Остапчук М.В., Рибак А.І. Системи технологій (за видами діяльності)
Подождите немного. Документ загружается.
836
Рис. 25.2. Узагальнена функціональна схема виробництва кукурудзяного
крохмалю
надходить в чан, в який завантажена свіжа кукурудза (головний апарат).
Звідси екстракт відбирають з концентрацією сухих речовин (7...9)%. Для
підтримки температури екстракції в чанах
837
(48...50) °С екстракт підігрівають періодично в теплообмінниках. Час
екстрагування (48...50) годин. При замочуванні у зерні проходять складні
фізико-хімічпі процеси. Із зерна в замочну воду переходять біля 70%
мінеральних солей, 40% розчинених вуглевод і 13% розчинного білка. Всього
в замочну воду переходить (7... 10)% сухих речовин зерна. Під дією сірчистої
кислоти зерно розм'якшується і набухас, а білок денатурується. Виготовлене
таким чином зерно подається гідравлічним транспортером на подрібнення і
відокремлення зародку.
Подрібнення і відокремлення зародку. Перед подрібненням зерно надходить
в бункер, звідки направляється на дробарки. Для відокремлення поверхневої
вологи використовують дугові сита. Головна мета подрібнення заключається
у відокремленні із зерна зародку. При цьому вилучається також до 25%
крохмалю. Подрібнені зерна кукурудзи проходять на дисковій дробарці (рис.
25.3).
На нерухомому кожусі знаходиться два сталевих диски із зубцями, які
розміщені концентричними колами. Один із дисків нерухомо закріплено на
стінці (2), а другий рухомий диск (/) поса-дено на вал двигуна (3). Зерно
надходить по центру цього диску до отвору зверху, подрібнена кукурудза
випускається в точку 4.
Рис. 25.3. Дискова дробарка
В процесі замочування послаблюється зв'язок зародку з ендоспермом.
Завдяки замочуванню зародок стає еластичним, і майже не подрібнюється,
що сприяє його подальшому вилученню на сепараторах, або гідроциклонах.
Кукурудзяна кашка після подрібнення подається відцентровим насосом через
сопло 4 в циліндричну частину гідроциклону
838
3. Оскільки напрямок руху кашки на вході тангенціальний, то потік набуває
обертального руху навколо осі циклону. Під дією відцентрової сили більш
тяжка фракція суспензії відкидається до периферії циклону б, спускається
вниз і через насадку 7 викидається у приймальник. Легка частина, що містить
крохмальне молоко із зародка надходить через насадку 5 до верхньої частини
гідроциклону 1 до камери 3. Зародок далі відокремлюється на ситах від
крохмального молока і надходить до подальшої переробки для одержання
олії.
Подрібнення кашки. Після того, як зерно кукурудзи піддати подальшому
подрібненню, яке проводять на жорнах, або млинах. На рис. .25.5, показана
схема машини ударної дії, яка має ротор 2, складений із двох дисків
закріплених по колу болтами, захищеними втулками з міцної сталі. Ротор
обертається на вертикальному валу з нижнім приводом і швидкістю обер-
тання 3000 об/хв. На кришці закріплено пальці 4, кашка надходить між дис-
ками 1 через отвір в центрі верхнього диску. Відцентрова сила відкидає час-
тинки на периферію. При цьому вони підлягають удару болтом ротора і
пальцями кришки. Це приводить до подальшого подрібнення кашки, руй-
нування ендосперми і звільнення зерен крохмалю.
Рис. 25.4. Гідроциклон для виділення зародку
Ситування і промивання мязги. 1 Іродукт, що одержано після подрібнення
кашки, містить вільні зерна крохмалю, білки, частини глютену, клітковину.
Подальша задача заключається в тому, щоб відокремити із складної суспензії
окремі складові. Його проводять ситуванням, тобто пропусканням суспензії
через сита, які розділяють суспензії за крупністю частинок на окремі фракції.
