Спецтехнология САХАРА Курс для студентов гр 09 ИТПМ

Спецтехнология САХАРА Курс для студентов гр. 09 ИТПМ 3 а 10 ИТПМ 3 а 11 ИТПМ 3 а Лектор: проф. В. И. Тужилкин

ХАРАКТЕРИСТИКА СВЕКЛОСАХАРНОГО ЗАВОДА Структура производства

Свеклосахарный завод — это крупное хорошо оснащенное современной техни кой предприятие, работающее, в основном, по непрерывной схеме. В сутки сахар ный завод средней производственной мощности перерабатывает 5— 6 тыс. т свеклы. При некоторой перекомпоновке технологической схемы на свеклосахарном заво де перерабатывают также тростниковый сахар сырец (на заводе производственной мощностью 6 тыс. т свеклы в сутки — до 1000 т сахара сырца). Заводы работают сезонно: свеклу начинают перерабатывать 10 20 сентября, а заканчивают в декабре. В сентябре и октябре заводы перерабатывают свежевскопанную свеклу, позже используют свеклу с призаводского склада или со свеклопри емных пунктов. Переработку тростникового сахара сырца проводят в I и II кварта лах следующего года. Оптимальная унифицированная производственная мощность вновь строящихся свеклосахарных заводов в России принята 12 тыс. т переработки сахарной свеклы в сутки и реконструируемых — 6 тыс. т. Строительство новых заводов на 6 9 тыс. т в сутки и их эксплуатация нерентабельны. Число работающих на таком заводе состав ляет 5— 6 человек на переработку 100 т свеклы в сутки. При урожайности корнеплодов 45— 50 т/га радиус зоны свеклосеяния завода на 6— 9 тыс. т не превышает 30 км. Расчетная продолжительность сезона сокодобывания для вновь проектируемых в нашей стране свеклосахарных заводов должна быть не менее 90— 100 сут.

На отечественных свеклосахарных заводах в качестве типовой используют тех нологическую схему, включающую непрерывный диффузионный процесс с возвра том жомопрессовой воды, известково углекислотную очистку диффузионного сока (прогрессивная преддефекация, холодно горячая основная дефекация, I сатурация, фильтрование, дефекация перед II сатурацией, II сатурация с дозреванием сока, фильтрование и сульфитация), сгущение сока выпариванием, три ступени кристал лизации с аффинацией сахара III кристаллизации. Свеклосахарное производство — единый процесс, его условно делят на три про изводственных и на вспомогательные отделения:

• • • свеклоперерабатывающее, в котором проводят подготовительные операции со свеклой и извлекают свекловичный сок из стружки экстракцией; сокоочистителъное, здесь экстрагированный (диффузионный) сок очищают от несахаров и сгущают до сиропа; продуктовое, где сахароза выкристаллизовывается из сиропа и оттеков с по лучением готового продукта; к вспомогательным отделениям относят известковое, жомосушения, брике тирования жома. Делить производство на цехи на сахарном заводе не принято, так же как и на станции (выпарная станция и др. ). Рассмотрим компоновку сахарного завода производственной мощностью 6 тыс. т переработки свеклы в сутки, где все технологическое оборудование размещают в двух корпусах (рис. 5). Оба корпуса имеют форму прямоугольников шириной по 48 м (8 пролетов по 6 м). Продажи Кв. 1 Кв. 2 Кв. 3 Кв. 4

Свекла поступает в завод по двум гидротранспортерам, моется в двух моечных машинах. Свекловичную стружку обессахаривают в двух диффузионных аппаратах, а сок сгущают в пятикорпусной выпарной установке с повышенным температур ным ежимом. Утфель уваривают р в вакуум аппаратах с механическим циркулятором вместимостью по 80 т утфеля. Сахар сушат в двух сахаросушильных установках. • • • Жом отжимают до содержания 18 22% СВ, сушат и гранулируют с добавлением мелассы и карбамида. Для получения извести и сатурационного газа установлены две известково газовые печи производительностью по 100 т или одна производи тельностью 200 т/сут. жженой извести. Паром и электроэнергией завод обеспечи вается т ТЭЦ, где установлены о четыре парогенератора по 50 т/ч пара давлением 4 МПа (1 МПа = 10 ати) и два турбоэлектрогенератора по 6 тыс. к. Вт. Расчетный расход пара на технологические нужды, включая жомосушение, со ставляет 47% к массе свеклы. Расход свежей воды (речная, прудовая) 250 400 м 3/ч, на промывание сахара песка и питьевые нужды (артезианская) — 70 м 3/ч. Годовой объем заготовляемой сахарной свеклы при длительности сокодобывания 100 сут. принят 550 тыс. т. Расчетная годовая выработка сахара составляет 72 тыс. т; сырого жома с содержанием СВ = 7, 3% — 440 тыс. т; условной мелас сы — 29, 5 тыс. т. Для управления технологическими процессами предусмотрены центральный пульт управления и система промышленного телевидения. Уровень механизации работ более 97%.

Принципиальная технологическая схема Переработка сахарной свеклы в сахар песок (рис. 7) осуществляется следующим образом. Свеклу подают в завод водным потоком по наклонному желобу гидравли ческого транспортера. В конце гидротранспортера свекловичная смесь специаль ным центробежным насосом поднимается на водоотделитель, где от нее отделяется грязная вода, называемая транспортерно моечной. Эту воду после осветления отста иванием снова возвращают в гидротранспортер. С водоотделителя свекла поступает в свекломоечную машину и отмывается от легких (ботва, сорные растения) и тяже лых (песок, камни) примесей. Отмытые корнеплоды свеклы взвешивают на автоматических весах и изрезыва ют стружку, которая затем подается в диффузионную установку, в где ее нагревают до температуры 72 75 °С и обессахаривают горячей водой в противотоке. В резуль тате экстракции (диффузии) сахароза и часть несахаров свекловичного сока перехо дят воду, образуя диффузионный сок. в Обессахаренную стружку, называемую жомом, отжимают в прессах до 18 22% СВ и сушат до содержания СВ 84 86%. Жомопрессовую воду, содержащую некоторое количество сахарозы, после термообработки и осветления возвращают в диффузионный аппарат.

Диффузионный сок содержит значительное количество растворенных и взве шенных примесей, поэтому его подвергают осветлению, химической и физико химической очистке гидроксидом кальция (известковое молоко) и диоксидом угле рода (сатурационный газ, содержащий 32 34% С 02), которые получают на заводе при обжиге известнякового камня. После очистки и фильтрования взвешенные ча стицы удаляются из сока полностью, а растворимые — примерно на 1/3. Для снижения интенсивности образования красящих веществ очищенный сок с содержанием 11 13% СВ сульфитируют газообразным диоксидом серы (сульфитационный газ), а затем сгущают до 62 65% СВ в выпарной установке. Полученный сироп смешивают с клеровкой желтого сахара, сульфитируют и после фильтрования направляют на уваривание утфеля (утфелъ — смесь кристаллов сахара и сиропа). Чтобы получить чистый кристаллический сахар (сахар песок), сироп уваривают до пересыщения в вакуум аппаратах под разрежением. При уваривании под разре жением 650 ( 660 мм рт. ст. ) сироп кипит при температуре 82 85 o. С и затем в пере сыщенный сироп вводят затравочную суспензию и наращивают микрокристаллы до среднего размера 0, 6— 0, 8 мм. Смесь кристаллов с межкристальным раствором, называемую утфелем I кристаллизации, разделяют в центрифугах на сахар песок и первый оттек. Промывая затем сахар песок в центрифугах горячей водой (около 75 °С), получают второй оттек. После выгрузки из центрифуг сахар песок сушат горячим воздухом до влажности 0, 14% и ниже, а второй и первый оттеки, содержа щие большое количество сахара, направляют на уваривание утфеля II кристалли зации. отовый утфель II кристаллизации центрифугируют Г с промыванием сахара горячей водой. Второй и первый оттеки утфеля II кристаллизации подают на ува ривание утфеля III кристаллизации, а желтый сахар – на приготовление клеровки.

