Рафинированное крахмальное молоко кроме крахмала содержит некоторое количество очень мелкой мезги, скоагулированных белков и остатки клеточного сока картофеля. Соковая вода при стоянии на воздухе быстро розовеет и затем становится более темной, в связи с чем цвет крахмала ухудшается. Длительное соприкосновение крахмала с соковой водой уменьшает его клейстерообразующую способность. Поэтому старая аппаратура для выделения крахмала длительным отстаиванием (отстойные чаны) в настоящее время повсеместно заменяется осадительными центрифугами различных типов.

Чтобы получить крахмал высокого качества (чистотой 99,4-99,6%), необходимо удалить почти все примеси, для чего производится промывание крахмала.

Пурификаторы. На некоторых заводах для выделения и промывания крахмала используют специально оборудованные центрифуги, называемые пурификаторами. Пурификатор (рис. 1) - очиститель - представляет собой центрифугу с вертикальным валом 1, барабаном 2 и кожухом 3. Барабан имеет диаметр 1,2 м, высоту 0,8 м и частоту вращения 400-500 об/мин. Крахмальное молоко поступает через неподвижную воронку 4 на вращающееся колесо-турбину 5, которое сообщает молоку окружную скорость, равную скорости вращения барабана. Здесь под действием центробежной силы молоко распределяется по вертикальной образующей барабана и разделяется на три слоя: на стенке сначала оседают тяжелые примеси, затем чистый крахмал, потом слой грязевого крахмала и, наконец, промывная вода, образующая полый цилиндр. Разделение происходит примерно в течение минуты, после чего приводится в движение нож 6, которым как бы подрезается слой соковой воды. Вода теряет свою скорость и стекает через нижнее отверстие 7. После удаления воды нож медленно подводится к грязевому слою и осторожно срезает его. Этот слой также выводится через нижнее отверстие цеитрифуги.

Чистый крахмал разводят водой, подаваемой по вертикальной трубе. В этот момент нож отводят, держатель ножа и мешалки подводят к слою крахмала другой стороной и мешалкой 8 при уменьшенной частоте вращения барабана суспендируют крахмал. Затем мешалка возвращается в первоначальное положение, и крахмал снова осаждается. Вновь удаляют промывную воду и грязевой слой и разводят крахмал чистой водой. Чистое крахмальное молоко выводят из барабана центрифуги, вводя в слой молока трубу 9, направленную против вращения барабана. Тонкий слой осадка у стенки барабана (3-4 мм) всегда остается, и в нем сосредоточивается основная масса песка, удаляемая периодически.

Пурификатор обеспечивает хорошее качество крахмала. К недостаткам машины относится периодичность цикла работы и трудность обслуживания.

Рис. 1 . Пурификатор.

Гидроциклон. Наиболее совершенным оборудованием для разделения и промывания крахмальных суспензий, применяемым как в СССР, так и за рубежом, являются гидроциклоны. Крахмальное молоко поступает в гидроциклон (рис. 2) по трубе / тангенциально под давлением, вследствие чего поступательное движение преобразуется во вращательное и тяжелые частицы центробежной силой отбрасываются на внутреннюю поверхность конуса, по которой они потоком (густой сход или тяжелая фракция) сползают к сливному отверстию 2. Легкая фракция продукта (жидкий сход) вытесняется сгущенной фракцией и поднимается вихреобразно к сливному устройству 3, через которое выводится из гидроциклона.

Для увеличения центробежной силы, а следовательно, для лучшего разделения крахмала и тонкой мезги в картофелекрахмальном производстве используют гидроциклоны малого размера (микроциклоны) с внутренним диаметром цилиндрической части 20 мм.

С целью повышения пропускной способности гидроциклонов при выделении крахмала обычно применяют батареи (пакеты), состоящие из большого количества параллельно установленных цилиндро-конических элементов (микроциклонов). Такие батареи (мультициклоны) представляют собой цилиндры, разделенные двумя поперечными дисками на три части. Диски имеют отверстия, между которыми вставляются микроциклоны. В среднюю камеру насосом нагнетается крахмальная суспензия, с помощью тангенциально расположенных сопел она распределяется по элементам гидроциклона. Сгущенные сходы собираются во второй камере, а осветленные жидкие сходы - в третьей. Вторая и третья камеры мультициклонов снабжены отводными трубами, по которым продукты выводятся на следующую технологическую операцию.

Для полного отмывания крахмала от растворимых веществ и почти полного удаления мезги крахмальную суспензию обычно обрабатывают на мультициклонах последовательно в три ступени. При такой обработке крахмальная суспензия концентрацией 7% из сборника исходного продукта через фильтры подается на I ступень основной цепи гидроциклонов. Сгущенный продукт разбавляется жидким сходом III ступени и насосом перекачивается на II ступень. После II ступени сгущенный сход разбавляется чистой водой и перекачивается на III ступень, с которой густой крахмальный продукт концентрацией 36-40% собирается в сборник сырого крахмала.

