Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование схем очистки жёлтых Сахаров и тростникового сахара-сырца 9
1.1 Особенности переработки тростникового сахара-сырца 9
1.2 Удаление крахмала, декстрана, различных полимеров и не Сахаров при переработке полупродуктов сахарного производства 12
1.3 Применение электрохимических методов в сахарной промышленности 17
1.3.1 Исследование электрохимической активации воды в диафрагменном электролизере 17
1.3.2 Повышение эффективности очистки концентрирован- ных сахарсодержащих растворов за счет применения электрохимической активации 21
1.4 Аффинация желтого сахара в поле действия центробежных сил 26
1.5 Совершенствование технологии очистки клеровок полупро- дуктов свеклосахарного и тростникового производств 30
1.6 Микробиологическая загрязненность сахара-сырца 37
1.7 Обесцвечивание полиэлектролитами и различными окислителями клеровок тростникового сахара-сырца 40
Глава 2. Объекты и методы исследования 46
2.1 Характеристика исходных веществ 46
2.2 Методики экспериментальных исследований 46
2.2.1 Методики определения технологических показателей сахарсодержащих растворов 46
2.2.2 Методика проведения электрохимической активации жидких сред 47
2.3 Методы определения технологических показателей клеровки 48
2.4 Проведение экспериментов и обработка экспериментальных данных 52
Глава 3. Применение электрохимически активированных растворов для повышения эффективности очистки полупродуктов сахарного производства 56
3.1 Выбор реагента и его концентрации для получения электрохимически активированного раствора 56
3.2 Исследование физико-химических свойств электрохимически активированных растворов 61
3.2.1 Исследование влияния электрохимической активации на электропроводность клеровки тростникового сахара-сырца и желтых Сахаров свеклосахарного производства 61
3.2.2 Изучение влияния ЭХА обработки на вязкость клеровки сахара-сырца 62
3.3 Исследование влияния рН электрохимически активирован- ных растворов па качество клеровки 68
3.4 Повышение эффективности очистки сахарсодержащих растворов, за счет обеспечения более стабильной плотности известкового молока 71
3.5 Разработка дозатора для повышения эффективности очистки за счет регулировки качества известкового молока 76
3.6 Исследование влияния рН электрохимически активированных растворов на качество очищенной клеровки 81
3.7 Повышение эффективности очистки клеровки сахара-сырца с применением ЭХА растворов при совмещении процессов кле-рования и дефекации 86
3.8 Уменьшение расхода извести при очистке клеровки тростникового сахара-сырца с применением электрохимически активированных растворов 106
Глава 4 Исследование влияния электрохимически активированных растворов на интенсификацию процесса аффинации 122
4.1 Повышение эффективности процесса аффинации тростникового сахара-сырца при использовании электрохимически активированного раствора 122
- Удаление крахмала, декстрана, различных полимеров и не Сахаров при переработке полупродуктов сахарного производства
- Обесцвечивание полиэлектролитами и различными окислителями клеровок тростникового сахара-сырца
- Исследование физико-химических свойств электрохимически активированных растворов
- Уменьшение расхода извести при очистке клеровки тростникового сахара-сырца с применением электрохимически активированных растворов
Введение к работе
Актуальность темы. Сырцовую схему из действующих предприятий имеют 74 завода, общая мощность переработки 40,0 тыс. тонн сырца в сутки. Имеющиеся в России мощности только действующих заводов позволяют переработать до 8,8 млн. тонн сахара-сырца и произвести до 8,5 млн. т сырцового сахара.
Повышение эффективности национального производства сахара и его увеличение является актуальной задачей, направленной на снижение зависимости внутреннего рынка от колебаний мировых цен и повышение уровня продовольственной безопасности.
Одним из путей решения данной задачи является совершенствование существующих способов известково-углекислотнои очистки сахара-сырца и желтых Сахаров. Несмотря на многочисленные исследования в области очистки сахарсодержащих растворов, потенциал этой стадии в технологии сахарного производства исчерпан далеко не полностью.
