69
UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRICOLE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ CLUJ-NAPOCA FACULTATEA DE AGRICULTURĂ SPECIALIZAREA TPPA PROIECT TEHNOLOGIA ZAHĂRULUI Îndrumător:

-Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRICOLE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ CLUJ-NAPOCA

FACULTATEA DE AGRICULTURĂSPECIALIZAREA TPPA

PROIECT

TEHNOLOGIA ZAHĂRULUI

Îndrumător: Profesor Racolţa Emil

2006-2007

Page 2: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

CENTRIFUGAREA

Centrifuga cu fund conic pentru capacitatea de prelucrare de 3000 t/24h sfeclă de zahăr

2

Page 3: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Cuprins

Introducere...................................................................................................................4

1.Partea scrisă..............................................................................................................7

1.1.Descrierea procesului tehnologic..........................................................................7

1.2.Descrierea operaţiei.........................................................................................23

1.3.Descrierea utilajului conducător....................................................................29

1.4.Norme de protecţie a muncii şi igienă............................................................31

2.Partea de calcul.......................................................................................................33

2.1.Bilanţul de materiale.......................................................................................33

2.2. Calculul numărului de centrifuge.................................................................39

3. Partea grafică.........................................................................................................40

3.1. Schema tehnologică generală.........................................................................40

3.1.1. Schema detaliată a operaţiei...................................................................41

3.2.Reprezentarea grafică a bilanţului de materiale..........................................41

Bilbiografie.................................................................................................................46

3

Page 4: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Introducere

Din timpurile cele mai îndepărtate, omul a apreciat în alimentaţia sa substanţele

dulci. Denumirea de zahăr, aproape comună în toate limbile, derivă probabil din

limba sanscrită „ sankara”. Din India, trestia de zahăr trece în China, şi către sfârşitul

secolului V în Persia. După cucerirea Persiei, arabii introduc trestia de zahăr în

Arabia, Siria, Egipt şi în insula Cipru; apoi în sudul Franţei, în Spania şi în insulele

Canare. O dată cu descoperirea Americii, trestia de zahăr este dusă în insulele Antile

şi în America Centrală (Mexic), apoi în America de Sud (Brazilia).

Încă din anul 1747, chimistul A.S.Marggraf a constatat că unele specii de sfeclă

(mangoldul alb şi mangoldul roşu) conţin un zahăr identic cu cel din trestie. Abia

către sfârşitul secolului al XVIII-lea, F.K.Achard, elevul lui Marggraf, reuşeşte să

extragă zahărul din sfeclă.

Până să ajungă la stadiul actual de dezvoltare, industria zahărului din sfeclă a

avut de parcurs un drum lung. Cultura sfeclei de zahăr a fost introdusă la noi în ţară

între anii 1873-1876, perioadă în care s-au construit cu capital străin primele fabrici şi

anume: la Chitila şi la Sascut. În ceea ce priveşte judeţul Mureş fabrica de zahăr de la

Târgu-Mureş se înfiinţează în anul 1893 iar cea din Luduş abia în 1960.

Zahărul este un aliment necesar si mult apreciat, datorită calităţilor sale şi

anume: gust dulce, valoare energetică şi putere bacteriostatică. Zahărul este asimilat

complet şi repede de organismul omenesc şi produce căldură şi energie musculară.

Zahărul constituie materia primă de bază la fabricarea produselor zaharoase; se

foloseşte de asemenea la fabricarea produselor de patiserie, la fabricarea unor

sortimente de conserve (dulceaţă, gem, compot, marmeladă). Zahărul este o substanţă

aproape chimic pură care conţine:

4

Page 5: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

zaharoză 99,6-99,8%

substanţe minerale 0,2-0,3%

umiditate 0,1-0,15%

Sfecla de zahăr împreună cu trestia de zahăr sunt cele două plante care produc

astăzi toată cantitatea necesară de zahăr pe glob. Trestia de zahăr creşte în ţinuturi cu

clima caldă, în timp ce sfecla de zahăr este cultivată aproape în toate ţările cu climă

temperată. Zahărul din trestie se obţine în condiţii mai avantajoase decât zahărul din

sfeclă, atât în ceea ce priveşte cultura, cât şi fabricarea. Trestia dă un randament

superior de zahăr la hectar faţă de sfeclă, iar mâna de lucru costă mai puţin în ţările

producătoare de trestie, pentru că:

aceeaşi butaşi dau mai multe recolte;

munca locuitorilor din colonii este prost plătită de către proprietarii de culturi

de trestie.

De asemenea, fabricarea zahărului din trestie este mai rentabilă decât din sfeclă

pentru următoarele motive:

durata campaniei este mai lungă decât în cazul sfeclei;

purificarea sucului din trestia de zahăr se face mai uşor decât a zemii de

difuziune din sfeclă;

forţa motoare şi cantitatea de vapori necesară procesului tehnologic este

furnizată prin combustia resturilor celulozice ale tulpinilor de trestie;

melasa rezultată de la fabricile de zahăr din trestie este întrebuinţată ca

materie primă pentru fabricarea unei băuturi căutate-romul.

Cu toate acestea, sfecla de zahăr este cultivată în Europa de 160 de ani şi

acoperă cerinţele de zahăr ale ţărilor care o conduc. Acest succes se explică prin

foloasele culturii sfeclei de zahăr pentru agricultură şi industrie şi anume:

- sfecla se adaptează uşor la diferite condiţii de climă şi sol;

- sfecla prezintă importanţă deosebită în asolament; ca plantă premergătoare, ea

ridică recolta plantelor ce urmează a fi semănate;

5

Page 6: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

- sfecla de zahăr este planta de cultură care, cu excepţia trestiei de zahăr,

asigură cel mai mare număr de calorii şi extrage din sol cele mai multe

substanţe nutritive de pe unitatea de suprafaţă;

- în urma culturii sfeclei de zahăr, o parte din substanţele extrase din sol se

întorc în gospodării sub formă de capete cu frunze şi borhot. Aceste nutreţuri

constituie o hrană deosebit de bună pentru animale;

- nămolul şi spuma de var care rezultă din fabricaţie se folosesc ca îngrăşământ

şi amendament pentru solurile acide;

- din borhot se fabrică clei pectinic, iar melasa serveşte ca materie primă pentru

diferite industrii fermentative, de exemplu: fabricarea alcoolului etilic, a

glicerinei, a drojdiei de panificaţie;

6

Page 7: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

1.Partea scrisă

1.1.Descrierea procesului tehnologic

Sfecla de zahăr

Materia primă cu cea mai mare importanţă în industria zahărului este sfecla de

zahăr. Sfecla aparţine genului Beta care face parte din familia Chenopodiaceae. Este

o plantă bianuală care în primul an de dezvoltare, din sămânţă formează frunzele şi

rădăcina. Rădăcina are formă conică şi ca structură este formată din trei părţi:

capul este porţiunea care poartă fruzele;

gâtul sau coletul nu poartă frunze sau rădăcini laterale;

corpul rădăcinii, care are în lungul lui, pe două părţi diametral opuse, două

şanţuri în spirală.

Compoziţia chimică a sfeclei influenţează procesul tehnologic de fabricare a

zahărului. Compoziţia chimică variază între anumite limite, în funcţie de soiul sfeclei,

de condiţiile de cultivare, de natura mediului, de cantitatea şi natura îngrăşămintelor.

Rădăcina sfeclei în primul an conţine 3-5% substanţă solidă (marc) şi 95-97%

suc. Marcul este format din celuloză şi hemiceluloză, substanţe pectice, substanţe

proteice insolubile, saponine, grăsimi, substanţe minerale.

Sucul conţine 75-80% apă şi 20-25% substanţă uscată. Substanţa uscată din suc

conţine 16-20% zaharoză şi în rest alte substanţe denumite în tehnologie nezahăr.

În procesul tehnologic trebuie să se ţină seama de proprietăţile substanţelor care

însoţesc zahărul în sfeclă pentru a se evita dificultăţile pe care acestea le pot crea.

