Centrifugarea

UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ CLUJ-NAPOCA

FACULTATEA DE AGRICULTURĂ

SPECIALIZAREA TPPA

PROIECT

TEHNOLOGIA ZAHĂRULUI

Îndrumător:

Profesor Racolța Emil

2006-2007

CENTRIFUGAREA

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

Cuprins

Introducere

Din timpurile cele mai îndepărtate, omul a apreciat în alimentația sa substanțele dulci. Denumirea de zahăr, aproape comună în toate limbile, derivă probabil din limba sanscrită „ sankara”. Din India, trestia de zahăr trece în China, și către sfârșitul secolului V în Persia. După cucerirea Persiei, arabii introduc trestia de zahăr în Arabia, Siria, Egipt și în insula Cipru; apoi în sudul Franței, în Spania și în insulele Canare. O dată cu descoperirea Americii, trestia de zahăr este dusă în insulele Antile și 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 și mangoldul roșu) conțin un zahăr identic cu cel din trestie. Abia către sfârșitul secolului al XVIII-lea, F.K.Achard, elevul lui Marggraf, reușește 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 țară între anii 1873-1876, perioadă în care s-au construit cu capital străin primele fabrici și anume: la Chitila și la Sascut. În ceea ce privește județul Mureș fabrica de zahăr de la Târgu-Mureș se înființează în anul 1893 iar cea din Luduș abia în 1960.

Zahărul este un aliment necesar si mult apreciat, datorită calităților sale și anume: gust dulce, valoare energetică și putere bacteriostatică. Zahărul este asimilat complet și repede de organismul omenesc și produce căldură și energie musculară. Zahărul constituie materia primă de bază la fabricarea produselor zaharoase; se folosește de asemenea la fabricarea produselor de patiserie, la fabricarea unor sortimente de conserve (dulceață, gem, compot, marmeladă). Zahărul este o substanță aproape chimic pură care conține:

zaharoză 99,6-99,8%

substanțe 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 crește în ținuturi cu clima caldă, în timp ce sfecla de zahăr este cultivată aproape în toate țările cu climă temperată. Zahărul din trestie se obține în condiții mai avantajoase decât zahărul din sfeclă, atât în ceea ce privește cultura, cât și fabricarea. Trestia dă un randament superior de zahăr la hectar față de sfeclă, iar mâna de lucru costă mai puțin în țările producătoare de trestie, pentru că:

aceeași butași 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 ușor decât a zemii de difuziune din sfeclă;

forța motoare și 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 întrebuințată ca materie primă pentru fabricarea unei băuturi căutate-romul.

Cu toate acestea, sfecla de zahăr este cultivată în Europa de 160 de ani și acoperă cerințele de zahăr ale țărilor care o conduc. Acest succes se explică prin foloasele culturii sfeclei de zahăr pentru agricultură și industrie și anume:

– sfecla se adaptează ușor la diferite condiții de climă și sol;

– sfecla prezintă importanță deosebită în asolament; ca plantă premergătoare, ea ridică recolta plantelor ce urmează a fi semănate;

– sfecla de zahăr este planta de cultură care, cu excepția trestiei de zahăr, asigură cel mai mare număr de calorii și extrage din sol cele mai multe substanțe nutritive de pe unitatea de suprafață;

– în urma culturii sfeclei de zahăr, o parte din substanțele extrase din sol se întorc în gospodării sub formă de capete cu frunze și borhot. Aceste nutrețuri constituie o hrană deosebit de bună pentru animale;

– nămolul și spuma de var care rezultă din fabricație se folosesc ca îngrășământ și amendament pentru solurile acide;

– din borhot se fabrică clei pectinic, iar melasa servește ca materie primă pentru diferite industrii fermentative, de exemplu: fabricarea alcoolului etilic, a glicerinei, a drojdiei de panificație;

1.Partea scrisă

1.1.Descrierea procesului tehnologic

Sfecla de zahăr

Materia primă cu cea mai mare importanță în industria zahărului este sfecla de zahăr. Sfecla aparține genului Beta care face parte din familia Chenopodiaceae. Este o plantă bianuală care în primul an de dezvoltare, din sămânță formează frunzele și rădăcina. Rădăcina are formă conică și ca structură este formată din trei părți:

capul este porțiunea care poartă fruzele;

gâtul sau coletul nu poartă frunze sau rădăcini laterale;

corpul rădăcinii, care are în lungul lui, pe două părți diametral opuse, două șanțuri în spirală.

Compoziția chimică a sfeclei influențează procesul tehnologic de fabricare a zahărului. Compoziția chimică variază între anumite limite, în funcție de soiul sfeclei, de condițiile de cultivare, de natura mediului, de cantitatea și natura îngrășămintelor.

Rădăcina sfeclei în primul an conține 3-5% substanță solidă (marc) și 95-97% suc. Marcul este format din celuloză și hemiceluloză, substanțe pectice, substanțe proteice insolubile, saponine, grăsimi, substanțe minerale.

Sucul conține 75-80% apă și 20-25% substanță uscată. Substanța uscată din suc conține 16-20% zaharoză și în rest alte substanțe denumite în tehnologie nezahăr.

În procesul tehnologic trebuie să se țină seama de proprietățile substanțelor care însoțesc zahărul în sfeclă pentru a se evita dificultățile pe care acestea le pot crea.

Dintre substanțele care intră în compoziția marcului, o atenție deosebită trebuie acordată substanțelor pectice. Aceste substanțe sunt insolubile în apă rece, însă la temperatură ridicată, la un anumit pH sau sub influența enzimelor pot forma geluri care apoi se dizolvă trecând în zeamă și produc neajunsuri la filtrarea zemii, la cristalizarea zahărului.

