) колотый рафинад.

Выпускают также кусковой прессованный рафинад в мелкой
расфасовке. Его называют дорожным. Раньше для его обозна-
чения применялся термин «ресторанный».

В зависимости от сорта действующий ГОСТ (табл. 45)
предъявляет к сахару-рафинаду ряд требований по следующим
показателям:

крепости (временному сопротивлению параллелепипеда,
раздробляющему давлению пресса Бонвеча);

растворимости в воде кубика рафинада с ребром 1 см при
температуре 20° С;

влажности;

чистоте (она должна быть не менее 99,9%);

содержанию редуцирующих веществ (менее 0,03%).

Кусочки рафинада должны быть параллелепипедами толщи-
ной 11 или 22 мм, массой 7,5; 5,5 или 15 г каждый.

Литой колотый — это кусочки неправильной формы массой
не менее 5 г и не более 60 г каждый.

Рафинированный сахар-песок должен представлять собой
отдельные кристаллы сахарозы размером не менее 0,2 мм. Ни-
528
Таблица 45

Требования, которым должен соответствовать сахар-рафинад
по ГОСТу 22—66

Рафинад Показатели
крепость, кГ!см* полная раство- римость, мин влажность, %
Колотый ЛИТОЙ 40 8 0,4
Прессованный со свойствами ли-
того 35 7 0,25
Прессованный колотый 30 6 0,2
Прессованный быстрорастворимый 15 1 0,2
Дорожный 30 6 0,2

же приведены размеры кристаллов рафинированного сахара-
песка различных видов.

Размеры кри-
сталлов, мм

Рафинированный сахар-песок

Мелкий...............................0,2—0,8

Средний ............................. 0,5—1,2

Крупный .............................1,0—2,5

Особо крупный (вырабатывается по осо-
бому заказу) ....................... 2,0—4,0

Влажность рафинированного сахара-песка не более 0,1 Со-
существует также спрос на рафинадную пудру. Рафинадная
пудра — это кристаллы сахара-рафинада размерами менее
0,1 мм. Ее обычно готовят, размалывая сухие отходы рафинада,
полученные при колке и упаковке кускового рафинада или при
отсеве рафинированного песка.

Ассортимент сахара-рафинада за 1965 г. с учетом его расфа-
совки был следующий (в %):

Кусковой рафинад
насыпью ............................... . . 47,3

в пачках ...............................14,7

дорожный (ресторанный).................... 0,6

Рафинированный сахар-песок
насыпью .................................30,6

в пачках ................................. 0,7

Головной колотый рафинад.................... 5,3

Рафинадная пудра.............................. 0,5

Сахароза ..................................... 0,3

Итого

100,0

Для производства шампанского, ликеров, вин, а также для
других целей вырабатывают рафинированный песок (сахарозу)
особой чистоты. При изготовлении его исключают применение
ультрамарина и гидросульфита, наличие которых в кристаллах
может ухудшить качество шампанского. Кристаллы песка выпу-
скают размером 2—2,5 мм, прозрачными, как льдинки, с чистой
блестящей поверхностью. В таком сахаре загрязнения не дол-
жны превышать сотых долей процента (0,02%). Сахар получают
из сиропа, приготовленного из высококачественного сахара-
песка. Обесцвечивают его лучшим и при том свежим адсорбен-
том. После фуговки сахар-песок пробеливают чистой горячей
водой и паром.

Сахар-песок высушивают при перемещении его на трясучках
и стальных лентах транспортеров. После сушки его просеивают,
удаляя как крупные друзы, так и мелочь. Равномерность кри-
сталлов придает сахару-песку более привлекательный вид.

Близкий к описанному рафинированный песок повышенной
чистоты с крупными кристаллами поступает и в продажу, но его
сравнительно медленное растворение оказывается неудобным
для некоторых потребителей.

Сахар-рафинад является пищевым продуктом, весьма близ-
ким к химически чистому. В этом его достоинство. Однако эта
же чистота обусловливает и его определенную односторонность,
узкость в пищевом рационе человека.

Делалось предложение обогащать кусковой рафинад витами-
нами, в частности витамином С, когда мелкие кристаллы аскор-
биновой кислоты подмешивали к рафинадной кашке, но в про-
мышленности этот способ не нашел применения.

В настоящее пятилетие при не очень большом росте выра-
ботки кускового рафинада запланировано резкое увеличение
количества расфасованного (т. е. выпускаемого в пачках) куско-
вого рафинада. В 1970 г. оно будет доведено до 1 млн. т, т. е.
составит около 65% от общего количества. Сахар в пачках на-
мечено выпускать массой 0,5 кг, наиболее удобной для потре-
бителя.

Не следует думать, что в результате прессования осущест-
вляется только сближение монокристаллов. Прессование рафи-
надной кашки, которое производится под давлением десятков
атмосфер, частично дробит кристаллы. Кроме того, между сбли-
зившимися кристаллами и межкристальным сиропом возникают
ощутимые силы адгезии. Однако эти силы еще слабы и недоста-
точны для того, чтобы превратить рафинад в прочные куски.
Окончательную прочность рафинаду придает высушивание.

Принципиальная схема производства кускового рафинада
включает следующие основные технологические операции:

растворение (роспуск) сахара-песка;

очистку рафинадного сиропа;

варку утфеля;

фуговку и пробеливание •;

1 При производстве литого рафинада сваренный утфель сначала охлаж-
дают в формах, а затем пробеливают.

5.30
прессование;

сушку рафинада и цементирование кусков (если рафинад
прессуют в виде брусков, то высушенный рафинад подвергают
колке);

расфасовку кусков рафинада.

При всех операциях рафинадного производства необходимо
реакцию среды поддерживать возможно более близкой к ней-
тральной, т. е. к pH 7. Как известно, кислая реакция способ-
ствует инверсии сахара, щелочная — образованию окрашенных
продуктов.

По возможности все технологические процессы следует про-
водить при относительно невысокой температуре и возможно
быстрее.

С. 3. Иванов [3] отметил, что в рафинадной мелассе содер-
жится повышенное количество редуцирующих веществ. Если в
исходном сахаре-песке их содержится 0,03%, то при выходе 1%
рафинадной мелассы на 100 частей растворенной сахарозы в ре-
зультате сгущения редуцирующие вещества должны бы соста-
вить 3% к массе мелассы.

За типичные условия ведения технологических процессов
рафинадного производства принимаются следующие: температу-
ра растворов 100° С; длительность производственного цикла от
растворения сахара-песка до получения рафинадной мелассы
106 ч; pH 7.

При таких условиях за счет кислотного гидролиза может
проинвертироваться 5% сахарозы в мелассе. Всего в мелассе
должно бы содержаться 8% редуцирующих веществ. В действи-
тельности их содержится в 3—5 раз больше.

Ниже процесс распада сахарозы рассматривается более де-
тально. Он протекает следующим образом (по Иванову):

сахароза—^моносахариды- ^ангидриды сахаров—>оксиметилфурфурол
(глюкоза и

фруктоза)

продукты кон- окрашенные муравьиная
денсации (ре- и гуминовые и левулино-
версии) вещества вая кислоты

Из приведенной схемы видно, что процесс распада сахарозы
складывается из нескольких этапов и должен быть отнесен к
последовательным (консекутивным) реакциям. Особо важным
является то обстоятельство, что в числе продуктов разложения
сахарозы получаются органические кислоты. Наличие в раство-
ре ионов водорода Н+, точнее ионов гидроксония НзО+, катали-
тически ускоряет первый этап процесса, т. е. реакцию гидролиза
(инверсии) сахарозы. Поэтому распад сахарозы следует отнести
к категории автокаталитических реакций !. Считают [7], что ско-
рость v реакции гидролиза сахарозы в кислых растворах может
быть записана в следующей форме:

ц = • [S], (1)

где k+ — каталитическая константа для ионов водорода;

(//+] —концентрация ионов водорода;

[S] —концентрация сахарозы.

Коэффициент (константа) k скорости реакции гидролиза са-
харозы равен

k = ^=kt[H+], (2)

отсюда

lg^ = lg^ + 1g [Я+]
или

lg k = 1g kt — pH. (3)

Приведенные уравнения показывают тесную связь между
скоростью гидролиза сахарозы и pH растворов. Все изложенное
выше объясняет усиленное образование редуцирующих и крася-
щих веществ в автокаталитическом процессе, который в опре-
деленной мере протекает в рафинадном производстве. Всемерно-
му ослаблению указанного вредного явления должно быть уде-
лено самое серьезное внимание.

В щелочной среде также идет процесс разложения сахарозы.
Он отнюдь не аналогичен процессу инверсии, но также зависит
от концентрации ионов, в данном случае гидроксильных, кото-
рые катализируют его. Полагают, что скорость этого разложе-
ния прямо пропорциональна концентрации [ОН-]. Наименьшее
разложение сахарозы проходит при нейтральной реакции, при
которой и стремятся вести технологические процессы.

В связи с дальнейшим изложением уточним некоторые тер-
мины. В рафинадном производстве применяют 5—7 последова-
тельных кристаллизаций. Из первых утфелей получают товар-
ный рафинад, из последующих, продуктовых — промежуточные
кристаллические сахара: песок, который направляют на пере-
кристаллизацию. В развернутой кристаллизационной схеме три
рафинадных утфеля: нулевой, первый рафинадный и второй
рафинадный. Затем следуют четыре продуктовых утфеля сни-
жающейся чистоты.

1 Последовательные и одновременно автокаталитические реакции встреча-
ются нередко. Для некоторых неорганических веществ они изучались
Н. А. Шиловым [6].
Последний выводимый с завода оттек называется рафинад-
ной мелассой. Для пробеливания рафинадных утфелей применя-
ют сироп лучшего качества, называемый клерсом.

Перейдем к более детальному рассмотрению операций рафи-
нирования.

Глава 2. ПРОИЗВОДСТВО ПРЕССОВАННОГО
САХАРА-РАФИНАДА

РОСПУСК САХАРА-ПЕСКА

Отделение для роспуска сахара-песка (роспускное) обычно
размещают в секции склада сахара-песка. Приготовленный
рафинадный сироп перекачивают в главный корпус рафинадного
завода по трубопроводу, который часто размещают в галерее,
соединяющей склад и завод. Через эту же галерею проходят тру-
бопроводы, по которым в роспускное отделение поступают кон-
денсат и промой.

Периодически действующих клеровочных котлов устанавли-
вают не менее двух. В одном котле растворяют сахар-песок, а
из другого выкачивают приготовленный сироп.

Разработаны клеровочные котлы непрерывного действия, в
которых растворяемый песок и вода движутся в прямотоке.
В этом случае поступление сахара-песка и воды должно строго
дозироваться автоматически или вручную по концентрации
получаемой клеровки (сиропа).

По конструкции периодически действующие клеровочные
котлы рафинадного завода аналогичны котлам, применяемым
на сахаро-песочном заводе. Они имеют форму вертикального
цилиндра диаметром около 1,5 м и высотой около 1,3 м. При
таких размерах клеровочные котлы удобны для обслуживания.

Для подогрева клеровки применяют открытый пар, так как
на поверхности нагрева возможна карамелизация сахара. Для
впуска пара на дне котла уложен барботер-—изогнутая в круг
труба с отверстиями диаметром 5 мм. Над барботером на не-
большом расстоянии от дна котла помещают решетку, назначе-
ние которой предотвратить засыпание барботера сахаром и
ускорить растворение путем пронизывания слоя сахара раство-
ром. Клеровочные котлы снабжены вертикальными мешалками,
делающими около 40 об/мин.

Над котлом помещают трубопровод для впуска воды и более
или менее жидких сахарных растворов, которые получаются на
некоторых этапах рафинадного производства, например промой
и «отбор». В дне котла имеется отверстие для трубы, по которой
спускают готовый сироп. Труба несколько выступает над дни-
щем, чтобы в сироп не попадали загрязнения, которые могут
скопиться на дне котла.

В клеровочный котел сначала пускают горячую воду. После
того как она покроет решетку, пускают пар в барботер. Затем
начинают подавать сахар-песок, следя за тем, чтобы он не опе-
режал поступления воды, т. е. сыпался в жидкость.

Насыпают нужное количество сахара-песка и при помощи
барботера доводят температуру клеровки до 85° С. Сахар и во-
ду вводят при непрерывной работе мешалки, добиваясь получе-
ния клеровки заданной концентрации, например, по показаниям
ареометра. Прекратив нагрев, немедленно выкачивают сироп из
котла насосом. Процесс растворения песка, как и все процессы
при высокой температуре, стремятся проводить возможно быст-
рее (до 5 мин).

Обычно полученный сироп загрязнен механическими приме-
сями. Для отделения более крупных из них сироп по пути к
насосу пропускают через ловушки, снабженные ситами с диа-
метром отверстий 2 мм. В некоторых случаях для приготовления
клерса отдельно растворяют лучший сахар-песок, поступающий
на рафинадный завод. Концентрация клерса обычно несколько
ниже концентрации рафинадного сиропа.

ОЧИСТКА РАФИНАДНОГО СИРОПА

Обесцвечивание сиропа костеугольной крупкой
и активным углем

Костеугольную крупку (костяной уголь) получают на не-
больших заводах из костей животных. Кости предварительно
дробят и обезжиривают каким-либо растворителем, например
бензином. Затем их прокаливают без доступа воздуха в течение
8—12 ч при температуре 700° С, а потом охлаждают в стальных
патронах. При прокаливании происходит процесс сухой перегон-
ки, в результате которого из костей удаляется ряд органических
веществ. Бесчисленные капиллярные костные каналы создают
весьма развитую адсорбирующую поверхность. Часть органиче-
ских веществ костей превращается в углерод, слой которого
покрывает остов костей, состоящий в основном из фосфорнокис-
лого кальция Са3(РО4)2.

Существует мнение, что формула Саю (РОД 5 (ОН) 2 в данном
случае лучше соответствует действительности.

Обычный состав крупки (в %) следующий:

Са3(РО4)2.................77-78

Углерод ................. 7—10

СаСО3 ..................... 7—8

Вода..................... 9—4
Рис. 175. Схема костеугольной ад-
сорбции:

/ — адсорбер: 2 — напорный сбор-
ник; 3 — мешочный фильтр; 4 — кон-
трольный фильтр; 5 — сборник сиро-
па; 6 — клеровочный котел; 7 — ло-
вушка; 8 — насос.

Прокаленную крупку измель-
чают до частиц размерами 5—-
15 мм. Крупка должна быть до-
статочно твердой и прочной, цвет
ее черный без блеска (бархат-
ный).

Если при прокаливании круп-
ка соприкасается с кислородом,
то часть углерода выгорает и ее
цвет становится сероватый. Не-
достаточно прокаленная крупка
имеет рыжеватый оттенок. Бле-
стящая поверхность крупки сви-
детельствует о ее недостаточной
пористости. Крупка, полученная
из кости, содержащей много хря-
ща, легко раздавливается, исти-
рается и превращается в пыль.

Сироп, поступающий из клеро-
вочных котлов, подают насосами
в сборники сиропов, установлен-
ные перед костеугольпыми колон-
ными адсорберами (в заводской
практике их называли костеуголь-
ными фильтрами). Сборники ус-
танавливают на отметке выше
20 м и на 8—10 м выше горлови-
ны костеугольных адсорберов
(рис. 175). Такая высота обеспе-
чивает поступление сиропов на адсорберы 1 самотеком под до-
статочным давлением, подверженным лишь очень небольшим
колебаниям. Емкость отдельного сборника 2 должна быть не
менее полуторной и не более двойной емкости клеровочного кот-
ла для того, чтобы предотвратить нежелательное застаивание
сиропа в этих сборниках и перебои в его подаче на адсорбер.
Сироп поступает в сборники сверху.

По пути от сборников к костеугольным адсорберам сироп
подвергают фильтрации через мешочные фильтры 3, чтобы пре-
дотвратить «забивание» капилляров костяной крупки.

Для фильтрации целесообразно применять гравий с зернами
размером 5—7 мм. При толщине слоя гравия 400—450 мм до-
статочно полно удаляются механические примеси и взвеси.
Гравиевые фильтры во время работы могут быть герметически
закрыты. Фильтры очищают по мере забивания их загрязнения-
ми. Для очистки фильтров прекращают фильтрование сиропа и
горячей водой, также проходящей сверху вниз, вытесняют сироп.
Гравий, находящийся в фильтре, промывают от остатков сиропа
535
Рис. 176. Костеугольный адсорбер:

1 — адсорбер; 2 — контрольный фильтр;
3 — решетка; 4 — колонка вентилей.

до содержания сахара в про-
мывной воде около 0,1%.
Промывную воду направля-
ют в сборник костеугольных
промоев. Затем гравий очи-
щают, не выгружая из филь-
тра, взмучивая его при по-
мощи вертикальной мешал-
ки, вделанной в фильтр. Од-
новременно снизу под слой
гравия подают воду и пар.
Взмученные механические
примеси удаляются водой,
вытекающей по чересной
трубе сверху фильтра. Ког-
да вытекающая вода пере-
стает быть мутной, очистку
фильтра считают закончен-
ной.

Костеугольпые колонные
адсорберы представляют со-
бой стальные вертикальные
цилиндры (рис. 176) диамет-
ром около 1 м, высотой 8—
10 м. Величина диаметра
адсорбера не имеет техноло-
гического значения: за ру-
бежом применяют адсорбе-
ры с диаметром и в 3 az.

У нас распространен ад-
сорбер диаметром 1 м, так
как в такой адсорбер удобно

загружать и выгружать крупку и равномерно ее в нем распре-
делять. Важное значение имеет высота адсорбера. Если адсор-
бер высокий, то приходится менее часто выгружать отработан-
ную крупку. В начале работы адсорбера в основном адсорби-
руют верхние слои крупки. Затем, когда они насыщаются, си-
роп проходит через них почти не обесцвечизаясь, но в процессе
адсорбции включаются средние слои крупки. В этот период
нижние слои крупки мало воздействуют на сироп, сохраняя свою
адсорбционную способность.

Понятно, что такое положение сохраняется тем дольше, чем
больше высота адсорбера. Крупку выгружают для регенерации
только, когда адсорбционная способность нижних слоев крупки
становится недостаточной для обесцвечивания сиропа. Кроме
того, большая высота адсорбера увеличивает длительность со-
прикосновения сиропа с крупкой. Возможна и такая работа,
когда обрабатываемый пироп последовательно пропускают через
два адсорбера.

В верхней части костеугольного адсорбера имеется горлови-
на с круглым загрузочным отверстием диаметром 350 мм, в
нижней части сбоку — выгрузочное отверстие диаметром 400 мм.
Оба отверстия при помощи винтовых прижимов плотно закры-
ваются крышками с резиновыми уплотнениями. Через горловину
адсорбера загружают крупку. Горловина адсорбера соединена с
вертикальной трубой, которую называют колонкой. Перпенди-
кулярно к колонке, т. е. в горизонтальном направлении, разме-
щены трубы с кранами или вентилями для подвода различных
сиропов, воды и пара. В колонке наверху или в крышке уста-
навливают краник для выпуска воздуха из адсорбера. Внутри
адсорбера ниже выгрузочного отверстия помещена стальная ре-
шетка с отверстиями диаметром около 10 мм.

Трубопровод от дна адсорбера имеет тройниковое ответвление.
По одной основной ветви вверх отходит обесцвеченный сироп.
Эта ветвь иногда сообщается с дополнительной ветвью, по кото-
рой сироп может быть направлен в другой адсорбер с более
активной крупкой для последовательной очистки.

У верхнего конца трубопровода, отводящего обесцвеченный
сироп, дополнительно помещают контрольный войлочный
фильтр сравнительно небольших размеров. Он задерживает мел-
кие частицы крупки, увлеченные сиропом, который, проходя
снизу вверх, фильтруется через слой войлока. Ветвь трубопро-
вода, идущая вниз, снабжена краном и служит для отвода воды
и пара. Перед войлочным фильтром устанавливают кран, при
помощи которого регулируют скорость фильтрации.

Обесцвеченные сиропы по выходе из войлочных фильтров
направляют в открытые, удобные для наблюдения желоба, а по
ним — в сборники соответствующих сиропов. Цикл работы кос-
теугольного адсорбера состоит из ряда последовательных
операций.

Прежде всего адсорбер должен быть соответствующим обра-
зом подготовлен. Промывают водой нижнюю часть костеуголь-
ного адсорбера для того, чтобы зерна крупки и другие загряз-
нения при последующей работе не попали в отводной
трубопровод. Затем производят «подрядку» фильтра. Устанав-
ливают решетку и сверху застилают ее холщовой салфеткой, ко-
торую плотно прижимают к стенкам адсорбера, насыпают 60—
80 кг отсеянной крупки, равномерно распределяют ее по сал-
фетке, заворачивают края салфетки и закрывают ими крупку.
«Подрядка» адсорбера должна предотвращать попадание мел-
ких частиц крупки в отводящий трубопровод.

Затем плотно закрывают выгрузочное отверстие, а также
спускной кран. Через верхний загрузочный люк насыпают хоро-
шо отсеянную крупку (слоем около 0,5 м), набрав адсорбер во-
537
дой на одну треть, загружают его крупкой и закрывают верхней
крышкой. Вода улучшает распределение крупки в адсорбере и
предотвращает возникновение угольной пыли. После этого ад-
сорбер наполняют водой до появления ее из воздушного крани-
ка, который затем закрывают. Открывают спускной кран и
пропаривают адсорбер через паровой кран у колонки паром с
давлением 2—3 ат (0,2—0,3 Мн!м2). Крупку пропаривают до мо-
мента, когда из спускного крана пойдет сухой пар, это свиде-
тельствует о том, что она достаточно прогрелась и, что из
адсорбера вытеснена вода. Спускной кран закрывают. Адсорбер
готов к набору.

Во время набора адсорбера сиропом загрузочное отверстие
должно быть открыто, чтобы удалить из него воздух. Последние
порции сиропа добавляют уже при закрытой верхней крышке и
лишь при открытом воздушном кранике, который закрывают при
появлении в нем сиропа.

Концентрация первых порций обесцвеченного сиропа мень-
ше, чем концентрация сиропа, идущего на адсорбер, так как они
разжижены водой, образовавшейся из пара, сконденсировавше-
гося в адсорбере. Разжиженный сироп называют «отбором». Его
направляют на клеровку. Только когда сироп достигает концен-
трации 60% сухих веществ (СВ), его направляют в производ-
ство. Через некоторое время (обычно через 4 суток) крупка пе-
рестает обесцвечивать сироп. Цветность его приближается к
цветности сиропа, поступающего на адсорбер.

Крупку «оживляют», регенерируют вне адсорбера. Между
кусочками крупки и в ее капиллярах находится сироп, который
необходимо удалить, во-первых, во избежание потерь сахара и,
во-вторых, для предварительного освобождения капилляров.
Крупку промывают горячей водой (95°С), подводя ее через ко-
лонку над адсорбером. Промойная вода движется примерно с
той же скоростью, какую раньше придавали сиропу, во избежа-
ние взмучивания крупки. Промой с концентрацией до 60% СВ
направляют вслед за сиропом, промой с концентрацией до 5%
СВ — на клеровку рафинадного сиропа, что обеспечивает им
повторную обработку крупкой. Остальные промой направляют
для клерования песка I продукта. Крупку промывают до кон-
центрации сахара в промывной воде 0,2—0,3%, когда дальней-
шее промывание прекращают. Воду из адсорбера спускают в
контрольный приемник. Среднюю пробу перед спуском воды в
канаву контролируют по концентрации сахара. Затем выгру-
жают крупку через боковой нижний люк.

Адсорбирующую способность крупки восстанавливают тер-
мической ее обработкой (прокаливанием). Предварительно
регенерируемую крупку подвергают выварке в кипящей воде с
целью некоторой десорбции, т. е. удаления растворимых ве-
ществ, адсорбированных крупкой. Крупку обычно вываривают в
538
пропарнике, который представляет собой вертикальный сталь-
ной цилиндр диаметром около 1 м и высотой 2 м. Пропарник
снабжен верхним загрузочным люком и нижним боковым для
выгрузки крупки. Внутри пропарника на расстоянии около
20 см от днища установлена решетка.

Перед загрузкой пропарника решетку покрывают салфеткой,
на которой размещают регенерируемую крупку, и наполняют
ею пропарник доверху. Затем набирают пропарник водой тем-
пературой 90—95° С, пускают под решетку пар и доводят воду
до кипения. Крупку вываривают в воде в течение 1—2 ч, затем
промывают проточной горячей водой в течение 3—4 ч (при этом
цветность промоя должна быть равна цветности промывной
воды).

После промывки спускают воду и подвергают крупку пропа-
риванию до тех пор, пока из спускной трубы пойдет сухой пар.
Затем крупку выгружают из пропарника. В ней обычно все еще
содержится 16—18% влаги.

Термическое регенерирование крупки заключается в ее про-
каливании без доступа воздуха. Так как загрязнения, от кото-
рых нужно освободить капилляры крупки, не так прочно соеди-
нены с ней, да и количество их невелико, прокаливание проводят
при температуре около 500° С в течение 1 ч. При этом происхо-
дит перегонка органических сухих веществ, адсорбированных
крупкой. Капилляры крупки освобождаются от загрязнений и
снова становятся способными к адсорбции.

Повышение температуры прокаливания может привести к
перекалу крупки, которая в этом случае имеет блестящую по-
верхность и хуже адсорбирует. Кроме того, при этом может
возникнуть диссоциация СаСОз, содержащегося в крупке, на
СаО и СО2. При этом СаО в дальнейшем может попасть в сиро-
пы, увеличить содержание кальциевых солей в них, повысить
щелочность и окрашенность. Снижение температуры в некото-
рых пределах увеличивает длительность прокаливания.

Существуют костокальные печи различных систем. Незави-
симо от системы во всех печах (рис. 177) имеются следующие
основные части: вертикально установленные калильные патро-
ны, кирпичная обмуровка, охватывающая калильные патроны и
создающая дымоходы между ними и обмуровкой; топка, в ко-
торой сжиганием топлива получают горячие газы, омывающие
калильные патроны. В топке сжигают твердое топливо либо газ,
который иногда получают в собственном газогенераторе. Уст-
ройство для подсушивания крупки 1 размещают над калильны-
ми патронами, а холодильные патроны 3 — под ними.

Имеются приспособления для спуска прокаленной крупки из
патронов и труба для отвода топочных газов. Газы из топки
перемещаются по дымоходам снизу вверх, в то время как крупка
в патронах перемешается сверху вниз, т. е. противоточно газам.
Рис. 177. Печь для регенерации крупки:

j — жалюзи сушильного устройства; 2 — калильные
патроны; 3 — холодильные патроны; 4 — бункера; 5 —
транспортер; 6 — гидропривод нижних шиберов; 7 —
газогенератор; 8 — канал-газоход.

Крупка, обработанная сухим паром, содержит 16—18% воды.
Ее подсушивают до содержания воды 4—7%. Подсушивание
крупки может быть осуществлено при движении ее сверху вниз
по вертикальным каналам, обогреваемым через стальные стенки
противоточно отходящими газами, которые затем удаляют в
атмосферу. В каналы вставлены стальные пластины, выполнен-
ные как жалюзи. По ним крупка пересыпается сверху вниз.

Калильные патроны, в которые поступает уже подсушенная
крупка, изготовляют из чугуна. Высота их 3 м. Сечение калиль-
ных патронов сплющенное, чтобы обеспечить более равномерное
прогревание всей массы крупки в патроне. Ширина меньшей оси
540
сечения 9 см, большей оси — 45 см. К нижней части калильных
патронов примыкают вертикальные холодильные патроны с та-
ким же сечением. Их изготовляют из тонкой (3—4 мм) стали.
Снаружи они омываются воздухом помещения. В них крупка
охлаждается. Горячая крупка может окисляться при соприкос-
новении с кислородом воздуха при выгрузке ее из патронов.

Чтобы предотвратить попадание воздуха в крупку, нижние
отверстия патронов должны быть плотно закрыты. Лишь через
определенные промежутки времени затвор у нижнего конца
холодильного патрона открывают и выпускают соответствующее
количество регенерированной крупки.

