Растворимость сахарозы и коэффициент насыщения

24-05-2017, 09:41

Кристаллизация сахарозы является одним из важнейших технологических процессов сахарного производства, существенно влияющим на выход и качество готовой продукции.
Проведение процесса кристаллизации зависит от физико-химических свойств кристаллизуемого вещества и условий проведения процесса.
Важнейшим свойством кристаллизуемого вещества является его растворимость, которая показывает, какое количество вещества находится в единице растворителя в насыщенном растворе.
Растворимость сахарозы в сахарном производстве выражают обычно в г на 1 г воды (Н0) или в г на 100 г раствора (СВ). Эти величины связаны между собой соотношениями
Растворимость сахарозы и коэффициент насыщения

Сахароза хорошо растворима в воде; с повышением температуры ее растворимость увеличивается. Величина растворимости сахарозы в чистой воде берется из таблицы или рассчитывается по уравнению.
Растворимость сахарозы, при прочих равных условиях, зависит и от наличия в растворе несахаров. При этом растворимость сахарозы в нечистом сахарном растворе зависит от качественного и количественного состава несахаров.
Влияние несахаров на растворимость сахарозы характеризуется величиной коэффициента насыщения.
Коэффициент насыщения. Коэффициент насыщения (Кн) - величина, показывающая во сколько раз больше (меньше) растворено сахарозы в данном насыщенном нечистом сахарном растворе (Н'0) в сравнении с насыщенным чистым раствором сахарозы (Н0), то есть,

Нечистыми сахарными растворами являются практически все сахаросодержащие продукты сахарного производства. Последние, кроме сахарозы, содержат растворимые неорганические и органические соединения, которые в сахарном производстве называют несахарами. Эти соединения оказывают значительное влияние на растворимость сахарозы. При этом, чем выше концентрация несахаров в растворе, тем больше их влияние на величину растворимости сахарозы. Известно, что неорганические соединения, особенно соли щелочных металлов калия и натрия, повышают растворимость сахарозы, а соли щелочноземельных металлов кальция и магния, инвертный сахар понижают растворимость сахарозы.
Наибольшее количество несахаров содержится в мелассе. Соответственно, они в наибольшей степени оказывают влияние на растворимость сахарозы в ней и на чистоту последней.
Чем больше в мелассе содержание солей щелочных металлов калия и натрия, тем больше их влияние на растворимость сахарозы (величину коэффициента насыщения), тем выше чистота мелассы. Такая зависимость обычно характерна для мелассы свеклосахарного производства.
В мелассах тростниковосахарного производства преобладающим несахаром являются редуцирующие вещества, поэтому в них с увеличением количества несахара растворимость сахарозы уменьшается, соответственно, снижается и чистота мелассы.
В мелассах сырцового производства содержится меньше солей щелочных металлов (и больше органических соединений), чем в свеклосахарном, но больше, чем в тростниковом производстве, поэтому они занимают промежуточное положение между мелассами свеклосахарного и тростникового производства.
В соответствии с изложенным выше, в продуктах свеклосахарного производства величина коэффициента насыщения со снижением чистоты возрастает, в продуктах тростниковосахарного производства уменьшается, а при переработке сырца изменяется в сторону уменьшения незначительно. При этом следует иметь в виду, что величина коэффициента насыщения существенным образом зависит от качественного состава несахаров. Это подтверждается тем, что мелассы одинаковой чистоты, но полученные при переработке свеклы различного качества имеют разные значения величины Кн и, соответственно, величины чистоты нормальной мелассы.
Знание величины Кн важно при проведении расчетов, связанных с кристаллизацией нечистых сахаросодержащих растворов, в первую очередь, утфеля последней кристаллизации.
Так как величина коэффициента насыщения зависит от качественного и количественного состава несахаров в продукте, точное ее значение может быть определено только экспериментальным путем. Для этого пробу продукта доводят до состояния насыщения путем выкристаллизовывания избыточного сахара или растворения недостающего (метод П.М. Силина).
В случае невозможности экспериментального определения величины Кн, ее можно рассчитать, исходя из данных Грута о растворимости сахарозы в продуктах различной чистоты. Однако эти данные будут весьма приближенными. Для практических расчетов, связанных с кристаллизацией технических продуктов сахарного производства, удобна зависимость коэффициента насыщения от отношения несахар: вода - НС/ВД. Данная зависимость при значениях НС/ВД > 1 имеет линейный характер и, что особенно важно, не зависит от температуры.

Это уравнение учитывает два участка - криволинейный (высаливающее действие несахаров) и прямолинейный (растворяющее действие несахаров).
Согласно теории И.Н. Каганова, прямолинейный участок этой зависимости записывается в виде уравнения

где b - отрезок, отсекаемый прямой на оси координат (координатная система)

m - константа, равная тангенсу наклона прямой линии.
Для получения математической зависимости

необходимо знать состав как минимум двух насыщенных проб анализируемого продукта с различным соотношением НС/ВД. То есть, нужно довести до состояния насыщения одним из известных методов две пробы, провести анализ насыщенных проб.
Зная величину Кн и отношения НС/ВД, можно определить состав продукта при различных температурах, используя уравнения:

Знание действительного значения коэффициента насыщения необходимо, в первую очередь, при определении величины истинного коэффициента пересыщения при проведении процесса кристаллизации, особенно при уваривании утфелей. Величина коэффициента пересыщения является как бы движущей силой процесса кристаллизации, и от нее зависит продолжительность уваривания утфеля и гранулометрический состав получаемого сахара.