Способы проведения I сатурации
9-05-2017, 20:38
Ввиду важной роли I сатурации в схеме известково-углекислотной очистки с целью повышения ее эффективности было предложено несколько способов ее проведения, включение которых в схему очистки позволяет решить ряд вопросов.
К наиболее важным с технологической точки зрения способам проведения I сатурации, можно отнести:
• способ пересатурирования;
• способ одновременной дефекосатурации;
• способ внутрикотловой рециркуляции;
• способ двухступенчатой фракционированной сатурации.
Каждый из этих способов направлен на решение вопросов улучшения фильтрационных свойств осадка, или повышения качества очищенного сока, или же комплексного решения их.
Способ пересатурирования сока I сатурации. При переработке свеклы пониженного технологического качества для улучшения седиментационно-фильтрационных свойств осадка I сатурацию проводят при рН (щелочности) ниже оптимальной, т. е. проводят пересатурирование сока. Однако при пересатурировании сока I сатурации, как известно, происходит ухудшение его качества - повышается цветность и увеличивается содержание солей кальция.
Пересатурирование. Ухудшение качества сока при пересатурировании связано с десорбцией красящих веществ, происходящей, как это было показано выше, под действием NaHCО3. Существует мнение, что при последующем добавлении извести к пересатурированному соку (дефекация перед II сатурацией) с последующим проведением II сатурации десорбированные красящие вещества будут снова адсорбированы и произойдет снижение цветности, т. е. отрицательный эффект пересатурирования будет снят.
Однако проведенные нами исследования по очистке пересатурированного сока на II сатурации опровергают это мнение. Цветность сока II сатурации примерно на 20...30% выше, а содержание солей кальция примерно на 50 % больше. Повышение цветности при пересатурировании сока I сатурации и затем сока II сатурации происходит, по-видимому, главным образом за счет меланинов, содержащих фенольные соединения. При снижении рН при пересатурировании степень диссоциации гидроксильных и карбоксильных групп уменьшается, и часть меланинов вследствие этого переходит в раствор.
Наличие в молекуле меланинов карбоксильных групп и азота дает основание предположить возможность образования ими с ионом кальция комплексных соединений. Малая степень удаления этой группы красящих веществ при последующей обработке их известью и диоксидом углерода на II сатурации, очевидно, связана с тем, что в их молекуле при пересатурировании вследствие окислительных процессов под действием кислорода воздуха происходят дальнейшие структурные и конформационные изменения молекулы красящих веществ. Согласно литературным данным, фенолсодержащие красящие вещества, не удаленные на I сатурации карбонатом кальция, подвергаются в дальнейшем полимеризации, что приводит к образованию красящих веществ с большей молекулярной массой. В результате полимеризации снижается и их способность адсорбироваться на карбонате кальция.
Наличие этой группы красящих веществ в соке II сатурации в свою очередь приводит к повышению цветности сиропа и, соответственно, сахара. Дело в том, что в последнее время доказано, что фенолсодержащие красящие вещества интенсивно включаются в кристаллы сахара и повышают его цветность.
Таким образом, следует иметь в виду, что пересатурирование сока I сатурации улучшает фильтрационные седиментационные свойства сока I сатурации, но ухудшают его качество. В этой связи применение пересатурирования сока I сатурации можно считать крайней мерой для улучшения седиментационно-фильтрационных показателей сока I сатурации.
Глубокое пересатурирование. При переработке свеклы, поврежденной морозом и болезнями, получаемый диффузионный сок содержит большое количество ВМС (главным образом пектиновых веществ). Очистка такого диффузионного сока связана с большими трудностями. В 1944 г. Боттигером и Бекером (D. Zuckerind, 1944, с. 148) при переработке такой свеклы был предложен способ глубокого пересатурирования до щелочности 0,01 % с последующим добавлением извести и сатурированием до оптимальной щелочности на I сатурации (рН ~11,0). При этом глубокое пересатурирование и последующее подщелачивание и сатурирование до оптимальной щелочности I сатурации проводится один или несколько раз. Способ глубокого пересатурирования, как и обычного пересатурирования, позволяет улучшить фильтрационные свойства сатурационного сока, полученного из подмороженной свеклы. Однако качество очищенного сока хуже, чем без глубокого пересатурирования.