Substanțele proteice insolubile sunt îndepărtate în procesul de difuzie și în procesul de purificare. Saponinele care trec în zeama de difuzie, pe lângă faptul că sunt toxice, pot produce o cantitate mare de spumă.

Compoziția sucului poate fi redată schematic astfel:

Suc – apă

– substanță uscată – zaharoză

– nezahăr – substanțe anorganice

– substanțe organice – fără azot

– cu azot

Substanțele anorganice. Între substanțele anorganice solubile predomină compușii potasiului (50-60% din cantitatea de cenușă) care au o influență negativă asupra procesului tehnologic, împiedicând cristalizarea zahărului. În afară de potasiu se mai întâlnesc următoarele elemente: Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Ni, Zn- în cantități mai mici. În cenușă, metalele apar ca oxizi.

Substanțele anorganice fără azot. Rafinoza este un trizaharid compus dintr-o moleculă de fructoză, una de glucoză și una de galactoză. Ea deviază planul luminii polarizate spre dreapta, deci la determinarea cantității de zahăr din sfeclă se pot înregistra erori.

Rafinoza împiedică cristalizarea zahărului.

Zahărul invertit împiedică de asemenea cristalizarea zahărului.

Galactoza și arabinoza se găsesc în cantități foarte mici.

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

Substanțe organice cu azot. În compoziția sucului se întâlnesc un număr mare de aminoacizi, dintre care, în cantitate mai mare, acidul asparagic și acidul glutamic.

Tirozina este un tot un aminoacid care se oxidează sub influența unei enzime (tirozinaza), formând un compus colorat. Această enzimă poate fi distrusă prin încălzire la 80-90 oC.

Asparagina și glutamina sunt amidele corespunzătoare acizilor asparagic și glutamic. Sunt optic active, înfluențând determinarea zaharozei pe cale polarimetrică. Sub acțiunea temperaturii și a varului se descompun punând în libertate amoniac.

Betaina este un derivat al glicocolului, care nu suferă nici o transformare în procesul tehnologic și contribuie la reținerea zahărului în melasă.

În operațiile 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 și are o influență negativă asupra randamentului în zahăr. Acești compuși ai azotului formează „azotul vatămător”. Din cauza acestor compuși 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 condițiile de aprovizionare, de condițiile climaterice, de spațiul de care dispune fabrica. În incinta fabricii sfecla se depozitează în canale special amenajate. Sfecla este adusă de la bazele de recepție sau de la silozuri, cu ajutorul vagoanelor de cale ferată, a autocamioanelor, a căruțelor.

Descărcarea sfeclei se poate face manual, sau cu instalații mecanice sau hidraulice.

1.Descărcarea manuală- se face cu ajutorul furcilor cu dinți rotunjiți, pentru a se evita rănirea sfeclei. Acest mod de descărcare este folosit din ce în ce mai puțin, datorită volumului mare de muncă pe care-l solicită.

2.Descărcarea cu instalații mecanice- pentru descărcarea autocamioanelor există platforme basculante pe care sunt așezate camioanele și 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 instalații de distribuire în silozuri.

3. Descărcarea sfeclei pe cale hidraulică- se face cu ajutorul unui jet de apă cu o presiune de 4 atmosfere. Instalația de descărcare hidraulică se compune dintr-un 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 deservește instalația.

Prin rotirea cabinei se urmărește 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 și 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 și de suprafață. Canalul de adâncime are o secțiune de formă triunghiulară, cu pereții laterali la o înclinație de 45o față de verticală, pentru ca sfecla să cadă ușor în canalul transportor.

Canalul transportor este acoperit cu grătare de lemn sau de tablă peste care se așează 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 ștuț prin care se transmite apa necesară transportului sfeclei.

Transportul sfeclei către prelucrare se face prin scoaterea grătarelor și 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 hidranților. Canalele în care se folosesc asemenea hidranți sunt canale de suprafață având o înclinare foarte mică a pereților laterali de 10-15o .

Cantitatea de apă necesară transportului sfeclei prin canale este de 600-1000% față de sfeclă. Apa ce se întrebuințează 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.

Utilaje folosite pentru ridicarea sfeclei în mașina de spălat

Datorită înclinării canalelor colectoare și a distanței până la fabrică, capătul canalului și 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 mașina de spălat.

Utilajele mai des folosite pentru ridicarea sfeclei sunt: transportorul elicoidal înclinat, pompa Mamut, roata elevatoare, pompa Sigma.

transportorul elicoidal înclinat – se folosește atunci când ridicarea sfeclei se face de la o adâncime de maximum 3 m.

roata elevatoare – se folosește pentru ridicarea sfeclei la înălțimi de circa 8 m.

pompe pentru sfeclă – se folosesc pentru ridicarea sfeclei la înălțimi de până la 12 m. Sunt pompe centrifuge cu dimensiuni mari și turație 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 impuritățile aderente pe suprafața sfeclei, ca: pământ, nisip; totodată se face și îndepărtarea impurităților transportate de către apă, a dată cu sfecla, ca: noroi, nisip, pietre, paie, frunze.

În consecință, o mașină de spălat sfeclă va trebui să fie astfel construită încât sfecla care părăsește mașina și trece la tăiere să fie curată, să nu conțină nisip, pietre și paie care se elimină cu ajutorul separatoarelor de paie și pietre și care distrug sau înfundă cuțitele de la mașinile de tăiat.

Spălarea sfeclei se realizează cu ajutorul unor mașini de construcție specială, care funcționează pe principiul contracurentului, între apă și sfeclă.

Clorinarea sfeclei

După spălare, pentru a se evita dezvoltarea microorganismelor ce se găsesc la suprafața sfeclei și care pot da naștere la fermentații dăunătoare în fazele următoare ale procesului tehnologic, sfecla se stropește cu apă clorinată de 2…5 mg Cl/litru.

