Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Применение окислителей в сахарном производстве 8
1.1 Влияние окислителей на хранение корнеплодов сахарной свёклы 8
1.2 Применение окислителей в процессе экстрагирования сахарозы 14
1.3 Использование окислителей при очистке диффузионного сока 20
1.4 Применение окислителей при осуществлении процессов сгущения и центрифугирования 24
1.5 Использование окислителей в тростниковосахарном и рафинадном производствах 28
1.6 Выводы, цель и задачи исследования 37
Глава 2. Обоснование достоверности результатов исследований 40
2.1 Характеристика исходных веществ 40
2.2 Методики экспериментальных исследований 40
2.2.1 Методики определения технологических показателей са-харсодержащих растворов 40
2.2.2 Методика обработки озоном полупродуктов сахарного производства 41
2.3 Методики обработки экспериментальных данных 47
Глава 3. Исследование влияния селективных окислителей на качественные показатели очистки диффузионного сока 48
3.1 Изучение воздействия озона на качественные показатели очищенного сока 48
3.2 Сравнительный анализ некоторых окислителей при очистке диффузионного сока 58
3.3 Использование озона в технологической схеме очистки диффузионного сока 61
3.3.1 Исследование разложения сахарозы под действием озона...61
3.3.2 Изучение влияния озона в процессе основной дефекации на качественные показатели очищенного сока 62
3.3.3 Исследование воздействия озонирования во время дефекации перед II сатурацией на показатели очищенного сока 80
3.3.4 Исследование влияния озонирования при переработке свеклы низкого технологического достоинства 100
Глава 4. Очистка диффузионного сока с включением в технологическую схему процесса озонирования ... 102
4.1 Разработка способа очистки диффузионного сока с использованием озонирования на дополнительной дефекации 102
4.2 Разработка способа очистки диффузионного сока с применением озонирования очищенного сока 105
4.3 Разработка способа очистки диффузионного сока с использованием двухступенчатого озонирования 107
Глава 5. Расчет экономической эффективности от внедрения предлагаемого способа 110
Основные выводы, результаты работы и рекомендации промышленности .113
Библиографический список 115
- Применение окислителей при осуществлении процессов сгущения и центрифугирования
- Методика обработки озоном полупродуктов сахарного производства
- Изучение влияния озона в процессе основной дефекации на качественные показатели очищенного сока
- Разработка способа очистки диффузионного сока с использованием озонирования на дополнительной дефекации
Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на то, что за последние годы коэффициент извлечения сахарозы из сахарной свеклы на российских заводах увеличился с 78-до 81 %, эта положительная динамика в большей степени обусловлена относительным повышением качества перерабатываемого сырья, достигнутого вследствие сокращения объемов его производства и длительности хранения. Эффект известково-углекислотной очистки диффузионного сока не превышает 30-35 %, а потери сахара в производстве и мелассе превышают среднеевропейский уровень на 55 и 30 % соответственно.
За период 1996 - 2005 гг. количество сахара, вырабатываемого из собственных сырьевых ресурсов, не превышало 30 % от объемов, потребляемых на внутреннем рынке, а остальное покрывалось за счет импорта белого сахара и тростникового сахара-сырца.
Исходя из вышеизложенного, расширение и повышение эффективности национального производства сахара является важной задачей, направленной на снижение зависимости внутреннего рынка от колебаний мировых цен и повышение уровня продовольственной безопасности.
Одним из возможных путей повышения эффективности работы отрасли является совершенствование применяемых способов физико-химической обработки диффузионного сока. Несмотря на многочисленные исследования в области известково-углекислотной очистки, потенциал этой стадии в технологии сахарного производства исчерпан далеко не полностью.
Вопросами развития теории и совершенствования технологии известково-углекислотной очистки сахарсодержащих растворов занимались П.М. Силин, СЕ. Харин, И.Ф. Бугаенко, И. Вашатко, А.Р. Сапронов, М.И. Даишев, Л.Д. Бобровник, В.М. Перелыгин, Славянский А.А., Сидоренко Ю.И., В.А. Лосева, Н.М. Подгорнова, В.А. Голыбин и другие ученые.