839
Ситування дозволяє відокремити крохмаль від крупної та мілкої мезги. Для
вилучення більш легких частинок глютену та інших домішок застосовують
центрифугування. Принцип розподілу на центрифугах заснований на різниці
в густині компонентів суспензії. Густина крохмалю — 1610, глютена — 1176,
мязги — 1300 кг/м3. В сепараторах крохмаль з більшою густиною і легко
відокремлюється від частинок глютену і мязги з меншою густиною.
На рис. 25.6 наведено схему сепаратора для відокремлення крохмалю від
глютену і мязги. Сепаратор — вертикальна осаджу-вальна центрифуга з
нижнім приводом. Обертальний барабан
840
центрифуги містить пакет із конічних тарілок 3, відстань між якими (0,5... 1)
мм. В стінках конусів є отвори, які співпадають, утворюючи канали.
Суспензія надходить по трубі 1 в нижню частину барабана, звідки
розподіляється між тарілками. Під дії відцентрованої сили частина суспензії з
більшою густиною — крохмаль — відкидається до периферійної частини і
виводиться з барабану через дюзи 4. Частина суспензії з меншою густиною
піднімається в міжтарілочному просторі через перелив в верхній частині
ротору.
Для підвищення ступеня розподілу її послідовно обробляють на кількох
сепараторах. Одержане крохмальне молоко додатково очищають на вакуум-
фільтрах або гідроциклонах. Вихід крохмалю складає від 60 до 66,6% від
маси сухої кукурудзи.
Переробка відходів виробництва крохмалю. Крім крохмалю із зерна
кукурудзи інші цінні харчові продукти: олію, кукурудзяний корм, екстракт.
Переробка кукурудзи на крохмаль за замкнутою схемою є прикладом
організації безвідходного виробництва, коли всі елементи сировини
використовують для одержання цінних продуктів.
25.3. Технологічна схема виробництва крохмальної патоки
Патоку, яка є продуктом неповного кислотного гідролізу крохмалю,
використовують в кондитерському, хлібопекарському, консервному,
лікероводочному виробництві.
Патока — безбарвна, або слабо забарвлена в жовтий колір, в'язка рідина. В
залежності від глибини гідролізу, патока має різний за вуглеводами склад. В
ній містяться сахари і декстрини.
Процес гідролізу крохмалю — каталітичний хімічний процес. Каталізатор —
іони водню, а при ферментативному гідролізі — фермент амілаза. Гідроліз
може бути виражено такою характеристичною для сахаридів формулою:
)(,OO)(
C
H
C
H
nCnHC
H
C
n
5
12
6
12
525
10
6
— молекула крохмалю.
На рис. 25.7 наведено спрощену функціональну схему виробництва
крохмальної патоки з каталізатором соляною кислотою (НС1) і при
використанні активованого вугля для очищення сиропів.
Основними етапами виробництва крохмальної патоки є гідроліз крохмалю
нейтралізація гідролізату, вилучення жиру і очистка і знебарвлення сиропу,
концентрування, очистка густого сиропу, уварювання і охолодження.
841
В склад готового пр одукту
Рис. 25.7. Спрощена функціональна схема виробництва крохмальної натоки
842
Крохмальне молоко після очищення і змішування із соляною кислотою
надходить до конвектора. Першим етапом є каталітичний процес гідролізу
крохмалю, в результаті якого йде оцукрювання крохмалю.
Оцукрювання виконують періодично в автоклавах або в апаратах
безперервної дії.
На рис. 25.8 зображений автоклав періодичної дії, який має циліндричний
корпус із сферичною кришкою і дном, виготовлених із червоної міді або
бронзи. По трубі 1 в автоклав надходить із мірника підкислене крохмальне
молоко. Через кільцевий барботер надходить гостра пара для запарки
крохмалю.
