Оптимальные параметры проведения дефекации
9-05-2017, 20:06
Реакция разложения на дефекации зависит от трех важнейших факторов - температуры, продолжительности и величины рН, которые взаимосвязаны. Кроме того, величина рН зависит не только от температуры, но и количества добавленной извести.
Влияние количества извести на величину рН. Изменение величины рН растворов в зависимости от количества добавленной извести графически представлено на рис. 14.
Из этих данных видно, что при добавлении 1,4...1,5% СаО величина рН достигает значения ~12,2, и с увеличением его количества практически не изменяется. В соответствии с приведенным выше, для эффективного проведения процесса дефекации расход извести на этой ступени очистки не должен быть ниже 0,9...1,0% СаО к массе свеклы.
Однако при проведении известково-углекислотной очистки важно не только получить термоустойчивый сок, но по возможнос ти больше удалить несахаров, что влияет на величину чистоты очищенного сока и осадок с хорошими фильтрационными свойствами.
Известно, что с увеличением количества извести, добавляемой на очистку, увеличивается чистота очищенного сока и фильтрационная способность сока. Поскольку в процессе известково-углекислотной очистки основное количество извести добавляется на дефекацию, то соответственно это количество будет зависеть от суммарного расхода ее на очистку. Оптимальное экономически целесообразное количество извести на очистку, как известно, зависит от качества очищаемого сока, его чистоты, а точнее количества несахаров в диффузионном соке.
Необходимый суммарный расход извести на очистку рассчитывается, исходя из 90...120% СаО к массе несахаров диффузионного сока.
Расход извести на ППД - обычно постоянная величина, равная 0,3%. На дефекацию перед II сатурацией расход извести также изменяется мало и составляет 0,25...0,3% СаО к массе свеклы. То есть на эти две ступени очистки расход извести можно считать постоянным и равным 0,6% СаО к массе свеклы. В соответствии с этим, расход извести на основную дефекацию находится как разница между суммарным расходом извести на очистку минус 0,6%.
Рассчитанные таким образом величины расхода извести на основную дефекацию при очистке диффузионного сока с чистотой 85...90% при откачке 120% и расходе 90...120% СаО к массе его несахаров приведены в табл. 30.
Основным условием, обеспечивающим эффективное проведение процесса дефекации, является поддержание постоянного содержания СаО в дефекованном соке, которое не должно отклоняться от требуемой величины на 0,1%. Постоянное содержание СаО в дефекованном соке обеспечивается автоматическим дозированием известкового молока в зависимости от его плотности и количества поступающего диффузионного сока.
Правильность дозирования известкового молока на дефекацию контролируется определением содержания СаО в дефекованном соке (щелочность по фенолфталеину).
Согласно исследованиям ВНИИСП, фильтрационные показатели сока 1 сатурации и качество сиропа, полученные при очистке диффузионного сока разного качества, зависят от длительности комбинированной основной дефекации. При этом недостаточная длительность холодной дефекации при одной и той же длительности горячей не влияет на фильтрационные свойства сока 1 сатурации, однако в значительной мере сказывается на цветности получаемого сиропа. Сокращение длительности горячей дефекации до 10 мин позволяет получить сок 1 сатурации с удовлетворительными фильтрационными свойствами, но качество сиропа при этом снижается, особенно при малой длительности холодной ступени основной дефекации.
Экспериментально также установлено, что при температуре первой ступени основной дефекации выше 50°С происходит снижение скорости фильтрования сока 1 сатурации.
При объяснении этого ухудшения фильтрационных свойств с повышением температуры на первой ступени дефекации следует иметь в виду, что продукты щелочного разложения редуцирующих веществ оказывают отрицательное влияние на фильтрацию. Так, Р. Освальдом, специально занимавшимся изучением вопроса о влиянии разложения редуцирующих веществ на скорость фильтрования, установлено, что разложение 0,25 % редуцирующих веществ диффузионного сока вызывает ухудшение величины коэффициента фильтрации на 30%, 0,5 - на 70%, а 1% - на 200%.