Рис. 2 . Гидроциклон.

Жидкие сходы с I и II ступени поступают в сборник и оттуда направляются на специальные аппараты для отделения мелких зерен крахмала (осадительные центрифуги, специальные гидроциклоны и т. п.).

Цель исследования: изучить удобрительную ценность сточных вод пищевой промышленности. Эта категория сточных вод отличается большим разнообразием, предприятия располагаются по всей территории России. Для производства своей продукции (сахара, крахмала, патоки) эти предприятия потребляют большое количество воды. В отличие от многих предприятий сахарные заводы сосредоточены в южной и юго-западной части страны, в зоне черноземных почв. Очистка сточных вод осуществляется на большинстве заводов на полях фильтрации. Но очистка сточных вод на них осуществляется неудовлетворительно.

Особенность сахарного производства состоит в том, что образующиеся сточные воды отличаются высоким содержанием взвешенного осадка, обладают кислой реакцией с высоким содержанием солей натрия. Сахарные заводы имеют два вида сточных вод: условно чистые и производственные химически загрязненные сточные воды.

Первые из них сбрасываются в открытые водоемы (реки), вторые отправляются на очистные сооружения (поля фильтрации или сооружения искусственно-биологической очистки). Удобрительная ценность неосветленных сточных вод средняя, фосфор почти отсутствует .

Огромное количество землисто-известкового осадка образуется при применении извести в технологии производства (осветление сахарного сиропа) легко оседает, вода осветляется, улучшается ее состав. Осветление сточных вод сахарных заводов проводится в земляных прудах - отстойниках. После осветления сточные воды направляются и накапливаются в картах полей фильтрации. После отстаивания на полях фильтрации сточные воды подщелачиваются, реакция среды приближается к нейтральной или слабо щелочной. Содержание взвешенного осадка немного снижается, а концентрация растворенных веществ достигает оптимальных величин .

Сточные воды крахмальных и крахмалопаточных заводов

Данные заводы расположены во всех почвенно-климатических зонах, начиная от зоны дерново-подзолистых почв до черноземов и каштановых почв. Сырьем для производства являются картофель и кукуруза. До настоящего времени очистка и утилизация сточных вод на данных заводах до конца не решена. Большинство заводов сбрасывают неочищенные или слабо очищенные воды в реки, в результате чего являются загрязнителями поверхностных и грунтовых вод. В то же время сточные воды крахмальных заводов являются источником удобрительных веществ и в этом плане представляют интерес для сельского хозяйства .

Сточные воды при производстве картофельного крахмала отличаются высоким содержанием осадка различных органических веществ, в том числе органических кислот. Данные сточные воды быстро закисают. При производстве кукурузного крахмала для гидролиза зерна кукурузы применяется серная кислота, иногда натровая щелочь. Вследствие этого сточные воды крахмальных заводов, работающих на кукурузе, отличаются кислой реакцией. Сточные воды крахмальных заводов и комбинатов подразделяются с учетом технологического процесса на два вида: транспортерно-моечные и соково-промывные . На ряде предприятий они объединяются в общий сток.

Как правило, сточные воды крахмальных заводов имеют слабо кислую и кислую реакцию, им свойственно повышенное содержание растворенных веществ и би-карбонатный состав. В составе солей преобладают соли кальция, но при производстве кукурузного крахмала щелочным методом - соли натрия.

Для всех видов сточных вод крахмальных заводов, кроме транспортерно-моечных и повторно-промывных, характерно высокое содержание органических веществ. Удобрительная ценность высокая по калию и азоту. Общий сток и транспортерно-моечные воды содержат значительно меньше питательных веществ. Состав сточных вод крахмальных заводов существенно колеблется в течение суток и по суткам. Сточные воды пригодны для орошения после усреднения и разбавления чистой водой или транспортерно-моечными водами. Общий сток завода имеет, обычно, лучший состав для целей регулярного орошения.

Сточные воды гидролизных и биохимических заводов.

Гидролизные и биохимические заводы выпускают кормовые дрожжи. Исходным сырьем для их получения служат отходы сельского хозяйства (кукурузная кочерыжка, шелуха) и лесного хозяйства (древесные отходы). Гидролизные заводы расположены по всей территории России, включая восточные и северные, западные и южные районы страны.

Сточные воды данных заводов весьма своеобразны. Они отличаются высокой цветностью (коричнево-бурый цвет), наличием мелкодисперсного взвешенного осадка, кислой и слабо кислой реакцией среды, высоким содержанием аммиачного азота, сульфатов и органических веществ. Эти особенности обуславливаются технологией производства. Для получения биомассы отходы сельскохозяйственного производства гидролизуют-ся серной кислотой. Нейтрализация кислых стоков с основных стадий технологического процесса проводится аммиачной водой .Высокая цветность, наличие мелкодисперсного осадка, высокое содержание органических веществ обуславливаются воздействием серной кислоты на биомассу.

