Удобрительная ценность сточных вод предприятий пищевой промышленности. Удобрительная ценность сточных вод предприятий пищевой промышленности Основные характеристики сырья и готовой продукции при переработке кукурузы

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.

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

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

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.

Сточные воды предприятий крахмало-паточной промышленности. Очистка сточных вод картофеле-крахмальных заводов

Положительно зарекомендовали себя гидроцпклоны ГП-100, ГП-300 для выделения песка из воды. При соответствующем увеличении их размеров они могут производить очистку транспортерно-моечных вод от песка, исключив таким образом дорогостоящие песколовки,отстойники.

Очистка сточных вод картофеле-крахмальных заводов на аэротенках встречается редко. Исследования работы разных типов аэротенков указали на целесообразность применения аэро< тенков-смесителей. Так при дозе активного ила 4 г/л п периоде аэрирования 6—8 ч снижение БПК гарантируется па 95% без снижения рН поступающих сточных вод. Метод биосорбции дает снижение ХПК на 80% при продолжительности контакта 1 ч и времени реаэрации 6—8 ч.

Механизм удаления крахмала при помощи активного ила был иследован на опытной установке в контактных условиях. Активный пл был адаптирован к крахмалу и к некоторым другим субстратам. Активный ил и раствор крахмала вливали в аэрируемый сосуд и аэрировали в течение 7 ч. Начальные концентрации крахмала л активность ила в сточной жидкости варьировались широких пределах.

На установке систематически определяли изменения концентрации ХПК, крахмала, активного ила, а также скорость снижения ХПК субстрата без активного ила. В последнем случае после некоторого времени контакта субстрата с активным илом иловую воду отфильтровывали и инкубировали без аэрирования. Снижение ХПК фильтрата происходило вследствие действия разрушающих крахмал экзоферментов, выделяемых активным илом. В результате проведенного комплекса исследований установлено следующее:

а) скорость снижения ХПК субстрата с активным илом, адаптированным к крахмалу, была в пределах 0,25—0,70 г, ХПК/г активного ила в 1 ч;

б) скорость снижения ХПК с активным илом, адаптированным к глюкозе, мальтозе и альбумину, была значительно меньшей и составляла 0,1—0,27 г/г в 1 ч;

в) скорость снижения ХПК без активного ила была незначительной и составляла 0,2—9% от скорости снижения ХПК с активным илом. Это объясняется тем, что лишь незначительная часть экзоферментов выделяется с иловую воду, а основная их часть сорбируется на бактериальных клетках;

г) во всех опытах было отмечено, что после смешения субстрата с активным илом происходила немедленная адсорбция части субстрата на активном иле, а количество сорбированного крахмала находилось в прямой зависимости от температуры, количества активного ила и его акклиматизации.

Наиболее эффективным способом очистки сточных вод картофеле-крахмальных предприятий является утилизация их на полях фильтрации. Однако повышенная концентрация загрязнений картофеле-крахмальных сточных вод, используемых для орошения, па полях фильтрации требует уменьшения нагрузок на эти виды сооружений по сравнению с бытовыми сточными водами в 1,5— 2 раза.

При использовании сточных вод предприятий крахмало-паточной промышленности на полях орошения рекомендуется нагрузка 12000—15000 м3 сточных вод на 1 га за период работы предприятий (около 120 дней), Таким образом суточная нагрузка на 1 га составит 100—125 м3/сутки. При этом сточная вода, используемая на орошение сельскохозяйственных культур, должна быть подвергнута предварительной очистке. При использовании сточных вод крахмального завода на орошение в вегетационный период требуется ее усреднение, нейтрализация и разбавление в 1,5—2 раза. При организации полей орошения необходимо подобрать наиболее эффективные нейтрализующие вещества и предусмотреть строительство емкостей-смесителей с установкой для нейтрализации и подвод речной воды для разбавления. Для разбавления могут быть использованы транспортерно-моечные воды. Если же сточные воды используются в невегетационный период, разбавление их не обязательно.

В связи с тем, что в соковых водах имеются питательные вещества, необходимые растениям, эти воды могут быть рекомендованы при орошении как жидкие удобрения. Сравнительная характеристика питательных веществ соковых вод и навоза приведена в табл. 29.