Apele de transport și spălare

În fabricile de zahăr apa folosită pentru transportul și spălarea sfeclei reprezintă o cantitate de circa 600-1000% față 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.

Curățirea apelor de transport și spălare se face prin decantare și epurare. În acest scop, apele de transport și spălare sunt captate într-un colector de unde, cu ajutorul pompelor, sunt trimise în instalații de decantare.

În fabricile din țara noastră funcționează două feluri de asemenea instalații:

decantorul cu circulație orizontală (Aqua pura)

decantorul cu circulație verticală (Door)

Transportul sfeclei pentru cântărire și tăiere

După ce sfecla părăsește instalația de spălare este necesar să fie transportată pentru a fi cântărită și tăiată. În cele mai multe fabrici, sfecla, după ce părăsește mașina 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 cantității de sfeclă ce intră în fabricație. Cunoscând această cantitate și conținutul de zahăr din sfeclă, se poate calcula cantitatea de zahăr ce intră în fabricație și astfel se poate realiza un control al modului cum este condusă fabricația pe întregul parcurs al procesului tehnologic.

Tăierea sfeclei

Prin tăierea sfeclei în tăiței se urmărește crearea condițiilor de extragere prin difuziune a zahărului care se află dizolvat în sucul celular al sfeclei. Transformarea sfeclei în bucăți mici se poate realiza prin:

transformarea ei în terci prin mașini speciale;

transformarea ei în terci prin mașini de tăiat.

Sfecla se taie în tăiței în formă de jgheab cu secțiunea în „V”. Din practică s-a constatat că această formă este cea mai indicată, deoarece prezintă cea mai mare rezistență la tasare și o rezistență mică la circulația zemii printre tăiței, oferind o suprafață mare de contact.

Lățimea tăițeilor 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 și de 9-15 mm pentru instalațiile cu funcționare continuă.

Mașinile de tăiat sfecla sunt de trei tipuri:

cu disc

centrifugale

cu tambur

Tăițeii de sfeclă trebuie să prezinte rezistență mare la tasare, sa opună o rezistență cât mai mică la circulația zemii și să conțină cât mai puține sfărâmături. Calitatea tăițeilor se exprimă prin cifra „Silin” care reprezintă lungimea tăițeilor conținuți în 100 g din care s-au îndepărtat tăițeii cu lungime sub 1 cm și grosime sub 0,5 mm. Procentul de sfărâmături în tăiței nu trebuie să depășească 2%.

Obținerea zemii de difuzie

Scopul industriei zahărului este de a obține 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 apariția procedeului propus de Robert, extragerea sucului din sfeclă se realiza prin presare. Se supunea presării sfecla foarte fin mărunțiță, iar sucul reprezenta materialul din care se separa, ulterior, zahărul prin cristalizare.

Denaturarea protoplasmei. În vacuolele țesuturilor de parenchim și floem zahărul este dizolvat alături de nezahăr. Pereții celulelor sunt alcătuiți, în special din celuloză și substanțe pectice și servesc la schimburile de substanțe ale celulelor, în funcție de necesitățile protoplasmei vii. Vacuola este închisă în pelicula protoplasmatică, ce este izolată de peretele celular prin membrana plasmolemă iar de spațiul cu suc de către tonoplast. Protoplasma sau citoplasma este numai parțial permeabilă, ea nu permite decât apei să o traverseze, iar pentru celelalte substanțe nu este permeabilă. De aceea, zaharoza și restul substanțelor dizolvate nu o pot traversa decât după ce-și pierde calitatea naturală de semipermeabilitate. Sub acțiunea căldurii, începând de pe la 60oC substanțele proteice ale protoplasmei încep să coaguleze iar membrana își pierde semipermeabilitatea, se denaturează.

Studiile lui Schneider au evidențiat că vitezele de denaturare ale țesuturilor de parenchim și de floem sunt diferite. Floemul care are concentrație de zahăr mai ridicată se denaturează mai lent, ceea ce poate cauza creșterea pierderilor în borhot.

Protoplasma coagulată și pereții celulari ai țesuturilor sfeclei, au rolul unui material filtrant la extracție, ei rețin în borhot macromoleculele de proteine și alți alcaloizi ce însoțesc zaharoza vacuolar.

Difuziune se numește acel fenomen fizic prin care substanțele dizolvate trec libere în partea aceea a soluției unde concentrația lor este mai mică, până ce în întreaga soluție repartizarea moleculelor dizolvate este uniformă.

În apa rece, zahărul din tăițeii de sfeclă nu va difuza, în soluție trecând doar zahărul din sucul celular al celulelor care au fost tăiate de către cuțitele mașinilor de tăiat. Dacă tăițeii însă se introduc în apă fierbinte încălzită la peste 70 oC, se constată că zahărul din tăiței a trecut în apa în care au fost introduși, până ce concentrația în zahăr a sucului celular și a apei a ajuns aceeași.

Instalațiile de difuziune folosite la noi în țară sunt:

baterii de difuzie clasice tip Robert;

instalații cu funcționare continuă- aparatul de difuzie rotativ, sistem Bergé; aparatul de difuzie rotativ, sistem R.T.; instalația de difuzie continuă BMA; instalația de difuzie Buckau-Wolf;

instalații de difuzie cu presare-mixte- sistem Steffen;

Purificarea zemii de difuzie

La prelucrarea unei sfecle normale se obține din stația de difuziune „zeama de difuzie”, care este o soluție apoasă, colorată de la brun-deschis până la brun-închis-negru, care spumegă ușor, opalescentă având în suspensie pulpă fină de sfeclă, nisip, argilă. Zeama de difuzie este un sistem polidispers care conține substanțe cu natură și proprietăți chimice și fizice, foarte diferite, prezente în număr extrem de mare. Zeama de difuzie are un conținut de 16-18% substanță uscată, din care 1,5-2,5% îl constituie nezahărul.