Сточные воды данных предприятий в своем исходном состоянии (до очистки) характеризуются кислой реакцией среды, значительным содержанием взвешенного осадка, высокой концентрацией растворенных веществ, сульфатно-бикарбонатным составом. В составе солей преобладают соли кальция. Сточные воды имеют высокую концентрацию растворенных веществ, которая варьирует в широких пределах. В составе растворенных веществ более 50% занимают органические вещества.

Реакция среды становится менее кислой, уменьшается более чем на 50% содержание растворенных веществ взвешенного осадка, органических веществ, в том числе сульфатов и биогенных элементов. Такая закономерность проявляется под влиянием искусственно-биологической очистки. На некоторых предприятиях сооружения искусственно-биологической очистки не обеспечивают доведения состава сточных вод до кондиции пригодных для сброса в водоемы. Эффект очистки достигает 60%. Остается цветность, высокое содержание биогенных элементов, органических веществ и сульфатов . После биологической и механической очистки сточные воды гидролизных заводов становятся пригодными для орошения сельскохозяйственных культур.

Сточные воды маслозаводов и маслосырзаводов

Предприятия по производству масла, сыра и первичной переработки молока в основном сосредоточенны в нечерноземной зоне России, охватывая такие регионы, как центральные области, а также южные районы нечерноземной зоны России. Основная масса этих предприятий расположена в зоне дерново-подзолистых, серых лесных и выщелоченных черноземных почв.

Предприятия молочной промышленности крайне разнообразны по мощности и, следовательно, по объему образующихся сточных вод. Преобладают средние и мелкие предприятия. Средние предприятия ежегодно сбрасывают в водоемы около 200250 тыс. м 3 /год неочищенных или слабо очищенных сточных вод.

Мелкие предприятия сбрасывают до 50-70 тыс. м3/год сточных вод. Сточные воды предприятий по переработке молока отличаются большим своеобразием . Они содержат много органических веществ, в числе которых много белковых соединений, которые быстро загнивают и приводят к загрязнению атмосферы. Сточным водам свойственно высокое содержание удобрительных элементов (азота, калия). Поэтому они представляют интерес для сельского хозяйства как источник удобрений.

В технологии производства не используются какие-либо токсические вещества. Определенную опасность представляют стоки от засолки сыров, где используется высококонцентрированный раствор хлористого натрия (№01) от 20-25%. Эти стоки образуются на маслосырзаводах и периодически сбрасываются небольшими объемами в общий коллектор сточных вод. В результате этих сбросов общий сток заметно ухудшается по многим агромелиоративным показателям. Целесообразно изолировать эти стоки от общего объема сточных вод ряда предприятий молочной промышленности.

В таблицах 1 и 2 представлены данные о химическом составе и удобрительной ценности сточных вод ряда предприятий молочной промышленности. На примере ОАО «Надежда» Ковылкинскогомаслосырзавода республики Мордовия, которое является типичным предприятием по производству масла и сыра, приведены данные химического состава сточных вод по основным циклам технологического процесса и общего стока завода . На всех стадиях технологического процесса образующиеся сточные воды (свежие) имеют кислую реакцию, высокое содержание органических веществ и биогенных элементов.

Содержание органических веществ (ХПК) варьирует от 6,5 до 7,7 мгО/л, общего азота от 105 до 216 мг/л, калия от 56 до 223 мг/л (исключая стоки солевых бассейнов), количество фосфора 18-60 мг/л. Агрессивные стоки характерны для солевых ванн. Эти стоки высококонцентрированные. Содержат 25 г растворенных солей, много солей натрия (25,3 г/л) и органических соединений (3 г/л). Такие стоки необходимо удалять из общего объема сточных вод.

Изучение химического состава сточных вод Ковылкинскогомаслосырзавода показало, что общий сток завода из прудов-накопителей, где сточные воды длительно хранятся и отстаиваются, характеризуется более благоприятным составом. Он имеет нейтральную или щелочную реакцию, менее высокую концентрацию растворенных веществ (1,4 г/л), бикарбонатно-хлоридный состав. В составе солей преобладают соли натрия. Удобрительная ценность и содержание органических веществ снижается, воды становятся пригодными для орошения сельскохозяйственных культур. На данном объекте стоки из солевых ванн вывозятся мобильным транспортом, следовательно, изолируются от общего объема сточных вод.

Таблица 1. Химический состав сточных вод ОАО «Надежда» Ковылкинскогомаслосырзавода республики Мордовия по основным технологическим циклам, мг/л

Взвеш. осадок

Сухой остаток

Прокал. остаток

Азот общ.

