Использование фильтроперлита при проведении карбонизации сока в сахарном производстве

Повышенные требования к качеству сахара ставят перед работниками сахарной отрасли задачи целенаправленного усовершенствования технологии физико-химической очистки диффузионного сока. Целью очистки является максимальное удаление несахаров, получение очищенного сока с нормативной термоустойчивостью и получение суспензий сатурационных соков с необходимыми седиментационными и фильтрационными показателями [1].

В связи с тем, что качество вырабатываемого сахара-песка в значительной степени зависит от показателей очищенного сока, в комплексной оценке эффективности процессов очистки диффузионного сока следует учитывать не только степень удаления несахаров (эффект очистки) но и качество процесса фильтрования сатурационных соков – скорость фильтрования и показатели фильтрованного продукта.

В процессе фильтрования сатурационных соков частицы мути задерживаются, в основном, поверхностными и электрокинетическими силами микрокристаллов карбоната кальция.

При оценке качества фильтруемых соков кроме показателей фильтрата (цветность, мутность), немаловажным фактором, определяющим скорость фильтрования и состав фильтрата, являются свойства слоя фильтрующего осадка (сжимаемость и пористость, степень дисперсности кристаллов карбоната кальция). Технологические показатели качества фильтруемых соков характеризуются величинами щелочности, скорости осаждения твердой фазы и фильтрационного коэффициента.

В качестве фильтровальных материалов для различных жидких полупродуктов в сахарной промышленности нашли применение филь-троперлит и кизельгур [2]. Перлит, обладая разнородной формой частиц, относительно жесткой структурой и специфической проницаемостью, способен образовывать пористую фильтрующую лепешку и одновременно выступать высокоэффективным средством по удалению взвесей различного характера. Фильтроперлит – это аморфная алюмосиликатная порода, по своему химическому составу близкая к граниту.

С помощью цифровой камеры-окуляра для микроскопа DCM300 и программы ScopePhoto нами получены фотографии структуры частиц перлита (рисунок 1).

Рисунок 1 - Структура частиц перлита

На рисунке 1 видно, что исходный перлит представляет собой мелкозернистую поли-дисперсную структуру, состоящую из ломаных

ВестникВГУИТ, №4, 2013 гранул неправильной геометрической формы, благодаря чему его можно использовать для фильтрования крупных взвесей. С помощью микроскопирования установлен средний размер частиц исходного перлита, который составил для частиц менее 2 мкм - 63 %, 2-6 мкм -33 %, 6-10 мкм - 4 %. В выполненной нами работе исследовано влияние дисперсности и электрокинетического потенциала частиц осадка карбоната кальция на процесс фильтрования очищаемого сока после его карбонизации до определенной величины рН.

Эксперименты проводили на производственном фильтрованном соке I сатурации. Для моделирования состава несахаров с ориентацией на переработку свеклы пониженного качества в очищаемый сок вводили расчетные массы редуцирующих моносахаров (эквимолекулярную смесь х.ч. глюкозы и фруктозы). Известно, что продукты щелочнотермического разложения моносахаров существенно ухудшают фильтрационные показатели сатурационных соков [3].

Проводили типовую очистку сока I сатурации, включая процесс горячей известковой обработки перед II сатурацией (температура 85 оС, продолжительность 5 мин, расход известкового молока эквивалентен вводу 0,5 % СаО), II сатурацию при рН 9,3-9,5. В полученном соке II сатурации определяли величины ЭКП карбонатных суспензий и скорость фильтрования сока на лабораторной установке, работающей при избыточном давлении 0,2 MПа [4]. Для управляемого процесса формирования кристаллоструктуры частиц карбоната кальция, полученных в процессе обработки известкованного сока диоксидом углерода, в качестве кристаллической основы в очищаемый сок вводили различные количества активированного фильтроперлита.

В пробы сока № 1-3 вводили перлита от 0,015 до 0,05% к массе продукта, проба №4 - без добавления перлита (контрольный опыт). Результаты исследований представлены в таблице.

Таблица 1

Показатели очищенного сока II сатурации в зависимости от расхода перлита

Показатели	Расход перлита, % к массе сока
	0,015	0,033	0,050	Контроль (без перлита)
	№1	№2	№3	№4
ЭКП, мВ	6	4	4	7
Скорость фильтрования, см3/с	0,68	0,61	0,51	0,46

Из данных, приведенных в таблице, видно заметное увеличение скорости фильтрования сока при расходе перлита 0,015-0,033 % (на 33-47 % отн.) в сравнении с контролем.

Структура образовавшихся в процессе карбонизации сока частиц осадка карбоната кальция представлена на рисунке 2.

б)

Рисунок 2 - Структура частиц осадка карбоната кальция: а) с введением перлита; б) без перлита

Предварительное активирование суспензии перлита перед вводом в очищаемый сок повышает концентрацию ионов кальция в жидкой фазе рабочей среды, приводит к росту положительного заряда частиц осадка карбоната кальция, в результате возрастает его адсорбционная способность. Введение суспензии активированного перлита перед II сатурацией позволяет значительно улучшить фильтрационные показатели сока II сатурации, более полно удалить несахара диффузионного сока и тем самым повысить эффект очистки. При использовании перлита в исследованном интервале расходов установлено формирование более однородной структуры частиц осадка карбоната кальция.

В суспензии, полученной без применения перлита, наблюдается полидисперсный состав частиц карбоната: менее 2 мкм - 58 %, 2-4 мкм -35 %, 4-5 мкм - 5 %. При применении активированного перлита средний размер частиц осадка карбоната составил: 2-4 мкм - 85 %, 4 мкм - 15 %.

Установленное в исследовании сниже-ʜиe ξ-потенциала частиц карбоната свидетельствует о более полной адсорбции отрицательно заряженных несахаров на поверхности частиц осадка, что способствует повышению качества очищаемого сока [5].

На большой суммарной поверхности образовавшихся однородных частицах карбоната кальция при регулируемой по продолжительности карбонизации известкованного сока будут адсорбироваться по правилу Ф. Панета и К. Фаянса преимущественно катионы кальция (т.е. свои решеточные ионы), которые находятся в избытке в очищаемом соке и будут достраивать кристаллическую решетку частиц, создавая таким образом потенциалобразую-щий слой с положительным начальным зарядом. В то же время к поверхности образовавшихся положительно заряженных частиц карбоната кальция притягивается эквивалентное количество ионов обратного заряда (противоионов): анионов органических кислот – продуктов разложения редуцирующих моно-сaхaров, а также микроанионов красящих соединений, остаточных фрагментов белковых, пектиновых веществ и продуктов их деструкции, образуя так называемый «адсорбционный» слой. При этом, чем больше свободная (не занятая несахарами) поверхность осадка и конц ентрация потенциалобразующих ионов, тем больше положительный заряд и соответственно адсорбционный эффект [6].

В выполненном исследовании установлено положительное влияние использования в качестве кристаллической «затравки» для формирования однородной структуры микрокристаллов карбоната кальция при карбонизации очищаемого сока предварительно подготовленных частиц суспензии фильтроперлита с положительно заряженной поверхностью. При этом показано улучшение фильтрационных показателей карбонизированного сока и повышение адсорбционной способности частиц карбоната кальция по отношению к несахарам свекловичного сока.