Compoziția 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 și o serie de nezaharuri.

Nezahărul zemii de difuziune se compune din substanțe solubile și în stare coloidală și anume:

neorganice

organice solubile fără azot

organice coloidale fără azot

organice solubile cu azot

organice coloidale cu azot

Prin purificarea zemurilor se urmărește îndepărtarea cât mai completă a nezahărului din zemuri și astfel să se poată obține o cantitate cât mai mare de zahăr din sfecla prelucrată și de o calitate care să-l facă bun pentru consum.

La actualul nivel al tehnicii privind purificarea zemii de difuziune și ținând seama de rezultatele obținute în fabrici în ceea ce privește eficacitatea și rentabilitatea diferitelor metode de purificare, verificate pe scară industrială, sunt considerate ca „industriale” următoarele metode:

metoda cu CaO și CO2 cu îndepărtarea coloizilor prin predefecare;

metoda cu CaO și CO2 fără îndepărtarea coloizilor prin predefecare;

metoda de purificare prin schimbători de ioni.

Principiul purificării cu var și bioxid de carbon constă în tratarea zemii de difuzie cu hidroxid de calciu, care are rolul de a realiza coagularea substanțelor coloidale și descompunerea substanțelor nezaharoase. Apoi zeama se tratează cu bioxid de carbon în scopul precipitării unor nezaharuri și a îndepărtării laptelui de var sub formă de carbonați; precipitatul format are rolul de a adsorbi substanțele coloidale și 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, față de fenolftaleină, de 0,06-0,1% CaO, pentru 100 ml zeamă, obținându-se zeama de carbonatarea întâi.

După filtrarea zemii de carbonatarea întâia pentru separarea precipitatului se execută o a II-a saturație, pentru eliminarea cât mai avansată a calciului din soluție. Aceasta se conduce până la o alcalinitate titrabilă de 0,008% până la 0,025% CaO, urmând o nouă separare, prin filtrare.

Predefecarea urmărește precipitarea și coagularea nezahărului care poate trece în stare insolubilă în prezența varului. Parametrii conducerii predefecării sunt reglați pentru condiții optime de coagulare și precipitare.

Defecarea are scopul de a suplimenta varul adăugat care se va transforma în CaCO3 și va favoriza filtrarea în condițiile defecării având loc reacțiile necesare obținerii de zemuri termostabile.

Deoarece la defecare se adaugă var în exces, la saturația I, care urmează, se realizează o purificare suplimentară a zemii, prin adsorbția unei părți din nezahărul dizolvat, mai ales a substanțelor colorante și a sărurilor de calciu la suprafața particulelor de CaCO3. La prima carbonatare se păstrează un exces de alcalinitate în soluție, pentru asigurarea stabilității nezahărului precipitat, acest exces corespunzând alcalinității coagulării a substanțelor coloidale din zeamă.

Carbonatarea a II-a are scopul de a îndepărta cât mai complet posibil varul și în general ionii de calciu, sub formă de CaCO3, care este practic insolubil, în condițiile saturației a II-a. Acest lucru este posibil deoarece după saturația I-a s-a îndepărtat prin filtrare coagulul coloidal și nu mai există pericolul peptizării lui.

Prefierberea zemii subțiri 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 subțiri se urmărește:

– reducerea alcalinității până la 0,01% CaO și a vâscozității zemii siropurilor și a maselor groase;

– decolorarea zemii prin acțiunea reducătoare a acidului sulfuros format.

Pentru a preveni pierderea de zahăr în fazele următoare de fabricație prin fierberea zemii subțiri și a siropurilor cu alcalinități relativ ridicate la evaporație și cristalizare și a scădea vâscozitatea siropurilor și a maselor groase prin scăderea nezahărului ce-l conțin, zeama subțire se tratează cu bioxid de sulf.

Prin filtrarea zemurilor se urmărește 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:

– diferența de presiune dintre o parte și alta a turtei de nămol este mai mare;

– raza capilarului prin care trece zeama este mai mare;

– cu cât rezistența la trecerea lichidului datorită frecării de pereții capilarului, rezistență ce depinde de vâscozitatea lichidului și de lungimea tubului capilar, este mai mică.

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

Evaporarea

Zeama purificată, care are un conținut de substanță uscată cuprins între 11-15%, trebuie supusă unui proces de concentrare în vederea obținerii 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 stație de evaporare cu efect multiplu, zeama subțire purificată este concentrată cât de mult este posibil, evitându-se cristalizarea. În practică, conținutul în substanță uscată crește în stațiunea de evaporare până la 60-65%, obținându-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, obținându-se o masă groasă care reprezintă o suspensie de cristale în sirop-mamă. Siropul-mamă conține în soluție tot nezahărul aflat în zeama subțire, precum și o parte din zahăr, pe care impuritățile îl rețin ca necristalizabil.

Cea mai mare cantitate de apă se îndepărtează în stația de evaporație, aceasta fiind de 90-105% față de masa sfeclei prelucrate de fabrică, ceea ce corespunde la 7-8 kg apă/kg zahăr.

La evaporație soluția se supune fierberii unde se concentrează de la un conținut de substanță uscată de circa 15% până la circa 65%. Căldura necesară este furnizată prin condensarea aburului.

Stația de evaporare asigură un sirop cu concentrație constantă și adecvată conducerii cristalizării prin fierbere și furnizează abur de încălzire pentru diferitele operații tehnologice ale fabricii. De asemenea produce o cantitate importantă de apă condensată, care este folosită pentru alimentarea cazanelor de abur, pentru încălzire și în scopuri tehnologice.