Азот аммач.

Стоки от мойки оборудования

Стоки от котельной

Стоки от бассейнов засолки сыров

Общий сток на территории завода

Общий сток насос.ст. на территории завода

Накопитель (общий сток завода)

Средние данные по общ.стоку (накопителя)

Таблица 2. Химический состав и удобрительная ценность сточных вод предприятий молочной промышленности

Предприятия

Взвеш. осадок

Сухой остаток

Прока-лостаток

Азот общий

Азот аммиач.

Торбеевский

маслозавод

Краснослобод-

ский маслозавод

Аташевский маслозавод

Ставровский молокозавод

В таблице 2 представлены данные по сточным водам других масло- и масло-сырзаводам. В таблице показан состав общего стока маслосырзаводов республики Мордовии и заводов Владимирской области.

Из данных таблицы видно, что сточные воды в исходном состоянии (до чистки) характеризуются повышенным содержанием взвешенного осадка, растворенных веществ, в том числе органических соединений и солей натрия. Сточные воды перед использованием требуют подготовки к орошению. В процессе подготовки сточные воды не должны иметь высокого содержания взвешенного осадка, органических соединений и удобрительных элементов. Воды требуют усреднения, отстаивания, изоляции солей натрия. Учитывая, что воды маслосырзаводов обладают высокой удобрительной ценностью, их целесообразно использовать для орошения сельскохозяйственных культур и в первую очередь кормовых.

Рассмотрев химический состав основных категорий и видов сточных вод с учетом технологии производства, можно сделать вывод, что сточные воды пищевой промышленности в своем исходном состоянии характеризуются высоким содержанием взвешенного осадка, растворенных веществ, органических соединений, повышенным содержанием биогенных элементов и некоторых веществ, попадание которых в сточные воды нежелательно.

Все виды и категории сточных вод в той или иной степени требуют подготовки к орошению. Характер и особенности подготовки их к орошению определяются составом сточных вод, технологией производства, особенностью природных условий зоны орошения. С помощью подготовки сточные воды должны быть доведены до кондиции, пригодной для орошения.

Помимо консервирования картофеля это сырье является основным для получения крахмала. Крахмал производят на крупных специализированных предприятиях, на небольших заводах и даже в мелких цехах. В качестве сырья можно использовать как обычный продовольственный картофель, так и мелкий, который, как правило, отбраковывается по размерам при сушке или заморозке. Главное требование – картофель должен быть зрелым, так как в молодых незрелых клубнях средний размер крахмальных зерен меньше, соответственно, качество готового крахмала из них будет ниже, а количество потерь при производстве – выше.

В среднем в одном клубне содержится около 18 % крахмала от общего веса. При извлечении крахмала клеточные стенки сырья разрушаются, из них извлекается максимально большое количество крахмальных зерен, которые затем отделяются от жидкости и примесей и высушиваются. При получении крахмала используется холодная вода, сушка его производится при невысокой температуре. Так как сухой безводный крахмал имеет удельный вес 1,65 г на мл, то крахмальные зерна при отделении от клеток мякоти быстро осаждаются. Это позволяет улавливать их в виде осадка и отделять при помощи центрифуги от жидкой части.

Производство крахмала состоит из нескольких операций. Сначала весь картофель моется на специальной моечной машине, которая снабжена глубоким желобом с валом в верхней части. Расход воды при мойке картофеля составляет 4-5 куб. метров воды на 1 тонну сырья. Затем, как и при консервировании картофеля, клубни измельчаются. Но на этот раз они измельчаются таким образом, чтобы разрушить максимальное количество клеточных стенок (это позволит извлечь из них как можно больше крахмала). Однако чрезмерное измельчение затруднит последующее их отделение от крахмала и жидкости. Поэтому для измельчения картофеля его пропускают через терочные устройства, превращающие клубни в кашеобразную массу, основная часть крахмальных зерен в которой находится в свободном состоянии. Картофельная растертая масса собирается в сборник, а потом подается на сито. На линии могут использовать полуцилиндрическое, цилиндрическое (ротационное) и плоское (сотрясательное) оборудование. Именно здесь под воздействием воды крахмальные зерна отделяются от других составляющих массы. Больше половины крахмала проходит через сито вместе с водой и другими веществами. На сите при этом остается мезга, клетчатка и около 25 % крахмала. Чтобы уменьшить потери, оставшуюся кашку снова измельчают и пропускают через сито с более мелкими отверстиями. Крахмальные зерна, которые прошли через сито вместе с водой, называются крахмальным молочком. Раствор сливается в отдельный резервуар, где от воды отделяется крахмал путем отстаивания в чанах, отстаивания в потоке (на лотках или в желобках) или центрифугированием. В первом случае молочко сливается в баки и оставляется на 7-8 часов. Крахмал оседает на дне бака, а жидкость с образовавшейся пеной аккуратно сливается через фильтры для улавливания оставшегося в ней крахмала. Крахмал выгружается в промывной чан, где снова смешивается с водой и оставляется для оседания. С поверхности воды удаляется образовавшийся при вторичной промывке налет, а крахмал-сырец направляется на сушку. Сырец содержит до 55 % воды. В процессе сушки при температуре 45-50° уровень его влажности снижается до 20 %. Так как в результате этой операции в крахмале образуются комки, их необходимо потом измельчить. Наконец, готовый крахмал просеивается через бурат и упаковывается.

