II сатурация
25-04-2017, 16:49
Осаждение солей СаО. Как уже было указано выше, II сатурация применяется с целью максимального удаления ионов кальция. Процесс сатурации ведут до оптимальной щелочности, после чего в растворе имеем К2СО3. Судя по очень малой растворимости СаСО3, в растворе должно бы остаться не более 0,001% СаО, а его остается в десятки раз больше — 0,01—0,02% СаО. Очевидно, химический процесс на II сатурации гораздо сложнее того, который был изложен согласно старым работам Шпенглера и Бренделя. За последние 30 лет вопросу о солях кальция на II сатурации посвящен ряд весьма обстоятельных работ Дедка, Брингель-Мюллера и Брюнихе-Ольсена и в самое последнее время Бурианка.
При повышенном содержании СаО в соке и при низкой натуральной щелочности Шпенглер и Брендель рекомендовали добавлять соду. Однако Дедек показал, что при добавлении соды часто происходит парадоксальное явление: осадков на выпарке образуется еще больше. Дело в том, что при малом количестве прибавленной соды получается лишь более пересыщенный раствор СаСОз, из которого углекислый кальций в большем количестве выпадает на выпарке. Поэтому приходится давать соду в значительном избытке, что связано с увеличением расходов, а при больших количествах СаО почти невозможно добиться значительного их снижения. Кроме того, повышается и потеря сахара в мелассе. Гораздо быстрее и полнее выпадает Са3(РО4)2 при добавлении Nа3РО4. Фосфат натрия можно давать даже прямо на выпарку, так как осадок Са3(РО4)2 не пристает к поверхности нагрева и не образует накипи.
Бригель-Мюллер и Брюнихе-Ольсен показали четко, почему при наличии ионов Са" и СО3" все-таки не наблюдается достаточно полного выпадения СаСО3. Это объясняется тем, что в водном растворе К2СО3 нет соответствующей концентрации ионов СО3'', так как, особенно при высокой температуре II сатурации, идет гидролиз этой соли очень слабой кислоты:
В присутствии сахарозы этот гидролиз сильно возрастает, так как часть К'|ОН' образует сахарат
Соотношения между всеми этими компонентами зависят от pH и температуры и показаны на диаграмме рис. 131. Как видно, при температуре 85° С лишь малая часть К2СО3, находящегося в растворе, образует ионы СО3'', вызывающие осаждение СаСО3; большая часть этой соли дает вследствие гидролиза ионы НСО3', ОН' и сахарат. Так, при обычном оптимальном pH 9,25 для II сатурации при содержании 15% сахара лишь 25% из всего К2СО3 дает ионы СО3''. Гидролиз К2СO3 можно считать незначительным лишь при температуре 20° С и при pH 12, но такого высокого pH на II сатурации не может быть. Это осложняется еще тем, что в присутствии сахара и аминокислот СаСО3 может образовывать пересыщенные сахарные растворы.
Оптимум и контроль II сатурации. Оптимальной щелочностью II сатурации, как было уже сказано, называется та щелочность, при которой остается в соке минимальное количество СаО. Ее определяют опытной сатурацией сока I сатурации в лаборатории. Однако это определение слишком трудоемко. pH сока при оптимальной щелочности II сатурации обычно составляет 9,0—9,5, в среднем 9,25. Лучше было бы и контролировать II сатурацию при помощи индикатора тимолового синего на pH 9,25.
Проще всего было бы определять в лаборатории оптимальную щелочность II сатурации очень простым способом: около 100—200 мл сока I сатурации пересатурировать на холоду до реакции, нейтральной па фенолфталеин, добавить к нему около 0,5 г порошка СаСО3, кипятить 5 мин в конической колбе (чтобы было лишь минимальное испарение воды), а лучше всего кипятить с обратным холодильником; бикарбонаты при этом будут разлагаться; затем фильтровать и определять возникшую при этом щелочность. Очевидно, при такой щелочности не может образоваться на II сатурации Са(НСО3)2. Во всяком случае обычно при такой обработке получается фильтрат, содержащий меньше солей кальция, чем заводской сок II сатурации. Недавнее исследование, проведенное М.С. Жигаловым, показало, что оптимальная щелочность, определенная этим способом, вполне совпадает со щелочностью, найденной сложным старым методом. При этом определяется также оптимальное значение pH, которое и устанавливают при автоматическом контроле II сатурации по потенциометру.