Aparatele pentru realizarea evaporării sunt:

– aparatul de evaporare cu țevi verticale (tip Robert);

– evaporatorul cu cameră de încălzire suspendată;

– evaporatorul cu peliculă ( tip Kestner);

Tratarea zemii groase

În vederea introducerii sale în aparatele de vid pentru concentrare cristalizare, zeama groasă este supusă următoarelor operații: corectarea concentrației, neutralizare, decolorare și filtrare. Pentru corectarea concentrației, zeama groasă care iese din evaporare este pompată într-un rezervor prevăzut cu agitator, unde este amestecată cu cleră sau cu zeamă subțire, după cum are Bx-ul sub 65o sau mai mare. Pentru decolorarea zemii se utilizează cărbunele activ și sulfitarea. Prin tratarea zemii concentrate cu bioxid de sulf, se realizează în același timp și o neutralizare până la pH=7,5. În locul bioxidului de sulf se poate întrebuința hidrosulfitul de sodiu care se prezintă sub formă solidă, dozându-se mai ușor.

Zeama groasă astfel tratată și încălzită este filtrată la o presiune de 0,4-0,5 bar, cu viteza de filtrare de 2,5l/m2 și 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 instalații de tip „Filtomat” și „Alfa-Laval”.

Se obține un sirop limpede, deschis la culoare, care este trimis în rezervorul dinaintea aparatului de fierbere sub vid.

Fierberea și cristalizarea

Cristalizarea are scopul de a extrage cu un randament cât mai înalt posibil, sub formă de cristale, zahărul din siropul concentrat, obținut din stația de evaporare. Pentru aceasta, siropul concentrat se evaporă și cristalizează în aparatele vacuum până în jurul concentrației de 92o Bx, obținându-se o masă groasă, care este o suspensie de cristale de zahăr într-un sirop-mamă.

Acest sirop intercristalin sau sirop de scurgere conține toate impuritățile inițiale din masă, puritatea siropului intercristalin fiind deci inferioară purității masei fierte.

Siropul-mamă, din care nu mai este rentabil să se obțină zahăr prin fierbere și cristalizare, se numește melasă. Melasa conține aproximativ85% substanță uscată și 50% zahăr, care constituie o pierdere pentru fabrică.

Zahărul cristal alb este obținut în aparatele vacuum, fie direct din siropul concentrat primit de la evaporare, fie din siropuri de zahăr cu purități mai scăzute, care au suferit un proces de purificare, fie din zahăr brut, care a fost afinat, centrifugat și redizolvat.

Procesul fierberii și cristalizării constă din trei faze distincte:

– formarea cristalelor;

– creșterea cristalelor formate, până la obținerea mărimii dorite;

– îngroșarea finală a masei groase.

Centrifugarea

Separarea amestecurilor eterogene se poate realiza și cu ajutorul forței centrifuge, care apare la rotirea amestecului cu mare viteză. Operația de separare sub efectul forței centrifuge se numește centrifugare, iar utilajele cu ajutorul cărora se realizează se numesc generic centrifuge.

Scop și principiu. Masa groasă a produsului I, după ce este adusă în malaxoare la temperatura de centrifugare, este supusă operației 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 acțiunea forței gravitației, în așa-numitele malaxoare sau refrigerenți, care sunt amplasate sub aparatele de fiert.

Spălarea zahărului centrifugat

Pentru îmbunătățirea purității 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 și se albește în două etape: prima după separarea siropului intercristalin cu al doilea sirop de la produsul întâi și apoi cu apă fierbinte de 90 oC în proporție de 0,03-0,04 față de masă.

Prin folosirea siropului de albire în proporție de 3-4% cu un conținut de substanță uscată la 70-72%, la 85 oC, se obține un zahăr galben cu o colorație de 1,4-1,8 o Stammer și puritate de 99,7% care se apropie de zahărul de produs întâi și se poate amesteca pentru a fi dat în consum sau se poate folosi în industria conservelor sau panificație.

Afinația.În cazul maselor ce conțin cristale de dimensiuni neuniforme necesitând pentru spălare cantități de apă mari, se aplică afinația. Zahărul brut se amestecă cu un sirop verde intermediar formând o magmă a cărui sirop intercristalin are o vâscozitate mai redusă și determină o diluare a filmului de melasă de la suprafața cristalelor.

Zahărul separat prin centrifugarea acestei magme are puritate ridicată, putând merge până la 99% și chiar 99,8%. Siropul de afinație se folosește la sfârșitul fierberii, în aparatul de fierbere de produs final.

Metoda afinității este avantajoasă deoarece se pot prelucra, cu centrifugi continui și mase cu granulații neuniforme, îmbunătățește calitatea siropului standard și reduce volumul masei de produs intermediar cu 18-20%.

Afinația repetată poate îmbunătăți foarte mult colorația, conținutul de cenușă și turbiditatea soluției. Cenușa este îndepărtată cu ușurință până la 85% și mai greu substanțele colorante și cele ce dau turbiditatea.

Uscarea zahărului tos

Pentru ca zahărul sa poată fi păstrat pe o perioadă mai lungă , trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

– umiditate circa 0,05%

– pH = 6,8-7,4

– lipsă zahăr invertit și răcit la temperatura mediului ambiant

Conținutul 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 și artificială. Uscarea naturală se efectuează în aer liber, fără încălzire artificială. Pentru uscarea artificială a zahărului cristalizat se întrebuințează diverse sisteme, în funcție de mărimea cristalelor.

