Курсовая работа - Обеспечение экологической безопасности при производстве сахара - файл n1.doc

Курсовая работа - Обеспечение экологической безопасности при производстве сахара
скачать (92.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc93kb.04.12.2012 03:25скачать

n1.doc



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИСЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ (ДГТУ)

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и инженерная защита окружающей среды»

КУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

«Обеспечение экологической безопасности при производстве сахара»

Выполнила: ст. гр. БИЭ-31

Долгопятова К. С.

Проверил: доцент, к. т. н.

Хлебунов С. А.

Ростов-на-Дону

2011

Содержание

Введение…………………………………………………………….…....….3

Глава 1. Технология производства сахара:………………………………..4

1 стадия. Очистка свеклы;……………………………...………..….….5

2 стадия. Получение стружки и диффузионного сока;……….….......6

3 стадия. Очистка диффузионного сока;………………………….......7

4 стадия. Сгущение сока;…………………………………………....….9

5 стадия. Варка сиропа;…………………………………………..….....10

6 стадия. Сушка сахара……………………………………………...…11

Глава 2 Отходы производства и способы их использования…………....13

Заключение………………………………………………..……………..…15

Список используемых источников………………………………......…....16
Введение

Сахар – с химической точки зрения – любое вещество из обширной группы водорастворимых углеводов, обычно с низкой молекулярной массой и более или менее выраженным сладким вкусом. В быту сахаром принято называть обычный пищевой подсластитель – сахарозу. Выделяют главным образом из сока сахарного тростника или сахарной свеклы. Сахароза растворена в соке, который заполняет вакуум клеток. В корнеплоде сахарной свеклы содержится примерно 75% воды и 25% сухого вещества, которое в сахарном производстве условно делят на сахарозу и несахара. Под несахарами понимают все остальные, кроме сахарозы, сухие вещества. [3]

Сахар используется в пищу, как важный ингредиент различных блюд, напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий. Его добавляют в чай, кофе, какао; он главный компонент конфет, глазурей, кремов и мороженого. Сахар используют при консервировании мяса, выделке кож и в табачной промышленности. Он служит консервантом в вареньях, желе и других продуктах из плодов. Важен сахар и для химической промышленности. Из него получают тысячи производных, используемых в самых разных областях, включая производство пластмасс, фармацевтических препаратов, шипучих напитков и замороженных пищевых продуктов.[8]

Глава 1

Технология производства сахара

Производство сахара-песка на свеклосахарных заводах осуществляется по типовым технологическим схемам или по схемам, к ним приближающимся. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы представлена на рис.



Рис. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы.

Процесс получения сахара-песка на свеклосахарных заводах складывается из следующих стадий:

1) подача свеклы и очистка ее от примесей; (камни, щебень, песок, хвостики, ботва)

2)  получение диффузионного сока из свекловичной стружки;

3)  очистка диффузионного сока;

4)  сгущение сока выпариванием;

5) варка утфеля и получение кристаллического сахара;

6) сушка, охлаждение и хранение сахара-песка

Первая стадия. Очистка свеклы.

Сахарная свекла подается в завод из бурачной или с кагатного поля, где она хранится. По гидравлическому конвейеру она поступает к свеклонасосам и поднимается на высоту до 20 м. Дальнейшее перемещение ее для осуществления различных операций технологического процесса происходит самотеком. По длине гидравлического конвейера 1 (рис.) последовательно установлены соломоботволовушки 2, камнеловушки 4 и водоотделители 5. Это технологическое оборудование предназначено для отделения легких (солома, ботва) и тяжелых (песок, камни) примесей, а также для отделения транспортерно-моечной воды. Для интенсификации процесса улавливания соломы и ботвы в углубление 3 подается воздух. Сахарная свекла после водоотделителей поступает в моечную машину 6, продолжающую очистку сильно загрязненной свеклы.

Моечная машина предназначена для окончательной очистки свеклы (количество прилипшей земли составляет при ручной уборке 3...5 % свеклы, а при механизированной уборке комбайнами — 8... 10 %). Процесс мойки должен проводится очень тщательно, так как оставшиеся примеси ухудшают работу свеклорезок и загрязняют диффузионный сок.

Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60... 100 % к массе свеклы. В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики свеклы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1...3 % к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечные воды предварительно направляются в сепаратор для отделения от них хвостиков и кусочков свеклы, которые после обработки поступают на ленточный конвейер 14.

Отмытая сахарная свекла орошается чистой водой из специальных устройств 7, поднимается элеватором 8 и поступает на конвейер 9, где электромагнит 10 отделяет металлические предметы, случайно попавшие в свеклу. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 направляют в измельчающие машины-свеклорезки 13.

