Цель и схемы очистки диффузионного сока
26-05-2017, 20:06
В диффузионный сок из сахарной свеклы переходит почти вся сахароза и около 80 % растворимых несахаров. В присутствии большого количества несахаров сахароза кристаллизуется медленно, и содержание ее в мелассе резко увеличивается. Это обусловлено тем, что одна часть несахаров при кристаллизации способна удерживать в растворе 1,3—1,5 части сахарозы.
Для получения высокого выхода товарного сахара диффузионный сок подвергается очистке с целью удаления из него возможно большего количества несахаров и доведения его до слабощелочной реакции.
Известно много способов очистки диффузионного сока, но в производстве применяется только один — обработка диффузионного сока известью (дефекация) с последующим удалением избытка извести диоксидом углерода (сатурация). При простоте этих технологических операций и дешевизне реагентов этот способ обеспечивает достаточно высокий эффект очистки диффузионного сока, а сахароза при этом почти не разлагается.
Схема очистки диффузионного сока состоит из следующих основных операций: предварительная дефекация (преддефекация); основная дефекация; I сатурация; II сатурация; сульфитация.
На рис. 40 приведена широко применяемая в производстве аппаратурно-технологическая схема очистки диффузионного сока с горячей оптимальной предварительной дефекацией. По этой схеме диффузионный сок нагревается в трубчатых подогревателях 1 до 85—90 °С и подается в преддефекатор 2, куда добавляется 100—150 % (к массе свеклы) нефильтрованного сока I сатурации и 15—30 % (к массе свеклы) дефековаиного сока. При этом pH диффузионного сока повышается от 5,5—6,5 до 10,8—11,5, и под действием извести происходят нейтрализация кислот, коагуляция макромолекул веществ в коллоидном состоянии и осаждение органических кислот в виде солей кальция.
Преддефекованный сок поступает в дефекатор 3 и а основную дефекацию, куда добавляется 12—15 % (к массе свеклы) известкового молока (2,5—3,0 % СаО), pH сока при этом повышается до 12,2—12,3 (щелочность 1,0—1,8 % СаО), ряд несахаров разлагается, продолжаются реакции осаждения солей кальция некоторых органических кислот.
Из дефекатора 3 сок поступает в аппарат 4 на I сатурацию газом, содержащим диоксид углерода. При обработке диоксидом углерода pH сока снижается до 10,8—11,5 (щелочность 0,08—0,11 % СаО), а на поверхности образующихся кристаллов карбоната кальция адсорбируются несахара. На I сатурации не вся свободная известь связывается диоксидом углерода, часть ее остается в соке, чтобы не допустить растворения осажденных на преддефекации несахаров.
Отсатурированный сок нагревается до 85—90 °С и подается в напорный сборник-смеситель 5, куда при необходимости добавляется раствор коагулянта. Из этого сборника сок идет в отстойник 6 (или в фильтры-сгустители) и разделяется на осветленную фракцию (в количестве 75—85 %) и сгущенную суспензию (в количестве 15—25 %).
Сгущенная суспензия сока I сатурации направляется в сборник, а затем в вакуум-фильтр 8. Осадок на фильтре промывается горячим конденсатом и выводится в отходы, а отфильтрованный сок и .концентрированные промывные воды отводятся через вакуум-сборник 7, смешиваются с осветленной фракцией сока из отстойника 6 и подаются на контрольные фильтры 9. Разбавленные промывные воды с вакуум-фильтров идут на приготовление известкового молока.
После фильтров 9 фильтрат нагревается до 90—95 °С и направляется на II сатурацию, а фильтрационный осадок смывается фильтрованным соком 1 сатурации и возвращается в сборник сгущенной суспензии перед вакуум-фильтрами 8.
II сатурация проводится в аппарате 10. Для увеличения адсорбционной поверхности в сок перед II сатурацией добавляют известковое молоко в количестве, эквивалентном 0,25 % СаО к массе свеклы.
