Роль различных факторов в работе диффузионных аппаратов
25-04-2017, 11:27
Уравнение (2) уже позволяет проанализировать качественно и понять роль ряда факторов работы диффузионного аппарата.
1. С увеличением откачки извлечение сахара из стружки будет полнее, так как при увеличении откачки понижается концентрация диффузионного сока и, следовательно, в уравнении (2) уменьшается с и увеличивается С—с, что приводит к увеличению 5.
2. Увеличение длительности высолаживания t вызовет также более полное извлечение сахара, так как в уравнении (2) т стоит в числителе.
3. Повышение температуры улучшает процесс извлечения сахара, так как с увеличением температуры весьма быстро возрастает коэффициент диффузии сахарозы D; правда, в свекловичной стружке D процентов на 30 меньше, чем в чистой воде, так как диффузию замедляют стенки клеток свеклы, но все же эта замедленная диффузия изменяется пропорционально изменениям коэффициента диффузии сахарозы и также быстро растет с повышением температуры.
4. Увеличение длины l м 100 г стружки влечет за собой уменьшение ее толщины d и одновременно увеличение поверхности 100 кг F, и то и другое увеличивает количество про диффундировавшего сахара 5. Следовательно, увеличение длины стружки является особо важным фактором, как бы вдвойне благоприятствующим обессахариванию.
Итак, процесс извлечения сахара из стружки улучшается с увеличением откачки и длительности высолаживания, повышением температуры и особенно с увеличением длины стружки, что схематически показано в табл. 17.
Однако не все эти факторы могут быть использованы для более полного извлечения сахара из свеклы, так как нужно позаботиться еще о том, чтобы используемые факторы не приводили к накоплению в соке несахаров, т. е. к понижению его чистоты.
Молекулярная масса большинства кристаллоидных несахаров меньше, чем у сахарозы, и поэтому скорость диффузии их больше, чем у сахарозы. Задержать переход кристаллоидов в диффузионный сок нельзя. Лишь диффузия положительно заряженных катионов К’ и Na' несколько задерживается наличием отрицательно заряженных коллоидов свеклы (Доннан) Что касается коллоидов, или, вернее, высокополимеров свеклы, то некоторые из них (клетчатка и полуклетчатка) совсем не переходят в раствор на диффузии и не могут загрязнять диффузионный сок.
Из прочих высокополимеров белки переходят в диффузионный сок в значительном количестве — около 30% от белков свеклы.
Способность к диффузии у белков ничтожна, но они вымываются из вскрытых на резке клеток стружки. Вскрытых клеток будет тем больше, чем тоньше стружка. Следовательно, из длинной и тонкой стружки попадает в диффузионный сок больше белков и вообще коллоидов. Однако было бы ошибкой сделать поспешный вывод о вреде тонкой стружки. Дело в том. что белки — почти безвредные для сахарного производства коллоиды; они почти полностью коагулируют на дефекации и сатурации и удаляются с дефеко-сатурационным осадком. Они могут лишь несколько затруднить работу фильтров, но и этот вред сводится до минимума при современных методах предварительной дефекации, обеспечивающих оптимальную коагуляцию белков и хорошую фильтрацию.
В сахарной свекле имеется еще группа высокополимеров — это пектиновые вещества. Их в свекле содержится много (около 2,5%). Пектиновые вещества действительно вредны для производства; с ними необходимо бороться: если допустить их растворение на диффузии, то будет затруднена работа диффузионного аппарата (медленная откачка), фильтров, центрифуг (так как растворы пектиновых веществ весьма вязки), увеличится выход мелассы и потеря сахара в ней.
Пектиновые вещества как высокополимеры имеют малый коэффициент диффузии, но все же диффундирование пектиновых веществ, находящихся уже в растворе в клеточном соке свеклы, проходит достаточно полно, что видно из работ Агеева и Нахмановича. Диффундирование пектиновых веществ особенно заметно при незрелой свекле, содержащей большое количество пектинов в растворе. Нет способа воспрепятствовать диффузии растворенных пектиновых веществ, но нужно принимать все меры к задержке пептизации этих веществ, находящихся в свекле в виде протопектина.
Основными факторами пептизации пектиновых веществ, как показано выше, являются температура, время и реакция воды (pH); пептизация пектинов увеличивается: 1) с повышением температуры, особенно при температуре выше 80 С; 2) с увеличением продолжительности воздействия горячей воды, особенно выше 60 мин.
Пептизация минимальна в слабокислой среде (при pH 5) и резко увеличивается при переходе к более кислой или особенно к нейтральной и щелочной среде.
Пептизация пектиновых веществ является процессом внутренним: он идет по всей массе свеклы, в каждой ее клеточке. Поэтому от количества протекающего мимо стружки сока, т. е. откачки сока на диффузии, пептизация пектина почти не зависит. Следовательно, можно для снижения потерь сахара увеличивать откачку; в США откачки доводят до 150%, в России из соображений экономии топлива, чтобы не получать слишком разбавленных соков, требующих большего расхода тепла на выпаривание, придерживаются откачек около 118—125% по массе свеклы.
