Оптимализация схемы известково-углекислотной очистки
24-05-2017, 09:26
В настоящее время известно более 100 вариантов схемы изестково-углекислотной очистки. Оптимальная схема такой очистки отсутствует. Разработка ее, исходя из термина (оптимальная), практически невозможна. В действительности речь может идти только о приближении параметров и ее элементов к оптимальному варианту, т. е. можно говорить об оптимализации схемы очистки.
Схема известково-углекислотной очистки должна включать элементы, позволяющие решать следующие задачи:
• Обеспечивать по возможности максимальное осаждение ВМС. Чем больше в процессе очистки удаляется ВМС, тем лучше фильтрационные свойства осадка и выше качество очищенного сока и сиропа.
• Обеспечивать по возможности максимальное осаждение анионов кислот, например фосфорной, щавелевой, лимонной, образующих с ионами Са++ трудно растворимые соли и осаждение ионов Mg++ в виде Mg(OH)2. Чем больше будет осаждено указанных ионов из соков, тем больше на второй сатурации избыток щелочных ионов К+ и Na+, содержание которых определяет величину натуральной щелочности. Соответственно, чем выше величина последней, тем ниже содержание солей кальция в соке II сатурации.
В процессе очистки осаждается примерно 30% катионов от общего их содержания и 40 % анионов безазотистых кислот диффузионного сока.
Поскольку разложение редуцирующих веществ связано с образованием новых несахаров (красящих веществ и органических кислот), то оно должно быть проведено таким образом, чтобы их влияние на качество очищенного сока было по возможности минимальными.
Основополагающим принципом разрушения редуцирующих веществ является проведение этого процесса до выпарной установки, то есть, в процессе известково-углекислотной очистки. В этом случае имеется возможность удалить часть (примерно половину) образовавшихся красящих веществ и неокрашенных соединений адсорбцией их на карбонате кальция. Если же разложение РВ будет происходить на выпарной установке, то все несахара, включая и красящие вещества, образовавшиеся при разложении РВ, перейдут в сок, что приводит к ухудшению качества сиропа. Из этих соображений содержание РВ в очищенном соке (соке II сатурации) должно быть не выше 0,02%. Такой сок считается термоустойчивым, т. е. при его сгущении не наблюдается значительного ухудшения качества сиропа. Для уменьшения количества красящих веществ, образующихся при разложении РВ, его следует по возможности избегать на ППД.
Разложение амидов (глутамина и аспарагина) также важно провести по возможности полнее в процессе очистки. При разложении их образуются аминокислоты глутаминовая и аспарагиновая, которые с продуктами разложения РВ образуют окрашенные вещества (меланоидины). Если разложение амидов происходит в процессе очистки, то часть этих красящих веществ может быть удалена адсорбцией на карбонате кальция.
Однако даже при оптимальных параметрах очистки, принятых в настоящее время, разложение амидов происходит только на 50%. (Для полного разложения амидов в процессе очистки необходима продолжительность основной дефекации в течение примерно 40...50 мин.)
Согласно общепринятому в настоящее время технологическому режиму очистки, полное разложение амидов происходит в первых двух корпусах выпарной установки. Это невыгодно с технологической точки зрения, так как оно связано со снижением щелочности и величины рН, что, в свою очередь, приводит к разложению сахарозы и образованию РВ, а это - к образованию красящих веществ.
Аминокислоты, содержащиеся в диффузионном соке, в процессе известково-углекислотной очистки практически не претерпевают изменений.
В реакции меланоидинообразования принимают участие главным образом аминокислоты глицин и лизин.
Небольшое количество глицина и ?-аминомасляной кислоты образуется из треонина и серина или при декарбоксилировании из пирролидонкарбоновой кислоты. ?-Аминомасляная кислота затем реагирует с галуктуроновой кислотой или ее олигомерами с образованием тага-турон-?-аминомасляной кислоты, которая является одним из начальных соединений реакции Майяра, приводящих к образованию сильноокрашенных соединений.
Для более эффективного удаления несахаров следует осуществлять II сатурацию с добавлением перед ее проведением примерно 0,25% СаО к массе свеклы (т. е. дефекацию перед II сатурацией). Образующийся при этом мелкодисперсный осадок СаСO3 способствует более полному удалению неосажденных ранее ВМС.
