Пищевая и сахарная промышленность

На сахарном заводе известняк — не только источник извести, но и источник CO₂. Эта двойная роль определяет выбор крупности: шахтная печь работает на узкой фракции, например 40–80 mm, причём отношение верхнего размера к нижнему держат не выше 2. Стоит расширить фракцию — мелочь закрывает пустоты слоя, газовый поток каналирует, а крупные куски выходят непропечёнными в сердцевине. В результате из одной и той же печи одновременно идёт и пережог, и недожог.

Химическое требование — CaCO₃ ≥ 97 % и MgCO₃ ≤ 1,5 %. Кремнезём и глинозём при температуре обжига соединяются с кальцием, образуя легкоплавкие фазы; они проявляются кольцевыми настылями в печи и нерастворимым остатком в извести. Механическая прочность важна не меньше химии: камень, разрушающийся при перегрузке и загрузке, попадает в печь мелочью и портит состав газа. Поэтому при выборе карьера, помимо сертификата анализа, запрашивают и поведение при истирании (tumbler/LA).

Известь с печи гасят в барабанном гасителе сладкой водой или конденсатом. Температура и жёсткость гасильной воды напрямую влияют на размер кристалла: холодная вода даёт более тонкий и реактивный Ca(OH)₂, жёсткая вызывает преждевременную карбонизацию на поверхности зерна. Хлориды в воде означают и коррозию, и нежелательную анионную нагрузку в соке, поэтому гасильную воду контролируют отдельно как технологический конденсат или подготовленную сладкую воду. Подход, изложенный на стороне очистки воды и стоков, применим и здесь.

На выходе гасителя известковое молоко отсеивают, удаляя недопал, каменную крошку и шлак. Рост доли отсева — самый ранний сигнал о работе печи: при начале пережога он поднимается первым, а падение активного CaO проявится в анализе лишь через несколько дней. Плотность известкового молока держат в диапазоне 15–20 °Bé при непрерывном перемешивании; если плотность уходит, то же открытие клапана подаёт другое количество CaO, и профиль pH преддефекации незаметно смещается.

Задача преддефекации — не поднять pH, а поднять его правильно. Сок проводят от pH 6,2 до 10,8–11,2 через ряд секций; в каждой секции часть коллоидов проходит изоэлектрическую точку и оседает на уже образовавшемся осадке. Такой накопительный рост даёт осадок гораздо более плотный и необратимый, чем любое одноступенчатое добавление щёлочи. Типично пять–восемь ступеней и суммарное время пребывания 6–10 минут.

Ступенчатость работает вместе с возвратом: часть осадка первой сатурации подают в голову преддефекации. Это и обеспечивает щёлочность по мягкой кривой, и даёт зародыши CaCO₃, на которых растёт новый осадок. Коэффициент возврата — не фиксированный рецепт; его повышают при ухудшении качества свёклы: подмороженной, подгнившей, долго лежавшей. Ухудшение фильтрации к концу кампании чаще всего происходит от самой свёклы, и ответ здесь — не больше извести, а перенастроенный возврат и профиль ступеней.

Основная дефекация подаёт бо́льшую часть дозы извести и держит высокую концентрацию свободной извести. Здесь нужна не коагуляция, а разложение: гидролиз амидов, управляемый распад инвертного сахара в щелочной среде, омыление пектинов. Завершение этих реакций требует времени больше, чем концентрации, поэтому холодную ступень (25–35 °C) выдерживают 20–30 минут.

После холодной ступени сок нагревают до 82–88 °C и выдерживают ещё 8–12 минут. Горячая ступень доводит реакцию до конца, но именно здесь ускоряется образование цветности; её продление не даёт прироста чистоты, только цвет и продукты распада инвертного сахара. Сведение двух ступеней к одной горячей выглядит привлекательно по капитальным и тепловым затратам, но обычно заканчивается заметным ростом цветности очищенного сока — а этот цвет дальше по схеме снимается дороже.

Печной газ промывают и охлаждают до содержания CO₂ 32–40 % перед подачей в сатуратор. По мере снижения щёлочности образуются кристаллы CaCO₃, а красящие вещества, сапонины и высокомолекулярные коллоиды адсорбируются на их поверхности. Температуру держат 80–85 °C: ниже — кристалл мельчает и фильтрация ухудшается, выше — в аппарате начинается пенообразование. Промывка печного газа не второстепенна: сера и пыль из газа и попадают в сок, и накапливаются в аппарате; логика очистки та же, что на стороне очистки дымовых газов.