На большинстве современных предприятий используются автоматизированные линии по производству крахмала четырех сортов (экстра, высший, первый, второй). Они позволяют выполнять все операции – мойку сырья, измельчение, сбор и очищение каши, механическое обезвоживание полученного крахмала, выделение свободного крахмала из каши, обезвоживание и сушку – с минимальным участием людей и по безотходной технологии. Специальная гидроциклонная установка используется для разделения картофельной кашки на крахмальную суспензию и смесь мезги с картофельным соком.

Это позволяет значительно уменьшить расход свежей воды, который составляет в данном случае около 0,5 куб. метров на 1 тонну картофеля. Кроме того, практически полностью ликвидируются сточные воды, а получаемые концентрированные отходы (с содержанием около 7-10 % сухих веществ) идут на корм скоту в натуральном или переработанном виде. Такие установки не требуют большой производственной площади для размещения и отличаются высокой производительностью (до 10-15 тонн крахмала в сутки). Стоимость такого комплекта оборудования начинается от 7 миллионов рублей. При выборе помещений под производства и склады имейте в виду, что мелкая крахмальная пыль в воздухе может взрываться от соприкосновения с огнем. Поэтому на таком предприятии к оборудованию помещений, где вырабатывают крахмал (особенно на участках, где его сушат и упаковываются), предъявляются особые требования, в том числе и по соответствию правилам противопожарной безопасности. Кроме того, вам потребуется собственная система очистки сточных вод или наличие возможность расположения полей фильтрации около производства. Располагаться такое предприятие должно за городом. Также необходим собственный транспорт: картофель доставляется на завод с хозяйств в радиусе 100 км. Одна лишь стоимость доставки составляет на 6 тонн обработанного картофеля или 1 тонну готового крахмала порядка 1000 р. Для обслуживания среднего производства потребуется 14-16 человек, работающих в две смены. Средняя заработная плата работника составит около 18 тысяч рублей. Таким образом, расходы на заработную плату в себестоимости 1 тонны готовой продукции составляют 320 рублей. Прибавьте к этому расходы на закупку сырья (картофель), сульфат натрия, расходы на воду, электроэнергию, газ, покупку упаковки (мешки). При таких цифрах себестоимость производства 1 тонны картофельного крахмала составляет примерно 31-32 тыс. рублей.

Средняя рыночная оптовая цена картофельного крахмала – около 37 рублей за килограмм. Таким образом, доход предприятия по производству картофельного крахмала без учета налоговых отчислений, а также организации сбыта продукции и прочих затрат, кроме тех, что учтены выше, может составить 3,5-4 млн. рублей в месяц при производительности 1-1,5 тонны крахмала в час. Конечно, за вычетом всех расходов чистая прибыль окажется на порядок ниже. Тем не менее, можно увеличить рентабельность предприятия за счет расширения ассортимента, реализации отходов от переработки картофеля (клетчатки) в качестве комбикорма и т. д.

Бизнес по консервированию картофеля и производству крахмала является сезонным. Так как при хранении картофель теряет большую часть содержащегося в нем крахмала, сезон переработки сырья составляет около 250-300 дней – с сентября по май. Но для получения крахмала более высокого качества рекомендуется перерабатывать весь картофель в течение 200 дней. Уже с апреля (а в некоторых регионах и ранее) потери крахмала значительно возрастают.

Сысоева Лилия
- портал бизнес-планов и руководств

Область применения:

• Глубокая переработка зерна
• Биоэтанольное производство
• Спиртзаводы
• Производство крахмала, включая модифицированный крахмал
• Производство сиропов, патоки
• Переработка глютена и пентозанов
• Получение органических полуфабрикатов для дальнейшей переработки

При глубокой переработке зерна происходит образование промышленных сточных вод с высоким содержанием органических веществ, которые подлежат утилизации. Очистка сточных вод после глубокой переработки зерна осуществляется с применением биологических очистных сооружений основанных, главным образом, на использовании анаэробного реактора .

