Обоснование схемы с отделением осадка несахаров до основной очистки в свеклосахарном производстве

Большую роль в технологической схеме очистки диффузионного сока св еклосахарного производства играет предварительная дефекация, целью которой является осаждение неса-харов и формирование структуры осадка с необходимыми свойствами.

Особенно возрастает значение предварительной дефекации и других способов обработки диффузионного сока при отделении осадка несахаров до основной дефекации. Отделение осадка после предварительной дефекации в связи с его неустойчивостью в условиях высокой щелочности и температуры основной дефекации является одним из актуальных направлений повышения эффективности очистки диффузионного сока известью и карбонатом кальция.

Предлагаемая схема отличается от ти -повой схемы тем, что после проведения пред-дефекации для улучшения фильтрационноседиментационных свойств осадка проводится предварительная сатурация сока и его отделение. Отделение осадка преддефекованно-го сока даёт возможность использовать кар -бонат кальция для адсорбционной очистки сока лишь от тех несахаров, которые не осаждаются на преддефекации. Удаление пред-дефекосатурационного осадка позволяет экономить известь на стадии основной дефекации (до 0,5 % СаО к массе сока) и дефекации перед II сатурацией при её исключении.

Пихунова О.Г., Парамонова К.А., 2013

Задачами исследования были: изучение структуры осадков при различных способах начального этапа очистки диффузионного сока, определение оптимального количества возвращаемой суспензии сока I сатурации и рационального расхода извести на основной дефекации.

Для выбора оптимального способа предварительной обработки диффузионного сока проводили теплую преддефекацию при температуре 50-55 оС в течение 15 мин с добавлением различного количества нефильтрованного сока I сатурации (50 и 100 %). В полученный сок вводили известковое молоко до рН 11,2 и далее обрабатывали по различным схемам. Типовая схема 1 ограничивалась проведением прогрессивной предварительной дефекации с введением возврата и известкового молока. Схема 2 с частичной карбонизацией предусматривала обработку преддефекованного сока диоксидом углерода до рН 10,5. По схеме 3 с глубокой карбонизацией преддефекованный сок сатурировали до рН 8,0-9,0, добавляли 0,3 % оксида кальция и карбонизировали до рН 11,0. Полученный по схемам 2 и 3 сок фильтровали.

Преддефекованный сок по типовой схеме и фильтраты по схемам 2 и 3 подвергали тепло-горячей основной дефекации добавлением 2 % оксида кальция, I сатурации, фильтрованию, дефекации перед II сатурацией, II сатурации и отделению осадка.

Анализу подвергали преддефекованный сок после предварительной обработки и очищенный сок. Результаты анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1

Качественные показатели очищенного сока, полученного при различных способах предварительной обработки

Показатель	Способ предварительной обработки
	Типовая схема	Способ с глубокой карбонизацией	Способ с частичной карбонизацией
Чистота,%	87,1	88,9	88,5
Цветность, ед.опт.пл.	108,1	78,3	86,9
Массовая доля белков, мг/см3	3,1	1,9	2,6
Массовая доля солей кальция, % СаО	0,025	0,017	0,02

Примечание: Чистота диффузионного сока 79,8 %

Экспериментально установлено, что при переработке долго хранившейся свеклы с низкой чистотой диффузионного сока предварительная обработка преддефекованного сока обеспечивает повышение эффективности удаления различных групп несахаров и увеличение чистоты очищенного сока [1].

Процессы, протекающие в условиях извесково-углекислотной очистки диффузионного сока, отражаются на структуре осадков. Установлено, что седиментационные и фильтрационные свойства сока I сатурации в значительной степени зависят от качества перерабатываемой свеклы, т. е. качественного и количественного состава высокополи-меров и других несахаров диффузионного сока, способа преддефекации и, в меньшей степени, от способа сатурации.

Предложен механизм образования агрегатов, состоящих из частиц коагулята высокополимеров и частиц СаСО3, связанных через ионы Са2+, позволяющий объяснить структуру преддефекованного и сатурацион-ного осадков, их седиментационные и фильтрационные свойства.

При выяснении структуры агрегатов преддефекованного осадка исходили из того, что коагулят белков и пектиновых веществ с известью имеет отрицательный заряд. Размер частиц этого коагулята зависит от количества и способа добавления извести, рН и температуры, т.е. способа преддефекации.

Отрицательный заряд частиц коагулята диффузионного сока обусловлен наличием карбоксильных групп в молекулах белков и пектиновых веществ. Указанные выше высокополимеры дают с кальцием, как известно, плохо растворимые соединения. Объединение их в агрегаты можно объяснить образованием связи между карбоксильными группами отдельных частиц коагулята через ион Са2+. Предполагая такой механизм образования агрегатов, установили, что фильтрационные свойства осадка, состоящего из таких агрегатов, тем лучше, чем больше крупных частиц коагулята, соединенных в агрегат.

