Различные схемы очистки сока
25-04-2017, 16:43
Изложенные выше основные принципы улучшения качества осадка, ускоряющие седиментацию и фильтрацию, используются в ряде предложенных, иногда весьма сложных схем очистки сока. Приводим некоторые из них.
Схема Вашатко. Как видим, возвращается лишь 1/3—1/2 нефильтрованного сока после его пересатурирования до щелочности 0,015% СаО.
Применяют ППД с 0,3% СаО при 60° С, а затем тоже при 60° С добавляют еще 0,3% СаО для дефекации, причем в раствор переходит много СаО, так как температура невысока. Затем следует нагрев до 90° С и дефекация при этой температуре 5 мин (вся растворенная известь при этом остается в растворе).
Наконец, выполняется одновременно дефекация и сатурация.
Созданы все условия для агрегации высокополимеров и для получения крупных частиц СаСО3. Однако схема довольно сложная — нужны два дефекатора и три сатуратора: 1) для доведения до щелочности 0,1%) СаО после дефекации; 2) для дефеко-сатурации и 3) для пересатурации.
Прогрессивная дефеко-сатурация по БМА и Шнайдеру (брауншвейгская схема) изображена на рис. 129, а изменения pH и количества подаваемой извести показаны на рис. 130. Это наиболее сложная схема. Она включает три первые сатурации — IA, IB и /С, осуществляемые в отдельных котлах.
Диффузионный сок поступает в смеситель О, где к нему примешивается часть сгущенного осадка из отстойника 1C сатурации (количество около 15%). причем pH повышается до 8. Затем смесь в подогревателях нагревается до 80°С и идет на станцию IА дефеко-сатурацию, куда одновременно подается и сатурационный газ, и известковое молоко. Эта дефеко-сатурация проводится при pH 9 и на нее тратится половина всего известкового молока, предназначенного для первых сатураций и дефекации. Затем сок переходит непосредственно в котел IB дефеко-сатурации, на которую затрачивается 1/4 всей извести и здесь выдерживается pH 10,0. Из котла IB часть сока с осадком рециркулирует в котел IA в количестве около 150%. После котла IB сок нагревается до 85—90° С, проводится дефекация в особом дефекаторе в течение 6 мин с небольшим остатком извести (1/4 всего). Дефекованный сок поступает в последнюю станцию 1C дефеко-сатурации, причем к нему до поступления в сатуратор примешивается весь сгущенный осадок из отстойника II сатурации. В котле 1C поддерживают pH 11.
Получается крупнозернистый осадок с большой скоростью отстаивания (8—13 см/мин) и быстрофильтрующийся. Сок после отстойника и вакуум-фильтра проходит контрольную фильтрацию на фильтрпрессе, затем перед II сатурацией нагревается до 95° С. Сгущенный осадок из отстойника сока II сатурации полностью возвращается в сок перед 1C сатурацией. Таким образом никаких фильтров для сока II сатурации нет.
Обычной предварительной дефекации в схеме очистки по БМА нет. Вместо этого применена прогрессивная тройная дефеко-сатурация и, кроме того, рециркуляция осадка 1C в смеситель О с диффузионным соком. В этом смесителе получается pH 8, при котором по Бригель-Мюллеру уже имеем оптимальную коагуляцию высокополимеров диффузионного сока и образование конгломератов с частицами возвращенного СаСО3. В котле IA идет дефеко-сатурация с возвратом 150% сока с осадком из котла IB. В котле IA поддерживают pH 9,0, т. е. происходят реакции осаждения и адсорбция (ведь сюда вносят уже 50 % всей извести), но при таком низком pH и при обильной рециркуляции, конечно, почти не образуется новых частиц осадка СаСО3. В котле IB продолжается осаждение и адсорбция при несколько уже повышенном pH 10,0, но все же еще невысоком. Наконец, после краткой дефекации заканчивается последняя дефеко-сатурация в котле 1C уже при оптимальном pH 11.