Ухудшение фильтрационных свойств сока за счет продуктов щелочного разложения редуцирующих веществ обусловлено наличием в их смеси полимерных соединений. К таким соединениям, например, можно отнести оксикислоты с молекулярной массой более 5000. Последние могут вызвать пептизацию осадка, что приводит к ухудшению его фильтрационных свойств.
Ухудшение фильтрационных свойств сока может быть обусловлено также и за счет сахариновых кислот, образующихся при щелочном распаде моносахаридов. Кроме того, осадки кальциевых солей указанных выше кислот из-за наличия в их молекуле гидроксильных групп значительно гидратированы. Вследствие этого такие осадки более сжимаемы по сравнению, например, с СаСО3, что отрицательно сказывается на процессе фильтрования.
Оксикислоты с большой молекулярной массой, содержащие хромофорные группы, представляют собой окрашенные соединения. Увеличение количества этих соединений при повышении температуры при щелочно-термическом распаде моносахаридов приводит не только к ухудшению фильтрационных свойств очищенного сока, но и повышению его цветности, что и имеет место при очистке диффузионного сока при помощи извести и углекислоты.
Для поддержания температуры холодной ступени основной дефекации до 50°С необходимо возвращать на прогрессивную преддефекацию сгущенную суспензию в количестве 8...12% к массе свеклы или нефильтрованный сок I сатурации в количестве 30...100% к массе сока. В противном случае возврат будет повышать температуру холодной ступени очистки выше 50°С.
Одним из направлений интенсификации процесса основной дефекации сока является аэрация, т. е. проведение дефекации с вдуванием воздухом. Исследования ряда авторов показали, что щелочно-термическое разложение глюкозы и фруктозы в присутствии кислорода воздуха протекает иным путем, чем без него. Так было установлено, что в присутствии кислорода воздуха образуется больше соединений с карбоксильными группами, чем с карбонильными, которые, как известно, играют важную роль в образовании красящих веществ. Вследствие этого при щелочно-термическом разложении моносахаридов в присутствии кислорода воздуха растворы имеют меньшую окраску, чем без него. Снижение цветности сока при применении вдувания воздуха на основную дефекацию подтверждено испытаниями, в частности на заводах ФРГ и Польши.
По данным X. Шивека и X. Заорской, оптимальный расход воздуха составляет примерно 1 м3 на 1 м3 сока. При этом требуется тонкое диспергирование воздуха и равномерное его распределение в объеме сока при достаточной продолжительности контакта фаз.
Во ВНИИСПе разработан способ интенсификации основной дефекации, сочетающий кавитационное воздействие на сок и аэрацию. Для проведения кавитационно-аэрационной обработки сока основной дефекации НПО «Сахар» разработаны суперкавитационные смесители (СК-смесители).
Анализ работы суперкавитационных смесителей на различных ступенях очистки диффузионного сока показал, что хорошие результаты получаются при обработке сока на холодной ступени основной дефекации. Это в значительной степени связано с большей растворимостью кислорода воздуха при более низкой температуре.
В литературе имеются указания на то, что аэрирование способствует удалению аммиака, а это, в свою очередь, приводит к более полному разложению амидов.
Амиды в сравнении с редуцирующими веществами более устойчивы, поэтому они в меньшей степени разлагаются в процессе известково-углекислотной очистки. Оставшееся их количество затем разлагается на выпарной установке и уваривании утфелей.
Вопрос более полного разложения амидов на станции очистки стал особенно актуален в последние годы в связи с увеличением их содержания в свекле в 2...5 раз за счет применения большого количества азотных удобрений.
Проведенные в этой связи исследования позволили конкретизировать картину разложения амидов в технологическом процессе сахарного производства.
По Л. Бону и др., разложение амидов подчиняется реакции первого порядка и описывается уравнением:
где А - остаточное содержание амидов, мг/СХ; А0 - исходное содержание амидов, мг/СХ; т - время, мин;
К - константа разложения, мин-1.
Величины константы разложения амидов, согласно Л. Бону, приведены в табл. 31.
Зная исходное содержание амидов и величину константы К. по уравнению
можно определить степень разложения амидов за определенное время.