Компания ЭнвироХеми одна из первых разработала и успешно внедряет для предприятий крахмальной отрасли промышленности. Важно отметить, биологические очистные сооружения должны учитывать не только состав и количество поступающих сточных вод, но и специфику самого производства. Это позволит сделать очистные сооружения более эффективными и надежными, обеспечит требуемое качество очистки.

Одним из примеров могут служить анаэробные очистные сооружения для предприятия по производству модифицированного крахмала в восточной Германии.

Компания ЭнвироХеми выполнила проектирование технологии, осуществила поставку, монтаж и успешный запуск биологических очистных сооружений. Одним из основных требований предприятия являлось максимальное образование биогаза и его использование на установке с получением тепловой и электрической энергии. Качество очистки должно соответствовать требования сброса в местную канализацию.

Анаэробные очистные сооружения предусматривают следующие стадии очистки:

• Предварительная механическая очистка
• Стадия биологического закисления
• Анаэробная очистка с применением 2-х метанреакторов Biomar ASBx

Особо следует отметить особенность переработки сточных вод на предприятиях, где существует производство модифицированного крахмала . Сточные воды характерны высоким содержание не только органических веществ (до 15000 мг/л ХПК), но и обладают значительным солесодержанием. Поэтому поставщику и проектировщику очистных сооружений необходимо иметь определенный специальный опыт и предусмотреть мероприятия по подготовке и дальнейшей обработки сточных вод. Использовать на анаэробных очистных сооружениях устойчивые к коррозии материалы (трубопроводы, арматура, измерительные приборы, строительные конструкции и т.д.).

Для достижения особых требований сброса в канализацию или водоем требуется отдельная стадия доочистки с применением систем позволяющих удалять биологически стойкие органические соединения, например использование установки озонирования.

Анаэробный активный ил для запуска анаэробных очистных сооружений завозится компанией ЭнвироХеми (по желанию Заказчика) с аналогичных анаэробных реакторов .

Компания ЭнвироХеми выполняет проектирование очистных сооружений , оказывает поддержку при строительстве очистных сооружений , осуществляет поставку и монтаж оборудования, проводит пуско-наладочные работа с последующим запуском в эксплуатацию.

Технология кукурузного крахмала с предварительным замачиванием зерна

Технология производства кукурузного крахмала с предварительным замачиванием кукурузного зерна, предназначенным для "мокрого" удаления зерновой оболочки и зародыша, конкурирует с технологией "сухого" извлечения этих компонентов.

Технология крахмала с предварительным замачиванием зерна включает ряд процессов: диффузию (замачивание зерна), измельчение, сепарирование, обезвоживание, сушку, складирование, которые характеризуются большими продуктовыми потоками, возвратами продуктов, многостадийностью обработки.

Здесь подробно рассматриваются стадии технологического процесса производства кукурузного крахмала, каждая из которых сопровождается побочными технологическими операциями. Например, замачивание зерна может продолжаться и после его дробления, а выделение оставшегося зародыша может продолжаться на стадии выделения и промывания мезги; выделение белка и оставшейся мелкой мезги из крахмала дополнительно осуществляется на стадии промывания крахмала. Итак:

• Расчет барабанного вакуум-фильтра для обезвоживания глютена

  Рассмотрим пример. Допустим, что для завода производительностью А = 360 тонн абсолютно сухой кукурузы в сутки требуется установить барабанный вакуум фильтр для обезвоживания глютена.

  Количество глютеновой суспензии, поступающей в корыто вакуум-фильтра, b"" = 103% к весу кукурузы;

  вязкость фильтрата при 25 гр Цельсия составляет м=1,67 * 10 -6 кг * мин/ м2;

  удельный вес сухого глютена y2=1180 кг/м2; содержание глютена в суспензии b"=10%;

  давление при фильтрации 6000 кг/м2;

  барабан вакуум фильтра делает за 2 минуты 1 оборот с углом погружения 120 градусов; удельный вес фильтрата y1=1004 кг/м3; сопротивление ткани р=1,6 * 10 11 м-1;

  влажность сходящего глютена w=60%

  С" = 10 * 1004 / 100 - 10 = 111,5 кг/м3

  Вес сухого остатка, отлагаемого при получении 1 м3 фильтрата

  С = 115,5 * 1004 * (100 - 60) / 1004 * (100 - 60) - 111,5 * 60 = 135 кг/м3

  Объемный вес обезвоженного глютена

  y0 = 100 * y1 * y2 / 100 * y1 + (y2 - y1) * w = 100 * 1004 * 1180 / 100 * 1004 + (1180 - 1004) * 60 = 1100 кг/м3

  Время фильтрации

  z1 = 140 / n * 360 = 140 / 0,5 * 360 = 0,78 мин

  Объем фильтрата, который отлагает осадок, сопротивление которого равно сопротивлению ткани