При переработке подмороженной и испорченной свеклы обходят дефекационный котел и остатки извести дают лишь на 1C сатурацию. Тогда нигде ни на один момент не будем иметь избытка извести и повышенного pH, что, как увидим дальше, является основным требованием, чтобы и при переработке испорченной свеклы иметь удовлетворительные отстаивание и фильтрацию.
Все процессы сатурации здесь автоматизированы, автоматически подаются надлежащие рециркуляты, выдерживаются pH и длительность процессов. Однако все же в целом схема весьма сложна. Роль и удельное значение отдельных звеньев схемы еще недостаточно изучены, а такое изучение, может быть, позволило бы и упростить эту сложную схему.
Переработка поврежденной свеклы, особенно подвергавшейся замерзанию и оттаиванию при хранении.
Существует совершенно ошибочное фантастичное мнение, что будто бы при замораживании свеклы какая-то часть мякоти ее делается растворимой, поэтому сок такой свеклы имеет пониженную чистоту.
Снижение чистоты происходит лишь потому, что при замораживании освобождается инвертаза свеклы, которая после оттаивания начинает инвертировать сахарозу, что и приводит к снижению чистоты сока. Мы пробовали после быстрого изрезывания мерзлой свеклы в стружку столь же быстро прогревать ее до 80° С и получать диффузионный сок. При этом инвертаза была инактивирована, инверсии сахарозы не происходило и очищенный диффузионный сок оказывался точно таким же, как и при переработке свежей незамороженной свеклы. Следовало бы попробовать осуществить такую работу на сахарных заводах Сибири и Приуралья, где свекла быстро замерзает и долгое время хранится, не подвергаясь оттаиванию. Однако сделать это не легко, так как слишком перегревать стружку тоже нельзя из опасения перехода в раствор протопектина.
Значительной порче подвергается свекла после замораживания и оттаивания (иногда многократных). При этом накопляется инвертный сахар, который при щелочном разложении образует много солей кальция, повышающих вязкость, затрудняющих фильтрацию и дающих сок с высокой цветностью. Кроме того, протопектин при замораживании делается менее стойким и легче переходит в раствор на диффузии при нагревании. Поэтому в данном случае рекомендуют обычно быструю работу на диффузии при пониженной температуре (нагрев не требуется, так как протоплазма клеток уже денатурирована при замораживании).
При замораживании клетки свеклы умирают, и именно поэтому в них идет неорганизованная свободная деятельность инвертазы. Кроме того, мертвые клетки лишены иммунитета, поэтому в них свободно развиваются микроорганизмы, разлагающие сахарозу и ухудшающие сок. Особенно вредны бактерии типа лейконосток мезентероидес, образующие из сахарозы слизистые высокомолекулярные полисахариды типа декстрана (гексозана).
Итак, диффузионный сок из свеклы, подвергавшейся замораживанию и оттаиванию, содержит большее количество редуцирующих веществ, пектиновых веществ и слизистых высокополимерных полисахаридов типа декстрана.
Главным препятствием при дальнейшей переработке такого сока является чрезвычайно трудная медленная фильтрация после I сатурации, которая может почти остановить все производство.
Эти трудности фильтрации обычно приписывали пектиновым веществам, которых в соке было гораздо больше, чем при переработке свежей свеклы. Но и работах последнего времени, особенно в работе Ф.Н. Добронравова, обнаружено, что пектиновые вещества даже увеличивают скорость отстаивания в грязе-сгустителях, а скорость фильтрации уменьшают, но незначительно, и при современном методе работы с рециркуляцией нефильтрованного сока I сатурации это легко преодолеть.
В другой работе Ф.Н. Добронравов показал, что редуцирующие вещества (продукты их щелочного разложения) могут заметно затруднять и отстаивание, и фильтрацию, если количество их превышает 0,5%. При этом глюкоза почти не влияет, а все вредное влияние оказывает фруктоза. Нужно заметить, что дек-стран образуется под действием микробов именно из глюкозы, а фруктоза остается (нетронутой и может оказывать свое вредное влияние на отстаивание и фильтрацию.
