Сульфитация сока
30-05-2017, 00:13
Цель сульфитации и химизм процесса. Сульфитацией называется обработка сахарных растворов диоксидом серы. По технологической схеме сульфитации подвергаются фильтрованный сок II сатурации, смесь сиропа с клеровкой и вода, подаваемая на диффузию.
Диоксид серы на сахарном заводе получают сжиганием серы на воздухе. Реакция эта экзотермическая, т. е. протекает с выделением тепла: S + О2 ? SО2, +297 кДж/моль.
Серу сжигают в печи. Отбираемый из нее так называемый сульфитационный газ представляет собой смесь диоксида серы (10—15%) и воздуха (85—90 %).
В сульфитационном газе всегда содержится некоторое количество триоксида серы (SO3), образующегося при взаимодействии диоксида серы с кислородом воздуха (2SО2 + О2 ? 2SO3). Для сульфитации триоксид серы непригоден, так как в соке образует сульфаты щелочей, повышая тем самым содержание золы, и вызывает коррозию металлов.
Диоксид серы — бесцветный газ с резким запахом, ядовит, вызывает удушье, хорошо растворим в воде. В 1 объеме воды при 20 С растворяется 40 объемов диоксида серы, но только небольшая часть растворенного SО2 реагирует с водой, образуя сернистую кислоту.
Сернистая кислота является слабой кислотой, существует лишь в водных растворах, при нагревании разлагается, образуя диоксид серы и воду. Восстанавливает иизкомолекулярные красящие вещества и превращает их в бесцветные соединения. Цветность сока II сатурацин, или сиропа после сульфитации, снижается на 20—30 %, но при этом снижается и pH. При доведении pH до первоначального значения часть цветности восстанавливается и действительное обесцвечивание сульфитацией не превышает 10—12%. Доброкачественность сока при сульфитации не изменяется, поскольку обесцвеченные вещества остаются в растворе. На этом основании сульфитация не считается элементом схемы очистки сока.
Основное положительное действие сульфитации на сок II сатурации заключается в способности сернистой кислоты и ее солей блокировать карбонильные группы (С=0) редуцирующих соединений (глюкоза, фруктоза, манноза) и тем самым препятствовать их участию в реакциях образования красящих веществ:
При наличии в соке сернистой кислоты или ее солей в соотношении примерно 0,5 моля диоксида серы на 1 моль редуцирующих сахаров красящие вещества практически не образуются.
Сок II сатурации следует сульфитировать только после достижения оптимальной щелочности. В недосатурированном соке II сатурации имеется свободная известь, которая при контакте с диоксидом серы дает плохо растворимый сульфит кальция, оседающий на поверхностях нагрева теплообменников.
При переработке высококачественной свеклы со значительной натуральной щелочностью оптимальная щелочность сока II сатурации остается высокой н может вызвать затруднения при кристаллизации сахарозы. Поэтому сульфитация является единственным способом снизить оптимальную щелочность сока, превращая щелочные карбонаты калия и натрия в нейтральные сульфиты.
Соки с низкой натуральной щелочностью после сульфитации становятся слабокислыми, в них под действием водородных ионов происходит частичная инверсия сахарозы. Чтобы избежать этого, сок II сатурации иногда недосатурируют, оставляя щелочность 0,03—0,04 % СаО, что приводит к быстрому образованию накипи на поверхности нагрева выпарной установки. Более правильно в этом случае сатурировать сок на II сатурации до оптимальной щелочности, а затем заменять или дополнять газовую сульфитацию солевой сульфитацией, вводя в сок сульфит или бисульфит калия, натрия (0,02—0,03 % к массе свеклы). Сульфиты и бисульфиты, являясь солями слабой кислоты и сильного основания, в водных растворах дают щелочную реакцию, стабилизируют pH.
Проведение сульфитации. На сахарных заводах пока еще наиболее распространена сульфитация в оросительных сульфитаторах.
Аппаратурно-технологическая схема сульфитации под давлением приведена на рис. 48.
Сульфитационный газ получается в печи 1, состоящей из вращающегося чугунного барабана с продольными ребрами 2 и неподвижной трубы 4 для отбора сульфитационного газа. Диоксид серы на выходе из печи разбавляется воздухом, поступающим через отверстия 3 с регулируемым сечением.