Утфель III кристаллизации уваривают в вакуум аппарате под разрежением, а затем продолжа ют кристаллизацию сахара в кристаллизационной установке при охлаждении. Обессахаренный таким образом межкристальный раствор утфеля, из которого прак тически же невозможно выделить кристаллический у сахар, после центрифугирования выводят из завода без разбавления водой. Этот оттек называют свекловичной мелассой. Сахар III кристаллизации удерживает на поверхности значительное количество меж кристального аствора чистотой 60 62%. Чтобы снизить массу р пленки на кристаллах и повысить ее чистоту, сахар III кристаллизации смешивают с разбавленным, более чи стым и менее вязким первым оттеком утфеля I кристаллизации. Такую смесь называют аффинационным утфелем. При перемешивании часть несахаров из поверхностного слоя на кристаллах переходит (диффундирует) в оттек. После центрифугирования утфеля чи стота кристаллов сахара III кристаллизации приближается к чистоте сахара II кристал лизации. ахар II и III кристаллизация растворяют в соке II сатурации С до 67 70% СВ (клеровка) и смешивают с сиропом из выпарной установки перед сульфитацией. Отходы производства (жом, меласса) используют на корм скоту. Меласса также служит сырьем для производства хлебопекарных дрожжей, этилового спирта, в том числе биоэтанола, лимонной кислоты. Фильтрационный осадок подсушивают до влажности 30 35% СВ и вывозят на поля для подщелачивания кислых почв.

ПОДАЧА СВЕКЛЫ В ЗАВОД И ОЧИСТКА ЕЕ ОТ ПРИМЕСЕЙ Сахарная свекла, убранная комбайнами, содержит 6 8 % примесей, в том числе до 2% боя корнеплодов. Тяжелые и легкие примеси, попадая в свеклорезки и диф фузионный аппарат, способствуют преждевременному износу оборудования, сни жают качество свекловичной стружки и диффузионного сока. Поэтому перед изрезыванием корнеплоды очищают от примесей, используя комплекс оборудования, соединенного между собой гидравлическими транспортерами. Схема подачи свеклы в завод (рис. 8) включает первый и второй каскады обо рудования и свеклоподъемную установку. Корнеплоды со сплавной площадки по дают отоком транспортерной воды (соотношение свеклы и воды от 1: 8 до 1: 10) в п главный наземный гидротранспортер 13, к которому подведены вспомогательные Рис. 8. Схема подачи свеклы в завод и очистки ее от примесей

гидротранспортеры. В первом каскаде оборудования корнеплоды последовательно проходят песколовушку с колосниковой решеткой, вблизи которой для предотвращения зато ров установлены наклонная и горизонтальная решетки, пульсирующий шибер, пневматический ботвоподьёмник, ботволовушка и камнеловушка. Примеси, улавливаемые ботво камнеловушками, выводят транспортером на специаль ную площадку или в тележку. Свекловодяная смесь поступает в буферную емкость с пульсирующим шибером, расположенную перед свеклоподъемной установкой. Этой установкой смесь поднимается на высоту 5 6 м в лоток подвесного гидро транспортера, расширенный приемник которого прикрыт прутковыми решетка ми – наклонной и горизонтальной. Избыток свекловодяной смеси выводится через слив, трубопровод обратно в буферную емкость.

На втором каскаде оборудования поток свекловодяной смеси регулируют пуль сирующими шиберами, перед которыми установлены прутковые решетки, и маятниковым шибером. С помощью пневмати ческого одъемника (в свекловодяную смесь вдувают сжатый п воздух для облег чения всплывания легких примесей), ботволовушки и камнеловушки удаляют оставшиеся легкие и тяжелые примеси. На водоотделителе свекла освобождается от транспортерно моченой воды, ополаскивается осветленной водой из соплоаппаратов, отмывается в свекломоечной машине и на водоотделителе последовательно ополаскивается чистой водой и водой с добавлением хлорной извести, подаваемой через соплоаппараты. Для устранения заторов свеклы перед пульсирующими шиберами установлены водобои. Транспортерно моечная вода, содержащая примеси и обломки свеклы, посту пает хвостикоулавливатель. Уловленные свекломасса и примеси в транспорте ром одают на классификатор, откуда частицы свекломассы п размером более 10 мм транспортером направляются в производство, а легкие примеси и непри годная к переработке свекломасса транспортером – в жом.

При гидравлической подаче свеклы из нее водой экстрагируется до 0, 25% саха розы (к массе свеклы). Потери сахарозы возрастают: • при увеличении температуры транспортерно моечной воды; • продолжительности пребывания в ней корнеплодов; • ухудшении их физического состояния; • наличии на тракте подачи острых выступов, заусенцев и других предметов, по вреждающих корнеплоды. Если корнеплоды подавали в гидротранспортер погрузчиком, потери сахарозы возрастают в 2 3 раза. В процессе перегрузок, при падении свеклы с высоты до 6 м потери сахарозы в транспортерно моечной воде увеличиваются в 9 10 раз. Саха роза, вымытая при транспортировании, разлагается до молочной кислоты, летучих и нелетучих кислот в соотношении примерно 1: 0, 85: 2, 9.

Рис. 9. Схема сплавной площадки (поперечный разрез) Для приема свеклы на заводе чаще всего используют сплавные площадки, распо ложенные а уровне земли (рис. н 9). Поверхность площадки выполняют из монолит ного железобетона и делят на отсеки воздуховодами, по которым вентиляторами подается воздух для вентилирования массы свеклы. По периметру площадки уста новлены отбойные стенки и водобои для смыва свеклы в гидротранспортер. Вместимость сплавной площадки рассчитывается примерно на 2 сут. работы завода.

Отделение легких и тяжелых примесей • Большое значение следует придавать улавливанию песка из свекловодяной смеси. Основную песколовушку надо устанавливать в начале главного гидротранспортера. Дно гидротранспортера над такой песколовушкой де лают в виде веерообразной решетки, изготовленной из стальных пластин. В начале решетки (по ходу движения потока) щели имеют ширину 10, а в конце — 20 мм. Под решеткой монтируют бункер, из которого песок шнеком поднимается на уровень земли. • Решетка песколовушки монтируется на 50 мм ниже дна гидротранспортера, что обеспечивает эффективное удаление песка. • Плавающие примеси улавливают с помощью валковых ботволовушек, которые устанавливают на желобе гидротранспортера в помещении с плюсовой температу рой. Для облегчения всплытия легких примесей в дне гидротранспортера помещают перфорированную решетку с отверстиями около 8 мм, через которые подают сжа тый воздух под давлением 0, 05 МПа. • Свекла и тяжелые примеси, увлекаемые водой по гидротранспортеру, попадают в камнеловушку (рис. 11), где скорость потока снижается, тяжелые примеси оседа ют а внутренней поверхности ситчатого барабана, снабженного н винтовыми лопа стями, а свекла проходит дальше по лотку гидротранспортера.