Способ одновременной дефекосатурации. Одновременная дефекосатурация отличается от обычной тем, что в этом способе известь и углекислый газ подают одновременно, благодаря чему в течение всего процесса сатурации можно поддерживать определенную требуемую величину рН.
Схематическое изображение способа одновременной дефекосатурации представлено на рис. 19.
Участок 0-1 обозначает изменение щелочности при проведении прогрессивной предварительной дефекации. К преддефекованному соку затем одновременно подаются известковое молоко и углекислый газ в таком количестве, чтобы величина рН сока поддерживалась около 11 (участок 2-3).
Такой способ проведения 1 сатурации позволяет избежать высокой щелочности, получить грубозернистый, хорошо отфильтровываемый осадок, что объясняется следующим. Поскольку в этом способе дефекацию и сатурацию проводят одновременно, обычно при оптимальной щелочности, то концентрация ионов Са++ и СО3-- сравнительно невелика. Более низкая величина рН по сравнению с раздельной дефекацией и сатурацией, поддерживаемая во время процесса одновременной дефекосатурации, способствует также уменьшению степени диссоциации углекислоты и количества свободных ионов СО3--, способных реагировать с ионами Са++. То есть концентрация ионов Са++ и CO3-- при одновременной дефекосатурации ниже, чем при раздельной. Вследствие этого СаСО3 кристаллизуется из менее пересыщенных растворов и в течение более продолжительного времени, что обеспечивает образование кристаллов СаСО3 больших размеров и сводит к минимуму образование мелких, как это имеет место при кристаллизации из сильно пересыщенных растворов.
Кроме того, при более низкой щелочности в процессе сатурации меньше образуется углекальциевых сахаратов, затрудняющих фильтрацию. И. Вашатко экспериментально установлено, что количество свободного СаО в осадке (соответственно углекальциевых сахаратов) при одновременной дефекосатурации значительно меньше, чем при раздельной.
Более низкая щелочность приводит также к меньшему разложению редуцирующих веществ, в результате чего сок получается с меньшей цветностью, но недостаточно термоустойчив.
Одновременная дефекосатурация является одним их способов укрупнения очистки. Этот способ положен, например, в основу Брауншвейской схемы очистки, в котором одновременная дефекосатурация проводится в три ступени.
Способ внутрикотловой рециркуляции сока. Он заключается в том, что при проведении I сатурации (аналогично и II сатурации) при помощи насоса или газлифтного устройства проводится 5...10-кратная рециркуляция сатурируемого сока. Это позволяет избегать в сатураторе зон с различной щелочностью и за счет этого получать более равноерные кристаллы СаСО3 и благодаря этому лучшие фильтрационные свойства осадка. Кроме того, многократная рециркуляция сока способствует более полному растворению Са(ОН)2 и затем превращению растворенной извести в СаСО3, что важно для уменьшения содержания свободной извести в фильтрационном осадке.
Способ двухступенчатой фракционированной сатурации. Известно, что при фракционированном (ступенчатом) использовании адсорбента эффективность адсорбции примесей выше, чем при одноступенчатом. Одним из реальных способов повышения адсорбции несахаров является проведение сатурации в две ступени с добавлением извести на каждую ступень без промежуточной фильтрации.
Нами разработана методика графического определения распределения извести на каждую ступень. Эта методика изложена в работе Бугаенко И.Ф., Якубсон М.В. Адсорбция несахаров карбонатом кальция и снижение расхода извести.
При помощи этой методики показано, что двухступенчатая фракционированная I сатурация в сравнении с одноступенчатой обеспечивает получение той же величины эффекта очистки при меньшем расходе извести.
Уменьшение расхода извести на очистку диффузионного сока при фракционированной двухступенчатой I сатурации связано с тем, что в этом случае более полно используется адсорбционная способность карбоната кальция. Кроме того, двухступенчатая фракционированная I сатурация обеспечивает получение осадка с лучшими фильтрационными свойствами.