Dintre substanţele care intră în compoziţia marcului, o atenţie deosebită trebuie

acordată substanţelor pectice. Aceste substanţe sunt insolubile în apă rece, însă la

temperatură ridicată, la un anumit pH sau sub influenţa enzimelor pot forma geluri

care apoi se dizolvă trecând în zeamă şi produc neajunsuri la filtrarea zemii, la

cristalizarea zahărului.

7

Page 8: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Substanţele proteice insolubile sunt îndepărtate în procesul de difuzie şi în

procesul de purificare. Saponinele care trec în zeama de difuzie, pe lângă faptul că

sunt toxice, pot produce o cantitate mare de spumă.

Compoziţia sucului poate fi redată schematic astfel:

Suc - apă

- substanţă uscată - zaharoză

- nezahăr - substanţe anorganice

- substanţe organice - fără azot

- cu azot

Substanţele anorganice. Între substanţele anorganice solubile predomină

compuşii potasiului (50-60% din cantitatea de cenuşă) care au o influenţă negativă

asupra procesului tehnologic, împiedicând cristalizarea zahărului. În afară de potasiu

se mai întâlnesc următoarele elemente: Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Ni, Zn- în cantităţi mai

mici. În cenuşă, metalele apar ca oxizi.

Substanţele anorganice fără azot. Rafinoza este un trizaharid compus dintr-o

moleculă de fructoză, una de glucoză şi una de galactoză. Ea deviază planul luminii

polarizate spre dreapta, deci la determinarea cantităţii de zahăr din sfeclă se pot

înregistra erori.

Rafinoza împiedică cristalizarea zahărului.

Zahărul invertit împiedică de asemenea cristalizarea zahărului.

Galactoza şi arabinoza se găsesc în cantităţi foarte mici.

Acizii organici (oxalic, citric, tartric, malic) determină caracterul acid al

sucului.

Substanţe organice cu azot. În compoziţia sucului se întâlnesc un număr mare

de aminoacizi, dintre care, în cantitate mai mare, acidul asparagic şi acidul glutamic.

Tirozina este un tot un aminoacid care se oxidează sub influenţa unei enzime

(tirozinaza), formând un compus colorat. Această enzimă poate fi distrusă prin

încălzire la 80-90 oC.

8

Page 9: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Asparagina şi glutamina sunt amidele corespunzătoare acizilor asparagic şi

glutamic. Sunt optic active, înfluenţând determinarea zaharozei pe cale polarimetrică.

Sub acţiunea temperaturii şi a varului se descompun punând în libertate amoniac.

Betaina este un derivat al glicocolului, care nu suferă nici o transformare în

procesul tehnologic şi contribuie la reţinerea zahărului în melasă.

În operaţiile de purificare, o parte din proteinele care au trecut în zeamă se

elimină prin precipitare. O parte din azotul total rămâne însă solubil pe tot parcursul

procesului tehnologic şi are o influenţă negativă asupra randamentului în zahăr.

Aceşti compuşi ai azotului formează „azotul vatămător”. Din cauza acestor compuşi

o parte din zahăr pot cristaliza, rămânând în melasă.

Descărcarea sfeclei din vagoane

Pentru a se asigura continuitatea prelucrării, în fabrică trebuie să existe un stoc

de sfeclă al cărui volum depinde de condiţiile de aprovizionare, de condiţiile

climaterice, de spaţiul de care dispune fabrica. În incinta fabricii sfecla se depozitează

în canale special amenajate. Sfecla este adusă de la bazele de recepţie sau de la

silozuri, cu ajutorul vagoanelor de cale ferată, a autocamioanelor, a căruţelor.

Descărcarea sfeclei se poate face manual, sau cu instalaţii mecanice sau

hidraulice.

1.Descărcarea manuală- se face cu ajutorul furcilor cu dinţi rotunjiţi, pentru a se

evita rănirea sfeclei. Acest mod de descărcare este folosit din ce în ce mai puţin,

datorită volumului mare de muncă pe care-l solicită.

2.Descărcarea cu instalaţii mecanice- pentru descărcarea autocamioanelor există

platforme basculante pe care sunt aşezate camioanele şi prin înclinarea acestor

platforme sfecla se descarcă prin alunecare. Sfecla cade într-un buncăr pe sub care

trece banda transportoare. Cu ajutorul acestor benzi sfecla este trimisă la instalaţii de

distribuire în silozuri.

3. Descărcarea sfeclei pe cale hidraulică- se face cu ajutorul unui jet de apă cu o

presiune de 4 atmosfere. Instalaţia de descărcare hidraulică se compune dintr-un

9

Page 10: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

postament de beton sau metal pe care se află o cabină de comandă ce se poate roti în

jurul ei cu 360o . În această cabină stă manipulatorul care deserveşte instalaţia.

Prin rotirea cabinei se urmăreşte ca dispozitivul de trimitere a jetului de apă să

ajungă deasupra vagonului. Presiunea apei împinge sfecla în canalul care se află la

marginea liniei ferate şi de aici sfecla este transportată, o dată cu apa, în fabrică.

Sfecla descarcată pe cale hidraulică intră direct la prelucrare.

Canale pentru depozitarea sfeclei

Canalele pentru depozitarea sfeclei se construiesc în două feluri: de adâncime şi

de suprafaţă. Canalul de adâncime are o secţiune de formă triunghiulară, cu pereţii

laterali la o înclinaţie de 45o faţă de verticală, pentru ca sfecla să cadă uşor în canalul

transportor.

Canalul transportor este acoperit cu grătare de lemn sau de tablă peste care se

aşează sfecla. Canalul transportor are o pantă de scurgere în linie dreaptă de 10-12

mm/m, iar la curburi de 14-18 mm. La capăt are un ştuţ prin care se transmite apa

necesară transportului sfeclei.

Transportul sfeclei către prelucrare se face prin scoaterea grătarelor şi

împingerea ei cu ajutorul furcilor în apa din canalul colector.

În fabricile mai noi antrenarea sfeclei în canal se face cu un jet puternic de apă

cu presiune de 2-3 atmosfere, care se trimite cu ajutorul hidranţilor. Canalele în care

se folosesc asemenea hidranţi sunt canale de suprafaţă având o înclinare foarte mică a

pereţilor laterali de 10-15o .

Cantitatea de apă necesară transportului sfeclei prin canale este de 600-1000%

faţă de sfeclă. Apa ce se întrebuinţează la transport nu trebuie să aibă o temperatură

mai mare de 25 oC, pentru a se evita pierderile de zahăr. În apa de transport, la 20 oC

se pierde circa 0,01-0,02% zahăr în mod normal când sfecla este sănătoasă.

10

Page 11: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Utilaje folosite pentru ridicarea sfeclei în maşina de spălat

Datorită înclinării canalelor colectoare şi a distanţei până la fabrică, capătul

canalului şi rezervorul colector de sfeclă se află la un nivel destul de jos. Pentru a

introduce sfecla în fabrică este, deci, nevoie să se folosească mijloace de ridicare a

sfeclei până la maşina de spălat.

Utilajele mai des folosite pentru ridicarea sfeclei sunt: transportorul elicoidal

înclinat, pompa Mamut, roata elevatoare, pompa Sigma.

- transportorul elicoidal înclinat – se foloseşte atunci când ridicarea sfeclei se

face de la o adâncime de maximum 3 m.

- roata elevatoare – se foloseşte pentru ridicarea sfeclei la înălţimi de circa 8

m.

- pompe pentru sfeclă – se folosesc pentru ridicarea sfeclei la înălţimi de până

la 12 m. Sunt pompe centrifuge cu dimensiuni mari şi turaţie mică, spre a se

evita distrugerea sfeclei.

Spălarea sfeclei de zahăr

Înainte de a fi prelucrată, sfecla de zahăr trebuie bine spălată pentru a se

îndepărta impurităţile aderente pe suprafaţa sfeclei, ca: pământ, nisip; totodată se face

şi îndepărtarea impurităţilor transportate de către apă, a dată cu sfecla, ca: noroi,

nisip, pietre, paie, frunze.