Рис. 11. Схема улавливания тяжелых примесей (песок, камни) в противоточной барабанной камнеловушке

Крупные примеси, осевшие внутри, при вращении барабана передвигаются вну тренними винтовыми лопастями навстречу потоку в приемник. Внешними витка ми в том же направлении к сборнику перемещается песок, прошедший через ситчатую поверхность барабана и осевший на дне неподвижного корпуса ловушки. Ковши, вращаясь вместе с барабаном, поочередно погружаются в полу кольцевое пространство неподвижного корпуса ловушки. Через наружные отвер стия в них поступает песок, а через отверстия – камни, осевшие на внутренней поверхности барабана. При вращении приемника вверх вода, попавшая в полу кольцевое пространство, выбрасывается через окна внутрь ситчатого барабана, увлекая за собой тонущие корнеплоды свеклы. Когда ковш поднимается вверх, кам ни и песок выгружаются на лоток. Для более полного удаления песка дно гидротранспортера перед камнеловушкой выполнено в виде щелевой решетки. Чтобы предотвратить затор свеклы на главном гидротранспортере перед свекло мойками и свеклоподъемной установкой монтируют регулирующие шиберы. Вода по гидротранспортеру должна циркулировать постоянно. Ритмичность подачи све клы в завод обеспечивается четко отлаженной работой свеклоподавателей и других механизмов на складе свеклы и установкой постоянной радиосвязи между рабочим на подаче свеклы и оператором свекломоечных машин.

Крупные примеси, осевшие внутри, при вращении барабана передвигаются вну тренними интовыми лопастями навстречу потоку в в приемник 5. Внешними витка ми в том же направлении к сборнику 1 перемещается песок, прошедший через ситчатую поверхность барабана и осевший на дне неподвижного корпуса 7 ловушки. Ковши 8 и 10, вращаясь вместе с барабаном, поочередно погружаются в полу кольцевое пространство неподвижного корпуса ловушки. Через наружные отвер стия 11 в них поступает песок, а через отверстия 12 — камни, осевшие на внутренней поверхности барабана. При вращении приемника 5 вверх вода, попавшая в полу кольцевое пространство, выбрасывается через окна 12 внутрь ситчатого барабана, увлекая за собой тонущие корнеплоды свеклы. Когда ковш поднимается вверх, кам ни и песок выгружаются на лоток 4. Для более полного удаления песка дно гидротранспортера перед камнеловушкой выполнено в виде щелевой решетки 2. Чтобы предотвратить затор свеклы на главном гидротранспортере перед свекло мойками и свеклоподъемной установкой монтируют регулирующие шиберы. Вода по гидротранспортеру должна циркулировать постоянно. Ритмичность подачи све клы в завод обеспечивается четко отлаженной работой свеклоподавателей и других механизмов на складе свеклы и установкой постоянной радиосвязи между рабочим на подаче свеклы и оператором свекломоечных машин. Рис. 12. Схема подачи свекловодяной смеси гидропневматическим подъемником

• Из нижнего гидротранспортера в верхний свеклу поднимают центробежным на сосом, которого рабочее у колесо состоит из одного диска с открытыми изогнуты ми лопастями. Частота вращения колеса, в зависимости от производительности на соса, устанавливается 370, 440, 498 мин 1. При высокой частоте вращения ротора его лопасти повреждают значительное коли чество корнеплодов.

• Из ковшового элеватора чистая свекла поступает на горизонтальный контроль ный ленточный транспортер шириной около 1, 5 м со скоростью движения не более 0, 8 м/с, на котором с помощью подвесного электромагнитного сепаратора улавли вают металлические примеси, а неметаллические удаляют вручную. • В транспортерно моечной воде после свекломоечных машин и водоотделителей содержится много минеральных, органических примесей и микроорганизмов. По вторное использование такой воды в гидротранспортерах или сброс в общественные водоемы возможны только после осветления. Для этого воду выдерживают в ради альных или секционированных отстойниках с предварительным подщелачиванием известью до р. Н 10, 5 11 (0, 2 3% Са. О к массе свеклы). В щелочной воде жизнедея тельность микроорганизмов подавляется. • После свекломоечных машин корнеплоды свеклы ополаскивают чистой водой с добавлением хлорной извести и подают в переработку ленточным транспорте ром или ковшовым элеватором. Элеватор устанавливают строго вертикально. Для уменьшения дробления свеклы на концах загрузочного и выгрузочного лотков при крепляют резиновые пластины.

ПОЛУЧЕНИЕ ДИФФУЗИОННОГО СОКА ИЗ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ • В начале XIX в. свекловичный сок по лучали, истирая корнеплоды свеклы в мезгу и отжимая сок прессованием. В 1833 г. был предложен диффузионный (экс тракционный) способ извлечения сахарозы из свеклы, который после изобретения в 1864 г. диффузора и диффузионной батареи получил широкое распространение в промышленности. Качество диффузионного сока всег да выше, чем отжатого свекловичного, так как в процессе экстракции часть несахаров сока удерживается свекловичной тканью. • На рис. 14 представлена принципиальная схема получения диффузионного сока. Отмытую свеклу взвешивают на автоматических весах с электрическим приводом и выгружают в бункер накопитель, откуда она поступает в свеклорезки, изрезыва ется в стружку и подается в диффузионный аппарат, где обессахаривается в проти вотоке. Диффузионный сок поступает в сокоочистительное отделение на очистку, обессахаренная стружка после отжатия направляется на корм скоту, а жомопрессовая вода осветляется и возвращается в диффузионный аппарат.

. 14. Принципиальная схема получения диффузионного сока

Изрезывание корнеплодов свеклы в стружку. На отечественных заводах свеклу изрезывают преимущественно в центробежных свеклорезках с 16 или 24 двуножевыми рамами. Корнеплоды с помощью вращающейся лопастной улитки отбрасы ваются на ножи, закрепленные в неподвижном корпусе, и изрезываются в стружку. У 24 рамных центробежных свеклорезок производительность в 1, 5 раза больше, чем у 16 рамных свеклорезок, а масса и габариты у нее почти такие же, как и у 16 рамной, что позволяет устанавливать ее на место демонтированной 16 рамной свеклорезки. Применяют также барабанные свеклорезки с 8 или 12 ножевыми рамами (по 6 ножей в раме). В них корнеплоды свеклы удерживаются улиткой неподвижно, а барабан со встроенными ножами вращается от привода. Расход электроэнергии и количество брака в них меньше, чем в центробежных свеклорезках. Для изрезывания корнеплодов используют фрезерованные безреберные ножи Рабочая часть ножа состоит из V образных элементов, называемых перьями. Расстояние между вершинами перьев называ ют шагом ножа (t). Ножами с углом профиля 75° получают стружку ромбовидной формы, а ножами с углом профиля 90° квадратной.

