Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Совершенствование физико-химической очистки сахарсодержащих растворов 9
1.1. Возможности повышения эффективности известково-углекислотной очистки 9
1.1.1. Влияние условий возврата суспензии на прогрессивную предцефекацию на показатели соков 10
1.1.2. Применение пересатурации в технологии очистки диффузионного сока 16
1.1.3. Повышение эффекта очистки сока при активации возврата на прогрессивную предцефекацию различными добавками 24
1.2. Использование электрофизических методов для обработки продуктов сахарного производства 27
1.2.1. Механизм взаимодействия компонентов производственных сахарных растворов с электрическим полем 28
1.2.2. Способы обработки продуктов с использованием электрического тока. 35
1.2.3. Экстрагирование сахара из свекловичной стружки в электрическом поле 39
1.2.4. Электрохимическая обработка диффузионного сока 40
1.2.5. Доочистка сока II сатурации 42
1.3. Выводы по главе, цель и задачи исследования 43
ГЛАВА 2. Методики определения 45
2.1 Определение электрокинетического потенциала дефекосатурационной суспензии 45
2.2 Седиментационный метод определения дисперсности 48
Определение дисперсности частиц 50
Определение плотности соков и дефекосатурационных осадков Вязкость дисперсионной среды 51
ГЛАВА 3. Исследование технологических показателей суспензий сахарного производства с целью выбора оптимальных условий их использования . 52
3.1. Технологические свойства суспензии карбоната кальция 52
3.1.2. Влияние комплекса несахаров на свойства суспензии карбоната кальция 55
3.1.3. Исследование дисперсности карбонатных суспензий сахарного производства . 61
3.1.4. Влияние комплекса несахаров на дисперсность суспензии карбоната кальция 64
3.1.5. Адсорбционные свойства суспензий карбоната кальция 70
3.1.6 Выбор оптимальных условий возврата суспензии на ППД 72
3.2. Исследование возможности отделения преддефекованного осадка. 80
3.4. Исследование активации осадка карбоната кальция при возврате его на
преддефекацию 87
ГЛАВА 4. Использование электрического поля при проведении очистки сахарсодержащих продуктов . 107
4.1. Выбор рациональных условий обработки диффузионного сока 108
4.1.1. Влияние электрообработки на качественные показатели соков 111
4.1.2. Изучение возможности сокращения расхода извести на очистку 114
4.1.3; Исследование комплексного влияния факторов электрообработки 115
4.2. Очистка диффузионного сока по схеме с возвратом суспензии сока II
сатурации непосредственно во время процесса электрообработки 132
Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения 155
Способ активации возврата фосфатидами растительного масла 155
Пересатурация суспензии сока II сатурации, возвращаемой на
преддефекацию 157
Поведение электрообработки диффузионного сока
Библиографический список
- Влияние условий возврата суспензии на прогрессивную предцефекацию на показатели соков
- Седиментационный метод определения дисперсности
- Исследование дисперсности карбонатных суспензий сахарного производства
- Изучение возможности сокращения расхода извести на очистку 114
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время перерабатывающий подкомплекс сахарной промышленности России представлен 93 сахарными заводами общей мощностью 275,36 тыс. т переработки свеклы в сутки, 3 сахарорафинадными заводами и 2 рафинадными цехами; 80 свеклосахарных заводов имеют схемы переработки тростникового сахара-сырца.
Существующие сахарные заводы способны перерабатывать 28 миллионов тонн свёклы ежегодно в оптимальные сроки. Коэффициент использования мощности заводов Российской Федерации составляет 87 %, степень механизации - 90 %, уровень автоматизации - 60 %. Средняя мощность одного предприятия около 2,9 тысяч тонн в сутки. При этом в Российской Федерации 30 заводов мощностью менее двух тысяч тонн и 12 заводов - менее 1,5 тысячи тонн/сутки. Износ основных фондов сахарной промышленности составляет 60 %, энергетического оборудования - 80 %. За последние двадцать лет не введено в эксплуатацию ни одного нового сахарного завода, а прирост мощности за счёт технического перевооружения и реконструкции действующих заводов составил всего 2 тысячи тонн свёклы в сутки. Обновление технологического оборудования не превышает 3...4 % в год. Около четверти оборудования, выпускаемого отечественным машиностроением, не отвечает современным требованиям.