Многие исследователи выявили высокую эффективность окислителей, применяемых в качестве дополнительных реагентов при очистке сока известью и углекислым газом. Однако до настоящего времени закономерности и меха-
низмы протекания химических реакций при использовании окислителей изучены недостаточно полно.
Именно поэтому исследования, направленные на разработку комбинированных режимов очистки диффузионного сока с применением селективных окислителей, обеспечивающие повышение эффекта очистки и снижение цветности сахарсодержащих растворов, актуальны как с теоретической, так и с практической точек зрения.
- Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в изучении механизмов воздействия окислителей на комплекс несахаров при очистке диффузионного сока и научно-экспериментальной разработке способов их применения, обеспечивающих повышение эффекта удаления несахаров из продуктов свеклосахарного производства, выхода сахара и его качества.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
- провести сравнительный анализ способов очистки сахаросодержащих
растворов с использованием различных окислителей;
~~ - изучить возможность применения озона на стадии известково-углекислотной очистки и определить его влияние на изменение качественных показателей очищенного сока;
исследовать влияние обработки озоном в процессе основной дефекации на эффективность очистки и определить оптимальные условия процесса;
изучить применение озонирования на дефекации перед II сатурацией и осуществить оптимизацию технологического режима обработки;
исследовать возможность использования озона в процессе очистки при переработке свеклы низкого качества;
разработать усовершенствованные способы известково-углекислотной очистки диффузионного сока с применением озона;
проверить в производственных условиях разработанные способы очистки диффузионного сока.
Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применения озона для улучшения показателей
цветности и повышения эффективности очистки сахарсодержащих растворов.
— Установлено, что применение озона при очистке диффузионного сока более эффективно по сравнению с перекисью водорода и хлорной известью.
Выявлено, что при переработке свеклы низкого качества озонирование в процессе дефекации значительно повышает эффективность известково-углекислотной очистки диффузионного сока.
Установлены оптимальные условия проведения очистки с использованием озона в условиях основной дефекации.
Получены математические зависимости качественных показателей очищенного сока от параметров озонирования на дефекации перед II сатурацией и определены оптимальные условия процесса комбинированной очистки.
Получены регрессионные уравнения влияния условий озонирования в процессе основной дефекации на качественные показатели очистки.
Практическая значимость.
Конкретизированы условия озонирования дефекованного сока с целью повышения эффекта очистки.
Разработан способ применения озона на дефекации перед II сатурацией (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2005108940), позволяющий повысить чистоту очищенного сока на 0,48 % и снизить его цветность на~11,9 % по сравнению с типовым способом.
Разработан способ озонирования очищенного сока (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2005114934) обеспечивающий понижение цветности очищенного сока на 23 %, сиропа на 34 % и уменьшение её нарастания при выпаривании на 20 % по сравнению с типовым способом.
Разработан способ двухступенчатого озонирования сока (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2005114935), позволяющий увеличить чистоту очищенного сока на 0,65 % по сравнению с типовым способом.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты экспериментальных исследований докладывались на международной научно-практической конференции в Воронежской государственной технологической академии (2004 г.) «Разработка новых и совершенствование существующих
технологий, оборудования и методов контроля сахарного производства»; на международной научно-практической конференции «Особенности производства, хранения и переработки сахарной свеклы на Юге России» (г. Краснодар, 2005 г.); на межрегиональной научно-практической конференции «Вклад молодых ученых в решение проблем аграрной науки» (г. Воронеж, 2005 г.).
Разработанные способы прошли производственную проверку на мини-сахарном заводе ВНИИСС в 2004 г. и на сахарном заводе ООО «Эртильский сахар» в сезон 2005 года.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе получены три положительных решения о выдаче патентов РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций промышленности, списка литературы и приложения. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 12 таблиц. Список использованной литературы включает 151 наименование, из них 36 работ зарубежных авторов.