Вопросами развития теории и совершенствования технологии известково-углекислотнои очистки сахарсодержащих растворов занимались П.М. Силин, И. Вашатко, И.Ф. Бугаенко, А.Р. Сапронов, М.И. Даишев, Л.Д. Боб-ровник, А.А. Славянский, Ю.И. Молотилин, А.В. Савостин, А.Н. Литош, Ю.И. Сидоренко, В.А. Лосева, В.А. Голыбин и другие ученые.
Разработка новых технологических приемов основанных на применении электрохимической активации, позволит повысить эффективность очистки концентрированных сахарсодержащих растворов, что является решением актуальной задачи для сахарной промышленности, как с теоретической, так и с практической точек зрения.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в разработке и теоретическом обосновании способов повышения эффективности очистки полупродуктов сахарного производства за счет применения электрохимически активированных растворов на стадиях аффинации и клерования, позво-
ляющих повысить степень удаления несахаров.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
изучить влияние различных видов реагентов для получения электрохимически активированных растворов на эффективность очистки полупродуктов сахарного производства;
исследовать процесс очистки сахара-сырца путем совмещения клерования и дефекации с использованием электрохимически активированных растворов;
изучить влияние католита с высоким значением рН на очистку тростникового сахара-сырца при уменьшении общего расхода извести;
разработать способ аффинации полупродуктов сахарного производства с применением ЭХА растворов;
изучить и определить точность параметров стабилизации заданного значения плотности известкового молока;
разработать дозатор для обеспечения возможности регулировки качества известкового молока и подачу его на различные стадии очистки в зависимости от ее режимов;
исследовать физико-химические свойства клеровок, приготовленных на электрохимически активированных растворах (вязкость и электропроводность);
- провести анализ эффективности способов очистки полупродуктов сахарного производства электрохимически активированными растворами.
Научная новизна. На основании теоретических и экспериментальных данных разработаны и обоснованы новые способы аффинации и клерования сахара-сырца и желтых Сахаров полупродуктов сахарного производства повышающие эффективность очистки сахара-сырца и желтых Сахаров при использовании электрохимически активированных растворов.
Изучено влияние концентрации реагента и его вида на параметры электрохимически активированного раствора.
Установлена зависимость эффективности очистки от массовой доли известкового молока и рН электрохимически активированного раствора для клерования тростникового сахара-сырца на повышение.
Исследованы физико-химические показатели клеровок полупродуктов сахарнопгпроизводства7 приготовленных- на электрохимически" активирован- -ных растворах.
Получена математическая модель, описывающая процесс очистки клеровки сахара-сырца с уменьшением общего расхода извести при использовании электрохимически активированных растворов.
Практическая значимость. Предложен способ применения ЭХА растворов для получения клеровок тростникового сахара-сырца и последующей их очистки.
Разработан способ очистки сахарсодержащего раствора (патент RU № 2267541), позволяющий увеличить чистоту клеровки на 0,6-0,9 ед. по сравнению с традиционным способом.
Разработан способ очистки тростникового сахара-сырца (патент RU № 2244010), позволяющий сократить расход извести в 1,05 - 1,7 раз, и увеличить чистоту очищенной клеровки на 0,3 - 0,5 ед. по сравнению с известным способом.
Разработан способ аффинации сахара (патент RU № 2252968), позволяющий увеличить чистоту жёлтого сахара на 0,5 - 1,5 ед., а тростникового сахара-сырца- на 0,3 - 1,1 ед. по сравнению с известным способом.
Разработан способ автоматического управления процессом клерования сахара и системы автоматического управления для осуществления этого способа (патент RU № 2244010), позволяющий увеличить чистоту очищенной клеровки на 0,3-0,5 ед. по сравнению с известным способом. Кроме того, использование изобретения повышает стабильность концентрации клеровки за счет сокращения времени запаздывания управляющего воздействия.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты экспериментальных исследований докладывались на международной научно-
практической конференции в Воронежской государственной технологической академии (2004 - 2007 г.) «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности»; на международной научно-практической конференции «Сахар-2005. Повышение эффективности работы свеклосахарного комплекса» (г. Москва, 2005 г.); на межрегиональной научно-практической конференции «Разработка новых и совершенствование существующих технологий, оборудования и методов контроля сахарного производства» (г. Воронеж, 2005 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе получены шесть 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 163 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 19 таблиц. Список использованной литературы включает 192 наименования, из них 12 работ зарубежных авторов.