În consecinţă, o maşină de spălat sfeclă va trebui să fie astfel construită încât

sfecla care părăseşte maşina şi trece la tăiere să fie curată, să nu conţină nisip, pietre

şi paie care se elimină cu ajutorul separatoarelor de paie şi pietre şi care distrug sau

înfundă cuţitele de la maşinile de tăiat.

Spălarea sfeclei se realizează cu ajutorul unor maşini de construcţie specială,

care funcţionează pe principiul contracurentului, între apă şi sfeclă.

11

Page 12: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Clorinarea sfeclei

După spălare, pentru a se evita dezvoltarea microorganismelor ce se găsesc la

suprafaţa sfeclei şi care pot da naştere la fermentaţii dăunătoare în fazele următoare

ale procesului tehnologic, sfecla se stropeşte cu apă clorinată de 2...5 mg Cl/litru.

Apele de transport şi spălare

În fabricile de zahăr apa folosită pentru transportul şi spălarea sfeclei reprezintă

o cantitate de circa 600-1000% faţă de masa sfeclei, ceea ce pentru o fabrică ce

prelucrează 3000t sfeclă/24 ore reprezintă circa 30 000 t apă. Această cantitate mare

de apă face necesară amplasarea fabricilor de zahăr în apropierea unor surse cu debit

mare.

Curăţirea apelor de transport şi spălare se face prin decantare şi epurare. În acest

scop, apele de transport şi spălare sunt captate într-un colector de unde, cu ajutorul

pompelor, sunt trimise în instalaţii de decantare.

În fabricile din ţara noastră funcţionează două feluri de asemenea instalaţii:

decantorul cu circulaţie orizontală (Aqua pura)

decantorul cu circulaţie verticală (Door)

Transportul sfeclei pentru cântărire şi tăiere

După ce sfecla părăseşte instalaţia de spălare este necesar să fie transportată

pentru a fi cântărită şi tăiată. În cele mai multe fabrici, sfecla, după ce părăseşte

maşina de spălat, trece într-un jgheab vibrant cu fund dublu, care o transportă până la

elevatorul de sfeclă.

Cântărirea sfeclei are ca scop înregistrarea exactă a cantităţii de sfeclă ce intră

în fabricaţie. Cunoscând această cantitate şi conţinutul de zahăr din sfeclă, se poate

calcula cantitatea de zahăr ce intră în fabricaţie şi astfel se poate realiza un control al

modului cum este condusă fabricaţia pe întregul parcurs al procesului tehnologic.

12

Page 13: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Tăierea sfeclei

Prin tăierea sfeclei în tăiţei se urmăreşte crearea condiţiilor de extragere prin

difuziune a zahărului care se află dizolvat în sucul celular al sfeclei. Transformarea

sfeclei în bucăţi mici se poate realiza prin:

- transformarea ei în terci prin maşini speciale;

- transformarea ei în terci prin maşini de tăiat.

Sfecla se taie în tăiţei în formă de jgheab cu secţiunea în „V”. Din practică s-a

constatat că această formă este cea mai indicată, deoarece prezintă cea mai mare

rezistenţă la tasare şi o rezistenţă mică la circulaţia zemii printre tăiţei, oferind o

suprafaţă mare de contact.

Lăţimea tăiţeilor este de 3-5 mm, iar grosimea de 1 mm. Se consideră că

lungimea cea mai indicată este de 22-25 mm pentru difuzia clasică şi de 9-15 mm

pentru instalaţiile cu funcţionare continuă.

Maşinile de tăiat sfecla sunt de trei tipuri:

cu disc

centrifugale

cu tambur

Tăiţeii de sfeclă trebuie să prezinte rezistenţă mare la tasare, sa opună o

rezistenţă cât mai mică la circulaţia zemii şi să conţină cât mai puţine sfărâmături.

Calitatea tăiţeilor se exprimă prin cifra „Silin” care reprezintă lungimea tăiţeilor

conţinuţi în 100 g din care s-au îndepărtat tăiţeii cu lungime sub 1 cm şi grosime sub

0,5 mm. Procentul de sfărâmături în tăiţei nu trebuie să depăşească 2%.

Obţinerea zemii de difuzie

Scopul industriei zahărului este de a obţine o cantitate cât mai mare de zahăr

cristalizat, plecând de la sfecla dată. La ora actuală zahărul din sfeclă se extrage

exclusiv prin difuzie.

Procesul de difuzie a fost introdus în industria zahărului între 1864-1865, în

Moravia de către Robert. Începând din 1802 până la apariţia procedeului propus de

13

Page 14: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Robert, extragerea sucului din sfeclă se realiza prin presare. Se supunea presării

sfecla foarte fin mărunţiţă, iar sucul reprezenta materialul din care se separa, ulterior,

zahărul prin cristalizare.

Denaturarea protoplasmei. În vacuolele ţesuturilor de parenchim şi floem

zahărul este dizolvat alături de nezahăr. Pereţii celulelor sunt alcătuiţi, în special din

celuloză şi substanţe pectice şi servesc la schimburile de substanţe ale celulelor, în

funcţie de necesităţile protoplasmei vii. Vacuola este închisă în pelicula

protoplasmatică, ce este izolată de peretele celular prin membrana plasmolemă iar de

spaţiul cu suc de către tonoplast. Protoplasma sau citoplasma este numai parţial

permeabilă, ea nu permite decât apei să o traverseze, iar pentru celelalte substanţe nu

este permeabilă. De aceea, zaharoza şi restul substanţelor dizolvate nu o pot traversa

decât după ce-şi pierde calitatea naturală de semipermeabilitate. Sub acţiunea

căldurii, începând de pe la 60oC substanţele proteice ale protoplasmei încep să

coaguleze iar membrana îşi pierde semipermeabilitatea, se denaturează.

Studiile lui Schneider au evidenţiat că vitezele de denaturare ale ţesuturilor de

parenchim şi de floem sunt diferite. Floemul care are concentraţie de zahăr mai

ridicată se denaturează mai lent, ceea ce poate cauza creşterea pierderilor în borhot.

Protoplasma coagulată şi pereţii celulari ai ţesuturilor sfeclei, au rolul unui material

filtrant la extracţie, ei reţin în borhot macromoleculele de proteine şi alţi alcaloizi ce

însoţesc zaharoza vacuolar.

Difuziune se numeşte acel fenomen fizic prin care substanţele dizolvate trec

libere în partea aceea a soluţiei unde concentraţia lor este mai mică, până ce în

întreaga soluţie repartizarea moleculelor dizolvate este uniformă.

În apa rece, zahărul din tăiţeii de sfeclă nu va difuza, în soluţie trecând doar

zahărul din sucul celular al celulelor care au fost tăiate de către cuţitele maşinilor de

tăiat. Dacă tăiţeii însă se introduc în apă fierbinte încălzită la peste 70 oC, se constată

că zahărul din tăiţei a trecut în apa în care au fost introduşi, până ce concentraţia în

zahăr a sucului celular şi a apei a ajuns aceeaşi.

Instalaţiile de difuziune folosite la noi în ţară sunt:

14

Page 15: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

baterii de difuzie clasice tip Robert;

instalaţii cu funcţionare continuă- aparatul de difuzie rotativ, sistem Bergé;

aparatul de difuzie rotativ, sistem R.T.; instalaţia de difuzie continuă BMA; instalaţia

de difuzie Buckau-Wolf;

instalaţii de difuzie cu presare-mixte- sistem Steffen;

Purificarea zemii de difuzie

La prelucrarea unei sfecle normale se obţine din staţia de difuziune „zeama de

difuzie”, care este o soluţie apoasă, colorată de la brun-deschis până la brun-închis-

negru, care spumegă uşor, opalescentă având în suspensie pulpă fină de sfeclă, nisip,

argilă. Zeama de difuzie este un sistem polidispers care conţine substanţe cu natură şi

proprietăţi chimice şi fizice, foarte diferite, prezente în număr extrem de mare. Zeama

de difuzie are un conţinut de 16-18% substanţă uscată, din care 1,5-2,5% îl constituie

nezahărul.

Compoziţia zemii de difuzie depinde în cea mai mare măsură de calitatea sfeclei

din care provine. În procesul de difuzie, pe lângă zaharoză, din celulele sfeclei trec în

zeama de difuzie şi o serie de nezaharuri.

