Как правило, тростниковосахарные заводы производят только сахар-сырец. Лишь некоторые заводы выпускают белый сахарный песок и притом рафинадного достоинства. В обоих случаях технологическая схема переработки тростника до получения сахара-сырца одинакова, так как белый сахарный песок вырабатывается путем перекристаллизации сахара-сырца.
Сахарный тростник поступает на завод без листьев и метелок, то есть в виде так называемых технических стеблей.
Переработка сахарного тростника на сахар-сырец состоит в добывании сока, очистке его, выпаривании сока до концентрации сиропа, переработке сиропа путем варки, кристаллизации и пробелки в сахар-сырец и мелассу.
Сок из сахарного тростника добывается путем отжимания стеблей на сложном вальцевом прессе. Этот пресс состоит из одной пары рифленых вальцев и 3-4 трехвальцевых отжимных прессов, установленных последовательно один за другим. Чаще всего отжимных прессов бывает четыре. Пара рифленых вальцев называется крашером и имеет своим назначением раздавливание стеблей перед отжатием, причем отделяется небольшое количество сока. Затем раздавленные стебли проходят последовательно через нее трехвальцевые прессы, называемые мельницами, где происходит постепенное отжимание сока. Пройдя последнюю мельницу, стебли выходят отжатыми и направляются в топки паровых котлов. Как показал опыт, только отжатием нельзя полностью извлечь сахар из стеблей, поэтому к ним на вальцевых прессах между 3-й и 4-й мельницами добавляется вода. Отжатый на 4-й мельнице сок направляется на стебли между 2-й и 3-й мельницами. Отжатый же на 3-й мельнице сок идет на стебли между 1-й и 2-й мельницами. Сок, отжатый на 2-й мельнице, поступает в общий сборник готового сока и вместе с соком, отжатым на 1-й мельнице и крашере, направляется в завод на дальнейшую обработку. Благодаря применению систематической обработки стеблей водой, на прессах удается извлечь 90-93% всего содержащегося в стеблях сахара при малом разжижении сока.
Отжатый сок проходит ловушку для мезги и далее поступает на соковые мерники. Уловленная мезга возвращается на отжимной пресс и присоединяется к отжимаемой массе между 1-й и 2-й мельницами.
После измерения сока на соковых мерниках он поступает на очистку, состоящую из дефекации сока известью и отделения выпадающего при этом осадка.
Вследствие большого содержания в тростниковом соке редуцирующих сахаров, разлагающихся под действием сильной щелочности, дефекация производится минимальными количествами извести с таким расчетом, чтобы или только нейтрализовать кислотность сока, или придать ему очень незначительную щелочность.
Этот процесс осуществляется по двум вариантам: 1) холодная дефекация и 2) горячая дефекация.
При холодной дефекации сок, поступающий с вальцевых мельниц, подается насосами в ящик, где смешивается с 0,2% известкового молока к весу сока и тщательно перемешивается. Отсюда сок нагнетается через решоферы и нагретый поступает в отстойные баки. Для обеспечения быстрого оседания осадка сок в отстойном баке кипятится некоторое время паром через барбатер и затем оставляется в покое на один час, после чего прозрачная жидкость сцеживается, а на дне остается осадок. Этот осадок собирается из всех отстойников в один бак, нагревается в нем до кипения и также оставляется на один час для отстаивания. В результате получается 50% чистого сока и 50% густой суспензии. Отстоявшаяся суспензия после слива прозрачного сока нагревается до кипения и фильтруется через фильтрпрессы.
При горячей дефекации сок с вальцевых мельниц подастся через решоферы в отстойные баки, где к нему добавляется известковое молоко, которое тщательно перемешивается с горячим соком. Осадок отделяется, как уже описывалось.
Обработанный таким образом известью сок выделяет осадок несахара, который в хлопьевидном состоянии оседает, увлекая за собой мелкие взвешенные частицы сока.