Как процесс внутренний, пептизация пектиновых веществ также почти не зависит от длины и тонкости стружки, что экспериментально подтверждено Агеевым. На этом основании следует рекомендовать работу с возможно более тонкой стружкой, что ни в коем случае не вызовет повышения количества пектиновых веществ в растворе.
Влияние различных факторов на пептизацию пектиновых веществ также показано в табл. 17 и сопоставлено с влиянием тех же факторов на полноту извлечения сахара из стружки. Таким образом, сопоставляя условия наилучшего обессахаривания свекловичной стружки и условия пептизации пектиновых веществ, мы приходим к полному физико-химическому и коллоидно-химическому обоснованию метода работы на диффузионном аппарате: небольшая длительность диффундирования (70 мин) при не слишком высокой температуре, несколько повышенной откачке (лучше — не более 125%) и возможно более тонкой стружке (последнее, однако, весьма ограничено для аппаратов КДА, РДА и наклонного).
Диффузионные аппараты непрерывного действия очень чувствительны даже к начинающемуся лишь размягчению стружки вследствие начального гидролиза протопектина, поэтому на этих аппаратах работают при 70—72° С, не выше, но и снижать температуру ниже 70° С нельзя, так как это усиливает деятельность микроорганизмов.
В диффузионных батареях максимальной температурой считают 80° С, но там в головных и хвостовых диффузорах температура низка (40° С); при хорошей свекле допускают иногда максимальное повышение температуры и до 82—83° С, а при плохой свекле — не превышают температуры 75° С, даже еще ниже.
Длина 100 г стружки для диффузионных батарей желательна не менее 20 м (и выше — до 30 м). Для аппаратов непрерывного действия приходится применять более толстую стружку (с меньшей длиной 100 г ее), так как тонкая стружка при движении в аппарате измельчается и препятствует движению сока; все же необходимо работать со стружкой не менее 15 м длины 100 г ее. Для цепных аппаратов (Олье и J) можно и нужно иметь длину 100 г стружки не менее 20 м; в этом преимущество этих аппаратов.
При соблюдении этих условий есть полная возможность снижать потери сахара в отходах, не ухудшая качества диффузионного сока, не повышая, а даже понижая содержание пектиновых веществ в нем. Снижение потерь сахара на диффузии совсем не связано с понижением качества диффузионного сока. Качество сока понизится лишь в том случае, если потери будут снижаться путем удлинения времени высолаживания и повышения температуры. Отсюда видно, как важно для практики разобраться в роли отдельных факторов, влияющих на процесс, и научиться ими пользоваться для создания оптимальных условий работы.
1. С увеличением откачки извлечение сахара из стружки будет полнее, так как при увеличении откачки понижается концентрация диффузионного сока и, следовательно, в уравнении (2) уменьшается с и увеличивается С—с, что приводит к увеличению 5.
2. Увеличение длительности высолаживания t вызовет также более полное извлечение сахара, так как в уравнении (2) т стоит в числителе.
3. Повышение температуры улучшает процесс извлечения сахара, так как с увеличением температуры весьма быстро возрастает коэффициент диффузии сахарозы D; правда, в свекловичной стружке D процентов на 30 меньше, чем в чистой воде, так как диффузию замедляют стенки клеток свеклы, но все же эта замедленная диффузия изменяется пропорционально изменениям коэффициента диффузии сахарозы и также быстро растет с повышением температуры.
4. Увеличение длины l м 100 г стружки влечет за собой уменьшение ее толщины d и одновременно увеличение поверхности 100 кг F, и то и другое увеличивает количество про диффундировавшего сахара 5. Следовательно, увеличение длины стружки является особо важным фактором, как бы вдвойне благоприятствующим обессахариванию.
Итак, процесс извлечения сахара из стружки улучшается с увеличением откачки и длительности высолаживания, повышением температуры и особенно с увеличением длины стружки, что схематически показано в табл. 17.
Однако не все эти факторы могут быть использованы для более полного извлечения сахара из свеклы, так как нужно позаботиться еще о том, чтобы используемые факторы не приводили к накоплению в соке несахаров, т. е. к понижению его чистоты.
Молекулярная масса большинства кристаллоидных несахаров меньше, чем у сахарозы, и поэтому скорость диффузии их больше, чем у сахарозы. Задержать переход кристаллоидов в диффузионный сок нельзя. Лишь диффузия положительно заряженных катионов К’ и Na' несколько задерживается наличием отрицательно заряженных коллоидов свеклы (Доннан) Что касается коллоидов, или, вернее, высокополимеров свеклы, то некоторые из них (клетчатка и полуклетчатка) совсем не переходят в раствор на диффузии и не могут загрязнять диффузионный сок.
Из прочих высокополимеров белки переходят в диффузионный сок в значительном количестве — около 30% от белков свеклы.
