I сатурация

9-05-2017, 20:08

Задачей I сатурации является образование в очищенном растворе осадка СаСО3 и адсорбция на его поверхности несахаров, так как высокой адсорбционной способностью обладает именно только образующийся в процессе сатурирования осадок. Если для очистки использовать готовый СаСО3, например измельченный мел, то он, как установлено экспериментально, практически не обладает адсорбционной способностью.
Механизм образования осадка на I сатурации
Процесс образования осадка на I сатурации довольно сложен и состоит из ряда стадий. Лимитирующей стадией всего процесса является растворение газа СО2.
Приближенно его можно выразить уравнениями, которые позволяют рассмотреть влияние отдельных факторов.
При пропускании углекислого газа через раствор он должен предварительно раствориться
I сатурация

Растворившаяся часть СО2 затем реагирует с водой, образуя углекислоту

В действительности механизм образования угольной кислоты значительно сложнее.
Угольная кислота затем реагирует с растворившейся частью извести, образуя вначале мицеллы, из которых затем образуется осадок СаСО3.
Растворение извести происходит по уравнению

Растворившаяся часть извести затем диссоциирует на ионы

Ионы Са++ при взаимодействии с угольной кислотой образуют карбонат кальция

Скорость образования СаСО3 т. е. сатурации, обусловлена реакцией, протекающей с минимальной скоростью.
Известно, что скорость растворения углекислого газа и образования угольной кислоты сравнительно небольшая и зависит от величины рН среды и концентрации сахарозы, присутствующей в растворе.
С увеличением концентрации последней, скорость образования ионов CO3 уменьшается, при 15 % достигает минимума, а затем снова увеличивается, т. е. при очистке диффузионного сока содержание осадка, в котором около 13...15%, скорость образования СО3-- с гидроксидом кальция в процессе сатурации приводит в конечном итоге к образованию кристаллического СаСО3. Однако процесс этот очень сложен и протекает через ряд промежуточных стадий, связанных с образованием комплексных соединений, так называемых «углекальциевых сахаратов», обозначаемых формулой (сахароза)х(СаСО3)y(СаО)z.
В процессе сатурирования комплексные соединения претерпевают ряд изменений. Если после их образования пропускать СO2, то получаются коллоидные растворы - золи СаСO3. При дальнейшем уменьшении щелочности золи становятся нестойкими, желатинируются и выпадает гель СаСO3, который затем переходит в кристаллический хорошо фильтрующийся осадок СаСO3. Исходя из этого фильтрационные свойства осадка I сатурации будут тем лучше, чем меньше щелочность сока, так как в этом случае уменьшается количество углекальциевых сахаратов, затрудняющих фильтрацию.
Существование комплексных промежуточных соединений подтверждается результатами наших исследований изменения величины рН в процессе сатурирования (рис. 15). Из этого рисунка видно, что кривые изменения величины рН, имеют три участка, которые обусловлены образованием комплексных соединений. Если бы не происходило образование комплексных соединений, приведенные кривые не имели бы минимума.

Наличие комплексных соединений и связанное с этим падение величины рН в процессе сатурирования необходимо иметь в виду при контроле I сатурации по величине рН.
Подтверждением образования комплексных соединений служат и экспериментальные данные А. Вига - изменения титруемой щелочности раствора в процессе сатурирования, которые приведены на рис. 16.

Прямая AF на этом рисунке соответствует теоретическому изменению титруемой щелочности. В действительности же щелочность изменяется по кривой ABCDEF. Из характера этой кривой следует, что на участке АВ, т. е. в начале сатурации, щелочность не изменяется (при этом никакого осадка не образуется). При последующем же добавлении СO2 участок, начиная с В, приводит к значительному уменьшению щелочности раствора, которая до конца сатурирования остается ниже теоретической. Это указывает на то, что в осадке соединяется свободная, не прореагировавшая с СO2, известь, которая находится в составе углекальциевых сахаратов (участок CDEF).
Исходя из характера изменения рН и щелочности в процессе сатурирования, следует необходимость проведения параллельного контроля I сатурации по щелочности и рН.
Завершающей стадией процесса сатурирования является образование кристаллического осадка СаСO3, который, как известно, в момент образования обладает наибольшей адсорбционной способностью. Подтверждением этого служат и проведенные нами исследования, заключающиеся в том, что к очищаемому раствору в разные моменты сатурирования (до начала сатурирования, в середине сатурирования и перед концом) добавлялось одинаковое количество красящих веществ, и после доведения величины рН до 11 и отделения осадка определялась цветность очищенных растворов. Оказалось, что цветность очищенных растворов во всех случаях, независимо от времени добавления красящих веществ перед образованием кристаллического осадка СаСO3, была одинаковой.
Частички кристаллического осадка СаСО3, образующиеся в процессе I сатурации, способствуют также улучшению седиментационно-фильтрационных свойств осадка. Это обусловлено тем, что частички чистого кристаллического СаСО3, имея положительный заряд, взаимодействуют с отрицательно заряженными частичками осадка ВМС, образуют агрегаты с большей плотностью, которые быстрее осаждаются под действием силы тяжести и меньше сжимаются, что способствует улучшению фильтрации.