Применение окислителей при осуществлении процессов сгущения и центрифугирования
Для предотвращения образования накипи на выпарной установке возможно применение конденсатов, содержащих аспарагиновую кислоту. Способ предусматривает применение полиаспарагиновой кислоты, и продуктов содержащих не менее 60 % аспарагиновой кислоты и до 40 % других аминокислот, а также солей щелочных металлов или NH4 и полиаспарагиновой кислоты, или смеси аспарагиновой кислоты с аминокислотами, для предотвращения образования накипи на выпарной установке. Указанные продукты получают отщеплением воды из кристаллической L-аспарагиновой кислоты в среде с фосфорной кислотой при 120-250 С. Данные вещества после использования по назначению могут быть разложены биологическим путём и не оказывают вредного воздействия на пищевые продукты [119, 150].
По известному способу [76] сахарный сироп подвергают очистке путем обработки сиропа озоно-воздушной смесью при расходе 2-30 об/об час сиропа с начальной концентрацией озона 10-14 мг/л с постепенным снижением до 4-5 мг/л к концу процесса при температуре 50 - 75 С в течение 15-30 мин. Очистка желтых Сахаров озоном позволяет повысить качество сиропа, увеличить выход сахара и исключить дорогостоящий уголь из процесса.
Для интенсификации процесса кристаллизации сахарозы и увеличения выхода сахара-песка также перспективно применение окислителей. При этом происходит значительное снижение цветности увариваемых утфелей, что сопровождается снижением цветности товарного сахара [70].
Приведенные в литературе результаты исследований [132] по обесцвечиванию Н202 отдельных групп красящих веществ (маланоидинов и полифе-нольных), а также красящих веществ утфеля первого продукта, показали, что при добавлении 0,17-0,22 % 35 %-ной Н202 эффект обесцвечивания составил 25.30 %.
В качестве окислителя в продуктовом отделении может быть использована фосфорная кислота. Исследования [129] ее влияния на вязкость, цвет, образование кристаллов, и гранулометрический состав конечного продукта подтвердили данное предположение.
Производственные испытания [131] на сахарном заводе в Кастильоне Флорентино (Италия) с использованием 35 %-ного раствора Н2О2 в количестве 0,17, 0,20 и 0,22 % для обработки утфеля с содержанием сухих веществ по Бриксу 96-97 % на линии между аффинационной мешалкой и испарительной колонкой, где проводится кристаллизация, показали, что степень обесцвечивания утфеля составляет соответственно 22,0, 28,4 и 31,6 %, а величина рН утфеля снижается соответственно до 7,9, 8,0 и 8,3. При этих значениях рН устраняется опасность инверсии сахарозы. Кроме того, благодаря улучшению отжатия на центрифуге заметно снижается содержание золы. Интенсивность окраски первого и второго оттека утфеля первой кристаллизации снижается соответственно на 13 и 6 %. В результате применения Н202 повышается качество сахарного песка.
Известен способ [73], предусматривающий получение сахарсодержа-щего раствора, его известково-углекислотную очистку, фильтрацию и сгущение очищенного раствора до сиропа. Затем уваривают утфели в вакуум-аппаратах путем сгущения сиропа, заводки кристаллов и их наращивания. В процессе варки в вакуум-аппараты вводят реагент, предотвращающий образование пены, в качестве которого используют озоно-воздушную смесь с содержанием в ней озона 3-5 мг на 1 л смеси. Ее вводят в вакуум-аппараты в количестве 0,5-2,5 м3 на 1 т выпаренной воды при заводке кристаллов в течение 3-5 мин и в конце уваривания в таком же количестве в течение 3-10 мин. Утфели центрифугируют и сушат готовый продукт. Изобретение обеспечивает улучшение его качества путем уменьшения в нем содержания веществ, вызывающих пенообразование.
Исследования влияния добавки Н3РО4 в вакуум-аппарат в процессе уваривания утфеля тростникового сахара-сырца на рН, содержание нерастворимых и редуцирующих веществ, золы, на влажность и поляризацию получаемого продукта, показали, что добавка Н3РО4 в количестве 25-100 мг/л утфеля не оказывает влияния на исследованные показатели товарного сахар-сырца [144].