Nezahărul zemii de difuziune se compune din substanţe solubile şi în stare

coloidală şi anume:

- neorganice

- organice solubile fără azot

- organice coloidale fără azot

- organice solubile cu azot

- organice coloidale cu azot

Prin purificarea zemurilor se urmăreşte îndepărtarea cât mai completă a

nezahărului din zemuri şi astfel să se poată obţine o cantitate cât mai mare de zahăr

din sfecla prelucrată şi de o calitate care să-l facă bun pentru consum.

La actualul nivel al tehnicii privind purificarea zemii de difuziune şi ţinând

seama de rezultatele obţinute în fabrici în ceea ce priveşte eficacitatea şi rentabilitatea

15

Page 16: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

diferitelor metode de purificare, verificate pe scară industrială, sunt considerate ca

„industriale” următoarele metode:

- metoda cu CaO şi CO2 cu îndepărtarea coloizilor prin predefecare;

- metoda cu CaO şi CO2 fără îndepărtarea coloizilor prin predefecare;

- metoda de purificare prin schimbători de ioni.

Principiul purificării cu var şi bioxid de carbon constă în tratarea zemii de

difuzie cu hidroxid de calciu, care are rolul de a realiza coagularea substanţelor

coloidale şi descompunerea substanţelor nezaharoase. Apoi zeama se tratează cu

bioxid de carbon în scopul precipitării unor nezaharuri şi a îndepărtării laptelui de var

sub formă de carbonaţi; precipitatul format are rolul de a adsorbi substanţele

coloidale şi colorate din zeamă. Varul se adaugă în zeamă sub formă de lapte de var

(sau solid), urmând transformarea excesului adăugat în CaCO3 prin barbotare cu CO2

până la o alcalinitate titrabilă, faţă de fenolftaleină, de 0,06-0,1% CaO, pentru 100 ml

zeamă, obţinându-se zeama de carbonatarea întâi.

După filtrarea zemii de carbonatarea întâia pentru separarea precipitatului se

execută o a II-a saturaţie, pentru eliminarea cât mai avansată a calciului din soluţie.

Aceasta se conduce până la o alcalinitate titrabilă de 0,008% până la 0,025% CaO,

urmând o nouă separare, prin filtrare.

Predefecarea urmăreşte precipitarea şi coagularea nezahărului care poate trece

în stare insolubilă în prezenţa varului. Parametrii conducerii predefecării sunt reglaţi

pentru condiţii optime de coagulare şi precipitare.

Defecarea are scopul de a suplimenta varul adăugat care se va transforma în

CaCO3 şi va favoriza filtrarea în condiţiile defecării având loc reacţiile necesare

obţinerii de zemuri termostabile.

Deoarece la defecare se adaugă var în exces, la saturaţia I, care urmează, se

realizează o purificare suplimentară a zemii, prin adsorbţia unei părţi din nezahărul

dizolvat, mai ales a substanţelor colorante şi a sărurilor de calciu la suprafaţa

particulelor de CaCO3. La prima carbonatare se păstrează un exces de alcalinitate în

16

Page 17: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

soluţie, pentru asigurarea stabilităţii nezahărului precipitat, acest exces corespunzând

alcalinităţii coagulării a substanţelor coloidale din zeamă.

Carbonatarea a II-a are scopul de a îndepărta cât mai complet posibil varul şi

în general ionii de calciu, sub formă de CaCO3, care este practic insolubil, în

condiţiile saturaţiei a II-a. Acest lucru este posibil deoarece după saturaţia I-a s-a

îndepărtat prin filtrare coagulul coloidal şi nu mai există pericolul peptizării lui.

Prefierberea zemii subţiri are ca scop eliminarea din zeamă a bicarbonatului de

calciu solubil, prin transformarea lui la temperatura de peste 100 oC în carbonat

insolubil.

Prin sulfitarea zemii subţiri se urmăreşte:

- reducerea alcalinităţii până la 0,01% CaO şi a vâscozităţii zemii siropurilor

şi a maselor groase;

- decolorarea zemii prin acţiunea reducătoare a acidului sulfuros format.

Pentru a preveni pierderea de zahăr în fazele următoare de fabricaţie prin

fierberea zemii subţiri şi a siropurilor cu alcalinităţi relativ ridicate la evaporaţie şi

cristalizare şi a scădea vâscozitatea siropurilor şi a maselor groase prin scăderea

nezahărului ce-l conţin, zeama subţire se tratează cu bioxid de sulf.

Prin filtrarea zemurilor se urmăreşte îndepărtarea din zemuri a precipitatului de

carbonat de calciu, format ca urmare a tratării lor cu CaO, CO2, SO2. Filtrarea se va

produce cu atât mai repede cu cât:

- diferenţa de presiune dintre o parte şi alta a turtei de nămol este mai mare;

- raza capilarului prin care trece zeama este mai mare;

- cu cât rezistenţa la trecerea lichidului datorită frecării de pereţii capilarului,

rezistenţă ce depinde de vâscozitatea lichidului şi de lungimea tubului capilar,

este mai mică.

Deci, pentru a se asigura filtrarea rapidă a nămolului este necesar:

17

Page 18: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Evaporarea

Zeama purificată, care are un conţinut de substanţă uscată cuprins între 11-15%,

trebuie supusă unui proces de concentrare în vederea obţinerii zahărului sub formă

cristalizată. Pentru aceasta este necesar să se îndepărteze apa, ceea ce se realizează în

două stadii:

Evaporarea cu efect multiplu. Într-o staţie de evaporare cu efect multiplu,

zeama subţire purificată este concentrată cât de mult este posibil, evitându-se

cristalizarea. În practică, conţinutul în substanţă uscată creşte în staţiunea de

evaporare până la 60-65%, obţinându-se o zeamă concentrată, numită zeamă groasă

sau sirop concentrat.

Concentrare în aparate vacuum. În aparate cu vid, siropul care are 60-65o

Bx este concentrat în continuare, până la 90-93 oBx, obţinându-se o masă groasă care

reprezintă o suspensie de cristale în sirop-mamă. Siropul-mamă conţine în soluţie tot

nezahărul aflat în zeama subţire, precum şi o parte din zahăr, pe care impurităţile îl

reţin ca necristalizabil.

Cea mai mare cantitate de apă se îndepărtează în staţia de evaporaţie, aceasta

fiind de 90-105% faţă de masa sfeclei prelucrate de fabrică, ceea ce corespunde la 7-8

kg apă/kg zahăr.

La evaporaţie soluţia se supune fierberii unde se concentrează de la un conţinut

de substanţă uscată de circa 15% până la circa 65%. Căldura necesară este furnizată

prin condensarea aburului.

Staţia de evaporare asigură un sirop cu concentraţie constantă şi adecvată

conducerii cristalizării prin fierbere şi furnizează abur de încălzire pentru diferitele

operaţii tehnologice ale fabricii. De asemenea produce o cantitate importantă de apă

condensată, care este folosită pentru alimentarea cazanelor de abur, pentru încălzire şi

în scopuri tehnologice.

Aparatele pentru realizarea evaporării sunt:

- aparatul de evaporare cu ţevi verticale (tip Robert);

- evaporatorul cu cameră de încălzire suspendată;

18

Page 19: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

- evaporatorul cu peliculă ( tip Kestner);

Tratarea zemii groase

În vederea introducerii sale în aparatele de vid pentru concentrare cristalizare,

zeama groasă este supusă următoarelor operaţii: corectarea concentraţiei,

neutralizare, decolorare şi filtrare. Pentru corectarea concentraţiei, zeama groasă care

iese din evaporare este pompată într-un rezervor prevăzut cu agitator, unde este

amestecată cu cleră sau cu zeamă subţire, după cum are Bx-ul sub 65o sau mai mare.

Pentru decolorarea zemii se utilizează cărbunele activ şi sulfitarea. Prin tratarea zemii

concentrate cu bioxid de sulf, se realizează în acelaşi timp şi o neutralizare până la

pH=7,5. În locul bioxidului de sulf se poate întrebuinţa hidrosulfitul de sodiu care se

prezintă sub formă solidă, dozându-se mai uşor.