Сок II сатурации с pH 9,2—9,3 (щелочность 0,015—0,020 % СаО) пропускают через фильтры 11, обрабатывают диоксидом серы (SO2) в сульфитаторе 12 до pH 8,5—9,0 (щелочность 0,005—0,01 % СаО) и направляют в выпарную установку на сгущение. Фильтрационный осадок из фильтра 11 смывается фильтрованным соком II сатурации и возвращается в сборник суспензии перед вакуум-фильтрами 8.
Часть отфильтрованного сока II сатурации (около 4,5 % к массе свеклы) расходуется на приготовление сиропа из желтого сахара. Такой сироп называется клеровкой.
Схема очистки диффузионного сока с горячей оптимальной преддефекацией дает хорошие результаты при переработке спелой здоровой свеклы с низким содержанием зеленой массы и других примесей. Когда на завод поступает неспелая, подгнившая или подмороженная свекла с высоким содержанием примесей, очистка диффузионного сока из нее по этой схеме малоэффективна.
С 1978 г. в производство внедряется аппаратурно-технологическая схема очистки диффузионного сока с холодной прогрессивной преддефекацией (постепенное увеличение pH сока) и комбииированной холодно-горячей основной дефекацией (рис. 41).
По этой схеме диффузионный сок без подогрева подается в I секцию преддефекатора 1 прогрессивного действия. В последнюю VI секцию вводится известковое молоко в количестве, обеспечивающем выход сока из него с pH 10,8—11,5. На участке предварительной дефекации, где pH сока достигает 8,5—9,5, вводится весь сатурационный осадок сока II сатурации или 20—30 % сгущенной суспензии сока I сатурации из фильтров-сгустителей. Количество вводимой суспензии зависит от содержания макромолекул и веществ в коллоидном состоянии в диффузионном соке.
Преддефекованный сок немного нагревается небольшим количеством возвращенной сгущенной суспензии и известковым молоком. Если температура этого сока ниже 50 °С, то преддефекация называется холодной, если лежит в интервале 50—60 °С — теплой. Длительность холодной преддефекации 20—30 мин, теплой — 15 мин.
Из преддефекатора сок без подогрева поступает и а первую ступень основной дефекации в аппарат 2, где смешивается с известковым молоком (1,0—1,8 % СаО к массе свеклы). Оптимальная длительность холодной дефекации 30 мин, теплой 15 мин. После этого сок нагревается в подогревателе 3 до 85—90 °С и подается в дефекатор 4 на вторую ступень основной дефекации длительностью 10 мин. В переливную коробку дефекатора добавляется известковое молоко (0,5—0,7 % СаО к массе свеклы), предназначенное для повышения фильтрационных свойств осадка сока I сатурации. Из дефекатора 4 сок поступает в циркуляционный сборник 5, где смешивается с 5—7-кратиым количеством рециркулирующего сока I сатурации, подвергается в аппарате 6 I сатурации в течение 10 мин, самотеком выливается в сборник 7 и подается в напорный сборник 8, расположенный перед листовыми фильтрами 9.
Вход нефильтрованного сока в сборник 7 должен быть свободным, чтобы не нарушался режим работы на I сатурации. Вместимость сборника должна быть равна полной вместимости одного фильтра 9.
Сок I сатурации фильтруется при рабочем давлении около 0,07 МПа, т. е. уровень сока в сборнике 8 на 6,5—7,0 м выше уровня слива фильтрата из фильтра 9. При частичном опорожнении фильтра 9 сок сливается в сборник 21 и возвращается в напорный сборник 8. Сгущенная суспензия из фильтров 9 через мешалку 20 и напорный сборник 11 подается в вакуум-фильтры 12. Часть суспензии из сборника 11 возвращается на преддефекацию. Фильтрат и концентрированные промывные воды отводятся нз вакуум-фильтров через вакуум-сборник 10 в сборник 8, а разбавленные используются на приготовление известкового молока. Фильтрационный осадок идет в отходы.
Фильтрованный сок I сатурации, нагретый до 90—95 °С, подается насосом в дефекатор 13 на дефекацию перед II сатурацией. Во всасывающий трубопровод насоса вводится известковое молоко (0,2—0,4 % СаО к массе свеклы). Длительность дефекации 5 мин.