Исследования в области использования окислителя озона в условиях центрифугирования [34, 67] дали положительные результаты, вследствие чего для практического использования была разработана технологическая схема предусматривающая озонирование пробеливающей воды. Данная технология была успешно внедрена на двух сахарных заводах. Технологический эффект достигается благодаря тому, что в центрифугах кристаллы сахара пробеливаются водой, смешанной с озоном. Каждый кристалл сахара после такой обработки оказывается «упакованным» в оболочку из тончайшей пленки озонсодержащей жидкости. Пленка предотвращает повторный засев кристаллов сахара микроорганизмами на дальнейших технологических переходах и даже сохраняется после сушки сахара, одновременно озон отбеливает кристаллы сахара. Не позже, чем через 40 мин после пробеливания, то есть до разложения пленки озонированной жидкой среды на поверхности кристаллов, сахар помещают в герметичную упаковку. Остатки озона, испаряясь с поверхности кристаллов, заполняют все пространство упаковки, что дополнительно предохраняет продукт от микроорганизмов и сохраняет его стерильность.
Известен способ [70], по которому сахарный сироп подвергают очистке путем обработки сиропа озоно-воздушной смесью при расходе 2-15 м3/м3ч сиропа с начальной концентрацией озона 10-14 г/м3 с постепенным снижением до 4-5 г/м3 к концу процесса при 50-75 С в течение 15-30 мин. Очистка желтых Сахаров озоном позволяет повысить качество сиропа, увеличить выход сахара и устранить дорогостоящий уголь из процесса.
Исследования влияния ряда добавок (в частности, ПАВ) на вязкость растворов сахарозы, показало, что добавление уксусной кислоты и пирокатехина увеличивает вязкость раствора. Добавление лецитина, масляной и аминоуксус-ной кислот, снижает вязкость концентрированных растворов сахарозы. Снижение вязкости под действием исследованных реагентов, по мнению авторов [47], обусловлено объемными и поверхностными свойствами.
Методика обработки озоном полупродуктов сахарного производства
В состав блока генератора озона входят генератор озона и катушка сопротивления. В генераторе озона происходит образование озона из поступающего в него воздуха (или кислорода) под действием высоковольтного высокочастотного разряда в промежутке между внутренним и наружным электродами. Наружным электродом является корпус генератора озона, в котором расположен внутренний электрод, представляющий собой металлическую трубу с нанесённым на ее наружную поверхность стеклоэмалевым покрытием. Внутренний электрод расположен соосно по отношению к наружному электроду и удален от поверхности наружного электрода на величину разрядного промежутка. Электропитание подается на внутренний электрод генератора озона, а наружный электрод заземлен. Он охлаждается водой. Охлаждение внутреннего электрода производится через диэлектрические трубопроводы (которые так же выполняют функцию катушек сопротивления), установленные на входе и выходе воды. Катушки сопротивления устанавливаются для предотвращения утечки электрического тока в систему воды.
Силовая установка предназначена для преобразования промышленного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц в высоковольтный (максимальное напряжение на выходе - 6000 В) и высокочастотный (максимальная частота на выходе - 5000 Гц) ток и используется в качестве источника питания генератора озона. Система управления и система электропитания генератором озона смонтированы в одном блоке силовой установки. В состав системы управления и электропитания входят кабельные переходники для подключения электрических приборов к электросети, автомат-выключатель подачи тока, регулятор мощности [58].
Реактор, объём которого составляет 10" м , представляет собой цилиндрическую контактную колонку, которая выполнена из нержавеющей стали. На дне колонки установлен барботер, для диспергирования подаваемой в реактор озоно-воздушной смеси, которая на выходе из реактора поступает в нейтрализатор озона.
В нейтрализаторе озона происходит каталитическое разложение озона на молекулярный и атомарный кислород под действием катализатора разложения озона - окислов кобальта на силикагеле. Содержание остаточного озона в воздухе на выходе из нейтрализатора не превышает предельно-допустимую концентрацию, равную 0,1 мг/м .
Панель приборов состоит из манометра, ротаметра, вольтметра и термометра. При работе озонаторной установки контролируется расход и давление воздуха (кислорода), напряжение вырабатываемое силовой установкой и температура процесса. Основные технические характеристики блока генератора озона: - давление рабочей среды 0,7 кгс/см
Обработке озоном подвергали полупродукты сахарного производства на различных этапах очистки: диффузионный сок (до очистки), дефекованный сок в процессе проведения основной дефекации и дополнительной дефекации перед 11 сатурацией, а также фильтрованный сок II сатурации. Обработку озоном проводили в специальном реакторе. После озонирования осуществляли доочистку сока по классической схеме с последующим сгущением до сиропа.