  V1 = р * y0 / r * C = 1,6 * 10 11 * 1100 / 200 * 10 11 * 135 = 0,0653 м3

  Константа фильтрации

  b = 1,67 * 10 -6 * (135 * 200 * 10 11 / 1100 * 2 * 6000) = 342 мин/м3

  Количество фильтрата, получаемого с 1 м2 поверхности за время z

  V = (100 * y1 * y2 / 100 * y1 + (y2 - y1) * w = 100 * 1004 * 1180 / 100 * 1004 + (1180 - 1004) * 60 = 0,0155 м2/ м3

  Минутное количество фильтрата может быть определено следующим образом

  Количество глютеновой суспензии, получаемое на заводе в минуту, составляет

  А * b"" / 24 * 60 * 100 , тонн

  где b"" - количество глютеновой суспензии в % к весу кукурузы; b""=103%

  Если в суспензии содержится глютена b"%, то количество глютена за минуту будет

  А * b"" * b" / 24 * 60 * 100 * 100, тонн

  При влажности глютена w% количество влажного глютена, снимаемого с барабанного вакуум фильтра, будет равно

  А * b"" * b" *100 / 24 * 60 * 100 * 100 * (100 - w), тонн

  Следовательно, минутное количество фильтрата

  V" = (А * b"" / 24 * 60 * 100) - (А * b"" * b" *100 / 24 * 60 * 100 * 100 * (100 - w)) , тонн

  V" = (А * b"" / 24 * 60 * 100) * (1 - (b" / 100 - w) * 1/y, м3/мин

  После подстановки получим:

  V" = (360 * 103 / 24 * 60 * 100) * (1 - (10 / 100 - 60) * 1/1,004 = 0,192 м3/мин

  Активная поверхность фильтрации:

  F = 0,192 * 0,78 / 0,0155 = 9,67 м2

  Полная поверхность фильтрации:

  F = (9,67 / 140) * 360 = 27 м2

  Толщина лепешки на фильтре:

  l = V * 100 * C / Y0 * (100 - w) = 0,0155 * 135 * 100 / Y0 * (100 - 60) = 0,00475 м

  Экстракт, отбираемый из замочной батареи, содержит 5 - 8% сухих веществ, в зависимости от способа работы замочной станции и технологической схемы производства. Экстракт представляет собой большую ценность как кормовое средство, а также как сырье для производства спирта этилового, сухих кормовых дрожжей или антибиотиков.

  Для сгущения экстракта после предварительной фильтрации его упаривают на выпарной установке. На выпарку поступает около 100% жидкого экстракта. Выпарная станция состоит из 2х или 3х корпусов. Увариваемый продукт имеет высокую кислотность, поэтому выпарные аппараты изготавляют из кислотоупорной аустенитной стали AISI 304. Экстракт после сгущения содержит 45-46% сухих веществ и имеет кислотность около 4 - 5% в пересчете на HCl

  При упаривании экстракта наблюдается обильное пенообразование, которое может привести к перебросу жидкости в паровую камеру последующего корпуса выпарного аппарата. Поэтому уровень жидкости в аппарате должен быть невысоким, аппарат нужно снабдить пеногасителями и пеноловушками.

  Экстракт из замочных чанов и сборника 25 подается в отстойник 6 для удаления взвешенных частиц путем непрерывного отстаивания, а из него - в сборник 62, из которого направляется на подогрев паром в теплообменник 63 до температуры 75-80"C. Затем он уваривается в выпарных аппаратах (трехкорпусная выпарная установка 64 ), поступает в сборник 72, взвешивается на тензометрических весах 71 и насосом 73 затаривается в цистерну.

  

  Образовавшийся при уваривании экстракта экстрапар конденсируется в поверхностном конденсаторе 75 и через барометрический сборник 76 насосом 676 перекачивается на градирню. Для конденсации пара в трубы конденсатора подается оборотная вода с градирни. Воздух, содержащийся в воде и паре, из конденсатора 75 выкачивается вакуум-насосом 77 и удаляется в атмосферу. По мере необходимости проводится химическая очистка поверхности нагрева выпарных аппаратов от накипи и других загрязнений.