Из дефекатора 13 сок самотеком поступает в аппарат 14 на II сатурацию, обрабатывается там в течение 10 мии диоксидом углерода до оптимальной щелочности 0,015—0,020 % СаО (pH 9,2—9,5) и насосом перекачивается в напорный сборник 15, расположенный над листовыми фильтрами 16 на высоте, обеспечивающей рабочий напор около 0,07 МПа.
После фильтров 16 сок II сатурации сульфитируется диоксидом серы (S02) в сульфитаторе 17 до pH 8,5—9,0 (щелочность 0,005—0,010 % СаО) и направляется на сгущение в выпарную установку.
Сгущенная суспензия из фильтров 16 спускается в мешалку 18 и оттуда перекачивается в сборник 21 с последующим фильтрованием в фильтрах 9, а при частичном опорожнении фильтра 16 сок через сборник 19 возвращается в напорный сборник 15.
Преимущества этой схемы перед схемой очистки диффузионного сока с горячей оптимальной преддефекацией состоят в том, что холодная или теплая преддефекация дает возможность избежать местного перещелачивания сока, осаждать больше высокомолекулярных веществ и веществ в коллоидном состоянии и получать плотный коагулят. При возврате сгущенной суспензии сока I сатурации (вместо нефильтрованного сока I сатурации) в несколько раз сокращается рециркуляция больших масс сока, что положительно влияет на его термоустойчивость и качество.
В процессе холодной или теплой предварительной и основной дефекаций в соке растворяется в 3—4 раза больше извести, чем при горячей. А когда сок нагревается перед второй ступенью основной дефекации, то почти вся растворенная известь остается в пересыщенном растворе, что обеспечивает прохождение более глубоких процессов разложения несахаров.
Многократная рециркуляция сока I сатурации по внешнему контуру и дополнительное введение извести (перед I сатурацией) улучшают его фильтрацию и ускоряют осаждение солей и взвесей, а 5-минутная дефекация сока перед II сатурацией дает возможность разложить несахара, оставшиеся после первой и второй ступеней основной дефекации, и удалить их с осадком сока II сатурации.
Для переработки свеклы различного качества во ВНИИСПе разработана универсальная схема очистки диффузионного сока, обобщающая опыт работы отечественных и зарубежных сахарных заводов (рис. 42).
Эта схема внедрена на некоторых предприятиях. В схеме предусмотрена возможность очистки диффузионного сока по 5 вариантам.
Для получения высокого выхода товарного сахара диффузионный сок подвергается очистке с целью удаления из него возможно большего количества несахаров и доведения его до слабощелочной реакции.
Известно много способов очистки диффузионного сока, но в производстве применяется только один — обработка диффузионного сока известью (дефекация) с последующим удалением избытка извести диоксидом углерода (сатурация). При простоте этих технологических операций и дешевизне реагентов этот способ обеспечивает достаточно высокий эффект очистки диффузионного сока, а сахароза при этом почти не разлагается.
Схема очистки диффузионного сока состоит из следующих основных операций: предварительная дефекация (преддефекация); основная дефекация; I сатурация; II сатурация; сульфитация.
На рис. 40 приведена широко применяемая в производстве аппаратурно-технологическая схема очистки диффузионного сока с горячей оптимальной предварительной дефекацией. По этой схеме диффузионный сок нагревается в трубчатых подогревателях 1 до 85—90 °С и подается в преддефекатор 2, куда добавляется 100—150 % (к массе свеклы) нефильтрованного сока I сатурации и 15—30 % (к массе свеклы) дефековаиного сока. При этом pH диффузионного сока повышается от 5,5—6,5 до 10,8—11,5, и под действием извести происходят нейтрализация кислот, коагуляция макромолекул веществ в коллоидном состоянии и осаждение органических кислот в виде солей кальция.
Преддефекованный сок поступает в дефекатор 3 и а основную дефекацию, куда добавляется 12—15 % (к массе свеклы) известкового молока (2,5—3,0 % СаО), pH сока при этом повышается до 12,2—12,3 (щелочность 1,0—1,8 % СаО), ряд несахаров разлагается, продолжаются реакции осаждения солей кальция некоторых органических кислот.