Процесс состоит из насыщения жидкости озоном (абсорбция озона) с последующим окислением компонентов раствора (химическая реакция). Обе стадии процесса идут с определенными скоростями. Общий баланс скоростей процессов, протекающих в реакторе озонирования, можно описать следующим уравнением: где V4 - скорость саморазложения озона в растворе; V5 - скорость накопления озона в растворе; V6 - скорость химических реакций. Скорость растворения озона V3 определяет (при интегрировании по времени) количество озона, необходимое для достижения требуемых уровней очистки. Скорость вывода озона - это вынужденные потери газа, связанные с несовершенством массообменных аппаратов. Коэффициент использования озона К (степень абсорбции) определяется отношением:
Затем подбирается определенный тип массообменного аппарата для организации процесса смешения озоно-воздушной смеси с жидкой фазой. Определяется величина коэффициента использования озона, в соответствии с которой рассчитывается подаваемая доза озона Дп в аппарат: Дп = Да/К. где Да - доза растворенного озона.
По величине Дп можно рассчитать производительность озонаторного оборудования для станции очистки диффузионного сока. Дополнительно необходимо отметить, что Да может определяться в лабораторной установке сколь угодно малых размеров, а К должно определяться для тех конструктивно-технологических условий, в которых будет реализоваться процесс озонирования.
Значение величины К зависит от условий массопереноса озона из газовой среды в жидкую фазу. В настоящее время существует несколько моделей массопереноса: Льюиса-Уитмена (пленочная модель), Ландау-Левича (диффузионного пограничного слоя), Хигби (проницания), Данквертца и т.д. Каждая из моделей представляет ту или иную степень упрощения процесса, и можно констатировать, что ни одна из них не основывается на точных, надежно проверенных опытом гидродинамических закономерностях.
Изучение влияния озона в процессе основной дефекации на качественные показатели очищенного сока
Введение хлорной извести приводит к образованию значительного количества реакционноспособиых фрагментов расщепления, которые очень быстро формируют новые хромофоры, что сопровождается повышением цветности. Действие хлорной извести на отдельные группы красящих веществ неодинаково. Наиболее сильно обесцвечиваются продукты меланоидинообразования [93, 134].
_ Перекись водорода является эффективным отбеливающим средством. Обработка перекисью водорода снижает интенсивность окраски, понижает содержание полифенолов, уменьшает содержание аминокислот и полисахаридов [138].
Применение озона приводит к интенсификации процессов окисления и разложения несахаров с последующей адсорбцией продуктов распада на частицах карбоната кальция. Высокомолекулярные соединения, вследствие значительной длины углеродного скелета, в первую очередь подвергаются интенсивной атаке молекулами озона, что сопровождается разрывом двойных связей структурных фрагментов и распадом первоначальных соединений. При озонировании в процессе дефекации происходит деструкция таких высокомолекулярных соединений, как леван, декстран, пектиновые вещества и другие. Окисление некоторых соединений происходит до углекислого газа и воды.
Таким образом, наиболее эффективным окислителем при очистке диффузионного сока является озон. Как показали исследования, данный окислитель воздействует на более широкий спектр несахаров диффузионного сока.
С целью выявления критических концентраций окислителя, при которых начинается процесс разложения сахарозы, был поставлен следующий эксперимент: модельный известково-сахарныи раствор, содержащий 52 % сахарозы, обрабатывался окислителем в течение 30 минут (предлагаемая в способах продолжительность озонирования составляет не более 10 минут) с концентрацией озона в озоно-воздушной смеси 12 г/м в объёмном соотношении сок - газ 1:20. Установлено, что сахароза (в диапазоне рН 8,5-12,5) под воздействием данного окислителя не разлагается.
Результаты проведенных исследований показали, что применение газообразного озона, как окислителя в условиях очистки диффузионного сока, повышает эффективность технологии очистки, которая, в свою очередь, существенно влияет на качественные показатели продуктов сахарного производства, а также на эффективность работы оборудования последующих стадий производства сахара.