Образующиеся при сатурировании частицы СаСО3 имеют положительный заряд и за счет электростатических сил будут взаимодействовать с отрицательно заряженными частицами преддефекованного осадка, образуя более крупные агрегаты. Такое взаимодействие связано с вытеснением гидратной воды с поверхности частицы СаСО3, т.е. происходит дегидратация, вследствие чего повышается гидрофобность.

При этом некоторая доля дегидратированных частиц СаСО3 находится главным образом внутри агрегатов и способствует увеличению их жесткости и повышению относительной плотности, а тем самым улучшению седиментационных и фильтрационных свойств осадка. Подтверждением именно такой структуры агрегатов осадка сока I сатурации является отрицательная величина их электрокинетического потенциала. Если предположить, что при сатурации не происходит образования агрегатов, а только наблюдается наращивание кристаллов карбоната кальция на готовых центрах, как это иногда считают, то при многократном возврате сатурационного осадка получились бы частицы различных размеров, что привело бы к резкому ухудшению фильтрования.

Таким образом, предполагаемый механизм образования агрегатов на преддефекации и сатурации позволяет объяснить влияние различных факторов на структуру осадка, его седиментационные и фильтрационные свойства, наметить пути их улучшения.

Определяли дисперсность преддефеко-ванных соков, обрабатанных по 2 схемам: с частичной карбонизацией преддефекованого сока до рН 10,5 и с глубокой карбонизацией (пересатурацией) преддефекованого сока до рН 8,5, добавлением 0,3 % СаО и карбонизацией до рН 11,0. Результаты исследования показаны на рисунках 1-2, в таблицах 2-3.

Более

высокие фильтрационно-

0,009    0,010         0,013 0,014       0,016

седиментационные и качественные показатели преддефекованного сока достигаются в способе с глубокой карбонизацией сока после пред-дефекации.

Т а б л и ц а 3

Качественные показатели преддефекованного сока после отделения осадка

Рисунок 1 - Дисперсность преддефекованного сока по схеме с частичной карбонизацией сока после преддефекации

Показатель	Способ предварительной обработки диффузионного сока
	С глубокой пересатураци-ейпреддефеко-ванного сока	С частичной карбонизацией преддефеко-ванного сока
Цветность, единиц оптической плотности	90,5	89,7
Массовая доля солей кальция, % СаО	0,027	0,049

При проведении предварительной дефекации использовали 100 % сока I сатурации к массе диффузионного сока . Результаты оценки дисперсности сусп ензий и качественных характеристик преддефекованного сока представлены на рисунках 3-4 и в таблице 4.

диаметр,мм

Рисунок 2 - Дисперсность преддефекованного сока по схеме с глубокой карбонизацией сока после преддефекации

Экспериментально установлено, что суммарное количество частиц больше в соке, обработанном по схеме с частичной карбонизацией, но диаметр частиц больше в соке, полученном по схеме с глубокой пересатурацией.

диаметр,мм

Таблица 2

Фильтрационно-седимен-тационные показатели преддефекованного сока в зависимости от способа обработки

Показатель	Способ начальной обработки сока
	С глубокой пересатурацией преддефекован-ного сока	С частичной карбонизацией преддефекован-ного сока
Фильтрационный коэффициент, см3/с	3,2	7,9
Скорость седиментации S5, см/мин	1,1	0,6
Высота слоя осадка h25, см3	1,5	3

Рисунок 3 - Дисперсность преддефекосатурирован-ного сока по способу с глубокой карбонизацией

диаметр, мм

Рисунок 4 - Дисперсность преддефекованного сока, полученного по схеме с частичной карбонизацией

При использовании 100 % суспензии сокa I caтypaции выявлeʜa тaкaя же зaкономерность в дисперсности суспензий, что и при возʙpaте 50 % нефильтpoʙaʜʜoго сокa I caтypaции.