Zeama groasă astfel tratată şi încălzită este filtrată la o presiune de 0,4-0,5 bar,

cu viteza de filtrare de 2,5l/m2 şi minut. Se practică următoarele procedee de filtrare a

zemii groase:

- filtrarea prin pânză de filtru, în filtrele cu saci;

- filtrarea printr-un strat de pământ de infuzoriu, prin filtrele cu lumânări;

- filtrarea cu instalaţii de tip „Filtomat” şi „Alfa-Laval”.

Se obţine un sirop limpede, deschis la culoare, care este trimis în rezervorul

dinaintea aparatului de fierbere sub vid.

Fierberea şi cristalizarea

Cristalizarea are scopul de a extrage cu un randament cât mai înalt posibil, sub

formă de cristale, zahărul din siropul concentrat, obţinut din staţia de evaporare.

Pentru aceasta, siropul concentrat se evaporă şi cristalizează în aparatele vacuum

până în jurul concentraţiei de 92o Bx, obţinându-se o masă groasă, care este o

suspensie de cristale de zahăr într-un sirop-mamă.

Acest sirop intercristalin sau sirop de scurgere conţine toate impurităţile iniţiale

din masă, puritatea siropului intercristalin fiind deci inferioară purităţii masei fierte.

19

Page 20: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Siropul-mamă, din care nu mai este rentabil să se obţină zahăr prin fierbere şi

cristalizare, se numeşte melasă. Melasa conţine aproximativ85% substanţă uscată şi

50% zahăr, care constituie o pierdere pentru fabrică.

Zahărul cristal alb este obţinut în aparatele vacuum, fie direct din siropul

concentrat primit de la evaporare, fie din siropuri de zahăr cu purităţi mai scăzute,

care au suferit un proces de purificare, fie din zahăr brut, care a fost afinat,

centrifugat şi redizolvat.

Procesul fierberii şi cristalizării constă din trei faze distincte:

- formarea cristalelor;

- creşterea cristalelor formate, până la obţinerea mărimii dorite;

- îngroşarea finală a masei groase.

Centrifugarea

Separarea amestecurilor eterogene se poate realiza şi cu ajutorul forţei

centrifuge, care apare la rotirea amestecului cu mare viteză. Operaţia de separare sub

efectul forţei centrifuge se numeşte centrifugare, iar utilajele cu ajutorul cărora se

realizează se numesc generic centrifuge.

Scop şi principiu. Masa groasă a produsului I, după ce este adusă în malaxoare

la temperatura de centrifugare, este supusă operaţiei de centrifugare, datorită căreia

cristalele de zahăr se separă de siropul intercristalin.

Descărcarea masei groase din aparatele de fiert se face prin scurgerea ei sub

acţiunea forţei gravitaţiei, în aşa-numitele malaxoare sau refrigerenţi, care sunt

amplasate sub aparatele de fiert.

Spălarea zahărului centrifugat

Pentru îmbunătăţirea purităţii zahărului brut în vederea formării siropului

standard pentru zahărul alb se poate aplica spălarea în centrifugă, folosind o cantitate

mică de apă. Produsul se supune centrifugării la 85oC preîncălzindu-l în distribuitorul

de masă şi se albeşte în două etape: prima după separarea siropului intercristalin cu al

20

Page 21: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

doilea sirop de la produsul întâi şi apoi cu apă fierbinte de 90 oC în proporţie de 0,03-

0,04 faţă de masă.

Prin folosirea siropului de albire în proporţie de 3-4% cu un conţinut de

substanţă uscată la 70-72%, la 85 oC, se obţine un zahăr galben cu o coloraţie de 1,4-

1,8 o Stammer şi puritate de 99,7% care se apropie de zahărul de produs întâi şi se

poate amesteca pentru a fi dat în consum sau se poate folosi în industria conservelor

sau panificaţie.

Afinaţia.În cazul maselor ce conţin cristale de dimensiuni neuniforme

necesitând pentru spălare cantităţi de apă mari, se aplică afinaţia. Zahărul brut se

amestecă cu un sirop verde intermediar formând o magmă a cărui sirop intercristalin

are o vâscozitate mai redusă şi determină o diluare a filmului de melasă de la

suprafaţa cristalelor.

Zahărul separat prin centrifugarea acestei magme are puritate ridicată, putând

merge până la 99% şi chiar 99,8%. Siropul de afinaţie se foloseşte la sfârşitul

fierberii, în aparatul de fierbere de produs final.

Metoda afinităţii este avantajoasă deoarece se pot prelucra, cu centrifugi

continui şi mase cu granulaţii neuniforme, îmbunătăţeşte calitatea siropului standard

şi reduce volumul masei de produs intermediar cu 18-20%.

Afinaţia repetată poate îmbunătăţi foarte mult coloraţia, conţinutul de cenuşă şi

turbiditatea soluţiei. Cenuşa este îndepărtată cu uşurinţă până la 85% şi mai greu

substanţele colorante şi cele ce dau turbiditatea.

Uscarea zahărului tos

Pentru ca zahărul sa poată fi păstrat pe o perioadă mai lungă , trebuie să

îndeplinească următoarele condiţii:

- umiditate circa 0,05%

- pH = 6,8-7,4

- lipsă zahăr invertit şi răcit la temperatura mediului ambiant

21

Page 22: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Conţinutul de apă al zahărului centrifugat depinde de dimensiunile cristalelor,

variind astfel:

- pentru cristale de 1,0-1,5 mm, umiditatea este aproximativ 0,5%

- pentru cristale de 0,25- 0,30 mm, umiditatea este aproximativ 2,0%

Se deosebesc două forme de uscare: naturală şi artificială. Uscarea naturală se

efectuează în aer liber, fără încălzire artificială. Pentru uscarea artificială a zahărului

cristalizat se întrebuinţează diverse sisteme, în funcţie de mărimea cristalelor.

22

Page 23: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

1.2.Descrierea operaţiei

Centrifugarea

Până pe la mijlocul secolului XIX, în industria zahărului, cristalele se separau

de siropul intercristalin al maselor groase sub acţiunea gravitaţiei. În general se

foloseau nişte forme conice cu fundul perforat, în care se punea masa groasă. Siropul

se scurgea iar în forme rămâneau „căpăţânile de zahăr”.

Separatorul centrifugal a fost introdus pentru prima dată de către Deer şi fost

utilizat în industria textilă.

Separarea amestecurilor eterogene sub influenţa forţei centrifuge se realizează

pe două principii:

prin sedimentare, când separarea sub influenţa forţei centrifuge se

realizează pe bază de diferenţă de densitate. Separarea componenţilor se face prin

stratificarea lor. Ea se aplică amestecurilor eterogene lichid-lichid, solid-solid, solid-

lichid, solid-gaz. Spaţiul în care are loc separarea este în mişcare de rotaţie şi are

pereţii plini. Amestecul datorită forţei centrifuge se separă în straturi în ordinea

densităţii, cele cu densitate mai mare fiind mai aproape de perete. Centrifugarea pe

principiul sedimentării uneori capătă denumiri speciale, în funcţie de faza tehnologică

pe care o realizează.

Sedimentarea sub influenţa forţei centrifuge se realizează de fapt în două faze:

-depunerea fazei cu densitatea cea mai mare, care se supune legilor

hidrodinamicii- în cazul sedimentelor solide;

-trecerea sedimentului, care se supune legilor mecanicii solului.

prin filtrare, care se aplică în special amestecurilor eterogene solid-lichid;

lichidul străbătând suprafaţa filtrantă sub influenţa forţei centrifuge, iar particulele

solide ale amestecului, acţionate şi ele de forţa centrifugă, fiind reţinute la suprafaţa

stratului filtrant ca şi în cazul filtrării.

