Введение к работе
Актуальность работ» состоит в необходимости обеспечения максимальной выработки товарного сахара-песка в соответствии с требованиями стандарта из сырья с изменяющимися показателями качества. Решение этой задачи возможно не только за счет увеличения объемов перерабатываемой свеклы, но и путем совершенствования основных технологических лроцеееоа, в частности физико-химической очистки сахарсодержащих растворов.
В ходе неблагоприятных условий вегетации, при уборке и хранении в свекле происходят существенные изменения химического состава, что наиболее заметно отражается в изменении соотношения компонентов .углеводного комплекса - доля сахарозы снижается при одновременном накоплении продуктов ее ферментативного и гидролитического распада.
Наиболее динамичными из представителей углеводного комплекса неса-харов является смесь моносахаров глюкозы и фруктозы. Причем изменения, а речь идет только об увеличении в свекле их массовых долей в 3...7 раз, заметно отражаются на формировании показателен качества продуктов всех этапов свеклосахарного производства - от очнщеьного сока до сахара-песка. Присутствующие в свекловичном соке моносахара подвергаются щелочно-термической конверсии уже на самой первой стадии ИУО - в процессе известковой обработки в условиях предварительной и основной дефекации. Образующиеся при этом продукты распада являются вредными несахарамн, влияющими на эффективность очистки и технико-экономические показатели свеклосахарного производства.
Классический способ известковой обработки не может обеспечить высоких результатов очистки диффузионного сока при изменяющемся даже за весьма короткий производственный сезон химическом составе несахаров перерабатываемой свеклы. Из-за ограниченных l производственных условиях возможностей реализации вариантов типовой ИУО становится проблематичным
4 получение стандартного сахара из свеклы пониженного качества или с аномально высокими долями вредных несахаров.
Обозначенные вопросы определяют в настоящей диссертационной работе актуальность проблемы совершенствования и интенсификации технологии физико-химической очистки сахарсодержащих растворов на основе эффективного использования традиционных реагентов и обоснование концепции формирования операций гибкой схемы известково-углекислотной обработки диффузионного сока с переменным составом иесахарбв - компонентов углеводного комплекса сахарной свеклы различного качества.
Цель и задачи исследования:
повышение эффективности использования гидроксида кальция в операциях физико-химической очистки сахарсодержащих растворов;
научное и экспериментальное обоснование режимов предварительной и основной известковой обработки диффузионного сока, позволяющих получать очищенные продукты с высокими показателями качества;
- выбор оптимальных вариантов распределения гидроксида кальция,
обеспечивающих необходимую степень термохимической конверсии вредных
несахаров и максимальную эффективность адсорбционной очистки;
- разработка концепции гибкой схемы известково-углекислотной очистки
с изменяющимися технологическими параметрами режима в зависимости от
качества перерабатываемого сырья.
Научная новизна. Проанализированы и обобщены многолетние данные по изменению химического состава несахаров свеклы в условиях вегетации, возделывания, уборки, транспортировки и хранения, что позволило выбрать в качестве объекта исследования редуцирующие вещества (РВ) - самого динамичного и отзывчивого на всё изменения перечисленных факторов компонента несахаров углеводного комплекса.
Установлено заметнде влияние параметров диффундирования, в частности температуры и качества стружки, на темп накопления в соке РВ, являющихся в значительной степени продуктом ферментативного распада сахарозы.
Впервые осуществлено комплексное исследование поведения .доносаха-ров и продуктов их термохимического разложения на всех основных стадиях ИУО, а также при сгущении сахарных растворов. Полученные количественные закономерности и сравнительный анализ качественных показателен растворов явились основой для разработки рациональных режимов очистки с оптимальным распределением гндроксида кальция и двухступенчатой первой стадией карбонизации.
Анализ известных данных и результаты экспериментов по влиянию возвратов щелочных продуктов на преддефекацню позволили сделать вывод о проблематичности получения высоких эффектов при очистке диффузионного сока по традиционной схеме. С целью достижения стабильного эффекта поед-дефекацнн предложены показатель и интервал оптимальных величин средне-динамического значения рН сока в аппарате.
Для улучшения условий формирования структуры осадка, погашения эффекта очистки и показателей фильтрования научно и экспериментально обоснован способ промежуточной дсфекосатурации при рН сока 7, 5...8, 2 в процессе прогрессивной преддефекации.
Теоретически и экспериментально обосновано рациональное распределение гндроксида кальция по стадиям ИУО, обеспечивающее необходимую степень распада РВ и высокую термоустончпвость очищенного сока при малой его цветности.
Впервые исследовано движение потоков п секционном горизонтальном аппарате прогрессивной преддефекации. Предложено математическое описание характера гидродинамической обстановки в зависимости от переменных управляющих факторов. На основе обобщенного критерия оптимизации с учетом необходимой прогрессивности процесса обоснованы диапазоны варьирования переменных факторов преддефекации.
Уточнены представления о влиянии на процесс декальцинации молекулярно растворенного диоксида углерода - его присутствие в соке II сатурации классифицировано как фактор динамической нестабильности.
6 *
С использованием обобщенной функции желательности впервые реализован количественный анализ эффективности использования в качестве адсорбента карбоната кальция, при этом учитывались цветпость очищенного раствора, расход адсорбента, удельная адсорбция, коэффициент адсорбции. .
