Усі виробники цукру, як правило, зберігають вироблену продукцію безпосередньо перед її реалізацією. Залежно від умов навколишнього середовища, пакування, фасування та якості виробленого цукру, можна застосовувати різні способи зберігання. Тому аналіз поточних умов необхідний для того, щоб прийняти економічно вигідне рішення. Також необхідно враховувати якість та розмір кристалів цукру, температуру та вологість, запити клієнтів, кондиціонування цукру та пропускну здатність силосу.

Кондиціонування цукру як основна вимога якісного зберігання

Щоб зберегти білий цукор у «хорошому сипучому стані», необхідно проводити охолодження і, зокрема, кондиціонування цукру перед або безпосередньо під час його зберігання, тобто видаляти міжкристалічну зв'язану вологу.

Але реологічна поведінка цукру також залежить від температури та вологості навколишнього середовища (Табл. 1 і 2). Це особливо важливо для регіонів із високою температурою та вологістю. Також від початку виробництва до початку зберігання та сам процес зберігання цукру рекомендується утримувати в умовах кондиціонування.

Сипучість (ffc) визначається як відношення стійкості до затвердіння (σ₁) до загальної межі сипучості (σ_c) (Графік 1). Чим краща сипучість, тим менші втрати цукру. Загальна межа сипучості (σ_c) зазвичай збільшується зі збільшенням стійкості до затвердіння (σ₁), як показано на кривій А. На Графіку 1 зображено межі діапазонів класифікацій у вигляді прямих. Відношення ffc і, таким чином, сипучість конкретної речовини змінюються зі зміною її стійкості до затвердіння (σ₁).

Таблиця 1. Сипучість рафінованого цукру на рівні 45% RH

Таблиця 2. Сипучість рафінованого цукру при 40 °С

Метод вимірювання σ_c та σ₁ сипучої речовини показано на Графіку 2, на якому зображено порожнистий циліндр із гладкими стінками, заповнений дрібнокристалічною, когезивною сипучою речовиною. Спочатку відбувається затвердіння сипучої речовини за рахунок зменшення її стійкості до затвердіння σ₁. Згодом даний затверділий зразок, який набув циліндричної форми, намагалися роздавити під дією збільшення вертикального стиснення, але це не вдалося.

Тобто дана стійкість зразка до стиснення називається міцністю на стискання або загальною межею сипучості σ_c.

Іншою передумовою вдалого кондиціонування є розподіл цукру за розміром гранул, тобто, коли кристали розміром >2 мм і <0,15 мм видаляються шляхом просівання цукру перед зберіганням.

Окрім того, вологість цукру після висушування не повинна перевищувати 0,04%. Ці граничні значення є реальною основою успішного кондиціонування та, отже, безперервної реалізації цукру (безперешкодного розвантаження складу).

Видалення цукрового пилу – ефективний захист від вибуху

Найгіршим сценарієм аварії в силосі є вибух цукрового пилу. Саме тому дуже важливим завданням проектувальників та операторів силосів є запобігання ситуаціям, коли може статися вибух цукрового пилу. Вибухи цукрового пилу можуть траплятися за наступних умов:

• Займистий пил із досить високим вмістом металів 
• Достатньо високий рівень кисню у повітрі
• Концентрація пилу у повітрі у межах вибуху
• Джерело займання з мінімальною енергією займання 30 мДж

Вибух може статися, тільки якщо виконуються всі ці умови.

Уникаючи великої концентрації пилу у повітрі, можна уникати ризику вибуху. Склад має дві основні зони, які накопичують найбільше пилу:

1. Пил у місцях технічного обслуговування навколо конвеєрів та підйомників.

2. Системи видалення пилу, включаючи конвеєри та систему кондиціонування з окремою системою трубопроводів та фільтрами (див. Графік 3).

Пункт 1 можна вирішити шляхом узгодженого графіку регулярного прибирання.

Пункт 2 можна вирішити завдяки добре продуманій системі знепилювання, що поєднується із системою безперебійної автоматизації, яка зупиняє конвеєри, коли системи знепилювання не працюють.

Потужність системи трубопроводів має вирішальне значення. Швидкість повітря, насиченого пилом, повинна становити приблизно 18 м/с, щоб уникнути осідання пилу у трубах. Знепилювання конвеєрів може відбуватися лише за умови, якщо так звані «витяжки», розміщені навколо конвеєрних голів та перехідних труб, втягують достатньо повітря.