Результаты исследований разложения амидов в производственных условиях в течение ряда сезонов на нескольких заводах свидетельствуют, что оно составляет: на преддефекации 18%, основной дефекации - 45%, на I и II сатурации - 13% и на выпарной установке - 12%. То есть основное количество амидов разлагается на основной дефекации, и это необходимо учитывать при установлении параметров на отдельных ступенях известково-углекислотной очистки диффузионного сока.
Значительным достижением в технологии известково-углекислотной очистки диффузионного сока с точки зрения повышения термоустойчивости соков является дефекация перед II сатурацией с расходом извести 0,20...0,35% СаО к массе свеклы и продолжительностью около 5 минут.
Дополнительная обработка сока I сатурации известью и последующая сатурация положительно сказываются на фильтрационных свойствах сока II сатурации, что особенно важно при переработке свеклы пониженного технологического качества.
При определении параметров отдельных ступеней известково-углекислотной очистки необходимо учитывать, что с увеличением температуры и главным образом продолжительности растут и потери сахарозы в результате ее щелочно-термического разложения (так называемые неучтенные потери). Считается, что разложение сахарозы (в мг на 1 кг сахара) в течение 1 мин составляет:
Расчеты показывают, что даже при оптимальных параметрах проведения известково-углекислотной очистки потери сахарозы от щелочно-термического разложения сахарозы составляют 0,012...0,015%.
Технологические отклонения при проведении дефекации.
1. Недостаточная продолжительность дефекации и пониженная температура. Протекание реакции разложения РВ, амидов на дефекации зависит от температуры и продолжительности процесса. Поскольку эти параметры, как и высокая щелочность на дефекации, способствуют образованию красящих веществ, а также ухудшению физико-химических свойств очищенного сока за счет разложения частичек мезги, необходимо на основной дефекации температуру и продолжительность процесса устанавливать таким образом, чтобы влияние этих параметров на ухудшение качества сока были по возможности минимальными.
2. Недостаточное количество извести. Оптимальное, экономически целесообразное количество извести зависит от качества диффузионного сока, его чистоты.
3. Колебание содержания извести в дефекованном соке. Оно может быть обусловлено следующими причинами:
• колебанием плотности известкового молока;
• неравномерностью потока очищаемого сока;
• неудовлетворительной работой дозатора известкового молока.
Влияние количества извести на величину рН. Изменение величины рН растворов в зависимости от количества добавленной извести графически представлено на рис. 14.
Из этих данных видно, что при добавлении 1,4...1,5% СаО величина рН достигает значения ~12,2, и с увеличением его количества практически не изменяется. В соответствии с приведенным выше, для эффективного проведения процесса дефекации расход извести на этой ступени очистки не должен быть ниже 0,9...1,0% СаО к массе свеклы.
Однако при проведении известково-углекислотной очистки важно не только получить термоустойчивый сок, но по возможнос ти больше удалить несахаров, что влияет на величину чистоты очищенного сока и осадок с хорошими фильтрационными свойствами.
Известно, что с увеличением количества извести, добавляемой на очистку, увеличивается чистота очищенного сока и фильтрационная способность сока. Поскольку в процессе известково-углекислотной очистки основное количество извести добавляется на дефекацию, то соответственно это количество будет зависеть от суммарного расхода ее на очистку. Оптимальное экономически целесообразное количество извести на очистку, как известно, зависит от качества очищаемого сока, его чистоты, а точнее количества несахаров в диффузионном соке.
Необходимый суммарный расход извести на очистку рассчитывается, исходя из 90...120% СаО к массе несахаров диффузионного сока.
Расход извести на ППД - обычно постоянная величина, равная 0,3%. На дефекацию перед II сатурацией расход извести также изменяется мало и составляет 0,25...0,3% СаО к массе свеклы. То есть на эти две ступени очистки расход извести можно считать постоянным и равным 0,6% СаО к массе свеклы. В соответствии с этим, расход извести на основную дефекацию находится как разница между суммарным расходом извести на очистку минус 0,6%.
Рассчитанные таким образом величины расхода извести на основную дефекацию при очистке диффузионного сока с чистотой 85...90% при откачке 120% и расходе 90...120% СаО к массе его несахаров приведены в табл. 30.