Из дефекатора 3 сок поступает в аппарат 4 на I сатурацию газом, содержащим диоксид углерода. При обработке диоксидом углерода pH сока снижается до 10,8—11,5 (щелочность 0,08—0,11 % СаО), а на поверхности образующихся кристаллов карбоната кальция адсорбируются несахара. На I сатурации не вся свободная известь связывается диоксидом углерода, часть ее остается в соке, чтобы не допустить растворения осажденных на преддефекации несахаров.
Отсатурированный сок нагревается до 85—90 °С и подается в напорный сборник-смеситель 5, куда при необходимости добавляется раствор коагулянта. Из этого сборника сок идет в отстойник 6 (или в фильтры-сгустители) и разделяется на осветленную фракцию (в количестве 75—85 %) и сгущенную суспензию (в количестве 15—25 %).
Сгущенная суспензия сока I сатурации направляется в сборник, а затем в вакуум-фильтр 8. Осадок на фильтре промывается горячим конденсатом и выводится в отходы, а отфильтрованный сок и .концентрированные промывные воды отводятся через вакуум-сборник 7, смешиваются с осветленной фракцией сока из отстойника 6 и подаются на контрольные фильтры 9. Разбавленные промывные воды с вакуум-фильтров идут на приготовление известкового молока.
После фильтров 9 фильтрат нагревается до 90—95 °С и направляется на II сатурацию, а фильтрационный осадок смывается фильтрованным соком 1 сатурации и возвращается в сборник сгущенной суспензии перед вакуум-фильтрами 8.
II сатурация проводится в аппарате 10. Для увеличения адсорбционной поверхности в сок перед II сатурацией добавляют известковое молоко в количестве, эквивалентном 0,25 % СаО к массе свеклы.
Сок II сатурации с pH 9,2—9,3 (щелочность 0,015—0,020 % СаО) пропускают через фильтры 11, обрабатывают диоксидом серы (SO2) в сульфитаторе 12 до pH 8,5—9,0 (щелочность 0,005—0,01 % СаО) и направляют в выпарную установку на сгущение. Фильтрационный осадок из фильтра 11 смывается фильтрованным соком II сатурации и возвращается в сборник суспензии перед вакуум-фильтрами 8.
Часть отфильтрованного сока II сатурации (около 4,5 % к массе свеклы) расходуется на приготовление сиропа из желтого сахара. Такой сироп называется клеровкой.
Схема очистки диффузионного сока с горячей оптимальной преддефекацией дает хорошие результаты при переработке спелой здоровой свеклы с низким содержанием зеленой массы и других примесей. Когда на завод поступает неспелая, подгнившая или подмороженная свекла с высоким содержанием примесей, очистка диффузионного сока из нее по этой схеме малоэффективна.
С 1978 г. в производство внедряется аппаратурно-технологическая схема очистки диффузионного сока с холодной прогрессивной преддефекацией (постепенное увеличение pH сока) и комбииированной холодно-горячей основной дефекацией (рис. 41).
По этой схеме диффузионный сок без подогрева подается в I секцию преддефекатора 1 прогрессивного действия. В последнюю VI секцию вводится известковое молоко в количестве, обеспечивающем выход сока из него с pH 10,8—11,5. На участке предварительной дефекации, где pH сока достигает 8,5—9,5, вводится весь сатурационный осадок сока II сатурации или 20—30 % сгущенной суспензии сока I сатурации из фильтров-сгустителей. Количество вводимой суспензии зависит от содержания макромолекул и веществ в коллоидном состоянии в диффузионном соке.
Преддефекованный сок немного нагревается небольшим количеством возвращенной сгущенной суспензии и известковым молоком. Если температура этого сока ниже 50 °С, то преддефекация называется холодной, если лежит в интервале 50—60 °С — теплой. Длительность холодной преддефекации 20—30 мин, теплой — 15 мин.
