Подготовка питательной воды

9-05-2017, 16:14

В процессе экстракции сахара наиболее существенными с точки зрения обеспечения нормальной работы диффузионных аппаратов являются физико-химические свойства свекловичной ткани (упругость, твердость и т. д.). При низких значениях этих показателей происходит уплотнение слоя из-за слипания отдельных стружинок и их дробление. В результате этого уменьшается живое сечение стружечного слоя и затрудняется прохождение экстрагируемой жидкости, что влечет за собой увеличение содержания сахара в жоме, продолжительность процессов, ухудшение качества получаемого сока вследствие перехода в сок несахаров (главным образом высокомолекулярных соединений) и т. д. Наиболее полное извлечение сахара из стружки при высоком качестве диффузионного сока может быть достигнуто при таком режиме процесса, когда ткань имеет оптимальные показатели прочности.
Одним из направлений упрочнения свекловичной ткани в процессе экстракции, которое в течение последних двух десятилетий интенсивно развивалось, являлось химическое воздействие на свекловичную стружку путем соответствующей подготовки питательной воды на диффузию.
Применение в качестве питательной воды аммиачных конденсатов и барометрической воды требует соответствующей ее обработки. Это связано с тем, что барометрическая вода содержит аммиак, за счет которого величина ее рН равна приблизительно 8...9. При таком значении рН воды на диффузию резко увеличивается переход пектиновых веществ в диффузионный сок. Это связано с разрушением под воздействием иона ОН- глюкозидных связей полигалактуроновой кислоты, являющейся основой пектиновых веществ и перехода части нерастворимого протопектина в растворимые пектиновые вещества. Вследствие этого, кроме ухудшения качества диффузионного сока, происходит также снижение упругости стружки. Наличие же повышенного количества пектиновых веществ в диффузионном соке отрицательно влияет на процесс отделения осадка сока I сатурации, замедляет процесс кристаллизации сахара, повышает вязкость продуктов и содержание сахара в мелассе.
В отличие от иона ОН-, ион Н+ и ионы двух- и трехвалентных металлов, наоборот, укрепляют структуру стружки, делая последнюю более упругой. На этом и основано подкисление питательной воды до рН 5,5...6,5 с целью уменьшения перехода пектиновых веществ в диффузионный сок.
При применении на диффузию подкисленной воды часть ионов пектиновых веществ стружки (в основном одновалентных) обменивается на протоны. Протонные карбоксильные группы полимера могут образовывать с соседними подкисленными группами мостиковые связи через воду, что способствует образованию поперечной сетки полимерной цепи, за счет которой происходит сжатие цепи пектина стружки. Это, в свою очередь, влияет на эластичность клеточной ткани и приводит к уменьшению растворимости пектиновых веществ.
Подкисление питательной воды связано с применением химических реагентов, которые должны удовлетворять ряду требований: повышать прочность свекловичной ткани, не инвертировать сахарозу, не корродировать металл и полностью удаляться в процессе очистки диффузионного сока.
Во ВНИИСПе были проведены сравнительные исследования по выявлению эффективности применения для этих целей сернистой, угольной и ортофосфорной кислоты, кальциевые соли которых малорастворимы и в процессе очистки практически полностью осаждаются. Эти исследования показали, что подкисление аммиачной воды углекислым газом не дает устойчивое значение рН, т. к. оно увеличивается в процессе нагревания растворов.
Самое устойчивое значение рН имеет место при подкислении аммиачной воды ортофосфорной кислотой.
Сульфитация и обработка ортофосфорной кислотой, как показали исследования, замедляет снижение модуля упругости, но меньше, чем однозамешенный фосфат кальция. Последнее, по А.Д. Голубевой и др., объясняется тем, что ионы кальция, взаимодействуя с карбоксильными группами пектиновых веществ, переводят их в нерастворимое состояние, что предотвращает набухание и гидролиз пектиновых веществ. Вначале этот процесс идет на поверхности свекловичной стружки, а затем ионы кальция проникают внутрь стружки, где они также взаимодействуют с карбоксильными группами.
Известно, что отсутствие аммиака в питательной воде позволяет сохранить более высокий модуль упругости свекловичной ткани.