23

Page 24: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Factorii care influenţează centrifugarea

Efectul forţei centrifuge fie că realizează separarea prin sedimentare sau prin

filtrare, este influenţat de o serie de factori, printre care cei mai importanţi sunt:

mărimea forţei centrifuge

natura materialului de separat

natura materialului din care se construieşte utilajul

Mărimea forţei centrifuge - separarea este determinată de forţa centrifugă care

ia naştere la rotirea unui corp în jurul axei. Mărimea forţei centrifuge care apare prin

rotirea corpului se determină pe baza legilor mecanicii. Forţa centrifugă care se naşte

în cazul unei mişcări circulare a unui corp de masă m, cu viteza unghiulară ω, pe

traiectorie de rază R este:

F=m∙ω∙R

în care:

m - masa totală aflată în rotaţie, în kgf∙s2/ m2;

ω – viteza unghiulară, în rad/s;

R – raza de rotaţie,în m.

Natura materialului de separat – materialul supus separării sub influenţa forţei

centrifuge, prin caracteristile sale, influenţează separarea. Toate caracteristicile

materialelor care aduc dificultăţi la sedimentare sau filtrare se comportă în mod

similar şi la centrifugare.

Vâscozitatea influenţează defavorabil separarea centrifugală. Pe măsură ce

creşte vâscozitatea, separarea se realizează mai greu. Orice măsură luată centru

micşorarea vâscozităţii ajută separarea prin centrifugare. Reducerea vâscozităţii se

poate efectua prin încălzire, diluare cu apă, înlăturarea componenţilor coloidali.

Spuma este un obstacol de separare, deoarece bulele care o alcătuiesc se ataşază

de particulele solide, le măresc volumul aparent şi prin aceasta micşorează masa

volumică aparentă. Este indicat ca spuma să fie înlăturată înainte de începerea

operaţiei de centrifugare, sau să se introducă în amestec substanţe care împiedică

24

Page 25: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

spumarea. Substanţele care împiedică spumarea sunt substanţe vâscoase care în

acelaşi timp micşorează viteza de separare.

Alegerea materialului pentru construirea centrifugelor

Ţinând seama de efectul forţei centrifuge care apare în mişcarea de rotaţie la

construcţia centrifugelor de orice tip trebuie să se ţină seama de anumite elemente.

Important pentru realizare este alegerea materialului de construcţie şi alegerea turaţiei

optime.

Alegerea materialului de construcţie trebuie să se facă ţinând seama de două

elemente:

caracteristicile materialului supus separării sub efectul forţei centrifuge

rezistenţa admisibilă a materialului care este supus presiunii ce apare

datorită efectului forţei centrifuge.

Stabilirea turaţiei optime- procesul de separare centrifugală este cu atât mai

eficace cu cât turaţia este mai mare, deoarece viteza de separare sub influenţa forţei

centrifuge este proporţională cu turaţia la pătrat. Pentru a se evita însă presiuni prea

mari asupra precipitatului şi lichidului, este necesar să se aleagă o turaţie care să

asigure că nu se vor distruge anumite calităţi ale precipitatului datorită presiunii

interioare. Aceasta este şi mai important pentru materialele cristaline, cum este şi

cazul zahărului sau lactozei care se separă prin filtrare centrifugală. Pentru acest scop

este necesar să se ia în considerare presiunea exercitată asupra precipitatului. În

general prin filtrare centrifugală umiditatea scade la mai mult de jumătate din valoare

dacă solidul respectiv este lăsat să se scurgă liber. Efectul de scurgere este şi mai

puternic pentru solide care se găsesc în stare cristalizată.

Principiul centrifugării

Separarea cristalelor de zahăr de siropul intercristalin se realizează sub acţiunea

forţei centrifuge dezvoltate prin punerea în mişcare de rotaţie la mare turaţie, a masei

groase aflată în toba centrifugii.

25

Page 26: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Descrierea operaţiei:

Încărcarea centrifugei – se face în mers, când tamburul se învârteşte cu o

viteză redusă (200-300 rot/min); la această turaţie, separarea siropului de cristale se

face în mică măsură încât masa groasă rămâne destul de fluidă şi se repartizează

uniform pe toată înălţimea tamburului. Suprafaţa interioară a masei groase în

centrifugă ia forma unui paraboloid de revoluţie, asigurând astfel echilibrarea

sistemului tambur-încărcătură.

Dacă încărcarea s-ar face atunci când tamburul a atins o viteză mare de rotaţie,

eliminarea siropului mamă s-ar face înainte ca masa groasă să aibă timpul să se

repartizeze uniform; stratul de masă groasă de pe pereţii centrifugei ar prezenta

neregularităţi, datorită scurgerii neuniforme a masei groase prin jgheaburile de

distribuţie.

Pentru încărcarea unei centrifuge se deschide registrul corespunzător acesteia şi

se lasă astfel să se scurgă masa groasă din malaxorul distribuitor al bateriei printr-un

jgheab care poate fi lăsat în jos sau ridicat după trebuinţă. Cantitatea de masă care se

introduce în centrifugă variază cu dimensiunile acesteia şi este de ordinul 300-

1000kg.

Încărcarea insuficientă a tamburului scade randamentul centrifugei, iar

încărcarea cu o cantitate prea mare este dăunătoare, fiindcă surplusul de masă groasă

se varsă peste marginile tamburului şi cade în sirop, mărind puritatea acestuia.

După încărcarea masei groase, se închide registrul şi după ce se curăţă cu

atenţie jgheabul de resturile de masă groasă, se ridică în sus pentru a împiedica

curgerea de sirop în timpul centrifugării; se evită astfel formarea conglomeratelor de

cristale de zahăr care înrăutăţesc calitatea produsului finit.

Separare siropului verde – tamburul se învârteşte din ce în ce mai repede, până

ajunge la turaţia maximă. În această perioadă se îndepărtează cea mai mare parte din

siropul intercristalin.

Cu cât forţa de expulzare a siropului în exteriorul tamburului este mai mare, cu

atât centrifugarea durează mai puţin.

26

Page 27: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Spălarea sau albirea zahărului – prin centrifugare, siropul mamă nu este

separat complet. La suprafaţa cristalelor rămâne un strat de sirop atât de subţire încât

forţele de adeziune între cristale şi filmul de sirop egalează forţa centrifugă.

Cu cât cristalele sunt mai mici, cu atât este mai mare suprafaţa lor specifică şi

deci şi cantitatea de sirop reţinută pe cristale. Îndepărtarea filmului de sirop de pe

cristale se poate face prin spălare: cu apă şi cu abur; numai cu apă; numai cu abur.

Scopul spălării este de a înlocui acest strat subţire de sirop mamă printr-un sirop

care să conţină mai puţin nezahăr.

În timpul centrifugării, masa groasă se spală cu apă fierbinte 70-80 oC apoi cu

abur de 150-160 oC, pentru a menţine temperatura optimă de centrifugare până la

descărcarea zahărului. Apa este trimisă sub presiune în centifugă într-un tub metalic

prevăzut cu duze pentru pulverizat apa.

Fiind montat paralel cu generatoarea tamburului el trimite peste cristale un

curent de apă în formă de picături fine. Apa, căzând pe stratul de zahăr, sub acţiunea

forţei centrifuge trece prin cristalele de zahăr şi antrenează cu ea şi o parte din siropul

aderent.

Totodată, în apa de spălare, se dizolvă o cantitate oarecare de cristale. Puritatea

siropului rezultat de la spălare - siropul alb - este mai mare decât a siropului verde.

Pentru spălarea cu abur se întrebuinţează abur supraîncălzit (3-6 at). În raport cu

greutatea masei groase se consumă circa 2% abur, din care 1% se condensează pe

cristale şi trece în siropul alb şi 1% este îndepărtat cu ajutorul unei instalaţii de

ventilaţie.

Aburul care străbate prin stratul de cristale pe de o parte îl încălzeşte, ceea ce

micşorează vâscozitatea filmului de sirop de pe cristale şi înlesneşte astfel scurgerea

lui, pe de altă parte înlătură, prin acţiune mecanică, o parte din acest sirop.

Zahărul obţinut este alb, cu o umiditate scăzută (0,5%) şi fierbinte (circa 70 oC),

ceea ce ajută la uscarea lui ulterioară. Afară de aceasta în timpul spălării, aburul se

condensează neîntrerupt şi menţine constantă temperatura şi umiditatea zahărului,

încât acesta nu „usucă prea tare”, nu se lipeşte şi se descarcă uşor.