Небезпека «концентрації пилу» залежить від декількох чинників. Пропорція часток дрібного пилу у повітрі є дуже важливою для визначення ступеня небезпеки. Деякі зразки, що містять частинки розміром 20 мкм, можуть вибухати з концентрацією 60 г/м³. Якщо пил осідає на горизонтальних поверхнях, наприклад, на кабельних лотках або балках, ризики зменшуються. Однак, якщо він опускається вниз, ситуація стає небезпечною. Ухвалена нижня концентраційна межа вибуховості у цукровому виробництві становить 30 г/м³. Подальшим фактором впливу на визначення ступеня небезпеки є температура джерела займання. Зі зростанням температури ризик збільшується.

Огляд систем зберігання цукру

Зберігання у сховищі

Зберігання цукру у сховищі зазвичай вимагає найнижчих інвестиційних витрат. Потрібна лише ефективна пакувальна установка, потужність якої завжди більша, ніж потужність лінії транспортування продукції.

Як правило, у сховищі відсутня система кондиціонування повітря, і часто умови зберігання є далекими від ідеальних, так як повітряний режим однаковий як всередині сховища, так і ззовні. У результаті чого часто відбувається злежування цукру всередині мішків. Найкращим способом запобігання злежуванню є спочатку просіювання, щоб видалити великі та малі кристали, а потім кондиціонування цукру, наприклад, у менших кондиційних силосах. Врешті-решт температура зберігання не повинна перевищувати 30 °С, а вологість – 65% RH (максимум).

Силоси — зберігання у силосі  — кондиційний силос

Метою зберігання цукру у силосі є пристосування до ринкових умов. Силос високої потужності можна побудувати з низькими інвестиціями стосовно вартості за тонну. Економічно вигідніше будувати великий силос, ніж силос маленького розміру, оскільки витрати на тонну для невеликих силосів нелінійно збільшуються.

Можна встановити систему кондиціонування. Але цукор, який зберігається у силосі менше 3 днів, не проходить повний процес кондиціонування. Силоси є кращим рішенням для зберігання бурякового цукру, так як вони гарантують незалежність виробників цукру від сезону. Силос також є гарним рішенням для заводів та переробників, які працюють з декількома силосами, або з додатковими кондиційними силосами.

На Графіку 4 зображено типове дно силосу із системою кондиціонування. Підземний канал із розвантажувальними воронками показаний на осі «Схід-Захід». Аераційні канали кондиціонування повітря показано під напрямком «Північ-Південь». Нижній розвантажувальний шнек показаний під кутом 45°.

Розвантаження силосу здійснюється переважно за рахунок сили тяжіння від центральної розвантажувальної воронки. Як тільки потік цукру з центральної воронки припиняється, відкриваються допоміжні воронки ліворуч та праворуч, допоки вся область над випускним каналом не вивільниться від цукру. Решта цукру (близько 15%) виходить за допомогою обертового нижнього розвантажувального шнеку, який втягує цукор у центр.

Метою силосу є збереження цукру протягом 3 діб у режимі кондиціонування, щоб повністю видалити зв'язану вологу. Це можна зробити, використовуючи декілька силосів під час сезону, але це дуже дороге рішення. Це також можна зробити за допомогою силосу з масовим потоком. Для силосів із масовим потоком важливою є конфігурація розвантаження (див. Графік 5).

Для безпечного масового потоку розвантажувальна воронка потребує дуже великого кута. Тому необхідна більша висота або декілька воронок. Із декількома воронками ціль масового потоку може бути досягнутою лише тоді, коли всі воронки мають однакову швидкість розвантаження. Для кожної воронки необхідні елементи дозування з низькою швидкістю розвантаження. Якщо один елемент не працює, масовий потік змінюється на воронкоподібний. Це означає, що повного кондиціонування неможливо досягти.

На перший погляд може здатися, що силос із масовим потоком є кращим рішенням. Однак, дуже часто трапляються перебої у роботі даної системи. Взагалі, можна також побудувати силос із масовим потоком для зберігання цукру, але є декілька недоліків, які стосуються більшості кондиційних силосів.