Рис. 15. Схема безреберного ножа № 1011 для центробежной свеклорезки • Стружка ромбовидной или квадратной формы отличается от пластинчатой или желобчатой большим сопротивлением изгибу и проницаемостью в слое, в ней мень ше образуется брака (брак — это стружка короче 5 мм или толщиной менее 0, 5 мм). • Стружку хорошего качества получают при подъеме ножей 3— 3, 5 мм и зазоре 4 7 мм (рис. 16). При переработке волокнистых корнеплодов (цветушная свекла) за зор увеличивают до 8— 12 мм, тогда ножи легче освобождаются от зависших волокон. • Для очистки ножей от зависших волокон используют струю пара под давлением. Пар периодически подают по трубе в кольцевое пространство над ножевыми рама ми. место В пара лучше использовать сжатый воздух. • Рабочие ножи быстро тупятся. Затачивают их в закаленном состоянии дисками, покрытыми нитритом бора (кубонитом). На режущий участок кубонитового диска подают охлаждающую жидкость – 2% ный раствор каустической соды (Na. OH). • В ремонтный период барабан свеклорезки вместе с ножевыми, а затем и глухими рамами (глухие рамы временно вводят вместо рабочих при замене ножей без оста новки ротора) протачивают и шлифуют 3 5 мин, загружая в него кокс и отработав шее машинное масло.

Теория диффузии П. М. Силина Извлечение сахарозы из свекловичной ткани с помощью растворителя (воды), обусловленное тепловым движением молекул и ионов, называют экстракцией или диффузией. В системе стружка вода существует градиент концентраций С с (С концентрация сахарозы в стружке, с концентрация сахарозы в воде). В результате этого возникает направленный поток экстрагируемого вещества, способствующий выравниванию концентраций (рис. 17). В первом приближении процесс экстракции можно описать с помощью основ ного закона. А. Фика S= DFr[(C с)/х], (4), по которому количество растворенного вещества S, продиффундировавшего через слой растворителя х, прямо пропорционально коэффициенту диффузии D, разно сти онцентраций этого вещества на границах к слоя (С с), времени т, площади слоя Fn обратно пропорционально толщине слоя х Используя уравнение Грасгофа из теории теплотехники для определения величины (С с) в уравнении (4) и обозначив концентрацию сахарозы в свекловичной стружке через С 2, в жоме С, диффузионном соке с2 и питающей воде сх. П. М. Силин преобразовал уравнение (4) и получил конечное уравнение, описываю щее теорию противоточного обессахаривания свекловичной стружки. где n — масса диффузионного сока, получаемого из 1 кг свекловичного сока. • ~ l g я(с, /с2) =AV/r'

Определяют значения n по уравнению n = а/93 (а — отбор диффузионного сока на 100 кг свеклы; 93 кг – содержание свекловичного сока в 100 кг свеклы); А — не который постоянный коэффициент, зависящий от конструкции и режима работы диффузионного аппарата, а также от сахаристости свеклы. Определяют его экс периментально для конкретных условий и при стабильной работе завода. Обычно величина А для свеклы, выращенной в средней полосе России, и наклонных шнековых диффузионных аппаратов колеблется в интервале (4— 8)10 5; V – температура процесса (через фактор стружки), Т— абсолютная тем пература активной диффузии; вязкость экстрагента; l — длина 100 г стружки, м; t – продолжительность активной диффузии, мин. Концентрацию сахарозы в свекловичном соке С 2 можно принять равной 1, тогда уравнение (5) примет вид: (6) • В уравнении обобщены основные показатели, характеризующие процесс обессахаривания свекловичной стружки до концентрации С, такие как отбор сока, температура процесса, длина стружки, продолжительность актив ной диффузии. • Применение теории П. М. Силина на практике дает возможность нормировать потери сахарозы в жоме в зависимости от конструкции и режима работы диффузи онной установки, качества корнеплодов свеклы.

Коэффициент А следует определять для каждой диффузионной установки еже годно ри п установившемся режиме переработки качественного сырья (например, в октябре), используя уравнение 6. Параметры п, С, t, l, т легко определяют по показателям работы завода. При вычислении факторов К и t необходимо отбирать пробы сока из диффузионного аппарата (по высоте или длине) в 8 – 10 точках, из мерять в них температуру и вычислять среднее значение, исключая из расчета по казатели иже 60 °С. н Продолжительность активной диффузии при температуре выше 60 °С находят, добавляя в свекловичную стружку краситель (измельченную морковь, красную свеклу) или изотопы. Зная коэффициент А для данной диффузионной установки и значения V, I, t, необходимо периодически вычислять оптимальные потери сахарозы в жоме С, и ис пользовать х как и эталон для оценки работы завода. Следует иметь в виду, что потери сахарозы в жоме С, вычисляют на 1 кг сахарозы, введенной в диффузионный аппарат. Умножив эту величину на 100, найдем потери на 100 кг сахарозы, а затем и к массе переработанной свеклы. Это минимально возможные потери сахарозы с жомом при существующих условиях работы диффузионной установки, работающей без возврата жомопрессовой воды. Такие потери сахарозы называют учтенными. Для вычисления учтенных потерь сахарозы в диффузионном аппарате, работающем с возвратом жомопрессовой воды, уравнение (6) было видоизменено: (7)

где С 1 содержание сахарозы в обессахаренной стружке, отнесенное к содержанию ее в свекловичном соке (C 1 = C/C 2); с1 — содержание сахарозы в жомопрессовой воде, отнесенное к ее содержанию в свекловичном соке (c 1 = с/С 2). Существуют еще неучтенные потери сахарозы, обусловленные жизнедеятельно стью микроорганизмов и другими факторами. Их величина, в зависимости от каче ства перерабатываемой свеклы, составляет 45 60% от учтенных физико химических потерь. Теория диффузии П. М. Силина представлена в виде простого конечного урав нения ез учета б формы сечения стружки, проницаемости ее слоя, рециркуляции сока, термодиффузии сахарозы при нагревании стружки. Но допущения, сделанные автором с целью упрощения математического описания процесса, оказались удач ными. оэтому получаемые конечные П результаты отличаются высокой точностью и хорошо коррелируют с результатами, получаемыми на практике. Всесторонний анализ теории П. М. Силина с учетом современных научных данных, показал, что она дает возможность объективно оценивать влияние ко личества отбора сока и продолжительности активной диффузии на обессахаривание стружки и с достаточной точностью — влияние длины 100 г стружки. Сле дует только правильно определять продолжительность и среднюю температуру активной диффузии. Диффузионный сок отличается от свекловичного повышенным качеством (чи стотой). Обусловлено это тем, что при экстракции сахарозы из клеток свекловичной ткани, кроме сахарозы, в диффузионный сок переходит до 95% аминного, аммиач ного и около 80% общего азота; до 90% натрия и калия, а из разорванных ножами клеток (при изрезывании) вымывается около 30% белковых веществ. Остальные несахара удерживаются клеточными стенками свеклы. Такое явление называют эф фектом Доннана. Эффект удерживания части несахаров свекловичными тканями (Эф) можно вы¬числить по уравнению: Эф = 100{1 [(100 – Ч 2/Ч 1]/[(100 – Ч 1/Ч 2]}, (8) где Ч 1 и Ч 2 — чистота соответственно свекловичного и диффузионного соков. Пример. Имеем: Ч 1; = 84%; Ч 2 = 85%. Вычислить значение Эф. Эф = 100{1 [(100 85/84]/[(100 – 84/85]} = 7, 35%.