Усугубляется положение тем, что 85 % основных видов технологического, технического, насосно-компрессорного и другого оборудования производится за пределами Российской Федерации (на территории Украины).
На протяжении последних 10 лет выход сахара в среднем остается на уровне 11,5...12,5 % к массе свёклы, а теоретический сбор сахара с гектара не превышает двух тонн. На заводах Российской Федерации потери сахара в производстве составляют 1,0...1,1 % и в мелассе его содержится до 3,1 %.
Отечественное свеклосахарное производство нуждается в коренном перевооружении. Для повышения эффективности работы отрасли рекомендуется использовать не только усовершенствованные традиционные технологии, но и новые физико-химические методы, уже успешно применяемые в других отраслях промышленности, в частности, электрохимические методы /40, 55, 56, 59, 83^ 106, 151, 156, 153, 58/. Несмотря на многочисленные исследования в области технологии получения сахара; возможности повышения эффективности этого производства полностью не исчерпаны.
Большой вклад в исследование проблем и решение задач совершенствования процессов очистки сахарсодержащих растворов внесли Силин П.М., Сапронов А.Р., Даишев М.ИІ, Перелыгин В.М., Бугаенко И.Ф., Рева Л.П., Бобров-ник Л.Д., Купчик М.ПІ, Молотилин Ю.И., Чернявская Л.И., Захаров К.П., Славянский А.А., Лосева В.А., Сидоренко Ю.И., Подгорнова Н.М, Решетова Р.С. и многие другие.
Очистка сахарсодержащих растворов занимает в технологии сахара основное положение. От полноты проведения процессов на этой стадии зависит проведение дальнейших операций и, в конечном счете, выход сахара-песка стандартного качества. Так от степени разложения и удаления редуцирующих веществ зависят потери сахарозы при выпаривании и кристаллизации; эффект удаления кальциевых солей из сока влияет на накипеобразование при выпаривании и соответственно на ее продолжительность; цветность полученного очищенного сока предопределяет цветность товарного белого сахара-песка.
С учетом изложенного дальнейшие исследования по совершенствованию методов физико-химической очистки сахарсодержащих растворов, повышению ее эффективности и разработке новых способов ее проведения при переработке свеклы различного качества являются актуальными, принимая во внимание фактор государственной продовольственной безопасности России.
7 Цель и задачи исследования. Основной целью исследования являлась научно-экспериментальная разработка способов совершенствования технологии предварительной обработки диффузионного сока, обеспечивающих улучшение основных показателей: седиментационных и фильтрационных свойств сатурационных соков, показателей очищенного сока, увеличение эффекта удаления несахаров из продуктов свеклосахарного производства и выхода сахара-песка.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
исследовать технологические свойства суспензии карбоната кальция в водно-сахарных растворах с добавками отдельных несахаров;
уточнить условия проведения предварительной дефекации диффузионного сока с целью последующего отделения осадка несахаров перед основной дефекацией;
обосновать способы и установить оптимальные режимы активации суспензии карбоната кальция при ее возврате на прогрессивную преддефекацию;
выполнить исследования по оптимизации режимов предварительной электрообработки с целью повышения эффективности физико-химической очистки диффузионного сока;
исследовать новые способы повышения эффективности очистки диффузионного сока с использованием дополнительных реагентов и без них.
Научная новизна. Определены фильтрационный коэффициент, скорость осаждения, дисперсность и электрокинетический потенциал суспензий карбоната кальция в чистых водных средах и с добавкой характерных примесей несахаров и осадка сока I сатурации.
Установлены оптимальные условия возврата карбонатных суспензий на прогрессивную предварительную дефекацию.
Выявлены оптимальные условия очистки диффузионного сока путем предварительного отделения осадка преддефекованного сока при использовании процесса его пересатурации.
Установлены оптимальные условия активации частиц карбоната кальция при возврате его на преддефекацию с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ), в качестве которых использованы фосфатиды растительного масла (ФРМ). Получены регрессионные уравнения влияния условий процесса на эффект очистки.