Оптимальная щёлочность — та, при которой коэффициент фильтрации (FK) наилучший; обычно это 0,08–0,12 g CaO/100 mL. Величина непостоянна: она смещается с изменением качества свёклы, профиля преддефекации и коэффициента возврата. Сменной лаборатории следует не удерживать щёлочность на уставке, а измерять FK при нескольких значениях щёлочности и находить вершину кривой. Уход ниже оптимума заново растворяет кальций и возвращает в сок уже осаждённые коллоиды — это видно как помутнение на выходе фильтра.

После сатурации сок разделяют в отстойнике, а осадок обезвоживают на фильтрах. Скорость восходящего потока в отстойнике и плотность осадка отслеживают вместе: слишком разбавленный осадок перегружает фильтрационную мощность, слишком густой поднимает слой осадка вплоть до выноса в осветлённую фазу.

Задача второй сатурации — не очищать, а завершить: снизить оставшийся растворённым кальций до минимально достижимого уровня. Растворимость кальция меняется с pH немонотонно; при 90 °C она проходит через минимум около pH 9,0–9,3. Ниже этой точки образование бикарбоната вновь растворяет кальций, выше — кальций уносится в форме гидроксида. Поэтому pH второй сатурации — не уставка, а минимум, подтверждаемый заново каждый день.

Остаточный кальций отчитывают как «соли кальция», целевое значение в очищенном соке — ниже 0,030 g CaO/100 mL. Значимость этой цифры проявляется на выпарке: соли кальция дают накипь на греющих поверхностях, снижают коэффициент теплопередачи и сокращают интервал между промывками. На части заводов для дальнейшего снижения солей добавляют кальцинированную соду (Na₂CO₃); она связывает кальций в карбонат, но повышает натриевую нагрузку и тем самым потери в мелассу. Решение принимается между стоимостью накипи и стоимостью сахара в мелассе.

После второй сатурации сок проходит контрольные фильтры и уходит на выпарку как очищенный сок. В этой точке отчитывают три величины вместе: чистоту (Pol/Bx), цветность (ICUMSA IU 420) и соли кальция. По отдельности они вводят в заблуждение — повышение дозы извести может слегка поднять чистоту, одновременно подняв цветность и соли кальция, так что чистый итог окажется отрицательным.

Сатурационный осадок с фильтров отжимают до 35–45 % сухих веществ. Этот кек — очень тонкий известковый материал с высокой нейтрализующей способностью, пригодный для кислых почв; потребность рассчитывают так же, как для молотого известняка, — по нейтрализующей способности и тонкости помола. Чтобы поставить кек как сельскохозяйственный продукт, по каждой партии нужно фиксировать сухое вещество, pH, нейтрализующую способность и профиль тяжёлых металлов — тот же журнал превращает затраты на утилизацию в выручку.

Известь и известняк, поступающие на сахарный завод, — технологические входы, контактирующие с пищевым продуктом. Стандарт строительной извести EN 459-1 здесь сам по себе недостаточен: он определяет механические и химические характеристики, а не пределы по тяжёлым металлам и примесям для пищевого применения. Ориентиром пищевой чистоты служит Регламент (ЕС) 231/2012, устанавливающий спецификации гидроксида кальция (E 526), оксида кальция (E 529) и карбоната кальция (E 170), а также монографии Codex/JECFA и Food Chemicals Codex. Типичные пределы — порядка ≤ 2 mg/kg по свинцу и ≤ 3 mg/kg по мышьяку, с сертификатом анализа и цепочкой прослеживаемости на каждую партию.

На стороне хранения главные враги извести — влага воздуха и CO₂. Поверхностная карбонизация в силосах и биг-бэгах снижает активный CaO и заставляет дозу незаметно недобирать; образующиеся комки к тому же нарушают течение в питающих шнеках. Для запасов, которые долго простоят до кампании, контроль влажности — отдельная тема: закрытое хранение, циркуляция сухого воздуха или продукты вроде поглотителя влаги и газов; сравнение методов приведено на странице промышленный контроль влажности.

При планировании кампании от поставки следует требовать не только цену, но и однородность партий: известь из одного и того же пласта карьера, в одной фракции и при одном режиме обжига заметно сокращает число подстроек. Чтобы спланировать фракцию, активный CaO и пищевую документацию для вашей кампании вместе, свяжитесь с нами через страницу контакты.