Витратами пари регулюють тиск і температуру в автоклаві. Для запобігання
утворювання грудочок клейсте-РУ трубою З в нижню частину
автоклава, нижче барботера теж подають пару. На кришці автоклаву
встановлено манометр 3, запобігаючий клапан 5 і крохма-лоловушка 1, через
яку автоклав з'єднують через трубу 4 з атмосферою. Через трубопровід 7 і
краник 6 з автоклаву відбирають проби сиропу. При цьому відбувається така
реакція:
CO
H
CaSOCaCOSO
H
O
2
2
434
2
Гіпс (CaSO4) випадає в осадок і легко фільтрується. Нейтралізація проходить
при (96...98) °С в дерев'яних чанах з мішалками.
В результаті процесу нейтралізації вільні мінеральні кислоти (НС1, H
2
SO
4
),
неприпустимі в харчових продуктах, переводяться в нешкідливі солі (NaCI)
або в нерозчинений осад (CaSO
4
), який виводиться із гідролізату в осадок.
Якщо патока готується з кукурудзяного крохмалю, то в гідролізаті є жир,
який треба вилучити. Якщо його не вилучити, то
843
Рис. 25.8. Автоклав періодичної дії
фільтрація буде утруднена. Тому нейіралізований гідролізат перше за все
піддають знежиренню. Ця операція заснована на різниці густини жиру і
знежиреного сиропу. Тому жир спливає на поверхню сиропу і може бути
вилучений відстоюванням. Апарат, що використовується для знежирення і
уявляє собою сталевий прямокутний резервуар з перегородками, завдяки
чому ускладнюється рух нейтралізованого сиропу, що сприяє вилученню жи-
ру. Жир спливає на поверхню і відокремлюється. Більш прогресивним є
відцентрований спосіб відокремлення жиру на сепараторах.
Знежирений сироп направляється на фільтрування. Для полегшення і
підвищення якості процесу до сиропу додають у спеціальних змішувачах
діатоміт. Одержану суспензію направля-
844
ють на фільтр-преси періодичної дії, або на барабанні ваку-умфільтри.
Відфільтрований прозорий сироп має жовтий колір. Для його знебарвлення і
усунення запаху і відокремлення мінеральних солей застосовується
адсорбція. За адсорбент використовують кістяне або активоване дерев'яне
вугілля. Після обробки сиропу адсорбентом в змішувачі його ще раз
фільтрують. Підготовлений таким чином сироп йде на випарювання у
випарні апарати.
Основна мета при випарюванні полягає в тому, щоб довести концентрацію
сухих речовин в сиропі до (56...57)% за масою. Випарювання проводять в
багатокорпусній випарній установці. Звичайно використовують трикорпусні
випарювачі з меншими витратами теплоти і одержати сироп з малою
барвністю.
Одержаний після випарювання сироп ще раз обробляють адсорбентом,
фільтрують і після цього піддають кінцевому уварюванню до концентрації
сухих речовин не менше 78%. Для запобігання розкладу, уварювання густого
сиропу проводять в вакуум-апаратах періодичної дії при значному
розрідженні (85...89) кПа. Для уварювання сиропу застосовують апарати з
гріючою камерою, складеною з горизонтальних мідних трубок, що забез-
печує низький рівень киплячої рідини, а значить і малу температурну
депресію. Уварювання проводиться при температурі 50 °С. Кінцевою
операцією технологічного процесу є охолодження патоки до температури
(40...45) °С. Схеми вакуум-випарного апарату та охолоджувача наведено на
рис. 25.9 та 25.10.
Цей процес затруднений у зв'язку з високою в'язкістю патоки. Для
запобігання розкладу патоки, охолодження треба проводити швидко — не
більше 1,5 години.
25.4. Контроль і керування технологічним процесом виробництва патоки
Параметричну схему виробництва патоки наведено на рис.25.11.
Кукурудзяний крохмаль повинен вмістити не більше (1,7...1,8)% домішок,
розчиненого білка — 0,7%, загальних речовин — 0,13%, жиру і жирних
кислот — 0,7%. Контроль якості крохмалю здійснюють для кожної партії
крохмалю лабораторним аналізом середнього зразка для партії проб.
