Общее понятие об очистке сока
25-04-2017, 11:47
Необходимость очистки сока. Диффузионный сок характеризуется рядом таких свойств, которые затрудняют получение из него сахара путем непосредственного выпаривания и кристаллизации без предварительной очистки:
- диффузионный сок содержит взвешенные тонкие частицы и, кроме того, при нагревании к нему присоединяются хлопья скоагулированных белков; все эти частицы необходимо удалить, чтобы они не примешались к кристаллам сахара;
- отфильтровывать взвешенные частицы очень трудно, так как они заклеивают фильтр; кроме того, получить чистый, неопалесцирующий фильтрат вообще не удается;
- диффузионный сок имеет кислую реакцию (кислотность около 0,04% СаО и pH 6,0—6,5) и при непосредственном выпаривании его сахароза заметно инвертируется; необходима нейтрализация, для нейтрализации обычно применяют известь (дешевое основание), при этом выпадают осадки;
- диффузионный сок имеет темную окраску, которая при непосредственной переработке сока на сахар передалась бы и кристаллам сахара;
- выпаривание сока затруднительно, так как он обладает способностью сильно пениться;
- сок содержит в растворе значительное количество несахаров; эти несахара увеличивают выход мелассы и потери сахара в ней; в соке содержится много гидрофильных коллоидов (высокополимеров), которые при выпаривании дают очень вязкие растворы, мешая кристаллизации.
Цель очистки диффузионного сока состоит, следовательно, в том, чтобы: 1) освободить его от взвешенных частиц; 2) нейтрализовать и 3) удалить возможно больше несахаров из раствора, особенно же поверхностно-активные несахара и коллоиды (высоконолимеры).
Методы очистки сока. Так как диффузионный сок представляет собой весьма сложную смесь ряда веществ с разнообразными свойствами, то и методов для удаления этих веществ может быть очень много. Учет различных веществ, предлагавшихся для очистки диффузионного сока, произвел еще в 1937 г. Липпман, и уже тогда число таких веществ оказалось более 700.
В производственной практике прививаются, конечно, лишь наиболее дешевые способы, дающие в то же время наибольший и, по возможности, универсальный эффект; нужно при небольшом числе простых производственных операций воздействовать на возможно большее число разнообразных несахаров диффузионного сока.
В настоящее время после отбора из сотен предложений общепринятым методом оказался метод обработки диффузионного сока известью с последующим удалением избытка извести углекислым газом, т. е. обычная дефекация и сатурация. При этом сатурацию осуществляют обычно в два приема: после I сатурации остается еще некоторое количество извести в растворе (щелочность 0,08—0,10% СаО) и после II сатурации щелочность снижается до оптимального низшего предела.
Очистку диффузионного сока известью можно произвести весьма разнообразно: дефековать на холоду или при нагревании; сатурировать на холоду или при нагревании; работать с сухой известью или с известковым молоком; варьировать количество извести; изменять продолжительность операций; изменять последовательность и число операций и т. д.
Метод рассмотрения всех этих сложных вопросов примем следующий: прежде всего рассмотрим основные необходимые операции очистки, применяемые всюду, и выясним физико-химическую сущность процессов, происходящих при этих операциях; затем уже с точки зрения определенной физико-химической теории сделаем обзор, сопоставление и оценку ряда разнообразных вариантов в работе, встречающихся далеко не на каждом заводе.
Иначе говоря, сначала изучим наипростейшую схему очистки диффузионного сока и затем рассмотрим возможные ее усложнения.
Обычный метод очистки диффузионного сока. Элементы простейшей схемы очистки сока таковы: 1) нагрев диффузионного сока до температуры 85—90° С; 2) дефекация, т. е. обработка 2—3% извести по массе свеклы (в виде известкового молока); 3) I сатурация, т. с. обработка газом СО2 до щелочности 0,08— 0,10% СаО; 4) фильтрация; 5) II сатурация газом СО2 до низкой (оптимальной) щелочности; 6) фильтрация.
Основные операции это: 1) дефекация, 2) I сатурация, 3) II сатурация. Каждая из них имеет точно определенную основную целевую установку.
Дефекация имеет целью очистку диффузионного сока посредством коагуляции известью белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция извести (анионы щавелевой, фосфорной и ряда других кислот); кроме того, на дефекации идет ряд реакций разложения несахаров (амидов, редуцирующих веществ, пектиновых веществ).
Первая сатурация дополнительно очищает сок путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаСО3, который образуется при пропускании углекислого газа через дефекованный сок, содержащий избыток извести; именно для получения на сатурации значительного количества СаСО3 прибавляют к соку на дефекации почти в 10 раз больше извести, чем требуется для реакций осаждения и коагуляции несахаров. На I сатурации не всю известь превращают в СаСО3, часть ее (0,08—0,10%) оставляют свободной. Это делают потому, что в соке I сатурации еще находятся в виде суспензии все несахара, осажденные известью на дефекации; если удалить полностью известь из раствора, то эти осадки в отсутствие избытка осаждающего реактива (извести) вновь частично перейдут в раствор и ухудшат качество сока.
Вторая сатурация имеет целью возможно полное удаление извести в виде СаСО3: это делается допустимым, так как после I сатурации все осадки отфильтровываются и, следовательно, нет уже опасности перевести их в раствор, удаляя всю свободную известь.
Кроме дефекации и двух сатураций, за последние 20—25 лет широко распространилась на сахарных заводах еще предварительная дефекация. Она состоит в том, что перед главной обычной дефекацией предварительно задают в сок небольшую часть извести (0,25—0,30% к массе свеклы). Обнаружено на опыте, что при малых количествах извести осадок несахаров получается более плотный, легче фильтрующийся и более полный. При большом избытке извести, задаваемой без предварительной дефекации, получается менее совершенная очистка сока и затрудняется фильтрация.