Выявлены факторы, определяющие эффективность электрообработки (температура, напряженность электрического поля, продолжительность обработки) и определены оптимальные режимы ее проведения. Получены математические зависимости электрообработки диффузионного сока.
Практическая значимость. Предложено устройство для электрохимической обработки диффузионного сока, разработан усовершенствованный способ очистки диффузионного сока с активацией возвращаемой суспензии на прогрессивную преддефекацию.
Конкретизированы условия возврата суспензий на прогрессивную предварительную дефекацию для повышения эффекта очистки:
Предложен оптимальные параметры пересатурации преддефекованного сока с целью последующего отделения осадка.
Научная новизна технических решений7 подтверждена положительным решением о выдаче патента РФ по заявке № 2003128685/13(030725) и патентом RU 2235132.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты экспериментальных исследований докладывались на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (2001-2004 гг.); международной научно-практической конференции «Пищевые продукты XXI века» (г. Москва, 2001 г.); II международной научно-практической конференции «Пища.
9 Экология. Качество» (г. Краснообск, 2002 г.); научно-практической конференции «Пути повышения эффективности сахарного производства» (Курск, 2003).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 28 печатных работ, в том числе получены: патент на изобретение и одно положительное решение о выдаче патента РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций промышленности, списка литературы и приложения. Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 79 рисунков и 28 таблиц. Список использованной литературы включает 189 наименований, из них 34 работ зарубежных авторов.
Влияние условий возврата суспензии на прогрессивную предцефекацию на показатели соков
При использовании щелочных возвратов на прогрессивную предварительную дефекацию следует определять его вид, объем (расход) и место его ввода.
На прогрессивную преддефекацию возможны следующие виды возвратов: 1) нефильтрованный сок I сатурации; 2) сгущенная суспензия сока I сатурации; 3) сгущенная суспензия сока II сатурации + нефильтрованный сок I сатурации; 4) сгущенная суспензия сока II сатурации + сгущенная суспензия сока I сатурации/63/. Возврат сока I сатурации влечёт за собой ряд отрицательных последствий технологического характера. Нарушение прямоточности при возврате до 100% сока на повторную дефекацию приводит к получению смеси слабо обработанного (недодефекованного), то есть недостаточно термоустойчивого, и переде-фекованного соков. Термостабильность сока была достигнута введением в ныне действующую типовую схему дефекации перед II сатурацией /140/.
Другой недостаток — ухудшение адсорбции карбонатом кальция. Оно неизбежно, поскольку смешивание уже очищенного карбонатом- кальция сока: с поступающим диффузионным снижает концентрацию адсорбируемых несахаров в смеси. А именно адсорбцией карбонатом кальция очищенный сок освобождается, от наиболее вредных для: дальнейшего технологического процесса несахаров - малорастворимых солей кальция. В; этом заключается основная; причина того, что при возврате нашрогрессивнуюпреддефекацию сока I сатурации увеличиваются расход извести и известнякового камня: Расход известнякового камня возрастает от 5,0...5,5 до 7,0...7,5 % к массе свёклы /140/.
В" случае возвратам на преддефекацию 100 % сока I; сатурации или 40i % его суспензии седиментационные показатели сока I! сатурации почти совпадают, а фильтрационные: в случае возврата суспензии - несколько лучшие. При увеличении количества возвращаемой!суспензии свыше 40 % отмечается повышение цветности сиропа, а также снижение его чистоты /68/.
Увеличение количества возврата сока I сатурации более 75... 100 % - приводит к снижению эффекта очистки сока на преддефекации вследствие перехода1 в раствор значительной части І несахаров за счет растворения и десорбции их из большей массы возвращаемого сатурационного осадка.
При возврате на ППД 3 0... 5 0 % сока I сатурации \ вводимых центров седиментации и активной площади; поверхности адсорбции оказывается недостаточно для нарушения неустойчивого равновесия в системе и спонтанного осаждения скоагулированных частиц. При этом наблюдается солидарное и быстрое осаждение осадка с образованием прозрачного декантата и четкой границы раздела фаз. С введением большей массы сока I сатурации увеличивается пептиза-ция несахаров сатурационного осадка /30/.