Цукор – це важка маса у контексті її поведінки. Не тільки злежування, але і затвердіння через ущільнення цукру впливає на його реологічну поведінку. Дослідження рафінованого цукру демонструють зв'язок між температурою зберігання, вологістю повітря та реологічною поведінкою цукру.

Різні умови всередині силосу, наприклад, через різну вологість цукру, можуть змінювати масовий потік у воронкоподібний (Графік 5). Цей ризик збільшується зі збільшенням діаметру силосу.

Інвестиції та витрати на установку системи воронок перевищують витрати на будування силосу. Для кондиційного силосу потрібен підвал під воронки, а також велика кількість лінійних конвеєрів та розвантажувальних шнеків (Рис. 6).

Силоси можуть виконувати розвантаження під дією сили земного тяжіння для 85% від повного його вмісту. На Рис. 7 показаний нижній розвантажувальний шнек, який обертається навколо центральної воронки.

Альтернативний спосіб запобігання затвердінню та злежуванню у кондиційних силосах полягає у збереженні цукру у стані вільної сипучості. Цей метод рекомендується застосовувати у середовищі з високою температурою та вологістю.

Форма силосу та матеріал

Бетон чи сталь? Інвестори завжди задають одне й те ж запитання. У контексті якості та експлуатації обидва матеріали мають однакову функціональність.

Для сталевих резервуарів важливою умовою є запобігання корозії. У холодному кліматі силос повинен бути забезпечений ізоляцією стін та стінним опаленням.

Опалення може бути електричним або з використанням гарячої води чи повітря. Якщо мінімальна температура ззовні силосу перевищує 20 °C, стінне опалення можна вимкнути.

Основне завдання полягає у тому, щоб уникати конденсації вологи внаслідок різниці температур, що спричиняє корозію сталі та налипання цукру на внутрішні стінки силосу. Проектувальник ізоляції повинен враховувати температуру цукру під час завантаження силосу – приблизно 35 °С. У теплому та вологому кліматі вологість повітря є головною небезпекою корозії.

Сталевий силос має перевагу у тому, що поверхня його внутрішніх стін дуже гладка, відповідно, сприятлива для цукру, що «рухається» всередині силосу. Проте, у випадку наземних силосів, сталева оболонка є чутливою до дії навколишнього середовища.

Бетонні силоси (Рис. 8) мають кращу ізоляцію стін та є міцнішими, порівняно з іншими наземними спорудженнями. Вони мають товстіші стіни, на яких розмір тріщин повинен бути обмежений, щоб підтримувати внутрішнє покриття.

Різниця у вартості силосів залежить від ціни на сталь, а також від наявності матеріалів та компаній, уповноважених створювати силоси. Тривалість будівництва бетонного силосу зазвичай коротша, порівняно зі сталевими силосами.

Вибір форми силосу (Рис. 9) залежить від місця розташування, необхідної потужності, типу силосу та розвантажувальної системи. Купольний силос – залізобетонна конструкція з куполоподібним дахом. Деякі з них мають невисокі циліндричні стіни для збільшення об'єму. Як правило, стіни не є попередньо напруженими. Тріщини у стінах – звичайна умова, так як стіни дуже грубі. У порівнянні з циліндричним силосом, купольний силос не має засобів для огляду стін та техобслуговування. Це можна зробити лише за допомогою підйомників, які треба заносити ззовні. Купольний силос може бути гарним рішенням для невисоких силосів на великих площах, якщо не брати до уваги тріскання стін. Кількість та розміри розвантажувальних елементів залежать від діаметра силосу. Основна перевага купольних силосів – великий об’єм для зберігання цукру, де він може зберігатись вздовж стіни, допоки кут внутрішнього тертя цукру не досягне 35-38°.

Циліндричні силоси засновані на протилежній ідеї: малий об’єм і вища циліндрична стіна. Стінна оболонка виготовлена з попередньо напруженого бетону та складається з пересувних форм. Як правило, дах має форму конусу, паралельну куту внутрішнього тертя. Завдяки попередньому напруженню, тріщини можуть бути мінімального розміру, що не впливає на покрив силосу. Тип розвантаження силосу також залежить від його діаметра.

Для огляду стін і техобслуговування у циліндричних силосах може використовуватися пересувна платформа, яка висить на круговій рейці, розташованій під дахом силосу (див. Рис. 10).