Получение диффузионного сока в колонной диффузионной установке Схема обессахаривания свекловичной стружки в колонной диффузионной уста новке представлена на рис. 19. Она включает колонный аппарат, наклонный ошпариватель, жомовые прессы, устройства для очистки жомопрессовой и подготовки свежей питающей воды, теплообменники и насосы. Свекловичная стружка по транспортеру, оборудованному автоматическими ленточными весами, регулирующими автоматически заданное соотношение све кловичной стружки и экстрагента в диффузионном аппарате, поступает в ошпариватель, где нагревается и смешивается сначала с поперечным, а затем с циркули рующим потоками диффузионного сока. Из ошпаривателя сокостружечная смесь температурой 72 75°С подается насосом в колонну через распределитель сокостружечной смеси, который на выходе снабжен обратным клапаном, свободно сидящим на оси. Под давлением потока снизу вверх клапан удерживается в откры том состоянии, а при остановке насоса клапан закрывается и препятствует обратно му движению сокостружечной смеси. Распределитель вращается вместе с трубовалом и равномерно распределяет стружку на поверхности фильтрующего сита. С неподвижной трубой, по кото рой сокостружечная смесь подается в аппарат снизу, распределитель соединен через сальниковое устройство. На трубовале закреплены качающиеся башмаки – сокоочистители, которые при скольжении по фильтрующему ситу впереди распре делителя поднимают лежащую на сите стружку и одновременно очищают его. Под распределителем на сите образуется свободное пространство, куда и ложится свежая стружка. Благодаря совместной работе сокостружечного насоса, распреде лителя лопастей, закрепленных на валу и неподвижных контрлопастей, , стружка перемещается снизу вверх навстречу потоку сока.

• Диффузионный сок, пройдя из колонны через горизонтальное фильтрующее сито, дополнительный ситовой пояс и неподвижные ситчатые контрлопасти, поступает в песколовушку и после нее разделяется на два потока. Первый (250 300% к массе переработанной свеклы), называемый циркулирующим, нагревается до температуры 78 80°С и подается в мешалку для ошпаривания свекловичной стружки, перемешивания и подготовки сокостружечной смеси к обессахариванию. Второй поток, равный отбору диффузионного сока и называемый поперечным, также нагревается до 78 80°С и на правляется в теплообменную часть ошпаривателя для нагревания стружки до тем ературы п денатурации белков. Часть сока поперечного потока (при необходимости) без нагревания вводят в шахту ошпаривателя для гашения пены. • Диффузионный сок температурой 45 50°С в количестве 120 125% к массе пе реработанной свеклы отбирается через торцевое сито ошпаривателя направляется в мезголовушку. Уловленная мезга возвращается в шахту ошпаривателя, а диффузионный сок посту пает сокоочистительное отделение в на очистку. • Обессахаренная стружка с содержанием 7 8% СВ выгружается из колонны в шнековый водоотделитель, а оттуда в вертикальные жомоотжимные прессы. Вода, отделенная от жома попадает в сборник, прокачивается через трубчатый теплообменник, где нагревается паром до 85 90°С для коагуля ции веществ коллоидной степени дисперсности и ВМС. Затем осво бождается т взвесей и о подается в диффузионный аппарат, охлаждается до 70 75°С.

В дополнение к осветленной жомопрессовой воде свежая питающая вода темпе ратурой 68 70°С подается в сульфитатор, где обрабатывается ди оксидом серы до р. Н 5, 5 6 и направляется в диффузионный аппарат. Потери сахарозы в результате жизнедеятельности микроорганизмов в диффузионном аппарате составляют 0, 06 0, 1%, а при неблагоприятных условиях – до 0, 3%. Для подавления жизнедеятельности микроорганизмов и улучшения очистки пи тающей оды не реже двух раз в смену вводят 0, 01% в формалина и двойной неаммонизированный суперфосфат в количестве 0, 03 0, 05% к массе свеклы. На всем пути очистки и возврата температура жомопрессовой воды должна быть не ниже 70°С. Формалин, применяемый для подавления жизнедеятельности микроорганизмов в диффузионном аппарате, токсичен, коррозионно активен, отрицательно влияет на человека и окружающую среду. Альтернативой формалину могут быть, напри мер дезинфицирующие препараты Дезосепте или Нобак концентрацией в соке около 0, 0002% к массе свеклы. Расход их на 1 т свеклы – не более 2 г.

К недостаткам КДА относят высокую металлоемкость, повышенное измельчение стружки, отсутствие возможности промежуточного подогрева сока в аппарате. Эти аппараты чувствительны к качеству свекловичной стружки, например при увеличении брака стружки до 10% фильтрующее сито аппарата быстро забивается и снижается отбор сока. Качество стружки следует контролировать по шведскому фактору (отношению массы свекловичной стружки длиной более 5 см к массе стружки длиной менее 1 см). Аппарат работает устойчиво при шведском факторе 8 10. Для улучшения проницаемости сита на всасывающей трубе насоса откачивающего сок из колонны, устанавливают гидрозатвор таким образом чтобы верхняя часть колена располагалась на 1, 5 м выше горизонтального сита. Из верхней точки гидрозатвора в загрузочную шахту ошпаривателя выводят воздушную оттяжку. Иногда для промежуточного нагревания сокостружечной смеси часть диффузионного coкa, выводимого из аппарата, нагревают в выносном теплообменнике и возвращают во второй или третий ряд контрлап (начиная сверху. В контрлапах для ввода сока просверливают отверстия диаметром 30 мм. Это позволяет поддерживать температуру активной зоны диффузии не ниже 70°С и снизить потери сахара в жоме. В зимнее время при переработке охлажденной свеклы приходиться повышать количество сока, возвращаемого в ошпариватель, что влечет за собой и увеличение отбора диффузионного сока. Но пропускная способность фильтрационных сит ошпаривателя ограничена, поэтому целесообразнее предварительно нагревать корнеплоды до 20 25°С барометрической водой с t = 45 50°С в ванне ополаскивателя или другой ёмкости. При переработке спелой неповрежденной свеклы в колонном аппарате реко мендуется придерживаться следующего режима работы: длина 100 г свекловичной стружки 10 13 м (шведский фактор 8 12); содержание мезги и брака не более 3%; отбор диффузионного сока 120— 125% к массе свеклы; средняя температура сокостружечной смеси по высоте колонны (°С): в нижней части 74 75°С, средней 73, верх ней 68 70°С. Ритмичность работы диффузионной установки обеспечивается непрерывной и равномерной подачей свекловичной стружки. Если стружка не поступает в колон ну в течение 10 мин, колонну и ошпариватель отключают.

Получение диффузионного сока в наклонной двухшнековой диффузионной установке Многие отечественные заводы используют наклонные двухшнековые диффу зионные аппараты двух типов: DDS и ПДС. В DDS витки шнеков непрерывные (рис. 20, б), контрлопасти отсутствуют, а жом выводится лопастным колесом. У ап паратов ДС П (рис. 20, а) витки шнеков выполнены в виде секторов с разрывом между лопастями 30°, что дает возможность размещать в этих разрывах трубчатые контрлопасти. На рис. 21 представлена аппаратурно технологическая схема получения диффу зионного сока в наклонном двухшнековом диффузионном аппарате ПДС. По этой схеме свекловичная стружка из свеклорезок подается в загрузочный бункер лен точным транспортером, оснащенным автоматическими ленточными весами. В диффузионный аппарат поступает очищенная жомопрессовая вода и сульфитированные аммиачные конденсаты. Жом из диффу зионного аппарата выгружают двумя параллельными винтовыми шнеками.

