10. Wirówki

Oddzielenie syropu międzykryształowego i wybielanie cukru

Uzyskana gotowa cukrzyca, składająca się z kryształów (65%) i syropu międzykryształowego (35%) jest podawana kolejnym czynnościom, tj. oddzieleniu syropu i wybieleniu kryształów cukru.

Cukrzyca spływa z warnika do mieszadła (mieszalnika) cukru, stanowiącego zbiornik z półokrągłym dnem. Wewnątrz jest umocowany poziomy wał, na którym jest zamocowana spiralna taśma, mieszająca cukrzycę. Mieszanie cukrzycy i utrzymywanie jej w ruchu zapobiega osadzaniu się kryształów i łączeniu się ich w duże bryły, co uniemożliwiłoby kolejną czynność – wirowanie. Ponadto mieszanie ma na celu utrzymanie jednorodności w całej masie, a także obniża temperaturę cukrzycy. Cukrzyca jest bardzo gęstą masą, stawiającą duży opór mieszadłu. Aby zmniejszyć ten opór i „upłynnić” cukrzycę dodaje się do niej niewielkich ilości płynnego odcieku, uzyskanego przy następnej czynności, jaką jest wirowanie.

Cukrzyca spływa najpierw do mieszadła, a następnie do tzw. rozdzielacza, z którego jest kierowana grawitacyjnie do wirówek. W wirówce (ok. 1 tys. obr./minutę) o średnicy ok. 1 m następuje oddzielenie płynnej części cukrzycy od kryształów. Z cukrzycy poddanej sile odśrodkowej w wirującym bębnie metalowym z otworami, pokrytym wewnątrz sitami o małych otworach (do 0,5 mm), oddziela się faza płynna syropu międzykryształowego i tworzy warstwa żółto zabarwionych kryształów. Po oddzieleniu syropu międzykryształowego następuje bielenie kryształów, osadzonych na wewnętrznej powierzchni bębna wirówki. Proces ten polega na wymywaniu resztek syropu, znajdującego się na powierzchni kryształów, filtrowaną, gorącą, rozpyloną wodą o temp. 90^°C, w ilości ok. 20 dm³ /100 kg cukrzycy. Stosuje się także dodatkowe wymywanie resztek syropu przy użyciu pary wodnej, wprowadzonej do wirówki. Użyta para (odwodniona) jest wprowadzana do bębna pod ciśnieniem 0,5 MPa w temp. 150^°C, rozpręża się wewnątrz bębna i obniża temp. do 100^°C. Pod wpływem siły odśrodkowej małe kropelki skroplonej pary przenikają przez warstwę kryształów i obmywają ich powierzchnię. Czas parowania wynosi kilkadziesiąt sekund.

Wybielanie powoduje rozpuszczenie ok. 8÷10% masy kryształów. Cukier krystaliczny wybielony wodą zawiera jej ok. 1%, natomiast traktowany dodatkowo parą tylko 0,5% wody. W wyniku tego uzyskuje się wstępne podsuszenie cukru w wirówce. Cukier wybielony uzyskany z cukrzycy I określany jest jako krystaliczny cukier biały. Oddzielony syrop międzykryształowy oraz woda użyta do wybielania stanowią odciek, z którego w dalszych procesach odzyskuje się zawartą w nim sacharozę.

Wirówki w cukrowni służą do oddzielania kryształów cukru od syropu macierzystego (melasu) na zasadzie działania siły odśrodkowej. Mierzenie odpowiednich parametrów w wirówkach jest kluczowe dla efektywnego procesu separacji, minimalizacji strat cukru w melasie oraz uzyskania cukru o pożądanej jakości.

W wirówkach (zarówno okresowych, jak i ciągłych) mierzymy i kontrolujemy następujące parametry:

1. Temperatura masy cukrowej (massecuite):

a. Dlaczego mierzymy: Temperatura masy cukrowej wpływa na jej lepkość. Im wyższa temperatura (w granicach rozsądku, aby nie doszło do rozkładu cukru), tym niższa lepkość syropu, co ułatwia jego oddzielenie od kryształów. Pomiary temperatury są kluczowe dla optymalizacji procesu i uniknięcia uszkodzeń kryształów.

b. Jak mierzymy: Czujniki temperatury (termopary, termorezystory) umieszczone w rurociągu doprowadzającym masę cukrową do wirówki lub bezpośrednio w wirówce.

2. Zawartość cukru w melasie (czystość melasu):

a. Dlaczego mierzymy: Jest to jeden z najważniejszych wskaźników efektywności pracy wirówek i całej stacji krystalizacji. Celem jest uzyskanie melasu o jak najniższej zawartości cukru, co oznacza, że maksymalna ilość cukru została odzyskana w postaci kryształów. Zbyt wysoka zawartość cukru w melasie oznacza straty.

b. Jak mierzymy: Próbki melasu są regularnie pobierane i analizowane laboratoryjnie za pomocą polarymetru (do pomiaru sacharozy) oraz refraktometru (do pomiaru suchej substancji - Brixa). Na tej podstawie wylicza się czystość melasu. Czasami stosuje się również analizatory on-line.

3. Wilgotność/zawartość wody w cukrze:

a. Dlaczego mierzymy: Cukier po wirowaniu powinien mieć określoną wilgotność, zanim zostanie wysuszony. Zbyt duża wilgotność oznacza nieefektywne wirowanie i zwiększone zużycie energii na suszenie.

b. Jak mierzymy: Próbki cukru są pobierane i analizowane laboratoryjnie (np. metodą suszenia). W niektórych zaawansowanych systemach stosuje się mierniki wilgotności on-line.

4. Barwa cukru:

a. Dlaczego mierzymy: Barwa cukru jest kluczowym parametrem jakościowym. W procesie wirowania dąży się do uzyskania jak najjaśniejszego cukru. Mierzona jest zazwyczaj za pomocą kolorymetrów lub spektrofotometrów w laboratorium na próbkach cukru.

W nowoczesnych cukrowniach większość z tych parametrów jest monitorowana i kontrolowana przez systemy DCS (Distributed Control System), co pozwala na automatyzację procesu, szybką reakcję na odchylenia i optymalizację pracy wirówek dla maksymalnej wydajności i jakości produktu.