Основным условием, обеспечивающим эффективное проведение процесса дефекации, является поддержание постоянного содержания СаО в дефекованном соке, которое не должно отклоняться от требуемой величины на 0,1%. Постоянное содержание СаО в дефекованном соке обеспечивается автоматическим дозированием известкового молока в зависимости от его плотности и количества поступающего диффузионного сока.
Правильность дозирования известкового молока на дефекацию контролируется определением содержания СаО в дефекованном соке (щелочность по фенолфталеину).
Согласно исследованиям ВНИИСП, фильтрационные показатели сока 1 сатурации и качество сиропа, полученные при очистке диффузионного сока разного качества, зависят от длительности комбинированной основной дефекации. При этом недостаточная длительность холодной дефекации при одной и той же длительности горячей не влияет на фильтрационные свойства сока 1 сатурации, однако в значительной мере сказывается на цветности получаемого сиропа. Сокращение длительности горячей дефекации до 10 мин позволяет получить сок 1 сатурации с удовлетворительными фильтрационными свойствами, но качество сиропа при этом снижается, особенно при малой длительности холодной ступени основной дефекации.
Экспериментально также установлено, что при температуре первой ступени основной дефекации выше 50°С происходит снижение скорости фильтрования сока 1 сатурации.
При объяснении этого ухудшения фильтрационных свойств с повышением температуры на первой ступени дефекации следует иметь в виду, что продукты щелочного разложения редуцирующих веществ оказывают отрицательное влияние на фильтрацию. Так, Р. Освальдом, специально занимавшимся изучением вопроса о влиянии разложения редуцирующих веществ на скорость фильтрования, установлено, что разложение 0,25 % редуцирующих веществ диффузионного сока вызывает ухудшение величины коэффициента фильтрации на 30%, 0,5 - на 70%, а 1% - на 200%.
Ухудшение фильтрационных свойств сока за счет продуктов щелочного разложения редуцирующих веществ обусловлено наличием в их смеси полимерных соединений. К таким соединениям, например, можно отнести оксикислоты с молекулярной массой более 5000. Последние могут вызвать пептизацию осадка, что приводит к ухудшению его фильтрационных свойств.
Ухудшение фильтрационных свойств сока может быть обусловлено также и за счет сахариновых кислот, образующихся при щелочном распаде моносахаридов. Кроме того, осадки кальциевых солей указанных выше кислот из-за наличия в их молекуле гидроксильных групп значительно гидратированы. Вследствие этого такие осадки более сжимаемы по сравнению, например, с СаСО3, что отрицательно сказывается на процессе фильтрования.
Оксикислоты с большой молекулярной массой, содержащие хромофорные группы, представляют собой окрашенные соединения. Увеличение количества этих соединений при повышении температуры при щелочно-термическом распаде моносахаридов приводит не только к ухудшению фильтрационных свойств очищенного сока, но и повышению его цветности, что и имеет место при очистке диффузионного сока при помощи извести и углекислоты.
Для поддержания температуры холодной ступени основной дефекации до 50°С необходимо возвращать на прогрессивную преддефекацию сгущенную суспензию в количестве 8...12% к массе свеклы или нефильтрованный сок I сатурации в количестве 30...100% к массе сока. В противном случае возврат будет повышать температуру холодной ступени очистки выше 50°С.
Одним из направлений интенсификации процесса основной дефекации сока является аэрация, т. е. проведение дефекации с вдуванием воздухом. Исследования ряда авторов показали, что щелочно-термическое разложение глюкозы и фруктозы в присутствии кислорода воздуха протекает иным путем, чем без него. Так было установлено, что в присутствии кислорода воздуха образуется больше соединений с карбоксильными группами, чем с карбонильными, которые, как известно, играют важную роль в образовании красящих веществ. Вследствие этого при щелочно-термическом разложении моносахаридов в присутствии кислорода воздуха растворы имеют меньшую окраску, чем без него. Снижение цветности сока при применении вдувания воздуха на основную дефекацию подтверждено испытаниями, в частности на заводах ФРГ и Польши.