В результате этой обработки достигается следующее:
а) свободные органические кислоты нейтрализуются, образуя нейтральные известковые соли, растворимые, а потому не осаждаемые;
б) осаждаются следующие несахара: альбумин, фосфорнокислый кальций, азотистые соединения (до 80%) и небольшая часть красящих веществ;
в) осаждение несахаров повышает доброкачественность сока, но в небольшой степени, в среднем на 1 единицу, что соответствует удалению около 11% несахаров от их веса;
г) после отделения дефекационного осадка сок становится блестящим и прозрачным;
д) если дается больше извести, дефекованный сок из золотисто-желтого становится темным.
При обоих видах дефекации несахара сока осаждаются неполно. Более полное осаждение несахаров получается при применении способа сернистой нейтрализации. Сущность этого способа заключается в дефекации тростникового сока несколько большим количеством извести на холоду с последующей нейтрализацией избытка извести сернистым газом (SО2) без нагрева.
Этот способ основан на том, что при большой даче извести из тростникового сока выделяется в осадок несахаров (пектина, антоциана, камеди) больше, чем при ранее описанной дефекации малым количество извести. Однако нагревание сока, содержащего много редуцирующих веществ и обработанного большим количеством извести, неминуемо вызывает значительное потемнение сока. Поэтому до нагрева требуется удалить избыток извести до полной нейтрализации или до очень слабой щелочности. Это оказалось очень удобным и эффективным делать при помощи сульфитации сока на холоду. Отделение осадка производится, как указано выше.
Этими операциями заканчивается очистка сока при выпуске сахара-сырца. Далее чистый сок поступает в выпарку для сгущения, сгущенный сок-сироп поступает в вакуумаппарат на варку в утфель, а последний идет далее на кристаллизацию и пробелку.
Варка, кристаллизация и пробелка утфелей ведется по схемам с тремя или пятью утфелями.
Заводка кристалла при варке утфелей производится при помощи сахарной пудры. В последнее время распространился способ варки на маточном утфеле. Для этого в вакуумаппарате I утфеля на чистом сиропе с дачей пудры заводится много очень мелкого кристалла, который подращивается двумя-тремя подкачками. Полученная жидкая утфельная масса перетягивается в вакуумаппарат последнего утфеля, где уваривается на предпоследнем оттеке (первый маточный утфель). Сваренный утфель спускается в кристаллизаторы, охлаждается 72 часа и пробеливается в центрифугах. Полученный при этом мелкий сахар загружается в кристаллизатор, где разводится до консистенции жидкого утфеля чистым сиропом (второй маточный утфель) и в таком виде забирается, как готовый заведенный кристалл, в вакуумаппараты всех утфелей, увариваемых на соответствующих сиропах и патоках.
Из приведенного описания тростниковосахарного производства видно, что основное его отличие от свеклосахарного производства состоит:
во-первых, в способе получения сока - отжимание на вальцах вместо экстрагирования в диффузионной батарее,
во-вторых, в способе очистки сока - обработка сока малым количеством извести (0,07% СаО от веса стеблей) вместо принятых в свеклосахарном производстве преддефекации, дефекации, первой сатурации и второй сатурации с применением большого количества извести (3,0% СаО от веса свеклы).
Получение сока на сложных вальцевых прессах ничуть не проще получения сока в диффузионной батарее. Применение диффузионного способа получения сока в тростниковосахарном производстве предлагалось, но не закрепилось и теперь совершенно оставлено. Очистка сока в тростниковосахарном производстве намного проще, чем в свеклосахарном и, как сказано выше, исчерпывается одной дефекацией малым количеством извести.
Производственные показатели работы тростниковосахарных заводов
В отсталых тропических странах еще до сих пор сохранилась выработка тростникового сахара на примитивных установках. Эта установка постепенно вытесняется крупными сахарными заводами.
В некоторых районах развитой тростниковосахарной промышленности тростник перерабатывается на технически оборудованных заводах, которые нередко имеют мощность 30,40, 60 и 70 тысяч центнеров тростника в сутки.