27

Page 28: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Frânarea centrifugei – când albirea zahărului este terminată, se închide aburul

şi se opreşte cât mai repede tamburul centrifugei. În cazul când centrifugele sunt

acţionate individual cu motor electric trifazic, se începe frânarea prin trecerea de la

viteza superioară la viteza inferioară. Această fază trebuie să fie cât mai scurtă, nu

numai pentru că reprezintă timp neproductiv, ci şi stratul de zahăr se „usucă prea

tare”.

Cristalele, la început independente, se sudează unele de altele prin uscare şi

formează o masă compactă, care se desface foarte greu şi cade din tambur sub formă

de blocuri de diferite mărimi.

Descărcarea zahărului – când tamburul este oprit, se dau la o parte capacele de

deasupra, se ridică conul de închidere a orificiului de descărcare, apoi se taie cu

plugul stratul inferior de zahăr, restul cade singur.

Separarea siropurilor obţinute la centrifugare – siropurile care se scurg din

centrifuge sunt supuse unei noi operaţii de fierbere şi cristalizare, în scopul de a

extrage din ele maximum posibil de zahăr.

Se ştie, de asemenea, că dintr-o masă groasă cu puritate mai ridicată se obţine

zahăr de calitate mai bună. Întrucât siropul verde are o puritate mai scăzută decât

siropul alb, este important să nu se amestece, pentru a putea fi trimise respectiv la

fierberea maselor groase cu puritate corespunzătoare nivelului lor de puritate.

Injectarea de abur între manta şi tambur îmbunătăţeşte separarea, deorece sita,

fiind încălzită, siropul verde devine mai puţin vâscos şi se scurge mai repede.

28

Page 29: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

1.3.Descrierea utilajului conducător

Centrifuga cu fund conic

Este o maşină cu descărcare rapidă şi cu o capacitate bună de lucru. Astfel la o

capacitate de umplere medie de 500kg, o turaţie de 1000 ture/min şi diametrul tobei

de 1220 mm poate realiza 36 şarje/oră. Este o maşină de tip suspendat, a cărei tobă

este construită astfel încât zahărul separat se descarcă sub greutatea proprie, la oprirea

centrifugii. Toba centrifugii care în partea de jos este uşor conică se obţine prin

presare fără puncte de sudură şi este sudată de capac şi de rozeta arborelui.

Toba centrifugii (tamburul) este confecţionată din oţel aliat rezistent şi are

grosimea de 5-7 mm sau mai subţire. Toba este perforată având orificii rotunde sau

sub formă de fante, cu o suprafaţă liberă de cernere de peste 20%.

Partea superioară a tobei este deschisă şi o traversează arborele fixat de tobă

prin rozeta de la baza sa. În interiorul tobei se pune o sită de distanţare confecţionată

din împletitură de sârmă de alamă, sau galvanizată, sau din inox, cu ochiuri mari. Pe

această sită se pune sita centrifugii ( de filtrare) propriu-zisă care este confecţionată

din tablă de alamă sau cupru având perforaţii foarte dese în funcţie de tipul masei de

centrifugat.

Toba centrifugii se roteşte în interiorul unei mantale cilindrice fixe, concentrică

cu toba şi montată astfel că între tobă şi manta rămâne un spaţiu inelar cu lăţimea de

150-200 mm.

Siropul rezultat prin centrifugare este proiectat pe suprafaţa interioară a

mantalei, se scurge în jurul ei şi se adună în ulucul circular de la partea inferioară a

spaţiului dintre tobă şi manta. De aici printr-o conductă este dirijat fie în jgheabul de

sirop verde, fie în cel de sirop alb, după caz.

Dezavantajele centrifugii cu fund conic constau în:

-umplerea defectuoasă, mai ales la masele cu purităţi ridicate şi cristale de

granulaţie mare, precum şi în apariţia vibraţiilor;

29

Page 30: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

-la produsele vâscoase, forma necorespunzătoare a tamburului nu permite

spălarea uniformă, care este insuficientă în zona inferioară;

-cere o atenţie deosebită la spălarea cu apă, operaţie ce trebuie făcută în

momentul când umiditatea zahărului este cuprinsă între 1,5-2,5%;

-spălarea cu abur supraîncălzit (la zahărul tos) trebuie făcută chiar înainte de

descărcare pentru a evita întărirea zahărului în centrifugă şi îngreunarea

autodescărcării;

-evacuarea nu se realizează totdeauna în bune condiţii.

Totuşi, acest tip de centrifugă este simplu în construcţie şi uşor de întreţinut, iar

sita se uzează puţin.

30

Page 31: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

1.4.Norme de protecţie a muncii şi igienă

- centrifugele de zahăr tos trebuie să fie prevăzute cu capace.

- este obligatoriu ca fiecare operator să comunice, la terminarea schimbului,

starea centrifugelor, în special a celor automatizate şi continue.

- la fiecare centrifugă se recomandă să existe un mecanism pentru ridicarea

conului de închidere şi lăsarea lui în jos.

- este interzisă supraîncărcarea centrifugelor. În jurul centrifugelor se vor monta

podeţe de o înălţime astfel aleasă încât lucrătorul să poată deservi uşor centrifuga.

- dispozitivele de pornire şi oprire vor fi astfel construite încât să nu permită

pornirea accidentală. Dacă după pornire se observă că centrifuga funcţionează

anormal (oscilează), are trepidaţii, zgomot etc. aceasta trebuie oprită imediat şi se va

anunţa maistrul de schimb.

- pe marginea centrifugelor este interzisă aşezarea oricăror obiecte ce ar putea

să cadă în centrifugă şi să o scoată din turaţia normală.

- descărcarea centrifugelor neautomatizate se va face numai la oprirea lor

completă.

- este cu desăvârşire interzisă urcarea pe centrifugă în timpul mersului, chiar

dacă este acoperită cu capace.

- toate frânele la centrifugă trebuie verificate continuu pentru a fi în perfectă

stare.

- se interzice frânarea centrifugelor cu lopeţi sau alte obiecte.

- este interzis a se folosi găleţi, căni pentru spălarea zahărului în centrifugă.

- se vor prevedea covoare de cauciuc în faţa centrifugei continue.

- muncitorii care deservesc centrifugele vor purta haine bine strânse pe corp, iar

pe cap bonetă.

- rezervoarele şi jgheaburile de scurgere ale siropurilor de la centrifuge trebuie

să fie acoperite.

- axele centrifugelor vor fi vopsite la exterior cu vopsea galbenă.

31

Page 32: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

- în timpul funcţionării centrifugelor se interzice părăsirea locului de muncă.

Acestea vor fi supravegheate permanent.

- se interzice a lucra la staţia de centrifuge personal neinstruit.

- este obligatorie verificarea în remont a stării de uzură a tamburilor şi axelor.

- este interzisă mărirea numărului de turaţii a tamburului centrifugei.

- electromotoarele şi toate părţile centrifugelor care pot fi puse accidental sub

tensiune trebuie să fie legate la nulul de protecţie şi la pământ.

- fiecare centrifugă va fi prevăzută cu iluminat local la tensiunea de 24 V.

- în cazul întăririi zahărului în centrifugă se interzice evacuarea cu

descărcătorul. Şarja se va evacua prin spălare cu apă caldă.

- dacă la tamburi apar pendulări, operatorul este obligat să oprească centrifuga

din funcţiune.

- vor fi întocmite şi afişate instrucţiuni de exploatare şi de protecţie a muncii

pentru fiecare grup şi tip de centrifuge conform celor prevăzute în cartea tehnică cât

şi de proiectant.

