Зелепукин Ю.И. – канд. техн. наук, доц. каф. технологии бродильных и сахаристых производств ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий (ВГУИТ), тел. 8-910-341-47-24, эл. почта: yura.zelepukin.57@mail.ru;
Яньшин В.П. — генеральный директор ООО ИК «Вектор», тел 8-905-655-99-49, Электронная почта: leto5056@mail.ru.
Введение.
Производство сахара в России, по прогнозам, может достигнуть 6,6 млн. т в 2025/26 г. Хотя более реалистично рассчитывать на 6,4 млн. т. Россия остаётся крупнейшим производителем свекловичного сахара в 2025/26 г.
Годовое потребление сахара по стране ожидается на уровне 5,8 млн. т.
Большинство сахарных заводов Российской Федерации успешно провели ремонт и своевременно приступили к переработке сахарной свеклы в текущем году. Урожайность сахарной свеклы зависит от региона ее выращивания, но ожидается снижение урожайности сахарной свеклы, по сравнению с прошлым годом. Переработку сахарной свеклы в этом производственном сезоне заводы начали раньше, чем в прошлом году. Данные на середину сентября 2025 г. показывают, что средняя урожайность по РФ составляет 36,42 т/га.
Техническая оснащенность сахарных заводов России находится на высоком уровне, что позволяет наращивать производительность заводов. Этому способствует не только качественно проведенные ремонты оборудования, но и постоянная модернизация технологии и технологического оборудования.
Анализ работы некоторых сахарных заводов РФ в сентябре 2025 г. показывает, что установка нового технологического оборудования позволяет значительно повысить эффективность переработки сахарной свеклы, но в то же время были отмечены и некоторые недоработки в технологических схемах заводов, устранение которых позволили бы заводам существенно повысить рентабельность свеклосахарного производства.
Так, например, особое внимание уделяется совершенствованию станции сокоочистки. Например, некоторые сахарные заводы устанавливают новые аппараты прогрессивной предварительной дефекации (ППД). Предпочтение отдается восьми секционным аппаратам, что позволяет создать более плавное изменение рН по секциям аппарата и, тем самым, повысить качественные характеристики преддефекованного сока, и, как следствие, очистки в целом.
Анализируя работу такого аппарат на одном из российских сахарных заводов, авторы хотели бы отметить эффективную работу аппарата. На рис. 1 представлен общий вид такого аппарата, который был смонтирован и установлен летом этого года.
Рис. 1. Общий вид аппарата прогрессивной предварительной дефекации.
Аппарат прогрессивной преддефекации состоит из следующих основных частей:
- корытообразного корпуса (1); разделенного по длине неподвижными перегородками (2) и поворотными заслонками (3) на отдельные секции (зоны), закрытые сверху крышками (4);
- перемешивающего устройства, состоящего из двух валов (5) и лопастей (6), жёстко закреплённых на валу в каждой секции;
- электропривода (7), включающего два электродвигателя, два редуктора и зубчатые полумуфты;
- подвода диффузионного сока (8), подачи известкового молока (10);
- переливной коробки (11) для отвода преддефекованного сока;
- элементов схемы автоматизации.
Аппарат имеет 8 секций.
Аппарат прогрессивной предварительной дефекации был установлен на месте старого преддефекатора.
Авторами проекта был предложен технологический режим проведения прогрессивной предварительной дефекации. Диффузионный сок с диффузии через расходомеры, насосами качается через подогреватели (3), на мезголовушки (4) диффузионного сока. Затем, очищенный от мезги диффузионный сок подается в первую секцию преддефекатора Бригель-Мюллера. В последнюю секцию преддефекатора, через расходомер, вводится известковое молоко в количестве 0,2 -0,3 % СаО к массе свеклы, обеспечивающем выход преддефекованного сока с рН 10,8-11,4 (рис. 2).
Рис. 2. Технологическая схема проведения прогрессивной предварительной дефекации.