Таблица 29. Сопоставительная характеристика удобрительных качеств соковых вод и навоза

В сопоставлении с минеральными удобрениями 100 м3 соковой воды по содержанию питательных веществ эквивалентно примерно 17 ц сульфата аммония, 5 ц суперфосфата и 10 ц хлористого кальция. Характерной чертой этих сточных вод является быстрое загнивание, поэтому накопление и хранение их невозможно.

Наиболее рациональны поливы трав. При поливе трав наряду с увеличением урожая отмечается также увеличение содержания белка в сене от 12,3 до 20,3% (без внесения дополнительных удобрений в почву). При поливе других сельскохозяйственных культур повышение содержания белка было отмечено у свеклы кормовой, кукурузы, моркови. Содержание крахмала в картофеле и сахара в свекле, поливаемых соковыми сточными водами, в процентном отношении хотя и не увеличилось, а в отдельных случаях даже снизилось, тем не менее абсолютный выход крахмала п сахара с одного гектара орошаемой площади вырос благодаря высокому урожаю.

Использования соковых вод па орошение показали высокую эффективность при поливе картофеля и овса. При этом были определены оптимальные нормы полива: для картофеля 500 м3, для овса 300 м3 соковой воды на 1 га.

Оптимальные оросительные поливные нормы в условиях легких супесчаных почв при поливе соковыми водами крахмальных заводов, м3/га:

1. Многолетние травы — 8000
2. Кукуруза и подсолнечник на силос — 4000—8000
3. Свекла сахарная и кормовая — 4000
4. Капуста — 4000
5. Картофель — 2000
6. Зерновые — 1000

Сточные воды предприятий крахмало-паточной промышленности даже при удовлетворительной механической очистке при сбросе их в водоемы создают условия, при которых происходит нарушение кислородного режима, и как результат размножение грибков, их рост, загнивание с интенсивным образованием и выделением сероводорода.

Отрицательное влияние сбрасываемых в водоемы сточных вод картофеле-крахмальных заводов выражается в интенсивном поглощении из воды водоемов кислорода за счет органических, биохимически окисляющихся загрязнений, в образовании осадка, легко переходящего в гнилостное состояние, с выделением при этом сероводорода, меркаптана, развития грибковых обрастаний по ложу водоема и ухудшения органолептических свойств воды.

Известны случаи, когда вследствие интенсивного загрязнения водоемов они приходили в состояние, непригодное для водоснабжения и культурно-бытовых целей.

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.

Глава 15

ТЕХНОЛОГИЯ КРАХМАЛА И КРАХМАЛОПРОДУКТОВ

Современная крахмало-паточная промышленность - важная отрасль народного хозяйства. Перерабатывая картофель и кукурузу, крахмало-паточные предприятия выпускают сухой крахмал, глюкозу, различные виды крахмальных паток, модифицированные крахмалы, декстрины, глюкозно-фруктозные сиропы и т. д. Ассортимент вырабатываемой продукции составляет десятки наименований. Крахмал и крахмалопродукты используют в различных отраслях пищевой промышленности: кондитерской, хлебопекарной, консервной, молочной, пищеконцентратной и др., а также в других отраслях промышленности (медицинской, текстильной, полиграфической, бумажной и т. д.).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ СЫРОГО КАРТОФЕЛЬНОГО КРАХМАЛА

Сырьем для производства картофельного крахмала служит картофель. Химический состав клубней картофеля колеблется в довольно широких пределах и зависит1 от сорта картофеля, климатических, почвенных и других условий. Средний химический состав картофеля (%): вода - 75, сухие вещества - 25. Из них (%): крахмал - 18,5, азотистые вещества - около 2, клетчатка -

1, минеральные вещества - 0,9, сахара - 0,8, жир - 0,2 и прочие вещества (пектиновые, пентозаны и др.) - 1,6.

Принципиальная технологическая схема получения сырого картофельного крахмала (рис. 51) состоит из следующих этапов: хранение картофеля; доставка картофеля на завод; мойка картофеля в моечных машинах; взвешивание картофеля; тонкое измельчение картофеля на терочных машинах -- получение кашки; выделение картофельного сока из кашки; выделение свободного крахмала из кашки; отделение и промывание мезги; рафинирование крахмального молока; промывание крахмала.

Хранение картофеля. Предприятия, перерабатывающие картофель, работают сезонно. До подачи на производство убранный картофель хранят в буртах при температуре 2...8 “С. На хранение закладывают только здоровые клубни. При хранении картофель дышит. Хранить картофель свыше 5...7 мес нецелесообразно, гак как это приводит к значительным потерям сухих веществ, в том числе крахмала.