Таблица 4

Фильтpaционные и седиментaционные покaзaтели преддефекoʙaʜʜoго сокa

Πoкaзaтель	Способ предʙapительной обpaботки диффузионного сокa
	C глубокой пepecaтypaцией преддефекoʙaʜ-ного сокa	c чacтичной кapбонизaцией преддефекoʙaʜ-ного сокa
Фильтpaционный коэффициент, см3/с	6	20
Скорость седи-ментaции S5, см/мин	1,5	0,9
Высотa cлоя ocaдкa h25, %	12,5	20

Устaʜoʙлено, что количество суспензии кapбoʜaтa кaльция, возʙpaщaeмой ʜa предʙapи-тельную дефекaцию в кaчестве центров кoaгу-ляции высокомолекулярныx ʜecaxapoʙ, окaзы-ʙaeт влияниe ʜa cтруктypy ocaдкa: при введении 50 % возʙpaтa повышaeтся однородность ocaдкa при способе с пepecaтypaцией. Добaʙление 100 % суспензии кapбoʜaтa кaльция способствует формиpoʙaʜию более однородного и крупногo ocaдкa, слaбо гидpaтиpoʙaʜʜoго, с хорошими фильтpaционными свойстʙaми.

При paccмотрении вопросов, связaʜʜых с седиментaционными и фильтpaционными свойстʙaми ocaдкoʙ caxapʜoго производстʙa, необходимо учитыʙaть структуру и paзмер чa-стиц ocaдкa (рисунки 5-6).

Схема с частичной карбонизацией    Сх ема с пересатурацией

Рисунок 5 – Дисперсность ocaдкa при введении 50 % суспензии ʜa предʙapительную дефекaцию

Схема с пересатурацией Схема с частичной карбонизацией

Рисунок 6 – Дисперсность ocaдкa при введении 100 % суспензии ʜa предʙapительную дефекaцию

Общий эффект очистки диффузионного сокa cклaдыʙaeтся из двух состaʙляющих: ocaждения ʜecaxapoʙ при действии извести и aдсорбции иx ʜa поверхности обpaзoʙaʙшегося ocaдкa кapбoʜaтa кaльция. Эти процессы ʜaпрямую связaʜы с одной из ʙaжнейших тех-нологическиx xapaктеристик дефекocaтypaци-онныx ocaдков – дисперсностью.

Количественно дисперсность выpaжaeтся тремя величиʜaми: числом чacтиц, удельным числом чacтиц и удельной поверхностью. Чем однороднее суспензия пo paзмеру чacтиц, тем меньше степень полидисперсности и лучше фильтpaционно-седиментaционные свойстʙa ocaдкa CaCO 3 ; чем меньшe paзмер чacтиц, тем больше удельʜaя поверхность и, следoʙaтельно, aдсорбционные покaзaтели (тaблицa 5).

Таблица 5

Cpaʙʜительʜaя оценкa фильтpaционных и седиментaционных свойств сокa I caтypaции

Покaзaтель	Способ обpaботки диффузионного сокa
	C пepecaтypaцией преддефекoʙaʜʜoго сокa	Tиповой
Фильтpaционный коэффициент, см3/с	1,5	10,5
Скорость седи-ментaции S5, см/мин	4,4	3,6

При проведении глубокой кapбонизaции улучшaeтся структypa преддефекoʙaʜʜoгo ocaдкa и ocaдкa coкa I caтypaции, что обеспе-чиʙaeт более высокую скорость ocaждения чa-стиц. При этом уменьшaeтся мacca фильтpaци-онногo ocaдкa и потери caxapoзы в нем.

Проведение глубокой карбонизации преддефекованного сока повышает эффективность осаждения коллоидных и кристаллоидных соединений диффузионного сока, обеспечивает более полную дегидратацию осадка. За счет удаления несахаров, осажденных на начальном этапе очистки диффузионного сока, повышается качество преддефекованного и очищенного сока [2] (таблица 6).

Таблица 6

Сравнительная оценка типового и предлагаемого способов при различном расходе оксида кальция на основную дефекацию

Показатели соков	Типовой способ	Способ с глубокой карбонизацией
	2,5 % СаО	1,5 % СаО	2,0 % СаО
Сок после предварительной обработки
Цветность, ед. опт. пл.	134,6	66,6
Массовая доля белков, мг/см3	0,27	0,15
Массовая доля солей кальция, % СаО	0,252	0,168
Очищенный сок
Чистота, %	91,0	92,1	92,2
Цветность, ед. опт. пл.	66,7	42,3	41,3

При реализации предлагаемого способа, в отличие от типовой схемы, повышаются фильтрационно-седиментационные свойства преддефекованного сока и сока I сатурации, цветность сока снижается на 40-50 %, массовая доля солей кальция - на 20-25 %, чистота очищенного сока повышается на 1,0-1,2 %, эффект очистки на дефекосатурации увеличивается на 5-6 %, расход оксида кальция на очистку сока снижается на 0,5 - 1,0 % [3].

На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что при очистке диффузионного сока по схеме с отделением преддефекосатурационного осадка эффективнее проводить глубокое пересатуриро-вание преддефекованного сока с последующим подщелачиванием и карбонизацией.