Цель и основные реакции II сатурации
25-04-2017, 12:15
Эта сатурация имеет целью уменьшить содержание извести и солей кальция в соке до минимального предела и, таким образом, повысить чистоту сока. Если известь и известковые соли не удалить достаточно полно, то это приведет к быстрому появлению осадков на выпарке, где выпадут неудаленные своевременно известковые соли. Кроме того, обилие известковых солей вызывает иногда затруднения при уваривании, увеличивает выход мелассы и потерю сахара в ней.
На I сатурации приходится еще оставлять в растворе избыток извести (0,08—0,10% СаО и pH 11), так как иначе осажденные соли кальция начнут вновь переходить в раствор. На II сатурации этого препятствия к наиболее полному удалению извести нет, потому что все осадки солей кальция, выпавшие на дефекации и на I сатурации, уже удалены путем фильтрации. На II сатурацию поступает лишь фильтрованный сок I сатурации, который, как было уже указано выше, содержит
Основные процессы. 1. Углекислый газ, пропускаемый на II сатурации в сок, прежде всего продолжает то же действие, как и на I сатурации, т. е. осаждает известь и таким образом понижает щелочность сока:
2. Когда известь уже осаждена, углекислота действует на К'|ОН', превращая его в карбонат:
При этом титруемая щелочность на фенолфталеин продолжает уменьшаться.
Хотя вследствие гидролиза K2|CO3 имеет щелочную реакцию на фенолфталеин (K2'|CO3'' + Н|ОН' ? К'|НСО3' + К'|ОН'), но при оттитровывании наступает нейтральная реакция уже в момент превращения К2'|СО3' в бикарбонат:
Таким образом, на К2'|СО3'' требуется лишь один эквивалент Н'|Сl', тогда как на соответствующее количество 2К'|ОН' при оттитровывании требовалось бы 2Н'|Сl'. т. е. в 2 раза больше.
K2'|CO3'' реагирует с солями кальция, осаждая карбонат кальция:
Последняя реакция для II сатурации особенно важна, так как следствием ее является снижение количества находящихся в растворе солей кальция, в чем заключается главная цель II сатурации. Реакцию эту можно рассматривать как обратимую, если иметь в виду, что СаСО3, хотя и слабо, но все-таки растворим в воде.
Однако в растворе остается еще гораздо большее (в 5—10 раз) количество СаО, чем количество его, соответствующее растворимости СаСО3. Это объясняется, вероятно, отчасти тем, что образуются пересыщенные растворы СаСО3, из которых он лишь весьма медленно выпадает, особенно в присутствии сахара.
Кроме того, огромное значение имеет явление гидролиза К2|СО3'', т. е. осаждающего реактива при повышенной температуре:
Таким образом, имеем анионы Н' и HCO3', а концентрация осаждающего аниона СО3 оказывается очень мала, что и ухудшает осаждение солей кальция.
Во всяком случае избыток нашего осаждающего реактива (К2'СО3"), согласно закону действия масс, должен вызывать более полное осаждение СаСО3. Следовательно, нужно стремиться получить в растворе как можно больше К2'|СО3''.
Если после превращения всего К‘|ОН' в К2'|СО3'' еще продолжать сатурацию, то сок окажется пересатурированным, так как пойдет реакция образования бикарбонатов кальция и калия:
Са''|(НСО3)2' имеет уже весьма заметную растворимость в воде (около 0,1%, считая па СаСО3). Поэтому превращение К2'|СО3'' в К'|НСО3' уже приведет к меньшей полноте осаждения СаСО3, так как уменьшается количество осаждающего реактива К2'|СО3".
Щелочность и соли кальция после II сатурации. Итак, щелочность сока II сатурации при нормальной работе зависит главным образом от содержащегося в нем избытка К2'|СО3'' (кроме того, в соке содержится небольшое количество аммиака, выделившегося из солей аммония и из амидов при их разложении). В осадке на II сатурации имеется почти чистый СаСО3, загрязненный лишь небольшим количеством осажденных и адсорбированных несахаров.