Контроль процесу гідролізу здійснюють за забарвленням. Для автоматичного
контролю гідролізу використовують фотоелектричні колоримет-
845
ри і густиноміри. Керуючими параметрами с температура гріючої пари,
витрати кислоти які складають 0,24% від маси СР і час гідролізу
. В
результаті гідролізу одержують кислий сироп температурою (105... 106) °С і
вмістом редукуючих речовин РР (в перерахунку на глюкозу), до маси сухих
речовий (СР) (30...40)%. Оскільки основною метою нейтралізації є
покращення гідролізу крохмалю, то основним показником якості продукту є
величина рН = 4,5.
Керуючими параметрами нейтралізації є витрати речовини (соди) G
н
,
повітря G
овn
і час нейтралізації
н
. При очищенні сиропу основними
керуючими параметрами є витрати адсорбентів G
ад
та час (експозиція)
контакту фаз
i
. В тих випадках, коли концентрування проводять не в
автоклавах при гідролізі крохмалю, а в трьохкорпусних випарних апаратах
основними керуючими пара-меірами є витрати гріючої пари G
n
, її
температура t
n
час випарювання
n
. Основним керуємим параметром є
концентрація сухих речовин, яка повинна бути (55...57)% СР. Температура в
останньому корпусі випарної установки (60...65) °С.
Основним керуємим параметром при випарюванні є концентрація СР = 78%.
Температура відповідає тиску вакуум-випарної установки 60 °С. Керуючими
параметрами є витрати пари G
n
, її температура t
n
і час уварювання
ув
. На
останньому етапі оцінкою процесу є температура патоки t
n
(40...45) °С, а
керуючим параметром втрати охолоджуючої води G
в
, або її температура t
в
.
Автоматичне керування для періодичних процесів гідролізу і нейтралізації
може бути організовано за програмою із заданим циклом. Для всіх інших
безперервних процесів, в тому числі і при безперервному оцукрюванні,
автоматичне управління може бути реалізовано за відхиленням керуємої
величини, зміною перелічених керуючих дій.
Розв'язання складних задач може бути досягнуто застосовуванням і більш
складних автоматизованих систем керування з використанням керуючих
обчислюваних машин.
Патоку виробляють двох видів: карамельну (К) і глюкозну високо цукрову РР
60%.
Карамельну патоку випускають низько цукрову (КН) РР (38...54)%, вищого
(KB) і першого (К1) сортів РР (38...44)%.
846
Рис. 25.11. Параметрична схема виробництва крохмальної патоки
847
Контрольні запитання до 25-го розділу
1. Сировина для виробництва крохмалю та основні показники її якості.
2. Показники якості крохмалю та патоки і методи їх визначення.
3. Основні етапи виробництва крохмалю.
4. Використання відходів при виробництві крохмалю та патоки.
5. Основне устаткування для виробництва крохмалю та патоки.
6. Управління процесом виробництва патоки.
7. Управління процесом виробництва крохмалю.
8. Основні етапи виробництва патоки.
9. Повторне використання води для виробництва крохмалю та патоки.
10. Шляхи енергозбереження при виробництві крохмалю та патоки.
848
Розділ 26. Викиди в довкілля
26.1. Утворення шкідливих викидів на підприємствах та в побуті
Визначення екології як науки про взаємозв'язок живих організмів між собою
та довкіллям або взаємодією людини і середовища, суспільства і природи
повністю відноситься і до промислової екології, як її окремої частки.
Промислова екологія як наука вивчає взаємодії промислових виробництв з
довкіллям.
Ці взаємодії відбуваються в основному в одному напрямку — в навколишнє
середовище постійно з промислових підприємств надходять викиди у вигляді
забрудненої стічної води, забрудненого повітря, шуму, вібрацій (коливань),
випромінювань тощо, які шкідливо впливають на стан ґрунту, водоймищ,
повітря і живих організмів у т.ч. і людини.