Доставка картофеля на завод. Картофель подают на производство с помощью гидравлического транспортера (подачу осуществляют точно так же, как подачу сахарной свеклы в свеклосахарном производстве), при этом частично отделяют легкие примеси, песок и землю.

Мойка и взвешивание картофеля. Этому процессу придается очень большое значение, так как на последующих стадиях картофель не очищают от кожуры, а наличие в крахмале минеральных примесей недопустимо.

Картофель моют в моечных машинах комбинированного типа, имеющих камеры с высоким уровнем воды, где отделяют солому и другие легкие примеси; камеры с низким уровнем воды, в которых хорошо оттирают землю; сухие камеры, в которых вода, не задерживаясь, стекает в грязевую канаву Моечные машины снабжены ботво-, песко- и камнеловушками. На крупных заводах широкое распространение получила моечная машина КМЗ-57М. Продолжительность процесса мойки составляет
10... 14 мин, расход воды - 200...400 % к массе картофеля.

Для учета массы переработанного картофеля производится взвешивание отмытых клубней, на автоматических весах с откидным днищем.

Измельчение картофеля на терочных машинах - получение кашки . Крахмал содержится внутри клеток картофеля в виде крахмальных зерен. Чтобы извлечь его, необходимо вскрыть клеточные стенки. Для этого картофель измельчают на терочных машинах, принцип работы которых состоит в истирании клубней поверхностью, набранной из пилок с мелкими зубьями. Измельчение проводят дважды. При первом измельчении используют пилки с высотой зубьев 1,5... 1,7 мм, для повторного (перегар) - 1,0 мм. Качество измельчения характеризуется коэффициентом измельчения К.

На современных предприятиях коэффициент измельчения достигает 85...95 %, в том числе 79...85 % при первом измельчении к 6... 10 % при перетире.

Выделение картофельного сока из кашки . Полученная после терочных машин картофельная кашка представляет собой смесь, состоящую из разорванных клеточных стенок, крахмальных зерен и картофельного сока. Важная задача получения картофельного крахмала - скорейшее выделение из кашки сока при минимальном его разбавлении. Контакт сока с крахмалом ухудшает качество крахмала, вызывая его потемнение в связи с окислением тирозина, снижает вязкость крахмального клейстера, способствует образованию пены, слизи и других нежелательных явлений. Картофельный сок выделяют из кашки на осадительных шнековых центрифугах.

Шнековая осадительная центрифуга типа ОГШ (рис. 52) состоит из наружного 2 и внутреннего 3 барабанов с приваренным к барабану 3 шнеком 1. Оба барабана вращаются в одну сторону, причем внутренний с опережением на 15...25 с-1. Картофельная капгка, пройдя центрифугу, через трубу 6 и полый вал 4 поступает в пространство между барабанами через окна 7. Здесь под действием центробежной силы происходит ее разделение на две фракции.

Картофельный сок выводится из центрифуги через сливные окна 8, а осадок (тяжелая фракция) за счет разницы во вращении барабанов выводится шнеком 1, разбавляется водой и удаляется через окна 5 в виде крахмального молока определенной плотности.

Сгущенную кашку концентрацией сухих веществ до 40 % получают при минимальных потерях крахмала с картофельным соком (0,1 %).

Рис. 52 Шнековая осадительная центрифуга типа ОГШ

Выделение свободного крахмала из кашки, отделение и промывание мезги . После отделения картофельного сока на осадительных центрифугах кашку направляют на ситовую станцию завода. Здесь на различных ситовых аппаратах от нее отделяют и промывают крупную и мелкую мезгу, осаждают и промывают крахмал. Весьма перспективным является использование гидроциклонных установок для разделения тонкоизмельченной картофельной кашки на крахмальную суспензию и смесь мезги с картофельным соком. Однако в настоящее время для выделения из кашки мезги используют центробежные ситовые аппараты: барабанноструйные (БСС) или центробежно-лопастные (ЦЛС).