Удаление крахмала, декстрана, различных полимеров и не Сахаров при переработке полупродуктов сахарного производства
В мировой практике страны-импортеры предъявляют определенные требования к сахару-сырцу, в то время как Россия - одна из немногих стран, импортирующих в больших объемах тростниковый сахар-сырец, где отсутствуют требования к его качеству по такому важному показателю, как содержание высокомолекулярных полисахаридов (крахмала и декстрана), характеризующему фильтрационную способность его растворов [187].
Повышенное содержание этих компонентов не только осложняет переработку сахара-сырца, приводя к дополнительным потерям сахарозы снижению производительности завода, увеличению текущих затрат, но и ухудшает потребительские качества готовой продукции, исключая тем самым возможность использования сахара в таких отраслях пищевой промышленности, как молочная, пивобезалкогольная и др.
Среди ВМС тростникового сахара-сырца важное место занимают продукты щелочно-термического расщепления крахмала [24]. Наличие этих продуктов делает невозможным использование такого сахара при производстве напитков из-за образования в них осадка [183].
При измельчении стеблей тростника и последующем отжатии полученной массы значительная часть крахмала переходит в сок. Крахмал состоит из двух полисахаридных фракций: амилозы и амилопектина. По сравнению с амилозой амилопектин менее растворим в воде и более устойчив при различных видах технологической обработки крахмала [162].
При очистке растворов продукты расщепления крахмала удаляются лишь частично, а оставшаяся их часть в процессе кристаллизации включается в кристаллы сахара. Именно этим объясняется тот факт, что чистую сахарозу трудно выделить простой перекристаллизацией из растворов, содержащих продукты расщепления крахмала, потому что они адсорбируются растущими кристаллами сахарозы.
Продукты расщепления крахмала оказывают влияние и на скорость фильтрования при переработке тростникового сахара-сырца, что может быть связано с закупоркой пор фильтровального материала или же адсорбцией их на поверхности осадка, например карбоната кальция. Образуемая при этом оболочка препятствует появлению более крупных частиц осадка и тем самым ухудшает его фильтрационные свойства.
Чистую сахарозу чрезвычайно трудно выделить кристаллизацией из сахарных растворов, содержащих крахмал [37]. Это связано с адсорбцией крахмала ее растущими кристаллами, что обусловлено адгезией (прилипанием) молекул крахмала к растущей поверхности кристалла и затем их зарастанием последующими слоями сахарозы. "Полученный таким образом сахар-песок образует мутные опалесцирующие растворы, что исключает возможность его использования в ряде отраслей.
Другой полисахарид - декстран не является естественным компонентом сахарного тростника, а образуется при неблагоприятных условиях его уборки, транспортировки с плантаций и краткосрочного хранения. Развитие на тростнике бактерий рода Leuconostoc mesenteroides продуцирует декстран из сахарозы. При этом молекула сахарозы расщепляется на фруктозу, усваивающуюся микроорганизмами, и глюкозу, из которой путем полимеризации образуется декстран. Он накапливается на поверхности микроорганизмов и создает своеобразный защитный слизистый слой - капсулу. Наличие капсул помогает бактериям размножаться при 43-45 С и выдерживать температуру 85-90 С. При переработке бактериально пораженного сахарного тростника декстран переходит в сок, значительно увеличивая его вязкость и снижая скорость фильтрации, например, при концентрации декстрана 0,5 % вязкость раствора сахарозы увеличивается почти в 2 раза. Декстран, как и крахмал, замедляет также кристаллизацию сахарозы, ухудшая гранулометрический состав сахара-сырца, выражающийся в снижении равномерности кристаллов и увеличении количества конгломератов, что ведет к возрастанию его гигроскопичности и повышению опасности порчи при хранении [170,189].
Наличие в тростниковом сахаре-сырце суспендированных частиц механического характера, и главным образом высокомолекулярных соединений (ВМС) характеризуется мутностью растворов сахара-сырца. В растворах сахара-сырца молекулы ВМС по своим размерам близки к веществам коллоидной степени дисперсности [19,16].