1.2.Descrierea operației

Centrifugarea

Până pe la mijlocul secolului XIX, în industria zahărului, cristalele se separau de siropul intercristalin al maselor groase sub acțiunea gravitației. În general se foloseau niște forme conice cu fundul perforat, în care se punea masa groasă. Siropul se scurgea iar în forme rămâneau „căpățânile de zahăr”.

Separatorul centrifugal a fost introdus pentru prima dată de către Deer și fost utilizat în industria textilă.

Separarea amestecurilor eterogene sub influența forței centrifuge se realizează pe două principii:

prin sedimentare, când separarea sub influența forței centrifuge se realizează pe bază de diferență de densitate. Separarea componenților se face prin stratificarea lor. Ea se aplică amestecurilor eterogene lichid-lichid, solid-solid, solid-lichid, solid-gaz. Spațiul în care are loc separarea este în mișcare de rotație și are pereții plini. Amestecul datorită forței centrifuge se separă în straturi în ordinea densității, cele cu densitate mai mare fiind mai aproape de perete. Centrifugarea pe principiul sedimentării uneori capătă denumiri speciale, în funcție de faza tehnologică pe care o realizează.

Sedimentarea sub influența forței 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 suprafața filtrantă sub influența forței centrifuge, iar particulele solide ale amestecului, acționate și ele de forța centrifugă, fiind reținute la suprafața stratului filtrant ca și în cazul filtrării.

Factorii care influențează centrifugarea

Efectul forței centrifuge fie că realizează separarea prin sedimentare sau prin filtrare, este influențat de o serie de factori, printre care cei mai importanți sunt:

mărimea forței centrifuge

natura materialului de separat

natura materialului din care se construiește utilajul

Mărimea forței centrifuge – separarea este determinată de forța centrifugă care ia naștere la rotirea unui corp în jurul axei. Mărimea forței centrifuge care apare prin rotirea corpului se determină pe baza legilor mecanicii. Forța centrifugă care se naște în cazul unei mișcări 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 rotație, în kgf∙s2/ m2;

ω – viteza unghiulară, în rad/s;

R – raza de rotație,în m.

Natura materialului de separat – materialul supus separării sub influența forței centrifuge, prin caracteristile sale, influențează separarea. Toate caracteristicile materialelor care aduc dificultăți la sedimentare sau filtrare se comportă în mod similar și la centrifugare.

Vâscozitatea influențează defavorabil separarea centrifugală. Pe măsură ce crește vâscozitatea, separarea se realizează mai greu. Orice măsură luată centru micșorarea vâscozității ajută separarea prin centrifugare. Reducerea vâscozității se poate efectua prin încălzire, diluare cu apă, înlăturarea componenților coloidali.

Spuma este un obstacol de separare, deoarece bulele care o alcătuiesc se atașază de particulele solide, le măresc volumul aparent și prin aceasta micșorează masa volumică aparentă. Este indicat ca spuma să fie înlăturată înainte de începerea operației de centrifugare, sau să se introducă în amestec substanțe care împiedică spumarea. Substanțele care împiedică spumarea sunt substanțe vâscoase care în același timp micșorează viteza de separare.

Alegerea materialului pentru construirea centrifugelor

Ținând seama de efectul forței centrifuge care apare în mișcarea de rotație la construcția centrifugelor de orice tip trebuie să se țină seama de anumite elemente. Important pentru realizare este alegerea materialului de construcție și alegerea turației optime.

Alegerea materialului de construcție trebuie să se facă ținând seama de două elemente:

caracteristicile materialului supus separării sub efectul forței centrifuge

rezistența admisibilă a materialului care este supus presiunii ce apare datorită efectului forței centrifuge.

Stabilirea turației optime- procesul de separare centrifugală este cu atât mai eficace cu cât turația este mai mare, deoarece viteza de separare sub influența forței centrifuge este proporțională cu turația la pătrat. Pentru a se evita însă presiuni prea mari asupra precipitatului și lichidului, este necesar să se aleagă o turație care să asigure că nu se vor distruge anumite calități ale precipitatului datorită presiunii interioare. Aceasta este și mai important pentru materialele cristaline, cum este și 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 și mai puternic pentru solide care se găsesc în stare cristalizată.

Principiul centrifugării

Separarea cristalelor de zahăr de siropul intercristalin se realizează sub acțiunea forței centrifuge dezvoltate prin punerea în mișcare de rotație la mare turație, a masei groase aflată în toba centrifugii.

Descrierea operației:

Încărcarea centrifugei – se face în mers, când tamburul se învârtește cu o viteză redusă (200-300 rot/min); la această turație, separarea siropului de cristale se face în mică măsură încât masa groasă rămâne destul de fluidă și se repartizează uniform pe toată înălțimea tamburului. Suprafața interioară a masei groase în centrifugă ia forma unui paraboloid de revoluție, asigurând astfel echilibrarea sistemului tambur-încărcătură.

Dacă încărcarea s-ar face atunci când tamburul a atins o viteză mare de rotație, eliminarea siropului mamă s-ar face înainte ca masa groasă să aibă timpul să se repartizeze uniform; stratul de masă groasă de pe pereții centrifugei ar prezenta neregularități, datorită scurgerii neuniforme a masei groase prin jgheaburile de distribuție.

Pentru încărcarea unei centrifuge se deschide registrul corespunzător acesteia și 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 trebuință. Cantitatea de masă care se introduce în centrifugă variază cu dimensiunile acesteia și 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 și cade în sirop, mărind puritatea acestuia.

După încărcarea masei groase, se închide registrul și după ce se curăță cu atenție 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 înrăutățesc calitatea produsului finit.

Separare siropului verde – tamburul se învârtește din ce în ce mai repede, până ajunge la turația maximă. În această perioadă se îndepărtează cea mai mare parte din siropul intercristalin.

Cu cât forța de expulzare a siropului în exteriorul tamburului este mai mare, cu atât centrifugarea durează mai puțin.