В соке II сатурации солей кальция содержится значительно меньше, чем в соке I сатурации. Все это можно выразить следующей схемой:
Натуральная, или естественная, щелочность. На реакцию осаждения карбоната кальция из его солей затрачивается некоторое количество К2СО3:
Обычно после осаждения солей кальция остается в растворе в сатурационном соке еще некоторое избыточное количество К2СО3. Этот избыток К2СО3 и называется натуральной, или естественной, щелочностью. Различают теоретическую и практическую натуральную щелочность.
Теоретической натуральной щелочностью называется избыток К2СО3 (выраженный, как принято в сахарной промышленности, в эквивалентном количестве СаО), который остается после полного осаждения всех солей кальция. На самом деле на заводе такого полного осаждения кальция никогда не бывает.
Практической «натуральной щелочностью называют тот избыток К2СO3 (также считая на СаО), который остается на самом деле в соке II сатурации после практически достижимого неполного осаждения солей кальция. Таким образом, практическая натуральная щелочность всегда выше теоретической.
Натуральная щелочность — важный показатель, так как она обнаруживает количество избыточного реактива (К2СО3), осаждающего СаСОз. Следовательно, чем больше натуральная щелочность, тем полнее удаление солей кальция из сатурационного сока.
Величина-натуральной щелочности зависит от состава диффузионного сока. Вспомним, что К2СО3 образовался из КОН, который в свою очередь появился в результате реакций осаждения (эквивалентен количеству осаждаемых анионов, за вычетом свободной кислотности диффузионного сока).
Некоторые соли кальция оказываются на дефекации в растворе в результате реакций разложения (амидов, редуцирующих веществ). Таким образом, если веществ, разлагаемых известью, мало, то будет мало и солей кальция, реакции осаждения будут преобладать и К2СО3 окажется в значительном избытке, т. е. получится высокая натуральная щелочность. При увеличении в свекле количества вредного азота, пектиновых веществ или редуцирующих веществ (также при увеличении кислотности диффузионного сока) натуральная щелочность уменьшается.
Следовательно, натуральная щелочность низка в засушливые годы и в восточных континентальных районах (много вредного азота и амидов); низка она также у долго хранившейся, испорченной свеклы (больше вредного азота и редуцирующих веществ). Она очень часто может быть даже отрицательной, т. е. К2СО3 не хватает для осаждения Са''.
Величина натуральной щелочности колеблется весьма значительно: например, в России она обычно около 0,02%, а в годы с влажной погодой повышается до 0,05%.
Оптимальная щелочность сока II сатурации. Это щелочность, при которой в соке остается минимальное количество солей кальция, так как наиболее полное удаление этих солей — главная задача II сатурации. Мы видели, что при недосатурировании и при пересатурировании на II сатурации СаСО3 всегда осаждается менее полно и в растворе остается больше кальциевых солей. Надо уметь выбрать ту щелочность, при которой сок наиболее чист. Это достигают непосредственным опытом с несколькими литрами сока I сатурации: проводят в лаборатории II сатурацию сока почти до нейтральной реакции, но отбирают ряд проб при различной щелочности.
Оптимальной щелочностью будет та, которая соответствует самому малому содержанию солей кальция в растворе.
Температура сока на II сатурации имеет весьма большое значение. При температуре кипения бикарбонаты калия и кальция разлагаются с выделением СО2:
Поэтому при температуре около 100° С бикарбонаты не могут образовываться, хотя бы пропускали и избыток СО2.
Таким образом, высокая температура сока на II сатурации является наилучшим методом, предотвращающим образование бикарбонатов в растворе и получение пересатурированных соков. Перед II сатурацией сок необходимо нагревать до температуры 100—102° С.
Образовавшийся на II сатурации бикарбонат кальция (при низкой температуре, при чрезмерной сатурации) вызывает затруднения на выпарке: он там разлагается с выделением СаСО3, который образует на поверхности нагрева плотный осадок и снижает коэффициент теплопередачи и производительность выпарки.