Вторая стадия. Получение стружки и диффузионного сока.

Сахар из свеклы извлекают диффузионным способом. Для этого свеклу измельчают в тонкую стружку желобчатой или пластинчатой формы. Толщина пластинок свекловичной стружки не должна превышать 0,5 - 1 мм, ширина полоски желобчатой стружки 4 - 6 мм, пластинчатой - 2,5 - 3 мм.

Свекловичная стружка из машины-свеклорезки 13 с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.

Цель диффузионного процесса в сахарном производстве - извлечь из свекловичной стружки максимально возможное количество сахарозы. Для этого прежде всего необходимо нагреть стружку до температуры денатурации протоплазмы свекловичных клеток, которая является полупроницаемой мембраной и пропускает только чистый растворитель (воду). Процесс такой термообработки стружки называется ошпариванием.

В сахарном производстве диффузионный процесс представляет собой сложный комплекс трех видов диффузии: свободной диффузии, осмоса и диализа. В начале происходит диффузия сахара из разорванных при изрезывании свеклы в стружку клеток (свободная диффузия), затем начинается проникновение воды в клеточный сок (осмос) и после нагревания стружки до 60°С (ошпаривания) и денатурации протоплазмы начинается основной процесс извлечения сахара из вакуолей клеток свеклы в диффузионный сок (диализ).

Увеличение длительности обессахаривания т приводит к более полному переходу из стружки не только сахара, но и несахаров свеклы, в частности пектиновых веществ, увеличивается пептизация нерастворимого протопектина и т. д. Поэтому целесообразно ограничивать длительность экстрагирования и использовать доброкачественную стружку с оптимальной толщиной и с хорошей упругостью, что ускорит извлечение сока. Однако длительность диффундирования в аппаратах непрерывного действия составляет нормативно 70 - 80 мин, поскольку в такие аппараты необходимо загружать более грубую свекловичную стружку.

Хотя повышение температуры и способствует увеличению коэффициента диффузии сахарозы, но при температуре выше 75 °С происходит быстрое набухание пектиновых веществ и снижение упругости стружки, а при температуре ниже 70°С интенсивно развиваются микроорганизмы, приводящие к порче стружки. Поэтому в активной части диффузионной установки поддерживают температуру 70 - 75°С.

В настоящее время в свеклосахарном производстве обессахаривание стружки производится в непрерывно действующих противоточных диффузионных аппаратах.

Третья стадия. Очистка диффузионного сока.

В процессе диффузии из 100 кг свекловичной стружки получают 115 - 130 кг диффузионного сока, содержащего 16 - 17% сухого вещества, из них 14 - 15% составляет сахароза и 2% - несахара. Диффузионный сок почти черного цвета, сильно пенится, имеет кислую реакцию (рН 6,0 - 6,5), содержит обрывки клеточных тканей, хлопья скоагулированного белка, растворимые несахара, мешающие кристаллизации сахарозы и увеличивающие ее потери с мелассой.

Все это делает невозможным получать из него сахар путем непосредственного выпаривания воды и кристаллизации сахарозы и требует очистки сока. В настоящее время сахарные заводы очистку ведут в несколько стадий:

  1. дефекация - обработка сока известью;

  2. первая сатурация - обработка сока диоксидом углерода для удаления избытка извести;

  3. фильтрование соков (сиропа);

  4. вторая сатурация;

  5. сульфитация - обработка сока сернистым газом.

Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.

Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода, извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из конца хвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. Жом отводится из диффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки и брикетирования.

Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогревается в устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основной дефекации 27, где он очищается в результате коагуляции белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция, содержащимся в известковом молоке (раствор извести). Известковое молоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.

Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, где он дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаС03, который образуется при пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурации подается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. В отстойниках сок делится на две фракции: осветленную (80 % всего сока) и сгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23.

Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппараты второй сатурации 22, где из него удаляется известь в виде СаСОз.

Сок второй сатурации подается на фильтры 21. Соки сахарного производства приходится фильтровать несколько раз. В зависимости от цели фильтрования используются различные схемы процесса и фильтровальное оборудование.

Отфильтрованный сок из фильтра 21 подается в котел сульфитации 20. Цель сульфитации — уменьшение цветности сока путем обработки его диоксидом серы, который получают при сжигании серы.

Четвертая стадия. Сгущение сока.

Полученный очищенный через станцию фильтров 19 сок содержит 15 - 16% сухого вещества, из которого 14 - 15% составляет сахароза. Чтобы выделить сахарозу необходимо сгустить сок и получить пересыщенный сахаром раствор. Эту операцию ведут в два приема: сначала сок сгущают в вапарной станции 18 до содержания сухого вещества 65%. при котором сахароза еще не кристаллизуется. После дополнительной очистки сироп повторно концентрируют (упаривают) до содержания сухого вещества 92,5 - 93,5%. Всего при сгущении из очищенного сока удаляют 110 - 115% воды к массе свеклы.