Хорошо термически обработанная крупка имеет матово-чер-
ный цвет и сильно прилипает к влажной руке.

При прокаливании крупки удаляются только органические
адсорбированные вещества. Вещества неорганические отчасти
удаляются при промывании и пропаривании крупки. Но часть
неорганических адсорбированных веществ, главным образом
соли кальция (CaSO4 и СаСОз), крепко удерживается капилля-
рами крупки. От прокаливания к прокаливанию количество их
нарастает и создает устойчивое забивание капилляров. Наличие
гипса (CaSO4) нежелательно еще и потому, что при прокали-
вании крупки он может реагировать с содержащимся в ней уг-
леродом и образовать сульфид кальция и окись углерода
CaSO4 + 4С-*-CaS + 4СО. Сульфид кальция в свою очередь
может с солями железа образовать сернистое железо, придаю-
щее обесцвечиваемым сиропам сероватый оттенок. Образование
же окиси углерода нежелательно, потому что означает уменьше-
ние содержания углерода в крупке и понижение ее обесцвечи-
вающей способности.

Из изложенного выше становится понятным, что, кроме
термической регенерации, необходимо проводить химическую
регенерацию. Ее осуществляют приблизительно через каждые
10 термических регенераций.

Если для удаления адсорбированного СаСО3 достаточно об-
работки одной лишь соляной кислотой, то для удаления CaSO4
требуется обработка сначала щелочью и затем кислотой. Хи-
мизм удаления CaSO4 рассмотрен в связи с вывариванием вы-
парки, а потому здесь на нем останавливаться не будем. Тут же
необходимо указать, что сода не только действует на CaSO4, но
также способствует освобождению крупки от адсорбированных
органических веществ. Дело в том, что сила адсорбции крупки
ослабевает с повышением pH. Поэтому регенерирующий раствор
соды оказывается интенсивно окрашенным органическими ве-
ществами, которые он удаляет.

Крупку обрабатывают щелочью, обычно кальцинированной
содой (ИазСОз) в пропарниках или особых чанах. Расход без-
водной кальцинированной соды на регенерацию около 10 кг на
1 т угля; если применять каустическую соду (NaOH), то ее по-
требуется 8 кг.

Крупку, которую направляют на химическое регенерирование,
предварительно подвергают выварке горячей водой. После
спуска воды в пропарник или особый чан вводят раствор соды,
затем его набирают водой не более чем на 3/4 по объему и воду
кипятят при помощи барботера. Выварку с содой проводят 1,5—
2 ч. Затем спукают щелок и промывают крупку горячей
(85—90° С) проточной водой до слабощелочной реакции по фе-
нолфталеину. Промывка длится 4—6 ч. Затем крупку обрабаты-
вают технической соляной кислотой. На дно чана, изготовленно-
го из дерева или из кислотоупорного чугуна, емкостью 5 м3
укладывают барботер, над ним помещают деревянную решетку.
В середине решетки устанавливают вертикальную деревянную
трубу (высота ее соответствует высоте чана), по которой цирку-
лирует кислотный раствор при кипении.

Нельзя допускать, чтобы соляная кислота реагировала с
углекислым кальцием, входящим в состав крупки, из опасения
разрушить ее остов. Поэтому по мере загрузки чана крупкой
одновременно вводят уже разбавленную (например, до концен-
трации 2—3%) соляную кислоту. Высота слоя раствора над за-
груженной крупкой должна быть около 10 см. При помощи бар-
ботируемого пара кипятят крупку около часа, наблюдая за тем,
чтобы в чане поддерживалась циркуляция кислоты. Кислотный
раствор затем спускают из чана и крупку промывают в периоди-
чески сменяемой горячей (85—90° С) воде до тех пор, пока пре-
кратится вымывание из крупки хлористых солей.

Химически регенерированную крупку направляют на очеред-
ную термическую регенерацию.

В процессе всевозможных перемещений и обработок часть
костяного угля измельчается, превращается в угольную пыль,
которая может нарушить нормальную работу костеугольных ад-
сорберов, а также проникнуть в обесцвеченные сиропы, загряз-
няя в дальнейшем сахар. Поэтому костяной уголь подвергают
обеспыливанию.

Существуют два способа обеспыливания — сухой или мок-
рый. Первый из них —способ сухого обеспыливания — осуще-
ствляется в соответствующем аппарате. В нем часть мелкой
крупки отсеивают через сито с отверстиями диаметром 1,5 мм, а
часть еще более мелкой, действительно пыли, отсасывается вен-
тилятором в то время, когда вся масса сухой крупки, проделы-
вая зигзагообразный путь, пересыпается с полки на полку.

Мокрый способ обеспыливания крупки осуществляется в го-
ризонтальном вращающемся цилиндрическом барабане, снаб-
женном внутри винтовой ситчатой лентой. Обеспыливание про-
изводится водой, движущейся в барабане в противотоке с
очищаемой крупкой. Воде сообщают скорость, достаточную для;
542
увлечения угольной пыли, но позволяющей основной массе
крупки перемещаться вращающейся лентой барабана в проти-
воположном направлении.

Обычно нормируют скорость протекания сиропов через
крупку, выражая ее количеством сиропа в литрах, протекающе-
го через 1 т крупки в 1 мин. Эта величина обратно пропорцио-
нальна длительности воздействия крупки на сироп. Для раз-
личных сиропов назначают несколько различные скорости
фильтрации — примерно 3—4 л/(мин-т) ’.

Примем, что общее количество сиропов, обесцвечиваемых
на рафинадном заводе, равно 310% к массе рафинада и, следо-
вательно, на 100 кг рафинада, перерабатываемых в сутки, при-
ходится 310 кг сиропов. Пусть их плотность равна 1,3. В минуту
должно быть обесцвечено

310

1,3 • 1440

= 0,166 л.

При средней скорости протекания сиропа 3 л/(мин-т) на
х 0,166.1000 _е

станции адсорберов должно находиться --------— = 55 кг круп-

ки, т. е. 55% к перерабатываемому рафинаду. Длительность
нахождения сиропа в адсорбере около 3 ч. Учитывая время,
когда крупка подвергается регенерации, можно принять, что
на станции адсорберов должно быть ее около 65% к количеству
рафинада, перерабатываемого в сутки.

Принимая за длительность работы заряженного адсорбера
4 суток, найдем, что количество крупки, направляемой на реге-
нерацию, составляет 55:4 = 14% к массе перерабатываемого
рафинада. Потери крупки при регенерации (в виде мелочи и
т. д.), а следовательно, и расход свежей крупки принимают рав-
ным 0,3%. Фактически в ряде случаев он больше.

В заключение следует отметить, что до самого последнего
времени и у нас, и за рубежом костеугольная крупка является
основным адсорбентом в рафинадном производстве. Ее преиму-
щества следующие:

при правильной эксплуатации и хорошем качестве крупки
получается вполне достаточный эффект обесцвечивания сиропов,
например, 50% и даже 80%;

крупка удаляет не только красящие вещества, но и некоторые
неорганические, в частности весьма нежелательные в производ-
стве кальциевые соли;

при использовании крупки иногда удается обойтись без тща-
тельной предварительной фильтрации;

крупка позволяет работать с сиропами высокой концентра-
ции до 72% СВ.

1 Учитывая, что насыпная плотность крупки около 1, эта скорость соответ-
ствует 0,18—0,24 в час.
При почти 'полуторавековой эксплуатации костеугольной ад-
сорбции ее тщательно отработали во всех деталях и сделали
очень надежной в работе.

Вместе с тем крупке присущи весьма серьезные недостатки:
установка громоздка (десятки адсорберов и регенерацион-
ная печь — костокальня с весьма большими габаритами). Слож-
ная система транспортных устройств для перемещения больших
количеств крупки;

исключительно тяжелые условия труда. Высокая температу-
ра вследствие того, что приходится работать с горячими сиро-
пами, и вследствие наличия печей в костокальном отделении.
Воздух запылен крупкой;

крупку вырабатывают из костей животных, т. е. из очень
разнохарактерного сырья, переменного качества и свойств. По-
этому крупка плохо поддается стандартизации, ее качество под-
вержено значительным колебаниям, что отрицательно сказы-
вается на поточности производства. Понятно поэтому, что не
прекращаются поиски иных адсорбентов для рафинадной про-
мышленности.

По приемам эксплуатации к крупке наиболее близок актив-
ный гранулированный уголь марок АГС (активный гранулиро-
ванный сахарный) с насыпной плотностью 0,4—0,45. Его готовят
из бурого угля, торфа и другого сырья методом парогазовой
активации и выпускают в виде гранул размером 1—5 мм.

Такая структура позволяет применять гранулированный
уголь в костеугольных адсорберах обычной высоты. Относитель-
ная активная поверхность гранулированного угля в несколько
раз превышает таковую у крупки. Отсюда понятен высокий ко-
эффициент обесцвечивания (60—90% для рафинадных сиропов
и 50—60% для сиропов продуктовых) и значительно большая
длительность работы адсорберов (15—20 суток на рафинадных
сиропах и 10—15 суток на продуктовых сиропах).

Удлинение цикла работы адсорберов дает возможность
сократить затраты труда, расход горячей воды, потери угля при
регенерации по сравнению с крупкой.

Скорость протекания сиропа через свежий гранулированный
уголь 8 л/(мин-т). Для регенерированного угля она значитель-
но увеличивается — достигает 15 л/(мин-т) при сиропах с кон-
центрацией около 60% СВ.

Приходится применять особые меры для улучшения дренажа
в высоких адсорберах. Для «подрядки» адсорбера иногда приме-
няли березовые ветки. Также их укладывали и сверху адсор-
беров. Возрастает роль предварительной фильтрации, причем
применение наполнителей становится особенно желательным.
Гранулированный уголь имеет тенденцию снижать pH, т. е.
увеличивать кислотность обесцвеченных сиропов. Для устране-
544
ния этого явления в некоторых случаях вводят соду в количестве
3—5 кг на 1 т угля, т. е. 30—40 кг на 1000 ц рафинада.

На Одесском рафинадном заводе для термической регенера-
ции гранулированного угля успешно применяют вращающуюся
печь, подобную печи для высушивания жома. Длина барабана
этой печи 10,8 м, диаметр— 1,6 м. Внутри барабан печи выло-
жен огнеупорным кирпичом. Каких-либо пересыпающих уст-
ройств нет. Барабан наклонен на 1—1,5° в сторону выхода ре-
генерированного угля (8].

В отличие от жомосушилок печь работает по принципу про-
тивотока. Гранулированный уголь прокаливают смесью горячих
(850° С) топочных газов от сжигания мазута и перегретого
водяного пара.

На регенерацию направляют уголь из пропарников, подсу-
шенный до влажности 20%. Температура в зоне регенерации в
печи 650—800° С. Регенерированный уголь из барабана печи
выгружают через турникет, затем охлаждают холодной водой.
Перед поступлением в адсорберы уголь просеивают, при этом
мелкие фракции (менее 2 мм) и пыль удаляются. Длительность
термической регенерации гранулированного угля во вращаю-
щейся печи была равна 30—40 мин вместо 3,5—4 ч в обычных
костокальных печах. При опытной регенерации потери угля
составляют около 15% к его массе. Полагают, что при устано-
вившейся работе потери снизятся до 5—8%. Количество угля,
подлежащего регенерации, составит около 1 % к массе рафина-
да. Считают, что общий расход угля можно принять равным
ориентировочно около 0,1% к массе рафинада.

В некоторых случаях с гранулированным углем работали
подвергая его одной лишь десорбции при помощи горячей воды
и химической регенерации еодой. Эти операции проводили
в самом адсорбере, не выводя из него гранулированный
уголь.

Имеются сведения о том, что за рубежом крупку и гранули-
рованный уголь применяют в непрерывном противотоке. Адсор-
бент непрерывно вводят в верхнюю часть высокой колонны и
выводят снизу ее. Он перемещается под действием собственного
веса. Обрабатываемый сироп непрерывно движется в обратном
направлении. При описанном методе работы исключается сле-
живание крупинок адсорбента, они лучше и больше ад-
сорбируют.

Довольно широкое распространение в нашей рафинадной
промышленности и особенно в рафинадных цехах свеклосахар-
ных заводов получили активные угли в виде мелкого порошка.
Марки и методы приготовления этих углей были рассмотрены
выше. Одно из основных достоинств активных углей заключает-
ся в простоте оборудования при их применении, которое не идет
ни в какое сравнение с громоздким оборудованием костеуголь-
Jg Заказ 905 545
ной адсорбции. Активный уголь типа норит, который может
подвергаться термической регенерации в особых горизонталь-
ных, не очень громоздких печах, распространения у нас не полу-
чил. В основном наша промышленность применяет активный
уголь типа карборафина.

Высокая активность карборафина, примерно в 10 раз превы-
шающая активность крупки, позволяет достигать достаточных
результатов обесцвечивания при расходе угля 0,25—0,5% к мас-
се рафинируемого сиропа. Отработанный карборафин после
двукратного последовательного, а часто и после однократного
использования выводят из завода, не регенерируя. Карборафин
применяют обычно «в мешалке». Суспензию карборафина с со-
держанием около 20% сухих веществ готовят в особой мешалке.
Набирают ее подогретой водой и затем осторожно всыпают
карборафин, который перед этим иногда увлажняют при темпе-
ратуре 90° С. Суспензию перемешивают 15—20 мин. Затем насос
подает суспензию в сборник с мешалкой, откуда она поступает
через дозатор в котлы для смешения с обрабатываемым сиро-
пом. Перемешивание, обеспечивающее нужный контакт, длится
10—15 мин при температуре 80° С. Затем сироп профильтровы-
вают на фильтрпрессах. Эта фильтрация, помимо отделения
активного угля, в некоторой степени увеличивает достигаемое
обесцвечивание, так как уголь как бы работает «в слое», осуще-
ствляя дополнительный более тесный контакт с сиропом.

Первые порции сиропа, выходящие из фильтрпресса, содер-
жат частички угля, поэтому их возвращают в котел. Особенно
неприятно прохождение частичек угля при дальнейшей филь-
трации, когда на ткани плиты уже отложился слой угля. Эти
частички могут попасть и в рафинад. Поэтому фильтры нужно
держать под контролем и немедленно закрывать краники плит,
из которых идет мутный сироп. Важна также дополнительная
контрольная фильтрация через «мешочные» фильтры либо через
патронные фильтры. Особо целесообразно контрольную филь-
трацию проводить с кизельгуром (точнее его называть диатоми-
том) «в слое» или «в мешалке».

Пыль карборафина может распространяться по заводу. Во
избежание этого следует работать с карборафином в изолиро-
ванном помещении. Весьма нежелательны вибрация и иные со-
трясения карборафиновых фильтрпрессов, так как при этом
уголь может попасть в сироп. При помощи карборафина дости-
гают в заводских условиях эффекта обесцвечивания сиропов
40—45%. В лабораторных условиях легко достигают эффекта
и в 80 %.

Карборафин в большей мере, чем крупка, чувствителен к
взвешенным (суспендированным) загрязнениям в сиропе, пода-
ваемом на очистку. Хотя его обесцвечивающее действие и не
прекращается при этом полностью, но все же оно довольно резко
546
уменьшается. Поэтому при применении карборафина весьма
желательна предварительная фильтрация через кизельгур. При
пей может быть сокращен расход карборафина.

При работе с карборафином приходится иметь сиропы мень-
шей концентрации, например для 1-го рафинадного сиропа
54—56% СВ. Только в случае переработки сахара-песка высоко-
го качества концентрацию можно повысить.

Карборафин, которым обработали клере или сироп I рафи-
нада, может еще адсорбировать красящие вещества из сиропа II
рафинада или продуктовых сиропов. Поэтому для лучшего ис-
пользования карборафина считают целесообразным его последо-
вательное применение. Так, в рафинадных цехах сахаро-песоч-
ных заводов, где работают обычно с двумя рафинадными утфе-
лями, можно применять карборафин, например, по следующей
схеме.

Клере обрабатывают свежей суспензией карборафина. Сус-
пензию отфильтрованного карборафина направляют на освет-
ление 1-го рафинадного сиропа. Так как последнего намного
больше, чем клерса, то добавляют свежий карборафин. Отфиль-
трованный карборафин можно применить для обесцвечивания
2-го рафинадного сиропа. Его меньше, чем 1-го, и, следователь-
но, относительный процент применяемого карборафина возра-
стает, что должно улучшить условия обесцвечивания. После
обработки 2-го рафинадного сиропа карборафин можно еще
использовать на станциях свеклосахарного производства. На
рафинадных заводах, имеющих свои продуктовые сиропы, каза-
лось бы следует повторно использовать карборафин для их
обесцвечивания. Однако на этом участке встречаются затрудне-
ния в фильтрации и в достигаемых эффектах обесцвечивания.

Высолаживание водой у карборафина, вероятно, вследствие
его большой адсорбционной активности протекает труднее, чем
костяной крупки, поэтому требуется воды до 1000% к массе
угля.

Абсолютное же количество промоев, расход воды и потери
сахара в промоях вследствие небольшого количества промывае-
мого угля невелики.

Обесцвечивание ионитами

Мощным средством для обесцвечивания рафинадных сиропов
служат синтетические смолы-—иониты.

Количество красящих веществ, да и несахаров вообще, в ра-
финадных сиропах относительно невелико. Однако необходимость
добиваться исключительно высоких коэффициентов обесцвечи-
вания и несколько неопределенный характер зарядов ионов кра-
сящих веществ, которые следует удалить, в значительной мере
усложняют процесс обесцвечивания.

547
18*
В рафинадной промышленности оказывается достаточным
применение одного только анионита без катионита. Происходя-
щий процесс обесцвечивания можно рассматривать как обмен-
ную сорбцию, при которой сорбент (анионит) и раствор (рафи-
надный сироп) обмениваются между собой анионами. Можно
считать, что в процессе обмена участвует не только поверхност-
ный слой ионита, но и глубинные его слои. Анионами анионита
являются, как известно, гидроксильные группы ОН (рис. 178),
структуру анионита можно характеризовать выражением АпОН.
На их место становятся красящие вещества, их анионный ради-
кал К, а группы ОН переходят в сироп. Применяется анионит
марки АВ-16ГС (анионит высокоосновный, гранулированный,
сахарный). Установлено, что анионит лучше адсорбирует, если
придать ему несколько амфотерный характер, например заме-
нить часть его гидроксильных групп на анион хлора. Для такой
замены ионит обрабатывают раствором хлористого аммония.

В рафинадных сиропах, направляемых на обесцвечивание —
очистку ионитами, должно содержаться меньше механических
взвесей, чем в сиропах, обрабатываемых костяной крупкой. Ку-
сочки крупки больше по размеру и более жестки и размещают их
слоем высотой 8—10 м. Даже сравнительно большое количество
мелкой взвеси может разместиться между крупинками верхних
слоев, не закрывая полностью проходы между ними. Последую-
щие слои крупки соприкасаются уже с как бы отфильтрованным
сиропом, и капилляры крупки могут полностью выполнять те

Рис. 178. Схема строения зерна анионита.
функции, для которых они предназначены. Слой ионитов легко
забивается, он не может задержать механические взвеси в сиро-
пах, которые в большей или меньшей мере содержатся в клеруе-
мом песке. Приходится сироп тщательно фильтровать через слой
какого-либо вещества. Для этой цели пригоден кизельгур с иголь-
чатым строением его крупинок, которые переплетаются в слое и
образуют как бы фильтрационный остов.

Для достижения надежных результатов фильтрацию можно
осуществлять в два этапа. Для удаления грубых взвесей и в осо-
бенности ворса, который попадает из мешков, сироп фильтруют
через толстый слой гравия. Лишь во втором этапе фильтруют че-
рез кизельгур. Практика показала, что рафинадный сироп можно
фильтровать с кизельгуром достаточно длительный период. При
этом кизельгур следует вводить на протяжении всего процесса
фильтрации. В настоящее время для предварительной фильтра-
ции применяют патронные фильтры ПФ-20.

В последнее время (1967 г.) для предварительной фильтра-
ции рафинадных сиропов вместо кизельгура находит применение
перлит [15]. Это мелкий порошок с крупинками в основном раз-
мером 5- -20 мкм. Он состоит на три четверти из кремнезема и го-
товится из силикатной породы дроблением ее, обжигом и сорти-
ровкой. Относительная насыпная плотность перлита весьма мала
(0,1), меньше чем кизельгура (0,3). В процессе фильтрации для
предотвращения образования сплошной корочки осадка в филь-
труемый сироп дополнительно добавляют по 80 г перлита в час
на 1 Л12 поверхности (кизельгура 150 г). При помощи перлита
достигается хорошая и достаточно быстрая фильтрация.

Оптимальный размер зерен ионита 0,4—1,6 мм. Если зерна
мельче, то скорость протекания (фильтрации) сиропов резко
уменьшается.

Чтобы предотвратить чрезмерное увеличение сопротивления
ионитов протеканию обеспечиваемых сиропов, применяют их
в слое высотой 1,2—1,5 м и до 2 м.

По той же причине концентрация сухих веществ в обесцвечи-
ваемых сиропах около 64% СВ. Температура сиропов должна

быть около 80° С, pH сиропов 7,0—-7,3.

Рабочий цикл применения ионитов состоит из следующих по-
следовательных операций.

_ Продол жи-

Операции тельность, ч

Обесцвечивание сиропа — основная технологическая
операция .......................................... До 240

Высолаживание сахара из ионита .................... 3,5

Регенерация ионита раствором едкого натра .... 5,5

Отмывание ионита от избытка раствора едкого натра 9

Обработка ионита раствором хлористого аммония . . 2

Отмывание ионита от избытка раствора хлористого

аммония ......................................... 2.5

Взрыхление подготовленного ионита в реакторе . . . 0,5—1
Эти операции многократно повторяют в самом реакторе без
перегрузки ионита.

Длительность пропускания сиропов через ионит при дости-
жении требуемого эффекта обесцвечивания может значительно
колебаться. При том же ионите, т. е. при определенной поглоти-
тельной его способности, она зависит от качества (цветности)
сиропа, который обесцвечивают: чем сироп лучше (чище), тем
большее количество его можно пропустить в один цикл. То же
самое количество сиропа можно пропускать с различной скоро-
стью: чем она меньше, тем больше длительность цикла.

Перед регенерацией ионит нужно отмыть от сахара. Промой
используют при клеровании песка или продуктовых сахаров.

Иониты регенерируют (проводят десорбцию поглощенных
веществ) щелочью—1—2%-ным раствором NaOH с температу-
рой 70—75°С. Расход NaOH 0,2% к массе рафинада. Процесс
регенерации может быть описан следующим образом:

AnR + NaOH -> AnOH + NaR.

Продолжительность тщательного отмывания ионита от щело-
чи составляет 9 ч. Ионит отмывают не только непрерывным пото-
ком воды, но и путем длительной выдержки его в реакторе, запол-
ненном горячей водой.

Анионит обрабатывают (активируют) пропуская через него
1,25%-ный раствор хлористого аммония. При этом осуществляет-
ся реакция

AnOH + NH.C1 AnCl + NH4OH.

NH4OH легко удаляется. Расход NH4C1 равен 0,10% к массе
вырабатываемого рафинада.

Ионит отмывают от избытка NH4C1 горячей водой, расходуя
около четырех объемов воды на один объем ионита.

Ионит взрыхляют, придавая воде обратный ток. Количество
ионитов, которое должно находиться на верстате завода, рассчи-
тывают исходя из скорости протекания обесцвечиваемых раство-
ров: 1 ж3 раствора в час на 1 м3 ионита.

Общий расход ионитов (т. е. их потери в производстве) при-
нимают равным 0,02% к массе вырабатываемого рафинада.

Обработку ионитами осуществляют в реакторах (рис. 179)
цилиндрической формы, высота их до 6 м. Реакторы заполнены
слоем анионита толщиной до 2 ж. Сиропы обесцвечиваются про-
ходя через слой ионита сверху вниз. Для равномерного распре-
деления поступающего сиропа сверху реактора имеется распре-
деляющее устройство 1. При отводе обработанного сиропа внизу
реактора принимают особые меры, чтобы предотвратить увлече-
ние (потерю) крупинок ионита сиропом. Для этого низ реактора
наполняют дренажным слоем гравия. Сироп отводят через систе-
му трубок 2, на рисунке они показаны в виде хорд, но могут раз-
550
поди

мещаться и радиально. Трубки вверху снабжены отверстиями,
в которые вставлены колпачки 3 с мелкими дырочками по их
сторонам.

При работе с ионитами приходится расходовать значительное
количество воды. Расход воды на высолаживание ионитов со-
ставляет около 14% к массе рафинада. Впрочем, эта вода (про-
мой) полностью используется при клеровании песков. На приго-
товление раствора NaOH расходуется около 22% воды, а на от-
мывание ионита от NaOH—16%, на приготовление раствора
NH4C1— 9%, на отмывание ионита от NH4C1 — 13%, па взрыхле-
ние ионита в реакторе — 7%.

Всего расход воды составляет около 67% к массе рафинада.
В основном все жидкости пропускают через слой ионита сверху
вниз, за исключением операции взрыхления его, когда воду пода-
ют снизу вверх.

Хранят иониты в сухом складе при температуре не ниже 5—
8СС, так как при более низкой температуре они разрушаются.

Применение ионитов в заводском масштабе подтвердило их
высокий обесцвечивающий эффект: около 75% для нуль-рафина-
да, 50% для первого и второго рафинада. Вместе с тем выяви-
лась малая механическая прочность анионита АВ-16ГС и связан-
ный с этим повышенный расход его. Работа с анионитами пока
(1967 г.) обходится довольно дорого.

Однако при равных технологических требованиях установка и
работа с ионитами проще, чем при использовании крупки.

ВАРКА УТФЕЛЕЙ И КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ СХЕМЫ
РАФИНАДНОГО ЗАВОДА

Варка утфеля из рафинадного сиропа принципиально не от-
личается от варки утфеля из свекловичного густого сиропа, рас-
смотренной выше; нет существенных отличий и в конструкции
вакуум-аппаратов и мешалок. Правда вакуум-аппараты рафи-
надного завода обычно небольшой емкости. Ниже рассмотрены
лишь некоторые специфические особенности варки рафинадных
утфелей.

1. Варка рафинадных утфелей протекает значительно быст-
рее— она длится около 50 мин. Это обусловлено прежде всего
высокой чистотой увариваемых сиропов, которая весьма близка
к 100%. Варка рафинадных утфелей ускоряется также вследствие
применения более высокой концентрации их, если используется
костеугольная крупка. Быстрой варке способствует малый объем
вакуум-аппаратов. На рафинадном производстве особенно важно
следить за продолжительностью варки сиропов, чтобы избежать
возможного нарастания цветности.

2. При обесцвечивании рафинадного сиропа костеугольной
крупкой процент сухих веществ (СВ) рафинадных сиропов до-
стигает 73.

Варка концентрированных сиропов высокой чистоты представ-
ляет некоторые трудности. Она ведется темпами повышенной ско-
рости. Если варщик запоздает с подкачкой при варке сиропов не-
высокой концентрации, то ошибку довольно легко можно испра-
вить введением в вакуум-аппарат сравнительно небольшого ко-
личества резко ненасыщенного сиропа. При концентрированных
же сиропах ошибки исправлять труднее.

Высокая степень ритмичности работы рафинадного завода,
которая исключает перебои в подаче сиропа, его застаивание щ
что особенно важно, колебания концентрации, создает благо-
приятные условия для применения концентрированных сиропов..
552
При изготовлении кускового рафинада к равномерности кри-
сталлов сахара в утфелях предъявляются меньшие требования,
так как они в дальнейшем подвергаются дроблению при прессо-
вании. Желательно, чтобы концентрация рафинадных сиропов
была возможно выше, так как это позволяет достигнуть значи-
тельной экономии в расходе пара и топлива. Как мы уже отмеча-
ли, к сожалению, при использовании иных обесцвечивающих
средств, кроме крупки, приходится применять более низкие кон-
центрации сиропов.

Особенно низкие концентрации сиропов наблюдаются пока
при очистке рафинадного сиропа ионитами.