На основе экспериментальных исследований и аналитических обобщений сформулированы концептуальные принципы формирования многоцелевой схемы ИУО с высоким уровнем вариантности, позволяющей реализовать оптимальные режимы операций в зависимости от производственных условий и конкретных задач переработки сырья с изменяющимися показателям^! качества.
Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность
очистки сахарсодержаищх растворов с примесями полисахарида после его
предварительной деполимеризации путем обработки окислителем с одновре
менной термической активацией. .
Апробация работы и практическая значимость. Испытаны и внедрены "
Су *
на Рамонском, Георгиу-Дежском, Добринском сахарных заводах схемы ИУО с
рациональным темпом прогрессивности предлефекации и оптимальными режимами дефекации по длительности, температуре и распределению гидроксида йальция. На Новопокровском заводе модернизирован преддефекатор с целью управления изменением щелочности в секциях (по а. с.№ 1482949). Испытан и внедрен на Ольховатском и Перелешинском сахарных заводах способ очистки с предварительной деполимеризацией полисахарида декстрана путем обработки растворов окислителем при его одновременной тепловой активации (по а. с. № 1,578199). На Лебедянском заводе проверена интенсивность противо-точного перемещения гидроксида кальция в преддефекаторе. Полученные данные подтверждают результаты экспериментальных исследований на физической модели преддефекатора.
С целью повышения эффекта очистки и улучшения фильтрационных показателей разработан и рекомендован промышленности способ ППД с промежуточной дефекосатурацией при значении рН сока 7,5 - 8,2.
Обоснованы параметры процесса разложения PD в условиях теплой длительной ступени основной дефекации и медленного нагревания сока перед первой ступенью I карбонизации. Для уменьшения нарастания цветности рекомендовано вводить в дефекованиый сок сульфит натрия,'являющийся ингибитором образования красящих веществ (по а.с. № 1640166).
Разработан метод и предложены математические выражения для расчета массы испарившейся води и потерь теплоты с отработанным raaow в процессах I и II карбонизации, что позволяет оценить рациональность распределения гид-роксида кальция с точки зрения тепловой экономичности.
Для достижения в процессе карбонизации высоких стабильных эффектов адсорбции красящих веществ обоснованы расходы гидрокедца кальция пс ступеням очистки.
С учетом образования красящих веществ на стадии от I до II сатурации экспериментально подтверждена целесообразность быстрой карбзнизашш (предсатурации) рациональных долей гилрокевда кальция в восходящем газожидкостном потоке н ограниченном диапазоне рН сока. Выполнен насчет га-зожндкостпого подъемника с учетом неразрывности потока, изменения газосодержания, парциального давления насыщенного водяного пара и объемных долей диоксида углерода в вводимом и выходящем из подъемной трубы отработанном газе.
В результате выполнения работы рекомендованы промышленности: способ прогрессивной преддефекацин диффузионного сока по а. с. »Ni I406IP8; аппарат для прогрессивной преддефекацин диффузионного сока по а.с. № 1482949; способ очистки диффузионного сока с предварительной обработкой окислителем по а. с. Nq 1578199; способ очистки диффузионного соха по а. с. № 1640166; способ очистки диффузионного сока по а. с. № 1641890; способ очистки диффузионного сока с промежуточной карбонизацией по а. с. Н> 1585336; способ производства сахара с дополнительной очисткой оттека утфе-ля по а. с. Лг 1588761; способ очистки диффузионного сока - положительное решение от 30.10.95 о выдаче патенті РФ по заявке М 94-011790.
8 Результаты экспериментальных исследований используются в учебном
процессе на кафедре технологии сахаристых веществ Воронежской государственной технологической академии.
Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием
ЭВМ, достоверность результатов подтверждена проверкой на полупромышлен
ной установке "завод на столе" (ВНИИСС, п.Рамонь) и ряде сахарных заводов
Воронежской, Тамбовской и Липецкой областей. - ;
Диссертационная работа обобщает результаты многолетних исследований, выполненных автором самостоятельно, а также при его непосредственном участии, на кафедре технологии сахаристых веществ ВГТА, в технологической лаборатории ВНИИСС и в экспериментальном отделе Рамонского сахарного завода.
Основные результаты исследований, выполненных автором в период 1972-1997 гг., доложены И обсуждены на научных конференциях ВГТА (ВорТИ), < (Воронеж - 1972-1997); Н-ой международной конференции по химии и технологии сахарного производства (Польша, Лодзь-1973); Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Пути интенсификации технологических процессов и оборудования в отраслях АПК" (Москва-1988); международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности" (Воронеж-1997); Всероссийских научно-практических конференциях "Пути повышения эффективности свеклосахарного производства России в условиях рыночной экономики" (Рамонь-1996), "Физико-химические основы пищевых и химических производств" (Воронеж-1996); республиканской научно-технической конференции по ускорению создания и освоения новой техники, технологии и повышения качества готовой продукции (Тбилиси-1987); региональных научно-технических конференциях "Проблемы химии и химической технологии" (Воронеж-1995, Тамбов-1996); научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Вопросы повышения эффективности сахарного производства" (Киевская обл., Яготин-1989).
Публикации, По материалам диссертации опубликована 81 раоота, в том числе 7 авторских свидетельств на изобретения и получено три положительных решения о выдаче патента РФ.
Структура и объем, работа. Диссертация включает введение, семь глав, выводы и рекомендации промышленности, список литературы и приложения. Она изложена на 350 с, из них 283 основного текста; 72 рис. 123 табл. В списке литературы 293 отечественных и 96 иностранных источников.