Можно также проконтролировать наличие Са(НСО3)2 в заводском соке II сатурации. Для этого нужно определить содержание СаО в соке II сатурации, затем к 100—200 мл сока в конической колбе добавить 0,5 г СаСО3, кипятить 5 мин, фильтровать и вновь определять СаО. Разность результатов двух определений СаО показывает, какое количество СаО содержится в соке II сатурации в виде бикарбоната, которое может давать осадок на выпарке. Чем эта разница меньше, тем лучше.
Бурианек совершенно правильно обратил внимание на то, что оптимальная щелочность II сатурации часто совсем не является оптимальной для прочих станций сахарного завода. Например, при высокой натуральной щелочности оптимальная щелочность на II сатурации может оказаться очень высокой, например 0,04—0,05% СаО. Но такие сильно щелочные продукты трудно уваривать и кристаллизовать. Поэтому в дальнейшем путем сульфитации перед выпаркой и после нее нужно будет снизить щелочность. Наоборот, при низкой натуральной щелочности оптимальная щелочность II сатурации окажется очень низкой — ниже 0,01 % СаО. Тогда возникает опасность получить на выпарке после удаления аммиака кислый сок и опасность инверсии сахарозы.
В этом случае надо повысить щелочность, например, добавляя Na2CО3, но лучше — NaOH, так как Na2CО3 может, как сказано выше, вызвать осаждение СаСО3 на выпарке.
Выдерживать равномерную оптимальную щелочность на II сатурации все же трудно и временами возможно появление избытка СО2. Чтобы все же избежать образования бикарбоната кальция, нужно, как уже было сказано, поддерживать высокую температуру па II сатурации, нагревая сок перед ней до 100°С.
Добавление извести на II сатурации. Иногда на II сатурацию добавляют около 0,25% СаО в виде известкового молока. При этом же суммарном расходе извести получается несколько лучший эффект адсорбции. Выше было указано, что ступенчатое использование адсорбента (т. е. разделение того же его количества на две порции и последовательное применение их) эффективнее, чем однократное использование адсорбента.
Однако нужно заметить, чтo при такой добавке СаО количество газа, пропускаемого на II сатурации, и количество осадка СаСО3 возрастают примерно в 4 раза. Увеличение количества осадка увеличивает работу по фильтрации сока II сатурации и по промыванию осадка.
При повышенном содержании СаО в соке и при низкой натуральной щелочности Шпенглер и Брендель рекомендовали добавлять соду. Однако Дедек показал, что при добавлении соды часто происходит парадоксальное явление: осадков на выпарке образуется еще больше. Дело в том, что при малом количестве прибавленной соды получается лишь более пересыщенный раствор СаСОз, из которого углекислый кальций в большем количестве выпадает на выпарке. Поэтому приходится давать соду в значительном избытке, что связано с увеличением расходов, а при больших количествах СаО почти невозможно добиться значительного их снижения. Кроме того, повышается и потеря сахара в мелассе. Гораздо быстрее и полнее выпадает Са3(РО4)2 при добавлении Nа3РО4. Фосфат натрия можно давать даже прямо на выпарку, так как осадок Са3(РО4)2 не пристает к поверхности нагрева и не образует накипи.
Бригель-Мюллер и Брюнихе-Ольсен показали четко, почему при наличии ионов Са" и СО3" все-таки не наблюдается достаточно полного выпадения СаСО3. Это объясняется тем, что в водном растворе К2СО3 нет соответствующей концентрации ионов СО3'', так как, особенно при высокой температуре II сатурации, идет гидролиз этой соли очень слабой кислоты:
В присутствии сахарозы этот гидролиз сильно возрастает, так как часть К'|ОН' образует сахарат
Соотношения между всеми этими компонентами зависят от pH и температуры и показаны на диаграмме рис. 131. Как видно, при температуре 85° С лишь малая часть К2СО3, находящегося в растворе, образует ионы СО3'', вызывающие осаждение СаСО3; большая часть этой соли дает вследствие гидролиза ионы НСО3', ОН' и сахарат. Так, при обычном оптимальном pH 9,25 для II сатурации при содержании 15% сахара лишь 25% из всего К2СО3 дает ионы СО3''. Гидролиз К2СO3 можно считать незначительным лишь при температуре 20° С и при pH 12, но такого высокого pH на II сатурации не может быть. Это осложняется еще тем, что в присутствии сахара и аминокислот СаСО3 может образовывать пересыщенные сахарные растворы.