После сгущения сиропа до содержания сухого вещества 65% производят его очистку. Очищенный сироп направляют в вакуум-аппараты для получения и уваривания утфеля.

Пятая стадия. Варка сиропа.

Сгущенный сироп, содержащий 65% сухого вещества, поступает в сульфитатор 29, а затем на станцию фильтрации 30. Фильтрованный сироп подогревается в подогревателе 31, откуда поступает в вакуум-аппараты первого продукта 32, где ведут уваривание сиропа. Уваривание сиропа ведут в четыре стадии:

- сгущение сиропа до пересыщения раствора и начала заводки кристаллов;

- заводка кристаллов сахара (образование центров кристаллизации сахарозы);

- наращивание кристаллов сахара;

- окончательное сгущение и спуск утфеля.

Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит около 7,5 % воды и около 55 % выкристаллизовавшегося сахара. Утфель первой кристаллизации из вакуум-аппаратов поступает в приемную утфелемешалку 33, откуда его направляют в распределительную мешалку, а затем в центрифуги 34, где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристальной жидкости. Эта жидкость называется первым оттеком. Чистота первого оттека 75...78 %, что значительно ниже чистоты утфеля.

Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают небольшим количеством горячей воды — пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттек более высокой чистоты — второй оттек.

Второй и первый оттеки подают в вакуум-аппарат второй (последней) кристаллизации, где получают утфель второй кристаллизации, содержащий около 50 % кристаллического сахара. Этот утфель постепенно охлаждают до температуры 40 °С при перемешивании в утфелемешалках - кристаллизаторах. При этом дополнительно выкристаллизовывается еще некоторое количество сахара. Наконец, утфель второй кристаллизации направляется в центрифуги, где от кристаллов сахара отделяется меласса, которая является отходом сахарного производства, так как получение из нее сахара путем дальнейшего сгущения и кристаллизации нерентабельно. Желтый сахар второй кристаллизации рафинируют первым оттеком, полученный утфель направляется в распределительную мешалку, а затем в центрифуги. Полученный сахар растворяется, и сок поступает в линию производства..

Шестая стадия. Сушка сахара.

Уваренный утфель сразу же подается в центрифугу 34. Ротор центрифуги, представляющий собой сетчатый, закрепленный на валу барабан, заполняется утфелем. Первые порции межкристального раствора (первый оттек) под действием центробежной силы отделяют от кристаллов и направляют в сборник первого оттека. На поверхности кристаллов сахара остается еще тонкая пленка межкристального раствора, придающая им желтоватый цвет. Чтобы удалить ее, здесь же в центрифуге ведут пробеливание сахара-песка горячей артезианской водой (расход 3 - 3,5% к массе утфеля), которая отделяется как второй оттек в соответствующий сборник. Выгружаемый из центрифуги сахар-песок имеет влажность 0,8 - 1,2%.

Он попадает на виброконвейер 35 и транспортируется в сушильно-охладительную установку 36, состоящую из двух вращающихся барабанов. На внутренних стенках барабанов по винтовой линии прикреплены железные лопатки. При вращении барабанов сахар-песок пересыпается и передвигается вдоль барабана. К первому сушильному барабану вентилятором подается горячий воздух. Ко второму - очищенный холодный воздух для охлаждения сахара-песка. После сушки сахар-песок поступает на весовой ленточный конвейер 37 и далее на вибросито 38. Комочки сахара отделяются, растворяются и возвращаются в продуктовый цех. Товарный сахар-песок поступает в силосные башни 39 (склады длительного хранения). Охлажденный сахар-песок направляется на упаковывание. [5]

Глава 2

Отходы производства и способы их использования.

Сахарная промышленность среди перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса является наиболее материалоемкой. Объем сырья и вспомогательных материалов, используемых в производстве, в несколько раз превышает выход готовой продукции. При среднем выходе сахара 12-13% свеклосахарное производство России дает к массе переработанной свёклы 80-83% свекловичного жома, 5-5,5% мелассы, 10-12% фильтрационного осадка. Отбросы от сахарной промышленности представляют собой отходы производства, которые на современном уровне науки и техники пока ещё не могут быть использованы в народном хозяйстве, либо использование их считается экономически нецелесообразным. К ним относятся: газовые выбросы (сульфитационный и сатурационный газы), пылевые выбросы (известковая пыль, жомовая), отходы (камни, щебень, песок), дымовые газы (при сжигании топлива в котлах). Основные отходы – это жом, меласса и фильтрационный осадок (дефекат). [9]

Свежий жом для окружающей среды безопасен, однако при хранении в естественных условиях более трех суток он скисает. При этом выделяется неприятный запах, образуется жомовая вода, которая легко загнивает и образует ядовитый сапонин. Неиспользованный дефекат сбрасывается в отвалы. В результате уменьшаются площади сельскохозяйственных угодий, засоряются почву и подпочвенные воды, размножаются возбудители парши свеклы. Кроме того, отвалы дефеката является источником неприятного запаха.