С целью уменьшения расхода известнякового камня, повышения эффективности использования извести, полного осаждения несахаров и получения плотного преддефекационного осадка, предусмотрены следующие возвраты:
— Возврат суспензии сока I сатурации — через расходомер и коллектор во 2 — 4 зону преддефекатора (10 – 15 % к объему расхода диффузионного сока в зависимости от технологического режима);
— Возврат суспензия сока II сатурации – через расходомер в трубопровод подачи диффузионного сока в первую секцию (весь объем суспензии);
— Возврат нефильтрованного сока с котла I сатурации — (только по распоряжению технолога, когда перерабатывается свекла ухудшенного качества).
Количество возвратов, зоны ввода возвратов, оптимальный рН сока — зависит от технологического режима, который разрабатывает инженер-технолог на основании качества перерабатываемой свёклы и общего содержания извести и щелочности на выходе из преддефекатора. Все оперативные изменения технологических параметров возможны только после указания и согласования их с инженером — технологом.
Благодаря специальной конструкции аппарата процесс преддефекации осуществляется при противоточном движении более щелочного сока навстречу диффузионному соку через щели, образованные подвижными перегородками и корпусом аппарата. При этом преддефекация протекает при плавном нарастании щелочности до оптимального значения и рН-паузой в зоне стабилизации ВКД и ВМС. При вводе сгущенной суспензии сока I сатурации образуются слабо гидратированные плотные конгломераты несахаров, при этом достигается наиболее полное осаждение несахаров и получение плотного преддефекационного осадка, устойчивого к пептизации на последующих стадиях известковой очистки диффузионного сока.
В наибольшей степени цель преддефекации достигается при температуре 40 – 50 °С и продолжительности 30 мин. При таком проведении преддефекации очистка преддефекованного сока максимальная, а цветность – минимальная.
Основное условие успешного проведения прогрессивной преддефекации – это равномерное движение сокового потока при неизменном соотношении возвращаемой суспензии сока I сатурации. Только при постоянной скорости прохождения сока через аппарат может быть достигнута необходимая степень подщелачивания.
Изменяя размер (окон) щелей между кромками перегородок и корпусом аппарата, рекомендуется поддерживать следующие значения рН20:
Рис. 3. Изменение рН по зонам на прогрессивной предварительной дефекации.
Допустимое отклонение ± 0,2.
Плавное нарастание щелочности и медленный ее рост во второй – четвертой зонах, позволяет создать стабилизационный эффект Бригель-Мюллера, который необходим для создания зоны стабилизации частиц коллоидной дисперсности и более полной коагуляции высокомолекулярных соединений (ВМС) и коллоидов.
Хотелось также обратить внимание на работу диффузионных аппаратов. На многих заводах не уделяется пристального внимания на подготовку питательной води для диффузионных аппаратов. А ведь это один из основных параметров, влияющих на эффективность проведения диффузионных процессов. И особого внимания заслуживает вопрос подготовки жомопрессой воды. Мезофильные микроорганизмы попадают в диффузионную установку с плохо отмытой или поврежденной свеклой и питающей водой.
Схема очистки предусматривает добавление в жомопрессовую воду после прессов формалина и антипенного вещества, нагрев для стерилизации и улавливание пульпы, отстаивание и охлаждение до определенной температуры.
На многих заводах получила распространение схема ускоренной подготовки воды для диффузии, по которой можно очищать как жомопресовую, так и барометрическую воду (рис. 4).
Схема работает следующим образом. Жомопрессовая вода через мезголовушку поступает в сборник исходной воды 9 и оттуда насосом подается в однопроходный пароконтактный подогреватель первой ступени 2, где нагревается паром самоиспарения обработанной воды. Из подогревателя 2 вода проходит через гидрозатвор 4 с высотой столба жидкости около 9 м в однопроходный пароконтактный подогреватель второй ступени 3, где нагревается вторичным паром IV или III корпуса выпарной установки до температуры 85—90 °С. Гидрозатвор компенсирует разрежение в подогревателе 2 с учетом возможных колебаний. Из подогревателя 3 вода поступает в цилиндрический отстойник 5, где в течение 10—12 мин осветляется, стерилизуется и через регулирующий клапан 7 направляется в вакуумный охладитель 8. В охладителе при остаточном давлении 0,03— 0,035 МПа вода вскипает, образующийся пар отводится в пароконтактный подогреватель 2 для нагрева исходной воды, а очищенная жомопрессовая вода, охлажденная до 70—75 °С, подается в диффузионный аппарат. Отстоявшийся осадок из отстойника 5 непрерывно с помощью струйного насоса 6 выводится на дуговое сито 10, где отделяется мезга. Вода из дугового сита возвращается в сборник исходной воды 9.
