Сорговые стебли как сырье для соргосахарного производства
В сахарном сорго наибольшее накопление сахара в стеблях совпадает с полной спелостью семян.
Поэтому наилучшим временем уборки сорго на сахар является период, когда и стебли и зерно достигли полной спелости. К этому времени стебли становятся светлого желто-янтарного цвета, а зерно делается твердым. Конец уборки ограничивается морозами, которые губительно отзываются на сахаристости сорго. Замерзание стеблей и следующее за ним оттаивание ведут к быстрому забраживанию сока и распаду Сахаров. Поэтому стебли сорго должны быть убраны с поля и сложены для хранения до наступления морозов.
При уборке стеблей сорго для соргосахарного производства дополнительной операцией является удаление листьев.
Листья обычно обрываются в поле до срезки стеблей. Но при этом листья пропадают без использования. В целях сохранения листовой массы для корма скота выгоднее срезать стебли с листьями, доставлять их на завод и производить удаление листьев на заводском дворе. На крупных предприятиях для этой цели можно пользоваться листьеобрывочными машинами. Эти машины представляют собой роликовые транспортеры (рольганги) с зубчатыми роликами, захватывающими и отрывающими листья от перемещаемых стеблей.
Следующей операцией является обрезка зерновой метелки. Сахар в сорговом стебле распределен весьма неравномерно. В нижних междоузлиях сахара мало, в средних его содержится больше всего, а верхние три междоузлия вместе с зерновой метелкой почти совсем не имеют сахара.
При заготовке стеблей эти три верхние междоузлия отрезаются вместе с зерновой метелкой. Обрезывание метелок на мелких предприятиях производится вручную ножами, а на крупных заводах для этого применяются машины. Машинную об: резку метелок объединяют с удалением листьев.
Сорговые стебли после обрезки метелок и удаления листьев укладываются на хранение в скирды. Во избежание самонагревания стебли укладываются рыхло с вентиляционными ходами. Для защиты от резких колебаний температуры скирды с наступлением холодов укрываются соломой. Как показали опыты, сорговые стебли в хорошо уложенных и укрытых скирдах сохранялись в течение 4-5 месяцев без сколько-нибудь заметной потери сока и сахаристости. Но обычно переработка стеблей производится сразу же после уборки, длительность соргосахарного производства определяется в 50-60 суток в год.
Нормативно урожай с 1 га соргового посева принимается в следующем размере (в ц):
зерна - 20
листьев - 15
стеблей - 150
Состав стеблей и, в частности, содержание сахара в соке стеблей колеблется в широких пределах, в зависимости от сорта сорго, почвенно-климатических условий и агротехники.
Нормативно состав сорговых стеблей может быть принят в следующем виде (в %):
Вода - 65,80
Сахароза (кристаллический сахар) - 11,25
Другие сахара (некристаллический сахар) - 2,75
Клетчатка - 7,32
Крахмал - 5,15
Белок - 2,60
Камеди - 3,31
Пектиновые вещества - 0,60
Жир - 0,02
Минеральные вещества - 1,20
Всего - 100,0
Количество сока составляет 80-85% от всех сорговых стеблей (без листьев и метелок).
Типы соргосахарных предприятий
Соргосахарные предприятия можно разделить на три группы:
1. Простейшая передвижная установка с суточной переработкой 25-50 ц сорговых стеблей.
2. Упрощенная стационарная установка с суточной переработкой 100-300 ц сортовых стеблей.
3. Заводская установка с суточной переработкой 500-1200 ц сорговых стеблей в сутки.
Помимо мощности эти установки отличаются различными технологическими схемами и разным аппаратурным оформлением.
Соргосахарное производство состоит из следующих основных операций: получение сока; обработка сока; очистка сока; выпаривание до полусиропа; уваривание до сиропа.
Сок из сорговых стеблей на всех видах установок получается отжиманием на вальцевых прессах. На упрощенных установках применяются простые 2- и 3-вальцевые прессы. На заводских установках применяются более сложные многовальцевые прессы.
На передвижных установках сок не подвергается никакой обработке, и очистка его сводится лишь к процеживанию и съему пены при выпаривании. На упрощенных стационарных установках применяется коагуляция и ферментация сока с последующей фильтрацией сока и полусиропа. На заводских установках проводится более углубленная обработка и фильтрация сока и полусиропа.