Определение цветности опалесцируюших растворов при помощи фото-электроколориметров связано с ошибками, поскольку свет в таких растворах поглощается не только красящими веществами, но и ВМС вызывающими опалесценцию. Величина оптической плотности будет складываться из двух составляющих, и она будет выше значения поглощения только красящими веществами в растворе, определяющими его цветность. Соответственно цветность сахара-сырца, рассчитанная по измеренной величине оптической плотности его раствора, будет выше действительного ее значения. ICUMSA при определении цветности тростникового сахара-сырца предлагает фильтровать его раствор через мембранный фильтр, в фильтрате измерять величину оптической плотности, и уже на ее основе рассчитывать цветность сахара-сырца. Скорость фильтрования раствора через слой перлита была на порядок выше, чем скорость фильтрования через мембранные фильтры.
Цветность образцов сахара-сырца за счет веществ вызывающих мутность его растворов, на 10-40 % выше действительной ее величины, обусловленной только красящими веществами. В этой связи определение мутности растворов сахара-сырца может служить в некоторой степени показателем его качества. Чем больше в сырце содержится этих веществ, тем, как правило, ниже его качество. Бугаенко И.Ф. и Кедровой И.В. были проведены исследования [27] по удалению крахмала из растворов тростникового сахара-сырца различными методами: известково-фосфатным, активными углями, ионообменными смолами, известково-углекислотной очисткой.
Активным углем, анионообменной смолой, Са3(Р04)2, полученным при добавлении фосфорной кислоты и Са(ОН)2, крахмал практически не удаляется. Сравнительно хорошо крахмал удаляется как карбонатом кальция, образующимся при сатурации, так и вводимым в очищаемый раствор порошком химически чистого СаСОз- При известково-углекислотной очистке удаляется примерно 50 % крахмала. Величина эффекта удаления возрастает с увеличением количества извести, расходуемой на очистку.
Обесцвечивание полиэлектролитами и различными окислителями клеровок тростникового сахара-сырца
Традиционная для российских сахарных заводов схема очистки тростникового сахара-сырца предусматривает использование реагентов получаемых при обжиге природного известнякового камня. Образующийся при очистке клеровки фильтрационный осадок в количестве 20 % к массе сахара-сырца направляется для складирования на специально отведенные площадки, где накапливается, создавая определенные проблемы.
Красящие вещества технических сахарных растворов разнообразны по строению [145] и в растворе имеют отрицательный заряд, поэтому за счет сил электростатического взаимодействия они сорбируются на поверхности положительно заряженных частиц карбоната кальция, связываются с положительными зарядами анионитов, с катионными ПАВ, а также могут образовывать полиэлектролитные комплексы с полиоснованиями [181].
За рубежом распространена очистка клеровки сахара-сырца методом «Талофлок», суть которого заключается в введении в клеровку фосфорной кислоты, известкового молока и поверхностно-активного вещества «талофлок», образующих при взаимодействии хлопья мелкодисперсного осадка [130].
Для российских сахарных заводов из-за простоты применения используют отечественный полиэлектролит ВПК-402 [58,158] не требующий дорогостоящего оборудования. Отечественная промышленность выпускает водорастворимые полиэлектролиты катионного типа (ВПК-101, -402, -502) [32].
Один из критериев оценки пригодности полиэлектролита для обесцвечивания растворов - его максимальная реагентоспособность, то есть наличие незначительного остаточного количества в обработанном сиропе для исключения перехода в конечный продукт.
Применение водорастворимых полиэлектролитов позволяет снизить потери сахарозы в осадке, повысить за счет этого выход сахара на 0,05-0,15 % и снизить расход воды. Осадок в дальнейшем можно использо-- вать для нейтрализации почв повышенной кислотности и в качестве удобрения сельскохозяйственных культур. При использовании полиэлектролита ВПК-402 эффект удаления ВКД почти в два раза превышает показатели из-вестково-углекислотной очистки и составляет 56 % [56]. Также проявляется эффективное влияние на удаление полифенольных веществ, что обусловлено химической природой последних [2] и на основные группы красящих веществ, причем и при высокой цветности сахара-сырца [57].
Улучшение качества сахара песка при переработке тростникового сахара-сырца включает не только применение полиэлектролитов, но и дополнительные методы обесцвечивания сахарсодержащих растворов на основе активированного угля и различных окислителей [18,22].