Оптимум и контроль II сатурации. Оптимальной щелочностью II сатурации, как было уже сказано, называется та щелочность, при которой остается в соке минимальное количество СаО. Ее определяют опытной сатурацией сока I сатурации в лаборатории. Однако это определение слишком трудоемко. pH сока при оптимальной щелочности II сатурации обычно составляет 9,0—9,5, в среднем 9,25. Лучше было бы и контролировать II сатурацию при помощи индикатора тимолового синего на pH 9,25.
Проще всего было бы определять в лаборатории оптимальную щелочность II сатурации очень простым способом: около 100—200 мл сока I сатурации пересатурировать на холоду до реакции, нейтральной па фенолфталеин, добавить к нему около 0,5 г порошка СаСО3, кипятить 5 мин в конической колбе (чтобы было лишь минимальное испарение воды), а лучше всего кипятить с обратным холодильником; бикарбонаты при этом будут разлагаться; затем фильтровать и определять возникшую при этом щелочность. Очевидно, при такой щелочности не может образоваться на II сатурации Са(НСО3)2. Во всяком случае обычно при такой обработке получается фильтрат, содержащий меньше солей кальция, чем заводской сок II сатурации. Недавнее исследование, проведенное М.С. Жигаловым, показало, что оптимальная щелочность, определенная этим способом, вполне совпадает со щелочностью, найденной сложным старым методом. При этом определяется также оптимальное значение pH, которое и устанавливают при автоматическом контроле II сатурации по потенциометру.
Можно также проконтролировать наличие Са(НСО3)2 в заводском соке II сатурации. Для этого нужно определить содержание СаО в соке II сатурации, затем к 100—200 мл сока в конической колбе добавить 0,5 г СаСО3, кипятить 5 мин, фильтровать и вновь определять СаО. Разность результатов двух определений СаО показывает, какое количество СаО содержится в соке II сатурации в виде бикарбоната, которое может давать осадок на выпарке. Чем эта разница меньше, тем лучше.
Бурианек совершенно правильно обратил внимание на то, что оптимальная щелочность II сатурации часто совсем не является оптимальной для прочих станций сахарного завода. Например, при высокой натуральной щелочности оптимальная щелочность на II сатурации может оказаться очень высокой, например 0,04—0,05% СаО. Но такие сильно щелочные продукты трудно уваривать и кристаллизовать. Поэтому в дальнейшем путем сульфитации перед выпаркой и после нее нужно будет снизить щелочность. Наоборот, при низкой натуральной щелочности оптимальная щелочность II сатурации окажется очень низкой — ниже 0,01 % СаО. Тогда возникает опасность получить на выпарке после удаления аммиака кислый сок и опасность инверсии сахарозы.
В этом случае надо повысить щелочность, например, добавляя Na2CО3, но лучше — NaOH, так как Na2CО3 может, как сказано выше, вызвать осаждение СаСО3 на выпарке.
Выдерживать равномерную оптимальную щелочность на II сатурации все же трудно и временами возможно появление избытка СО2. Чтобы все же избежать образования бикарбоната кальция, нужно, как уже было сказано, поддерживать высокую температуру па II сатурации, нагревая сок перед ней до 100°С.
Добавление извести на II сатурации. Иногда на II сатурацию добавляют около 0,25% СаО в виде известкового молока. При этом же суммарном расходе извести получается несколько лучший эффект адсорбции. Выше было указано, что ступенчатое использование адсорбента (т. е. разделение того же его количества на две порции и последовательное применение их) эффективнее, чем однократное использование адсорбента.
Однако нужно заметить, чтo при такой добавке СаО количество газа, пропускаемого на II сатурации, и количество осадка СаСО3 возрастают примерно в 4 раза. Увеличение количества осадка увеличивает работу по фильтрации сока II сатурации и по промыванию осадка.