Выпаривание сока до полусиропа и уваривание его в сироп на упрощенных установках передвижного и стационарного типа осуществляется на огневых испарителях. Иногда на стационарных установках применяются одноступенные паровые испарители для сока и вакуумаппараты для уваривания полусиропа в сироп. На заводских же установках для выпаривания сока применяются многоступенные выпарки, а для уваривания полусиропа в сироп - вакуумаппараты.
При переработке сортовых стеблей на торговый сироп особое внимание должно быть обращено на сохранение естественного аромата и вкуса, присущих сорго. Поэтому применение различных сильно действующих реагентов и притом в больших количествах здесь сильно ограничено, а всякая термическая обработка должна быть кратковременной.
Технологическая схема и оборудование заводской установки
Технологическая схема заводской соргоперерабатывающей установки значительно отличается от простейших установок большей сложностью и большим совершенством как в отношении добывания сока, так и его очистки и сгущения.
Добывание сока. Для добывания сока применяются многовальцевые прессы по типу вальцевых прессов для сахарного тростника. Сорговые стебли, освобожденные от зерновых метелок и листьев, подаются конвейером в рифленые вальцы - крошер. Раздробленные стебли идут в гладкие вальцы, в которых отжимается сок. Такой восьмивальцевый пресс отжимает 75% сока.
Процеживание сока. Отжатый сок, содержащий крупные механические примеси, процеживается через ловушку с вогнутым латунным штампованным ситом.
Коагулирование сока. Процеженный сырой сок выкачивается насосом в коагуляционные чаны, где нагревается до 50°. К подогретому соку добавляется фосфорная кислота из расчета приблизительно 600 мл на 1000 кг сока с тем, чтобы реакция сока имела рН=4,8. При этом в свежем сорговом соке происходит обильная коагуляция коллоидов.
Ферментация сока. Коагулированный сок нагревается до 90° для оклейстеризовывания крахмала, затем охлаждается в холодильнике до 60-62° и переводится в ферментационные чаны. Здесь к соку добавляется солодовая вытяжка из расчета 75 г сухого вещества на 1000 кг сока, и затем сок выдерживается до полного осахаривания крахмала, в чем убеждаются пробой на иод.
Нейтрализация сока и обработка кизельгуром. Сок, имеющий кислую реакцию, переводится в кизельгуровые мешалки, где он нейтрализуется известковым молоком, нагревается до 90°, обрабатывается чистым кизельгуром (в количестве 1 % к весу сока) и размешивается.
Фильтрация сока. Нейтрализованный и обработанный кизельгуром сок фильтруется через фильтрпрессы.
Выпаривание до полусиропа. Очищенный сок выпаривается до полусиропа в паровой многоступенной выпарке. Для более полного выделения фосфорнокислых солей полусироп выпаривается до концентрации в 70° Брикса.
Фильтрация полусиропа. Полусироп фильтруется через вторые фильтрпрессы.
Уваривание полусиропа в сироп. Фильтрованный полусироп уваривается в вакуумаппаратах до концентрации сиропа в 80° Брикса.
Расфасовка сиропа. Полученный по этой схеме сорговый сироп отличается высокими качествами, и его выгодно расфасовывать в жестяные или стеклянные банки весом нетто 0,5 и 1,0 кг подобно тому, как расфасовывается натуральный пчелиный мед.
Соотношение производственных веществ. На 100 кг очищенных сорговых стеблей получается следующее количество производственных веществ:
сок неочищенный - 75,0 кг
сок коагулированный - 75,0 кг
сок ферментированный - 75,5 кг
сок нейтрализованный - 77,0 кг
сок фильтрованный (с промоями) - 78,0 кг
полусироп - 14,6 кг
сироп - 12,8, кг
Расход топлива. Расход топлива, считая на условное, в зависимости от степени использования соковых паров выпарки, составляет 8-10% от веса стеблей.