3. Особенностью варки рафинадных утфелей обычно является
введение ультрамарина после набора вакуум-аппарата рафинад-
ным сиропом. Требуемую порцию ультрамарина разводят в 2—
3 л воды, суспензию фильтруют через густое сито и вводят в ва-
куум-аппарат через специальную трубку.

4. Обычно при варке 2-го рафинадного утфеля, но иногда и
при варке 1-го рафинадного утфеля в вакуум-аппарат вводят гид-
росульфит в количестве 200 г на 100 ц утфеля. Для более равно-
мерного действия гидросульфит вводят в два приема — до завод-
ки кристалла и к концу уваривания.

5. В отличие от кристаллов утфелей кускового рафинада к кри-
сталлам утфелей рафинированного песка предъявляют повышен-
ные требования и по однородности их, отсутствию друз, блеску
поверхности.

6. Утфель, предназначенный для получения литых сортов ра-
финада, подвергают перед спуском из вакуум-аппарата нагре-
ванию до 90—98° С, при котором происходит значительное рас-
творение уже выкристаллизовавшегося сахара. Спуск утфеля
при высокой температуре нужен в данном случае для того, чтобы
обеспечить высокое содержание сухих веществ (СВ) межкри-
стального оттека и наличие в последнем большого количества
растворенного сахара, которое будет выкристаллизовано в даль-
нейшем при охлаждении утфеля в формах. Утфель литого рафи-
нада обычно спускают при несколько более высоком СВ (93%),
в то время как СВ утфеля прессованного рафинада составляет
около 92%.

Чтобы яснее представить себе основную сущность довольно
сложной кристаллизационной схемы рафинадного производства,
приведем некоторые упрощенные расчеты.

Утфель, который получается в результате уваривания, а иног-
да и в результате дальнейшей кристаллизации при охлаждении
в мешалках, состоит из кристаллов сахара и маточного раство-
ра— межкристального оттека (патоки). Для подсчетов прини-
маем, что несахара, которые содержатся в исходном утфеле, со-
средоточиваются в межкристальном оттеке.
Пусть процент кристаллов в 1-м рафинадном утфеле ра-
вен 66,7% (т. е. составляет 2/3) от исходного количества уварен-
ных сухих веществ. В межкристальном оттеке содержится 33,3%
сухих веществ, т. е. */3 от исходного их количества. Так как абсо-
лютное количество несахаров мы предполагаем неизменным, то
его процентное отношение к сухим веществам межкристального
оттека должно утроиться по сравнению с исходным сиропом. При
чистоте исходного сиропа 99,7% концентрация несахаров была
равна 0,3%. В межкристальном оттеке она станет равной 0,3 X
X 3 = 0,9%, т. е. чистота межкристального оттека 99,1%. Из
этого оттека варят 2-й рафинадный утфель.

Допустим в этом утфеле содержится кристаллов 60%. Про-
цент несахаров в оттеке 2-го рафинадного утфеля возрастет в

ЮО о с
40 — 2,5 раза,

т. е. будет равен 0,9-2,5 = 2,25% и его чистота 97,75%.

Допустим, что при уваривании этого оттека на утфель III
кристаллизации (1-й продуктовый утфель) процент кристаллов
тоже равен 60. Процентное содержание несахаров в оттеке ста-
нет равным 2,25-2,5 = 5,6% и чистота оттека составит 94,4%. Со
снижением чистоты утфелей уменьшается процентное содержа-
ние 'кристаллов в них. Пусть при IV кристаллизации окажется
50% кристаллов. Количество несахаров в оттеке возрастет
в 2 раза (5,6-2 = 11,2). Следовательно, чистота оттека будет
88,8%. Примем и для V кристаллизации процент кристаллов рав-
ным 50. Несахаров в оттеке станет 11,2-2 = 22,4% и его чистота
77,6%. Пусть для VI кристаллизации процент кристаллов сильно
уменьшится и равен 33,3. Процент сухих веществ в оттеке равен
100 — 33,3 = 66,7. Тогда несахаров в оттеке будет

—22,4-100 = 336о/

66,7

и его чистота 66,4%. Более низкой чистоты в рафинадном про-
изводстве обычно не достигают и, следовательно, VI кристалли-
зация является последней. Получаемую мелассу, которую назы-
вают рафинадной, удаляют из завода.

Приведенные выше цифры, определяющие процент кристал-
лов в различных утфелях, следует считать только ориентировоч-
ными, как и величину чистоты утфелей, которая зависит еще и
от дополнительно растворяемых продуктовых песков.

Приближенный подсчет, однако, наглядно показал, что ра-
финадное производство действительно нуждается примерно в ше-
сти последовательных кристаллизациях, чтобы истощить продук-
товые оттеки. В некоторых случаях рафинадные заводы обходи-
лись меньшим количеством кристаллизаций, например пятью, не
554
останавливаясь перед несколько повышенной чистотой рафинад-
ной мелассы (до 75%).

Задача истощения рафинадной мелассы обычно не стоит столь
остро, как истощение мелассы свеклосахарных заводов. Для это-
го имеются две причины.

Во-первых, рафинадная меласса в отличие от свеклосахарной
мелассы вполне съедобна. Ее охотно применяют в хлебопекар-
ной промышленности и даже предпочитают равному количеству
чистого сахара, ценя ее особый привкус. Таким образом, сахар
рафинадной мелассы применяется по своему прямому назначе-
нию как пищевой продукт.

Во-вторых, количество получаемой рафинадной мелассы от-
носительно невелико. Это количество может быть определено
следующим расчетом. Мелассный коэффициент для несахаров
рафинадной мелассы равен ориентировочно

100 — 66

Количество несахаров, которое содержится в перерабатывае-
мом песке, приблизительно равно 0,25% к массе сахара-песка.
Следовательно, они должны увлечь в рафинадную мелассу
0,25-2 = 0,5% перерабатываемого (выпускаемого) сахара.
В свеклосахарном производстве количество сахара в мелассе до-
стигает 15% к массе выпускаемого сахара-песка.

Следовательно, потери сахара в рафинадной мелассе в не-
сколько десятков раз меньше потерь сахара в свеклосахарной
мелассе. Соответственно меньше и количество рафинадной ме-
лассы. Последнее можно подсчитать для СВ 80%, равным

0,5 + 0,25 = 0,9%.

0,8

Приведенный расчет выхода рафинадной мелассы, хотя и
дает нам некоторую ориентировку в рассматриваемом вопросе,
все же не оправдывается практикой. Оказывается, что, с одной
стороны, обработка рафинадных и продуктовых сиропов адсор-
бентами ощутимо (в особенности при работе с крупкой) умень-
шает количество несахаров, попадающих в рафинадную мелас-
су, а с другой стороны — в процессе рафинирования происходит
заметное разрушение сахара и, следовательно, увеличение коли-
чества несахаров. По своему составу рафинадная меласса имеет
очень мало общего с свеклосахарной мелассой. В ее сухом веще-
стве содержится примерно 66% сахара, 14,7% редуцирующих
веществ, в основном образовавшихся за счет разрушения саха-
ра, 14% другого органического несахара, включая азот (0,2%),
и 5,3% углекислой золы. В свеклосахарной мелассе редуцирую-
щие .вещества или вовсе не содержатся, или их в ней очень мало,
да и состав их другой. Азота в этой мелассе раз в десять больше
-и золы в три раза больше

В рафинадную мелассу попадают красящие вещества, которые
прошли через последовательные кристаллизации, и, что еще бо-
лее важно, красящие вещества, возникающие на самом рафинад-
ном заводе, поэтому рафинадная меласса довольно сильно окра-
шена (250—500 ед. Шт.).

Итак, в рафинадном заводе приходится много раз кристалли-
зовать маточные растворы, последовательно отделяемые от кри-
сталлов соответствующих утфелей.

Чистота оттека утфеля I превышает 99%. С первого взгляда
представляется как будто бесспорным, что из раствора столь вы-
сокой чистоты путем его уваривания должны быть получены кри-
сталлы рафинадного достоинства. Ведь в свеклосахарном про-
изводстве чистота густых сиропов не выше 93—94%, а в ряде
случаев удается получить отличный кристаллический сахар и
при чистоте 90%.

Однако специфический характер несахаров рафинадного про-
изводства, их большая склонность включаться, адсорбироваться,
резко уменьшает возможность получения кристаллов рафинадно-
го достоинства должной белизны.

Дореволюционная рафинадная промышленность ограничива-
лась получением рафинада только из утфеля I, направляя сахар
утфеля II на перекристаллизацию, а не на выработку рафинада.
За одним рафинадным утфелем следовало обычно пять продук-
товых утфелей (кристаллизаций). Всего было шесть утфелей
(1+5).

М. И. Нахманович и И. Ф. Зеликман показали возможность,
получения рафинада из 2-го рафинадного утфеля. Выгодность
разработанной ими схемы, ведущей к уменьшению повторных ва-
рок, количества промежуточных продуктов, расхода пара и топ-
лива, очевидна.

Однако все время надлежит иметь в виду, что рафинад II все
же имеет тенденцию быть несколько хуже, чем рафинад I, пере-
мешанный с которым, он поступает к потребителю. Поэтому не-
обходимо уделять особое внимание обработке сиропа 2-го рафи-
надного утфеля адсорбентами, а также пробеливанию рафи-
нада II.

Кроме того, 2-й рафинадный утфель несколько меньше исто-
щают, т. е. получают из него меньший процент кристаллов, что
также в некоторой мере может улучшить их качество. Мы гово-
рили о шести утфелях (кристаллизациях): 2 + 4.

В дальнейшем И. Ф. Зеликман разработал схему, в которой
товарный рафинад получают из трех рафинадных утфелей, сле-
556
дующих один за другим. Их называют в этом случае: нулевой,
первый и второй рафинадные утфели.

По своим качествам нулевой утфель должен превосходить
первый утфель двухрафинадной схемы. Отсюда его наименова-
ние. Пулевой утфель готовят исключительно из стандартного са-
хара-песка, без обычных возвратов. Исключение составляют воз-
враты рафинада из разделочного и упаковочного отделений, ка-
чество которых превышает качество сахара-песка. Чистота
нулевого рафинада после обработки адсорбентом составляет
99,8%. Всего утфелей (кристаллизаций) семь: 3 + 4. Иногда ра-
ботают по схеме 3 + 3.

Кашку, полученную из рафинадных утфелей, перемешивают и
выпускают рафинад как единую продукцию. Для более полного
перемешивания кашки из песка II рафинада центрифуги уста-
навливают в таком порядке, чтобы она проходила в шнеке наи-
больший путь, т. е. ближе к элеватору устанавливают центрифуги
нулевого рафинада, затем первого и в наибольшем отдалении
центрифуги второго рафинада.

При условии переработки сахара-песка хорошего качества по
схеме с нуль-рафинадом достигается уменьшение количества
продуктовых утфелей, что видно из табл. 46.

Таблица 46

Количество утфелей (в % к массе рафинада)

Утфели Схема с двумя рафинадными утфелями Схема с 0-утфелем
Рафинадные 188 188
в том числе
О-утфель — 112
1-й рафинадный 140 53
2-й рафинадный 48 23
Продуктовые в сумме 28 16

Выкристаллизованный сахар (песок) четырех последних «про-
дуктов» все ухудшается и прежде чем быть направленным потре-
бителю нуждается в дополнительной очистке. Эти продуктовые
пески иногда направляют на аффинацию, затем клеруют, в неко-
торых случаях обесцвечивают адсорбентом, но во всех случаях
подвергают перекристаллизации.

Для создания более компактной продуктовой схемы перекри-
сталлизацию совмещают с основными и последующими допол-
нительными кристаллизациями. Так, перекристаллизацию песка
I продукта обычно совмещают с кристаллизацией 1-го рафинад-
ного утфеля, для чего в соответствующую варку «вбрасывают»
клеровку песка I продукта.
^1-йрафинадный утфель
Рафинад I Оттек

—*-2-й рафинадный утфело
Рафинада Оттек

-----Утфель I продукта

-* '—Песок J продукта^? Оттек
-------•-Утфель П продукта
'-Песок П продукта^?- Оттек
Утфель Ш продукта

-• '-Песок Ш продукт Оттек

Утфель 12 продукта

Рафинадная

неласса

Перекристаллизацию песка II продукта совмещают с кристал-
лизацией 2-го рафинадного утфеля. Два последних продуктовых
песка уже не могут быть очищены одной перекристаллизацией,
для очистки их требуются две последовательные. Поэтому пе-
сок III продукта и песок последнего, IV продукта направляют не
на рафинадные утфели, а соответственно в утфель I и II продук-
та. Приводимая схема резко упрощена.

На схеме рис. 180 с нуль-рафинадом движение продуктов по-
казано несколько более подробно. Введение в утфели клеровок
сахаров изменяет чистоту и цветность их и сказывается на ориен-
тировочном расчете, приведенном выше.

Нам уже известно по опыту свеклосахарного производства,
что количество последовательных кристаллизаций может быть
уменьшено путем искусственного снижения чистоты утфелей за
счет введения в них оттеков с более низкой чистотой. Это меро-
приятие нежелательно и в свеклосахарном производстве, тем ме-
нее желательно оно в производстве рафинадном, где качеству
сахара уделяют особо большое внимание.

Далее существует указание о том, что присутствие несахаров
в рафинадных продуктах при их варке и нагревании способствует
разрушению сахара, Это ведет и к повышению потерь, и к потем-
нению маточных растворов. Следовательно, и с этой точки зре-
ния желательно поддерживать в каждом из продуктов наиболее
высокую возможную чистоту, избегать вбросов, снижающих эту
чистоту. Однако вторые (белые) оттеки, возникающие при пробе-
ливании сахара, обычно возвращают в исходный же утфель,
558
^мар-песок

Рис. 180. Кристаллизационная схема с тремя рафинадными
четырьмя продуктовыми утфелями.
имеющий несколько более высокую чистоту. Так как песок I про- 1
дукта направляют на I рафинад, его показатели должны прибли- !
жаться к показателям стандартного сахара-песка, т. е. он после !
фуговки и пробеливания должен иметь цветность около 1 ед. Шт.
и чистоту 99,75%. Показатели песков последующих кристаллиза-
ций, естественно, снижаются. Так, II продуктовый утфель дает
песок с цветностью 2 ед. Шт. и чистоту 99%, III продуктовый ут-
фель— чистоту 94% и цветность 10—15 ед. Шт.

По мере снижения чистоты продуктовых утфелей скорость их
кристаллизации уменьшается и длительность варки возрастает.
Становится целесообразным продлить замедлившуюся кристал-
лизацию в мешалках-кристаллизаторах. Время уваривания в ва-
куум-аппаратах I продуктового утфеля составляет 2,2—2,5 ч.

Спущенный утфель можно кристаллизовать дополнительно
в мешалках в течение 8 ч, охлаждая его до 55—60° С. Длитель-
ность уваривания II продуктового утфеля около 3 ч. Кристалли-
зация в мешалках длится 12—46 ч при охлаждении до 50—55° С.
Уваривание III продуктового утфеля длится 6—8 ч, кристалли-
зация в мешалках—более 2 суток, охлаждение доводят до
45—50° С.

Последний продуктовый утфель, если он низкой чистоты,
иногда уваривают не на кристалл, а на волос: проводится кри-
сталлизация в мешалках-кристаллизаторах 4—5 суток и охлаж-
дение до 40—45° С.

Вследствие нарастания вязкости оттеков снижающейся чисто-
ты и связанного с этим нарастания вязкости соответствующих
утфелей имеется тенденция к снижению СВ указанных утфелей.
Так, если рафинадные утфели спускают с СВ 92, утфели I и
II продукта с СВ 91,5—92, то СВ утфеля III продукта 91—91,5,
а СВ IV продукта — 89.

Кроме того, продуктовые утфели раскачивают в мешалках-
кристаллизаторах, для чего применяют воду либо оттек того же
утфеля. Концентрацию утфелей доводят раскачкой до 90%. Так
же, как в свеклосахарном производстве и из тех же соображений,
оттек, ‘направляемый на раскачку, должен иметь температуру, на
3—5° превышающую температуру утфеля, и должен быть свобо-
ден от муки.

Для улучшения качества рафинадной мелассы, направляемой
потребителям, часто ее подвергают очистке. Предварительно ее
разбавляют до 40% СВ горячей водой или последними порция-
ми продуктовых промоев, затем фильтруют через костяную круп-
ку. Для устойчивости рафинадной мелассы и для большего удоб-
ства транспортирования ее сгущают в вакуум-аппарате до СВ
78—82%.

Кристаллизационные схемы свеклосахарных заводов с рафи-
надными цехами заключаются в следующем. Рафинадный цех
получает песок из-под центрифуг свеклосахарного завода. В дан-
560
ном случае не нужно сушить песок и не нужно его взвешивать.

• Песок клеруют и очищают. Варят последовательно 1-й и 2-й ра-
финадный утфель. Первый оттек 2-го рафинадного утфеля на-
правляют в густой сироп свеклосахарного завода, где осуществ-
ляют обычные три кристаллизации. Существует предложение
» осуществлять в рафинадном цехе три рафинадные кристаллиза-
ции (по И. Ф. Зеликману): нулевой, первый и второй рафинады.
Есть предложение (В. В. Япаскурта) проводить в рафинадном
цехе две рафинадные кристаллизации и варку утфеля I продук-
та. В обоих вариантах трехкристаллизационных схем рафинадно-
го цеха оттек, выводимый из цеха, должен иметь чистоту, прибли-
жающуюся к чистоте густого сиропа. Как уже ранее указыва-
лось, на заводах с рафинадным цехом не получается рафинадная
меласса, но соответственно немного возрастает выход свеклоса-
харной мелассы и несколько меняется ее состав.

ФУГОВКА И ПРОБЕЛИВАНИЕ

Для фуговки утфелей в рафинадном производстве широко
применяют непрерывно действующие пульсирующие центри-
фуги.

Устройство этой горизонтальной центрифуги показано на
рис. 181. Центрифуга имеет четыре горизонтальных барабана,
расположенных последовательно один за другим вдоль оси цен-
трифуги. Чтобы барабаны могли несколько перемещаться один
относительно другого в горизонтальном направлении вследствие
пульсирующих толчков, диаметры их различны. Они увеличива-
ются по мере продвижения фугуемого сахара. Диаметр наимень-
шего барабана 650 мм, затем следуют барабаны диаметрами 720
и 760 мм. Диаметр барабана, с которого удаляется отфугованный
сахар, равен 860 мм:

Чтобы сахар не проваливался, барабаны несколько заходят
один за другой. По оси их общая длина составляет 750 мм. Бара-
баны вращаются с числом оборотов 850 в минуту, но вследст-
вие различия в диаметрах фактор разделения различен для раз-
личных барабанов. Он равен 380 на барабане с наименьшим диа-
, метром, где начинается фуговка, и 500 на барабане с наиболь-
шим диаметром, где фуговка заканчивается. Барабаны изготов-
лены из щелевидных сит толщиной 0,7 мм. Живое сечение
сит 20 % •

Первый и третий барабаны прикреплены к днищу толкача
при .помощи ребер и находятся как во вращательном, так и в воз-
вратно-поступательном движении с ходом около 50 мм. Возврат-
но-поступательное движение осуществляется от поршня, который
перемещается под давлением масла, автоматически подаваемого
то с одной, то с другой стороны поршня. Поршень перемещается
совместно со штоком и толкачом, образуя с ними единое целое.
Сплошной дискообразный толкач является пульсирующим дни-
561
Уттель

Рис. 181. Пульсирующая центрифуга.

1 — только вращающаяся часть; 1а — ее шкив; 2 — вращающаяся и
пульсирующая часть; 2а — ее поршень; 3 — направляющая для сахара.

щем центрифуги. Число перемещений (пульсаций) можно изме-
нять в пределах 20—46 в минуту и этим регулировать длитель-
ность процесса фуговки, от которой зависит также и влажность
сахара, выходящего из центрифуги. Центрифуга заключена в го-
ризонтальный кожух, в котором установлена перегородка для от-
деления зеленого оттека от белого. Утфель через неподвижную
загрузочную трубу, проходящую вдоль горизонтальной оси цен-
трифуги, непрерывно поступает на первый барабан, где начинает-
ся его фуговка.

Под воздействием пульсирующих толчков сахар перемещает-
ся с барабана на барабан. Затем с четвертого барабана по на-
правляющей 3 сахар выводится из центрифуги порция за пор-
цией. На второй барабан подводят клере в количестве 5—6%
к массе утфеля.

В некоторых случаях при пробеливании рафинада низкого ка-
чества количество подводимого клерса резко увеличивают до
10—15%- Производительность центрифуги 7 т/ч. Общая мощ-
ность электродвигателей центрифуги 34 кет.

Пульсирующие центрифуги вполне удовлетворительно фугу-
ют утфель. При перемещении вдоль сит центрифуги кристаллы
сахара несколько истираются. В данном случае это не имеет су-
щественного значения, так как при последующем прессовании
часть кристаллов дробится.

Влажность кашки поддерживается на заданном уровне, при-
чем с гораздо меньшими колебаниями, чем на периодически дей-
562
ствующих центрифугах. Обслуживание пульсирующей центрифу-
ги сводится лишь к наблюдению за исправностью ее работы.

Для пробеливания рафинада применяют клере. Это самый
чистый и самый бесцветный сахарный раствор, которым распо-
лагает рафинадный завод. Его готовят из лучших сортов песка и
обрабатывают наиболее активными адсорбентами сразу же пос-
ле их очередного регенерирования. На некоторых заводах в ка-
честве клерса применяют первые из адсорбера, лучшие порции
сиропа нулевого рафинада. Концентрация клерса обычно соот-
ветствует состоянию некоторого недосыщения для данной тем-
пературы. Для пульсирующих центрифуг концентрация клерса
составляет 50—55% СВ. Нужно, чтобы клере лишь немного рас-
творял сахар, но хорошо смывал несахара пленки пробеливаемых
кристаллов.

Преимущества пробеливания клерсом по сравнению с пробе-
ливанием чистой горячей водой следующие:

выход кристаллов выше вследствие меньшего растворения
сахара;

на кристаллах после пробелки остается пленка самой высокой
чистоты, даже превышающей чистоту самих кристаллов.

ПРЕССОВАНИЕ КАШКИ

Из центрифуг выводят монокристаллы рафинада с пленкой
клерса на них. Это так называемая кашка. Ее насыпная масса
0,8—0,9, т. е. в кашке имеется довольно значительное количество
пор, заполненных воздухом. Такая пористость кашки позволяет
прессовать ее. Прессовать же сами монокристаллы невозможно,
так как отдельно взятый кристалл несжимаем.

Влажность рафинадной кашки варьируют в значительных
пределах — 3—2% и менее — в зависимости от того, какой проч-
ности рафинад нужно выработать. Поэтому при пробеливании
кашку выводят из центрифуги раньше того момента, чем будет
отфуговано все возможное количество оттека. Па кристаллах
сознательно оставляют такое количество клерса, которое соот-
ветствует заданному содержанию воды в кашке. Влажность ра-
финадной кашки можно контролировать при помощи прибора
системы Бонвеча, много лет работавшего химиком на Москов-
ском рафинадном заводе. Прибор замеряет объем газообразного
ацетилена, который выделяется при взаимодействии определен-
ной навески (5—10 г) рафинада с избытком карбида кальция.
Влага рафинада реагирует по следующей схеме:

С НОН

/ С— Нф

Са |||+--------»Са(ОН)2 + П|

\ С— н

с нон
Влажность рафинадной кашки определяют на приборе Бонве-
ча периодически. Непрерывное определение влажности можно
производить путем непрерывного замера диэлектрической посто-
янной кашки. Диэлектрическая постоянная воды (около 80) силь-
но отличается от диэлектрической постоянной сахара (около 5).
Поэтому диэлектрическая постоянная кашки резко меняется при
изменении ее влажности.

На этом принципе разработан и выпущен автоматический
влагомер рафинадной кашки. Прибор предназначен для непре-
рывного измерения и регистрации (при помощи самописца)
влажности кашки от 1 до 3% с точностью ±0,2%. Прибор может
быть использован и для автоматического регулирования влажно-
сти кашки, так как имеет выход на электронный автоматический
регулятор.

Принцип действия влагомера основан на определении изме-
нения электрической емкости и тангенса угла диэлектрических
потерь в рафинадной кашке.

Блок-схема влагомера изображена на рис. 182. Изменение
влажности кашки Д117 преобразуется в датчике 1 в изменение
емкости ДСх и тангенса угла диэлектрических потерь tgfix. Пре-
образователь 2 преобразует ДСх и tgfix в изменение электриче-
ского напряжения ДЙ, которое измеряют автоматическим ком-
пенсатором 3. Величину ДСх и tg6x уравновешивают компенса-
цией на выходе преобразователя при помощи вращения перемен-
ного конденсатора 5, управляемого реверсивным двигателем 4
компенсатора.

Датчиком служит конденсатор, изготовленный в виде цилин-
дра. Одним электродом служит металлический стержень в эбо-
нитовом стакане, вертикально укрепленный по центральной оси
цилиндра-бункера, который является вторым электродом кон-
денсатора.

Рис. 182. Блок-схема влагомера:

1 — датчик; 2 — первичный измерительный прибор; 3 — автоматиче-
ский компенсатор; 4 — реверсивный двигатель; 5 — уравновешиваю-
щий конденсатор.
Рафинадная кашка непрерывно проходит через цилиндр-бун-
кер. Влагомер может работать при температуре окружающего
воздуха от 10 до 40°С и относительной влажности 85%.

Для прессования рафинадной кашки применяют прессы раз-
личных конструкций. Первой по времени конструкцией пресса,
которая применяется и в настоящее время, является пресс с го-
ризонтальным вращающимся круглым столом. Стол в плане схе-
матически изображен на рис. 183 справа. Кашка, направляемая
к прессу, поступает в расположенный над ним бункер. Между
бункером и столом пресса помещена набивная коробка, снабжен-
ная горизонтальными валиками со штифтами.

В столе пресса размещены матрицы (формы), в которых
спрессовывается поступающая в них влажная кашка.

Для получения отдельных брусков в матрицы вставлены про-
дольные перегородки. Прессование осуществляется при помощи
пуансонов, которые служат как бы днищами матриц. Пуансоны
перемещаются в матрицах в вертикальном направлении вниз и
вверх. При нахождении пуансона внизу матрица загружается
кашкой. При продвижении пуансона в его верхнее положение
объем матрицы уменьшается и кашка спрессовывается.

Круглый стол пресса делает по 6—8 об[мин вокруг вертикаль-
ной оси. Повернувшись на 90°, стол останавливается. В одном
из вариантов пресса длительность остановок стола около 1 сек,
а длительность его движения — около 1,5 сек. Во время каждой
из четырех остановок стола на каждом его квадранте выполняет-
ся определенная операция цикла прессования. Рис. 183 слева схе-
матически показывает этапы работы пресса. В положении I
пуансоны опущены на глубину матрицы. В положении II объ-
ем в матрице над пуансонами заполняется кашкой. В положе-
нии III матрица сверху прикрывается плитой, а пуансон подни-
мается вверх на расстояние, равное Нх — Н2, соответственно
спрессовывая брусок.

На этапе IV пуансон поднимается в крайнее верхнее положе-
ние выше уровня стола пресса на 0,5—0,6 мм и выталкивает
спрессованный брусок из матрицы вверх. Непосредственно за

Рис. 183. Схема устройства стола пресса.
этим, на том же этапе работы, бруски сдвигаются вдоль матри-
цы на подставляемую планку.

Таким образом, за полный оборот стола происходит четыре
прессования. В действительности этапы размежевываются не-
сколько по-другому, отвод пуансона в крайнее нижнее положе-
ние происходит во время вращения стола, а не во время его оста-
новки. После выталкивания брусков с пуансона во время следую-
щей остановки верхняя поверхность пуансона протирается воз-
вратно-поступательным перемещением особого протирающего
устройства. За один оборот стола пресс делает четыре прессова-
ния, в минуту — 24 прессования.

Ход прессующего пуансона равен Нх— Н2. Отношение хода
пуансона к исходной высоте кашки в матрице Нъ выраженное
в процентах, называют коэффициентом прессования р:

6 = . юр.