Spălarea sau albirea zahărului – prin centrifugare, siropul mamă nu este separat complet. La suprafața cristalelor rămâne un strat de sirop atât de subțire încât forțele de adeziune între cristale și filmul de sirop egalează forța centrifugă.

Cu cât cristalele sunt mai mici, cu atât este mai mare suprafața lor specifică și deci și cantitatea de sirop reținută pe cristale. Îndepărtarea filmului de sirop de pe cristale se poate face prin spălare: cu apă și cu abur; numai cu apă; numai cu abur.

Scopul spălării este de a înlocui acest strat subțire de sirop mamă printr-un sirop care să conțină mai puțin nezahăr.

În timpul centrifugării, masa groasă se spală cu apă fierbinte 70-80 oC apoi cu abur de 150-160 oC, pentru a menține 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 acțiunea forței centrifuge trece prin cristalele de zahăr și antrenează cu ea și 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 întrebuințează abur supraîncălzit (3-6 at). În raport cu greutatea masei groase se consumă circa 2% abur, din care 1% se condensează pe cristale și trece în siropul alb și 1% este îndepărtat cu ajutorul unei instalații de ventilație.

Aburul care străbate prin stratul de cristale pe de o parte îl încălzește, ceea ce micșorează vâscozitatea filmului de sirop de pe cristale și înlesnește astfel scurgerea lui, pe de altă parte înlătură, prin acțiune mecanică, o parte din acest sirop.

Zahărul obținut este alb, cu o umiditate scăzută (0,5%) și fierbinte (circa 70 oC), ceea ce ajută la uscarea lui ulterioară. Afară de aceasta în timpul spălării, aburul se condensează neîntrerupt și menține constantă temperatura și umiditatea zahărului, încât acesta nu „usucă prea tare”, nu se lipește și se descarcă ușor.

Frânarea centrifugei – când albirea zahărului este terminată, se închide aburul și se oprește cât mai repede tamburul centrifugei. În cazul când centrifugele sunt acționate 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 și stratul de zahăr se „usucă prea tare”.

Cristalele, la început independente, se sudează unele de altele prin uscare și formează o masă compactă, care se desface foarte greu și 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 obținute la centrifugare – siropurile care se scurg din centrifuge sunt supuse unei noi operații de fierbere și cristalizare, în scopul de a extrage din ele maximum posibil de zahăr.

Se știe, de asemenea, că dintr-o masă groasă cu puritate mai ridicată se obține 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 și tambur îmbunătățește separarea, deorece sita, fiind încălzită, siropul verde devine mai puțin vâscos și se scurge mai repede.

1.3.Descrierea utilajului conducător

Centrifuga cu fund conic

Este o mașină cu descărcare rapidă și cu o capacitate bună de lucru. Astfel la o capacitate de umplere medie de 500kg, o turație de 1000 ture/min și diametrul tobei de 1220 mm poate realiza 36 șarje/oră. Este o mașină 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 ușor conică se obține prin presare fără puncte de sudură și este sudată de capac și de rozeta arborelui.

Toba centrifugii (tamburul) este confecționată din oțel aliat rezistent și are grosimea de 5-7 mm sau mai subțire. Toba este perforată având orificii rotunde sau sub formă de fante, cu o suprafață liberă de cernere de peste 20%.

Partea superioară a tobei este deschisă și o traversează arborele fixat de tobă prin rozeta de la baza sa. În interiorul tobei se pune o sită de distanțare confecționată 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 confecționată din tablă de alamă sau cupru având perforații foarte dese în funcție de tipul masei de centrifugat.

Toba centrifugii se rotește în interiorul unei mantale cilindrice fixe, concentrică cu toba și montată astfel că între tobă și manta rămâne un spațiu inelar cu lățimea de 150-200 mm.

Siropul rezultat prin centrifugare este proiectat pe suprafața interioară a mantalei, se scurge în jurul ei și se adună în ulucul circular de la partea inferioară a spațiului dintre tobă și 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 purități ridicate și cristale de granulație mare, precum și în apariția vibrațiilor;

-la produsele vâscoase, forma necorespunzătoare a tamburului nu permite spălarea uniformă, care este insuficientă în zona inferioară;

-cere o atenție deosebită la spălarea cu apă, operație 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 și îngreunarea autodescărcării;

-evacuarea nu se realizează totdeauna în bune condiții.

Totuși, acest tip de centrifugă este simplu în construcție și ușor de întreținut, iar sita se uzează puțin.

1.4.Norme de protecție a muncii și 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 și continue.

– la fiecare centrifugă se recomandă să existe un mecanism pentru ridicarea conului de închidere și lăsarea lui în jos.

– este interzisă supraîncărcarea centrifugelor. În jurul centrifugelor se vor monta podețe de o înălțime astfel aleasă încât lucrătorul să poată deservi ușor centrifuga.

– dispozitivele de pornire și oprire vor fi astfel construite încât să nu permită pornirea accidentală. Dacă după pornire se observă că centrifuga funcționează anormal (oscilează), are trepidații, zgomot etc. aceasta trebuie oprită imediat și se va anunța maistrul de schimb.

– pe marginea centrifugelor este interzisă așezarea oricăror obiecte ce ar putea să cadă în centrifugă și să o scoată din turația normală.

– descărcarea centrifugelor neautomatizate se va face numai la oprirea lor completă.

– este cu desăvârșire 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 lopeți sau alte obiecte.

– este interzis a se folosi găleți, căni pentru spălarea zahărului în centrifugă.

– se vor prevedea covoare de cauciuc în fața centrifugei continue.

– muncitorii care deservesc centrifugele vor purta haine bine strânse pe corp, iar pe cap bonetă.