При проведении известково-углекислотной очистки важно не только максимально осадить несахара или адсорбировать их на частицах осадка, но и получить осадок с хорошими седиментационно-фильтрационными свойствами, чтобы его можно было отделить фильтрованием. Процессы удаления несахаров и получение осадка с хорошими седиментационно-фильтрационными свойствами, в свою очередь, обусловлены рядом технологических параметров, важнейшими из которых являются:
• количество добавляемой извести (с учетом ее активности) на очистку и его распределение на отдельные ступени. Оно должно составлять 80...100 % к массе несахаров диффузионного сока. Исходя из общего количества СаО 10...12% должно добавляться на ППД, 5...7% - на дефекацию перед II сатурацией, а остальное количество - на основную дефекацию;
• оптимальная величина щелочности (рН) на I сатурации;
• проведение возвратов на ППД. Считается, что для получения осадка с хорошими седиментационно-фильтрационными свойствами нужно, чтобы количество возврата нефильтрованного сока I сатурации, сгущенной суспензии сока I сатурации или сока II сатурации обеспечивало содержание обшей извести в соке I сатурации, равное 15...18 г/л (или 1,5...1,8 г СаО/100 см3 сока).
Наряду с возвратом частиц осадка на ППД, для улучшения его фильтрационных свойств необходимо осуществлять внутрикотловую рециркуляцию, в первую очередь на 1 сатурации. Она необходима для более полного перевода частичек Са(ОН)2 и превращения их в СаСO3. Для этого необходима рециркуляция 6...7 кратного количества сока, так как при температуре 85°С растворимость СаО составляет всего 2 г/л.
При отсутствии внутрикотловой рециркуляции сока I сатурации из-за неполного растворения частичек Са(ОН)2 часть из них попадает в осадок, что нежелательно.
На эффективность процессов известково-углекислотной очистки оказывает влияние температура.
Известно, что сок II сатурации и сироп с меньшей цветностью получается, когда ППД проводится при пониженной температуре (30...40°С). Однако в этом случае невозможно использовать тепло конденсатов с вакуум-аппаратов. В целях же более рационального использования тепла (конденсатов, паров из вакуум-аппаратов) ППД в настоящее время проводят при температуре 55...60°С.
Температура на основной дефекации I сатурации - 85°С.
Температура на II сатурации не должна быть ниже 94°С.
Продолжительность отдельных ступеней известково-углекислотной очистки (в мин):
Схема известково-углекислотной очистки должна включать элементы, позволяющие решать следующие задачи:
• Обеспечивать по возможности максимальное осаждение ВМС. Чем больше в процессе очистки удаляется ВМС, тем лучше фильтрационные свойства осадка и выше качество очищенного сока и сиропа.
• Обеспечивать по возможности максимальное осаждение анионов кислот, например фосфорной, щавелевой, лимонной, образующих с ионами Са++ трудно растворимые соли и осаждение ионов Mg++ в виде Mg(OH)2. Чем больше будет осаждено указанных ионов из соков, тем больше на второй сатурации избыток щелочных ионов К+ и Na+, содержание которых определяет величину натуральной щелочности. Соответственно, чем выше величина последней, тем ниже содержание солей кальция в соке II сатурации.
В процессе очистки осаждается примерно 30% катионов от общего их содержания и 40 % анионов безазотистых кислот диффузионного сока.
Поскольку разложение редуцирующих веществ связано с образованием новых несахаров (красящих веществ и органических кислот), то оно должно быть проведено таким образом, чтобы их влияние на качество очищенного сока было по возможности минимальными.
Основополагающим принципом разрушения редуцирующих веществ является проведение этого процесса до выпарной установки, то есть, в процессе известково-углекислотной очистки. В этом случае имеется возможность удалить часть (примерно половину) образовавшихся красящих веществ и неокрашенных соединений адсорбцией их на карбонате кальция. Если же разложение РВ будет происходить на выпарной установке, то все несахара, включая и красящие вещества, образовавшиеся при разложении РВ, перейдут в сок, что приводит к ухудшению качества сиропа. Из этих соображений содержание РВ в очищенном соке (соке II сатурации) должно быть не выше 0,02%. Такой сок считается термоустойчивым, т. е. при его сгущении не наблюдается значительного ухудшения качества сиропа. Для уменьшения количества красящих веществ, образующихся при разложении РВ, его следует по возможности избегать на ППД.