Ну

Объем прессуемого рафинада является произведением трех
его измерений. Два из них (длина бруска и его ширина) во вре-
мя прессования не изменяются. Изменяется лишь высота бру-
ска Н. Следовательно, коэффициент уменьшения объема кашки
в процентах к исходному объему равен коэффициенту прессова-
ния р. Кашку можно спрессовывать в большей или меньшей ме-
ре, т. е. коэффициент прессования может иметь разные значения,
например 28%. При прессовании кристаллы сахара сближаются
между собой за счет уменьшения объема пор, которые заполнены
воздухом. Можно подсчитать, что при исходной объемной плотно-
сти прессуемой кашки 0,9 объем пор в ней равен

1,59~0,9 - • 100 = 43%.

1,59

Если кашка спрессована до объемной плотности 1,25, то это
значит, что объем пор уменьшился до

1,59~1’25 • 100 =21%,

1,59

т. е. более чем в 2 раза. Описанному прессованию соответствует
коэффициент прессования 28%.

Матрицы и пуансоны изготовляют из латуни, так как, сопри-
касаясь с брусками рафинада, латунь как бы полируется и сохра-
няет гладкую поверхность, к которой не прилипают кристаллы
сахара.

В последнее время большое распространение получил рота-
ционный пресс. Схема его конструкции изображена на рис. 184.

Основной частью пресса является барабан, вращающийся во-
круг горизонтальной оси. Пуансоны перемещаются по радиусам
барабана, то приближаясь к оси, то отходя от нее.
/

Рис. 184. Ротационный пресс:

L — барабан пресса; 2 — вал; 3 — пуансоны; 4 — ролики
пуансонов; 5 — неподвижная направляющая; 6—плита; 7—
регулирующая часть направляющей.

Барабан вращается непрерывно без поэтапных остановок.
Пуансоны с одной стороны заканчиваются роликами 4, которые
катятся по неподвижным направляющим 5. Направляющие соз-
дают замкнутые кривые вокруг оси барабана. Направляющие
в верхней своей части приближаются к оси барабана пресса и та-
ким образом оттягивают пуансоны, освобождают место для за-
полнения матриц кашкой. В левой части пресса направляющие
отходят от оси, обеспечивая перемещение пуансонов к периферии
барабана, что необходимо для осуществления прессования. Вни-
зу пресса направляющие и скользящие по ним пуансоны наибо-
лее резко отходят от оси, обеспечивая выталкивание кусочков ра-
финада. Затем весь цикл повторяется.

Так как барабан пресса безостановочно вращается, плита 6,
к которой пуансоны прижимают кусочки сахара, не может быть
неподвижной, чтобы не остановить полностью вращение бараба-
на. Поэтому рычаг, к которому прикреплена прижимная плита,
обеспечивает ее довольно сложное возвратно-поступательное дви-
жение. Во время прессования плита перемещается синхронно
с барабаном. Затем она отходит от барабана и в это время пере-
мещается в направлении, противоположном вращению барабана.
Матрицы размещены по периферии пресса неравномерно, но с ин-
тервалами. Указанные интервалы соответствуют моментам, ког-
да прижимаемая плита перемещается в противоположном с бара-
баном направлении. На описываемом ротационном прессе изго-
товляют не бруски, а отдельные кусочки рафинада.

Важной особенностью этого пресса является возможность ме-
нять глубину матрицы, а следовательно, ее наполнение кашкой,
на ходу пресса. Соответствующее устройство весьма существен-
но, так как обеспечивает точное и быстрое регулирование массы
отдельных кусочков прессуемого рафинада. Суть устройства
заключается в том, что верхняя часть неподвижных направляю-
щих 7 может при регулировании несколько перемещаться вверх
и вниз. Перемещение осуществляется при помощи ручки, выве-
денной наружу пресса. Ее положение отсчитывается на диске-
шкале.

Оба описанных выше пресса осуществляют при прессовании
одностороннее сжатие. Давление, которое испытывает кашка во
время прессования, непостоянно по высоте бруска или кусочка,
оно уменьшается с увеличением расстояния в слое кашки от по-
верхности прессующего пуансона, так как возникают потери
давления вследствие трения кашки о стенки матрицы. По указан-
ной причине кристаллики, которые были ближе к пуансону, бо-
лее сильно спрессованы и более сильно раздроблены. Кристалли-
ки же у прижимной плиты менее разрушены и уложены более
свободно с большими порами между ними. Из сказанного стано-
вится понятным, что одностороннее сжатие создает некоторую
неоднородность рафинада. Прочность рафинада, как целого, оп-
ределяется прочностью его наиболее слабых участков.

Прессование рафинада, так же как и прессование любого ве-
щества, можно производить двусторонне, а в случае прессования
отдельных кусочков — и со всех шести сторон.

Для двустороннего прессования прижимная плита должна
быть заменена контрпуансоном, которым перемещался бы одно-

Таблица 47

Результаты испытания соответствующих образцов рафинада

Показатели Давление прессования, кГ/сл2
70 90
Сопротивление раздроблению (в кГ) при сжатии
одностороннем 180 290
двустороннем Продолжительность разрушения куби- ка (в сек) при сжатии 280 420
одностороннем 180 250
двустороннем 330 550
временно с пуансоном, но только в противоположном направ-
лении.

Двустороннее сжатие должно обеспечить более равномерную
плотность рафинада по высоте кусочка или бруска, ибо в этом
случае только середина кусочка (бруска) будет сжата несколь-
ко слабее.

Экспериментально установлено [3], что при двустороннем сжа-
тии действительно получался более прочный рафинад (табл. 47).

На рис. 185 изображена одна из моделей рафинадного прес-
са двустороннего прессования. Он имеет вертикальный вал /,
приводящий во вращение вертикальный же ротор 2, который не-
сет матрицы 3 и пуансоны. Кашка, поступающая в матрицу,
спрессовывается с обеих сторон пуансонами: верхним 4 при его
движении вниз и нижним 5 при движении вверх. Пуансоны прик-
реплены к штокам 6 и 7, которые движутся в бронзовых втулках
и снабжены на концах роликами 8 и 9.

На левой стороне рисунка показано прессование сахара, на
правой — выталкивание из пресса кусочка рафинада. Прессова-
ние происходит потому, что ролик 8, накатываясь на неподвижный
кулак 10, поднимает нижний пуансон, а ролик 9 под действием

Рис. 185. Двусторонний пресс.
пальца 11, который испытывает давление пружины 12, опускает
верхний пуансон. Для выбрасывания отпрессованного кусочка ра-
финада оттягивающий кулак 13 поднимает верхний пуансон,
нижний пуансон также поднимается, так как его ролик накаты-
вается на выталкивающий кулак.

Кусочек рафинада выталкивается из матрицы вверх и но-
жом 14, сидящим на рычаге 15, выводится из пресса.

Существуют устройства, в которых для уплотнения кристал-
лов кашки при формовке кусочков рафинада применяют вибра-
цию.

СУШКА РАФИНАДА

Сушку рафинада, а точнее говоря высушивание сахарного
раствора, содержащегося в рафинаде, осуществляют одним из
двух способов, резко отличающихся один от другого.

При сушке рафинада первым способом (рис. 186, а) в су-
шильной камере поддерживают вакуум и образующиеся водя-
ные пары непрерывно отсасывают. Среда, окружающая влажный
рафинад,— это почти чистый водяной пар, содержащий лишь не-
большую примесь воздуха, проникшего -в сушилку.

Во втором способе (рис. 186, 6) сушку рафинада ведут горя-
чим воздухом, прокачиваемым через сушильную камеру. Среда,
окружающая влажный рафинад, — это воздух более или менее
влажный, т. е. смесь сухого воздуха и водяных паров.

Если обозначить давление водяных паров у самой поверхно-
сти высушиваемого рафинада через Pv, а давление чистого во-
дяного пара при первом способе сушки либо парциальное дав-
ление пара в воздухе при .втором способе сушки—через Рп, то ско-
рость испарения влаги будет прямо пропорциональна разности
р — р
2 р г п •

Рис. 186. Схема типа сушилок:

ct — сушка под разрежением; б — сушка при помощи горячего воздуха.

1 — стенка; 2 — теплообменник.
Отсюда следует, что сушка
идет быстрее при высоком значе-
нии Р-р, что наблюдается при по-
вышении температуры рафинада.
Однако увеличивать температуру
рафинада выше определенной ве-
личины нельзя, так как при этом
может наступить термическое раз-
ложение его и ухудшение каче-
ства.

Величину Рп можно снижать в
первом способе сушки углубле-
нием вакуума в сушильной каме-

Рис. 187. Изменение влажности

в процессе высушивания бруска
рафинада.

ре, а во втором способе—сниже-

нием влагосодержания подводи-
мого воздуха, т. е. повышением
его сухости. Быстрое перемещение

воздуха способствует удалению пара. Следует иметь в виду, что
при сушке рафинада идет процесс испарения воды из пленки са-
харного раствора на кристаллах. В первом приближении этот

раствор можно считать насыщенным сахаром, и, следователь-
но, упругость водяных паров над ним меньше, чем упругость над
чистой водой.

Сушка рафинада имеет ту существенную особенность, что
здесь удаление воды не является самоцелью, -но лишь средством
для выделения дополнительных количеств твердого сахара, кото-
рый должен выполнять важнейшую в данном случае функцию —
цементацию отдельных кристаллов сахара в единые конгломе-

раты.

Довольно детально изучена динамика сушки брусков рафина-
да. Найденные закономерности в какой-то мере характеризуют
сушку кускового рафинада вообще. Процесс сушки рафинада
протекает в два периода.

В первом из них происходит быстрое удаление влаги, во вто-
ром процесс идет замедленно.

На рис. 187 изображен ход высушивания бруска рафинада
в определенных и постоянных условиях сушки (по С. Ф. Жига-
лову) .

На оси абсцисс графика нанесена длительность высушива-
ния т в часах, на оси ординат — влажность бруска рафинада, со-
ответствующая указанной длительности. Кривая хода высушива-
ния имеет точку перегиба, отделяющую быстрое высушивание от
замедленного.

На другом графике (рис. 188) на оси ординат нанесена иод-
dw

которая соответствует значениям

считанная скорость сушки

dr
Рпс. 188. Скорость высушива-
ния рафинада.

W — снижающейся влажности вы-
сушиваемого рафинадного бруска,
нанесенной на оси абсцисс.

После уменьшения влажности
бруска до некоторой величины,
которую называют критической,
скорость 'высушивания резко
уменьшается: начинается второй
период сушки.

Критическая влажность не
является единой величиной для
любого высушиваемого бруска
рафинада: она имеет тем боль-
высушиваемого
при высушива-

шее значение, чем выше начальная влажность
бруска, чем больше твердого сахара выделяется
нии. Это видно из следующих данных:

Начальная влажность бруска рафинада, % 1,5 2,0 3,0 3,5 4,0

Критическая влажность, % ........... 0,7 0,9 1,1 1,6 2,0

На продолжительность высушивания влияет и начальная
объемная плотность рафинада. При большой объемной плотно-
сти пористость рафинада меньше, узкие поры быстрее заполня-
ются твердым сахаром и увеличивается величина критической
влажности. Замедление процесса высушивания с уменьшением
содержания влаги в высушиваемом рафинаде, по-видимому,
обусловлено следующими явлениями.

В ‘начале сушки рафинада влага испаряется в основном с его
поверхности. Удаление влаги из внутренних слоев его может про-
исходить путем диффундирования влаги к поверхности и испаре-
ния ее там либо путем парообразования внутри рафинада с от-
ведением образовавшегося пара.

Оба указанных процесса значительно отличаются между со-
бой. Не исключена возможность, что в какой-то мере они взаимо-
связаны. Перемещение вещества в любом виде изнутри рафина-
да происходит через поры между монокристаллами. По мере вы-
деления цементирующего сахара эти поры могут заполняться
частично или даже полностью.

Далее, по мере утончения пленки высушиваемого раствора,
расположенного между кристаллами, увеличивается адгезион-
ное и адсорбционное воздействие поверхности кристаллов и на
раствор, и на содержащуюся в нем воду, что должно нарастаю-
щим образом тормозить высушивание. Не исключена возмож-
ность, что и самая структура раствора может изменяться: при вы-
сокой концентрации раствора решающую роль в нем играют гид-
раты молекул сахарозы, в которых вода связана более сильно.

В некоторых случаях при высушивании рафинада может иг-
рать роль и воздух, которым частично заполнены поры между
572
кристаллами. Так, при быстром нагревании брусков рафинада
с высокой начальной влажностью (3% и более) на их поверхно-
сти появляются пузырьки раствора. Это обусловлено как тепло-
вым расширением раствора, так и выталкивающим действием
расширяющихся пузырьков воздуха и пара. Вытолкнутый рас-
твор теряет на поверхности воду и выделяет твердый сахар. Это
может привести даже к образованию сплошной стекловидной кор-
ки, которая приостанавливает дальнейшее высушивание рафина-
да и приводит к появлению трещин на поверхности рафинадных
брусков. Такие бруски приходится браковать.

Практика показала, что рафинад с начальной влажностью бо-
лее 2% трудно высушить в токе воздуха при атмосфернохм дав-
лении. Для достижения приемлемых результатов пришлось бы
удлинить процесс сушки и усложнить установку. Кроме того,
внешний вид рафинада может оказаться неудовлетворительным.

Следовательно, сушка воздухом целесообразна для рафинада
с невысокой влажностью. Если же хотят иметь рафинад повы-
шенной прочности, когда приходится исходить из повышенной
влажности, то обычно сушку Ведут под разрежением, хотя этот
метод сушки и более сложен. Под вакуумом может быть доста-
точно быстро высушен рафинад и повышенной влажности.

Применением разрежения можно заставить кипеть весь рас-
твор сахара, включая и ту часть его, которая находится в середи-
не рафинада. Это облегчает удаление образующегося пара. Скры-
тая теплота парообразования отбирается от высушиваемого ра-
финада, температура которого вследствие этого снижается.

Так как разреженный пар или разреженный воздух является
плохим проводником тепла, то невозможно одновременно вести и
нагревание рафинада, и его высушивание под разрежением. Эти
две операции приходится разделять во времени. На некоторых
рафинадных заводах их разделяют и территориально, устанавли-
вая отдельно камеры, в которых нагревают рафинад — так назы-
ваемые подогреватели, и отдельно вакуум-сушилки.

Высушиваемый рафинад размещают на сушковых вагончи-
ках, которые по мере надобности перекатывают из подогревате-
лей в вакуум-сушилки и обратно. На некоторых же заводах
подогрев и вакуумирование, т. е. отсасывание паров (эту опера-
цию называют откачкой), производят в одном и том же аппара-
те, разделяя операции во времени.

Как правило, оказывается необходимой сушка, в которой за
откачкой следует повторное нагревание под атмосферным дав-
лением. Количество повторных нагревов обычно равно двум, но в
случаях повышенной влажности рафинада может быть больше.

Учитывая возможный спрос потребителей и трудности выра-
ботки литого рафинада, В. М. Волохвянский предложил выпус-
кать на наших заводах некоторое количество медленно тающего
«прессованного рафинада со свойствами литого». Особенности
его технологии состоят в повышенной влажности прессуемой
кашки (около 2,5—3%) при не очень высоком коэффициенте
прессования.

Казалось бы, что для приближения свойств прессованного
рафинада к литому следовало бы работать при высоком коэф-
фициенте прессования, например (3, равном 34%. Однако полу-
ченный таким образом рафинад, хотя и отличается высокой объ-
емной плотностью и большим сопротивлением раздроблению,
при потреблении вприкуску довольно быстро распадается на
мелкие кристаллики. Поэтому прессуют этот рафинад при р =
= 28 4-30%, но увеличивают количество сахарного раствора в
кашке, который должен сцементировать монокристаллы, т. е.
повышают влажность брусков. При выработке крепкого прессо-
ванного рафинада обычно применяют вакуум-сушилки, в кото-
рых производят и откачки, и нагрев.

Для лучшего противодействия давлению наружного воздуха
вакуум-сушилке придают цилиндрическую форму и размещают
ее в горизонтальном положении. Длина вакуум-сушилки 11,5 м,
диаметр 2,5 м. Вдоль пола сушилки размещены рельсы, по ко-
торым передвигаются сушковые вагончики. В сушилке обычно
помещается 10 вагончиков, производительность ее около 150—
170 ц рафинада в сутки. Массивные двери сушилки снабжены
резиновым уплотнением и особыми прижимающими засовами
для обеспечения герметичности. Внутри сушилки, вдоль боковых
сторон ее, расположены радиаторы, обогреваемые паром, с об-
щей поверхностью нагрева, превышающей 2000 л/2. Во избежа-
ние местного перегрева рафинада вагончики отделены от радиа-
торов щитами. Для создания в период нагрева циркуляции
воздуха в сушилке в ее верхней части установлено пять вентиля-
торов, приводимых во вращение электродвигателями. Вакуум-
сушилка соединена трубопроводом с конденсатором, сообщаю-
щимся с вакуум-насосом.

Бруски (и кусочки) обычного прессованного рафинада мож-
но успешно высушивать в непрерывном потоке горячего воздуха.
При этом вагончики с брусками рафинада перемещают в одном
направлении — по коридору туннеля, через который прокачива-
ют нагретый воздух. Рационально проводимая сушка воздухом
должна удовлетворять ряду требований технологических и теп-
лотехнических:

температура воздуха, подаваемого в сушилку, не должна
превышать 100° С;

количество высушивающего воздуха, поступающего в сушил-
ку, должно быть сведено к разумному минимуму, для чего воз-
дух, выводимый из сушилки, должен содержать возможно боль-
ше водяных паров, т. е. быть ближе к состоянию насыщения.
Для этого приходится осуществлять достаточно длительное и
тесное соприкосновение воздуха с рафинадом. Уменьшение ко-
574
личества выводимого воздуха уменьшает тепловые потери с ним;
температура отводимого воздуха должна быть по возможно-
сти ниже;

для уменьшения тепловых потерь температура высушенного
.рафинада должна быть возможно ниже в момент, когда его вы-
водят из сушилки. Для этого горячий высушенный рафинад об-
дувают в противотоке воздухом, забираемым из помещения за-
вода. достигая таким путем предварительного подогрева этого
воздуха;

следует избегать соприкосновения горячего и сухого воздуха
с сырым рафинадом во избежание нежелательных явлений, ко-
торые были указаны выше.

Достаточно проста по своему устройству сушилка в виде
одноканальных туннелей, которые широко применяются в рафи-
надных цехах сахаро-песочных заводов. В них сушильные вагон-
чики вводятся с одного конца туннеля и выводятся с другого.
В туннеле размещается 9—11 вагончиков, которые передвигают-
ся один за другим. Сушка производится в противотоке. Сырой
рафинад приходит в соприкосновение с воздухом, которым уже
последовательно осуществлялась сушка рафинада в 7—8 вагон-
чиках. Температура этого воздуха невысока, он увлажнился в
достаточной степени, поэтому опасность резкого нагрева и высу-
шивания рафинада исключена.

Туннельная сушилка может быть выполнена не только в ви-
,дс одного сквозного канала, вагончики могут перемещаться в
ней как бы по кольцу, т. е., например, по двум камерам, распо-
ложенным рядом, причем длина каждой камеры около 30 м.

Схематический план туннельной сушилки, состоящей из двух
параллельных камер, изображен на рис. 189.

В сушилке четыре зоны (/—IV). В первой зоне сырой рафи-
над соприкасается с теплым воздухом, частично уже насыщен-
ным водяными парами. Часть этого воздуха выводится из конца
сушилки, а часть забирается вентилятором, подогревается в ка-

Рис. 189. Двухкамерная туннельная сушилка:

1 — калорифер; 2 — вентилятор; 3 — лафет; 4 — вентилятор; 5 и 6 — калориферы;
. 7 — вентилятор; 8 — механический толкатель; .9 — трубопровод; 10 — вентилятор;

11 — колочный станок; 12 — стол; 13 — пресс; 14 — свободный вагончик.
лорифере до 50—55° С и подается в начало той же первой зоны.
Во второй зоне вагончики с рафинадом обдуваются уже более
горячим воздухом с температурой 70—75° С. В третьей зоне ва-
гончики обдуваются воздухом, нагретым до температуры 80 и
даже 85° С. В этой зоне вагончики могут перемещаться в прямо-
токе с воздухом, так как рафинад на них уже основательно под-
сушен и нуждается лишь в досушивании. В четвертой зоне уже
высушенный рафинад встречается в противотоке с холодным, но
сухим наружным воздухом, который здесь несколько подогре-
вается. Вывод из сушилки всего отработанного воздуха привел
бы к значительной тепловой потере; полное же возвращение воз-
духа в сушилку вызвало бы желательное его дальнейшее насы-
щение влагой, но сильно замедлило бы процесс высушивания до
полной его остановки.

Повторное соприкосновение одного и того же сушащего воз-
духа с рафинадом рационально, так как при этом воздух лучше
насыщается водяными парами. Количество возвращаемого воз-
духа регулируют так, чтобы влагосодержание его в первой зоне
не превысило определенного значения. Итак, в рассматриваемой
схеме работы сушилки удаление влаги из рафинада происходит
в такой последовательности. Сырой рафинад в первой зоне со-
прикасается с относительно влажным воздухом. Ввиду значи-
тельной влажности рафинада и легкости паровыделения процесс
высушивания все же будет осуществляться. Во второй и третьей
зонах частично уже подсушенный рафинад последовательно со-
прикасается со все более горячим воздухом и отдает ему боль-
шую часть своей влаги. В четвертой зоне рафинад отдает свеже-
му сухому воздуху часть своего тепла и последние порции вла-
ги. Вагончики с рафинадом перемещаются по рельсам туннелей
в нужном (одном) направлении периодически, причем движущее
устройство обычно воздействует лишь на один вагончик, который
подталкивает остальные.

Рафинад можно сушить горячим воздухом и в вертикальных
шахтах, в которых сахар непрерывно перемещается замкнутым
вертикальным конвейером. Более подробно такая сушка будет
рассмотрена при описании автоматизированных линий.

В технике известен метод сушки различных материалов при
помощи переменного тока высокой частоты.

Мы уже указывали выше, что молекулы воды и сахара явля-
ются диполями. Если поместить сахар между электродами кон-
денсатора, один из которых заряжен положительно, а другой —
отрицательно, то молекулы сахара стремятся расположиться
так, чтобы их полюсы повернулись в направлении к разноимен-
но заряженным электродам, т. е. положительно заряженный по-
люс молекулы к отрицательному электроду и наоборот.

Под действием часто меняющегося электрического поля и
меняющихся полюсов происходит столь же частая переориенти-
576
ровка полярных молекул. Это явление сопровождается трением
между молекулами, на что затрачивается часть электрической
энергии поля, которая превращается в тепло. Под действием то-
ков высокой частоты однородная масса бруска рафинада в отли-
чие от обычной сушки, когда прогрев идет от поверхности к серд-
цевине, прогревается равномерно и одновременно по всей толще,
что с технологической точки зрения следует считать весьма же-
лательным, так как уменьшается опасность образования корки
на поверхности брусков.

Скорость сушки током высокой частоты в десятки раз больше
скорости тепловой сушки. Соответствующие опыты показали воз-
можность высушивания токами высокой частоты брусков рафи-
нада на непрерывно действующей конвейерной установке в те-
чение 5—10 мин.

Эти же опыты показали, что хорошие результаты сушки полу-
чались лишь при невысокой начальной влажности брусков, на-
пример, не превышающей 1,2%. За рубежом токи высокой часто-
ты находят некоторое применение при сушке кусков рафинада,
по-видимому, при их исходной невысокой влажности.

Опыты ВНИИСПа показали, что бруски с более высокой
влажностью оказывались недосушенными. Удлинение времени
сушки влажного рафинада приводило к деформации брусков.
При повышении же температуры (свыше 125°С) бруски рафина-
да быстро желтели. И. Ф. Зеликман предложил комбинирован-
ный метод сушки рафинада, при котором критическая влажность
достигалась бы в тепловой сушилке и лишь последующий быст-
рый нагрев, под воздействием которого прошло бы дальнейшее
досушивание, осуществлялся в поле токов высокой частоты.

Имеются сведения, что кусочки рафинада при не очень высо-
кой исходной влажности могут быть довольно быстро высушены
при помощи инфракрасных лучей.

После сушилок рафинад должен быть охлажден. В рафинаде
после сушки остается некоторое количество влаги. При охлаж-
дении теплого рафинада из этого сахарного раствора выделяет-
ся дополнительное количество твердого сахара, что повышает
твердость рафинада. При этом также испаряется некоторое
остаточное количество влаги, дополнительно выделяя соответст-
вующее количество сахара в твердом виде. Во время выстаи-
вания охлаждаемого рафинада происходит выравнивание содер-
жания остатков сахарного раствора по всему объему рафинада,
что также способствует улучшению структуры рафинада и его
прочности. В связи с изложенным высушенный рафинад обычно
охлаждают. В некоторых случаях рафинад охлаждают в особых
камерах продуванием воздуха. Мы уже указывали, что по
ГОСТу в готовом рафинаде допускается содержание влаги 0.2—
0,4% в зависимости от сорта.

19 Заказ 905 5 77
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЛИНИИ

В настоящее время в Советском Союзе кусковой рафинад вы-
рабатывают в основном на автоматизированных линиях. В них
совмещаются операции прессования, сушки, расфасовки и упа-
ковки рафинада. Распространены две линии, значительно отли-
чающиеся одна от другой. В одной из них (ПСА — прессово-су-
шильный агрегат, его же называли СРА — сушильнорафинадный
агрегат) прессуют рафинадные бруски, поэтому между сушкой и
расфасовкой вклинивается еще операция колки брусков. В ли-
нии же быстрорастворимого рафинада прессуют отдельные ку-
сочки рафинада.

В обеих линиях рафинад перемещается не только в горизон-
тальном, но и в вертикальном направлении, образуя замкнутый
вертикальный кругооборот, в котором и происходит сушка. Такое
перемещение несравненно лучше увязывается с задачей механи-
зации и автоматизации подачи и съема высушиваемого рафина-
да и делает установку более удобной; она занимает меньшую
производственную площадь. В этом существенное преимущество
их перед туннельными сушилками. Как уже указывалось, в тун-
нелях высушиваемый рафинад перемещается в основном в гори-
зонтальном направлении. Только планки с рафинадом загружа-
ют вручную в сушковые вагончики снизу вверх, т. е. в верти-
кальном направлении. Затем после высушивания сахар разгру-
жают тоже вертикально —• сверху вниз. Высушенные бруски пе-
редают на расколку уже горизонтальным перемещением.

Прессово-сушильный агрегат (линия) изображен на рис. 190.
Снизу показан план агрегата, сверху — его вид спереди.

Агрегат работает следующим образом. В бункер 7 подается
кашка, поступающая затем в стол пресса 9. Со стола сырые ра-
финадные бруски автоматически подаются на подвесной сушко-
вый вагончик, перемещающийся внутри сушилки. Высушивание
осуществляется током воздуха, нагнетаемого вентилятором 14
через калорифер 12. Высушенные рафинадные бруски тем же
транспортером подаются к колочному станку 3. Общий вид
ПСА-М в перспективе изображен на рис. 191. (Обозначения по-
зиций на рисунке те же, что и на рис. 190.)

Устройство сушилки — основной части линии ПСА — изобра-
жено на рис. 192, выполненном в аксонометрии. На рис. 192
стрелками показано противоточное движение рафинада (Р), го-
рячего воздуха (ГВ) и воздуха помещения (ВП). Рафинадная
кашка поступает в бункер 7 над дисковым прессом. Спрессован-
ные сырые бруски рафинада 9а выталкиваются на верхнюю
стальную ветвь ленточного транспортера. Расстояние между
верхней и нижней ветвями транспортера равно 118 мм. Это со-
ответствует расстоянию между четырьмя полочками подвесного
сушкового вагончика-этажерки. У транспортера пульсирующий
578
12

Рис. 190. Схема агрегата ПСА:

I — транспортер готового рафинада; 2 — натяжной барабан основного тран-
спортера; 3 — колонный станок; 4 — ящики для упаковки; 5 — направляю-
щие ролики транспортера; 6 — стальная лента транспортера; 7 — бункер:
3—набивная коробка; 9 — пресс; 10 — вал; 11 — сушилка; 12 — калорифер;
13 и 14 — вентиляторы; 15 — приводной барабан транспортера.