Рис. 20. Шнеки диффузионного аппарата: а — ПДС; б — DDS

Диффузионный сок отбирается из нижней части аппарата подается в мезголовушку, где освобождается от мезги направ ляется на очистку. Уловленная мезга возвращается в диффузионный аппарат в точ ку, расположенную на 3 м выше ситовой камеры. Жомопрессовая вода очищается. Корпус аппарата изготовлен из коррозионностойкой стали и установлен на постаменте под. Аппарат условно раз делен а шесть рабочих секций. Рабочие секции н снабжены паровыми камерами, разделенными на четыре зоны нагревания. Первую зону нагревания образует камера VI секции, вторую – камера V секции, третью – камеры IV и III секций, соединенные последовательно, четвертую камеры II и I секций, также соединенные последовательно. Эти камеры служат для нагревания сокостружечной смеси непосредственно в аппарате. Стружку предварительно не ошпаривают. Для обогревания аппарата используют вторичный на сыщенный ар из п выпарной установки с избыточным давлением 0, 05 – 0, 07 МПа. Кон денсат тводится о в сборник конденсатов, неконденсирующиеся газы – в вакуум конденсационную установку или атмосферу. Внутри аппарата от нижнего и верхнего приводов синхронно вращаются два продольных трехзаходных шнека с постоянным шагом (левый против часовой стрелки, правый по часовой стрелке), перемещающих стружку от нижнего конца аппарата к выгрузочному устройству жома. Максимальная частота вращения шнеков 0, 93 мин 1. Для улучшения перемешивания и транспортирования стружки по поперечному сечению корпуса установлены трубча тые онтрлапы, к которым в двух к нижних секциях (VI и V) подведен насыщенный пар. В местах установки контрлап разрыв между лопастями шнеков составляет 160 мм. Сверху аппарат закрыт крышками с люками 500 x 500 мм.

• Свежую и очищенную жомопрессовую воду обычно подают вместе в I секцию аппарата. При засорении отверстий лобового сита мезгой в ситовой камере созда ется разрежение, вызывающее еще большее засорение сита. Для снятия разреже ния з верхней точки ситовой и камеры в загрузочный бункер выводят воздушную оттяжку. Торцевое сито должно постоянно очищаться скребками, собранными из фторопласта и закрепленными на участках шнеков, примыкающих к ситу. • При работе диффузионных аппаратов ПДС придерживаются следующего режи ма аботы. р Длина 100 г свекловичной стружки должна быть 13 15 м (у аппаратов ДДС — 9 12 м). Отбор диффузионного сока 120%. Температура сокостружечной смеси (°С) в зонах нагревания (нумерация от ситовой камеры): I — 60 65; II, III — 72 74; IV— 70 72. Температура диффузионного сока на выходе из аппарата 40 50 °С. Удельная нагрузка рабочего объема аппарата стружкой 0, 6 т/м 3. • При отборе диффузионного сока 120% и сохранении оптимального режима ра боты бщие о средние потери сахарозы с жомом в аппаратах ПДС не должны превы шать , 4% к массе 0 свеклы. • При нормальной загрузке аппарата придерживаются такого уровня заполнения корыта сокостружечной смесью, чтобы на поверхности был виден самый отдален ный т ситовой о камеры виток шнека. Высота заполнения у аппарата ПДС регули руется изменением частоты вращения выгрузочных шнеков для жома, а у аппаратов ДДС — поворотом распределителя свежей сульфитированной воды: если поток све жей воды направлен к выгрузочному устройству, то производительность аппарата уменьшается, а удельная нагрузка аппарата увеличивается. И наоборот, когда поток направлен в сторону от выгрузочного устройства, то производительность аппарата повышается, а нагрузка аппарата уменьшается.

• Оптимальная частота вращения шнеков 0, 6 0, 7 мин 1. При увеличении частоты вращения шнеков нарушается равномерное движение стружки и экстрагента в ап парате. асть мелкой стружки увлекается потоком сока, скапливается у торцевого Ч сита, уплотняется на витках шнеков и образует «пробки» . Спрессованная мелкая стружка может удерживаться в некоторых застойных местах аппарата по нескольку часов, создавая очаги активного развития микроорганизмов. При этом резко увели чиваются неучтенные потери сахарозы. • Уровень сока в шнековых аппаратах поддерживают на 100 200 мм ниже верх ней точки первого (от лобового сита) витка шнека. При большем уровне сока и нормальном его отборе нарушается противоток стружки и воды и повышается содержание сахарозы в жоме. При меньшем уровне сока увеличивается нагрузка на шнеки. • Очень важно, чтобы во время вращения шнеков не прекращалась подача воды в аппарат. Недопустим также перегрев стружки, особенно у греющих поверхностей, так как при этом стружка теряет упругость, ухудшаются условия ее транспортирова ния и становится возможным образование местных скоплений (пробок). При уменьшении или кратковременном прекращении подачи стружки в диф фузионный ппарат частоту вращения шнеков и подачу свежей воды уменьшают, а обеспечивая при этом нормальное заполнение аппарата сокостружечной смесью. При вынужденных остановках диффузионного аппарата продолжительностью до 1 ч подачу стружки, воды, греющего пара прекращают, и часть сока откачивают в сборник. При более длительных остановках часть стружки выгружают в жом. • К недостаткам наклонных шнековых аппаратов можно отнести слабый прогрев стружки в головной части, где она нагревается в основном за счет охлаждения го рячего диффузионного сока.

• Поэтому при переработке охлажденной и подморо женной веклы в диффузионном аппарате с не удается поддерживать оптимальную температуру только обогреванием через паровые камеры. В этом случае рекоменду ется часть диффузионного сока нагревать в выносном теплообменнике до 85 88°С и возвращать его в точку, расположенную примерно на 4, 4 м от лобового сита, до стигая тем самым необходимой температуры активной диффузии. К сожалению, без дополнительных мероприятий в наклонных аппаратах не удается получать среднюю температуру активной диффузии выше 66 68°С. • Высота столба стружки в приемной шахте аппарата должна быть на 1 – 1, 2 м выше уровня сока. Активное время экстракции в аппарате должно составлять 83 85% от общей продолжительности пребывания стружки в нем. • Образование «пробок» в средней части аппарата предотвращают равномерной подачей воды и стружки одинакового размера. Для этого каждый диффузионный аппарат оснащают двумя работающими свеклорезками, производительность одной из них регулируют автоматически, обеспечивая ритмичность подачи стружки в ап парат. рактикуемая на заводах подача в аппарат П крупной стружки не рекоменду ется, так как приводит к повышенным потерям сахарозы. Иногда, в критической ситуации, в аппарат через люки подают крупнорезаную солому. Существенный недостаток наклонных шнековых аппаратов: 1. Неравномерный прогрев стружки по поперечному сечению (рис. 22). Наивысшая температура сокостру жечной меси (74°С) с наблюдается у стенки аппарата, наименьшая (63°С) – в точке, по по еречному сечению наклонно го п шнекового диффузионного аппарата на расстоянии 4, 4 м от ситовой камеры, Рис. 22. Значения температур, °С,

наиболее удаленной от паровой камеры. Повышенная температура у трубовалов (70°С) объясняется наличием застойной зоны. Таким образом, даже при соблюде нии оптимального температурного режима (по средним показателям) действитель ная температура сокостружечной смеси в некоторых зонах будет ниже оптимальной, и они могут быть очагами развития термофильных микроорганизмов. При перегре вании пристенных в зонах стружка теряет упругость и служит источником образо вания пробок. 2. В зимнее время трудно поддерживать необходимую температуру в активной зоне аппарата. Значительная часть его длины используется только на нагревание стружки до температуры денатурации белка, а не на экстракцию. Для ликвидации этого недо статка можно использовать предварительное ошпаривание стружки вторичным на сыщенным аром до п температуры 66 68°С в выносном аппарате. Быстрое нагрева ние тружки до с температуры активной диффузии будет способствовать подавлению жизнедеятельности микроорганизмов и более полному обессахариванию стружки.