По данным X. Шивека и X. Заорской, оптимальный расход воздуха составляет примерно 1 м3 на 1 м3 сока. При этом требуется тонкое диспергирование воздуха и равномерное его распределение в объеме сока при достаточной продолжительности контакта фаз.
Во ВНИИСПе разработан способ интенсификации основной дефекации, сочетающий кавитационное воздействие на сок и аэрацию. Для проведения кавитационно-аэрационной обработки сока основной дефекации НПО «Сахар» разработаны суперкавитационные смесители (СК-смесители).
Анализ работы суперкавитационных смесителей на различных ступенях очистки диффузионного сока показал, что хорошие результаты получаются при обработке сока на холодной ступени основной дефекации. Это в значительной степени связано с большей растворимостью кислорода воздуха при более низкой температуре.
В литературе имеются указания на то, что аэрирование способствует удалению аммиака, а это, в свою очередь, приводит к более полному разложению амидов.
Амиды в сравнении с редуцирующими веществами более устойчивы, поэтому они в меньшей степени разлагаются в процессе известково-углекислотной очистки. Оставшееся их количество затем разлагается на выпарной установке и уваривании утфелей.
Вопрос более полного разложения амидов на станции очистки стал особенно актуален в последние годы в связи с увеличением их содержания в свекле в 2...5 раз за счет применения большого количества азотных удобрений.
Проведенные в этой связи исследования позволили конкретизировать картину разложения амидов в технологическом процессе сахарного производства.
По Л. Бону и др., разложение амидов подчиняется реакции первого порядка и описывается уравнением:
где А - остаточное содержание амидов, мг/СХ; А0 - исходное содержание амидов, мг/СХ; т - время, мин;
К - константа разложения, мин-1.
Величины константы разложения амидов, согласно Л. Бону, приведены в табл. 31.
Зная исходное содержание амидов и величину константы К. по уравнению
можно определить степень разложения амидов за определенное время.
Результаты исследований разложения амидов в производственных условиях в течение ряда сезонов на нескольких заводах свидетельствуют, что оно составляет: на преддефекации 18%, основной дефекации - 45%, на I и II сатурации - 13% и на выпарной установке - 12%. То есть основное количество амидов разлагается на основной дефекации, и это необходимо учитывать при установлении параметров на отдельных ступенях известково-углекислотной очистки диффузионного сока.
Значительным достижением в технологии известково-углекислотной очистки диффузионного сока с точки зрения повышения термоустойчивости соков является дефекация перед II сатурацией с расходом извести 0,20...0,35% СаО к массе свеклы и продолжительностью около 5 минут.
Дополнительная обработка сока I сатурации известью и последующая сатурация положительно сказываются на фильтрационных свойствах сока II сатурации, что особенно важно при переработке свеклы пониженного технологического качества.
При определении параметров отдельных ступеней известково-углекислотной очистки необходимо учитывать, что с увеличением температуры и главным образом продолжительности растут и потери сахарозы в результате ее щелочно-термического разложения (так называемые неучтенные потери). Считается, что разложение сахарозы (в мг на 1 кг сахара) в течение 1 мин составляет:
Расчеты показывают, что даже при оптимальных параметрах проведения известково-углекислотной очистки потери сахарозы от щелочно-термического разложения сахарозы составляют 0,012...0,015%.
Технологические отклонения при проведении дефекации.
1. Недостаточная продолжительность дефекации и пониженная температура. Протекание реакции разложения РВ, амидов на дефекации зависит от температуры и продолжительности процесса. Поскольку эти параметры, как и высокая щелочность на дефекации, способствуют образованию красящих веществ, а также ухудшению физико-химических свойств очищенного сока за счет разложения частичек мезги, необходимо на основной дефекации температуру и продолжительность процесса устанавливать таким образом, чтобы влияние этих параметров на ухудшение качества сока были по возможности минимальными.
2. Недостаточное количество извести. Оптимальное, экономически целесообразное количество извести зависит от качества диффузионного сока, его чистоты.
3. Колебание содержания извести в дефекованном соке. Оно может быть обусловлено следующими причинами:
• колебанием плотности известкового молока;
• неравномерностью потока очищаемого сока;
• неудовлетворительной работой дозатора известкового молока.