Таким образом, проведение I сатурации в две ступени является одним из путей снижения расхода извести на известково-углекислотную очистку диффузионного сока.
К наиболее важным с технологической точки зрения способам проведения I сатурации, можно отнести:
• способ пересатурирования;
• способ одновременной дефекосатурации;
• способ внутрикотловой рециркуляции;
• способ двухступенчатой фракционированной сатурации.
Каждый из этих способов направлен на решение вопросов улучшения фильтрационных свойств осадка, или повышения качества очищенного сока, или же комплексного решения их.
Способ пересатурирования сока I сатурации. При переработке свеклы пониженного технологического качества для улучшения седиментационно-фильтрационных свойств осадка I сатурацию проводят при рН (щелочности) ниже оптимальной, т. е. проводят пересатурирование сока. Однако при пересатурировании сока I сатурации, как известно, происходит ухудшение его качества - повышается цветность и увеличивается содержание солей кальция.
Пересатурирование. Ухудшение качества сока при пересатурировании связано с десорбцией красящих веществ, происходящей, как это было показано выше, под действием NaHCО3. Существует мнение, что при последующем добавлении извести к пересатурированному соку (дефекация перед II сатурацией) с последующим проведением II сатурации десорбированные красящие вещества будут снова адсорбированы и произойдет снижение цветности, т. е. отрицательный эффект пересатурирования будет снят.
Однако проведенные нами исследования по очистке пересатурированного сока на II сатурации опровергают это мнение. Цветность сока II сатурации примерно на 20...30% выше, а содержание солей кальция примерно на 50 % больше. Повышение цветности при пересатурировании сока I сатурации и затем сока II сатурации происходит, по-видимому, главным образом за счет меланинов, содержащих фенольные соединения. При снижении рН при пересатурировании степень диссоциации гидроксильных и карбоксильных групп уменьшается, и часть меланинов вследствие этого переходит в раствор.
Наличие в молекуле меланинов карбоксильных групп и азота дает основание предположить возможность образования ими с ионом кальция комплексных соединений. Малая степень удаления этой группы красящих веществ при последующей обработке их известью и диоксидом углерода на II сатурации, очевидно, связана с тем, что в их молекуле при пересатурировании вследствие окислительных процессов под действием кислорода воздуха происходят дальнейшие структурные и конформационные изменения молекулы красящих веществ. Согласно литературным данным, фенолсодержащие красящие вещества, не удаленные на I сатурации карбонатом кальция, подвергаются в дальнейшем полимеризации, что приводит к образованию красящих веществ с большей молекулярной массой. В результате полимеризации снижается и их способность адсорбироваться на карбонате кальция.
Наличие этой группы красящих веществ в соке II сатурации в свою очередь приводит к повышению цветности сиропа и, соответственно, сахара. Дело в том, что в последнее время доказано, что фенолсодержащие красящие вещества интенсивно включаются в кристаллы сахара и повышают его цветность.
Таким образом, следует иметь в виду, что пересатурирование сока I сатурации улучшает фильтрационные седиментационные свойства сока I сатурации, но ухудшают его качество. В этой связи применение пересатурирования сока I сатурации можно считать крайней мерой для улучшения седиментационно-фильтрационных показателей сока I сатурации.
Глубокое пересатурирование. При переработке свеклы, поврежденной морозом и болезнями, получаемый диффузионный сок содержит большое количество ВМС (главным образом пектиновых веществ). Очистка такого диффузионного сока связана с большими трудностями. В 1944 г. Боттигером и Бекером (D. Zuckerind, 1944, с. 148) при переработке такой свеклы был предложен способ глубокого пересатурирования до щелочности 0,01 % с последующим добавлением извести и сатурированием до оптимальной щелочности на I сатурации (рН ~11,0). При этом глубокое пересатурирование и последующее подщелачивание и сатурирование до оптимальной щелочности I сатурации проводится один или несколько раз. Способ глубокого пересатурирования, как и обычного пересатурирования, позволяет улучшить фильтрационные свойства сатурационного сока, полученного из подмороженной свеклы. Однако качество очищенного сока хуже, чем без глубокого пересатурирования.