Известно, что динамический режим адсорбции наиболее эффективен. В этом случае каждая порция обесцвечиваемого раствора как бы поочередно контактирует с последовательно расположенными слоями активированного угля. Достигая при каждом «контактировании» равновесия, раствор можно очистить практически до нулевого значения концентрации удаляемой примеси и одновременно использовать сорбционную емкость адсорбента. В силу высокой вязкости концентрированных сахарных растворов и значительного гидродинамического сопротивления слоя мелкодисперсного угля реализовать динамический режим в полном объеме затруднительно. Однако можно смоделировать «условно-динамический» режим путем многократного контактирования сахарного раствора с разделенным на отдельные порции активированным углем. На практике достаточно двух ступеней контактирования, чтобы достигнуть степень обесцвечивания клеровки, необходимую для получения сахара высокого качества, причем его расход благодаря минимизации требуемого количества активированного угля снижается на 15-20 % в сравнении с одноступенчатым. Применение активированного угля в качестве адсорбента не только улучшает качество сырца, но и при использовании его вместе с перлитом повышается скорость фильтрования в 4-6 раз по сравнению с известково-углекислотной очисткой [29,39]. Однако появляются за v труднения связанные с хранением угля, его дозировкой, последующей регенерацией или утилизацией, а также вызывает сложности с санитарными условиями, так как он является переносчиком вредных бактерий.
Образование красящих веществ в полупродуктах во время переработки сахара-сырца приводит к использованию окислителей снижающих цветность продуктов превращения редуцирующих веществ [135]. Так постепенное введение небольших порций смеси хлорной извести (0,1-0,2 % к массе клеровки) и воздуха наиболее эффективно снижает цветность клеровки и не меняет содержание кальциевых солей [136]. При таком введении окислитель успевает только разрушить 7і-связи в хромофорной системе, что и приводит к снижению цветности. Для очистки сырцовой клеровки могут быть использованы сульфат алюминия и тринатрийфосфат, что значительно снижает расход известкового камня и угля для его обжига. Но недостатком этих способов является то, что хлорная известь приводит к потерям сахара в мелассе, а тринатрийфосфат является дорогостоящим реагентом.
Использование на очистку клеровки сульфита натрия способствует наименьшему нарастанию цветности при длительном нагревании [73], причем добавление небольших количеств (0,01-0,03 %) положительно воздействует на качественные показатели клеровки. Происходит снижение вязкости, уменьшается % СаО и коллоидов, резко возрастает рН.
Для удаления красящих веществ возможно использование озона, который снижает цветность конечного продукта, в основном за счет разрушения меланоидов. В результате взаимодействия озона с меланоидами образуются нерастворимые в воде соединения, и часть красящих веществ переводится в осадок. Озон при этом действует еще и как микрофлокулянт. При озонировании протекают реакции окисления и с фенолсодержащими комплексами, в результате чего образуются нетоксичные соединения в виде осадка. Результаты опытов показывают, что озон расходуется и на окисление гуминовых кислот, что также приводит к значительному снижению цветности [41,116]. Вследствие окисления гуминовых кислот накапливаются стойкие к окислению слабо окрашенные или бесцветные соединения. Гуминовые вещества разрушаются озоном до диоксида углерода и воды. Осадок, образующийся в результате действия озона, удаляется на стадии фильтрования.
Исследование физико-химических свойств электрохимически активированных растворов
Одним из физико-химических показателей характеризующих насыщенность раствора заряженными частицами, а вместе с этим степень растворимости вещества в экстрагенте, является электропроводность.
С целью изучения влияния электрохимической активации на такой физико-химический показатель клеровки как электропроводность, были проведены экспериментальные исследования. Проводят активацию раствора хлорида натрия с массовой долей реагента 0,11 % в диафрагменном электролизере. Выбор реагента объясняется использованием его раствора в сахарной промышленности как в виде электрохимически активированных растворов, так и в виде простых растворов и суспензий. Полученным ЭХА раствором клеруют навеску (200 г) сахара-сырца до получения клеровки с СВ = 55-50 %. Клеровку нагревают до 80 С. Далее проводили кондуктометрирование растворов по методике, описанной в пункте 2.3. Результаты исследований представлены в таб. 1 и Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что при повышении рН 8,0 - 9,0 наблюдается снижение электропроводности, которое можно объяснить образованием в католитах плохо растворимых оснований щелочноземельных металлов, способствующее снижению общей электропроводности растворов, что согласуется с литературными источниками. Дальнейшее увеличение значения рН электрохимически активированного раствора до 10,0 ведет к значительному образованию ионов ОН" и приводит к увеличению удельной электрической проводимости.