Добавка извести на II сатурации. Иногда добавляют в сатуратор II сатурации небольшое количество известкового молока (около 0,25% СаО по массе свеклы), чтобы образовалось больше осадка СаСО3, который еще раз дополнительно очищает сок путем адсорбции. Это, действительно, дает значительный эффект.
На I сатурации приходится еще оставлять в растворе избыток извести (0,08—0,10% СаО и pH 11), так как иначе осажденные соли кальция начнут вновь переходить в раствор. На II сатурации этого препятствия к наиболее полному удалению извести нет, потому что все осадки солей кальция, выпавшие на дефекации и на I сатурации, уже удалены путем фильтрации. На II сатурацию поступает лишь фильтрованный сок I сатурации, который, как было уже указано выше, содержит
Основные процессы. 1. Углекислый газ, пропускаемый на II сатурации в сок, прежде всего продолжает то же действие, как и на I сатурации, т. е. осаждает известь и таким образом понижает щелочность сока:
2. Когда известь уже осаждена, углекислота действует на К'|ОН', превращая его в карбонат:
При этом титруемая щелочность на фенолфталеин продолжает уменьшаться.
Хотя вследствие гидролиза K2|CO3 имеет щелочную реакцию на фенолфталеин (K2'|CO3'' + Н|ОН' ? К'|НСО3' + К'|ОН'), но при оттитровывании наступает нейтральная реакция уже в момент превращения К2'|СО3' в бикарбонат:
Таким образом, на К2'|СО3'' требуется лишь один эквивалент Н'|Сl', тогда как на соответствующее количество 2К'|ОН' при оттитровывании требовалось бы 2Н'|Сl'. т. е. в 2 раза больше.
K2'|CO3'' реагирует с солями кальция, осаждая карбонат кальция:
Последняя реакция для II сатурации особенно важна, так как следствием ее является снижение количества находящихся в растворе солей кальция, в чем заключается главная цель II сатурации. Реакцию эту можно рассматривать как обратимую, если иметь в виду, что СаСО3, хотя и слабо, но все-таки растворим в воде.
Однако в растворе остается еще гораздо большее (в 5—10 раз) количество СаО, чем количество его, соответствующее растворимости СаСО3. Это объясняется, вероятно, отчасти тем, что образуются пересыщенные растворы СаСО3, из которых он лишь весьма медленно выпадает, особенно в присутствии сахара.
Кроме того, огромное значение имеет явление гидролиза К2|СО3'', т. е. осаждающего реактива при повышенной температуре:
Таким образом, имеем анионы Н' и HCO3', а концентрация осаждающего аниона СО3 оказывается очень мала, что и ухудшает осаждение солей кальция.
Во всяком случае избыток нашего осаждающего реактива (К2'СО3"), согласно закону действия масс, должен вызывать более полное осаждение СаСО3. Следовательно, нужно стремиться получить в растворе как можно больше К2'|СО3''.
Если после превращения всего К‘|ОН' в К2'|СО3'' еще продолжать сатурацию, то сок окажется пересатурированным, так как пойдет реакция образования бикарбонатов кальция и калия:
Са''|(НСО3)2' имеет уже весьма заметную растворимость в воде (около 0,1%, считая па СаСО3). Поэтому превращение К2'|СО3'' в К'|НСО3' уже приведет к меньшей полноте осаждения СаСО3, так как уменьшается количество осаждающего реактива К2'|СО3".
Щелочность и соли кальция после II сатурации. Итак, щелочность сока II сатурации при нормальной работе зависит главным образом от содержащегося в нем избытка К2'|СО3'' (кроме того, в соке содержится небольшое количество аммиака, выделившегося из солей аммония и из амидов при их разложении). В осадке на II сатурации имеется почти чистый СаСО3, загрязненный лишь небольшим количеством осажденных и адсорбированных несахаров.