Способ одновременной дефекосатурации. Одновременная дефекосатурация отличается от обычной тем, что в этом способе известь и углекислый газ подают одновременно, благодаря чему в течение всего процесса сатурации можно поддерживать определенную требуемую величину рН.
Схематическое изображение способа одновременной дефекосатурации представлено на рис. 19.
Участок 0-1 обозначает изменение щелочности при проведении прогрессивной предварительной дефекации. К преддефекованному соку затем одновременно подаются известковое молоко и углекислый газ в таком количестве, чтобы величина рН сока поддерживалась около 11 (участок 2-3).
Такой способ проведения 1 сатурации позволяет избежать высокой щелочности, получить грубозернистый, хорошо отфильтровываемый осадок, что объясняется следующим. Поскольку в этом способе дефекацию и сатурацию проводят одновременно, обычно при оптимальной щелочности, то концентрация ионов Са++ и СО3-- сравнительно невелика. Более низкая величина рН по сравнению с раздельной дефекацией и сатурацией, поддерживаемая во время процесса одновременной дефекосатурации, способствует также уменьшению степени диссоциации углекислоты и количества свободных ионов СО3--, способных реагировать с ионами Са++. То есть концентрация ионов Са++ и CO3-- при одновременной дефекосатурации ниже, чем при раздельной. Вследствие этого СаСО3 кристаллизуется из менее пересыщенных растворов и в течение более продолжительного времени, что обеспечивает образование кристаллов СаСО3 больших размеров и сводит к минимуму образование мелких, как это имеет место при кристаллизации из сильно пересыщенных растворов.
Кроме того, при более низкой щелочности в процессе сатурации меньше образуется углекальциевых сахаратов, затрудняющих фильтрацию. И. Вашатко экспериментально установлено, что количество свободного СаО в осадке (соответственно углекальциевых сахаратов) при одновременной дефекосатурации значительно меньше, чем при раздельной.
Более низкая щелочность приводит также к меньшему разложению редуцирующих веществ, в результате чего сок получается с меньшей цветностью, но недостаточно термоустойчив.
Одновременная дефекосатурация является одним их способов укрупнения очистки. Этот способ положен, например, в основу Брауншвейской схемы очистки, в котором одновременная дефекосатурация проводится в три ступени.
Способ внутрикотловой рециркуляции сока. Он заключается в том, что при проведении I сатурации (аналогично и II сатурации) при помощи насоса или газлифтного устройства проводится 5...10-кратная рециркуляция сатурируемого сока. Это позволяет избегать в сатураторе зон с различной щелочностью и за счет этого получать более равноерные кристаллы СаСО3 и благодаря этому лучшие фильтрационные свойства осадка. Кроме того, многократная рециркуляция сока способствует более полному растворению Са(ОН)2 и затем превращению растворенной извести в СаСО3, что важно для уменьшения содержания свободной извести в фильтрационном осадке.
Способ двухступенчатой фракционированной сатурации. Известно, что при фракционированном (ступенчатом) использовании адсорбента эффективность адсорбции примесей выше, чем при одноступенчатом. Одним из реальных способов повышения адсорбции несахаров является проведение сатурации в две ступени с добавлением извести на каждую ступень без промежуточной фильтрации.
Нами разработана методика графического определения распределения извести на каждую ступень. Эта методика изложена в работе Бугаенко И.Ф., Якубсон М.В. Адсорбция несахаров карбонатом кальция и снижение расхода извести.
При помощи этой методики показано, что двухступенчатая фракционированная I сатурация в сравнении с одноступенчатой обеспечивает получение той же величины эффекта очистки при меньшем расходе извести.
Уменьшение расхода извести на очистку диффузионного сока при фракционированной двухступенчатой I сатурации связано с тем, что в этом случае более полно используется адсорбционная способность карбоната кальция. Кроме того, двухступенчатая фракционированная I сатурация обеспечивает получение осадка с лучшими фильтрационными свойствами.
Таким образом, проведение I сатурации в две ступени является одним из путей снижения расхода извести на известково-углекислотную очистку диффузионного сока.