После печи горячий сульфитационный газ охлаждается и освобождается от взвешенных примесей в трубчатом теплообменнике (золоотделителе) 5 и вентилятором 6 нагнетается в сульфитатор 7 через корытообразный барботер 13 с зазубренными краями стенок.
В верхней части сульфитатора, представляющего собой чугунный цилиндр с вогнутым днищем, расположена сокораспределительная сетчатая тарелка 8. Между барботером и сетчатой тарелкой установлено пять чугунных распределительных решеток 12 со щелевидными отверстиями трапецеидального сечения (меньшее основание трапеции обращено вниз).
Сок, поступающий в сульфитатор на обработку, разбрызгивается через сетчатую тарелку, насыщается диоксидом серы и выводится через гидравлический затвор в контрольный ящик 14. Отработавший газ освобождается от капель в сепараторе 9 и выводится в атмосферу.
Для более полного использования диоксида серы уровень сока в сульфитаторе поддерживается немного выше уровня газового барботера.
При работе сульфитатора под давлением меньше расходуется энергии на подачу сульфитационного газа, но от коррозии быстро изнашивается вентилятор, нагнетательный трубопровод засоряется несгоревшими частицами серы, а часть газа через неплотности в трубопроводах попадает в помещение завода, ухудшая условия труда работающих.
Для устранения этих недостатков вместо сульфитации под давлением применяется сульфитация под разрежением, для чего на вытяжной трубе сульфитатора после сепаратора 9 устанавливают чугунный эжектор 10, в который вентилятором 11 с большой скоростью подается воздух. На выходе из эжектора создается небольшое разрежение, распространяющееся на всю систему сульфитации и достаточное для исключения проникновения диоксида серы в помещение, при этом вентилятор 6 не нужен. Эффект использования диоксида серы в оросительном сульфитаторе при сульфитации сока составляет 70—80%.
В последнее время вместо оросительных сульфитаторов внедряются жидкостно-струйные сульфитаторы, в которых эффект использования диоксида серы приближается к 100%.
Жидкостно-струйный сульфитатор (рис. 49) имеет цилиндрический корпус 2, выполняющий роль гидравлического затвора, предотвращающего попадание сульфитационного газа в сливной трубопровод 1. Сверху к корпусу соосно прикреплен сепаратор 3, представляющий собой циклон с внутренним пилиндром 6, предназначенный для отделения жидкости от отработавшего газа. Тангенциально к сепаратору присоединена горизонтальная труба 4 с патрубком для подвода сульфитационного газа, выполняющая роль камеры смешений На входе в трубу 4 установлен диск 5 с отверстиями, через которые в камеру смешения под давлением поступает продукт распыляется там, создавая разрежение. Под действием разрежения в камеру смешения засасывается сульфитационный газ и смешивается с продуктом. Для получения оптимального эффекта давление продукта перед диском должно быть не ниже 0,1 МПа.
Заданное значение pH продукта, выходящего из сульфитатора, поддерживается автоматически путем изменения степени открытия заслонки на трубопроводе подачи сульфитационного газа. Эффект использования диоксида серы при сульфитации сока и питающей воды на диффузию составляет около 98 %.
В камеру смешения сульфитатора вместо сульфитационного газа можно подавать сжиженный диоксид серы. В этом случае исключается контакт его с кислородом воздуха, что положительно сказывается на качестве сульфитированного продукта.
Жидкостно-струйные сульфитаторы для сока, сиропа, питающей воды на диффузию соединены между собой через общий золоотделитель. В этом случае при полном прекращении подачи продукта на какой-то сульфитатор (когда тяга в соответствующей сернистой печи резко снижается и возможен выхлоп газа из нее) отсутствие тяги в нем будет компенсироваться тягой в других сульфитатор ах и все печи будут находиться под разрежением.
Оптимальное значение pH сульфитированного сока принимается 8,5—8,8 (щелочность 0,005^-0,010 % СаО), сиропа 8,0—8,3. питающей воды — 5,5—6,0.
Для снижения щелочности сока II сатурации на 0,01 % СаО расходуется 9,5 кг серы на 100 т свеклы. На практике расход серы на сульфитацию сока, сиропа и питающей воды для диффузионной установки составляет соответственно (% к массе свеклы: 0,015, 0,010 и 0,015, или всего около 40 кг на 100 т свеклы.