Проведение предцефекации возвратом суспензии осадка ІГ сатурации повышает производительность фильтрационного оборудования, а добавляемая на дефекацию перед II сатурацией известь используется с большим эффектом. Это объясняется тем, что на поверхности возвращаемого на преддефекацию карбоната кальция незначительная масса адсорбированных ВМС и коллоидов, и он образует с ВМС диффузионного сока более плотную структуру осадка, более устойчивую к высокой щелочности на основной дефекации. Кроме того, возврат суспензии сока II сатурации позволяет полностью избежать перещелачи-вания при прогрессивном процессе, поэтому эффект стабилизации коллоидов диффузионного сока на предцефекации достигается; в более мягких оптимальных условиях /68/.
В рациональной схеме известково-углекислотной очистки диффузионного сока должен быть полностью исключен возврат на преддефекацию сока I сатурации. Это позволит уменьшить расход извести на очистку в рамках типовой схемы на 20...30 %. Для получения суспензии осадка сока II сатурации целесообразно использовать гравитационные отстойники /140/.
Пересатурированный осадок сока II сатурации имеет положительный ЭКП, при возврате его на преддефекацию и последующей щелочной обработке на основной дефекации пептизация несахаров из осадка незначительна. С веществами коллоидной, дисперсности он образует плотный, хорошо осаждающийся и фильтрующийся агрегатоустойчивый осадок, повышая при этом качество очищенного сока. Вводимая на дефекацию перед II сатурацией известь используется более рационально, снижаются объемы рециркулирующих продуктов в сокоочистительном отделении и, следовательно, неучтенные потери сахарозы /63/.
Седиментационный метод определения дисперсности
Так как капилляры требуют строгой горизонтальности для измерения объемной скорости электроосмоса, они опираются на специальные подставки.
Формирование диафрагмы в канале для пастообразного осадка трудновыполнимо, так как при этом в диафрагме образуются пустоты, заполненные воздухом или жидкостью, не содержащие твердой фазы. Для заполнения прибора исследуемым» осадком сахарного производства, отфильтрованном на воронке Бюхнера до пастообразного состояния, применяется шприц с резиновым наконечником, имеющим отверстие равное диаметру канала. Осадок после фильт-рования тщательно перемешивается для создания однородной консистенции. Выдавив содержимое шприца в.канал, торцы диафрагмы разравнивают, полости заполняют равновесной жидкостью и закрывают электродными камерами, в которые залита равновесная жидкость. Присоединяют к прибору капилляры 5, вставляют в электродные камеры питающие электроды 9 и включают их в цепь.
При подводе постоянного напряжения к питающим электродам и замыкании цепи происходит перемещение жидкости через исследуемую диафрагму. Направление движения к одному из электродов и, объем перенесенной жидкости контролируют по делениям капилляра 5. Одновременно замеряют время (т) перемещения этого объема и силу тока (І) в цепи и рассчитывают величину электроосмотического переноса (Р) по формуле:
Меняя: полюсности на питающих электродах, измерения повторяют несколько раз и берут среднее значение Р, которое используется для определения электроповерхностных характеристик исследуемых осадков.
Для определения величины сопротивления диафрагмы RD вывинчивают электродные камеры, на их место устанавливают электроды кондуктометра.
Константу прибора (К) определяют заполняя прибор 0,01 н раствором КС1 и измеряя сопротивление электролита в канале по формуле К = х R, где % — удельная электропроводимость 0,01 н раствора КС1, Ом"1. Элеткропроводимость равновесного раствора в капиллярах диафрагмы определяется экспериментальным путем измерением электросопротивления системы в исследуемом RD и в контрольном 0,2 н растворе КО (RD). Одновременно определяется электросопротивление самого контрольного раствора R 0.
Подобные вычисления могут проводится при условии, что диафрагма, промытая 0,2 н КО имеет ту же концентрацию дисперсной фазы, что и исследуемая при электроосмосе. Для этого исследуемый осадок смешивают с 0,2 н КО и фильтруют после интенсивного перемешивания. При этом на фильтре должен быть осадок влажностью, равной как для диафрагмы при электроосмотических измерениях, что практически сложно. Поэтому осадок после размешивания в 0,2 н КО фильтруют на воронке Бюхнера до макисимально возможной плотности и определяют сопротивление сформированной из него диафрагмы. Разжижая осадок 0,2 н КО, опыт повторяют несколько раз, определяя при этом концентрацию твердой фазы в диафрагме Ст.
По полученным данным строили график: зависимость величины электросопротивления диафрагмы от Ст, который для дисперсий сатурационных осадков имеет линейный характер. Определив значение Ст для испытуемой диафрагмы, по графику находим величину R для осадка, промытого 0,2 н КО. Величину -потенциала рассчитываем по формуле D-Rl-RD где г) — вязкость равновесного раствора, Па; D — диэлектрическая постоянная равновесного раствора.
Данный прибор позволяет получать воспроизводимые результаты при электроосмотическом исследовании сатурационных осадков, диафрагма в приборе формируется равномерной по всему объему с известной концентрацией твердой фазы в ней. 2.2 Седиментационный метод определения дисперсности
Метод седиментации основан на расчете скорости осаждения частиц в гравитационном поле в зависимости от их размера и физико-химических характеристик среды /13, 84/. Эксперимент сводится к определению массы осадка исследуемой суспензии на чашечке торсионных весов с течением времени, причем один опыт занимает от 2 до 5 мин.
Если выполняются условия независимого движения частиц суспензии (при этом массовая доля твердой фазы не должна превышать 1 %), эффективный радиус частицы определяется по формуле: 9ф где 7] - динамическая вязкость дисперсионной среды, Па с; И — высота столба суспензии над чашечкой, см; / - время оседания, с; d, do - плотность твердой фазы и жидкости соответственно, г/см , g — ускорение свободного падения, м/с .
Частицы дефекосатурационных осадков оседают с разной скоростью, и зависимость массы осадка на чашечке весов от времени будет криволинейной. Обработка экспериментальных данных основана на соотношении: в—42). (2) где Qi — масса осадка на чашечке к моменту th qt- масса частиц всех фракций, полностью осевших к моменту /,, размеры этих частиц больше или равны величине г,, рассчитанной по формуле (1) для /,. Отношение величины qt к массе всех частиц Qmax равно массовой доле частиц с радиусами большими или равными г, и представляет собой значение интегральной функции распределения F(r). Hr) = - -- (3) Наиболее наглядно характер распределения характеризует дифференциальная функция или плотность распределения
Исследование дисперсности карбонатных суспензий сахарного производства
Из приведенных выше результатов видно, что наибольший эффект обесцвечивания (91-99 %) наблюдается при рН 10 в 15 %-ном растворе сахара-сырца без добавок.
Вводимые в исходный раствор добавки снижают эффект обесцвечивания, причем по силе отрицательного влияния на этот эффект они располагаются в ряд:
глюкоза (эффект обесцвечивания 86,71 %), хлорид калия (79,04 %), глютаминовая кислота (68,18 %).
Наибольший эффект обесцвечивания наблюдается в чистом растворе при рН 10. Эти же закономерности справедливы для сахарных растворов в присутствии различных добавок.
Это объясняется формированием высокодисперсного осадка при рН 10, так как его частицы обладают маленьким размером, что обеспечивает наибольший эффект обесцвечивания за счет большой удельной адсорбционной поверхности. 3.1.6 Выбор оптимальных условий возврата суспензии на ППД
По принятой в настоящее время технологической схеме для обеспечения высоких фильтрационно-седиментационных показателей целесообразно возвращать на предцефекацию суспензии сатурированных соков /68, 118/. Но до сих пор нет единого мнения, какой вид возврата, в каком количестве (соотношение сок : возврат) и в какую секцию прогрессивного преддефекатора целесообразно возвращать. Хотя от этого зависит не только формирование структуры осадка на преддефекации, но и эффект удаления несахаров на этой стадии физико-химической очистки.
Для увеличения адсорбционного эффекта суспензий, возвращаемых на предцефекацию, необходимо обосновать рациональные условия их активации путем карбонизации до заданных значений рН. Активация осуществляется путем сатурации возвращаемой суспензии сока II сатурации для эффективного ее действия на преддефекации.
Для этого нами в лабораторных условиях проведены опыты с диффузионным соком чистотой 82...86 %, который очищали по следующей схеме. В начале осуществляли прогрессивную предцефекацию путём ввода 0,3 % СаО при температуре 55 С в течение 15 мин, затем добавляли расчетное количество гидроксида кальция (80 % к массе несахаров сока), подогревали до 80 С и выдерживали 10 мин; карбонизировали до заданных значений рН. Полученную таким образом суспензию вводили на предцефекацию в качестве возврата (в количестве 100 %) и далее проводили очистку по типовой схеме. Очищенный сок II сатурации подвергали анализу (табл. 5, чистота диффузионного сока 85 %). Таблица 5
Результаты исследования, приведенные в табл. 5, показывают лучшие показатели очищенного сока при возврате на прогрессивную предцефекацию суспензии с рН 7,5. С повышением рН возвращаемой суспензии качество очищенного сока снижается. В процессе карбонизации дефекованный сок освобождается от анионов, в том числе и окрашенных соединений, в результате связывания их в ацидокарбонаты. Последующее отделение ацидокарбонатов от раствора в производственных условиях невозможно, так как они являются своеобразной формой ВМС, а не раствором.
Дальнейшая карбонизация сопровождается одновременным образованием мицелл карбоната кальция с адсорбированными на его поверхности анионами кислот. При этом многоосновные анионы, занимающие центральное положение в структуре ацидокарбоната, теряют способность диссоциировать и переходить в раствор, а концевые звенья гидроксикальция, обладая повышенным сродством к иону карбоната гидроксикальция, обусловливают повышенную склонность мицелл к агрегированию.
В исследованиях, выполненных М.И; Даишевым, Р.С. Решетовой, К.П. Захаровым, Л.Д. Бобровником /70, 50, 138, 65/ показано, что проведение прогрессивной предварительной дефекации с возвратами щелочных суспензий (нефильтрованный сок I сатурации, суспензия сока II сатурации и др.) повышает фильтрационно-седиментационные показатели соков. Нами исследовано влияние рН возврата на фильтрационно-седиментационные свойства суспензий и электрокинетический потенциал осадка сока I сатурации (табл. 6).
Фильтрационные свойства осадка сока I сатурации зависят от структуры его частиц. Последние представляют собой агрегаты коллоидно-дисперсных и высокомолекулярных веществ, внутри которых находятся более тяжелые частицы карбоната кальция. При этом фильтрационные свойства осадка в меньшей степени зависят от размера агрегатов и в большей степени обусловлены количеством кристаллического карбоната кальция на поверхности этих агрегатов, что делает их менее сжимаемыми/10, 12/.
Анализ полученных данных при использовании в качестве возврата нефильтрованного сока I сатурации, активированного до различных значений рН, показывает, что лучшими фильтрационно-седиментационными; показателями обладают соки, очищенные с возвратом суспензии пересатурированной до рН 7,0.
Это согласуется с результатами определения электрокинетического потенциала частиц осадка сока I сатурации. Так наименьшим отрицательным зарядом обладает осадок, полученный при возврате со значением рН 7,0. Низкий -потенциал осадка, вероятно, связан с высоким потенциалом возврата, благодаря чему на поверхности частиц осадка произошла адсорбция отрицательно заряженных ионов несахаров.
Изучение возможности сокращения расхода извести на очистку 114
Выбор интервалов изменения факторов обусловлен технологическими условиями проведения процесса очистки диффузионного сока. Критериями оценки влияния различных факторов на процесс очистки были выбраны: Y\ -чистота, %; Уг - цветность, усл. ед.; Уз — массовая доля редуцирующих веществ, % и Y4 - массовая доля солей кальция в соке II сатурации, % СаО.
Выбор оценки У обусловлен их наибольшей значимостью для процесса очистки. Так Yi - чистота — основной показатель, характеризующий эффективность проведения процесса очистки диффузионного сока. Y2 — цветность — обусловливает цветность сиропа после выпарной установки. Уз и У4 — соответственно массовая доля редуцирующих веществ и солей кальция в соке II сатурации определяют термоустойчивость продуктов и эффективность кристаллизации сахарозы.