Барабанно-струйное сито (рис. 53) состоит из вращающегося перфорированного конического барабана 2, на внутренней поверхности которого крепят металлические рамки в виде секторов, обтянутых одной или двумя разными по крупноте сетками. Кашка подается через трубу / и питатель 8 в вершину ситового конуса. Барабан вращается с частотой 900 с"1. Под действием центробежной силы кашка равномерно распределяется по внутренней поверхности барабана и продвигается к большему его основанию. Навстречу движению кашки подается вода или жидкое крахмальное молоко через вал 5, который вращается внутри вала 3. Струйный ротор-ороситель состоит из коллектора 7 и разбрызгивающих сопел 6. Привод 4 обеспечивает опережение вращения ротора-оросителя на 50 с-1 по сравнению с частотой вращения барабана 2. Вода под давлением 0,2...0,25 МПа образует против движе-ния кашки как бы водяной шпек, задерживающий ее продвижение по ситу и способствующий отмыванию свободного крахмала.

Рис. 53. Барабанно-струйное сито

Центробежно-лопастное сито ЦЛС (рис. 54) по своему устройству напоминает центробежный насос. Лопатки рабочего колеса заменены на сита-пластинки, вогнутые по направлению вращения. Под каждым ситом расположено три маленькие камеры. Кашка по трубе 3 через щелевидные отверстия 1 поступает в ротор 2 под давлением, которое развивается благодаря центробежной силе, и течет по ситам 5. Крахмальное молоко процеживается, попадает в камеры, расположенные под ситами, и выводится через отверстия 6 в неподвижной стенке 4. Мезга перемещается по поверхности сит от центра аппарата и выбрасывается под ротором. Для отмывания свободного крахмала кашку последовательно обрабатывают на барабанно-струйном и центробежно-лопастном ситовых аппаратах и направляют на повторное измельчение (перетир), после чего ее вновь промывают на БСС и ЦЛС. После выделения мезги на ситовых аппаратах или гидроциклонах крахмальная суспензия содержит некоторое количество мелкой мезги (4...8 %), водорастворимых веществ
(0,1.-0,5 %) и сильно разбавленного картофельного сока. Поэтому ее подвергают рафинированию на центробежных ситах, гидроциклонах или дуговых ситах. Концентрация крахмальной сус-пензии, поступающей на рафинирование, должна быть 12...14 а концентрация рафинированной суспензии - 7-9 %.

Рафинирование крахмальной суспензии . Рафинирование на центробежных ситах проводят в две ступени, после чего крахмальную суспензию подают на пеногасящее устройство, а затем на песковые гидроциклоны для удаления песка. Полученную сгущенную суспензию подают в гидроциклоны для промывки крахмала, которую проводят в три ступени. Далее крахмал обезвоживают на вакуум-фильтрах и высушивают.

Гидроциклоны (рис. 55) представляют собой батарею микрогидроциклонов. Принцип действия этих аппаратов прост. Крахмальное молоко под давлением 0,15 МПа поступает в аппарат тангенциально по касательной по трубе 2, за счет чего поступательное движение продукта преобразуется во вращательное, развивается большая центробежная сила, в результате действия которой тяжелые частицы отбрасываются на внутреннюю поверхность конуса и сползают вниз к дюзу сгущенного схода 1. Легкая фракция продукта (жидкий сход) вытесняется сгущенной фракцией, поднимается к дюзу жидкого схода 3 и выводится из него. Габариты микрогвдроциклонов зависят от размеров частиц разделяемой смеси. В картофелекрахмальном производстве применяют микрогмдроциклоны с внутренним диаметром цилиндрической части 20 мм, высотой конуса 92 мм и углом конуса около 12й. Диаметр входного круглого сопла 3,3 мм. Производительность одного микрогидроциклона невелика, поэтому их объединяют в мультициклоны - батареи гидроциклонов, состоящих из большого количества параллельно работающих микрошдроциклонов. На производстве работают станции гидроциклонов СГ-4М1 (производительностью 100 т/сут картофеля) и СГ-5 (производительностью 200 т/сут картофеля).

Рафинирование крахмальной суспензии
можно проводить также на луговых ситах. Слабонапорное луговое сито марки РЗ-ПРД (рис. 56) состоит из ситовой поверхности 3, укрепленной на рамке, вставленной в корпус I Продукт под небольшим давлением

через питатель 2 поступает сверху на ситовую поверхность. Крахмальная суспензия проходит сквозь сито и собирается в корпусе 1, а мезга сползает в нижнюю часть ситовой поверхности и выводится из него.

Процесс рафинирования крахмальной суспензии ведут в две ступени.