Использование озона в масштабах реально действующего сахарного завода подтвердило эффективность его применения, а также положительное влияние на ведение последующих технологических операций сахарного производства. Опыт внедрения технологии экстракции сахарозы из свекловичной стружки в диффузионных аппаратах с применением озона на сахарных заводах России показал, что происходит уничтожение микрофлоры в большей части диффузионного аппарата и повышается эффект очистки на диффузии [34].
Выбор интервалов изменения факторов обусловлен технологическими условиями проведения процесса очистки диффузионного сока. Критериями оценки влияния различных факторов на процесс очистки были выбраны: Y -чистота, %; Y2 - цветность, усл. ед.; Y3 - массовая доля солей кальция, % СаО и Y4 - массовая доля редуцирующих веществ в соке II сатурации, %.
Выбор оценки Y обусловлен их наибольшей значимостью для процесса очистки. Так Yj - чистота - основной показатель, характеризующий эффективность проведения процесса очистки диффузионного сока. Y2 — цветность - обусловливает цветность сиропа после выпарной установки. Y3 и Y4 - соответственно массовая доля редуцирующих веществ и солей кальция в соке II сатурации определяют термоустойчивость продуктов и эффективность кристаллизации сахарозы.
Полученный из свёклы диффузионный сок Ч = 87 % подвергали предварительной дефекации (продолжительность 15 мин, температура 55 С, конечное значение рН 11,0...11,2). Расход гидроксида кальция на очистку - 100 % к массе несахаров диффузионного сока. После прогрессивной предварительной дефекации (ППД) проводили холодно-горячую основную дефекацию. В процессе осуществления горячей ступени через сок продували озоно-воздушную смесь при сочетании входных параметров по матрице планирования. Затем осуществляли I сатурацию до рН 11,0...11,2, фильтровали, фильтрат нагревали до 80 С и проводили дефекацию перед II сатурацией (0,2 % СаО). Сатурировали до рН 9,0...9,2. В фильтрованном соке II сатурации определяли качественные показатели.
Для исследования было применено центральное композиционное ротата-бельное униформпланирование, и был выбран полный факторный эксперимент 23. Опыты в каждой точке матрицы дублировали для повышения точности.
Разработка способа очистки диффузионного сока с использованием озонирования на дополнительной дефекации
Из рис. 36 видно, что повышение температуры до 80 С приводит к увеличению чистоты, за счет повышения скорости протекания реакций взаимодействия озона с несахарами. Дальнейшее увеличение температуры процесса сопровождается снижением качества очищенного сока, так как при этом уменьшается растворимость озона, а так же ускоряется распад уже растворенных в соке молекул окислителя на атомарный и молекулярный кислород.
- Рис. 37 представляет собой выпуклую поверхность зависимости чистоты очищенного сока от температуры процесса и концентрации озона в озоно-воздушной смеси с максимумом при температуре 80 С и концентрации 10 г/м3.
Зависимость цветности очищенного сока от температуры процесса и кон-центрации озона в озоно-воздушной смеси при расходе 2,5 м / м сока, представленная на рис. 38 и 48, показывает, что повышение концентрации озона в озоно-воздушной смеси до 7 г/м приводит к снижению цветности до определенного предела. Дальнейшее увеличение концентрации не приводит к значительному ее снижению. Минимум цветности наблюдается при температуре озонирования 80 С.
Повышение расхода озоно-воздушной смеси на рис. 39 сопровождается снижением цветности. При этом стабилизация этого показателя происходит при расходе 3,5 м3/м3 сока. Последующее увеличение расхода незначительно влияет на цветность очищенного сока. Повышение или снижение температуры от значения 80 С приводит к повышению цветности.
Влияние концентрации озона и расхода озоно-воздушной смеси имеет сходный характер (рис. 40). Повышение значений этих показателей до определенного предела (3,5 м3/м3 и 10 г/м ) приводит к достижению минимальной цветности очищенного сока.
Зависимость массовой доли солей кальция в очищенном соке от расхода и концентрации озона в озоно-воздушной смеси при температуре 80 С, представленная на рис. 41 и 50, имеет вогнутый характер. При повышении концентрации озона или расхода озоно-воздушной смеси происходит снижение исследуемого показателя. При расходе 4 м3/м3 сока и концентрации 10 г/м3 массовая доля солей кальция в очищенном соке достигает минимального значения. Последующее повышение концентрации или расхода озоно-воздушной смеси приводит к увеличению материальных затрат, но незначительно сказывается на содержании солей кальция в соке II сатурации.