Оборудование. Для соргосахарного завода требуется следующее оборудование:
Восьмивальцевый пресс (2 вальца крошера и 2 трехвальцевых пресса) с транспортерами для подачи стеблей и уборки багассы
Ловушка для процеживания сока
Насос сырого сока
Коагуляционные чаны - 2
Холодильник
Ферментационные чаны - 2
Кизельгуровые мешалки - 2
Насос сока на фильтрпрессы
Фильтрпрессы для сока - 2
Выпарка 3-ступенная
Насос сока на выпарку
Насос полусиропа из выпарки на фильтрпрессы
Фильтрпрессы для полусиропа - 2
Насос фильтрованного полусиропа
Сборник фильтрованного полусиропа
Вакуумаппарат для сиропа
Сборник для сиропа
Конденсатор барометрический
Воздушный насос
Водяной насос
Кроме того, на завод, перерабатывающий 1200 ц стеблей сорго в сутки, требуется 2 паровых котла и паровая машина с противодавлением мощностью 150 л. с.
Качество соргового сиропа
Упомянутые три типа соргоперерабатывающих установок, отличаясь друг от друга степенью совершенства процессов и оборудования, дают продукцию различного качества.
Продукция высокого качества получается на заводской установке, где сорговый сок углубленно очищается, фильтруется на фильтр прессах, выпаривается в паровой выпарке и уваривается в вакуумаппарате.
Народнохозяйственное значение соргосахарного производства
Соргосахарное производство имеет большие перспективы развития.
Одной из важнейших отраслей промышленности по выработке новых сахаристых веществ является соргосахарная промышленность, которая даст возможность увеличить количество сахаросодержащих продуктов в нашей стране и при этом, что особенно важно, в районах, в которых ранее вовсе не производилось сахара.
Сахарное сорго, будучи культурой не требовательной к почве и климату, может с успехом возделываться даже на тощих и засоленных землях в засушливых районах юга, где совершенно невозможно промышленное свеклосеяние.
Промышленное соргосеяние не связано с необходимостью вытеснения или уменьшения части посевных площадей, намечаемых для выращивания других сельскохозяйственных культур.
Это обстоятельство является важнейшим моментом для промышленного использования культуры сахарного сорго, так как дает возможность привлечь новые трудовые ресурсы и площади для получения сахароносного сырья и приблизить производство продукции к потребителю.
Сахарное сорго может возделываться на территории бывшего СССР в южной части Одесской, Волгоградской областей, в степной части Крыма, Ставропольском крае, в Ростовской и Астраханской областях, по западному побережью Каспийского моря.
Но особенно широкие возможности для культуры сорго открываются в Средней Азии, где для этого можно использовать богарные земли.
Сорго в высокой степени продуктивная культура, которая используется всесторонне. Сорго дает сироп из стеблей. Обрушенное зерно сорго не уступает по своему кормовому достоинству кукурузному. Солома (багасса), получаемая после отжатая стеблей, полностью обеспечивает потребность в топливе соргосиропного производства.
По данным опытных станций и результатам хозяйственных посевов совхоза на Кубани, урожай стеблей сорго составляет 150-300 ц с га с содержанием сахарозы 10-12% и инвертного сахара (глюкозы и фруктозы) 1,5-2,0%, листьев - 70-100 ц и зерна 10-20 ц.
С одного га сорго может быть получено около 16 ц сиропа с содержанием сахара до 70%, выход сахара с 1 га составит 10 ц. При урожае сахарной свеклы в 150 ц/га выход сахара получается в два раза больший, но если сравнить трудоемкость этих культур, то можно придти к выводу, что производительность труда при культуре сорго выше, чем на сахарной свекле.
Не исключена возможность получения из соргового сока и кристаллического сахара.
Переработка сорго в сироп очень проста и значительно проще и дешевле, чем переработка сахарной свеклы в сахар, - даже при небольших размерах соргосиропных предприятий.
Использование сорговой соломы в качестве топлива обеспечивает заводу топливную независимость.
Отходы - зерно и листья являются хорошими кормами и могут послужить базой для развития животноводства в районе соргосиропного завода. Вместе с тем зерно сорго может быть использовано в качестве сырья для производства крахмала или спирта.
Народнохозяйственное значение соргосахарного производства повышается:
1. Возможностью значительного пополнения ресурсов сахара в стране.
2. Эффективностью производства пищевого сиропа из сорго вследствие простоты технологического процесса и использования отжатых стеблей в качестве топлива для производства.