Диоксид серы на сахарном заводе получают сжиганием серы на воздухе. Реакция эта экзотермическая, т. е. протекает с выделением тепла: S + О2 ? SО2, +297 кДж/моль.
Серу сжигают в печи. Отбираемый из нее так называемый сульфитационный газ представляет собой смесь диоксида серы (10—15%) и воздуха (85—90 %).
В сульфитационном газе всегда содержится некоторое количество триоксида серы (SO3), образующегося при взаимодействии диоксида серы с кислородом воздуха (2SО2 + О2 ? 2SO3). Для сульфитации триоксид серы непригоден, так как в соке образует сульфаты щелочей, повышая тем самым содержание золы, и вызывает коррозию металлов.
Диоксид серы — бесцветный газ с резким запахом, ядовит, вызывает удушье, хорошо растворим в воде. В 1 объеме воды при 20 С растворяется 40 объемов диоксида серы, но только небольшая часть растворенного SО2 реагирует с водой, образуя сернистую кислоту.
Сернистая кислота является слабой кислотой, существует лишь в водных растворах, при нагревании разлагается, образуя диоксид серы и воду. Восстанавливает иизкомолекулярные красящие вещества и превращает их в бесцветные соединения. Цветность сока II сатурацин, или сиропа после сульфитации, снижается на 20—30 %, но при этом снижается и pH. При доведении pH до первоначального значения часть цветности восстанавливается и действительное обесцвечивание сульфитацией не превышает 10—12%. Доброкачественность сока при сульфитации не изменяется, поскольку обесцвеченные вещества остаются в растворе. На этом основании сульфитация не считается элементом схемы очистки сока.
Основное положительное действие сульфитации на сок II сатурации заключается в способности сернистой кислоты и ее солей блокировать карбонильные группы (С=0) редуцирующих соединений (глюкоза, фруктоза, манноза) и тем самым препятствовать их участию в реакциях образования красящих веществ:
При наличии в соке сернистой кислоты или ее солей в соотношении примерно 0,5 моля диоксида серы на 1 моль редуцирующих сахаров красящие вещества практически не образуются.
Сок II сатурации следует сульфитировать только после достижения оптимальной щелочности. В недосатурированном соке II сатурации имеется свободная известь, которая при контакте с диоксидом серы дает плохо растворимый сульфит кальция, оседающий на поверхностях нагрева теплообменников.
При переработке высококачественной свеклы со значительной натуральной щелочностью оптимальная щелочность сока II сатурации остается высокой н может вызвать затруднения при кристаллизации сахарозы. Поэтому сульфитация является единственным способом снизить оптимальную щелочность сока, превращая щелочные карбонаты калия и натрия в нейтральные сульфиты.
Соки с низкой натуральной щелочностью после сульфитации становятся слабокислыми, в них под действием водородных ионов происходит частичная инверсия сахарозы. Чтобы избежать этого, сок II сатурации иногда недосатурируют, оставляя щелочность 0,03—0,04 % СаО, что приводит к быстрому образованию накипи на поверхности нагрева выпарной установки. Более правильно в этом случае сатурировать сок на II сатурации до оптимальной щелочности, а затем заменять или дополнять газовую сульфитацию солевой сульфитацией, вводя в сок сульфит или бисульфит калия, натрия (0,02—0,03 % к массе свеклы). Сульфиты и бисульфиты, являясь солями слабой кислоты и сильного основания, в водных растворах дают щелочную реакцию, стабилизируют pH.
Проведение сульфитации. На сахарных заводах пока еще наиболее распространена сульфитация в оросительных сульфитаторах.
Аппаратурно-технологическая схема сульфитации под давлением приведена на рис. 48.
Сульфитационный газ получается в печи 1, состоящей из вращающегося чугунного барабана с продольными ребрами 2 и неподвижной трубы 4 для отбора сульфитационного газа. Диоксид серы на выходе из печи разбавляется воздухом, поступающим через отверстия 3 с регулируемым сечением.