Жом является самым объёмным отходом сахарного производства. Поскольку свежий жом быстро портиться его силусуют и сушат. Он идёт на корм скоту, применяется в качестве пищевых волокон, которые нормализуют обмен холестерина, оказывают антиоксидантный эффект, используются при производстве пектина, при выращивании почвенных микроорганизмов. Разрабатываются технологии по использованию жома, как биотоплива.

Меласса - это оттёк, получаемый при центрифугировании утфеля последней кристаллизации в производстве сахара. Хорошее средство для сдабривания грубых и концентрированных кормов. С добавлением мелассы готовят многие комбикорма. При гранулировании кормов её используют как связывающий ингредиент. Применяется также для добывания остатков сахара, переработки в спирт, в кондитерском производстве, для изготовления сахарного колера, для подслащивания вин, приготовления рома, ликеров и пр. В бродильной промышленности меласса идет на производство этилового и бутилового спиртов, молочной и лимонной кислот, глицерина; на сусле, приготовленном из мелассы, выращивают хлебопекарные дрожжи; в комбикормовой промышленности, мелассу используют в качестве ценной добавки при производстве кормов для животных.

Фильтрационный осадок (дефекат) образуется при взаимодействии несахаров диффузионного сока с известью и диоксидом углерода. Фильтрационный осадок утилизируют следующими путями: внесением в почву для нейтрализации и улучшения структуры почв, для производства извести и цемента и для производства строительных материалов, асфальтобетонных материалов, также он применяется для укрепления грунтов при строительстве автомобильных дорог.

Заключение

На мой взгляд оптимальным решением в переработке свекловичного жома, мелассы и ботвы, учитывая предстоящие трудности с использованием привычных источников энергии, является использование его в качественно новом ключе, как сырье в биогазовой промышленности. Биогаз можно использовать для заправки автотранспорта. Биогазовая установка в настоящее время является характерным элементом современного, безотходного производства во многих областях сельского хозяйства и пищевой промышленности. Производство сухих кормов очень энергозатратно, их себестоимость высока. Производство биогаза покрывает потребность предприятия в энергоносителях. Биоудобрения полезно использовать на собственных полях для улучшения почв и повышения урожайности. [2]

В результате использования дефеката улучшаются физико-химические свойства почвы. Комплексное использование на собственных полях дефеката и биоудобрений существенно повысит плодородие почв, что является экономически целесообразным, поскольку сократятся затраты на транспортировку отходов. Благотворно скажется применение новых технологий, позволяющих максимально извлечь из мелассы сахар; расположение рядом взаимозависимых производств в сахарной промышленности,

Список использованных источников и литературы

  1. Калыгин В.Г, Промышленная экология [Текст]: Курс лекций, изд. МНЭПУ, 2000.

  2. Зорг Биогаз АГ [Электронный ресурс]: биогазовая установка на сахарном жоме ∕ URL: http://zorgbiogas.ru/biogazovye-ustanovki/otraslevye-resheniya-/bgu-na-zhome.

  3. Экстрактор ООО «Роста» [Электронный ресурс]: инновации и технологии / URL: http://www.extrel.ru .

  4. Foodcafe [Электронный ресурс]: о продуктах питания и всем, что с ними связано / URL: http://www.foodcafe.ru/tehnologiya-i-oborudovanie-saharnogo-proizvodstva .

  5. Food tech [Электронный ресурс]: товароведение и экспертиза товаров ∕ URL: http://food-tech.ru.

  6. Федеральный закон РФ [Текст]: «Технический регламент на сахар» .

  7. KM.RU – Образование [Электронный ресурс]: технология производства сахара из сахарной свеклы ∕ URL: http://student.km.ru/ref_show_frame

  8. ООО «Роспродукт» [Электронный ресурс]: официальный сайт ∕ URL: http://rosprod.ru/soveti_tehnologa/103

  9. Российская академия естествознания [Электронный ресурс]:официальный сайт ∕ Международная ассоциация ученных, преподавателей и специалистов -URL: http://www.rae.ru





Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации