Реферат на тему: "Технология преддефекации диффузионного сока"

Управление образования и науки Тамбовской области

ТОГБПОУ «Жердевский колледж сахарной промышленности»

Реферат

на тему: Технология преддефекации диффузионного сока

Выполнила: студентка группы 1та Добротворская Софья

Жердевка, 2021

Содержание

Введение

Введение

На современном этапе развития свеклосахарного производства на сахарных заводах уделяется большое внимание совершенствованию способов очистки диффузионного сока. Это связано с различным качеством сырья, поступающего в переработку, с изменением способов уборки урожая, использованием импортных семян при выращивании сахарной свёклы и др. Схемы очистки диффузионного сока не всегда позволяют эффективно удалять из него несахара, что и приводит к постоянному поиску новых способов известково-углеродной очистки.

В последнее время особый интерес вызывают разработка способов очистки, в ходе которых можно улучшить фильтрационно-седиментационные свойства сатурационных соков. Это напрямую влияет на производительность сахарного завода, потери сахарозы, а также на себестоимость сахара-песка.

Ухудшение фильтрационных свойств сатурационных соков влечёт за собой значительное снижение производительности работы завода и потери сахарозы при хранении из-за увеличения продолжительности производственного периода. В последние годы она увеличивается из-за значительных урожаев, и в производство, особенно в конце сезона, поступает сырьё невысокого технологического качества, что затрудняет его переработку. Наиболее существенной проблемой в таком случае является ухудшение фильтрационно-седиментационных свойств сатурационных соков. Поэтому создание новых способов переработки свёклы пониженного технологического качества представляется актуальным.

1. Несахара диффузионного сока и их поведение в процессе очистки

Качество диффузионного сока зависит от содержания в нем несахаров, которое обусловлено многими факторами. Важнейшим из них является качество перерабатываемой свеклы.

Содержание основных групп несахаров (в %) в диффузионном соке, получаемом из свеклы нормального качества, приведено ниже:

ВМС (белки, пектиновые вещества, декстрин)        0,20...0,60

Органические кислоты                                             0,18...0,55

Неорганические кислоты                                         0,10...0,15

Азотсодержащие соединения                                       0,20...0,50

Катионы (К+Na+Mg++Ca++)                                       0,18...0,25

Редуцирующие вещества                                               0,10...0,25

Наличие значительного количества ВМС (коллоидов) в диффузионном соке оказывает существенное влияние на протекание отдельных ступеней очистки и эффективности её в целом.

Удаление отдельных несахаров в процессе известково-углекислотной очистки зависит, с одной стороны, от их физико-химических свойств и, с другой стороны, от условий проведения известково-углекислотной очистки. Именно этим и объясняется наличие в схеме известково-углекислотной очистки таких основных элементов, как преддефекация, основная дефекация и сатурация, проводимая в две стадии. Повышая эффективность каждой из этих ступеней, можно достичь увеличения эффективности и всей схемы очистки [14].

 Каждая из этих ступеней должна быть направлена на решение следующих задач:

-по возможности максимальное удаление несахаров;

-получение менее окрашенного очищенного сока;

-получение осадка с хорошими седиментационными и фильтрационными свойствами.

С этой позиции необходимо рассматривать возможности и пути повышения эффективности отдельных ступеней известково-углекислотной очистки [17].

В соответствии с изложенным выше, схема очистки должна быть такой, чтобы наряду с максимальным осаждением несахаров диффузионного сока, обеспечивающим повышение качества очищенного сока, получить их осадок, который должен хорошо отфильтровываться.

Одним из решающих условий получения осадка с хорошими фильтрационными свойствами является проведение очистки таким образом, чтобы было достигнуто максимальное осаждение высокополимеров (коллоидов) и образование крупных частиц осадка.

Коллоидными системами (системы с коллоидной степенью измельчения), а также золями называют системы с размерами частиц дисперсной фазы порядка

10-7...10-5см. Частицы дисперсной фазы этих систем обычно называют коллоидными частицами.

В продуктах сахарного производства, как известно, присутствуют высокомолекулярные соединения (ВМС): белки, пектиновые вещества, декстран и другие. По многим свойствам (диффузия, задержка на ультрафильтрах, структурообразование и т. д.) растворы ВМС ближе стоят к коллоидным системам, нежели к молекулярным растворам.

Поэтому предложено ВМС называть молекулярными коллоидами. Поскольку в продуктах сахарного производства практически отсутствуют коллоидные частицы, представляющие собой агрегаты атомов или молекул, отделенные четко различимой границей раздела фаз от окружающей среды (например, широко известные золи золота, гидроокиси железа), при изложении материала под термином ВМС будем подразумевать коллоиды, так как этот термин широко применяется в сахарном производстве.

2. Действие извести на несахара диффузионного сока

Под действием извести, добавляемой к диффузионному соку, протекают реакции осаждения части несахаров за счет ионов кальция и коагуляции ВМС [16].

Из диффузионного сока под действием иона кальция осаждаются органические кислоты: щавелевая, оксилимонная, лимонная и винная. Другие безазотистые органические кислоты, а также аминокислоты и бетаин не осаждаются известью и остаются в растворе.

Из минеральных кислот осаждаются фосфорная кислота и очень незначительно — серная.

Кроме реакций осаждения, под действием извести происходит коагуляция части ВМС диффузионного сока (белки, красящие вещества и сапонин).

Коагуляция — процесс слипания частиц, образования более крупных агрегатов с потерей седиментационной и фазовой устойчивости и последующим разделением фаз — разрушением дисперсной системы. Возникающие при этом коагуляты представляют собой осадки различной структуры — плотные, творожистые, кристаллоподобные.

Коагулирующее действие извести наблюдается уже при добавлении 0,06% СаО к массе свеклы: жидкость над осадком имеет светло- коричневую окраску и становится прозрачной в сравнении с исходным диффузионным соком. При увеличении количества добавляемой извести осадок становится более плотным, а раствор более светлым и прозрачным.

Оптимальная плотность осадка и прозрачность раствора получаются при добавлении 0,2...0,3% СаО,  т. е. доведении рН раствора до величины равной 11.

И. Вашатко, изучавший коагуляцию коллоидов диффузионного сока под действием кислот и щелочей, установил, что коллоиды диффузионного сока имеют два оптимума коагуляции: в кислой среде при рН равной 3,2, и в щелочной — около 11. Эти величины несколько колеблются в зависимости от качества перерабатываемой свеклы.

Известно, что коагуляция наступает в тот момент, когда заряд частицы становится равным нулю, т. е. в изоэлектрической точке. Если оптимум коагуляции в кислой среде соответствует изоэлектрической точке (нейтральный заряд молекулы), то в щелочной среде частички осадка, как установлено по катафорезу, имеют положительный заряд. Из этого следует, что физико-химическая сущность коагуляции коллоидов в щелочной среде отлична от коагуляции в кислой среде.

П. М. Силин показал, что белки в чистых сахарных растворах под действием одних щелочей не осаждаются. При добавлении же солей кальция происходит их коагуляция, причем одного воздействия только катионов кальция в отсутствие ионов ОН" недостаточно.

Таким образом, для коагуляции коллоидов в щелочной среде необходимо совместное действие кальциевых и гидроксильных ионов определенной концентрации.

Действие гидроксильных и кальциевых ионов на коагуляцию коллоидов диффузионного сока состоит в следующем: ионы гидроксила способствуют денатурации белков и деэтерификации пектина, благодаря чему создаются условия для осаждения последних ионов кальция.

И. Тибенский экспериментально показал, что осаждение пектинов в значительной степени зависит от их деэтерификации. Поскольку пектин диффузионного сока содержит большое количество ацетильных групп СН, СО в виде сложных групп с гидроксильными группами, степень этерификации которых более 50%, то он в таком виде не может быть осажден катионом кальция. Поэтому для осаждения пектина необходима его деэтерификация, степень которой, а тем самым и степень осаждения пектина, зависит от температуры и щелочности.

Таким образом, при известково-углекислотной очистке под действием извести происходит осаждение части несахаров диффузионного сока в виде осадка нерастворимых солей кальция минеральных и органических кислот, пектиновых веществ, коагуляция белков и адсорбция несахаров на образующемся в процессе сатурации карбонате кальция. Причем указанные реакции протекают в присутствии сахарозы, которая оказывает влияние на степень удаления несахаров.

Эффективность осаждения и удаления несахаров под действием извести зависит от ряда факторов, одним из важнейших является величина рН раствора.

На основании многочисленных исследований установлено, что все нерастворимые кальциевые соединения как кристаллического вида, так и коллоидного типа в присутствии сахарозы имеют оптимум коагуляции при величине рН около 11.

Величины оптимальных значений рН осаждения и коагуляции отдельных несахаров диффузионного сока под действием извести приведены ниже:

Соединение                                                                                                     рН

Карбонат кальция………..…………………………………….11,19

Оксалат кальция…………………………………………………1,33

Виннокислый кальций…………………………………………11,42

Лимоннокислый кальций                …………………………….………...11,59

Сернокислый кальций                …………………………………..….11,30

Соединения белка с известью……………………………        11,00

Пектинат кальция…………………………..……………        10,49

Кальциевая соль тетрагалактуроновой кислоты……….        11,11

Кальциевые соли продуктов разложения РВ…………..……..10,96

В отсутствии же сахарозы оптимум рН осаждения и коагуляции несахаров не наблюдается. При этом, чем больше добавляется извести, тем лучше протекают процессы осаждения и коагуляции несахаров.

Объяснение оптимальной величины рН осаждения и коагуляции несахаров диффузионного сока следует из физико-химической теории П. М. Силина, согласно которой малое количество извести дает худшее осаждение и коагуляцию вследствие недостаточного избытка осаждающего реактива (извести) и гидролитического растворения осадков слабых солей кальция со слабыми кислотами.

При рН 11, как уже отмечалось выше, наиболее полно осаждаются кристаллические соли и коллоиды, причем из коллоидов осаждается не белок (у него был бы оптимум коагуляции при рН -3,5), а соединения белка с известью.

При дальнейшем повышении величины рН несахара (коллоидные и кристаллоидные) также осаждаются неполно, так как щелочь в присутствии сахарозы пептизирует осадки, давая плохо фильтруемые растворы, вследствие чего повышается цветность сока и содержание в нем солей кальция.

Пептизацией, или дезагрегацией называется процесс, обратный коагуляции, а именно — переход коагулята, представляющего собой агрегаты, в золь. То есть пептизацию в широком смысле этого слова можно рассматривать как расщепление агрегатов, возникших при коагуляции, на более мелкие частицы.

Коагуляция, как известно, представляет собой процесс, характеризующийся относительной обратимостью. Как всякий обратимый процесс, коагуляция в определенных условиях может идти не до конца, но с установлением динамического равновесия золь - агрегаты.

Золи относят к ультрамикрогетерогенным системам, размер частиц которых лежит в пределах от 1 до 100 нм, т. е. их можно рассматривать как истинно коллоидные или просто коллоиды.

На основании представлений теории равновесия гетерогенных систем коллоидные частицы можно рассматривать как псевдомолекулы, а скоагулированные агрегаты — как псевдокристаллы.

В соответствии с этим равновесие в системе золь — агрегат рассматривается как равновесие псевдомолекулы — псевдокристалл, где коагуляция сопоставляется с кристаллизацией, а пептизация — с растворением.

Экспериментально установлено, что нерастворимые или плохо растворимые соли кальция (CaCO3,CaC204, CaS04 и др.) в присутствии сахарозы и щелочи немного растворяются, т. е. частично пептизируются. Такое же явление имеет место при действии щелочи и сахарозы на такие соединения, как Fe(OH)3,Cu(OH)2. То есть здесь имеет место общий метод получения отрицательных золей. При этом, как показано Думанским, пептизирующим свойством обладает не только сахароза, но и все полиоксисоединения (маннит, винная кислота, глицерин и т. д.).

Наглядным примером этого может служить реактив Мюллера (используется для определения редуцирующих веществ), содержащий CuS04, щелочь и сегнетовую соль (соль винной кислоты), который представляет собой прозрачный голубой раствор. Однако при взаимодействии CuS04 со щелочью, как известно, образуется осадок Cu. Степень пептизации зависит от структуры осадка, точнее размера его частиц — чем они крупнее, тем меньше их поверхность и соответственно меньше их способность к растворению (пептизации). Выше было показано, что коагуляция коллоидов и осаждение несахаров при рН примерно 11 позволяет получить плотный, хорошо оседаемый осадок, т. е. осадок, состоящий из крупных частиц.

Между осаждаемостью осадка и его фильтрационной способностью имеется определенная связь — обычно, чем осадок быстрее оседает, тем он лучше фильтруется. Однако отфильтровать на существующем в настоящее время оборудовании осадок, полученный осаждением несахаров диффузионного сока при оптимальном значении рН, равном примерно 11, не представляется возможным из-за низкой его фильтрационной способности, которая обусловлена сильной его сжимаемостью, поскольку он состоит главным образом из скоагулированных коллоидов органического происхождения и не содержит твердой фазы. Такой осадок является слизистым, заклеивающим поры фильтра. Осадок несахаров диффузионного сока можно отделить фильтрованием, если он содержит в качестве твердой фазы СаСО3, полученный путем обработки части известкового молока, добавленного к диффузионному соку, диоксидом углерода. Получаемый в результате такой обработки (сатурации) СаСО3, является не только хорошей основой для фильтрации, но и хорошим адсорбентом, что способствует получению очищенного сока более высокого качества.

3. Варианты схем очистки

3.1 Оптимальная преддефекация

Этот способ заключается в том, что к диффузионному соку добавляют такое количество извести, которое, согласно Шпенглеру, обеспечивает величину рН сока 10,8...11,1 (в среднем 11,0). Это количество извести обычно составляет 0,2...0,3%. Именно при таком количестве извести наблюдаются оптимальное осаждение и коагуляция коллоидов диффузионного сока. При меньшем или большем количестве извести осадок получается менее плотный, труднее отфильтровывающийся.

Экспериментально подтверждено, что оптимальная предварительная дефекация способствует улучшению фильтрации, снижению цветности очищенного сока.

Однако практическая реализация этого способа связана с рядом затруднений — в первую очередь, определением величины оптимального количества извести. Дело в том, что оптимальное количество извести, обеспечивающее получение значения рН —11,0, зависит от качества свеклы и может колебаться от 0,15 до 0,5%, и оно зависит главным образом от величины натуральной щелочности.

Недостатком оптимальной предварительной дефекации является и то, что даже при быстром прибавлении извести в емкость (дефекатор) образуются зоны с различной величиной щелочности, что приводит к образованию частиц осадка различной степени дисперсности. При этом частицы меньшего размера в большей степени подвержены пептизации, чем более крупные.

Вследствие указанных недостатков этот способ был оставлен, и на смену ему пришел более эффективный способ прогрессивной предварительной дефекации.

3.2 Прогрессивная преддефекация

Известно, что способ добавления извести к диффузионному соку оказывает большое влияние на коагуляцию коллоидов, размер частиц осадка, а, следовательно, и на скорость фильтрации.

И. Дедек и И. Вашатко установили, что если постепенно добавлять известь к диффузионному соку, прогрессивно изменяя величину рН сока (так называемый прогрессивный способ преддефекации), то при ее избытке пептизация (растворение) осадка значительно меньше, чем при одноразовой даче. Это наглядно видно на рисунке 1, на котором приведены кривые коагуляции в зависимости от способа добавления извести при температуре 700С.

Рисунок 1 – Растворимость осадка при одноразовой даче извести (II) и

 прогрессивной (I)

Прогрессивное добавление извести даст возможность получать осадок, который практически не растворяется при избыточном количестве извести. Это очень важно для получения высокого эффекта очистки, так как создаются условия для максимального удаления коллоидов и хорошей фильтрации. Причина меньшей растворимости ранее выпавшего осадка при избыточном количестве извести заключается в образовании более крупных частиц осадка. Скорость же его растворения зависит, при прочих равных условиях, от его поверхности. Поэтому растворение осадка, состоящего из крупных частиц и имеющего меньшую поверхность, будет идти медленнее, чем из мелких, с большей поверхностью [13].

Объяснение механизма прогрессивной предварительной дефекации, обеспечивающей получение более крупных частиц осадка, согласно И. Вашатко, базируется на положениях теории кристаллизации сахарных растворов о наличии метастабильной и лабильной зон пересыщения. Коагуляция коллоидов при прогрессивной преддефекации в зависимости от количества прибавляемой извести, согласно экспериментальным данным указанного выше автора, графически представлена на рисунке 2.

При добавлении извести в качестве осаждающего реактива в количестве (участок АВ на рисунке 1), соответствующем величине пересыщения в лабильной зоне, образуются зародыши коагулята, т. е. выпадает новая часть осадка несахаров (участок ВС). За счет этого суммарное количество осадка в соке (величина, соответствующая прямой BС, будет складываться из вновь выпавшего (участок прямой В'С) и находящегося ранее осадка (участок ВВ'), который мог быть образован путем добавления, осаждающего реактива в сок или же введением готовых частиц осадка, например, нефильтрованного сока I сатурации.

Рисунок 2 – Прогрессивная коагуляция:

I-кривая растворимости белков;

II- кривая, разделяющая метастабильную и лабильную области;

N- область ненасыщенных растворов;

L -область пересыщенных растворов.

При наличии в соке зародышей осаждающий реактив (известь) следует добавлять уже таким образом, чтобы осаждение проходило в метастабильной области (на рисунке 2 показано ступенчатой линией) и обеспечило получение крупных частиц осадка. Добавление осаждающего реактива проводится до тех пор, пока образуется осадок. Этому количеству добавленного реактива соответствует на рисунке 2 участок AD, при котором осадится оптимальное количество несахаров. При дальнейшем увеличении количества извести осаждение несахаров уже не будет происходить.

При постепенном прибавлении извести коагуляция коллоидов происходит в метастабильной области, в которой образовавшиеся частицы увеличиваются в объеме без образования новых зародышей, поскольку в метастабильной области идет только наращивание уже имеющихся частиц осадка, что ведет к образованию осадка с большим размером частиц, которые затем в избытке извести растворяются весьма незначительно.

Величина рН при прогрессивном добавлении извести повышается постепенно. В этом случае создаются оптимальные условия для коагуляции различных коллоидов и несахаров сока, которые имеют несколько отличающиеся оптимумы коагуляции.

Преимуществом прогрессивной предварительной дефекации является также более легкий её контроль, так как при этом процессе не требуется строго определенная величина рН, равная 11, как при оптимальной предварительной дефекации.

4 Осаждение несахаров на преддефекации

Иногда полагают, что одним из основных критериев эффективности предварительной дефекации является степень удаления высокомолекулярных соединений.

Однако, хотя степень удаления ВМС на преддефекации и играет важную роль, но все же основополагающим моментом ППД следует считать формирование структуры осадка, от которой зависит его седиментационно-фильтрационные свойства.

Более эффективное удаление несахаров на ППД обычно связывают с постепенным изменением величины рН, что способствует более полному удалению отдельных несахаров. Что касается теоретических основ очистки сока, в частности ППД, то в последнее время были разработаны новые положения, которые отличаются от существующих представлений.

Так, в последнее время доказано, что в процессе ППД под действием извести не происходит постепенное осаждение ВМС (коллоидов), как это считалось ранее. Подтверждением этому служат данные осаждения.

Результаты осаждения пектиновых веществ и белков, основных компонентов ВМС диффузионного сока в процессе известково-углекислотной очистки, представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 –Осаждение пектиновых веществ и белков в процессе очистки сока

Из этих данных следует, что примерно 80...90% пектиновых веществ осаждается в конце процесса ППД в узком интервале рН 10,2...10,8. Белки же, наоборот, на ППД осаждаются лишь на 15...20%. Основное их количество осаждается на основной дефекации и на I сатурации.

Различная степень осаждения пектиновых веществ и белков на ППД может быть связана с отличающейся их гидрофильностью, количеством карбоксильных групп и степенью их диссоциации. Белки, как известно, более гидрофильны и поэтому в меньшей степени осаждаются на ППД.

Относительно удаления белков в процессе очистки следует отметить, что, согласно последним исследованиям, в фильтрационный осадок переходит только примерно 50% белков, содержащихся в диффузионном соке, а не все их количество, как это считалось раньше.

Удаление нейтральных ВМС, таких как декстран, леван, арабан в процессе ППД весьма незначительное.

Вещества коллоидной дисперсности диффузионного сока еще недостаточно изучены, а литературные данные неполны и противоречивы. Однако большинство ВКД диффузионного сока представляют собой органические соединения, состоящие из полимеров с длинными молекулярными цепями. Главные представители этой группы – белки и пектиновые вещества. Природа связей между молекулами в каждом агрегате или коагуляте еще окончательно не выяснена. Чаще молекулы соединены друг с другом водородными связями между карбоксильными группами и аминогруппами соседних полипептидных цепей. Указанные группы освобождаются вследствие конформационных изменений вторичной структуры и становятся доступными для межмолекулярных реакций. Кроме этих более или менее идентифицированных ВКД диффузионный сок, обработанный известью, содержит малоисследованные продукты распада инвертного сахара и конденсации его с аминокислотами. Несмотря на малое их количество, они играют значительную роль в технологии получения сахара, поскольку отличаются интенсивной окраской. Большинство из них обладает свойствами ВКД. Некоторые авторы предлагают качество диффузионного сока оценивать по содержанию в нем высокомолекулярных соединений. В связи с этим особое внимание при физико-химической очистке диффузионного сока уделяется их удалению [10].

В процессе ППД постепенное осаждение имеет место только фосфатов и оксалатов. Содержание их в соке незначительное и они не играют особой роли в проведении процесса ППД. Приведенные выше данные важны для обоснования параметров ППД, в частности места ввода центров кристаллизации в преддефекатор, объяснения ряда моментов, связаные с ухудшением фильтрации и т.д.

5 Факторы, влияющие на эффективность проведения преддефекации

Анализ осаждения несахаров на ППД показывает, что определяющим моментом при проведении ППД является осаждение ВМС (пектиновых и частично белковых веществ) [17]. Известно, что не удаленные в процессе очистки ВМС ухудшают не только качество очищенного сока I сатурации, но и его фильтрационные свойства.

Эффективность удаления ВМС на ППД зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются:

 – величина рН и количество добавленной извести;

             – температура и продолжительность процесса;

             – возврат частиц осадка (центров коагуляции).

Знание этих факторов необходимо для обоснования оптимальных параметров проведения ППД.

Величина рН. Максимальное осаждение несахаров на преддефекации наблюдается при оптимальном значении рН. Оптимальная величина рН на предварительной дефекации обусловлена не только свойствами ВМС, но и способностью осаждающихся кристаллических соединений кальция превращаться в желеобразные при повышенной щелочности в присутствии сахарозы. Дело в том, что как отдельные ВМС, так и выпадающие в осадок соли Са имеют неодинаковый оптимум коагуляции.

Оптимальная величина рН на ППД зависит от качества перерабатываемой свеклы и может колебаться от 10,8 до 11,4. Экспериментально подтверждено, что оптимальная величина рН преддефекованного сока зависит от содержания органических кислот в диффузионном соке. При этом чем больше в нем последних, тем ниже оптимальная величина рН.

Содержание же органических кислот в диффузионном соке зависит от качества перерабатываемой свеклы и оказывает также влияние на величину натуральной щелочности. С ухудшением качества свеклы увеличивается содержание в ней органических кислот и уменьшается его величина натуральной щелочности. В случае более низкой натуральной щелочности при взаимодействии ионов Са с карбоксильными группами ВМС (белков и пектинов) в результате обменных реакций в раствор будут переходить больше ионов Н', чем, когда имеет место высокая натуральная щелочность. Увеличение количества ионов Н' в растворе связано с нейтрализацией большого количества щелочи, что приводит к снижению величины рН.

Для достижения оптимального значения рН преддефекованного сока в интервале 10,8...11,4 на преддефекации необходимо добавить соответственно и различное количество извести. Эта величина зависит от качества перерабатываемой свеклы и может колебаться от 0,15 до 0,5 % к массе свеклы.

Температура и продолжительность процесса. Степень осаждения ВМС на преддефекации, кроме величины рН, зависит также от температуры и продолжительности процесса. Максимальное осаждение пектиновых веществ на ППД достигается при температуре 30...400С в течение 30...60мин. Из-за возвратов ППД в настоящее время проводится при температуре 55...65 0С. Известно, что при температуре 550С в течение 5 мин ППД осаждается примерно 60 % пектиновых веществ, а в течение 15 мин — примерно 85%.

При выборе параметров ППД (продолжительности процесса и температуры) необходимо исходить не только из количества осаждаемых пектиновых веществ, но и разложения редуцирующих веществ, приводящего к ухудшению качества сока за счет образования красящих веществ и солей кальция. Образующиеся при разложении РВ на ППД красящие вещества плохо удаляются на последующих ступенях очистки (сатурации), что приводит к ухудшению качества очищенного сока. Поэтому разложение редуцирующих веществ на ППД должно быть сведено к минимуму.

Разложение РВ на ППД зависит от температуры и продолжительности процесса. Поэтому эти факторы должны учитываться при выборе параметров проведения ППД.

При холодной (теплой) преддефекации, проводимой при пониженной температуре, получается очищенный сок меньшей цветности, и наоборот, при горячей преддефекации, проводимой при повышенной температуре, получается сок I сатурации с лучшими седиментационно-фильтрационными свойствами.

В соответствии с этим продолжительность холодной преддефекации (температура 40...500С) обычно составляет 20...30 мин, а теплой (50...600С) — 15...20мин.

Возврат частиц осадка (центров коагуляции) на ППД. Выше отмечалось, что осаждение ВМС на ППД происходит под действием иона Са ++, который взаимодействует с диссоциированными карбоксильными группами.

Важной задачей ППД, наряду с улучшением качества очищенного сока, является укрупнение частиц осадка. Поэтому ППД должна быть проведена таким образом, чтобы, наряду с максимальным осаждением несахаров, получить их осадок по возможности в виде более крупных агрегатов.

Укрупнение выпадающих на ППД в осадок частиц достигается за счет применения рециркуляции (возврата) нефильтрованного сока I сатурации, сгущенной суспензии сока I или II сатурации.

Возвращаемые частицы нефильтрованного сока или сгущенной суспензии являются центрами коагуляции несахаров. При наличии достаточного количества таких центров коагуляции на ППД будут образовываться более крупные агрегаты, что важно затем для получения более крупных частиц осадка на I сатурации.

Обычно укрупнение частиц осадка на ППД при применении возврата объясняют за счет разного заряда взаимодействующих частиц. Коагулят ВМС с известью имеет отрицательный заряд. Взаимодействие этих частиц с положительно заряженными частицами СаСО, и приводит к получению более крупных агрегатов.

Однако такое объяснение справедливо для частиц чистого карбоната кальция, которые действительно заряжены положительно. В действительности же в условиях сахарного производства частицы осадка нефильтрованного сока I сатурации и сгущенной суспензии, как установлено экспериментально, имеют отрицательный заряд.

Естественно, частицы, несущие одинаковый заряд, в данном случае отрицательный, не могут агрегироваться за счет электростатических сил. Можно полагать, что агрегирование отрицательно заряженных частиц в этом случае происходит за счет Са(ОН)2.

Подтверждением такого объяснения могут служить следующие два момента. Так, при проведении ППД применяют количество извести несколько (на 20...30%) больше, чем оптимальное, т. е. необходимое для осаждения несахаров. То есть Са(ОН)2 играет важную роль в стабилизации агрегатов осадка сока I сатурации. В этом легко убедиться на таком опыте. Возьмем промытый фильтрационный осадок после вакуум-фильтров и приготовим из него водную суспензию с таким же содержанием осадка, как и в нефильтрованном соке I сатурации. При отстаивании такой суспензии обнаружим, что скорость осаждения твердой фазы в ней значительно ниже, чем в нефильтрованном соке I сатурации, из которого был отделен осадок. Визуально видно, что при отстаивании частички суспензии из промытого осадка очень неоднородны по величине, отстой в течение длительного времени остается мутным. Если же суспензию в цилиндре перемешать и к ней добавить небольшое количество известкового молока, то практически сразу же увидим образование крупных хлопьев (за счет агрегирования мелких частиц осадка), которые быстро осаждаются с образованием прозрачной жидкости над осадком. Поскольку в суспензии промытого фильтрационного осадка сахароза отсутствует, то ее роль как пептизируюшего и желирующего реагента исключена.