Рис. 4 Схема подготовки жомопрессовой воды для диффузионного процесса.
В качестве рабочей жидкости в струйный насос из охладителя 8 подают часть осветленной жомопрессовой воды.
Существуют и другие схемы подготовки жомопрессовой воды, но они технически более сложные и в настоящее время практически не используются. /Сапронов/
Большинство сахарных заводов в России в своих технологических схемах предусматривают обработку свекловичного жома мелассой.
Свекловичный жом, на российских сахарных заводах, в основном используется в корм КРС и для производства комбикормов. Несколько десятков лет назад на корм КРС отправляли сырой свекловичный жом после жомовых прессов, т.к. многие откормочные комплексы по откорму КРС строились недалеко от сахарных заводов. Затем обстановка несколько изменилась, количество откормочных комплексов уменьшилось и так как сырой жом длительное время хранить было невозможно (он быстро портился) его выгоднее стало высушивать и только после этого жом стали использовать для откорма КРС и направлять для производства комбикормов. Жом с низким содержанием влаги не более 14 %, не только хорошо хранится достаточно длительное время, но и требует значительно меньше финансовых и других затрат на свою транспортировку.
Состав свекловичного жома сложный, исследования показывают, что сухие вещества (СВ) свекловичного жома представлены не только пектинами. Примерно на четверть (до 25 %) СВ жома состоят из целлюлозы; чуть меньше (до 23 %) из гемицеллюлозы; до 2,5 % азотистых веществ; до 1,3 % золы и до 0,3 % сахара. Кроме того, в свекловичном жоме имеются витамин С и такие дефицитные в питании аминокислоты, такие как лизин и треонин.
Однако, в настоящее время, значительное количество жома используется на корм скоту и в комбикормовой промышленности /4/. Азотистых веществ в свекловичном жоме содержится лишь немного меньше, чем в сене и овсе, а безазотистых веществ примерно в 1,5 раза больше, чем в сене и почти столько же, сколько в овсе.
Сахарный заводы практически все оборудованы жомосушками и весь жом высушивается, т.к. высушенный жом хорошо сохраняется и транспортируется. Жом необходимо равномерно высушивать до содержания остаточной влаги 12 — 13 %, и хранить в сухом складском помещении. Пересушенный жом, легко крошится, ломается и истирается, образуя много мелочи и пыли. Он плохо брикетируется. Сухой жом с содержанием влаги выше 13 % считается браком, так как при хранении подвергается загниванию. Такой жом необходимо возвращать на досушивание. Останавливать сушильный барабан для досушивания в нем жома нельзя, так как это может привести к загоранию жома. Свекловичный жом должен соответствовать ГОСТ Р 54901-2012 «Жом сушеный. Технические условия» /5/. Огромное большинство сахарных заводов оснащены грануляторами для получения гранулированного жома, что позволяет получить экономическую выгоду и по хранению, и по транспортировке такого жома.
Сушеный гранулированный жом сахарные заводы активно экспортировали за рубеж, т.к. он пользовался повышенным спросом.
Для сушки жома может быть использовано различное топливо (жидкое, твердое, газообразное) и пар. В таблице №1 приведены данные по качеству жома, полученного при различных способах сушки жома.
Качественные показатели жома при сушке его дымовыми газами и паром.
В настоящее время сушка жома производится главным образом дымовыми газами, получаемыми от сжигания топлива в отдельной топке, т.к. переход на высушивание жома паром требует значительных финансовых и материальных затрат, хотя при сушке паром качественные показатели жома лучше, что может позволить использовать жом для получения более ценных продуктов.
Для повышения питательной ценности свекловичного жома, как корма для КРС, предлагается добавлять к нему мелассу /1,2/. Если раньше рекомендовалось добавлять мелассу и в сырой жом /2/, то в последние годы целесообразно добавлять ее при производстве сушеного жома. Такой жом, в отличие от обычного сухого жома, называется сухим жомом с добавлением мелассы. Его получают путем добавлением мелассы либо к отжатому сырому жому перед его сушкой (наиболее правильный прием), либо к высушенному жому перед гранулированием. Нормальное количество мелассы, добавляемой в сухой или сырой отжатый жом, должно составлять около 30 % к весу сухого жома без мелассы.