Мелкую мезгу промывают на ситах в три ступени. Чтобы получить крахмальное молоко достаточно высокой концентрации, на ситовой станции завода многократно используется разбавленное крахмальное молоко, а процесс ведут по принципу противотока.

Рис 54. Центробежно-лопастное сито ЦЛС

Выход и коэффициент извлечения крахмала . Выход картофельного крахмала это отношение полученного крахмала к массе переработанного сырья, выраженное в процентах. Выход крахмала зависит от его содержания в перерабатываемом сырье и потерь с мезгой и сточными водами. В среднем выход крахмала равен 15,7 %, потери крахмала составляют 2,8 %.

Отношение массы полученного крахмала к массе крахмала,

Качество сырого картофельного крахмала . Сырой картофельный крахмал в зависимости от содержания в нем влаги подразделяется на две марки: А (содержание влаги 38...40 %) и Б (содержание влаги 50...52 %). Крахмал каждой марки делится на три сорта. Качество его должно соответствовать требованиям отраслевого стандарта ОСТ 18-158. Крахмал I и II сортов должен иметь однородный белый цвет и залах, свойственный крахмалу, наличие постороннего запаха не допускается. Крахмал Ш сорта может быть сероватым, без прожилок и вкраплений, в нем допускается слабокислый, но незатхлый запах. Показатели качества сырого картофельного крахмала приведены в табл. 15.1.

Таблица 15.1

Из-за высокого содержания влаги сырой картофельный крахмал не может долго храниться, он закисает и поэтому его перерабатывают в сухой крахмал, бескислотные декстрины, модифицированные крахмалы, патоку, глюкозу и др. При необходимости сырой картофельный крахмал хранят в течение некоторого времени наливным способом или в складах, утрамбовывая и заливая его водой. Наиболее надежный способ - хранение его в замороженном состоянии. Однако при хранении в крахмале протекают микробиологические процессы, приводящие к появлению кислого запаха, увеличению кислотности, нарастанию растворимых веществ и снижению сухих веществ крахмала.

Использование побочных продуктов . Важнейшими задачами, стоящими перед крахмал о-паточной отраслью, являются комплексное и наиболее полное использование сухих веществ картофеля при выработке из него крахмала, снижение расхода свежей

воды на технологические нужды и, как следствие, уменьшение количества сточных вод, загрязняющих окружающую среду.

Побочные продукты картофелекрахмального производства - мезга и картофельный сок. Из 25 % сухих веществ картофеля извлекается 15,7 % крахмала, остальные 9,3 % сухих веществ распределяются примерно поровну между мезгой и картофельным соком. Картофельный сок содержит 5...7 % сухих веществ, в состав которых входит до 40 % азотистых веществ, 20...25 % растворимых углеводов, 9...12 % минеральных веществ, 3...5 % крахмала, около 3 % жира. Азотистые вещества картофельного сока на 50 % представлены белками, в соке содержится до 20 аминокислот, в том числе незаменимые (лизин). В состав золы входят оксид калия, соли фосфорной кислоты, кальция и магния. Обнаружены также железо, сера, хлор, цинк и другие элементы.

Сухие вещества мезги состоят (%): из крахмала - 45...50, клетчатки -- 25...30, растворимых углеводов - 25...30, белков -

5, минеральных веществ - 5...6. С целью рационального использования наиболее перспективно перерабатывать картофельный сок и мезгу в углеводно-белковый гидролизат и белковый корм. Для этого смесь мезги и картофельного сока с содержанием сухих веществ 8... 12 % разваривают при температуре выше 100 °С, в результате чего около 30...40 % белковых веществ сока коагулирует. Затем смесь охлаждают до температуры 62...64 “С, вносят ферментный препарат и ведут осахаривание крахмала мезги в течение 2,5...3 ч. Образующиеся редуцирующие вещества переходят в жидкую фазу. Смесь фильтруют. Жидкую фазу направляют на уваривание до содержания сухих веществ 50 %. Полученный углеводно-белковый гидролизат представляет собой густую коричневую жидкость с приятным запахом. В его состав входят глюкоза, мальтоза, сахароза и ряд аминокислот. Гидролизат может быть использован в хлебопечении в качестве заменителя красного ржаного солода при выпечке некоторых сортов хлеба, а также в качестве биостимулятора при выращивании кормовых дрожжей.