Разрушение агрегатов фильтрационного осадка при его промывке и затем последующее укрупнение частиц можно объяснить изменением степени диссоциации карбоксильных групп пектиновых и белковых веществ. При промывке осадка вследствие удаления ионов ОН- степень диссоциации СООН-групп снижается, а при добавлении Са(ОН)2, наоборот, повышается. Изменение степени диссоциации карбоксильных групп влияет на возможность взаимодействия их с ионами кальция. Чем больше диссоциировано карбоксильных групп отдельных частиц осадка, тем больше возможность взаимодействия их с ионами кальция, что, в свою очередь, создает более благоприятные условия для их соединения в агрегаты за счет мостиковых связей через ионы кальция.

Образованные за счет таких связей агрегаты обладают сравнительно небольшой прочностью. Подтверждением этого может служить разрушение их даже при небольшом механическом воздействии, например при перекачивании нефильтрованного сока I сатурации центробежными насосами.

Приведенные выше положения позволяют разобраться в сущности процесса активации сгущенной суспензии или фильтрационного осадка и роли его в процессе известково-углекислотной очистки.

Для повышения эффективности предложен ряд способов, в которых в качестве возврата рекомендовано использовать сгущенную суспензию сока II сатурации, обработанную известковым молоком (способ К. Вукова), или фильтрационный осадок, отделенный на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах (способ Д. Моца и К. Заяца). Предложенные способы отличаются по эффективности. Основной задачей возврата на преддефекацию является укрупнение частиц преддефекованного осадка, что способствует затем получению более крупных частиц осадка на I сатурации. Анализ указанных выше способов показывает, что добавление Са(ОН)2 к сгущенной суспензии сока II или I сатурации, то есть активации по первому способу, не приводит к укрупнению частиц осадка.

Дело в том, что частички чистого СаС03, как установлено И. Вашатко и

Р. Коном, имеют положительный максимальный заряд при щелочности 0,2...0,25% СаО, т.е. при величине рН 8...9. Возврат таких частиц на преддефекацию будет способствовать большей агломерации с отрицательно заряженными частицами коагулята пектинов и белковых веществ с получением более крупных и плотных частиц.

В случае же возврата активированной суспензии сока II сатурации величина рН ее будет выше, соответственно, величина положительного заряда частиц СаС03ниже, разность потенциалов агрегированных частиц меньше, что приведет к уменьшению размера агрегатов.

Подтверждением этого могут служить данные исследований ВНИИСП, согласно которым, при переработке свеклы ухудшенного качества возвращение активированной суспензии осадка сока II сатурации на преддефекацию ухудшает фильтрационные свойства сока I сатурации.

Принципиальное отличие этого способа от активации суспензии промытого фильтрационного осадка состоит в том, что в этом случае добавление Са(ОН)2 приводит к укрупнению частиц суспензии, возвращение которой на преддефекацию способствует получению более крупных агрегатов преддефекованного осадка, а затем и частиц осадка сока I сатурации.

Данный способ особенно эффективен при переработке свеклы пониженного качества. Как свидетельствует опыт работы сахарных заводов, применение данного способа позволяет улучшить фильтрационные свойства нефильтрованного сока I сатурации и снизить расход извести на очистку.

Эффективность возврата на ППД, наряду с рассмотренными выше факторами, зависит и от места его ввода в аппарат прогрессивной преддефекации. Относительно величины рН зоны ввода возврата нет единого мнения. Некоторые полагают, что при переработке свеклы низкого технологического качества возврат целесообразно направлять в зону с рН 8...9, а при очистке сока из нормальной свеклы — в диффузионный сок при рН 9...10.

Согласно ВНИИСП, величина рН ввода возврата зависит от чистоты диффузионного сока и может изменяться от 8 до 10,2.

Поскольку с возвратом вводятся центры коагуляции, то его следует вводить перед осаждением несахаров и таким образом, чтобы к этому моменту было достигнуто его хорошее перемешивание с диффузионным соком.

Конструкция горизонтальных преддефекаторов, состоящая из 6 или 8 секций, позволяет вводить возврат в одну из них, в которой поддерживается определенное значение величины рН или щелочности.

Плавное (прогрессивное) нарастание щелочности (рН) в преддефекаторе достигается при поддерживании в отдельных его секциях определенной величины рН.

Значение величины рН, обеспечивающие указанные выше требования, для противоточного преддефекатора горизонтального типа, состоящего из 6 или 8 секций, приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Изменение рН и щелочности по секциям преддефекатора

Из данных осаждения основных групп несахаров на ППД, представленных на рисунке 1 и 2, и величин рН по секциям аппаратов следует, что применяемый в настоящее время ввод возврата во 2 или 3 секцию с рН 8,2 вполне оправдан, так как он, с одной стороны, попадает в зону осаждения фосфатов, и с другой, — обеспечивается хорошее перемешивание его с диффузионным соком перед поступлением в секцию, в которой начинается коагуляция пектиновых и белковых веществ.

В случае же ввода возврата, например, в секцию 5 с рН 10,2, где происходит осаждение пектиновых и белковых веществ, эффективность возврата будет ниже.