Однако главное затруднение при отстаивании и фильтрации соков, полученных из мороженой и оттаявшей свеклы, оказывают именно соединения типа декстрана.
Декстран растворим в воде, но может дать осадок с известью (на 1 моль глюкозы, содержащейся в молекуле декстрана, для полного осаждения требуется 1,1 моль Са(ОН)2). Этот желатинозный осадок совершенно невозможно отфильтровать. Однако растворенная известь (в виде известковой воды или в виде сахарата кальция) не осаждает декстрана. Он соединяется лишь с известью, находящейся в осадке, давая нефильтруемое желатинозное соединение.
Для предотвращения образования желатинозного соединения декстрана с известью нужно всю очистку сока производить так, чтобы нигде не было избытка извести, находящегося в осадке. Поэтому именно в присутствии декстрана в диффузионном соке нельзя проводить основную дефекацию с избытком извести, что уже давно было замечено, но объяснялось только лишь вредным будто бы гидролизом пектиновой кислоты с превращением ее в пектовую кислоту.
Вредной оказывается при испорченной свекле и предварительная дефекация, если туда подается известковое молоко, т. е. Са(ОН)2 в осадке. Предварительную дефекацию можно проводить здесь только путем рециркуляции сока I сатурации вместе с осадком СаСО3.
Основная дефекация должна быть выключена, а известковое молоко подается в котел одновременной дефекации и сатурации. Общий расход извести при переработке испорченной (дефектной) свеклы увеличивается.
Оставшийся таким образом в растворе декстран, конечно, несколько увеличивает вязкость сока и замедляет фильтрацию, но это замедление не настолько значительно.
Описанный метод переработки испорченной свеклы с выключением основной дефекации легко выполнить при схеме очистки по БМА. Но и при обычной принятой в России схеме он тоже легко осуществляется.
Изложенный метод очистки при pH 11 позволяет также оставить незатронутыми, неразложенными редуцирующие вещества, т. е. можно избежать повышения цветности сока и повышения количества солей кальция. Но чтобы редуцирующие вещества не разлагались и на выпарке, и при уваривании, необходимо снижать pH до 7,5—7,8 перед выпаркой, проводя перед ней углубленную сульфитацию.
Схема Вашатко. Как видим, возвращается лишь 1/3—1/2 нефильтрованного сока после его пересатурирования до щелочности 0,015% СаО.
Применяют ППД с 0,3% СаО при 60° С, а затем тоже при 60° С добавляют еще 0,3% СаО для дефекации, причем в раствор переходит много СаО, так как температура невысока. Затем следует нагрев до 90° С и дефекация при этой температуре 5 мин (вся растворенная известь при этом остается в растворе).
Наконец, выполняется одновременно дефекация и сатурация.
Созданы все условия для агрегации высокополимеров и для получения крупных частиц СаСО3. Однако схема довольно сложная — нужны два дефекатора и три сатуратора: 1) для доведения до щелочности 0,1%) СаО после дефекации; 2) для дефеко-сатурации и 3) для пересатурации.
Прогрессивная дефеко-сатурация по БМА и Шнайдеру (брауншвейгская схема) изображена на рис. 129, а изменения pH и количества подаваемой извести показаны на рис. 130. Это наиболее сложная схема. Она включает три первые сатурации — IA, IB и /С, осуществляемые в отдельных котлах.
Диффузионный сок поступает в смеситель О, где к нему примешивается часть сгущенного осадка из отстойника 1C сатурации (количество около 15%). причем pH повышается до 8. Затем смесь в подогревателях нагревается до 80°С и идет на станцию IА дефеко-сатурацию, куда одновременно подается и сатурационный газ, и известковое молоко. Эта дефеко-сатурация проводится при pH 9 и на нее тратится половина всего известкового молока, предназначенного для первых сатураций и дефекации. Затем сок переходит непосредственно в котел IB дефеко-сатурации, на которую затрачивается 1/4 всей извести и здесь выдерживается pH 10,0. Из котла IB часть сока с осадком рециркулирует в котел IA в количестве около 150%. После котла IB сок нагревается до 85—90° С, проводится дефекация в особом дефекаторе в течение 6 мин с небольшим остатком извести (1/4 всего). Дефекованный сок поступает в последнюю станцию 1C дефеко-сатурации, причем к нему до поступления в сатуратор примешивается весь сгущенный осадок из отстойника II сатурации. В котле 1C поддерживают pH 11.