Чтобы меласса полнее впитывалась отжатым жомом и не налипала на детали сушилки, необходимо хорошо смешивать ее с жомом. Для этого после жомовых прессов устанавливают специальный лопастный смеситель или шнек, снабженный перемешивающими лопатками. При добавлении мелассы к сухому жому смесители ставят перед грануляторами. А в случае добавлении мелассы непосредственно к высушенному жому, содержание влаги в получаемом жоме с добавлением мелассы не должно превышать 13 — 14 %.
Технологическая схема получения мелассированного жома несложная и ее можно в короткие сроки смонтировать практически на любом сахарном заводе и получать новый продукт с новыми параметрами по качеству и пищевой ценности для пищи животных. То позволит расширить ассортимент выпускаемой сахарным заводом продукции, увереннее себя чувствовать на рынке, в том числе на зарубежном.
«Курский федеральный аграрный научный центр» разработал стандарт организации СТО 45379563 – 003 — 2022 — Жом свекловичный с добавлением мелассы. Технические условия /7/. Стандарт организации был утвержден и введен в действие Протоколом заседания Правления Некоммерческой организации «Союз сахаропроизводителей России» № 57 от 26 июля 2022 г. Данный стандарт определяет параметры продукта, условия его хранения, транспортирования и т.п.
Необходимо обратить внимание на модернизацию вакуум-аппаратов. К сожалению, не все вакуум-аппараты оснащены перемешивающими устройствами. Вакуум-аппараты, не оснащенные перемешивающими устройствами, т.е. без циркуляторов, имеют ряд недостатков:
— температура утфеля в нижней части и по всей высоте паровой камеры составляет 95 – 98 0 С, а в верхней части утфельной массы температура становится равной 68 0 С, что приводит к неравномерному росту кристаллов сахара;
— недостаточная циркуляция утфеля в вакуум-аппарате;
— для работы вакуум-аппарата требуется пар второго корпуса выпарной станции, что приводит к повышенному расходу топлива;
— для улучшения циркуляции и снижения пресыщения требуется добавлять в утфель аммиачную воду.
Существующие на некоторых сахарных заводах вакуум-аппараты с принудительной циркуляцией, также имеют ряд конструктивных недостатков, что негативно сказывается на конечные результаты работы. В вакуум-аппаратах не обеспечивает равномерное распределение поступающих порций сиропа в массе утфеля. Это приводит к образованию зон с пониженным и повышенным содержанием сухих веществ в массе утфеля, что влияет на неравномерный рост кристаллов. Кроме того, по мере увеличения уровня утфеля внутри вакуум-аппарата, в верхней части вакуум — аппарата ухудшается циркуляция, появляются застойные зоны.
Циркуляция утфеля происходит интенсивно в районе паровой камеры, а это приводит к перетиранию образовавшихся кристаллов и является одной из причин образования мелких вторичных кристаллов, так называемой «муки».
Датчики контроля кристаллизации (вискозиметры, рефрактометры) установлены в зонах застоя, в местах с плохой циркуляцией, что может сформировать неверные сигналы для осуществления своевременной подачи сиропа в вакуум – аппарат.
Целесообразно в вакуум-аппараты установливать вертикальные циркуляторы, так называемые комфузоры, коллектора сиропа, автоматизации процесса уваривания и кристаллизации утфеля.
Рис. 5. Вакуум-аппарат с циркулятором и конфузором.
Данные мероприятия позволят:
* сократить расход топлива на 0,5 % к массе перерабатываемой свеклы;
* увеличить выход кристаллического сахара на 1,59 % к массе утфеля;
* увеличить выход кристаллического сахара с каждой вари из одного вакуум – аппарата на 0,872 тонны;
* сократить время активной варки утфеля на 20 минут;
* сократить количество мелких кристаллов на 5,5 %;
* увеличить средний размер кристалла сахара на 5,7 %;
* снизить цветность сахара на 10%;
* увеличить выход сахара на 0,5%.