После печи горячий сульфитационный газ охлаждается и освобождается от взвешенных примесей в трубчатом теплообменнике (золоотделителе) 5 и вентилятором 6 нагнетается в сульфитатор 7 через корытообразный барботер 13 с зазубренными краями стенок.
В верхней части сульфитатора, представляющего собой чугунный цилиндр с вогнутым днищем, расположена сокораспределительная сетчатая тарелка 8. Между барботером и сетчатой тарелкой установлено пять чугунных распределительных решеток 12 со щелевидными отверстиями трапецеидального сечения (меньшее основание трапеции обращено вниз).
Сок, поступающий в сульфитатор на обработку, разбрызгивается через сетчатую тарелку, насыщается диоксидом серы и выводится через гидравлический затвор в контрольный ящик 14. Отработавший газ освобождается от капель в сепараторе 9 и выводится в атмосферу.
Для более полного использования диоксида серы уровень сока в сульфитаторе поддерживается немного выше уровня газового барботера.
При работе сульфитатора под давлением меньше расходуется энергии на подачу сульфитационного газа, но от коррозии быстро изнашивается вентилятор, нагнетательный трубопровод засоряется несгоревшими частицами серы, а часть газа через неплотности в трубопроводах попадает в помещение завода, ухудшая условия труда работающих.
Для устранения этих недостатков вместо сульфитации под давлением применяется сульфитация под разрежением, для чего на вытяжной трубе сульфитатора после сепаратора 9 устанавливают чугунный эжектор 10, в который вентилятором 11 с большой скоростью подается воздух. На выходе из эжектора создается небольшое разрежение, распространяющееся на всю систему сульфитации и достаточное для исключения проникновения диоксида серы в помещение, при этом вентилятор 6 не нужен. Эффект использования диоксида серы в оросительном сульфитаторе при сульфитации сока составляет 70—80%.
В последнее время вместо оросительных сульфитаторов внедряются жидкостно-струйные сульфитаторы, в которых эффект использования диоксида серы приближается к 100%.
Жидкостно-струйный сульфитатор (рис. 49) имеет цилиндрический корпус 2, выполняющий роль гидравлического затвора, предотвращающего попадание сульфитационного газа в сливной трубопровод 1. Сверху к корпусу соосно прикреплен сепаратор 3, представляющий собой циклон с внутренним пилиндром 6, предназначенный для отделения жидкости от отработавшего газа. Тангенциально к сепаратору присоединена горизонтальная труба 4 с патрубком для подвода сульфитационного газа, выполняющая роль камеры смешений На входе в трубу 4 установлен диск 5 с отверстиями, через которые в камеру смешения под давлением поступает продукт распыляется там, создавая разрежение. Под действием разрежения в камеру смешения засасывается сульфитационный газ и смешивается с продуктом. Для получения оптимального эффекта давление продукта перед диском должно быть не ниже 0,1 МПа.
Заданное значение pH продукта, выходящего из сульфитатора, поддерживается автоматически путем изменения степени открытия заслонки на трубопроводе подачи сульфитационного газа. Эффект использования диоксида серы при сульфитации сока и питающей воды на диффузию составляет около 98 %.
В камеру смешения сульфитатора вместо сульфитационного газа можно подавать сжиженный диоксид серы. В этом случае исключается контакт его с кислородом воздуха, что положительно сказывается на качестве сульфитированного продукта.
Жидкостно-струйные сульфитаторы для сока, сиропа, питающей воды на диффузию соединены между собой через общий золоотделитель. В этом случае при полном прекращении подачи продукта на какой-то сульфитатор (когда тяга в соответствующей сернистой печи резко снижается и возможен выхлоп газа из нее) отсутствие тяги в нем будет компенсироваться тягой в других сульфитатор ах и все печи будут находиться под разрежением.
Оптимальное значение pH сульфитированного сока принимается 8,5—8,8 (щелочность 0,005^-0,010 % СаО), сиропа 8,0—8,3. питающей воды — 5,5—6,0.
Для снижения щелочности сока II сатурации на 0,01 % СаО расходуется 9,5 кг серы на 100 т свеклы. На практике расход серы на сульфитацию сока, сиропа и питающей воды для диффузионной установки составляет соответственно (% к массе свеклы: 0,015, 0,010 и 0,015, или всего около 40 кг на 100 т свеклы.