- диффузионный сок содержит взвешенные тонкие частицы и, кроме того, при нагревании к нему присоединяются хлопья скоагулированных белков; все эти частицы необходимо удалить, чтобы они не примешались к кристаллам сахара;
- отфильтровывать взвешенные частицы очень трудно, так как они заклеивают фильтр; кроме того, получить чистый, неопалесцирующий фильтрат вообще не удается;
- диффузионный сок имеет кислую реакцию (кислотность около 0,04% СаО и pH 6,0—6,5) и при непосредственном выпаривании его сахароза заметно инвертируется; необходима нейтрализация, для нейтрализации обычно применяют известь (дешевое основание), при этом выпадают осадки;
- диффузионный сок имеет темную окраску, которая при непосредственной переработке сока на сахар передалась бы и кристаллам сахара;
- выпаривание сока затруднительно, так как он обладает способностью сильно пениться;
- сок содержит в растворе значительное количество несахаров; эти несахара увеличивают выход мелассы и потери сахара в ней; в соке содержится много гидрофильных коллоидов (высокополимеров), которые при выпаривании дают очень вязкие растворы, мешая кристаллизации.
Цель очистки диффузионного сока состоит, следовательно, в том, чтобы: 1) освободить его от взвешенных частиц; 2) нейтрализовать и 3) удалить возможно больше несахаров из раствора, особенно же поверхностно-активные несахара и коллоиды (высоконолимеры).
Методы очистки сока. Так как диффузионный сок представляет собой весьма сложную смесь ряда веществ с разнообразными свойствами, то и методов для удаления этих веществ может быть очень много. Учет различных веществ, предлагавшихся для очистки диффузионного сока, произвел еще в 1937 г. Липпман, и уже тогда число таких веществ оказалось более 700.
В производственной практике прививаются, конечно, лишь наиболее дешевые способы, дающие в то же время наибольший и, по возможности, универсальный эффект; нужно при небольшом числе простых производственных операций воздействовать на возможно большее число разнообразных несахаров диффузионного сока.
В настоящее время после отбора из сотен предложений общепринятым методом оказался метод обработки диффузионного сока известью с последующим удалением избытка извести углекислым газом, т. е. обычная дефекация и сатурация. При этом сатурацию осуществляют обычно в два приема: после I сатурации остается еще некоторое количество извести в растворе (щелочность 0,08—0,10% СаО) и после II сатурации щелочность снижается до оптимального низшего предела.
Очистку диффузионного сока известью можно произвести весьма разнообразно: дефековать на холоду или при нагревании; сатурировать на холоду или при нагревании; работать с сухой известью или с известковым молоком; варьировать количество извести; изменять продолжительность операций; изменять последовательность и число операций и т. д.
Метод рассмотрения всех этих сложных вопросов примем следующий: прежде всего рассмотрим основные необходимые операции очистки, применяемые всюду, и выясним физико-химическую сущность процессов, происходящих при этих операциях; затем уже с точки зрения определенной физико-химической теории сделаем обзор, сопоставление и оценку ряда разнообразных вариантов в работе, встречающихся далеко не на каждом заводе.
Иначе говоря, сначала изучим наипростейшую схему очистки диффузионного сока и затем рассмотрим возможные ее усложнения.
Обычный метод очистки диффузионного сока. Элементы простейшей схемы очистки сока таковы: 1) нагрев диффузионного сока до температуры 85—90° С; 2) дефекация, т. е. обработка 2—3% извести по массе свеклы (в виде известкового молока); 3) I сатурация, т. с. обработка газом СО2 до щелочности 0,08— 0,10% СаО; 4) фильтрация; 5) II сатурация газом СО2 до низкой (оптимальной) щелочности; 6) фильтрация.
Основные операции это: 1) дефекация, 2) I сатурация, 3) II сатурация. Каждая из них имеет точно определенную основную целевую установку.
Дефекация имеет целью очистку диффузионного сока посредством коагуляции известью белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция извести (анионы щавелевой, фосфорной и ряда других кислот); кроме того, на дефекации идет ряд реакций разложения несахаров (амидов, редуцирующих веществ, пектиновых веществ).
Первая сатурация дополнительно очищает сок путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаСО3, который образуется при пропускании углекислого газа через дефекованный сок, содержащий избыток извести; именно для получения на сатурации значительного количества СаСО3 прибавляют к соку на дефекации почти в 10 раз больше извести, чем требуется для реакций осаждения и коагуляции несахаров. На I сатурации не всю известь превращают в СаСО3, часть ее (0,08—0,10%) оставляют свободной. Это делают потому, что в соке I сатурации еще находятся в виде суспензии все несахара, осажденные известью на дефекации; если удалить полностью известь из раствора, то эти осадки в отсутствие избытка осаждающего реактива (извести) вновь частично перейдут в раствор и ухудшат качество сока.
Вторая сатурация имеет целью возможно полное удаление извести в виде СаСО3: это делается допустимым, так как после I сатурации все осадки отфильтровываются и, следовательно, нет уже опасности перевести их в раствор, удаляя всю свободную известь.
Кроме дефекации и двух сатураций, за последние 20—25 лет широко распространилась на сахарных заводах еще предварительная дефекация. Она состоит в том, что перед главной обычной дефекацией предварительно задают в сок небольшую часть извести (0,25—0,30% к массе свеклы). Обнаружено на опыте, что при малых количествах извести осадок несахаров получается более плотный, легче фильтрующийся и более полный. При большом избытке извести, задаваемой без предварительной дефекации, получается менее совершенная очистка сока и затрудняется фильтрация.