Небольшая разница значений электропроводности между католитом и анолитом объясняется потерей электропроводящих частиц в результате выделения атомарного хлора во время активации.
Вязкость - свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Вязкость является основным па раметром, определяющим скорость технологических процессов. В жидкостях вязкость обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул [107]. Из литературных источников [160] известно, что ЭХА растворы имеют вязкость несколько ниже, чем не активированные. Что объясняется наличием избытка потенциальной энергии, . __ в растворе.
Вязкость технических сахарных растворов, как явление внутреннего трения, возникающего при относительном движении соседних слоев раствора и зависящего от сил сцепления между составляющими его молекулами, играет важную роль при протекании многих процессов в современной технологии сахара. Она определяет скорость ряда тепло- и массообменных процессов, влияет на реологические свойства утфелей. выбор необходимой мощности насосов и мешалок и т.д.
Вязкость представляет собой меру интенсивности диссилации работы, затрачиваемой для поддержания течения (необратимых деформаций) жидкости. Иначе, это свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. По определению вязкости, данному Ньютоном, сила внутреннего трения, равная по величине, но обратная по направлению силе, приложенной извне, пропорциональна площади слоя S, к которому приложена эта сила, и градиенту скорости или другими словами, вязкость истинно ньютоновских жидкостей является коэффициентом пропорциональности между величинами напряжения сдвига и градиента скорости в реологическом уравнении состояния где F - тангенциальная (касательная) сила, вызывающая сдвиг слоев жидкости друг относительно друга; S - площадь слоя по которому происходит сдвиг; F/S - действующее напряжение сдвига в ламинарном потоке; dv/dx - градиент скорости течения в данном месте потока, характеризующий рез- кость (быстроту) изменения скорости слоев в нормальном к ним направлении, (здесь v - скорость течения, х - расстояние между слоями); ц - динамическая вязкость жидкости - физическая константа, характеризующая сопротивление жидкости смещению ее слоев, при данной температуре и давлении.
Для простого сдвига величина с/уЛ/х эквивалентна скорости сдвига у (здесь у - угловая деформация сдвига), a F/S - есть касательное напряжение сдвига г, поэтому вышеприведенная зависимость, определяемая коэффициентом вязкости ц может быть выражена
В общем случае ц может зависеть от режима деформации, а реологические уравнения состояния жидкостей могут содержать производные по времени от напряжений и деформаций. Для подобных неньютоновских, или аномально-вязких, жидкостей вязкость - функция скорости сдвига (напряжения сдвига) поэтому ее называют «кажущейся», или эффективной, вязкостью цэф. Она достаточно полно характеризует поведение текучего материала, если известна во всем диапазоне скорости сдвига.
Такое определение вязкости относится только к установившемуся ламинарному течению, когда ни напряжение, ни скорость деформации не зависят от времени, вся совершаемая работа диссипирует, а деформации представляют собой вязкое течение жидкости. Инструментальное определение эффективной вязкости предусматривает измерение пар значений [т, у] в обширной области у для изображения кривой течения и функции вязкости.
Для характеристики жидкостей используют кривые течения - реограм-мы, которые представляют собой зависимость напряжения сдвига от скорости сдвиговой деформации в условиях простого сдвига.
Модели неньютоновских жидкостей содержат, по крайней мере, две реологические характеристики материала. Если неньютоновские жидкости исследуют в широком диапазоне скоростей сдвига, начиная с у 0, то получают полные кривые течения.