Способность к диффузии у белков ничтожна, но они вымываются из вскрытых на резке клеток стружки. Вскрытых клеток будет тем больше, чем тоньше стружка. Следовательно, из длинной и тонкой стружки попадает в диффузионный сок больше белков и вообще коллоидов. Однако было бы ошибкой сделать поспешный вывод о вреде тонкой стружки. Дело в том. что белки — почти безвредные для сахарного производства коллоиды; они почти полностью коагулируют на дефекации и сатурации и удаляются с дефеко-сатурационным осадком. Они могут лишь несколько затруднить работу фильтров, но и этот вред сводится до минимума при современных методах предварительной дефекации, обеспечивающих оптимальную коагуляцию белков и хорошую фильтрацию.
В сахарной свекле имеется еще группа высокополимеров — это пектиновые вещества. Их в свекле содержится много (около 2,5%). Пектиновые вещества действительно вредны для производства; с ними необходимо бороться: если допустить их растворение на диффузии, то будет затруднена работа диффузионного аппарата (медленная откачка), фильтров, центрифуг (так как растворы пектиновых веществ весьма вязки), увеличится выход мелассы и потеря сахара в ней.
Пектиновые вещества как высокополимеры имеют малый коэффициент диффузии, но все же диффундирование пектиновых веществ, находящихся уже в растворе в клеточном соке свеклы, проходит достаточно полно, что видно из работ Агеева и Нахмановича. Диффундирование пектиновых веществ особенно заметно при незрелой свекле, содержащей большое количество пектинов в растворе. Нет способа воспрепятствовать диффузии растворенных пектиновых веществ, но нужно принимать все меры к задержке пептизации этих веществ, находящихся в свекле в виде протопектина.
Основными факторами пептизации пектиновых веществ, как показано выше, являются температура, время и реакция воды (pH); пептизация пектинов увеличивается: 1) с повышением температуры, особенно при температуре выше 80 С; 2) с увеличением продолжительности воздействия горячей воды, особенно выше 60 мин.
Пептизация минимальна в слабокислой среде (при pH 5) и резко увеличивается при переходе к более кислой или особенно к нейтральной и щелочной среде.
Пептизация пектиновых веществ является процессом внутренним: он идет по всей массе свеклы, в каждой ее клеточке. Поэтому от количества протекающего мимо стружки сока, т. е. откачки сока на диффузии, пептизация пектина почти не зависит. Следовательно, можно для снижения потерь сахара увеличивать откачку; в США откачки доводят до 150%, в России из соображений экономии топлива, чтобы не получать слишком разбавленных соков, требующих большего расхода тепла на выпаривание, придерживаются откачек около 118—125% по массе свеклы.
Как процесс внутренний, пептизация пектиновых веществ также почти не зависит от длины и тонкости стружки, что экспериментально подтверждено Агеевым. На этом основании следует рекомендовать работу с возможно более тонкой стружкой, что ни в коем случае не вызовет повышения количества пектиновых веществ в растворе.
Влияние различных факторов на пептизацию пектиновых веществ также показано в табл. 17 и сопоставлено с влиянием тех же факторов на полноту извлечения сахара из стружки. Таким образом, сопоставляя условия наилучшего обессахаривания свекловичной стружки и условия пептизации пектиновых веществ, мы приходим к полному физико-химическому и коллоидно-химическому обоснованию метода работы на диффузионном аппарате: небольшая длительность диффундирования (70 мин) при не слишком высокой температуре, несколько повышенной откачке (лучше — не более 125%) и возможно более тонкой стружке (последнее, однако, весьма ограничено для аппаратов КДА, РДА и наклонного).
Диффузионные аппараты непрерывного действия очень чувствительны даже к начинающемуся лишь размягчению стружки вследствие начального гидролиза протопектина, поэтому на этих аппаратах работают при 70—72° С, не выше, но и снижать температуру ниже 70° С нельзя, так как это усиливает деятельность микроорганизмов.
В диффузионных батареях максимальной температурой считают 80° С, но там в головных и хвостовых диффузорах температура низка (40° С); при хорошей свекле допускают иногда максимальное повышение температуры и до 82—83° С, а при плохой свекле — не превышают температуры 75° С, даже еще ниже.
Длина 100 г стружки для диффузионных батарей желательна не менее 20 м (и выше — до 30 м). Для аппаратов непрерывного действия приходится применять более толстую стружку (с меньшей длиной 100 г ее), так как тонкая стружка при движении в аппарате измельчается и препятствует движению сока; все же необходимо работать со стружкой не менее 15 м длины 100 г ее. Для цепных аппаратов (Олье и J) можно и нужно иметь длину 100 г стружки не менее 20 м; в этом преимущество этих аппаратов.
При соблюдении этих условий есть полная возможность снижать потери сахара в отходах, не ухудшая качества диффузионного сока, не повышая, а даже понижая содержание пектиновых веществ в нем. Снижение потерь сахара на диффузии совсем не связано с понижением качества диффузионного сока. Качество сока понизится лишь в том случае, если потери будут снижаться путем удлинения времени высолаживания и повышения температуры. Отсюда видно, как важно для практики разобраться в роли отдельных факторов, влияющих на процесс, и научиться ими пользоваться для создания оптимальных условий работы.