Разложение амидов (глутамина и аспарагина) также важно провести по возможности полнее в процессе очистки. При разложении их образуются аминокислоты глутаминовая и аспарагиновая, которые с продуктами разложения РВ образуют окрашенные вещества (меланоидины). Если разложение амидов происходит в процессе очистки, то часть этих красящих веществ может быть удалена адсорбцией на карбонате кальция.
Однако даже при оптимальных параметрах очистки, принятых в настоящее время, разложение амидов происходит только на 50%. (Для полного разложения амидов в процессе очистки необходима продолжительность основной дефекации в течение примерно 40...50 мин.)
Согласно общепринятому в настоящее время технологическому режиму очистки, полное разложение амидов происходит в первых двух корпусах выпарной установки. Это невыгодно с технологической точки зрения, так как оно связано со снижением щелочности и величины рН, что, в свою очередь, приводит к разложению сахарозы и образованию РВ, а это - к образованию красящих веществ.
Аминокислоты, содержащиеся в диффузионном соке, в процессе известково-углекислотной очистки практически не претерпевают изменений.
В реакции меланоидинообразования принимают участие главным образом аминокислоты глицин и лизин.
Небольшое количество глицина и ?-аминомасляной кислоты образуется из треонина и серина или при декарбоксилировании из пирролидонкарбоновой кислоты. ?-Аминомасляная кислота затем реагирует с галуктуроновой кислотой или ее олигомерами с образованием тага-турон-?-аминомасляной кислоты, которая является одним из начальных соединений реакции Майяра, приводящих к образованию сильноокрашенных соединений.
Для более эффективного удаления несахаров следует осуществлять II сатурацию с добавлением перед ее проведением примерно 0,25% СаО к массе свеклы (т. е. дефекацию перед II сатурацией). Образующийся при этом мелкодисперсный осадок СаСO3 способствует более полному удалению неосажденных ранее ВМС.
При проведении известково-углекислотной очистки важно не только максимально осадить несахара или адсорбировать их на частицах осадка, но и получить осадок с хорошими седиментационно-фильтрационными свойствами, чтобы его можно было отделить фильтрованием. Процессы удаления несахаров и получение осадка с хорошими седиментационно-фильтрационными свойствами, в свою очередь, обусловлены рядом технологических параметров, важнейшими из которых являются:
• количество добавляемой извести (с учетом ее активности) на очистку и его распределение на отдельные ступени. Оно должно составлять 80...100 % к массе несахаров диффузионного сока. Исходя из общего количества СаО 10...12% должно добавляться на ППД, 5...7% - на дефекацию перед II сатурацией, а остальное количество - на основную дефекацию;
• оптимальная величина щелочности (рН) на I сатурации;
• проведение возвратов на ППД. Считается, что для получения осадка с хорошими седиментационно-фильтрационными свойствами нужно, чтобы количество возврата нефильтрованного сока I сатурации, сгущенной суспензии сока I сатурации или сока II сатурации обеспечивало содержание обшей извести в соке I сатурации, равное 15...18 г/л (или 1,5...1,8 г СаО/100 см3 сока).
Наряду с возвратом частиц осадка на ППД, для улучшения его фильтрационных свойств необходимо осуществлять внутрикотловую рециркуляцию, в первую очередь на 1 сатурации. Она необходима для более полного перевода частичек Са(ОН)2 и превращения их в СаСO3. Для этого необходима рециркуляция 6...7 кратного количества сока, так как при температуре 85°С растворимость СаО составляет всего 2 г/л.
При отсутствии внутрикотловой рециркуляции сока I сатурации из-за неполного растворения частичек Са(ОН)2 часть из них попадает в осадок, что нежелательно.
На эффективность процессов известково-углекислотной очистки оказывает влияние температура.
Известно, что сок II сатурации и сироп с меньшей цветностью получается, когда ППД проводится при пониженной температуре (30...40°С). Однако в этом случае невозможно использовать тепло конденсатов с вакуум-аппаратов. В целях же более рационального использования тепла (конденсатов, паров из вакуум-аппаратов) ППД в настоящее время проводят при температуре 55...60°С.
Температура на основной дефекации I сатурации - 85°С.
Температура на II сатурации не должна быть ниже 94°С.
Продолжительность отдельных ступеней известково-углекислотной очистки (в мин):