Получение диффузионного сока в ротационном диффузионном аппарате (РДА) • На некоторых сахарных заводах Российской Федерации эксплуатируют горизон тальные ротационные аппараты RT. Конструкция такого аппарата была разработана в 1928 г. российским инженером JI. M. Мандрыко. Многие годы (до 1970 1975 гг. ) этот аппарат (РДА 59) производственной мощностью 1, 5 тыс. т свеклы в сутки применялся на наших заводах как типовой, а затем его вытеснили аппараты КДА и DDS. В настоящее время он выпускается как RT 5 (RT 6) производственной мощностью 3; 4, 5; 6; 9; 12 тыс. т переработки свеклы в сутки. • Установка РДА ЛГ (рис. 23) представляет собой горизонтальный стальной ба рабан , опирающийся бандажами на двухроликовые опоры и вращающийся вокруг горизонтальной оси от привода через венечную шестерню. В головной части барабан входит в неподвижный кожух, внутри которого вместе с барабаном вращается сито

для отделения сока от стружки. Хвостовая часть аппарата заканчивается неподвижным бункером со шнеком для выгрузки жома. Свежая стружка предварительно ошпаривается в выносном ошпаривателе, по ступает в головную часть аппарата на ротационное сито, снабженное ковшами, и омывается горячим соком. Сок фильтруется через ротационное сито и направ ляется в сокоочистительное отделение, а стружка вращающимися ковшами по дается секции основного аппарата. С помощью в транспортного устрой ства, остоящего из витков ситчатого шнека и наклонных полок, с стружка перемещается в хвостовую часть аппарата навстречу экстрагенту, обессахаривается и выгружается. Корпус аппарата и транс портная истема изготовлены с из биметалла. Коэффициент заполнения аппарата соком не превышает 0, 4. При вращении аппарата стружка по наклонным полкам пересыпается из секции в секцию в смеси с соком, что предохраняет ее от истирания, и при этом исключа ется рециркуляция сока и стружки. Продолжительность активной экстракции со ставляет около 70 мин, температура сокостружечной смеси в аппарате поддержи вается а уровне н 74 76°С, длина 100 г перерабатываемой стружки 15 16 м, отбор диффузионного сока 114 116%, р. Н=5, 8 6, 4. Высокая температура обеспечивает стерильность процесса, поэтому нет необходимости вводить в аппарат формалин. Ниже приведены параметры выпускаемых аппаратов RT(табл. 8). Показатель Производственная мощность, тыс. т / сут 3 4, 5 6 9 12 Диаметр барабана, м 4, 7 5, 4 6 6, 8 7, 6 Длина барабана, м 35, 4 40. 4 43, 5 51, 3 61, 5 Мощность привода, к. Вт 69 120 175 300 420

Для диффузионных установок, оснащенных устройствами для возврата жомопрессовой воды, при прессовании жома до 18 20% СВ, работающих в оптимальном температурном режиме и на качественной сахарной свекле, минимальные потери сахарозы составляют: учтенные 0, 2 – 0, 25% и неучтенные 0, 1 – 0, 12% к массе пере работанной свеклы. Влияние различных факторов на процесс диффузии • Свекловичная стружка. На обессахаривание свекловичной стружки влияют: качество стружки и питающей воды, температура сокостружечной смеси, содержание мезги в соке, жизнедеятельность микроорганизмов, отбор сока, продолжительность процесса. Влияние этих факторов на диффузионный процесс изложено ниже.   На глубину обессахаривания стружки влияют ее геометрические формы и равно мерность, физическое состояние тканей, количество брака. Брак (стружка короче 5 мм и тоньше 0, 5 мм), заполняя пустоты, снижает проницаемость стружечной мас сы и экстракция сахарозы протекает неравномерно. Проницаемость стружки оце нивают по шведскому фактору, форма стружки квадратная или ромбовидная. • Питающая вода. Вода, используемая в сахарном производстве, должна соот ветствовать требованиям санитарно эпидемиологических правилам и нормативам к питьевой воде. На диффузионный процесс отрицательно влияют жесткость воды и р. Н. Для обессахаривания свекловичной стружки следует использовать обессолен ную истую воду с р. Н 5, 8 – 6, 4. Основной ч показатель воды – её жесткость. Различа ют постоянную, временную и общую (их сумму) жесткость. • Жесткость воды постоянная (некарбонатная) характеризуется растворенными в ней солями кальция и магния (сульфаты, хлориды, нитраты и др. ). Выражают ее в мг экв Са 2+ и Mg 2+, содержащихся в 1 дм 3 воды: 1 мг экв/дм 3 жест кости оответствует 20, 04 мг растворенного Са 2+ с или 12, 16 мг Mg 2+ в 1 дм 3 воды. По жесткости воду классифицируют следующим образом: до 1, 5 мг экв/дм 3 – очень мягкая; 1, 5 3 – мягкая; 3 4, 5 – средней жесткости; 4, 5 6 – довольно жесткая; 6 10 мг экв/дм 3 – жесткая.

• Временная (карбонатная) жесткость обусловлена растворенными в воде гидро карбонатами альция и магния, которые в условиях производства при высоких к тем пературах переходят в нерастворимые карбонаты и выпадают в осадок: Са(НС 03)2 > Са. С 03 | + С 02 + Н 20; Mg(HC 03)2 > Mg. C 03 1 + со 2 + Н 20. • Влияние карбонатной жесткости воды на диффузионный процесс незначительное. • Для экстракции нельзя использовать щелочную воду, например аммиачные конденсаты (р. Н=9, 3 9, 5) без дегазирования и подкисления, так как под влиянием щелочной среды повышается растворимость пектиновых веществ и увеличивается объем фильтрационного осадка. В результате свекловичный жом хуже прессуется. • В табл. 9 представлены результаты получения диффузионного сока на экспери ментальной установке с использованием различных видов питающей воды. Питающая вода Барометрическая рн Чистота Содержание в Жесткость воды, 3 мг диффу зионного воде NH 3, воды сока, % экв/дм мг/дм 3 27 сульфитированная Аммиачный конденсат: сульфитированный деаммонизированныйи сульфитированный 7, 3 120 Следы 6, 6 0, 2 0, 05 87, 8 6, 5 6, 4 88, 0 89, 7

• Учитывая высокие технологические качества деминерализованной воды, в ка честве свежей питающей воды в диффузионном процессе следует использовать сульфитированные конденсаты вторичных паров выпарной установки. Перед упо треблением их необходимо подщелачивать известковым молоком до р. Н 20 11– 11, 5 и деаммонизировать при температуре 75 85°С, продувая диспергированный воздух в течение 12 15 мин. При интенсивности аэрации 0, 6 0, 9 м 3/(м 2 • мин) удаляется более 90% аммиака. • Подщелачивание воды известью перед деаммонизацией обязательно потому, что при высокой концентрации гидроксильных ионов (ОН ), создаваемой известковым молоком, равновесие электролитической диссоциации аммиака смещено в сторону образования малорастворимого гидроксида аммония (NH 4 OH), константа диссо циации которого незначительна (1, 75 • 10 5 при 18 °С): NH 3 + Н 20 о NH„+ + ОН <=> NH 4 OH. • При последующей сульфитации слабощелочной воды диоксидом серы ионы кальция и сернистой кислоты образуют сульфит кальция, являющийся сильным антипептизатором пектиновых и белковых веществ в свекловичной стружке, что положительно влияет на процесс экстракции, так как стружка становится упругой.