6 Характеристики и свойства пеногасителей и флокулянтов

Для увеличения энергоэффективности, интенсификации производства на сахарных заводах все более широкое применение находят вспомогательные химические реагенты. Одними из таких реагентов являются пеногасители, используемые на разных стадиях сахарного производства от мойки сахарной свеклы до уваривания утфеля.

В производстве сахара пенообразование может происходить практически на всех участках технологического потока. Способность растворов образовывать пену определяется особыми свойствами растворенных в них веществ, называемых пенообразователями. Они, как правило, относятся к классу поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые, обладая специфической способностью адсорбироваться в избыточных количествах в поверхностном слое пузырьков пены раствора, увеличивают механическую прочность слоя и препятствуют разрыву пленки пузырьков. Образование пены может происходить в результате совместного диспергирования пенообразующего раствора и воздуха, химических реакций и микробиологических процессов, сопровождающихся газовыделением. Соответственно, в качестве источников пенообразования в сахарном производстве могут выступать различные факторы, связанные с качеством сырья, нарушением технологического режима, дефектами оборудования и неправильной его эксплуатацией, микробиологическими процессами и др. Вследствие того, что на разных стадиях сахарного производства образование пены происходит при варьирующихся температурах, рН среды, за счет разных сочетаний и концентраций поверхностно-активных веществ (сапонины, пектины, аминокислота, белки и др.), пеногасители, эффективные в водной пенящейся среде, оказываются малоэффективными в другой, что приводит к необходимости использования разных их марок.  В сахарной промышленности часто применяются пеногасители марки Лапрол ПС: ПС-1, ПС-2, ПС-3, ПС-4, ПС-100, Лапрол ПС-5М, ПС5И, ПС-5В, ПС-6. Все представленные марки пеногасителей — неионогенные поверхностно-активные вещества, представляющие собой сополимеры окиси пропилена и окиси этилена различной молекулярной массы и разного состава.

Флокулянты ПРАЕСТОЛ — это органические, синтетические, высокомолекулярные вспомогательные средства флокуляции на основе полиакриламида. Неионогенные марки флокулянтов ПРАЕСТОЛ представляют собой технически чистый полиакриламид. В водном растворе они показывают нейтральное, т.е. неионогенное поведение. Анионные марки флокулянтов ПРАЕСТОЛ являются сополимерами акриламида с возрастающими долями акрилата, придающими полимерам в водном растворе отрицательные заряды и тем самым анионноактивный характер. Катионные марки флокулянтов ПРАЕСТОЛ являются сополимерами акриламида с возрастающими долями катионных сомономеров. Внесенные ими в полимер катионные группы обладают в водном растворе положительными зарядами. Все три группы продуктов предлагаются как в форме гранулята (твердые продукты), так и в жидкой форме в виде эмульсий вода-в-масле, в виде не содержащих масла дисперсий и в виде водных растворов. Грануляты представляют собой белые, зернистые, сыпучие, слабопылящие продукты с гранулометрическим составом от 0,5 до 0,8 мм. Эмульсии представляют собой вязкие, хорошо текучие гелиевые дисперсии. Не содержащие масла дисперсии имеют несколько большую вязкость, чем эмульсии вода-в-масле. Принцип действия: флокулянты марки ПРАЕСТОЛ обладают в водном растворе реактивными группами, которые показывают сильное сродство к поверхностям суспендированных коллоидов или мелкодисперсных частиц в водно-дисперсных системах. В зависимости от ионогенности марок ПРАЕСТОЛ взаимодействия с частицами твердой фазы основаны на образовании водородных мостиков, как это имеет место у неионогенных полимеров, или на электростатических взаимодействиях и обмене зарядами и вызываемой им дестабилизации поверхностей частиц: таким образом действуют анионные (отрицательно заряженные) и катионные (положительно заряженные) марки ПРАЕСТОЛ. Дестабилизация и соединение большого количества отдельных частиц ведет к образованию объемных, легко отделяемых от суспензии макрохлопьев со способностью к седиментации либо флотации. Решающим фактором оптимального действия марки ПРАЕСТОЛ являются таким образом действующие на поверхностях частиц потенциалы. Они зависят как от самих частиц, так и от окружающих условий, таких как рН, электрическая проводимость, жесткость и содержание поверхностно-активных веществ.

Литература

1. Бугаенко И.Ф. Общая технология отрасли: научные основы отрасли технологии сахара [Текст] / И.Ф. Бугаенко, В.И. Тужилкин. – Ч. 1. – СПб.: ГИОРД, 2019. - 512 с.
2. Бугаенко И.Ф. Повышение эффективности свеклосахарного производства. Часть Ш. Очистка сока. М.: Телер. - 2020. — 64с.
3. Сапронов А.Р. Сахарное производство России. Основная дефекация и I сатурация диффузионного сока [Текст] / А.Р. Сапронов, Л.А. Сапронова // Сахар. - 2019. - №4. - С.40 - 43.