Получается крупнозернистый осадок с большой скоростью отстаивания (8—13 см/мин) и быстрофильтрующийся. Сок после отстойника и вакуум-фильтра проходит контрольную фильтрацию на фильтрпрессе, затем перед II сатурацией нагревается до 95° С. Сгущенный осадок из отстойника сока II сатурации полностью возвращается в сок перед 1C сатурацией. Таким образом никаких фильтров для сока II сатурации нет.
Обычной предварительной дефекации в схеме очистки по БМА нет. Вместо этого применена прогрессивная тройная дефеко-сатурация и, кроме того, рециркуляция осадка 1C в смеситель О с диффузионным соком. В этом смесителе получается pH 8, при котором по Бригель-Мюллеру уже имеем оптимальную коагуляцию высокополимеров диффузионного сока и образование конгломератов с частицами возвращенного СаСО3. В котле IA идет дефеко-сатурация с возвратом 150% сока с осадком из котла IB. В котле IA поддерживают pH 9,0, т. е. происходят реакции осаждения и адсорбция (ведь сюда вносят уже 50 % всей извести), но при таком низком pH и при обильной рециркуляции, конечно, почти не образуется новых частиц осадка СаСО3. В котле IB продолжается осаждение и адсорбция при несколько уже повышенном pH 10,0, но все же еще невысоком. Наконец, после краткой дефекации заканчивается последняя дефеко-сатурация в котле 1C уже при оптимальном pH 11.
При переработке подмороженной и испорченной свеклы обходят дефекационный котел и остатки извести дают лишь на 1C сатурацию. Тогда нигде ни на один момент не будем иметь избытка извести и повышенного pH, что, как увидим дальше, является основным требованием, чтобы и при переработке испорченной свеклы иметь удовлетворительные отстаивание и фильтрацию.
Все процессы сатурации здесь автоматизированы, автоматически подаются надлежащие рециркуляты, выдерживаются pH и длительность процессов. Однако все же в целом схема весьма сложна. Роль и удельное значение отдельных звеньев схемы еще недостаточно изучены, а такое изучение, может быть, позволило бы и упростить эту сложную схему.
Переработка поврежденной свеклы, особенно подвергавшейся замерзанию и оттаиванию при хранении.
Существует совершенно ошибочное фантастичное мнение, что будто бы при замораживании свеклы какая-то часть мякоти ее делается растворимой, поэтому сок такой свеклы имеет пониженную чистоту.
Снижение чистоты происходит лишь потому, что при замораживании освобождается инвертаза свеклы, которая после оттаивания начинает инвертировать сахарозу, что и приводит к снижению чистоты сока. Мы пробовали после быстрого изрезывания мерзлой свеклы в стружку столь же быстро прогревать ее до 80° С и получать диффузионный сок. При этом инвертаза была инактивирована, инверсии сахарозы не происходило и очищенный диффузионный сок оказывался точно таким же, как и при переработке свежей незамороженной свеклы. Следовало бы попробовать осуществить такую работу на сахарных заводах Сибири и Приуралья, где свекла быстро замерзает и долгое время хранится, не подвергаясь оттаиванию. Однако сделать это не легко, так как слишком перегревать стружку тоже нельзя из опасения перехода в раствор протопектина.
Значительной порче подвергается свекла после замораживания и оттаивания (иногда многократных). При этом накопляется инвертный сахар, который при щелочном разложении образует много солей кальция, повышающих вязкость, затрудняющих фильтрацию и дающих сок с высокой цветностью. Кроме того, протопектин при замораживании делается менее стойким и легче переходит в раствор на диффузии при нагревании. Поэтому в данном случае рекомендуют обычно быструю работу на диффузии при пониженной температуре (нагрев не требуется, так как протоплазма клеток уже денатурирована при замораживании).