Температурная зависимость массовой доли солей кальция в очищенном соке, представленная на рис. 42, показывает, что их максимальное удаление происходит при температуре 80 С. При этом повышение расхода озоно-воздушной смеси, пропускаемой через сок, до 3,0 м /м сока сопровождается снижением содержания солей кальция, повышение расхода озона до 4,5 м3/м3 сока незначительно влияет на исследуемый показатель. Увеличение расхода до 6 м3/м сока практически не изменяет исследуемый показатель.
Изменение массовой доли солей кальция в очищенном соке в зависимости от температуры процесса и концентрации озона в озоно-воздушной смеси при расходе 2,5 м3 / м3 сока представлено на рис. 43. Из рисунка видно, что с повышением концентрации озона до 10 г/м происходит снижение массовых долей солей кальция до 0,023 % СаО к массе сока. Дальнейшее повышение нецелесообразно, так как ведет к увеличению затрат при незначительном увеличении эффекта удаления кальциевых солей из очищаемого сока. Влияние температуры носит следующий характер: ее повышение от 60 до 80 С приводит к снижению массовой доли солей кальция в очищенном соке, затем при изменении температуры процесса до 100 С содержание солей кальция увеличивается.
Зависимость массовой доли редуцирующих веществ в очищенном соке от температуры процесса и концентрации озона в озоно-воздушной смеси при расходе 2,5 м3 / м3 сока представлено на рис. 44. Из рисунка видно, что с повышением концентрации озона до 10 г/м3 происходит снижение массовой доли редуцирующих веществ до 0,010 % к массе сока. Дальнейшее повышение не приводит к значительному повышению эффекта удаления редуцирующих веществ. Повышение температуры от 60 до 80 С приводит к снижению массовой доли редуцирующих веществ в очищенном соке, при увеличении температуры процесса до 100 С содержание редуцирующих веществ увеличивается.
Максимальное удаление редуцирующих веществ из очищенного сока (рис. 45) происходит при температуре 80 С. При этом повышение расхода озоно-воздушной смеси, пропускаемой через сок, до 3,0 м /м сока сопровождается снижением массовой доли редуцирующих веществ. Увеличение расхода озо-на_до 4,5 м /м сока незначительно влияет на исследуемый показатель. Последующее повышение расхода до 6,0 м озона на 1 м сока практически не влияет на исследуемый показатель.
Представленная на рис. 46 зависимость массовой доли редуцирующих веществ в очищенном соке от расхода и концентрации озона в озоно-воздушной смеси при температуре 80 С имеет вогнутый характер. При повышении концентрации озона или расхода озоно-воздушной смеси происходит снижение исследуемого показателя. При расходе 4,5 м /м сока и концентрации г/м массовая доля редуцирующих веществ в очищенном сок достигает минимального значения. Последующее повышение концентрации или расхода озоно-воздушной смеси приводит к увеличению энергетических затрат, но незначительно сказывается на содержании редуцирующих веществ в соке II сатурации.
Насыщение полупродуктов озоном в процессе очистки диффузионного сока осуществляется с целью инициализации протекания дополнительных химических реакций, в результате которых происходит окисление целого ряда не-сахаров, сопровождающееся их распадом, а также образованием промежуточных соединений, впоследствии адсорбирующихся на карбонате кальция. Некоторые соединения (например, гуминовые вещества) окисляются до диоксида углерода и воды. При этом наблюдается повышение чистоты, скорости седиментации, снижение фильтрационного коэффициента и цветности очищенного сока [15].
Озон обладает большой избыточной энергией молекулы (24 ккал/моль). Он вступает в химические реакции с веществами щелочного характера, фенол-содержащими соединениями, макромолекулами белков, высокомолекулярными соединениями и другими, что сопровождается разрывом их углеродных цепочек и адсорбцией продуктов распада на карбонате кальция, при этом снижается цветность и повышается эффективность удаления несахаров из очищенного сока.