– rezervoarele și jgheaburile de scurgere ale siropurilor de la centrifuge trebuie să fie acoperite.

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

– în timpul funcționării centrifugelor se interzice părăsirea locului de muncă. Acestea vor fi supravegheate permanent.

– se interzice a lucra la stația de centrifuge personal neinstruit.

– este obligatorie verificarea în remont a stării de uzură a tamburilor și axelor.

– este interzisă mărirea numărului de turații a tamburului centrifugei.

– electromotoarele și toate părțile centrifugelor care pot fi puse accidental sub tensiune trebuie să fie legate la nulul de protecție și 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. Șarja se va evacua prin spălare cu apă caldă.

– dacă la tamburi apar pendulări, operatorul este obligat să oprească centrifuga din funcțiune.

– vor fi întocmite și afișate instrucțiuni de exploatare și de protecție a muncii pentru fiecare grup și tip de centrifuge conform celor prevăzute în cartea tehnică cât și de proiectant.

2.Partea de calcul

2.1.Bilanțul de materiale

Difuzia:

C = 3000t/24 h

C- capacitatea

S: RT= 110-115%

S- sutirajul pentru instalația de difuziune RT

t: 100 min

t- timpul

ρ= 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 sfeclă

Se folosește Ca(OH)2 ce conține 206g CaO/l

100 kg sfeclă …………………………..0,3kg CaO

2083 kg/min sfeclă …………………. X

1litru Ca(OH)2…………………………..206g /lCaO

Y …………………………….6249g/min CaO

QVP- debit volumic predefecare

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 CaO

2083 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

Saturația

– 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

– conținutul de CO2 al gazului de saturație 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 CaO

2396 kg/min zeamă ……………………. X

, pentru aciditate

QmZD- debitul masic al zemii de difuzie

100 kg zeamă …………………………..0,08 kg CaO

2605,9 kg/min zeamă ……………….. Y

, pentru alcalinitate

CaOtotal = CaOpredefecare + CaOdefecare = 6,249 +37,494 +43,743 kg/min CaO

CaO care reacționează = 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 stației de evaporare = 116 oC

– temperatura de fierbere în corpul 5 al stației de evaporare = 60-65 oC

QZD = 2605,9 kg/min

CaO + CO2 → CaCO3

44 kg CO2 ……………………………100 kg CaCO3

31,98 kg/min ……………………….. X

QZS- debitul de zeamă subțire

ZS – zeama subțire

SUZS – substanța uscată a zemii subțiri

ZG – zeama groasă

SUZG – substanța uscată a zemii groase

W- apa evaporată

Fierberea

SUMG = 92-95%

SUZG = 60-65%

MG- masa groasă

apă evaporată

Centrifugarea

M = 6,6 kg/s

Zh = 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 groasă

A (apa) reprezintă 1,5% din masa groasă

W (abur) reprezintă 2,5% din masa groasă

, sirop verde

, apa

, abur

Sa = ? Sa = 1,98 kg/s

Zb = ? Zb = 5,01 kg/s

Zt =? Zt = 3,3 kg/s

I.

, zahăr tos

, sirop alb

II.

III.

IV.

Zb: Zh = 90,77%

Nezah = 7,36%

A = 1,87%

V.

2.2. Calculul numărului de centrifuge

Cunoscând capacitatea de fabricație pe 24 de ore, randamentele în masă groasă și durata unui ciclu de centrifugare, se poate calcula numărul necesar de centrifuge.

Capacitatea de producție a fabricii este de 3000 t sfeclă/24h. Randamentul de masă produs I și II este de 32% respectiv 7,5% față de sfeclă. Durata unui ciclu de centrifugare pentru produsele I și II este 6 și 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

↓

Spălare

↓

Difuziune

↓

Zeamă de difuzie

↓

Purificare

↓

Evaporare

↓

Zeamă groasă

↓

Fierbere și cristalizare

↓

Masă groasă produs I

↓

Centrifugare

Spălare

↓

Zahăr tos Sirop verde Sirop alb

↓

Fierbere și cristalizare

↓

Masă groasă produs II

↓

Centrifugare

↓

Zahăr brut Melasă Borhot Apă de golire

3.1.1. Schema detaliată a operației

Apă Abur Masa groasă

↓

Centrifugare

↓

Zahăr brut

↓

Spălare

↓

Albire

↓

Sirop alb Zahăr tos Sirop verde

3.2.Reprezentarea grafică a bilanțului de materiale

Bilanțul 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 bilanțurilor de materiale se pot stabili consumurile specifice de materii prime, dimensionarea utilajelor.

Bilanțul de materiale poate fi reprezentat sub formă de:

– tabel

– tabel-schemă

– ca materiale intrate și ieșite exprimate cantitativ la scară

Reprezentarea sub formă de tabel

Reprezentarea sub formă de tabel-schemă

Masa groasă Centrifugare Sirop verde 1,58 kg/s

6,6 kg/s

Apa

0,099kg/s Spălare Sirop alb 1,98%

Abur Albire Zahăr tos 3,3 kg/s

0,165kg/s

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

Bilbiografie

Culache Domnica, Platon V., – Tehnologia zahărului, București, Editura Tehnică.

Domșa F., Iliescu L., – Tehnologia zahărului, 1962, București, Editura De Stat Didactică și Pedagogică.

Domșa F., Iliescu L., – Tehnologia zahărului, 1973, București, Editura Tehnică.

Jereghe G., Murgeanu A., Haciadur O., – Tehnologia industriilor extractive, 1970, București, Editura Didactică și Pedagogică.

Stănescu Z., Rizescu G., – Sfecla de zahăr, 1976, București, Editura Ceres.

Norme de protecția muncii pentru industria zahărului și produselor zaharoase, 1988, București.