ход (24 остановки в 1 мин). Остановки согласованы с работой
пресса и соответствуют моментам перемещения спрессованных
сырых рафинадных брусков со стола пресса на транспортер.
Остановки также совпадают с моментами работы толкателей за-
грузочного и разгрузочного механизмов сушилки. Такое движе-
ние ленты транспортера достигается применением в приводе
храпового и кулачкового механизмов. Для удобства перемеще-
ния сырых рафинадных брусков верхнюю ветвь стальной ленты
устанавливают ниже поверхности стола пресса на 0,2—0,3 мм.
Ширина стальной ленты 250 мм, ее толщина 0,5 мм — наимень-
шая для таких лент. Лента приводится в движение от барабана.
Чтобы сахар не налипал на стальную ленту, ее протирают с
обеих сторон вращающиеся щетки.

Размеры двухэтажной сушилки (в м) следующие: длина 4,9.
ширина 2,7, высота 3,2. Металлические стенки сушилки покрыты
тепловой изоляцией. Сушилка состоит из двух камер, располо-
женных одна под другой, в два этажа. Вдоль сушилки переме-
щаются подвесные сушковые вагончики-этажерки. В этажерках
имеются 44 полки, расположенные одна над другой на расстоя-
579
19*
Рис. 191. Агрегат ПСА в перспективе.
/2

Рис. 192. Сушилка агрегата ПСА (позиции см. в подписи к рис. 190).

нии 29,5 мм, несколько превышающем высоту сечения бруска.
Каждая полка вмещает рафинадные бруски четырех прессо-
ваний.

В сушилке размещают 43 вагончика. В верхней камере су-
шилки находится 21 вагончик с рафинадом в начальной стадии
высушивания, в нижней камере — 21 вагончик с уже подсушен-
ным и сухим рафинадом. В камерах вагончики примыкают один
к другому. С одного вагончика почти непрерывно выгружают вы-
сушенные бруски на нижнюю ленту транспортера и загружают
на него сырые бруски рафинада с верхней ленты. Этот вагончик
после его полной загрузки сырым рафинадом перемещается из
нижней в верхнюю камеру сушилки. Для таких перемещений на
торцах сушилки находится по одному лафету, которые переме-
щаются в вертикальных плоскостях в двух соответствующих
шахтах. Лафеты передвигают вагончики с одного этажа на дру-
гой, из одной камеры в другую: снизу вверх—во фронтальной
части сушилки, сверху вниз — в тыльной ее части. Вдоль сушил-
ки вагончики перемещаются при помощи двух толкателей: один
из них передвигает вагончики по второму этажу сушилки, вто-
рой— вдоль первого этажа. Периодически в определенные мо-
менты эти толкатели автоматически приводятся в движение
электромагнитными муфтами. При этом толкатель упирается в
крайний вагончик, находящийся на лафете, и передвигает его,
а вместе с ним и остальные вагончики этого этажа. В результа-
те первый вагончик ряда сталкивается с лафета на рельсы су-
шилки, а последний вагончик этого же ряда сталкивается с рель-
сов сушилки на второй лафет.

В камерах рафинад сушится горячим воздухом, который дви-
жется в противотоке с ним. Воздух из помещения движется в
нижней камере в противотоке с сухим горячим рафинадом. Ра-
финад здесь охлаждается, а несколько подогретый воздух посту-
пает на вентилятор 14, который прогоняет его через калори-
фер 12, подогревая до 80—85° С. Горячий воздух поступает в
верхнюю камеру (этаж) сушилки, где встречается с сырым ра-
финадом и сушит его. Воздух, отдавший значительную часть
своего тепла рафинаду и частично насыщенный водяными пара-
ми из рафинада, отводится по трубопроводу в атмосферу.

Сахарную пыль, которая содержится в удаляемом воздухе,
улавливает сухой циклон и гидравлическая колонка. По мере
повышения концентрации сахара в воде до 15—20% сухих ве-
ществ (СВ) ее выпускают и набирают колонку свежей водой.
Высушенные бруски рафинада из подвесных вагончиков-этаже-
рок выталкиваются на нижнюю ветвь стальной ленты транспор-
тера, которой и подаются к колочному станку 3. Здесь бруски
сталкиваются с ленты на станок и раскалываются на кусочки.
Работа механизмов ПСА координируется контроллером, на вра-
щающемся валу которого размещено семь дисков. По окружно-
сти этих дисков сделаны вырезы различных размеров.

По вырезам в дисках скользят ролики, которые связаны ры-
чагами с ртутными выключателями. Когда ролик находится на
круговой поверхности диска, ртутный выключатель замыкает
цепь магнитного контактора, а когда он попадает в какой-либо
вырез в диске, ртутный выключатель разрывает цепь соответст-
вующего магнитного контактора и отдельный узел отклю-
чается.

Работу ПСА регулируют приборы электроавтоматики, рабо-
тающие на постоянном токе напряжением 220 в, что обеспечи-
вает надежную работу электромагнитов. Приборы размещены
на щите, оборудованном двухполюсными выключателями, маг-
нитными контакторами, контрольными дисками программного
управления.

Вся кинематическая система ПСА находится под взаимоувя-
занным контролем. Это предотвращает несогласованность рабо-
ты отдельных узлов установки и связанные с этим поломки.

Производительность ПСА, определенная теоретически, со-
ставляет 440 ц рафинада. Однако фактически производитель-
ность ПСА меньше. Длительность высушивания рафинада в ПСА
около 8 ч.
Другая автоматизированная линия, вырабатывающая быст-
рорастворимый рафинад, прессует не бруски, а сразу отдельные
кусочки рафинада. Это позволяет намного быстрее (за 0,5 ч)
высушивать рафинад. Кроме того, отпадает операция колки ра-
финада и связанная с этим необходимость транспортировать ра-
финад к колочному станку и с него.

Автоматическая линия изображена на рис. 193. Рафинадная
кашка поступает в бункер и оттуда переходит в наполнительную
коробку, где находятся горизонтальные валики со штифтами, ко-
торые предотвращают комкование кашки. Кашка поступает в
матрицы ротационного пресса, и снизу барабана его выходят
спрессованные кусочки рафинада, которые выталкиваются пуан-
сонами на подвижные кассеты. Затем вращающейся нейлоновой
щеткой пуансоны очищаются от прилипших кристаллов сахара.
Поверхность пуансонов и самого барабана натираются жиром
(обычно стеарином, сплавленным с маргарином).

После заполнения кассеты сырыми кусочками она рычагом
толкателя передвигается в сушильную восходящую шахту 3, в
которой размещен элеватор, поднимающий кассеты. Кассеты в
шахтах проходят четыре зоны. В каждой зоне размещен венти-
лятор и пластинчатый паровой калорифер для нагревания воз-
духа.

В рассматриваемой линии рафинад в шахтах сушилки раз-
мещен менее плотно, чем в шахтах ПСА. Здесь между рядами
рафинада по их высоте имеется интервал 54,6 мм, наполненный

Рис. 193. Автоматическая линия быстрорастворимого рафинада:

1 — ротационный пресс; 2 — транспортер с толкателем; 3 — сушильная восхо
дящая шахта; 4 — верхний горизонтальный транспортер; 5 — сушильная нисхо-
дящая шахта; 6 — машина для изготовления нижней половины бумажных ко-
робок; 7. 8 и 10 — транспортеры; 9 — укладочный механизм; 11 — машина для
контроля веса пачек, формирования и склеивания бумажной крышки коробки;

12 — установка, создающая вакуум; 13 — щит.

V
воздухом, а в ПСА — соответственно 5 мм; общее отношение
объема, занимаемого в шахтах воздухом, к объему, занимаемому
рафинадом, в десятки раз превосходит отношение в ПСА.

Па каждой кассете помещается 6 кг рафинада. В каждой
шахте установлено 79 кассет, а общее количество их в сушилке
166. Хорошей циркуляции сушащего воздуха способствует нали-
чие промежутков как между отдельными кусочками рафинада,
так и между кассетами.

Подсушенный рафинад на кассетах по верхнему горизонталь-
ному транспортеру 4 поступает в шахту 5, где он обдувается
подогретым воздухом. Через шахту 5 проходит движущийся
вниз элеватор. В верхних двух камерах шахты 5 рафинад досу-
шивается, а в нижних — охлаждается. Вентиляторы верхних ка-
мер нагнетают воздух, подогретый до 72—75° С, а вентиляторы
двух нижних камер нагнетают воздух из помещения для охлаж-
дения рафинада. Кассеты с рафинадом проходят через всю су-
шилку в течение 25 мин. За это время кусочки рафинада с на-
чальной влажностью 1,6—1,8% успевают высохнуть. Быстрорас-
творимый рафинад можно получить и при исходной влажности
1,2-1,5%.

Расфасовка рафинада в рассматриваемой линии полностью
автоматизирована. Транспортером 8 кассеты с сухим рафинадом
подаются к укладочному механизму. Сначала кусочки рафинада
специальным механизмом сдвигаются вплотную, образуя по ши-
рине кассеты три сплошных прямоугольника, содержащих по
60 кусочков. Эти прямоугольники подхватываются присосами,
которые находятся под разрежением. Поднявшись вверх, присо-
сы переносят рафинад в коробочки. Затем присосы отключаются
от разрежения и оставляют в коробочках захваченные кусочки.
Правильность массы (веса) пачек контролируется также авто-
матически.

Бруски рафинада имеют квадратное или близкое к квадрат-
ному поперечное сечение с размером сторон 22 или 23, или 24 мм.
После колки прессованный рафинад выпускают в виде кубиков
(форма несколько менее удобная для потребителя) с ребрами 22,
23, 24 мм и параллелепипедов размерами 22 X 12 X 12 мм;
22 X 24 X П мм; 24 X 24 X 11 мм.

Дорожный рафинад выпускают в кусочках 30 X 22 X 10 мм,
а также и других размеров. Быстрорастворимый выпускается
размерами 27,3 X 17,4 X 11,1 мм.

Колка брусков чаще всего осуществляется на колочных стан-
ках. На них бруски рафинада периодически перемещаются в го-
ризонтальном направлении на расстояние, равное требуемой
толщине кусочка. После каждого перемещения бруски останав-
ливаются и в это время раскалываются двумя плоскими ножами,
установленными один против другого. Ножи перемещаются воз-
вратно-поступательно вверх и вниз в вертикальной плоскости.
584
Ножи расходятся, когда бруски рафинада движутся, и сближа-
ются в период остановки брусков, раскалывая при этом рафинад,
вследствие некоторого погружения в бруски одновременно свер-
ху и снизу приблизительно на 1 мм с каждой стороны. Колоть
нужно в том направлении, в котором бруски спрессовы-
вались.

Колка происходит все же неровно и кусочки рафинада неоди-
наковы по размеру и массе (весу). При транспортировке этих
кусочков в мешках неровные грани их, образовавшиеся при кол-
ке, дают мелкую крошку.

Вообще затаривание и перевозка кускового сахара в мешках
массой (весом) 40, 50 и 60 кг весьма неблагоприятно сказыва-
ются на качестве кусочков. Этот метод менее трудоемок для ра-
финадного завода. Однако в дальнейшем в торговой сети рафи-
над приходится развешивать в бумажные пакеты. Так как это
развешивание производится вручную, то на него расходуют мно-
го времени. Кроме того, при кустарном развешивании рафинад
может портиться и загрязняться.

В пищевой промышленности в целом вопросы расфасовки
продукции играют весьма большую роль. Очень важны они так-
же и для сахарной промышленности, а в особенности для рафи-
надного производства. Если сахар-песок в очень больших коли-
чествах служит сырьем для других отраслей промышленности,
например кондитерской, консервной и т. д., то весь рафинад
предназначается для непосредственного использования потреби-
телем.

Удобной для потребителя и прогрессивной является центра-
лизованная механизированная расфасовка на рафинадном заво-
де. Кусочки рафинада при этом укладывают в строгом порядке
в картонные коробки. Такая расфасовка компактна, и упакован-
ный сахар не крошится. Хотя в настоящее время лишь неболь-
шую часть кускового рафинада (около 23% в 1965 г.) расфасо-
вывают в пачки, именно этот метод является основной перспек-
тивой и на новых заводах весь кусковой рафинад расфасо
вывают.

Рафинад расфасовывают в пачки массой 0,5 и 1,0 кг. Дози-
ровки рафинада в основном ведут по объему, а правильность,
массы лишь контролируют. Полукилограммовые пачки бывают
двух типов. Одна имеет квадратное сечение и длину, соответст-
вующую длине бруска. В такую пачку укладывают четыре рас-
колотых рафинадных бруска, размеры которых (23 X 23 X
X 184 мм), и относительную объемную плотность (1,29) подго-
няют так, чтобы после расколки они весили по 125 г каждый, а
именно: 2,3 X 2,3 X 18,4 X 1,29 = 125,5 г. При этом 0,5 г дают на
отходы при колке. Существуют плоские пачки, в которые укла-
дывают расколотые бруски в один слой. Количество брусков
пять и каждый из них должен весить 100 г.
Кусочки дорожного рафинада подгоняют под массу 7,5 г, вы-
держивая определенную объемную плотность их, при размере
30Х22Х 10 мм. Их расфасовывают обычно по два кусочка в паке-
тике, завертывая в слой подпергамента и этикетной бумаги. Полу-
чается доза сахара, соответствующая одному стакану чая или
кофе. В настоящее время дорожный рафинад выпус-
кают в количестве около 1 °/о ко всему кусковому рафинаду.
Спрос на него растет.

Кусочки быстрорастворимого рафинада обычно укладывают
в килограммовые пачки в три слоя, по 60 кусочков в слое. При
общем количестве кусочков 180 массу каждого из них нужно
подгонять под 5,555 а. Объем кусочка 2,73 X 1,74 X 1,11 =
= 5,26 слг3. Относительная объемная плотность равна 5,555:
: 5,26 = 1,055.

Следует отметить, что расфасовка рафинада и заготовка со-
ответствующей тары (коробочек) являются операциями доволь-
но трудоемкими и громоздкими. Так, если рафинадный завод
мощностью 4000 ц в сутки будет выпускать всю продукцию рас-
фасованной в полукилограммовые пачки, то ему ежесуточно
нужно 800 тыс. коробочек.

Заготовить их на особой печатно-высекательной машине,
склеить и заполнить рафинадом возможно только при полной
или почти полной автоматизации.

Глава 3. ПРОИЗВОДСТВО ЛИТОГО САХАРА-РАФИНАДА

Еще лет 10 назад литой рафинад был основным сортом в на-
шей стране. В настоящее время он вырабатывается лишь на од-
ном заводе, который тоже предполагают в ближайшем будущем
переключить на производство прессованного рафинада. Причин
такого радикального прогрессивного изменения в технике рафи-
надного производства по крайней мере две:

производство литого рафинада весьма громоздко, характери-
зуется низкой производительностью и в то же время очень тя-
желыми условиями труда;

потребительский спрос на особо медленно тающий кусковой
рафинад повышенной прочности снизился.

Раньше было довольно широко распространено чаепитие
«вприкуску», для которого как раз и был наиболее пригоден ли-
той рафинад. В условиях полного обеспечения нашей страны са-
харом такое применение рафинада резко сократилось. Чай и ко-
фе пьют за немногими исключениями сладкими. При этом мед-
ленное растворение кускового рафинада или крупнокристалли-
ческого рафинированного песка становится определенно
нежелательным.
Рис. 194. Форма голов-
ного рафинада

1 — сводок; 2 — носок;

3 — штопка.

Производство литого рафинада, хотя и громоздко, ио весьма
просто и при некоторых упрощениях схемы может быть осуще-
ствлено в самых примитивных и кустарных условиях. Историче-
ски литой рафинад был первой товарной формой сахара. Произ-
водство литого и именно головного рафинада было налажено в
южных европейских странах (Испания, Италия) уже в глубоком
•средневековье (XIV в.).

Основной технологический процесс производства головного ли-
того рафинада состоит в том, что порцию утфеля заливают в го-
ловную форму и в неподвижном состоянии дают ей застыть. Бо-
лее подробно схема производства головного рафинада такова.
Рафинадный утфель уваривают до содержания в нем сухих ве-
ществ (СВ) около 93,0% и спускают из вакуум-аппарата при вы-
сокой температуре (95—98° С) в формы, изготовленные из листо-
вой стали с последующей оцинковкой.

Наиболее распространенная головная форма изображена на
рис. 194. Утфелю дают остыть до сравнительно высокой темпера-
туры— немного выше 40° С. Сахар, растворенный в воде утфеля,
при этом выкристаллизовывается, сближает уже имевшиеся кри-
сталлы, уплотняет их. Затем утфель пробеливают клерсом, кото-
рый медленно стекает под действием только своей тяжести через
отверстие внизу формы, которое в это время открывают. Эта
длительная операция проводится в
«светлых сушках», где для создания
нужных условий пробеливания под-
держивается температура около 40° С.
Жара, воздух, близкий к состоянию
насыщения водяными парами, делают
работу на «светлых сушках» исключи-
тельно тяжелой. После окончания про-
беливания в рафинадной голове остав-
ляют немного клерса, так что он за-
полняет лишь четвертую часть ее. За-
тем голову рафинада переворачивают
раструбом книзу, чтобы оставшийся
клере в ней равномерно распределил-
ся. При этом головная форма оказы-
вается заполненной своеобразной уп-
лотненной массой, в какой-то мере
сходной с рафинадной кашкой, полу-
ченной прессовым методом. Затем сле-
дует высушивание, при котором сахар,
выделяющийся из пленки клерса, раз-
мещенной между кристаллами, цемен-
тирует кристаллы и придает рафинад-
ной голове большую крепость.

Рафинадную голову колют на кус-
ки неправильной формы размером около 40 мм и получают «ко-
лотый» рафинад. Можно рафинадную голову сначала распилить
круглой пилой, а затем расколоть на кусочки правильной формы,
аналогичные выпускаемым кусочкам прессованного рафинада.
Такой рафинад называют «пиленым». Затраты на его производ-
ство самые большие, так как при распиливании и последующей
колке получалось большое количество отходов, которые должны
быть повторно переработаны. По этой причине, а также вследст-
вие недостатков, присущих выработке головного рафинада вооб-
ще, наша промышленность сняла с производства пиленый голов-
ной рафинад.

Существует много методов, модернизирующих производство
литого рафинада. Уже давно для пробеливания рафинадных го-
лов были предложены центрифуги особого устройства с нижним
приводом. В центрифугу в горизонтальном положении радиаль-
но, несколько отступя от центральной оси, размещали формы с
головным рафинадом. В центральную часть центрифуги поме-
щали цилиндрический сосуд (клерсораспределитель) с дырочка-
ми против раструбов головных форм. Центробежная сила, кото-
рую создавала центрифуга, резко уменьшала длительность про-
беливания и устраняла «светлые сушки» с их тяжелыми усло-
виями труда.

Своеобразная форма (см. рис. 194) для головного рафинада
была установлена много столетий назад и весьма пригодна для
проведения «вольного» пробеливания, т. е. под действием одной
только силы тяжести. Для разделывания рафинада на прямо-
угольные кусочки такая форма нецелесообразна, так как при
колке образуется большое количество отходов (горбылей). Цен-
трифугальное пробеливание вследствие гораздо более интенсив-
ного отхода оттека можно успешно осуществлять, применяя
и другие формы, геометрически правильные, типа параллелепи-
педов, и потому более подходящие для разделывания.

В рафинадном производстве находили применение такие
формы трех различных конфигураций. В одной из них применя-
лись формы в виде больших параллелепипедов размером около
300 X 150 X 150 мм. Вторая конфигурация применяется в так
называемом методе Аданта, когда рафинад отливают в виде
плоских плит 360 X 220 X 22 мм. Толщина плиты (22 мм) со-
ответствует одному из ребер кусочков рафинада, которые наме-
чено получать. При пробеливании рафинада плиты закладыва-
ют в центрифугу радиально в вертикальном положении. При
третьем способе, называемом способом Дикса, рафинад отлива-
ют в виде брусков длиной 150 мм, сечением 24 X 24 мм. В этом
случае уже два размера (24 и 24) соответствуют ребрам кусоч-
ков рафинада, на которые раскалывают брусок.

Понятно, что в трех описанных способах мы имеем упроще-
ние операций разделки (распиливание, раскалывание) в возра-
588
стающей степени. Практика, однако, показала, что выигрыш
здесь не столь велик; так, например, при перемещении брусков
рафинада в сыром виде получается много лома и брака, да и во-
обще при оперировании с мелкими отливками приходится
дополнительно затрачивать труд. Все описанные системы рафи-
надных центрифуг снабжены приспособлениями для механиза-
ции загрузки и выгрузки. Наиболее тщательно и полно механи-
зирована работа на центрифугах Аданта. Литой рафинад, изго-
товленный по методу Аданта, находит некоторое применение за
границей, в частности в Бельгии. Там считают, что кусочки
Аданта наряду с прочим выгодно отличаются от прессованных
кусочков и более привлекательным внешним видом, блеском
сохранившихся нераздробленных кристалликов, сцементирован-
ных между собой.

Прессовый способ производства рафинада по сравнению с
литым имеет следующие преимущества:

производительность труда при изготовлении прессового ра-
финада значительно выше. При условии одинаковой расфасовки
себестоимость переработки ниже;

облегчаются условия труда вследствие большей механизации,
снижения температуры и относительной влажности в цехах за-
вода;

создаются предпосылки для снижения потерь сахара вследст-
вие ускоренных темпов работы, а также вследствие более низ-
ких температур, при которых проводятся технологические про-
цессы;

упрощается разделка и расфасовка рафинада.

Выше указывалось, что на рафинадном заводе основную мас-
су несахаров вместе с сахаром, кристаллизацию которого они
затрудняют, приходится выводить из производства в виде рафи-
надной мелассы. Несахара рафинадного производства в боль-
шей мере повышают растворимость сахара, они сильно повыша-
ют коэффициент насыщения, поэтому чистота рафинадной ме-
лассы больше чистоты свеклосахарной. Сахар, содержащийся в
рафинадной мелассе, является потерей для рафинадного произ-
водства. Эту потерю определяют достаточно точно по количеству
выпускаемой мелассы и по концентрации сахара (сахарозы) в
ней.

Потери сахара в мелассе по величине самые большие. Их мож-
но снизить следующими приемами:

уменьшать количество несахаров, которое вводят в рафинад-
ное производство с сахаром-песком. Чем чище и лучше сахар-
песок, поступающий на рафинадный завод, тем меньше пссаха-
ров он содержит. Нельзя допускать ухудшения качества песка
при хранении его па складе, например, от увлажнения и попада-
ния загрязнений;
избегать введения примесей со свежей водой, используемой
на технологические нужды;

предотвращать образование несахара в самом заводе вслед-
ствие разложения сахарозы. Для этого следует выдерживать на
всех этапах производства оптимальную реакцию. Предупреж-
дать образование кислых продуктов, и своевременно нейтрализо-
вать их. Работать с возможно меньшим верстатом (наполнением)
завода. Убыстрять технологические процессы. Строго выдержи-
вать заданные температуры, не допуская перегревов;

следить за тем, чтобы на всех станциях завода было безуко-
ризненно чисто. Своевременно проводить нужную дезинфекцию;

стремиться удалять из завода несахара, уже попавшие в него.
Для этого добиваться максимального эффекта очистки адсор-
бентами и ионитами.

К потерям, которые могут быть учтены, относится количест-
во сахара, которое теряется для производства в адсорбентах и
ионитах, направляемых на регенерацию, и в отбросных водах
при их высолаживании.

Неучтенные потери возможны по разным причинам:

химическим — в частности, из-за инверсии сахара в кислой
среде;

биологическим — вследствие жизнедеятельности микроорга-
низмов, например при застаивании промоев и других жидких
растворов;

механическим — попадание сахара в барометрическую воду
вследствие перебросов, в результате образования и уноса сахар-
ной пыли.

При тщательном обследовании и замерах механические поте-
ри могут быть учтены.

На отлично работающем рафинадном заводе обычны следую-
щие потери (в %).

Учтенные
в рафинадной мелассе........................О,-15

на станции адсорбции .................. 0,05

Итого..............0,50

Неучтенные
на станции уваривания утфелей ........0,08

при клеровке и очистке сиропов ... 0.05

прочие ............................. 0,12

Итого .0,25

Общие же потери сахара могут составить 0,75% к массе пе-
рерабатываемого песка.

Расход пара на рафинадном заводе ориентировочно харак-
теризуется следующими величинами: на технологические нуж-
590
ды в рафинадном заводе в основном применяют отработанный
пар из турбин с давлением 4,5 ат.

Наибольшее количество пара расходуется на уваривание ут-
фелей. Если принять процент рафинадных утфелей к массе саха-
ра-песка равным 185%, а продуктовых — 30% и СВ сиропов-—
72%, то можно подсчитать, что количество воды, которое прихо-
дится выпаривать в вакуум-аппаратах, составляет соответствен-
но 55 и 15%, а в сумме — 70%. Приблизительно таково же и ко-
личество пара, расходуемого на вакуум-аппараты. Оно в значи-
тельной мере зависит от концентрации сиропов, которая в свою
очередь зависит от того, какой адсорбент применяют на заводе:
крупку, гранулированный уголь, активный уголь, иониты.

Значительное снижение концентрации сухих веществ (СВ)
сиропов резко увеличивает расход пара. Так, при работе с иони-
тами количество воды, выпариваемой в вакуум-аппаратах, уве-
личивается как минимум до 95%. Играет роль также и кристал-
лизационная схема, от которой зависит общее количество утфе-
лей, в осооенности продуктовых. Ориентировочно расход нор-
мального, т. е. с теплосодержанием 640 ккал (2679,5 кдж) на
1 кг, пара по заводу можно принять равным 125—150% к массе
выпускаемого рафинада, из них 70—95% —на уваривание утфе-
лей; 12—15%-—на высушивание рафинада; 12—15%—на на-
грев при клеровании; 6—12% —на подогрев воды. Принимая се-
микратную испарительную способность нормального, т. е. с теп-
лотворной способностью 7000 ккал (29307,6 кдж) на 1 кг, топли-
ва, найдем его расход около 20% к массе рафинада.

Минимального расхода условного топлива (в 1965 г.) достиг
рафинадный завод, не имеющий котельной и потребляющий пар
от районной ТЭЦ. На другом заводе, работающем на газе, рас-
ход условного топлива составлял 17,3%.

Рафинадный завод расходует довольно большое количество
воды. Ее источниками могут быть какая-либо река и даже море,
а для чистой (питьевой) воды — артезианские колодцы и город-
ской водопровод. Расход холодной воды достигает 2000%, при-
чем основным потребителем ее являются конденсаторы, где рас-
ходуется около 1700%. Вода, подаваемая на конденсаторы, мо-
жет быть речной и даже морской.

При наличии вакуум-сушилок на их конденсаторы расходует-
ся несколько больше 100% воды. Немало холодной воды (также
больше 100%) расходуется на охлаждение вакуум-насосов. При-
мерно 15% расходуется на охлаждение мешалок-кристаллиза-
торов. Значительное количество горячей воды, зависящее от кон-
центрации приготовляемых рафинадных сиропов, идет на клсро-
вание сахара-песка. Оно составляет не менее 40%. Чистой
(питьевой) горячей водой обрабатывают адсорбенты при их ре-
генерации. Для ионитов температура воды около 80°, для косте-
угольной крупки — около 95° С. Кизельгур при применении его в
фильтрпрессах следует промывать чистой водой с температурой
около 80° С, а в патронных фильтрах — с температурой око-
ло 95° С.

Удельная затрата труда на заводах в значительной мере .за-
висит от ассортимента вырабатываемого рафинада и от расфа-
совки, в которой его выпускают. В 1965 г. на одном из заводов,
выпускавшем кусковой рафинад, причем лишь одну треть в пач-
ках, удельная затрата труда составляла 109 чел-дней на 1000 ц
рафинада, а на одном из заводов, выпускавшем только рафини-
рованный песок,— 64 чел-дня. На современном заводе кускового
рафинада, выпускающем все 100% сахара в пачках, удельная
затрата труда может быть ориентировочно принята равной
80 чел-дней на 1000 ц рафинада.