  Расчёт выпарной станции для экстракта

  Для расчета выпарной станции составляется тепловой и материальный баланс каждого корпуса. Если плотность раствора, поступающего и уходящего с выпарки, известна, то количество выпаренной воды можно определить по такой формуле

  W = S * (СВ2 - СВ1 / СВ2) ,

  где S - количечтво жидкого раствора, поступающего в выпарку,

  где СВ1 и СВ2 - содержание сухих веществ в растворе до и после выпаривания в %,

  Пример. Завод перерабатывает 450 тонн абсолютно сухой кукурузы в сутки. Требуется определить расход пара на выпарку экстракта и поверхность нагрева каждого корпуса. Известно, что количество экстракта, поступающего на выпарку, равно 100% к весу кукурузы. Температура экстракта 35"C. Соковый пар с выпарки используется для подогрева экстракта перед выпаркой в теплообменниках первой группы. Начальное содержание сухих веществ в экстракте 7,5%, конечное - 40%. Теплоемкость сгущенного экстракта 0,93 ккал/кг "C

  Расход тепла для подогрева экстракта от 35 до 75"C с учетом 5% потерь

  Q = 100 * 1 * &75 - 35) * 1,05 = 4200 ккал

  Расход вторичного пара I корпуса установки на подогрев экстракта в теплообменнике

  E1 = Q / л - тк = 4200 / 638 - 94 = 7,7 кг

  где л - теплосодержание пара

  где тк - температура конденсата

  Количество выпариваемой воды из 100 кг экстракта

  W = 100 (40 - 7,5 / 40) = 81,5 кг кг

  Проектируем выпарную установку из трех корпусов с одинаковой поверхностью нагрева. При этом условии полезные разности температур в корпусах должны быть прямо пропорциональны относительным тепловым нагрузкам и обратно пропорциональны коэффициентам теплопередачи отдельных корпусов

  Опустим некоторые вычисления

  Таким образом поверхность нагрева корпусов

  F1 = 204 m2

  F2 = 204 m2

  F3 = 204 m2

  Основные характеристики сырья и готовой продукции при переработке кукурузы

  Современная техническая оснащенность кукурузо-крахмальных предприятий позволяет получать высокие показатели извлечения и качества крахмала при переработке кукурузы урожайных сортов и гибридов с высоким содержанием крахмала и низким - протеина.

  При переработке кукурузного зерна получают:

  сухой кукурузный крахмал, который должен соответствовать следующим показателям качества:

  цвет - белый с желтоватым оттенком в зависимости от сорта;

  массовая доля влаги, % не более - 13;

  кислотность, мл 0,1 М раствора гидроксида натрия, в пересчете на 100 г абс. сухого крахмала, не более - 500;

  количество крапин на 1 дм 2 поверхности крахмала при рассмотрении невооруженным глазом, не более - 500;

  кукурузный экстракт от станции замачивания зерна, в который переходит до 7% сухих веществ замачиваемого зерна; концентрация экстракта - 8-10%, рН 4,2-4,4; после выпаривания на выпарных установках под разрежением экстракт концентрирется до содержания 48-50% СВ; цвет экстракта - от желтого до коричневого;

  кукурузный зародыш зародыш, идущий на выработку кукурузного масла;

  мезгу и глютен (кукурузный белок) для приготовления корма.

  Для выработки сухих кукурузных кормов используют побочные продукты: экстракт, глютен, мезгу, кукурузный зародыш и получают корма двух видов - с экстрактом и без экстракта.

  Сухие смешанные кукурузные корма с массовой долей 88% СВ содержат, %: углеводы - 86, белок и клетчатка - 76; при этом 100 кг товарного корма равноценны 125-135 кормовым единицам. Сухой кукурузный корм применяется для скармливания животным в различных смесях и комбикормах. Корма должны соответствовать следующим показателям качества:

  цвет - от желто-серого до темно-коричневого,

  запах - свойственный корму, без постороннего запаха,

  массовая доля влаги, % - не более 12,

  массовая доля сырого протеина, % - не менее 18,

  Технологические схемы производства крахмала из кукурузы от компании Альфа-Лаваль

  Производство крахмала из кукурузы (Вариант 1) - без потокового измельчителя и усредняющего сепаратора:

  

  Производство крахмала из кукурузы (Вариант 2) - с использованием усредняющего сепаратора:

  

  Производство крахмала из кукурузы (Вариант 3) - с использованием потокового измельчителя:

  

  При работе даже по самым прогрессивным технологиям производства кукурузного крахмала по замкнутой схеме требуется расход свежей воды более 2 м 3 на 1 тонну зерна кукурузы, или 3,2 м 3 - на 1 тонну сухого крахмала.

  За счет противоточной промывки крахмала и сопутствующих ему веществ рециркуля­ционной процессовой водой расход свежей воды может быть снижен до 1,8 м 3 на 1 тонну зерна, но при дальнейшем уменьшении его ухудшается про­мывка крахмала от растворимых веществ, которые появляются в самом на­чале технологического потока - при замачивании зерна.

  

  Основными условиями эффективного функционирования и развития технологического потока производства крахмала явля­ются:

  снижение расхода воды путем совершенствования процессов измель­чения сырья и разделения измельченной массы,

  решение проблемы утилизации побочных продуктов путем уменьшения их влажности, повышения их питательной ценности как кормовых и пищевых продуктов за счет биохимических и тепловых способов обработки,

  возможность использования побочных продуктов для производства комбикормов