Продолжительность работы тростниковосахарных заводов Кубы, Порто-Рико и Гаваи колеблется от 120 до 270 суток в год.
Все утфели имеют доброкачественность выше паток, из которых они варятся, так как варка производится на маточном утфеле. Бриксы 1, 2 и 3-й паток относятся к разбавленным перед варкой патокам, что всегда делается на тростниковосахарных заводах.
Затраты рабочей силы на 1000 ц тростника примерно в 10 раз меньше, чем в свеклосахарном производстве.
Перспективы развития тростниковосахарного производства
Интерес к сахарному тростнику в нашей стране проявился очень давно. Первые попытки возделывания сахарного тростника на юге России относятся к концу XVIII столетия. Впоследствии эти попытки повторялись многократно.
После 1917 г. по инициативе Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства были проведены в 1932-1935 годах опыты посадки различных сортов сахарного тростника в Сухуми, то есть в условиях влажных субтропиков.
После 1935 г. Всесоюзный научно-исследовательский институт сухих субтропиков и Всесоюзный научно-исследовательский институт спиртовой промышленности проводили посадки сахарного тростника в Средней Азии.
Эти опыты показали полную возможность возделывания сахарного тростника на поливных землях в южных районах Узбекской ССР - в долине реки Сурхан-Дарья и в Таджикской ССР - в долине рек Пяндж и Кафирниган. Больше того, в Денауском районе, Сурхан-Дарьинской области Узбекской ССР был построен первый в СССР завод для производства рома из сока отечественного сахарного тростника.
Сахарный тростник - тропическое многолетнее растение. Он предъявляет высокие требования к теплу, свету и влаге. Возделывание его в сухих субтропиках сопряжено с некоторыми трудностями, поскольку сухие субтропики имеют более короткий безморозный период, сравнительно холодные зимы и, наконец, недостаток влаги, последнее вызывает необходимость обильного искусственного орошения посевов сахарного тростника.
Эти природные трудности в возделывании сахарного тростника с успехом преодолеваются. Подбор раннеспелых сортов сахарного тростника, предварительное проращивание черенков перед посадкой, подгонка роста путем подкормок, устройство дымовых завес для предохранения растений от ранних осенних заморозков - все это дало возможность получить на опытных посевах вполне удовлетворительный урожай сахарного тростника, пригодного для переработки на ром.
Из всех испытанных сортов тростника наибольший интерес в подобных условиях представляют сорта СР-28/19, СР-807 и гибридная форма № 14. Они выдержали многолетнее испытание и оказались наиболее урожайными.
Наивысшую урожайность технических стеблей (480 центнеров с 1 га) дала гибридная форма № 14, полученная от скрещивания среднеазиатского дикого сахарного тростника с культурным американским сортом.
Другие сорта дали по 250-300 ц технических стеблей на гектар. В наиболее же благоприятные годы, урожайность сортов СР-28/19 и СР-807 бывала значительно выше.
Наибольшей сахаристостью обладает сорт СР-28/19, дающий до 10-12% сахара. Однако этот сорт наименее приспособлен для подзимней посадки. Сорт СР-807 ценен тем, что открывает возможности многолетней его культуры в зоне советских сухих субтропиков. Многолетнее использование сахарного тростника является очень заманчивым. Успешное разрешение этой проблемы позволило бы не только избежать больших расходов на ежегодную посадку черенков, но и освободило бы от трудоемкой и связанной с потерями операции по зимнему хранению посадочного материала в траншеях. Надо полагать, что и эту проблему удастся разрешить в будущем.
Вторая мировая война сильно задержала развитие посевов сахарного тростника. Но после окончания войны они опять возобновились.
Специалистами ромового производства было установлено, что наилучший ром получается не из сока сахарного тростника, а из тростниковой мелассы. Таким образом, выгоднее получать сахар из сока сахарного тростника в виде кристаллического сахарного песка, а часть сахара, оставшуюся в патоке, перерабатывать на ром.