Уменьшение расхода извести при очистке клеровки тростникового сахара-сырца с применением электрохимически активированных растворов
Разработан способ очистки клеровки тростникового сахара-сырца с сокращением общего расхода извести на очистку основанный на использовании католита с высоким значением рН2о (10,5 - 11,5) и предусматривающий совмещение процессов клерования и дефекации. Для проведения клерования 100 г сахара-сырца растворяли приготовленным католитом с рН 10,5-11,5 до получения сиропа с СВ = 50,0 % с одновременным добавлением известкового молока (22,2 - 67 % от общего расхода извести на очистку). Затем клеровку нагревали до 80 С и очищали известью и углекислым газом по схеме очистки, включающей дефекацию, сатурацию и фильтрование. Общий расход извести на очистку сократили на 1 % и он составил 3,5 % к массе сахара-сырца, продолжительность дефекации 9 мин. Для сравнения проводили опыты по традиционной схеме очистки клеровки сахара-сырца.
Из графиков, представленных на рис. 30 видно, что повышение рН электрохимически активированного раствора от 10,5 до 11,5 приводит к понижению чистоты, цветности, содержанию редуцирующих веществ и солей кальция в очищенной клеровке, что объясняется интенсификацией процесса щелочного гидролиза [88,93z98]. При этом происходит распад сахарозы и образование редуцирующих веществ, что приводит к понижению чистоты и повышению потерь сахара в мелассе.
Представленные зависимости качественных показателей от количества известкового молока, вводимого в процессе клерования, и рН ЭХА раствора, свидетельствуют о том, что при повышении расхода извести от 1 % до 2 % вначале происходит плавное повышение качественных показателей, а затем резкое их ухудшение с увеличением расхода до 3 %.
При подщелачивайии клеруемой массы скорость растворения сахарозы замедляется. Таким образом, содержание сухих веществ межкристального раствора 12-18 %, будет достигнуто в течение времени, достаточного для прохождения реакций очистки под действием известкового молока. Невысокая начальная температура процесса клерования (55 - 65 С) приводит к более полной растворимости извести, а, следовательно, к интенсификации процесса разложения несахаров. При этом снижается возможность разложения сахарозы. Последующее нагревание клеруемой массы до 80 С переводит растворенную известь в пересыщенное состояние, что приводит к более глубокой дефекации и улучшению эффекта очистки на сатурации за счет получения большего количества мелкодисперсного осадка карбоната кальция. Для наиболее эффективного удаления редуцирующих веществ необходимо поддерживать рН клеровки 10,8-11,2, поэтому во избежание создания очень щелочной среды и разложения сахарозы рН ЭХА раствора необходимо не превышать 10,5, а ввод известкового молока - не выше 1,5-2 % (50-55 % от общего расхода извести). Кроме того, применение сильнощелочного католита сокращает расход извести на дополнительную дефекацию.
С целью изучения взаимного действия факторов, оказывающих наибольшее влияние на процесс очистки клеровки сахара-сырца, были применены математические методы планирования. Математическое описание данного процесса может быть получено эмпирически. При этом его математическая модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментов.
В качестве основных факторов, влияющих на очистку клеровки сахара сырца, были выбраны: — Xi - рН электрохимически активированного раствора; Х2- концентрация соли в ЭХА растворе, г/см3; Х3-расход СаО подаваемого на клерование, %; Х4- общий расход СаО на очистку, % к массе сахара-сырца; Все эти факторы совместимы и некоррелируемы между собой. Пределы измерения исследуемых факторов приведены в табл. 13. Выбор интервалов измерения факторов обусловлен технологическими условиями процесса очистки клеровки сахара-сырца. Критериями оценки влияния различных факторов на процесс очистки выбраны: Y] - чистота очищенной клеровки, %; Y2 - цветность очищенной клеровки, усл. ед.; Y3 -массовая доля редуцирующих веществ, %; Y4 - массовая доля кальциевых солей, %.
Выбор оценки выходных параметров определяется их наибольшей значимостью для процесса очистки. Так Yi - чистота - основной показатель, характеризующий эффективность проведения процесса очистки клеровки сахара-сырца; Y2 - цветность - обусловливает цветность сиропа на выпарной установке и массовую долю редуцирующих веществ; Y3 - массовая доля редуцирующих веществ - обуславливает разложение сахарозы на верстате завода; Y4 - массовая доля солей кальция - влияют на выпаривание и потери сахарозы в мелассе.