32

Page 33: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

2.Partea de calcul

2.1.Bilanţul de materiale

Difuzia:

C = 3000t/24 hC- capacitateaS: RT= 110-115%S- sutirajul pentru instalaţia de difuziune RTt: 100 mint- timpulρ= 1030 kg/m3

ρ- densitatea

Qz- debitul de zeamă de difuzie

Qvz- debitul volumic de zeamă Predefecarea

Cantitatea de lapte de var-0,3 kg la 100kg sfeclăSe foloseşte Ca(OH)2 ce conţine 206g CaO/l

100 kg sfeclă ................................0,3kg CaO2083 kg/min sfeclă ...................... X

1litru Ca(OH)2................................206g /lCaO Y ..................................6249g/min CaO

QVP- debit volumic predefecare

33

Page 34: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Defecarea

- tratamentul mai avansat cu lapte de var introducându-se în plus 1,8 kg CaO la 100kg sfeclă- timpul 10 minute

100 kg sfeclă.............................1,8 kg CaO2083 kg/min sfeclă ................... Z

1 litru Ca(OH)2.........................206 g CaO B ...........................37494 g/min CaO

QVD = QVp + QVp var = 2350,33 + 182 = 2532,33 litri/min = 2,53 m3/min

QVD- debit volumic la defecare

Saturaţia

- tratamentul cu CO2

- zeama de difuzie are aciditatea de 0,04% CaO- zeama saturată are alcalinitatea de 0,08% CaO- coeficientul de utilizare al CO2 este de 0,75 %- masa specifică a CO2 ρ= 1,977 mg/cm3 sau ρ= 1,977 kg/ m3

- conţinutul de CO2 al gazului de saturaţie este de 26% volume- durata de saturare este de t=10 minute- la saturare intră zeama defecată

CaO + CO2 → CaCO3

100 kg zeamă ............. .................... 0,04 kg CaO2396 kg/min zeamă ......................... X

, pentru aciditate

QmZD- debitul masic al zemii de difuzie

100 kg zeamă ................................0,08 kg CaO2605,9 kg/min zeamă .................... Y

34

Page 35: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

, pentru alcalinitate

CaOtotal = CaOpredefecare + CaOdefecare = 6,249 +37,494 +43,743 kg/min CaOCaO care reacţionează = 43,743 – ( 0,95+2,08 ) = 40,713 kg/min CaO

56 kg CaO .................................... 44 kg CO2

40,713 kg/min .............................. Z

Evaporarea

SUZS = 12-15%SUZG = 60-65%- abur de încălzire: P= 2,5 atm la t=130 oC- temperatura de fierbere în corpul 1 al staţiei de evaporare = 116 oC- temperatura de fierbere în corpul 5 al staţiei de evaporare = 60-65 oCQZD = 2605,9 kg/min CaO + CO2 → CaCO3

44 kg CO2 .................................100 kg CaCO3

31,98 kg/min ............................. X

QZS- debitul de zeamă subţire

ZS - zeama subţireSUZS - substanţa uscată a zemii subţiriZG - zeama groasăSUZG – substanţa uscată a zemii groase

35

Page 36: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

W- apa evaporată

Fierberea

SUMG = 92-95%SUZG = 60-65%

MG- masa groasăapă evaporată

Centrifugarea

M = 6,6 kg/sZh = 83,62%Nezah = 8,38%A = 8,00%

Sv : Zh = 61% Sa : Zh = 66,9% Zt : Zh = 98% Nezah =11,61% Nezah = ? A = 2% A = 27,39% A = ?Sv- sirop verde Sa- sirop alb Zt- zahăr tos

Sv (sirop verde) reprezintă 24% din masa groasăA (apa) reprezintă 1,5% din masa groasăW (abur) reprezintă 2,5% din masa groasă

, sirop verde

, apa

, abur

Sa = ? Sa = 1,98 kg/sZb = ? Zb = 5,01 kg/sZt =? Zt = 3,3 kg/s

36

Page 37: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

I.

, zahăr tos

, sirop alb

II.

III.

IV.

37

Page 38: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Zb: Zh = 90,77%

Nezah = 7,36%

A = 1,87%

V.

2.2. Calculul numărului de centrifuge

Cunoscând capacitatea de fabricaţie pe 24 de ore, randamentele în masă groasă

şi durata unui ciclu de centrifugare, se poate calcula numărul necesar de centrifuge.

38

Page 39: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Capacitatea de producţie a fabricii este de 3000 t sfeclă/24h. Randamentul de

masă produs I şi II este de 32% respectiv 7,5% faţă de sfeclă. Durata unui ciclu de

centrifugare pentru produsele I şi II este 6 şi respectiv 16 minute.

Cantitatea de masă groasă:

- produs I =

- produs II =

Numărul necesar de centrifuge va fi:

centrifuge pentru produsul I

centrifuge pentru produsul II

Capacitatea centrifugelor pentru produsul I este de 500kg iar pentru produsul II este

de 350kg.

3. Partea grafică

3.1. Schema tehnologică generală

Apă Sfecla de zahăr Lapte de var Bioxid de sulf

↓ Bioxid de carbon Depozitare în canale

↓ Transport hidraulic

39

Page 40: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

↓ Spălare

↓ Difuziune

↓ Zeamă de difuzie

↓ Purificare

↓ Evaporare

↓ Zeamă groasă

↓ Fierbere şi cristalizare

↓ Masă groasă produs I

↓ Centrifugare Spălare

↓ Zahăr tos Sirop verde Sirop alb

↓ Fierbere şi cristalizare

↓ Masă groasă produs II

↓ Centrifugare

↓ Zahăr brut Melasă Borhot Apă de golire

3.1.1. Schema detaliată a operaţiei

Apă Abur Masa groasă ↓

Centrifugare ↓

Zahăr brut ↓

Spălare

40

Page 41: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

↓ Albire

↓ Sirop alb Zahăr tos Sirop verde

3.2.Reprezentarea grafică a bilanţului de materiale

Bilanţul de materiale reprezintă latura cantitativă a transformărilor de natură fizico-mecanică, chimică, biochimică pe care un material le suferă în timpul unui proces tehnologic. Pe baza bilanţurilor de materiale se pot stabili consumurile specifice de materii prime, dimensionarea utilajelor. Bilanţul de materiale poate fi reprezentat sub formă de: - tabel - tabel-schemă - ca materiale intrate şi ieşite exprimate cantitativ la scară

I. Reprezentarea sub formă de tabel

Nr. crt

Materiale intrate Materiale ieşite

operaţia

material

Simbol U.M. Valoarea operaţia

material

Simbol U.M. Valoarea

1. centrifugare centrifugaremasa groasă

apaaburTotal

M Kg/s 6,6 zahăr cristalsirop verdesirop alb

Total

Zt Kg/s 3,30A Kg/s 0,099 Sv Kg/s 1,58W Kg/s 0,165 Sa Kg/s 1,98

6,86 6,86II. Reprezentarea sub formă de tabel-schemă

Masa groasă Centrifugare Sirop verde 1,58 kg/s

6,6 kg/s

41

Page 42: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Apa 0,099kg/s Spălare Sirop alb 1,98%

Abur Albire Zahăr tos 3,3 kg/s

0,165kg/s

42

Page 43: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

III. Reprezentare cantitativă la scară 4:1 Apa 0,099 cm Masa groasă 6,6 cm Abur 0,165 cm

Sirop verde 1,58 cm Zahăr cristal 3,3 cm Sirop alb 1,98 cm

1,58 kg/s sirop verde 3,3 kg/s zahăr cristal 1,98 kg/s sirop alb

43

Page 44: -Tehnologia-Zaharului-Centrifugarea

Bilbiografie

1. Culache Domnica, Platon V., - Tehnologia zahărului, Bucureşti, Editura

Tehnică.

2. Domşa F., Iliescu L., - Tehnologia zahărului, 1962, Bucureşti, Editura

De Stat Didactică şi Pedagogică.

3. Domşa F., Iliescu L., - Tehnologia zahărului, 1973, Bucureşti, Editura

Tehnică.

4. Jereghe G., Murgeanu A., Haciadur O., - Tehnologia industriilor

extractive, 1970, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică.

5. Stănescu Z., Rizescu G., - Sfecla de zahăr, 1976, Bucureşti, Editura

Ceres.

6. Norme de protecţia muncii pentru industria zahărului şi produselor

zaharoase, 1988, Bucureşti.

44