Опыты проводили по следующей методике:
Полученный из свёклы диффузионный сок Ч = 87 % подвергали электрообработке с параметрами в соответствии с матрицей планирования. Далее очистку сока проводили по схеме: прогрессивная предварительная дефекация, (продолжительность 15 мин, температура 55 С, конечное значение рН 11,0...11,2). Расход гидроксида кальция на очистку — 100 % к массе несаха-ров диффузионного сока. После ЛПД проводили холодно-горячую основную дефекацию. Длительность горячей ступени 10 мин при температуре 80 С. Затем осуществляли I сатурацию до рН 11,0...11,2, фильтровали, фильтрат нагревали до 80 С и проводили дефекацию перед II сатурацией (0,2 % GaO), сатурировали до рН 9,0...9,2. В фильтрованном соке II сатурации определяли качественные показатели.
Для исследования было применено центральное композиционное рота-табельное униформпланирование, и был выбран полный факторный эксперимент 23. Опыты в каждой точке матрицы дублировали для повышения точности.
В табл. 24 приведены матрица планирования эксперимента и значения выходных факторов.
Анализ этих уравнений позволяет выделить факторы, наиболее влияющие на рассматриваемый процесс.
На чистоту очищенного сока наибольшее влияние оказывает продолжительность обработки, а наименьшее - напряжённость электрического поля. На цветность сока II сатурации наибольшее влияние оказывает продолжительность обработки, а наименьшее — напряжённость электрического поля. На массовую долю кальциевых солей в соке II сатурации равное влияние оказывает напряжённость электрического поля и температура электрообработки, а продолжительность - наименьшее. На массовую долю РВ в соке II сатурации все три входных параметра оказывают одинаковое влияние. Таким образом, в результате выполнения серии опытов по матрице получены экспериментальные данные о влиянии факторов и построена матема 120 тическая модель процесса, позволяющая рассчитать чистоту, цветность и массовую долю кальциевых солей и редуцирующих веществ в соке II сатурации.
Из зависимости, представленной на рис. 47, видно, что минимальная массовая доля солей кальция в очищенном соке достигается при обработке диффузионного сока в электрическом поле напряжённостью 4,4 В/см продолжительностью 2 мин (кривая 3).
Из графиков, показанных на рис. 48, также следует, что оптимальной продолжительностью является 2 мин при напряжённости 4,4 В/см (кривая 3). При меньшей продолжительности не достигается необходимый эффект удаления несахаров, а при большей происходит разложение сахарозы.
Рис. 49 иллюстрирует влияние продолжительности электрообработки на цветность очищенного сока. Для напряжённости 1,5...4,4 В/см увеличение продолжительности повышает цветность. При Е = 5,5 В/см чем больше продолжительность, тем ниже цветность. При высокой напряженности E = 6,6 В/см продолжительность электрообработки почти не влияет на цветность сока II сатурации.
Зависимость качества очистки от температуры процесса обусловлена влиянием температуры на электропроводность диффузионного сока. С увеличением температуры снижается вязкость растворителя и, следовательно, возрастает подвижность ионов. Кроме того, повышение температуры ведёт к увеличению числа носителей заряда, а, следовательно, и к увеличению проводимости.
Вода, находящаяся в соке, является источником ионов гидроксила и водорода. Эти продукты гидролиза воды оказывают положительное воздействие на эффективность очистки диффузионного сока, способствуя повышению чистоты.
При увеличении температуры в результате увеличения подвижности ионов, у поверхности электродов создаются высокие концентрации реакци-онноспособных частиц: соответственно, чистота обрабатываемого сока также увеличивается (рис. 50).
Снижение чистоты сока, подвергнутого электрообработке, при дальнейшем увеличении температуры, возможно, вызвано тем, что с повышением температуры под действием электрического поля сахароза начинает более интенсивно разлагаться, и, как следствие - снижается чистота.
Данные по і влиянию температуры: на качественные показатели очищенного сока представлены на рис. 50-53. Из рис. 50 видно, что наилучшие результаты достигаются при 60 С почти при любой продолжительности обработки. При этом значении также минимальное содержание солей кальция и редуцирующих веществ (рис. 51, 52). Из рис. 53 следует, что при продолжительности 0,5...2,0 мин повышение температуры вызывает увеличение цветности очищенного сока, а для большего времени обработки - снижение.