При замораживании клетки свеклы умирают, и именно поэтому в них идет неорганизованная свободная деятельность инвертазы. Кроме того, мертвые клетки лишены иммунитета, поэтому в них свободно развиваются микроорганизмы, разлагающие сахарозу и ухудшающие сок. Особенно вредны бактерии типа лейконосток мезентероидес, образующие из сахарозы слизистые высокомолекулярные полисахариды типа декстрана (гексозана).
Итак, диффузионный сок из свеклы, подвергавшейся замораживанию и оттаиванию, содержит большее количество редуцирующих веществ, пектиновых веществ и слизистых высокополимерных полисахаридов типа декстрана.
Главным препятствием при дальнейшей переработке такого сока является чрезвычайно трудная медленная фильтрация после I сатурации, которая может почти остановить все производство.
Эти трудности фильтрации обычно приписывали пектиновым веществам, которых в соке было гораздо больше, чем при переработке свежей свеклы. Но и работах последнего времени, особенно в работе Ф.Н. Добронравова, обнаружено, что пектиновые вещества даже увеличивают скорость отстаивания в грязе-сгустителях, а скорость фильтрации уменьшают, но незначительно, и при современном методе работы с рециркуляцией нефильтрованного сока I сатурации это легко преодолеть.
В другой работе Ф.Н. Добронравов показал, что редуцирующие вещества (продукты их щелочного разложения) могут заметно затруднять и отстаивание, и фильтрацию, если количество их превышает 0,5%. При этом глюкоза почти не влияет, а все вредное влияние оказывает фруктоза. Нужно заметить, что дек-стран образуется под действием микробов именно из глюкозы, а фруктоза остается (нетронутой и может оказывать свое вредное влияние на отстаивание и фильтрацию.
Однако главное затруднение при отстаивании и фильтрации соков, полученных из мороженой и оттаявшей свеклы, оказывают именно соединения типа декстрана.
Декстран растворим в воде, но может дать осадок с известью (на 1 моль глюкозы, содержащейся в молекуле декстрана, для полного осаждения требуется 1,1 моль Са(ОН)2). Этот желатинозный осадок совершенно невозможно отфильтровать. Однако растворенная известь (в виде известковой воды или в виде сахарата кальция) не осаждает декстрана. Он соединяется лишь с известью, находящейся в осадке, давая нефильтруемое желатинозное соединение.
Для предотвращения образования желатинозного соединения декстрана с известью нужно всю очистку сока производить так, чтобы нигде не было избытка извести, находящегося в осадке. Поэтому именно в присутствии декстрана в диффузионном соке нельзя проводить основную дефекацию с избытком извести, что уже давно было замечено, но объяснялось только лишь вредным будто бы гидролизом пектиновой кислоты с превращением ее в пектовую кислоту.
Вредной оказывается при испорченной свекле и предварительная дефекация, если туда подается известковое молоко, т. е. Са(ОН)2 в осадке. Предварительную дефекацию можно проводить здесь только путем рециркуляции сока I сатурации вместе с осадком СаСО3.
Основная дефекация должна быть выключена, а известковое молоко подается в котел одновременной дефекации и сатурации. Общий расход извести при переработке испорченной (дефектной) свеклы увеличивается.
Оставшийся таким образом в растворе декстран, конечно, несколько увеличивает вязкость сока и замедляет фильтрацию, но это замедление не настолько значительно.
Описанный метод переработки испорченной свеклы с выключением основной дефекации легко выполнить при схеме очистки по БМА. Но и при обычной принятой в России схеме он тоже легко осуществляется.
Изложенный метод очистки при pH 11 позволяет также оставить незатронутыми, неразложенными редуцирующие вещества, т. е. можно избежать повышения цветности сока и повышения количества солей кальция. Но чтобы редуцирующие вещества не разлагались и на выпарке, и при уваривании, необходимо снижать pH до 7,5—7,8 перед выпаркой, проводя перед ней углубленную сульфитацию.