В себестоимости технической переработки рафинада (кроме
сырья) заработная плата рабочих составляет 22,3%, топливо —
14,5%, тара и упаковочные материалы—14,5%. На эти три
статьи расхода приходится около 50% стоимости технической пе-
реработки (табл. 48).

Таблица 48

Структура себестоимости рафинада в 1963 г.
в среднем по промышленности

Статьи расхода Затраты в %
к итогу кроме сырья
Сырье, за исключением отходов 92,4 _
Транспортные расходы 0,5 6,6
Заработная плата рабочих с начислениями . . . 1,7 22,3
Топливо и электроэнергия 1,1 14,5
Вспомогательные материалы ’ 0,4 5,2
Тара и упаковочные материалы 1,1 14,5
Текущий ремонт 0,4 5,3
Амортизация 0,6 8,0
Прочие цеховые расходы 0,4 5,2
Общезаводские расходы 0,7 9,2
Внспроизводственные расходы 0,7 9,2
Итого 100,0 100,0

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ V!!!

1. Зелик м а п И. Ф., Д е м ч и н с к и й Ф. А. Производство прессованного
сахара-рафинада. Пищепромиздат, 1962.

2. Гусев Е. А., Зел и км ан И. Ф. Работа сахаро-рафинадных пред-
приятий в 1965 г. СП, 1966, № 9, стр. 5.

3. ИвановС. 3. Распад сахарозы и пути его снижения в сахарном про-
изводстве. Диссертация на степень доктора технических наук. МТИПП. 1959.

4. Иванов С. 3. Комплексная переработка сахара-песка. Пищепром-
издат, 1962.
5. Д ем ч ин ски й Ф. А. Сахаро-рафинадное производство в СССР,
ЦИНТИПищепром, 1961.

6. Киреев Б. А. Курс физической химии. М., 1955.

7. Bell R. Р. Acid — Base Catalysis. Монография, Oxford, 1941.

8. Ярмолинский М. Б. и др. Термическая регенерация активных
гранулированных углей. СП, 1966, № 8, стр. 15.

9. Рашкован Г. А., Г е р ж о й Н. Б. Автоматическая линия для прес-
сования, сушки, колки и упаковки сахара-рафинада. СП, 1966, № 9, стр. 34.

10. Руководство по эксплуатации автоматического влагомера рафинадной
кашки. Кутаиси, 1963.

11. Кратова Н. Д. О склеивании и прилипании. Изд-во АН СССР,
1960.

12. Волохвянский В. М. Выработка прессованного сахара-рафниада
со свойствами литого. Труды ЦИНСа, 1951, стр. 98.

13. Новиков Д. 3. Двухстороннее прессование сахара-рафинада. СП,
1953, № 3, стр. 21.

14. Е п и ш и н А. С., Федоров Г. Ф. О развитии сахарной промышлен-
ности в 1966—1970 гг, СП, 1961, стр. 311.

15. Федотов Н. М. Использование перлитов для фильтрации рафинад-
ных сиропов СП, 1967, № 1, стр. 2.

20 Заказ 905
IX

Переработка
тростникового

сахара-сырца

Глава 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПЕРЕРАБОТКИ САХАРА-СЫРЦА

В последнее время наши сахарные заводы перерабатывают
ежегодно миллионы тонн кубинского сахара-сырца.

Для упрощения производства и последующих перевозок тро-
стпиковосахарные заводы выпускают сахар-сырец, не пробели-
вая его. Сахар-сырец состоит из отдельных кристаллов, покры-
тых пленкой маточного раствора. В пленке сконцентрировано
основное количество несахаров сырца, и лишь незначительное
количество их включено в кристалл.

Тростниковый сахар-сырец обладает рядом специфических
особенностей. Редуцирующих веществ (в частности, глюкозы) в
несахарах тростниковосахарного производства содержится боль-
ше, чем в несахарах свеклосахарного производства. Редуцирую-
щие вещества тростниковосахарного производства резко отли-
чаются от редуцирующих веществ обычной рафинадной мелассы.
Они подобно инвертному сахару снижают растворимость саха-
розы. Вследствие такой особенности несахаров чистота тростни-
ковосахарной мелассы составляет около 40%, т. е. она меньше
по сравнению с чистотой меласс других сахарных производств.
Рафинадная же меласса, также содержащая много редуцирую-
щих веществ, имеет самую высокую для меласс чистоту — 65—
70%.

Тростниковосахарные заводы выпускают сырец, смешивая
сахар lull кристаллизации. Поэтому чистота пленки значитель-
но превышает чистоту тростниковой мелассы и составляет около
60%.

Состав кубинского сахара-сырца в процентах ориентировочно
следующий:

Сахароза ...................................97,3

Вода.......................................... 0,8

Сухие вещества..............................99,2

Несахара ................................... 1,9

В том числе:
редуцирующие вещества....................... 0,7

прочие органические несахара ............. 0,7

Зола.......................................... 0,5
Чистота этого сахара-сырца 98,1%, но бывает сырец и более
низкого качества — с чистотой 96%.

Непосредственно найденная поляризация несколько меньше
действительного содержания сахарозы. В рассматриваемом при-
мере поляризацию можно принять равной 97,1%. Цветность саха-
ра-сырца обычно около 40 ед. ТПт

В сахаре-сырце содержится значительное количество влаги.
Однако установлено, что для хранения сахара-сырца решающим
является не столько содержание влаги, сколько ее количествен-
ное отношение к несахарам, которое называют коэффициентом
безопасности К:

д-__ Влажность

100—% сахарозы

Коэффициент Д' не должен превышать 0,33.

При хранении сахара-сырца следует избегать его подсуши-
вания, которое наступает, когда относительная влажность воз-
духа склада ниже 60—70%. При подсушивании сахар-сырец об-
разует комки (комкуется).

Тростниковый сахар-сырец у нас перерабатывают на рафинад
(кусковой и рафинированный песок) либо на стандартный песок.
Рафинад должен быть практически бесцветным, допускается
цветность лишь в несколько сотых единицы Штаммера. Для
стандартного же песка допускается цветность до 1 ед. Шт. Чтобы
удовлетворить этим требованиям, утфель в первом случае может
быть лишь очень слабоокрашенным, иметь цветность около
2 ед. Шт. В случае же производства стандартного песка цвет-
ность исходного утфеля может быть в десятки раз большая, а
именно 20—30 ед. Шт.

Попятно, что технологические схемы для переработки сахара-
сырца на рафинад резко отличаются от схем переработки его
па стандартный сахар-песок.

Одпако при всем различии между схемами переработка са-
хара-сырца в обоих случаях имеет и некоторые общие черты.

В частности, на наших заводах, перерабатывающих сахар-
сырец, как правило, применяют гораздо более жесткую дефека-
цию и сатурацию, чем это принято на .зарубежных заводах, пере-
рабатывающих тростниковый сахар-сырец.

Для обоснования методов очистки сахара-сырца дефекацией
и сатурацией можно исходить из двух резко отличающихся точек
зрения.

Согласно первой из них, по-видимому, более правильной и ши-
роко принятой за рубежом, важно сохранить редуцирующие ве-
щества, содержащиеся в сырце, провести их через все техноло-
гические процессы и вывести неизменными с мелассой. Чистота
мелассы должна быть близка к 40%.

595 •
Дефеко-сатурация в этом случае может выполняться синхрон-
но, т. е. известь и сатурационный газ вводят одновременно. Вы-
сокая щелочность полностью исключается. Реакцию растворов
поддерживают в пределах 8—8,5 pH. Расход извести невелик—-
до 0,3% к массе сырца.

Согласно второй точке зрения энергичным воздействием из-
вести на несахара на дефекации нужно по возможности разру-
шить редуцирующие вещества. Полученные продукты лучше ад-
сорбируются на сатурации, чем исходные редуцирующие вещест-
ва, и вследствие этого достигается лучший эффект очистки и
обесцвечивания. Разложение редуцирующих веществ при очист-
ке уменьшает опасность дальнейшего повышения цветности си-
ропов под воздействием повышенной температуры.

Углубленная дефекация и сатурация не только разлагают
несахара но и уменьшают общее количество их, выводя с филь-
трационным осадком, и можно предположить, что вследствие это-
го количество мелассы несколько снижается.

Разложение и изменение редуцирующих веществ на дефека-
ции и сатурации имеет и отрицательное значение. Вследствие
этих процессов несахара меласс наших заводов, перерабатываю-
щих сахар-сырец, значительно отличаются от несахаров тростни-
ковосахарных заводов, богатых редуцирующими веществами.
Можно предполагать, что именно поэтому коэффициент насыще-

Рис. 195. График коэффициента насыщения
для меласс различных производств.

ния сырцовых меласс
отличается от коэффи-
циента насыщения ме-
ласс тростниковоса-
харного производства.

На рис. 195 показа-
но, что с повышением
в сахарных растворах
сырцового производ-
ства концентрации не-
сахаров, т. е. с повы-
шением отношения не-
сахаров к воде, ко-
эффициент насыщения
Кн для сахара остает-
ся приблизительно по-
стоянным и равным
около 0,9. Для трост-
никовосахарных же за-
водов при сохранив-
шихся редуцирующих
веществах коэффи-
циент насыщения сни-
жается даже до 0,7.
Поэтому на наших заводах, перерабатывающих сахар-сырец, не
достигают чистоты мелассы ниже 50%, в то время как по анало-
гии можно было ожидать чистоты 40%.

Указанное явление создает предпосылку для увеличения по-
терь сахара в мелассе. Кроме того, углубленная дефекация и
сатурация, уменьшая содержание редуцирующих веществ, умень-
шают количество сбраживаемых веществ, что может означать
некоторое уменьшение выхода при переработке меласс на спирт.

Известно, что очистка при помощи дефекации и сатурации
дает лучший эффект при более жидких растворах- Кроме того,
отфильтровать такие растворы легче. Однако из обработанных
растворов приходится выпаривать больше воды. Кроме вакуум-
аппаратов, приходится включать выпарные аппараты (выпарку).
Работа с выпаркой имеет весьма существенные недостатки: при
выпаривании наблюдается потемнение соков, которое делает ра-
боту с разбавленными растворами весьма нежелательной. Что
касается количества извести на дефекацию и сатурацию, то уста-
новлено, что наиболее резкое уменьшение цветности наблюдает-
ся для раствора сахара-сырца при добавлении СаО в количест-
ве до 2,5%. При обработке раствора аффинированного сырца,
т. е. сахара-аффинада, слабое нарастание обесцвечивания наб-
людается уже при добавлении СаО в количестве, превышающем
1,2%. Раствор сырца с содержанием 50% сухих веществ (СВ)
был подвергнут дефекации и сатурации при температуре 75° С.
Исходная цветность раствора была равна 46,3 ед. Шт. в пересче-
те на сухое вещество. При добавлении 3% извести цветность
раствора составляла 25,6, т. е. эффект обесцвечивания 45%. При
тех же условиях обработки раствора аффинада с цветностью 19,2
была достигнута цветность 11,5, т. е. эффект обесцвечивания 40%.
Однако количество красящих веществ, которое удаляется при
дефекации и сатурации растворов сахара-сырца, значительно
(примерно в 3 раза) превышает количество их, удаляемое при
дефекации и сатурации растворов аффинада. Так, в первом слу-
чае цветность растворов снизилась на 46,3—25,6 = 20,7 ед. Шт.,
во втором— 19,2— 12,5 = 6,7 ед. Шт.

Сопоставление разных температур (75 и 55°) дефекации и
сатурации не позволило установить разницу в достигаемых ре-
зультатах очистки.

Большинство заводов наряду с дефекацией и сатурацией при
расходе извести около 2,5% к массе сахара-сырца применяет
еще сульфитацию смеси сырцовой клеровки с песками последую-
щих кристаллизаций, достигая, таким образом, эффекта обесцве-
чивания 12—18%.

Переработку сахара-сырца следует начинать с той операции,
которую нс проводят на тростниковосахарном заводе, т. е. с даль-
нейшего удаления пленки на кристаллах. Загрузить сахар-сырец
в центрифуги и подвергнуть его пробеливанию очень трудно и
597
сложно. Чтобы удалить пленку, обычно применяют аффинацию.
Для этого сахар-сырец в мешалке, которую называют аффина-
ционной, перемешивают с каким-либо сахарным раствором. Чис-
тота этого раствора должна превышать чистоту пленки. Концен-
трация аффинирующего раствора должна быть по возможности
ближе к концентрации насыщения, чтобы избежать нежелатель-
ного растворения аффинируемых кристаллов. Получается искус-
ственный аффинационный утфель- Его тщательно перемешивают,
а затем фугуют. Обычно в центрифугах кристаллы пробеливают
и получают, таким образом, два аффинационных оттека: первый
менее, а второй более чистый.

2-й аффинационный оттек может быть (но необязательно)
возвращен на аффинируемый же утфель. Здесь он снизит свою
чистоту и при последующей фуговке будет отделен в виде пер-
вого аффинационного оттека.

Задачей аффинации является улучшение чистоты и цветности
утфелей, из которых получают товарный сахар, в частности ра-
финад. Поэтому первый, сильно окрашенный аффинационный от-
тек, минуя рафинадные утфели, направляют на какой-либо про-
дуктовый утфель. Сильно окрашенный оттек может повысить
цветность этого утфеля и цветность песка, полученного из него.
В связи с этим, казалось бы, следует аффинационный оттек на-
правлять на самый последний утфель, из которого уже удаляют
мелассу, чтобы получаемый песок мог быть подвергнут макси-
мальному количеству перекристаллизаций.

Однако аффинационный оттек, хотя и сильно окрашен, но
содержит еще много сахара, имеет высокую чистоту. Если его
подвергнуть лишь одной кристаллизации, то он недостаточно
истощится. Поэтому вопрос о том, на какой утфель следует на-
править аффинационный оттек, решают в разных схемах по-раз-
ному-

Как и при аффинации песка последней кристаллизации на
свеклосахарном заводе, и в данном случае нужно осуществлять
оптимальное соотношение между количеством аффинирующего
раствора (35—45 частей) и аффинируемого сырца (65—55 час-
тей). Концентрация сухих веществ (СВ) аффинирующего рас-
твора в зависимости от его чистоты и выдерживаемой темпера-
туры равна 65—75%. Указанные величины обусловливают и
оптимальное содержание сухих веществ (СВ) в аффинационном
утфеле 89—91%, т. е. оно несколько выше, чем в аффинационных
утфелях свеклосахарных заводов.

Температура аффинационного утфеля ориентировочно равна
35—45° С, для чего температура аффинирующего раствора долж-
на быть 75—80° С.

Длительность перемешивания в аффинационной мешалке
15—20 мин.
При перемешивании аффинационного утфеля в нем наряду с
простым механическим смешиванием аффинирующего раствора
-с пленкой на кристалле вода из не очень концентрированного аф-
финирующего раствора диффундирует в пленку, а несахар плен-
ки диффундирует в противоположном направлении. Состав пленки
улучшается, концентрация ее уменьшается, что в значитель-
ной мере снижает вязкость пленки. Таким образом, к последую-
щей фуговке пленка на кристаллах сахара-сырца оказывается
замененной на более чистую и более тонкую (вследствие мень-
шей вязкости).

Выше указывалось, что сахар-сырец можно переработать ли-
бо на сахар-рафинад, либо на стандартный сахар-песок. В СССР
основную массу рафинада получали и получают, как правило,
из свекловичного сахара-песка.

Глава 2. ПЕРЕРАБОТКА САХАРА-СЫРЦА НА РАФИНАД

Технически более рационально нужный потребителю рафинад
получать непосредственно из тростникового сахара-сырца, ис-
ключив в данном случае лишнее звено — производство стандарт-
ного песка. Так организовано производство на Одесском заводе,
который вырабатывает из сахара-сырца кусковой рафинад и ра-
финированный песок [3].

Производство осуществляется по семикристаллизационной
(рис. 196) схеме: три рафинадных утфеля и четыре продуктовых
(3+4)- Как указывалось выше, для заводов, вырабатывающих
рафинад из стандартного песка, рекомендуется также семикрис-
таллизационная схема (3+4). При этом исходят из стандартного
песка с чистотой 99,75%. Конечно, получение рафинада из саха-
ра-сырца с чистотой 98% при том же числе кристаллизаций де-
лает работу более напряженной. Первый по порядку рафинадный
утфель при переработке сахара-сырца часто называют первым в
отличие от трехрафинадной схемы, применяемой при переработ-
ке стандартного сахара-песка, когда его называют нулевым.

Из схемы (рис. 196) видно, что аффинацию проводят 1-м от-
теком I продукта совместно с 2-м собственно аффинационным
оттеком. Считают, что применение оттека I продукта позволяет
увеличить выход аффинада и снизить количество продуктовых
утфелей.

Процессы очистки при переработке сахара-сырца ориентиро-
вочно характеризуются данными, приведенными в табл. 49.

Если до аффинации цветность сахара-сырца составляла около
40 ед. Шт., то цветность аффинированного сахара 8.

Первый (т. е. самый нечистый) аффинационный оттек направ-
ляют на III продуктовый утфель, т. е. на шестую по порядку
кристаллизацию, обходя три рафинадных утфеля и даже два
599
Рис. 196. Схема переработки сахара-сырца на рафинад,
Результаты очистки сиропов до кристаллизации утфелей

Обрабатываемая масеа Концентра- ция сухнх веществ (СВ), % Чистота, % Цветность, ед. Шт.
•Сахар-сырец 98,5 98,0 39,7
Аффинационная масса 90,6 96,2 —.
1-й аффинационный оттек .... 72,4 89,7 —
2-й аффинационный оттек .... 68,0 93,0 •
Аффинированный сахар-сырец .... Клеровка аффинированного сахара- 97,7 99,1 8,1
сырца с добавками 61,5 98,8 12,3
Клеровка—сироп после сатурации 59,2 99,1 6,3
Сироп после сульфитации 58,6 99,1 4,6

продуктовых. Таким образом, аффинационный оттек должен быть
истощен в двух последних кристаллизациях: III и IV продукта.

Цветность клеровки аффинированного сырца (аффинада)
равна 12 ед. Шт.

Эту клеровку очищают при помощи дефекации и сатурации.
На дефекацию направляют и клеровку песка II. Эта очистка сни-
жает цветность с 12 до 6 ед. Шт, т. е. на 50%.

Сульфитация также хорошо действует на клеровку (сироп),
снижая его цветность еще на 1,5 ед. Шт.

В 1-й рафинадный утфель направляют также песок I продук-
тового утфеля в отличие от нулевого утфеля рафинадного произ-
водства, который варят исключительно из хорошего свеклович-
ного сахара-песка.

Для получения сахара-рафинада сироп нужно обесцветить
адсорбентом. В данном случае (Одесский рафинадный завод)
адсорбентом служит активный гранулированный уголь. Цвет-
ность сиропа I рафинада при помощи адсорбента доводят до 2 ед.
Шт. (табл. 50).

Из 1-го рафинадного утфеля, а частично и из 2-го рафинадно-
го утфеля вырабатывают рафинированный песок, количество
которого составляет около 50% ко всему вырабатываемому рафи-
наду.

Обесцвечиванию гранулированным углем подвергают также
2-й и 3-й рафинадные сиропы, которые направляют на адсорбер
после 1-го рафинадного сиропа.

2-й рафинадный утфель с цветностью около 5 ед. Шт. варят в
основном из оттека 1-го рафинадного утфеля. 3-й рафинадный
утфель с цветностью около 8 ед. Шт. варят в основном из 1-го
оттека 2-го рафинадного утфеля. Вторые оттеки, которые полу-
чаются при пробеливании утфелей, возвращают, как правило,
«на себя», т. е. на тот же утфель, за исключением 1-го рафинад-
Результаты очистки рафинадных сиропов

Концентрация сухих ве- ществ (СВ), % Чистота, % Цветность, ед. Шт. Концентрация редуцирую- щих веществ, % X о.
Обесцвечиваемая масса

Обесцвеченные сиропы
Клере 66,3 — 0,96 0,05 6,9
I рафинада 66,1 99,1 2,2 0,09 6,9
II рафинада 67,0 98,6 4,2 0,22 7,0
111 рафинада 67,2 97,5 6,2 0,46 6,8
Утфели
1 -й рафинадный 90,4 99,1 2,8 — —
2-й рафинадный 90,2 98,4 4,8 — —
3-й рафинадный 90,0 97,5 8,2 — —
Оттеки
2-й оттек 2-го рафинадного утфеля . . 68,5 98,0 10,3 — —
2-й оттек 3-го рафинадного утфеля . . 66,5 96,2 18,0 — —

ного утфеля, при фуговке и пробеливании которого оттеки не де-
лят. Из пробеленного сахара-песка 2-го и 3-го рафинадных ут-
фелей получают кашку, которую направляют на выработку прес-
сованного кускового рафинада.

При получении рафинированного песка рафинадный утфель
пробеливали водой, а для получения кашки утфель пробеливали
клерсом. Клере готовили из рафинадных отходов при прессова-
нии (кашки, крошки, отсева). Для приготовления клерса исполь-
зовали «отбор» сиропа из адсорберов.

При приготовлении клерса из сахара-сырца приходилось при-
нимать особые меры по обесцвечиванию сиропа .1 рафинада, для
этого его трижды последовательно обрабатывали адсорбентами.

Некоторые сведения о продуктовых сиропах и утфелях приве-
дены в табл. 51.

Продуктовые утфели пробеливают водой. I продуктовый ут-
фель варят из 1-го оттека 3-го рафинадного утфеля и из клеров-
ки песка III продукта.

II продуктовый утфель варят из 2-го аффииационного оттека
и других вбросов (см. рис. 196).

III продуктовый утфель варят из l-ro оттека II продукта, 1-го
аффииационного оттека и других вбросов.

IV продуктовый утфель варят из 1-го оттека III продукта.
Так как этот утфель является последним, то стремятся истощить
его возможно глубже, для чего его дополнительно кристаллизу-
ют в мешалках-кристаллизаторах.

Песок IV продукта аффинируют. В зависимости от качества
его направляют на утфель II или III продукта.
Показатели продуктов рафинадного производства

Продуктовые сиропы н утфели Концентра- ция сухих веществ (СВ), % Чистота, %
Сироп I продукта1 Утфель 63,4 96,0
I продукта 90,7 95,8
11 продукта 91,8 91,6
1-й оттек 11 продукта 82,4 82,6
2-й оттек II продукта Утфель 74,2 89,6
III продукта 92,2 86,3
IV продукта 92,9 76,2
Сырцовая меласса 81,3 51,4

1 Цветность 21,1 ед. Шт.; концентрация редуцирующих ве-
ществ 1,2%; pH 6,7.

Оттек IV продукта, полученный при фуговке до аффинации,
выводят из завода. Это—меласса, которую можно назвать сыр-
цовой. Была достигнута ее чистота, приближающаяся к 50. Поте-
ри сахара в мелассе 1,95% к массе сырца. Можно отметить, что
эти потери ориентировочно соответствуют 2% несахаров, которые
содержались в переработанном сырце (его чистота 98%).

Количество рафинадных утфелей было равно 213% к массе
рафинада. Из них 1-го рафинадного утфеля 72%; 2-го рафинад-
ного утфеля 98%, 3-го рафинадного утфеля 43%.

Выход сахара-рафинада достигал 94%.

Общие потери сахара были равны 3,10% к массе сырца.

Производительность Одесского завода в 1964 г. превышала
6000 ц сырца в сутки. Работа Одесского рафинадного завода по
переработке сахара-сырца, кроме прочего, обусловлена его рас-
положением в портовом городе. Кубинский сахар-сырец ввозят в
СССР морем и весьма целесообразно сразу же перерабатывать
его, избегая сухопутных перевозок с тем, чтобы по суше перево-
зилась лишь готовая продукция. Пока в Одессе сахар-сырец
еще не поступает непосредственно на рафинадный завод: его
подают из порта автомашинами-самосвалами либо железнодо-
рожными вагонами на короткое расстояние в разгрузочное уст-
ройство-бункер перед складом.

Попятно, что наиболее рациональной является такая работа
специализированного рафинадного завода, когда с одного конца
его, непосредственно примыкающего к морскому причалу, посту-
пает сахар-сырец, а с другого конца завода вывозят готовый са-
603
хар-рафинад по железной дороге или автомашинами. В этом
случае погрузочно-разгрузочные операции с сахаром-сырцом,
а также операции по его складированию сводятся к мини-
муму.

Можно отметить, что исторически именно так сложилась пе-
реработка сырца в рафинированный песок на ряде зарубежных
рафинадных заводов. Таков крупный рафинадный завод мощ-
ностью около 3 тыс. т. в сутки в США, в Сан-Франциско, на бере-
гу Тихого океана. Он перерабатывает сырец, поступающий морем
с Гавайских островов. Аналогичный завод такой же мощности в
Лондоне. Он перерабатывает сырец, ввозимый морем в Англию.
Кроме упомянутого завода в Сан-Франциско, в США существует
еще лишь весьма небольшое количество довольно крупных рафи-
надных заводов, расположенных по побережью Атлантического
океана. Такое сочетание тростниковосахарного и рафинадного
производства считают технологически и экономически оправдан-
ным, так как при перевозке сахара-рафинада морем нелегко
сохранить те высокие качества, которыми он должен обладать.

Переработка сахара-сырца на рафинадном заводе выгоднее
переработки его на песочном заводе [4]. Так, в 1965 г. выход
рафинада на рафинадном заводе был равен 93,6% к массе сыр-
ца, а средний выход сахара на песочных заводах за тот же год
был равен лишь 91,6%. Содержание сахара в сырцовой мелассе
на рафинадном заводе было равно 2,38%, а на одном из песоч-
ных — 2,50%. Потери в фильтрационном осадке составляли 0,04
и 0,14%' соответственно. Неучтенные потери на рафинадном за-
воде составили 1,08, а на песочном — значительно больше. Рас-
ход условного топлива 10,5 и 29,5%; расход известнякового кам-
ня 3,7 и 10,6%. Стоимость переработки сырца на 1 ц рафинада
3 ip. 28 к., иа 1 ц песка на свеклосахарном заводе — 4 р. 80 к.

Лучшие экономические результаты можно получить, если пе-
рерабатывать на рафинадном заводе сахар-сырец на рафинад и
стандартный песок [4]. Предложено выпускать рафинад в количе-
стве, превышающем 50% и до 55% (к массе сырца), а сахара-
песка около 40%.

Намечено при этом работать с семью кристаллизациями. Сна-
чала три последовательных рафинадных утфеля. Получаемые
рафинадные кашки смешивают и направляют на выработку кус-
кового рафинада. Из утфеля четвертой кристаллизации получа-
ют стандартный сахар-песок. Этот утфель варят из 1-го оттека от
3-го рафинадного утфеля и песков, выделяемых последовательны-
ми кристаллизациями из продуктовых утфелей, на которые посту-
пают аффинационные оттеки.

Сахар-песок аффинируют 1-м оттеком утфеля сахара-песка.
Аффинационную массу фугуют и пробеливают водой. Очистка си-
ропов в общем аналогична применяемой при получении кускового
рафинада и рафинированного песка. Очистке адсорбентом под-
604
вергают все (последовательные рафинадные сиропы и сироп саха-
ра-песка.

По-видимому, можно обойтись без седьмой кристаллизации,
т. е. без IV продуктового утфеля. Для этого рекомендуется ут-
фель II продукта охладить в мешалках-кристаллизаторах до 55—
60°С, а III продукта — до 40°С.