Из преддефекатора сок без подогрева поступает и а первую ступень основной дефекации в аппарат 2, где смешивается с известковым молоком (1,0—1,8 % СаО к массе свеклы). Оптимальная длительность холодной дефекации 30 мин, теплой 15 мин. После этого сок нагревается в подогревателе 3 до 85—90 °С и подается в дефекатор 4 на вторую ступень основной дефекации длительностью 10 мин. В переливную коробку дефекатора добавляется известковое молоко (0,5—0,7 % СаО к массе свеклы), предназначенное для повышения фильтрационных свойств осадка сока I сатурации. Из дефекатора 4 сок поступает в циркуляционный сборник 5, где смешивается с 5—7-кратиым количеством рециркулирующего сока I сатурации, подвергается в аппарате 6 I сатурации в течение 10 мин, самотеком выливается в сборник 7 и подается в напорный сборник 8, расположенный перед листовыми фильтрами 9.
Вход нефильтрованного сока в сборник 7 должен быть свободным, чтобы не нарушался режим работы на I сатурации. Вместимость сборника должна быть равна полной вместимости одного фильтра 9.
Сок I сатурации фильтруется при рабочем давлении около 0,07 МПа, т. е. уровень сока в сборнике 8 на 6,5—7,0 м выше уровня слива фильтрата из фильтра 9. При частичном опорожнении фильтра 9 сок сливается в сборник 21 и возвращается в напорный сборник 8. Сгущенная суспензия из фильтров 9 через мешалку 20 и напорный сборник 11 подается в вакуум-фильтры 12. Часть суспензии из сборника 11 возвращается на преддефекацию. Фильтрат и концентрированные промывные воды отводятся нз вакуум-фильтров через вакуум-сборник 10 в сборник 8, а разбавленные используются на приготовление известкового молока. Фильтрационный осадок идет в отходы.
Фильтрованный сок I сатурации, нагретый до 90—95 °С, подается насосом в дефекатор 13 на дефекацию перед II сатурацией. Во всасывающий трубопровод насоса вводится известковое молоко (0,2—0,4 % СаО к массе свеклы). Длительность дефекации 5 мин.
Из дефекатора 13 сок самотеком поступает в аппарат 14 на II сатурацию, обрабатывается там в течение 10 мии диоксидом углерода до оптимальной щелочности 0,015—0,020 % СаО (pH 9,2—9,5) и насосом перекачивается в напорный сборник 15, расположенный над листовыми фильтрами 16 на высоте, обеспечивающей рабочий напор около 0,07 МПа.
После фильтров 16 сок II сатурации сульфитируется диоксидом серы (S02) в сульфитаторе 17 до pH 8,5—9,0 (щелочность 0,005—0,010 % СаО) и направляется на сгущение в выпарную установку.
Сгущенная суспензия из фильтров 16 спускается в мешалку 18 и оттуда перекачивается в сборник 21 с последующим фильтрованием в фильтрах 9, а при частичном опорожнении фильтра 16 сок через сборник 19 возвращается в напорный сборник 15.
Преимущества этой схемы перед схемой очистки диффузионного сока с горячей оптимальной преддефекацией состоят в том, что холодная или теплая преддефекация дает возможность избежать местного перещелачивания сока, осаждать больше высокомолекулярных веществ и веществ в коллоидном состоянии и получать плотный коагулят. При возврате сгущенной суспензии сока I сатурации (вместо нефильтрованного сока I сатурации) в несколько раз сокращается рециркуляция больших масс сока, что положительно влияет на его термоустойчивость и качество.
В процессе холодной или теплой предварительной и основной дефекаций в соке растворяется в 3—4 раза больше извести, чем при горячей. А когда сок нагревается перед второй ступенью основной дефекации, то почти вся растворенная известь остается в пересыщенном растворе, что обеспечивает прохождение более глубоких процессов разложения несахаров.
Многократная рециркуляция сока I сатурации по внешнему контуру и дополнительное введение извести (перед I сатурацией) улучшают его фильтрацию и ускоряют осаждение солей и взвесей, а 5-минутная дефекация сока перед II сатурацией дает возможность разложить несахара, оставшиеся после первой и второй ступеней основной дефекации, и удалить их с осадком сока II сатурации.
Для переработки свеклы различного качества во ВНИИСПе разработана универсальная схема очистки диффузионного сока, обобщающая опыт работы отечественных и зарубежных сахарных заводов (рис. 42).
Эта схема внедрена на некоторых предприятиях. В схеме предусмотрена возможность очистки диффузионного сока по 5 вариантам.