В соке II сатурации солей кальция содержится значительно меньше, чем в соке I сатурации. Все это можно выразить следующей схемой:
Натуральная, или естественная, щелочность. На реакцию осаждения карбоната кальция из его солей затрачивается некоторое количество К2СО3:
Обычно после осаждения солей кальция остается в растворе в сатурационном соке еще некоторое избыточное количество К2СО3. Этот избыток К2СО3 и называется натуральной, или естественной, щелочностью. Различают теоретическую и практическую натуральную щелочность.
Теоретической натуральной щелочностью называется избыток К2СО3 (выраженный, как принято в сахарной промышленности, в эквивалентном количестве СаО), который остается после полного осаждения всех солей кальция. На самом деле на заводе такого полного осаждения кальция никогда не бывает.
Практической «натуральной щелочностью называют тот избыток К2СO3 (также считая на СаО), который остается на самом деле в соке II сатурации после практически достижимого неполного осаждения солей кальция. Таким образом, практическая натуральная щелочность всегда выше теоретической.
Натуральная щелочность — важный показатель, так как она обнаруживает количество избыточного реактива (К2СО3), осаждающего СаСОз. Следовательно, чем больше натуральная щелочность, тем полнее удаление солей кальция из сатурационного сока.
Величина-натуральной щелочности зависит от состава диффузионного сока. Вспомним, что К2СО3 образовался из КОН, который в свою очередь появился в результате реакций осаждения (эквивалентен количеству осаждаемых анионов, за вычетом свободной кислотности диффузионного сока).
Некоторые соли кальция оказываются на дефекации в растворе в результате реакций разложения (амидов, редуцирующих веществ). Таким образом, если веществ, разлагаемых известью, мало, то будет мало и солей кальция, реакции осаждения будут преобладать и К2СО3 окажется в значительном избытке, т. е. получится высокая натуральная щелочность. При увеличении в свекле количества вредного азота, пектиновых веществ или редуцирующих веществ (также при увеличении кислотности диффузионного сока) натуральная щелочность уменьшается.
Следовательно, натуральная щелочность низка в засушливые годы и в восточных континентальных районах (много вредного азота и амидов); низка она также у долго хранившейся, испорченной свеклы (больше вредного азота и редуцирующих веществ). Она очень часто может быть даже отрицательной, т. е. К2СО3 не хватает для осаждения Са''.
Величина натуральной щелочности колеблется весьма значительно: например, в России она обычно около 0,02%, а в годы с влажной погодой повышается до 0,05%.
Оптимальная щелочность сока II сатурации. Это щелочность, при которой в соке остается минимальное количество солей кальция, так как наиболее полное удаление этих солей — главная задача II сатурации. Мы видели, что при недосатурировании и при пересатурировании на II сатурации СаСО3 всегда осаждается менее полно и в растворе остается больше кальциевых солей. Надо уметь выбрать ту щелочность, при которой сок наиболее чист. Это достигают непосредственным опытом с несколькими литрами сока I сатурации: проводят в лаборатории II сатурацию сока почти до нейтральной реакции, но отбирают ряд проб при различной щелочности.
Оптимальной щелочностью будет та, которая соответствует самому малому содержанию солей кальция в растворе.
Температура сока на II сатурации имеет весьма большое значение. При температуре кипения бикарбонаты калия и кальция разлагаются с выделением СО2:
Поэтому при температуре около 100° С бикарбонаты не могут образовываться, хотя бы пропускали и избыток СО2.
Таким образом, высокая температура сока на II сатурации является наилучшим методом, предотвращающим образование бикарбонатов в растворе и получение пересатурированных соков. Перед II сатурацией сок необходимо нагревать до температуры 100—102° С.
Образовавшийся на II сатурации бикарбонат кальция (при низкой температуре, при чрезмерной сатурации) вызывает затруднения на выпарке: он там разлагается с выделением СаСО3, который образует на поверхности нагрева плотный осадок и снижает коэффициент теплопередачи и производительность выпарки.
Добавка извести на II сатурации. Иногда добавляют в сатуратор II сатурации небольшое количество известкового молока (около 0,25% СаО по массе свеклы), чтобы образовалось больше осадка СаСО3, который еще раз дополнительно очищает сок путем адсорбции. Это, действительно, дает значительный эффект.