За рубежом тростниковый сахар-сырец перерабатывают в
основном на рафинированный песок. Технологические схемы, по
которым осуществляется эта переработка, в разных странах и на
разных заводах весьма отличаются одна от другой [9]. Всегда
применяют аффинацию, но в различных ее вариантах. Применя-
ются разнообразные методы химической (точнее, физико-химиче-
ской) очистки. При этом дефекация и сатурация играют гораздо
меньшую роль, чем у нас. Зато широко и притом издавна при-
меняется очистка клеровки фосфорной кислотой или фосфатами
в сочетании с известью. Количество добавляемой фосфорной кис-
лоты невелико: 0,02—0,05% Р2О5 к массе сухих веществ в кле-
ровке. Рекомендуется фосфорную кислоту вводить перед добав-
лением извести. В результате выпадает осадок трикальцийфос-
фата Са3(РО4)2- При этом происходит выпадение коллоидов.
Фосфатные осадки адсорбируют 25—40% красящих веществ кле-
ровки.

При фильтрации широко применяется кизельгур. В качестве
адсорбента применяют костеугольную крупку, при помощи кото-
рой достигают весьма высокого эффекта обесцвечивания — до
80—90%. В больших масштабах применяют активный уголь рас-
тительного происхождения. В зависимости от результатов, дости-
гаемых химической и адсорбционной очисткой, применяют резко
отличающиеся кристаллизационные схемы. Крайние положения
занимает схема 2 + 2, т. е. два рафинадных и всего лишь два
продуктовых утфеля, и схема 4+3, т. е. четыре последовательных
рафинадных утфеля и затем три продуктовых.

Глава 3. ПЕРЕРАБОТКА САХАРА-СЫРЦА НА САХАР-ПЕСОК

Рафинадный завод, перерабатывающий сахар-сырец, значи-
тельно отличается от обычного рафинадного завода, перерабаты-
вающего сахар-песок. Для переработки сахара-сырца наш рафи-
надный завод необходимо в значительной мере переоборудовать.
В данный момент (1967 г.) производственные мощности рафи-
надных заводов, которые могут перерабатывать сырец, еще ог-
раничены.

Поэтому большое количество сахара-сырца направляют на
переработку на свеклосахарные заводы в период, когда там за-
кончено основное производство.
Из сахара-сырца свеклосахарные заводы, как правило, выра-
батывают не рафинад, а стандартный сахар-песок. Это обстоя-
тельство позволяет в значительной мере снизить требования, ко-
торые должны быть предъявлены к основным песочным утфелям.

Вследствие этого можно работать со значительно более про-
стыми технологическими схемами.

При всех многочисленных вариантах схем всегда применяют
дефекацию и сатурацию. Этот метод очистки отлично освоен
свеклосахарными заводами. Нужное оборудование всегда име-
ется.

Адсорбенты при производстве стандартного песка из сахара-
сырца на свеклосахарных заводах, как правило, применения не
находят.

Проведение аффинации сырца считают очень нужной, необхо-
димой технологической операцией. Для ее осуществления целе-
сообразно при свеклосахарных заводах строить и оборудовать
аффинационные отделения площадью, например, 18 X 15 м, сбло-
кированные со складом для бестарного хранения сахара-
сырца.

В соответствующем типовом проекте Гипросахара [7] намече-
на следующая технологическая схема аффинационного отделения
(рис. 197).

Аффинацию намечено осуществлять в трехсекционной гори-
зонтальной мешалке, в первую секцию которой подают 1-й аффи-
национный оттек. Предварительно его разжижают и нагревают в
сборнике до 80°С паром через барботер.

В первой секции мешалки СВ аффинационной массы 90%.
Чтобы улучшить условия фуговки аффинационной мелассы, в
третьей секции ее доводят до СВ 88%, добавляя 2-й аффинацион-
ный оттек. Продолжительность аффинации 25—30 мин.

Аффинированный сахар-сырец после центрифуг намечено шпе-
ком транспортировать в двухкотловую клеровочную мешалку, где
его растворяют в нагретой барометрической воде. Температуру
поддерживают барботированием пара. Продолжительность кле-
рования 25 мин. В клеровочных котлах намечено измерять плот-
ность клеровки при помощи пьезометрического плотномера, а
также контролировать pH клеровки.

При задержке клеровки в котлах предусмотрена возможность
нейтрализации ее известью. Для предотвращения развития мик-
рофлоры клеровочные котлы намечено периодически (раз в сме-
ну) дезинфицировать, например, формалином.

Развернутая пятикристаллизационная схема переработки
сырца на сахар-песок (рис. 198) предложена А. И. Шапиро [8].

Эта схема начинается с процесса аффинации. При исходной чи-
стоте сырца 97,5% чистота аффинированного сырца 99%. Ут-
фель I предлагается варить из таких составных'частей: сульфати-
рованной клеровки аффинированного сырца; песка утфеля II, ко-
06
607
п

Сахар- сырец ( ----- ъ -Утрень Л -----У трель 27

1 ей и 2-й

Дсрринаиия Фигодка - оттепи
торый поступает на сульфитацию клеровки; песка III, IV и V
кристаллизации, которые 'направляют на дефекацию.

Чистота утфеля I-—98%. Такая чистота обеспечивает выработ-
ку песка с цветностью 0,6—-0,7 ед. Шт. (т. е. выпуск песка лучше
стандартного). Чистота утфеля II равна 94,6%. 1-й аффинацион-
ный оттек сырца направляют на утфель III, чистота которого
88,6%, минуя утфель II. Чистота утфеля IV—80,0%. Чистота ут-
феля V—69,6 %.

Песок V аффинируют. Чистота мелассы намечена 54,9, но ав-
тор схемы указывает, что она может быть доведена до 50.

Если применять в качестве адсорбента небольшое количество
активных углей (0,10—0,15% к массе сухих веществ клеровки),
то сахар II кристаллизации можно будет выводить в качестве то-
варной продукции, что значительно сократит количество утфелей.

Подсчитано [2], что при рассматриваемой схеме расход пара
на технологические нужды составит 200% к массе перерабаты-
ваемого сахара-сырца, из них 140%—на уваривание утфелей,
причем на уваривание отдельных утфелей:

Утфели............... I II III IV V

Расход пара, % . . . . 116,5 10 9,2 2,5 1,8

В производственных масштабах испытана также пятикристал-
лизационная (2 + 3) схема, предложенная Краснодарским науч-
но-исследовательским институтом пищевой промышленности.
В этой схеме нет аффинации сахара-сырца, а дефекации и сату-
рации подвергается клеровка исходного сахара-сырца. Товарный
сахар-песок получают как из утфеля I кристаллизации (его на-
зывают утфелем А), так и из утфеля II кристаллизации (его
называют утфелем Б). Схема характеризуется усиленной (повтор-
ной) очисткой сиропов. Дефекации и сатурации подвергается
отдельно сироп — клеровка исходного сырца, из которой варят ут-
фель А, и отдельно сироп, составленный из оттека утфеля I и кле-
ровок песков III, IV и V кристаллизации. Из этого сиропа варят
утфель Б. Щелочнрсть на основной дефекации сиропа утфеля
А 1,4—1,5% СаО. Щелочность на основной дефекции сиропа
для утфеля Б 1,6—1,8% СаО. Понятно, что при рассматриваемой
схеме работа ведется со значительным расходом извести. На Ко-
реневском свеклосахарном заводе, работавшем в 1966 г. по опи-
санной схеме, чистота клеровки сырца в среднем была равна
95,9%; при цветности 45,1 ед. Шт. В очищенной клеровке сахара-
сырца содержалось сухих веществ (СВ) 45,1%, чистота ее со-
ставляла 96,4%, цветность—17,5 ед. Шт. Чистота утфелей ха-
рактеризовалась следующими данными:

Утфель.................... А Б III IV V

Чистота, %............. 96,1 95,7 91,0 81,7 73,4

Чистота получившейся сырцовой мелассы 54,2%. Выход са-
х^ра-песка составлял 92,75% к массе сахара-сырца. Цветность
песка равнялась 0,89 ед. Шт., т. е. была несколько лучше требуе-
мой стандартной цветности.

На свеклосахарных заводах находили и находят себе приме-
нение не только пятикристаллизационные схемы, но и менее
сложные схемы с меньшим числом кристаллизаций.

На рис. 199 приведен график, изображающий поток количеств
красящих веществ на одном свеклосахарном заводе, работавшем
с аффинацией сахара-песка и четырьмя кристаллизациями (1 +
+3). Количество красящих веществ подсчитывалось как произ-
ведение. Один сомножитель — это количество сухих веществ, ко-
торые содержатся в данном производственном веществе (продук-
те), выраженное в процентах к массе сахара-сырца. Цветность
данного вещества (продукта), выраженная в единицах Штамме-
ра, служила вторым сомножителем.

В рассматриваемом случае i[5] большая часть красящих ве-
ществ сахара-сырца (его исходная цветность 48 ед. Шт.) посту-
пала с 1-м аффинационным оттеком на утфель III и далее из ут-
феля IV выводилась с мелассой. Утфель I и даже утфель II эти
красящие вещества миновали. Оставшаяся меньшая часть крася-
щих веществ сырца поступала с клеровкой аффинада на дефека-

Рис. 199. Движение красящих веществ при переработке сырца на сахар-песок.
А — удалено на дефеко-сатурацни: Б — обесцвечено на сульфитации; В и В\ — при-
рост красящих веществ.
цию и сатурацию. Сюда же направляли сильно окрашенные пес-
ки утфелей III и IV. Цветность объединенной клеровки после де-
фекации и сатурации равнялась 18 ед. Шт. Сульфитация снизила
цветность до 15 ед. Шт. Цветность утфеля I составляла 12,5 ед.
Шт., т. е. значительно ниже сульфитированной клеровки. Это
произошло в основном за счет введения клеровки относительно
слабоокрашенного песка утфеля II с цветностью 2 ед. Шт. При
указанной цветности утфеля I свеклосахарный завод вырабаты-
вал довольно хороший сахар-песок, лучше стандартного.

Однако в рассматриваемом случае наблюдалась большая на-
грузка на последние кристаллизации и высокая чистота послед-
него утфеля. Это обусловлено растворением большого количест-
ва сахара на аффинации, который направлен на III утфель и не
успевает выкристаллизоваться в двух последних последователь-
ных кристаллизациях. В результате в рассматриваемом случае
наблюдались повышенные потери сахара в сырцовой мелассе.

В ряде случаев недостаточность оборудования заставляет
свеклосахарные заводы перерабатывать сахар-сырец по самым
упрощенным схемам — не применять аффинацию; очистку вести
только при помощи дефекации, сатурации и сульфитации, рабо-
тать по трехкристаллизационной схеме (1 +2).

В данном случае исходным материалом для переработки слу-
жит клеровка сахара-сырца в том его виде, в каком он поступает
на свеклосахарный завод. Хотя чистота такой клеровки и ниже
чистоты клеровки аффинированного сахара-сырца, но все же и
в этом случае она довольно высокая — около 98%. Истощить та-
кой маточный раствор до чистоты мелассы хотя бы 55% при трех-
кристаллизационной схеме очень трудно. Чтобы процент кристал-
лов в утфелях не превысил технически возможную величину,
приходится применять весьма нежелательную меру: искусствен-
но уменьшать чистоту утфелей.

Так, на одном из заводов работали следующим образом.

Утфель I варили из клеровки неаффинированного сырца, жел-
того песка II (чистота 97—96%); белого оттека I (чистота 92—
93%); зеленого оттека I (чистота 89—90), который брали на
последние подкачки. Чистота утфеля I составляла 95—97%. Ко-
личество зеленого оттека I, возвращаемого на утфель I, меняли в
зависимости от качества сырца и качества сахара-песка, который
получался. Если цветность песка превышала 1 ед. Шт., то возврат
зеленого оттека прекращали.

Утфель II варили из зеленого оттека утфеля I, белого оттека
утфеля II и некоторого количества зеленого оттека этого же ут-
феля II. Количество зеленого оттека II, который возвращали в
утфель II, тоже изменяли в зависимости от чистоты промежуточ-
ных продуктов. Чистота утфеля II — 85—88. Желтый песок ут-
феля II пробеливали небольшим количеством воды. Утфель III
(последний) варили только из оттека утфеля II чистотой 74—78.
' 611
На последние подкачки брали мелассу и этим снижали чисто-
ту утфеля III до 72—74%. Песок утфеля III клеровали и направ-
ляли на дефекацию и сатурацию. Чистота мелассы равнялась
53—55%.

При работе по трехкристаллизационной схеме постоянно при-
ходится следить за тем, чтобы, с одной стороны, не повысилась
цветность выпускаемого сахара-песка вследствие повышенной
цветности I утфеля и, с другой стороны, чтобы чрезмерно не по-
высилась чистота сырцовой мелассы вследствие повышенной чис-
тоты последнего, III утфеля.

При тщательной и напряженной работе некоторые свеклоса-
харные заводы и на упрощенных схемах давали результаты,
приближающиеся к требуемым. В большинстве же случаев упро-
щенная схема очень затрудняет полное и рациональное исполь-
зование высококачественного сырья, каким является тростнико-
вый сахар-сырец, и принимается лишь как вынужденное решение.

В заключение нелишне уточнить одно обстоятельство. Сахар-
песок и сахар-рафинад, выработанные из тростникового сахара-
сырца, по сладости и по вкусу ничем не отличаются от вырабо-
танных из свеклы. Даже химику-аналитику очень трудно
идентифицировать сахара. Для этого приходится сравнивать
колебания концентрации ничтожного количества примесей (доли
милиграмм-эквивалентов на 100 г сахара).

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ IX

1. Клейман Б. М. Об основных задачах сахарной промышленности по
переработке сахара-сырца. СП, 1961, № 10, стр. 8.

2. Л и б о в С. И. Тепловая схема и расход тепла при переработке трост-
никового сахара-сырца. СП, 1964, стр. 600.

3. Ярмолинский М. Б. К вопросу рациональной переработки трост-
никового сахара-сырца. СП, 1965, стр. 575.

4. ПетрунякВ. Д. и др. Переработка сахара-сырца на рафинадных за-
водах. СП, 1966, № 11, стр. 32.

5. Б у г а е н к о И. Ф. Основные процессы переработки тростникового
сахара-сырца в белый сахар. Автореферат диссертации на степень кандида-
та технических наук МТИПП, 1963.

6. Бугаенко И. Ф., Абрамова Г. И. Трестниковый сахар-сырец и
его промышленная переработка на свеклосахарных заводах. М., 1964.

7. Д ы х не С. В., Зубов А. Ю. Хранение и аффинация тростникового
сахара-сырца. СП, 1964, стр. 499.

8 Ш а ч и р о А. И О переработке тростникового сахара-сырца. СП,
1963. гр. 595.

9. Б р оншт ейн Д. Г. Методы и схемы переработки тростникового
сахара-сырца. М., 1960.
ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1

Температура кипения воды (в °C) при давлении ниже атмосферного
(давление и разрежение1 в см рт. ст.)

Давление Разрежение Температура
1 75 11,3
2 74 22,1
3 73 29,0
4 72 34,0
5 71 38,1
6 70 41,6
6,5 69,5 43,0
7 69 44,5
7,5 68,5 45,8
8 68 74,1
8,5 67,5 48,3
9 67 49,4
9,5 66,5 50,5
10 66 51,5
10,5 65,5 52,6
11 65 53,5
11,5 64,5 54,4
12 64 55,3
12,5 63,5 56,2
13 63 57,0
13,5 62,5 57,8
14 62 58,6
14,5 61,5 59,4
15 61 60,1
15,5 60,5 60,8
16 60 61,5
16,5 59,5 62,2
17 59 62,8
17,5 58,5 63,5
18 58 64,1
18,5 57,5 64,7
19 57 65,3
19,5 56,5 65,9
20 56 66,4
20,5 55,5 67,0
21 55 67,5
21,5 54,5 68,1
22 54 68,6
22,5 53,5 69,1
23 53 69,6
23,5 52,5 70,1
24 52 70,6
24,5 51,5 71,1
25 51 71,6
25,5 50,5 72,0
26 50 72,5
26,5 49,5 72,9
27 49 73,4

Давление Разрежение Температура
27,5 48,5 73,8
28 48 74,2
28,5 47,5 74,7
29 47 75,1
29,5 46,5 75,5
30 46 75,9
30,5 45,5 76,3
31 45 76,7
31,5 44,5 77,1
32 44 77,4
32,5 43,5 77,8
33 43 78,2
33,5 42,5 78,6
34 42 78,9
34,5 41,5 79,3
35 41 79,6
35,5 40,5 80,0
36 40 80,3
36,5 39,5 80,7
37 39 81,0
37,5 38,5 81,3
38 38 81,7
38,5 37,5 82,0
39 37 82,3
39,5 36,5 82,6
40 36 83,0
41 35 83,6
42 34 84,2
43 33 84,8.
44 32 85,4
45 31 85,9
46 30 86,5
47 29 87,.'
48 28 87,6
49 27 88,2
50 26 88,7
51 25 89,2
52 24 89,7
53 23 90,2
54 - 22 90,7
55 21 91,2
56 20 91,7
57 19 92,1
58 18 92,6
59 17 93,1
60 16 93,5
61 15 94,0
62 14 94,4
В мешалки сохоротного молока-
Из мешалок сахаротного молола

борометрическая
бода

Ам^иачнаЪ вода,6

17 -----В----р-

2S.

—^в-

в-----В----в-----в

130

113

В брикетное
отделение и но
склад

f5 В ящик боро-
L——B в—

21)

<?4

из

№

Ш'Ъ/О

133

132

165

153

169

122

136 *

Отбор избыточной
извести

В отстойник транспортерно-
моечных Вод

60 65

-мзВеоть В сепара- ™3.
ционный цех

7В

Из сушки сахара

в—в
6-43-В//,

127

Метрической
Воды

160

747 г
_пгг~
ЗТ]74г

В водоем

В канализацию
68

3---3

1~
<5 55Э||

1—линейно-кольцевая бурачная; 2—передвижной транспортер-укладчик свеклы; 3—
гидранты в бурачной; 4 -- подземный гидравлический транспортер для свеклы; 5 —
турникет-регулятор подачи свеклы на завод (нли пульсирующий шибер); 6—свекло-
насос; 7—верхний гидравлический транспортер для свеклы; 8—соломоловушка; 9—
песколовушка; 10—камнеловушка Баранова1; 11— камнеловушка Рауде *; 12—

дисковые сепараторы-водоотделители; 13— комбинированная свекломойка; 14—хвостн-
коулавливатель; 15 — ленточный транспортер для хвостиков и боя свеклы; 16 — свек-
ловичный элеватор; 17 — электромагнитный сепаратор для свеклы; 18 — автоматиче-
ские весы для свеклы; 19—бункер для свеклы; 20 —- свеклорезки; 21— грабельный
транспортер для свекловичной стружки; 22 — ленточный транспортер для стружки;
23 — ленточные весы для стружкн; 24—предошпарнватель; 25 — ошпарпватель; 26 —
ротационный диффузионный аппарат непрерывного действия (заменен колонным аппа-
ратом); 27 — дозаторы воды на диффузию; 28 — сборник циркулирующего диффузнонн-
ного сока; 29 — подогреватель циркулирующего диффузионного сока; 30 — пульполо-
вущка для диффузионного сока; 31 — подогреватель диффузионного и возвратного
сока, поступающего на очистку; 32 — преддефекатор; 33 — дефекатор основной дефе-
кации; 34 — сатуратор I сатурации; 35 — подогреватель сока I сатурации перед от-
стойниками; 36 — отстойникн-декантаторы (нли дисковые фнльтры-сгустнтелн); 37 —
вакуум-фильтры для сока I сатурации; 38 — вакуум-сборник фильтрованного сока;
39 — вакуум-сборннк промоя; 40 — напорные сборники перед мешочными фильтрами;
41 — контрольные мешочные фильтры для сока I сатурации (или патронные фильтры);
42 — подогреватели для нагрева сока перед II сатурацией; 43 — сатуратор II сатура-
ции; 44 — дисковые фильтры для сока II сатурации; 45 — контрольные мешочные
фильтры для сока II сатурации (нлн патронные фильтры); 46 — сульфнтатор сока;
47 — ротационная серосжнгательная печь с сублиматором и эксгаустером; 48 — мешоч-
ные фильтры для сульфидированного сока (нли патронные фильтры); 49 — сборник
сока перед выпаркой; 50 — подогреватели для сока перед выпаркой; 51 — I корпус
выпаркн; 52— II корпус выпарки; 53 — III корпус выпарки; 54—IV корпус выпарки;
5 5 — концентратор выпарки; 56 — сульфнтатор сиропа и клеровки; 57 — подогреватели

Типовая технологическая схема свек.

общего сиропа; 58 — мешочные фильтры для общ,
59 — сборники сиропа у вакуум-аппаратов; 60 —
шалка-утфелераспределнтель (миксер); 62 — цент]
белого сахара (под центрифугами); 64 — сборнв
сборник белого оттека у вакуум-аппаратов; 66 — <
67 — сборник зеленого оттека у вакуум-аппарато
69 — мешалка для утфеля II; 70 — утфелераспре.
7/ — центрифуги для утфеля II; 72 — шнек для
клеровочный аппарат для желтого сахара; 74 — <
центрифуг; 75 — сборник белого оттека утфеля I
зеленого оттека утфеля II у центрифуг; 77 — с
вакуум-аппаратов; 78 — вакуум-аппараты утфеля
утфеля III; 80 — дисковые утфелемешалки-криста
фелераспределнтель у центрифуг утфеля III; 82 -
шнек для желтого сахара от утфеля III; 84 — аф
промойной воды у центрифуг (после промывки св
вакуум-аппаратов; 87 — сборник мелассы дц цент]
куум-аппаратов; 89 — весы для меласед;*^? — э.
шильный аппарат для белого сахара; — охдад;
73--— автоматические весы для белого Сахара; !9р
весов); — ленточный транспортер для белого <
ратор для сахара; 97 — 2-й .ларватор для белого
для сахара над бункерами; — ящик для комоч
pa; iff) _ бункерные весы для мешков с сахаром
мешйбв; $03) — ленточный транспортер для подачи
фильтр д?тя свежего воздуха, поступающего в cyi
•J06 — калорифер; 107 — фщтьтры для отработав!
вентиляторы-эксгаустеры; — мешалки для ра,
ной пыли; НО — шнек для жома при диффузи

Зак. 905
Из мешалок саха ратного молока
В мешалки известкового молоке

Обратный трубопровод в мешалки
‘ известкового монома.

/47'

383A

ча

гз

153

8 атмосферу.

$8^59

100

107

10)

но клеровку

C?
§

Сок на клеровку
153

108

__ 92

4£

J If

oCODpHUK Про MD Я

8Б 88

5=
44$

ipa

В сепарационный
цех

----1$

95 109

8 мелассовый
бак

WZ10з\

----- Свекла. tcаки. сиропгутфелигклеровка

—о—Свекловичная пульна сахар

—ж-— Ж ем

------Сгущенная сокогрязевая суспензия

------Рром ой с вакуум-фильтров

— Б—белый оттек 1-иП продукта

— з— Зеленый оттек 1и 7/ продукта

---и— Промои с центрифуг Ш продук та

__ ___(от промывки сит)

к Меласса

—А—Аффинационная масса

=1г^=^-^НзбесткоВое и сохоротное молоко

—г-—Сатурационный газ (СО

' — С-— Сернистый газ(80г}

‘__g___Вода барометрическая, жомопрес-

_______слдая^аммиачная^цдр-_________

—ф—Фияьтрационныи осадок

------Запыленный воздух

(после сушилок сахара)

\ И h

ма свеклосахарного производства:

для общего сиропа (или патронные фильтры);
эв; 60 — вакуум-аппараты утфеля I; 61 — ме-
? — центрифуги для утфеля I; 63 — трясучка
— сборник белого оттека у центрифуг; 65 —
эв; 66 — сборник зеленого оттека у центрифуг;
-аппаратов; 68 — вакуум-аппараты утфеля II;
елераспределитель у центрифуг для утфеля II;
пиек для желтого сахара от утфеля II; 73 —
за; 74— сборник белого оттека утфеля II у
утфеля II у вакуум-аппаратов; 76 — сборник
; 77 — сборник зеленого оттека утфеля II у
ы утфеля III; 79 — приемная мешалка для
тки-кристаллизаторы для утфеля III; 81 — ут-

III; 82 — центрифуги для утфеля III; 83 —
; 84 — аффииационная мешалка; 85 — сборник
омывки сит); 86 — сборник промойиой воды у
их центрифуг; 88 — сборник мелассы у ва-
f.Cgp — элеватор для белого сахара; . 9f — су-
»— охладительный аппарат для белого сахара;
ixapa; <9# — трясучка для белого сахара (после
я белого сахара; '9& — электромагнитный сепа-
!Я белого сахара;'"?® —. сортировочная трясучка
для комочков.дсахара; (100.)— бункера для саха-
с сахаром; 102 — зашивочные машинки для
;ля подачи мешков с сахаром на склад; 104 —
пего в сушильный барабан; 1рр — вентилятор;
отработавшего воздуха (после сушки); 108 —
1и для растворения комочков сахара и сахар-
диффузиониом аппарате; 111 — грабельный

транспортер для подачи жома в прессовое отделение; 112— горизонтальные прессы для
слабого отжатия жома; ИЗ — грабельный транспортер для слабоотжатого жома;
114 — вертикальные прессы для сильного отжатия жома; 115 — грабельный транспор-
тер для прессованного жома; 116 — шнек-питатель для подачи жома в сушильный ап-
парат; 117 — топка жомосушки; 118 — жомосушильный аппарат; 119 — эксгаустер;
120 — циклон-пылеотделитель; 121 — шнек сухого жома; 122 — приемник и вентиля-
тор для пневмоподачи сухого жома на циклон перед весами в брикетном отделении;
123 — ленточный транспортер для подачи слабоотжатого или прессованного жома на
раздаточные площадки или в жомохранилище; 124 — горизонтальная пульполовушка
для жомопрессовой воды; 125 — сборник жомопрессовой воды; 126 — теплообменник
жомопрессовой воды; 127 — подогреватель для жомопрессовой воды; 128 — сборник Жо-
мопрессовой воды, возвращаемой на диффузию; 129 — сборник дчишепной барометри-
ческой (или конденсационной) воды, поступающей иа диффузию; .Г/ЗОД— разгрузка из-
весткового камня; 131 — кран или скиповой подъемник камня на бункер; 132 — бункер
для известкового камня и антрацита; 133 — скиповой подъемник иа печь; 134.— извест-
няковообжигательная печь;’ 135 — пластинчатый транспортер для извести; 130'— изве-
стегасильный аппарат Мика; 137 — песколовушка Русселя — Дорошенко; 138 — мешал-
ки известкового молока; 139 гидроциклоиы для дополнительного удаления песка из
известкового молока; 140 — пылеловушка' перед газовым лавером;, 141'г- газовый лавер;
142 — брызголовущка после главного лавера;' 143 — сборник газа перед насосами; 144 —
газовые насосы; 145 — напорный сборник сатурационного сока; 146 — мешалка извест-
кового молока (или сахаратиого молока при сепарации) иа дефекацию; 147 — дозаторы
известкового (или сахаратиого) молока; 148 — мешалка фильтрационного осадка;
149 — сборники сока и сиропа перед насосами; 150 — сборники промоя перед насосом;
151 — сборник промоя в известковом отделении; 152 — ловушки перед насосами; 153 —
иасосы.

1 Камнеловушки Баранова и Рауде на вновь строящихся заводах замене-
ны барабанной камнеловушкой Соколова и Павлюка.
Продолжение табл. 1

Давление Разрежение Температура | Давление Разрежение Температура
63 13 94,8 70 5 97,7
64 12 95,3 71 6 98,1
65 11 95,7 72 4 98,5
66 10 96,1 73 3 98,9
67 9 96,5 74 2 99,3
68 8 96,9 75 1 99,6
69 7 97,3 76 0 100,0

1 Разрежение дано при нормальном атмосферном давлении, т. е. при
76 см рт. ст. Если показание вакуумметра Vj см и показание барометра b см, а
не 76 см, то разрежение вычисляется по формуле и = U] + (76 — b), т. е.
к наблюдаемому показанию вакуумметра прибавляется поправка (76 — Ь),
которая может оказаться положительной или отрицательной. Пусть показа-
ние вакуумметра 62,3 см, а показание барометра 74,5 см, тогда действитель-
ное разрежение v = 62,3 + (76—74,5) = 63,8 см.