Объясняется это тем, что наличие аммиака в питательной воде интенсифицирует набухание, растворение и разрушение пектиновых веществ в процессе экстракции сахарозы; сульфитация воды с наличием в ней аммиака приводит к образованию амминосульфиновых кислот NH2SOOH и NH(SOOH)2, обладающих высокой степенью диссоциации, в результате чего снижается рН раствора, уменьшается скорость инверсии сахарозы и коррозии металла диффузионного аппарата.
Этот момент является очень важным с практической точки зрения, так как он позволяет разработать способы подготовки воды, включающие предварительную деаммонизаиию воды.
Одним из них является способ, разработанный СКФ ВНИИСП. Этот способ включает деаммонизацию и карбонизацию аммиачных конденсатов. Деаммонизация осуществляется путем кипячения подщелоченного известковым молоком конденсата под разрежением. Карбонизация до оптимального значения питательной воды проводится в инжекторном устройстве. Достоинством способа является возможность его широкого внедрения на сахарных заводах.
В способе ВНИИСПа, в отличие от предыдущего, после обработки аммиачных конденсатов окисью кальция, проводится вначале сульфитация до рН 7,2...7,0, а затем добавляется ортофосфорная кислота, с помощью которой величина рН доводится до 6,5. Применение обработанной таким способом воды на диффузию, как указывают авторы, уменьшает также переход азотистых веществ в диффузионный сок и способствует снижению в нем содержания редуцирующих веществ. Это достигается, по мнению авторов способа, за счет применения ортофосфорной кислоты. Последняя с ионами кальция при оптимальном значении питательной воды 6,5...5,8, образует растворимую однозамещенную соль Са(Н2РО4)2, которая, взаимодействуя с пектиновыми веществами, уменьшает их способность к растворению и упрочняет тем самым свекловичную стружку. Это позволяет вести процесс диффузии при более высокой температуре.
Упрощенный вариант способа ВНИИСПа предусматривает сульфитацию питательной воды до рН 7,2...7,0 с последующим введением однозамещенного фосфата кальция, в виде двойного неаммонизированного суперфосфата, до получения рН воды 6,5. Такую обработку питательной воды рекомендуется проводить при переработке свеклы ухудшенного качества (подгнившей, подмороженной, пораженной слизистым бактериозом и т. д.). Вместо неаммонизированного суперфосфата можно вводить зернистый глинозем.
На зарубежных сахарных заводах подкисление питательной воды проводят при помощи серной кислоты. Такой способ легко автоматизировать, что обеспечивает поддержание требуемой величины рН питательной воды.
Введение химических добавок в питательную воду имеет важное значение для интенсификации процесса отжатая жома за счет улучшения его способности к прессованию. Эта проблема стала особенно актуальной в последнее время в связи с повышением цен на нефть, что отрицательно сказалось на техноэкономических показателях сушеного жома.
В качестве химических добавок в последние годы апробировано добавление к питательной воде или же к жому перед прессованием ионов кальция, которые вводятся в виде хлоридов, сульфатов или фосфатов.
Так, в семидесятые годы на сахарных заводах Франции и ФРГ начали применять СаСl2 и Al2(SO4)3. Однако, как показали проведенные в последние годы тщательные исследования, СаСl2 и Al2(SO4)3 вызывают коррозию рабочих органов диффузионных аппаратов и повышают выход мелассы.
В последнее время на европейских сахарных заводах получило распространение добавление в диффузию CaSO4, что дает возможность повысить содержание сухих веществ в прессованном жоме на 6%. Оптимальные параметры обработки стружки кальцийсодержащими соединениями приведены ниже:
Подготовка питательной воды

По мнению некоторых специалистов, применение химических реагентов для указанных целей целесообразно даже при небольшом эффекте, так как при этом снижается расход топлива на высушивание жома.
Следует иметь в виду, что при выборе химических реагентов с целью их применения в процессе экстрагирования сахара из свекловичной стружки необходим комплексный подход, учитывающий влияние последних на качество получаемого сахара, неучтенные потери сахарозы (вследствие возможной ее инверсии), коррозию оборудования в процессе отжатия жома и др.