Растворимость сахарозы Таблица 2

Температура, СС Процент сахара Сахар на 1 часть воды Температура, °C Процент сахара Сахар иа 1 часть воды
0 64,18 1,792 35 69,39 2,267
1 64,31 1,802 36 69,58 2,287
2 64,45 1,813 37 69,76 2,307
3 64,59 1,824 38 69,95 2,328
4 64,73 1,835 39 70,14 2,349
5 65,16 1,870 40 70,33 2,370
6 65,24 1,877 41 70,52 2,392
7 65,34 1,885 42 70,72 2,415
8 65,44 1,893 43 70,91 2,438
9 65,54 1,902 44 71,11 - 2,462
10 65,65 1,911 45 71,31 2,486
11 65,76 1,920 46 71,51 2,510
12 65,87 1,930 47 71,71 2,535
13 65,99 1,940 48 71,92 2,561
14 66,11 1,951 49 72,12 2,587
15 66,24 1,962 50 72,33 2,614
16 66,37 1,973 51 72,53 2,641
17 66,50 1,985 52 72,74 2,668
18 66,63 1,997 53 72,95 2,697
19 66,78 2,010 54 73,16 2,726
•20 66,92 2,023 55 73,37 2,755
-21 67,06 2,036 56 73,58 2,785
-22 67,21 2,050 57 73,79 2,816
23 67,36 2,064 58 74,00 2,847
:24 67,52 2,079 59 74,22 2,879
•25 67,68 2,094 60 74,43 2,911
26 67,84 2,109 61 74,64 2,944
27 68,00 2,125 62 74,86 2,978
28 68,16 2,141 63 75,07 3,012
29 68,33 2,158 64 75,29 3,047
30 68,50 2,175 65 75,51 3,083
31 68,67 2,192 66 75,72 3,-119
32 68,85 2,210 67 75,94 3,156
33 69,03 2,229 68 76,15 3,193
34 69,21 2,248 69 76,37 3,232
Продолжение табл. 2

Температура, °C Процент сахара Сахар иа 1 часть воды Температура, °C Процент сахара Сахар иа 1 часть воды
70 76,59 3,271 86 80,01 4,002
71 76,80 3,310 87 80,22 4,056
72 77,02 3,350 88 80,43 4,110
73 77,24 3,393 89 80,64 4,165
74 77,45 3,435 90 80,85 4,221
75 77,66 3,477 91 81,05 4,277
76 77,88 3,521 92 81,25 4.335
77 78,09 3,565 93 81,46 4,394
78 78,31 3,610 94 81,66 4,454
79 78,52 3,656 95 81,87 4,515-
80 78,74 3,703 96 82,07 4,578
81 78,95 3,751 97 82,27 4,641
82 79,16 3,800 98 82,47 4,705
83 79,38 3,849 99 82,67 4,770'
84 79,59 3,899 100 82,87 4,837
85 79,80 3,950

Таблица 3

Вязкость чистых сахарных растворов по Шпенглеру и Ландту
в сантипуазах (10—3 я • сек/м2)

Процент сахара Температура, СС
20 30 40 50 60 70 80 90
60 57,2 33,1 20,6 13,7 9,5 6,9 5,3 4,2
61 67,9 38,6 23,8 15,6 10,7 7,7 5,8 • —
62 80,9 45,4 27,5 17,8 12,1 8,6 6,4 —
63 97,0 53,6 32,0 20,4 13,7 9,6 7,1 —
64 117,1 63,6 37,4 23,5 15,6 10,8 7,9 -—
65 142,8 76,0 44,1 27,2 17,2 12,2 8,8 —
66 175,9 91,6 52,2 31,7 20,6 13,9 9,9 • —
67 219,0 111,3 62,2 37,2 23,9 15,9 П,2
68 276,0 136,3 74,7 44,0 27,9 18,3 12,7 —
69 354,0 169,7 90,6 52,4 32,8 21,2 14,5 —
70 460,0 214,1 111,1 63,1 38,8 24,8 16,7 —
71 673,7 273,9 138,1 76,8 46,3 29,2 19,4 —
72 — 356,1 173,7 94,5 55,9 34,8 22,7 —
73 — 469,5 222,0 117,8 68,2 41,8 26,8 —
74 — 631 288,5 148,7 84,1 50,7 31,9 —
75 — 864 380,5 190,0 105,0 62,0 38,4 —
76 — 1214 513 246,3 133,0 76,8 46,6 —
77 — .— 701 323,4 170,7 95,1 57,2 —
78 -—. — 980 433,0 221,6 121,5 71,1 —
79 — — 1430 593 292,7 156,2 89,6 —-
80- -—- .—- 2160 832 393,9 204,4 115,2 83
81 — .— — 1200 546 272,2 150,5 94
82 — — — 1800 770 372,7 200,0 111
83 — — — — 1250 519 270 142
84 — — — — 1700 740 376 186
Т аблица 4

Вязкость сахарных растворов разной чистоты при различной температуре
(в °C) по Беннету и Нису в сантипуазах (10—3 н • сек/м2)

Чистота, % Процент сухих веществ
74 76 78 80 82 84 86

При 40°

60 250 435 806 1690 3960 11200 40000
70 261 456 863 1830 4340 12400 —
80 273 480 919 1990 4710 13600 —
90 284 503 977 2120 5080 14800 —
100 295 526 1030 2260 5450 16000 —
При 50°
60 131 210 376 726 1570 3880 12000
70 135 221 400 777 1700 4200 —
80 139 231 424 828 1830 4520 ——
90 144 242 448 879 1950 4840 —
100 148 258 470 929 2050 5160 —
«• При 60°
60 77 121 200 359 719 1630 4310
70 79 125 207 375 756 1710 • 4610
80 81 129 214 392 792 1780 4920
90 83 132 221 407 829 1850 —
100 85 135 228 423 866 1920 —
При 70°
60 —- 74 115 199 361 756 1810
70 .— 75 119 205 374 785 1880
80 - 76 123 210 387 807 1940
90 — 77 127 215 401 833 —
100 — 78 131 220 414 858 —
При 80°
60 — 49 73 115 199 383 844
70 — 50 75 118 205 396 883
80 — 51 76 120 210 408 922
90 — 51 78 123 216 421
100 — 52 78 125 222 434 —
Таблица 5

Содержание СаО в известковом молоке

св, °Бр Относи- тельная плотность В 1 л содержит- ся СаО, г Процент к массе известко- вого молока св, °Бр Относи- тельная плотность В 1 л содержит- ся СаО, г Процент к массе известко- вого молока
2,7 1,0085 10 0,99 28,2 1,1185 160 14,30
4,8 1,0170 20 1,96 29,7 1,1255 170 15,10
6,7 1,0245 30 2,93 31,3 1,1325 180 15,89
8,4 1,0315 40 3,88 32,7 1,140 190 16,67
10,3 1,039 50 4,81 34,2 1,1475 200 17,43
12,0 1,046 60 5,74 35,7 1,1545 210 18,19
13,7 1,0535 70 6,65 37,1 1,1615 220 18,94
15,3 1,0605 80 7,51 38,5 1,1685 230 19,68
17,1 1,0675 90 8,43 39,9 1,176 240 20,41
18,7 1,075 100 9,30 41,4 1,1835 250 21,12
20,3 1,0825 ПО 10,16 42,8 1,1905 260 21,84
21,9 1,0895 120 11,01 44,1 1,1975 270 22,55
23,6 1,0965 130 11,86 45,5 1,205 280 23,24
25,1 1,104 140 12,68 46,8 1,2125 290 23,92
26,7 1,111 150 13,50 46,1 1,2195 300 24,60-
ОГЛАВЛЕНИЕ

Ют автора......................................................3

Введение . . 7

Роль углеводов и сахарозы в питании человека ................ 7

История развития сахарного производства .... 8

Современный сахарный завод.................................. 15

Раздел I. САХАРНАЯ СВЕКЛА........................................23

Глава 1. Культура сахарной свеклы................................23

Ботаническая характеристика сахарной свеклы..................23

Условия возделывания свеклы..................................27

Методы возделывания сахарной свеклы..........................31

Место сахарной свеклы в севообороте. Осенняя подготовка почвы.

Предпосевная обработка и посев. Уход за плантацией. Уборка
свеклы. Размеры и форма корня свеклы. Вредители свеклы. Бо-
лезни свеклы. Свекловичное семенное хозяйство и селекция. 31

Глава 2. Химический состав сахарной свеклы ......................43

Общий состав сахарной свеклы................................ 43

Сухие вещества и вода. Сок. Мякоть и связанная вода. Сахар и
несахара. Растворимые и нерастворимые несахара. Состав нор-
мального сока свеклы. Состав мякоти. Азотистые вещества

свеклы. Безазотистый органический несахар сока свеклы. Ми-

неральные несахара свеклы. Состав свеклы в зависимости от

условий роста и хранения ............................... 43

Производственная химия углеводов.............................51

Моносахариды.................................................51

Физические свойства. Химические свойства. Действие щелочей.

Брожение...................................................58

Полисахариды I класса (олигосахариды).........................59

Сахароза (тростниковый сахар)................................59

Физические свойства. Инверсия. Действие щелочей. Окислители

Нагревание твердой сахарозы. Процесс разложения сахарозы
при нагревании ее водных растворов. Брожение ... 60

Раффиноза (мелитриоза, госсипоза)............................74

Физические свойства. Химические свойства. Брожение ... 75

Кестоза (фруктозил-сахароза) CibHssOg........................75

Пектиновые вещества............................................76

Классификация и свойства. Гидролиз протопектина. Осаждае-
мость. Коагуляция и желеобразование..........................80

Безазотистые органические растворимые несахара свеклы ... 81

Органические кислоты. Физические свойства. Химические свойст-
ва. Жиры. Сапонины...........................................81

Азотистые вещества свеклы.......................................84

Белки. Аминокислоты. Амиды кислот. Органические основания.

Минеральный азот. Общие данные. Красящие вещества сока 84
Оценка свеклы...............................................92

Содержание сахарозы. Чистота нормального сока свеклы. Чисто-
та очищенного нормального сока. Вредный азот. Минеральные
вещества. Прочие показатели...............................92

Глава 3. Хранение сахарной свеклы...............................93

Биология хранения свеклы .................................. 94

Техника хранения сахарной свеклы в свежем состоянии ... 98

Уборка и кагатирование свеклы. Уход за кагатами свеклы. Меха-
низация работ по разгрузке и укладке свеклы в кагаты. Хране-
нение свеклы в высоких кагатах. Потери сахара при хранении
свеклы....................................................98

Хранение мороженой свеклы......................... . ПО

Попытки борьбы с сезонностью свеклосахарного производства 114

Раздел II. ПОЛУЧЕНИЕ СОКА ИЗ СВЕКЛЫ ... .116

Глава 1. Предварительные операции.................. . . 117

Доставка свеклы на завод................................. .117

Освобождение свеклы от грубых примесей.....................122

Соломоловушка. Камнеловушки ............................ 122

Мойка свеклы.............................................. 127

Свекломойка КМЗ-57М. Моечное 1помещение. (Потери и отходы)
в моечном отделении).....................................128

Транспортирование свеклы к свеклорезке и взвешивание ее . . . 130

Отделение воды от промытой свеклы. Бурачный элеватор. Элек-
тромагнитный сепаратор. Автоматические весы..............130

Регулирование предварительных операций.....................134

Глава 2. Получение свекловичной стружки........................135

Общее понятие об измельчении свеклы . .................135

Ножи и ножевые рамы свеклорезки............................137

Свеклорезки и их работа................................... 141

Дисковая свеклорезка. Центробежная свеклорезка СЦБ. Работа
свеклорезок............................................ .141

Подача свекловичной стружки к диффузионному аппарату .143
Глава 3. Диффузионные аппараты и их работа.....................144

Общая схема противоточного высолаживания...................144

Законы диффузии. Однократное высолаживание. Противоточное
непрерывное высолаживание и типы его. Типы диффузионных
аппаратов непрерывного действия...................... .144

Колонный диффузионный аппарат КДА-25-59 .... 150

Наклонный диффузионный аппарат С-17........................154

Ротационный диффузионный аппарат РДА . .158

Цепной диффузионный аппарат Олье.......................... 161

Цепной диффузионный аппарат JVIII (венгерский) . ... 163

Диффузионная батарея.......................................164

Диффузор. Калоризатор. Вентили и трубы. Мерник диффузи-
онного сока. Мезголовушки. Нормальный ход диффузионной
батареи............................................... 165

Результаты работы диффузионных аппаратов . . . 172

Глава 4. Балансы и продукты диффузионных аппаратов . .173

Отходы диффузионных аппаратов. Откачка сока. Расход воды
на диффузию. Переход несахаров в сок. Пектиновые вещества.
Цвет диффузионного сока. Инфекция в диффузионных аппа-
ратах. Инверсия сахарозы на диффузии. Эффект очистки со-
ка па диффузии. Продукты диффузионного аппарата. Тепло-
вой баланс диффузионного аппарата...................... .173

Глава 5. Теория противоточного высолаживания...................182

Применение закона Фика к работе диффузионного аппарата . . . 183

Роль различных факторов в работе диффузионных аппаратов . .184

Количественный расчет противоточного высолаживания . . .188

Определение коэффициента А.................................193
Применение теории для расчетов непрерывного высолаживания . .194

Применение теории к работе диффузионной батареи...........195

Дальнейшее развитие и уточнение теории диффузионных аппаратов 197

Глава 6. Варианты в работе диффузионных аппаратов . . .199

Стружка...................................................199

Ремонт ножей. Форма стружки..............................199

Длительность диффундирования .... 203

Температура диффундирования ... 204

Откачка сока............................................ 205

Отходы диффузионных аппаратов............................ 206

Раздел 111. ОЧИСТКА ДИФФУЗИОННОГО СОКА ...... 209

Общие понятия об очистке сока...............................209

Необходимость очистки сока. Методы очистки сока. Обычный

метод очистки диффузионного сока.......................209

Глава 1. Предварительные операции перед очисткой диффузионного
сока.......................................................... 211

Мезголовушка. Нагрев диффузионного сока перед дефекацией 211

Глава 2. Дефекация........................................... 215

Система : известь + сахар + вода............................215

Реакции на дефекации ...................................... 218

Реакции, вызываемые ионом кальция (осаждение). Реакции, про-
изводимые ионом гидроксила (разложение). Длительность де-
фекации. Щелочность и соли кальция на дефекации . . ,218

Аппаратура и выполнение дефекации .................... 223

Дефекатор. Мерник известкового молока..................223

Улучшение качества осадка...................................227

Укрупнение частиц. Предварительная дефекация ........... 227

Глава 3. Первая сатурация . , .............................227

Цель и обычные условия I сатурации..........................227

Температура. Количество извести. Щелочность сока после I са-
турации ................................................ 228

Химические реакции на I сатурации...........................230

Система: известь + углекислота + сахар + вода. Щелочность и
соли кальция после I сатурации ...... 230

Аппаратура и выполнение I сатурации.........................231

Сатуратор непрерывного действия. Периодическая I сатурация. 231

Глава 4. Вторая сатурация......................................235

Цель и основные реакции II сатурации ....... 235

Основные процессы. Щелочность и соли кальция после II сату-
рации. Натуральная, или естественная, щелочность. Оптималь-
ная щелочность сока II сатурации. Температура сока на II са-
турации. Добавка извести на II сатурации . . ... 235

Аппаратура и выполнение II сатурации........................239

Аппараты II сатурации. Коэффициент использования сатураци-
онного газа. Контроль II сатурации. Охлаждение сока на II са-
турации..................................................239

Глава 5. Баланс веществ на дефекации и сатурациях .... 240

Эффект очистки на дефекации и сатурациях....................240

Удаление отдельных несахаров. Общий эффект очистки сока . 240

Состав продуктов и количество их на дефекации и сатурациях . . 241

Состав сока II сатурации. Состав дефеко-сатурационного осадка.
Количество продуктов и потери сахара на дефекации и сату-
рациях ..................................................241

Глава 6. Фильтрация соков......................................244

Общее понятие о фильтрации..................................244

Осадок. Давление. Температура. Длительность фильтрации . 245

Фильтрпрессы и их работа..............................„ ► 246

Вакуум-фильтры....................................ъ 250
Недостатки фильтрпрессов. Устройство барабанного вакуум-
фильтра .... 250

Грязесгустители.....................................i ' . 253

Дисковый грязесгуститель ДГС-59 ............................ 256

Дисковые фильтры.............................................. 258

Патронные фильтры...............................................260

Керамические патронные фильтры...............................262

.Мешочные фильтры...............................................262

Фильтр системы Прокша . . . s .........................262

Гидроциклоны s , 264

Глава 7. Получение извести и сатурационного газа .. , 265

Химические основы получения извести и углекислоты .... 265

। Реакция, Материал.......................................... 265

Устройство известковообжигательных печей........................266

Работа на известняковообжигательной печи........................270

Основные факторы работы. Повышение производительности печи.

Состав сатурационного газа Расход топлива, количество СО2 270

Получение известкового молока ,............................... 273

Глава 8. Дополнительные методы очистки сока ........................275

Сульфитация 276

Цель и химизм сульфитации. Место сульфитации в технологиче-
ской схеме. Получение сернистого газа. Сульфитатор . . . 276

Кизельгур............................ . . „..................278

Цель применения. Сорта кизельгура. Применение диатомита 278

Глава 9. Физико-химия и варианты работы по очистке сока . . . 280

Концентрация ионов водорода в соках, получаемых на сахарном
заводе.......................................................280

Факторы и варианты основной, или главной, дефекации .... 282

Сущность и значение. Продолжительность дефекации. Темпера-
тура. Мокрая и сухая дефекация. Количество извести . . . 282

Теория и варианты I сатурации ..................................286

Коллоидный СаСОз на сатурации. Адсорбция на I сатурации.

Эффект сатурации (Количество извести. Быстрота работы на

I сатурации. Температура сока на I сатурации. Щелочность со-
ка на I сатурации)................................... . 286

Предварительная дефекация ...... .............. 293

История развития метода предварительной дефекации. Опти-
мальная предварительная дефекация. Прогрессивная предвари-
тельная дефекация. Теория предварительной дефекации. Обра-
тимость коагуляции. Температура предварительной дефекации.
Автоматизация предварительной дефекации (Преддефекатор
Бригель -Мюллера. Преддефекатор Тибенского, Кона и Ва-

шатко) ............................................... 293

Рециркуляция нефильтрованного сока I сатурации...............299

Теория рециркуляции. Варианты рециркуляции. Возврат сгущен-

ного дефеко-сатурационного осадка ......................300

Одновременная дефеко-сатурация ... 307

Различные схемы очистки сока............................... 309

Схема Вашатко. Прогрессивная дефеко-сатурация по БМА и

Шнайдеру. Переработка поврежденной свеклы ... 309

Полиэлектролиты, как ускорители отстаивания в прязесгустителях 314

Пектиновые вещества ..... ....................315

Осаждение солей кальция (СаО). Оптимум и контроль II сату-
рации. Добавление извести на II сатурации ..............316

Теория и варианты сульфитации ............................319

Оптимальные условия. Снижение щелочности и вязкости. Раство-
римость солей СаСОз, CaSO3, CaSO4. Место сульфитации в тех-
621
нологической схеме. Сульфитация сиропа..................319

Дополнительные адсорбенты для очистки сока...................322

Активные угли. Производство и типы активных углей . . 322

Ионообменники (иониты)..................................... 324

Возникновение и развитие. Иониты. Методы полной деионизации.

Иные пути использования ионитов.........................324

Раздел IV. ВЫПАРИВАНИЕ СОКА.................................... 333

Глава I. Количество выпариваемой воды...........................333

Расход пара на выпаривание 1 кг воды ... . . 334

Устройство выпарных аппаратов.................................334

Вертикальный аппарат системы Роберта. Циркуляционно-прямо-
точный выпарной аппарат ЦИНСа...........................334

Глава 2. Выпарка с многократной утилизацией пара................337

Принцип многократного использования пара......................337

Схема пятикратной выпарки с использованием экстрапаров . . . 339

Упрощенный расчет выпарки и расход пара на выпарку . . . 342

Варианты схем выпарки....................................... 345

Глава 3. Химические процессы на выпарке.........................353

Изменение щелочности на выпарке...............................354

Понижение щелочности. Нарастание щелочности...............354

Осадки на выпарке.............................................355

Предупреждение появления накипи..........................358

Разложение сахара и нарастание цветности выпариваемого сока . 359

Сироп.........................................................361

Раздел V. УВАРИВАНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ...........................364

Глава 1. Общие вопросы уваривания и кристаллизации .... 364

Цель и технологическая схема уваривания и кристаллизации . . . 364

Растворимость сахарозы и коэффициенты пересыщения .... 366

Растворимость сахарозы....................................366

Кристаллизация сахара ....................................... 368

Пересыщение и кристаллизация. Форма кристаллов сахарозы.

Состав утфеля и оттека.............................. ... 368

Устройство вакуум-аппаратов ................................. 370

Вакуум-аппарат с подвесной камерой ...................... 371

Глава 2. Уваривание утфелей I и II..........................375

Уваривание утфеля I...........................................375

Сгущение до «пробы». Образование кристалла. Наращивание
кристалла. Сгущение («отварка», «стягивание») утфеля. Спуск
и пропарка . . ..................................375

Уваривание утфеля II ........................................ 380

Подготовка зеленого оттека. Сгущение до пробы. Наращивание
кристаллов сахара. Окончательное сгущение утфеля II . . 380

Глава 3. Химия уваривания.......................................381

Трудная варка. Содержание кристаллов сахара в утфеле. Значе-
ние содержания кристаллов в утфеле . ..................381

Глава 4. Фуговка утфелей и пробелка сахара......................382

Подготовка утфеля I к фуговке.................................383

Опрыскивание утфеля I водой. Мешалка-утфелераспределитель
(миксер)...............................................383

Фуговка и пробелка утфеля I..................................384

Устройство центрифуги. Величина центробежной силы. Работа на
центрифуге I продукта...................................384

Белый сахар-песок............................................388

Транспортировка сахара-песка на сушку. Высушивание сахара.

Состав сахара-песка. Хранение сахара....................388

Кристаллизация и фуговка утфеля II . . 391

Цель и метод кристаллизации. Выполнение кристаллизации ут-
феля II. Фуговка утфеля II.............................391

Меласса. Состав мелассы. Потеря сахара .в мелассе и количество 394
мелассы. Применение мелассы ................................. 394

Определение выхода сахара из свеклы и потерь его.............396

Глава 5. Физико-химическая теория кристаллизации сахара и вари-
анты ее...........................................................397

Процесс кристаллизации сахара . .......................397

Появление центров кристаллизации. Количество выкристаллизо-
вавшегося сахара......................................... . 397

Скорость кристаллизации сахара ............................. 399

Уточненные формулы скорости кристаллизации сахара .... 402

Факторы, влияющие на скорость кристаллизации .... 405

Пересыщение. Перемешивание. Вязкость. Температура. Чистота.

Величина кристаллов. Количество кристаллического сахара в
утфеле. Общий обзор................................ . 405

Варианты схем уваривания .................................. .412

Работа па три продукта . . . .-........................412

Причины многократного уваривания утфелей. Трехпродуктовая
схема. Аффинация бурого сахара..............................412

Дополнительная кристаллизация сахара из зеленого оттека . 417

Контроль уваривания .................................... .... 417

Брасмометрический контроль. Рефрактометрический контроль.
Кондуктометрический контроль................................417

Варианты процесса уваривания утфелей ....... 421
Первоначальное сгущение. «Заводка». Наращивание кристаллов
сахара. Добавка оттеков в утфель. Окончательное сгущение
утфеля. Спуск утфеля и пропарка. Непрерывное уваривание
утфелей. Утфель промежуточного продукта. Утфель последнего
продукта....................................................421

Варианты пробелки и фуговки . 429

Фуговка и пробелка утфеля I................................429

Вяияние температуры. Метод пробелки водой. Механизация ра-

боты центрифуг. Центрифуги непрерывного действия . . . 429

Фуговка последнего утфеля..................................434

Быстроходные центрифуги. Роль воздуха в барабане центрифуги 434

Кристаллизация последнего продукта и мелассообразование . . . 435

Возможные препятствия при кристаллизации сахара из последнего
утфеля......................................................435

Пересыщение при кристаллизации последнего утфеля .... 436

Коэффициент насыщения. Коэффициент пересыщения . . . 436

Вязкость мелассы.............................................438

Нормальная чистота мелассы. Метод определения нормальной
чистоты мелассы. Вязкость меласс .... . . 439

Вязкость последнего утфеля . ...........................444

Основные величины при кристаллизации последнего утфеля . . . 445

Ориентировочный расчет режима кристаллизации и ведение ее на
заводе......................................................446

Выполнение кристаллизации последнего утфеля................447

Варианты работ по кристаллизации последнего утфеля и очередные
задачи.........................................................449

Нормальные СВ мелассы. Допустимое содержание кристаллов в ут-
феле. Конечная температура охлаждения утфеля................450

Теория мелассообразовании . 453

Различные теории мелассообразовання........................453

Мелассообразовательная способность отдельных несахаров . . . 455

Раздел VI. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ................................462

Глава 1. Жом, жомовая вода, фильтрационный осадок .... 462

Использование жома на корм скоту.............................462
Состав жома. Хранение жома в ямах. Высушивание жома. Лег-
кое отпрессовывание жома................................462

Производство пектинового клея из жома.......................469

Сущность прцеосса. Схема производства пектинового клея. Вы-
ход клея................................................469

Производство из жома студнеобразующего пектина..............471

Диффузионная вода. Жомопрессовая вода......................472

Фильтрационный осадок.......................................474

Глава 2. Меласса......................................... . 474

Пути использования мелассы..................................475

Использование мелассы на корм скоту.......................475

Непосредственное скармливание мелассы. Производство комби-
кормов ...............................................: 475

Использование мелассы методами брожения....................476

Производство спирта. Производство дрожжей. Производство
глицерина. Производство молочной кислоты. Производство ли-
монной кислоты..........................................477

Получение сахара из .мелассы................................480

Значение получения сахара из мелассы. Сепарация по Стеффену.

Стронцпановый метод обессахаривания мелассы. Баритовый
метод обессахаривания мелассы. Осаждение сахара уксусной
кислотой...............................................480

Ионитный метод очистки мелассы и получения из нее глутаминовой
кислоты и бетаина .........................................491

Раздел VII. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОД-
СТВА ..........................................................495

Глава 1. Технологическая схема свеклосахарного завода . . . 495

Г л а в а 2. Расход теплоты, пара и энергии....................498

Тепловой баланс сахарного завода на 100 кг свеклы...........498

Паровые котлы...............................................501

Расход энергии на сахарном заводе...........................502

Г л а в а 3. Расход воды на сахарном заводе....................502

Виды потребляемых и сбрасываемых вод . . ... . 503

Расход холодной воды и сточных вод разных категорий ... 504

Глава 4. Себестоимость сахара и стоимость сахарного завода . . 506

Раздел VIII. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА САХАРА-РАФИНАДА . 509

Глава 1. Общие принципы рафинадного производства .... 510

Сопряжение рафинадного производства с другими производствами . 512

Физико-химические основы производства рафинада..............517

Основные операции производства кускового рафинада .... 527

Глава 2. Производство прессованного сахара-рафинада .... 533

Роспуск сахара-песка ...................................... . 533

Очистка рафинадного сиропа...................................534

Обесцвечивание сиропа костеугольной крупкой и активным углем 534

Обесцвечивание ионитами...................................547

Варка утфелей и кристаллизационные схемы рафинадного завода 552

Фуговка и пробеливание .................................... 561

Прессование кашки........................................ ... 563

Сушка рафинада..............................................570

Автоматизированные линии....................................578

Глава 3. Производство литого сахара-рафинада . 586

Раздел IX. ПЕРЕРАБОТКА ТРОСТНИКОВОГО САХАРА-СЫРЦА 594

Глава 1. Общие принципы переработки сахара-сырца . . . 594

Глава 2. Переработка сахара-сырца иа рафинад...................599

Глава 3. Переработка сахара-сырца на сахар-песок...............605

Приложения..................................................613