• Деаммонизация конденсатов сжатым воздухом в условиях сахарного завода иногда сопряжена с определенными трудностями, поэтому можно воспользовать ся ругой схемой д подготовки питающей воды. • Хорошие результаты по осветлению и стерилизации жомопрессовой воды, возвращаемой в диффузионную установку, получены по схеме (рис. 24) жомопрессовую воду после пресса и отде ления мезги на дуговых ситах охлаждают в рекуперативном двухсекционном те плообменнике о 48 50°С, добавляют известковое молоко в дефекатор д в ко личестве , 2 0, 25% Са. О (к массе воды) и сатурируют до р. Н 8, 6 9, 2. После отстаивания 0 воду сульфитируют до р. Н 5, 5 6, нагревают до 74 76°С и подают в диффузионный аппарат. При переработке свежеубранной свеклы жомо прессовую воду получают чистотой 88 90%. Рис. 24. Схема подготовки жомопрессовой воды с примене нием известково углекислотной очистки

• Температура процесса. В тканях сахарной свеклы присутствуют два вида бел ка, входящих в состав клеток: один – проводящей ткани сосудисто волокнистых пучков, второй – паренхимной ткани. Белки проводящей ткани более термоустой чивы. Полная денатурации белка при 70°С в проводящих тканях завершается через 26 мин, а в паренхимных – через 12 мин. От полной денатурации белка зависит проницаемость клеточных стенок, сахароза через них диффундирует значительно быстрее. Денатурацию белка можно ускорить, повышая температуру процесса. Но уже при 80 °С резко увеличивается гидролиз нерастворимого протопектина свеклы, и в результате значительная часть пектиновых веществ переходит в сок. Набухают полисахариды в стенках свекловичных клеток, снижая их проницаемость. Перегре тая стружка теряет упругость и приобретает склонность к образованию комков. • Для получения диффузионного сока с хорошими технологическими показа телями необходимо быстро нагревать стружку до температуры денатурации белка (70 75°С) и поддерживать эту температуру примерно на 80% длины (высоты) диф фузионного аппарата. • Влияние р. Н. В условиях, близких к стерильным, в активной части диффузи онного аппарата самопроизвольно устанавливается р. Н 5, 5 – 6, 5, что почти со ответствует Н р свекловичного сока в спелых и здоровых корнеплодах. В этом интервале р. Н наблюдается минимальное образование гидратопектина (раство римого пектина. Наименьшее же разложение сахарозы происходит в изокаталитической точке (р. Н 7, 5 8, 5). Уменьшение р. Н ниже 7, 5 будет спо собствовать скорению гидролиза сахарозы у (до инвертного сахара).

• Продолжительность экстракции. При увеличении продолжительности актив ной кстракции э выход сахарозы повышается, но при этом под воздействием тем пературы клеточные стенки свекловичной ткани размягчаются и в сок больше переходит пектиновых и белковых веществ. При работе с полной загрузкой аппа рата и оптимальной температуре активной диффузии (70 75°С) стружка в аппара те должна находиться 85 90 мин. С уменьшением загрузки аппарата значительная часть стружки рециркулирует с соком и продолжительность ее пребывания в аппа рате увеличивается. • Влияние микроорганизмов. Микроорганизмы попадают в диффузионный ап парат со стружкой и питающей водой. При соблюдении оптимального техноло гического режима экстрагирования (температура, р. Н, полная загрузка аппарата) жизнедеятельность микроорганизмов подавлена, и неучтенные потери сахарозы не превышают 0, 15% к массе свеклы. Если технологический режим нарушается и в переработку поступает свекла низкого качества, инфицированная бактериями и грибами, то жизнедеятельность микроорганизмов активизируется, и неучтенные потери сахарозы возрастают до 0, 3 0, 4%. Продукты распада сахарозы и пектиновых веществ остаются в соке в виде солей кальция, становясь в дальнейшем сильными мелассообразователями. • Микроорганизмы условно делят на мезофильные и термофильные, оптимум жизнедеятельности которых соответственно 30 40 и 50 65°С. При температуре выше 70°С их жизнедеятельность подавляется. При обмене веществ микроорганиз мы, отребляя сахар, кроме п кислот образуют газы (Н 2, СН 4, С 02), которые наруша ют противоточную циркуляцию сокостружечной смеси и создают опасность взрыва в диффузионном аппарате. Наиболее жизнестойки микроорганизмы, которые воз вращаются аппарат с осветленной жомопрессовой в водой, так как они уже адапти ровались к режиму экстракции и дезинфектанту. • Степень инфицирования сокостружечной смеси в диффузионном аппарате опе ративно ожно м определить по изменению р. Н в пробах сока, отбираемых в 8 10 точках •

• Для подавления микроорганизмов в точку, расположенную примерно на 1/4 активной длины (высоты) аппарата от места подачи свежей воды, через каждые 4 ч вводят 40% ный раствор формалина в количестве 0, 015 0, 02% к массе свеклы. Точку и периодичность ввода дезинфектанта, его количество устанавливают экспериментально. • Отрицательное действие на процесс экстракции оказывает хлорид кальция, ко торый ногда вводят в сокостружечную смесь для улучшения прессования жома и (около 0, 05% к массе свеклы). Кальций, адсорбируясь свекловичной стружкой, спо собствует десорбции калия, натрия, магния, которые вместе с неудаляемыми иона ми хлора, попадая в сок, а затем в сироп, усиливают мелассообразование. • При переработке подгнившей свеклы, пораженной бактериями лейконостока (слизистый бактериоз), в диффузионный сок переходит значительная часть декстрана – продукта жизнедеятельности бактерий. Декстран – это полисахарид с сильно разветвленной структурой молекулы, увеличивающий вязкость сока и ухудшающий его фильтрационную способность. Капсулы бактерий лейконостока выдерживают температуру 87 88°С. • Очистка диффузионного сока известью осаждает не более половины декстрана, остальное количество переходит в очищенный сок. Молекулы декстрана обла дают положительным зарядом и поэтому на карбонате кальция не адсорбируются.

• Наиболее эффективное средство для разрушения структуры декстрана фермент декстраназа. • В результате выделения микроорганизмами газов и наличия в соке сапонина в диффузионном аппарате образуется много пены. Пенение можно подавлять введением 10% ной эмульсии, приготовленной из соапстока (продукт отходов маргаринового производства с антипенным эффектом) и альгината натрия (ве щество, ыделяемое из морских водорослей, используется как в эмульгатор). Альгинат натрия можно заменять хозяйственным мылом. На 1 м 310% ной эмульсии расходуют 100 кг соапстока, 890 дм 3 воды и 10 кг эмульгатора. Для получения устойчивой антипенной эмульсии исходные компоненты в течение 20 мин пере мешивают в смесителе при 80°С. На 100 т переработанной свеклы расходуется 1 кг соапстока. • Для борьбы с пенообразованием применяют также поверхностно активные вещества (ПАВ) в количестве 0, 001 0, 0001% к массе свеклы. Используют также консистентный пеногаситель ПГК ЖКРМ, полученный на основе жирных кислот растительных масел; пеногаситель Пента 483 II, олеиновую кислоту, гидрофузы масложировой промышленности, ацетилированные моноглицериды, кремнийорганические эмульсии. Находят применение и пеногасители ПГ 3 (Е 475 эфиры полиглицеридов и жирных кислот), вырабатываемые Нижегородским масложировым комбинатом на основе пищевых поверхностно активных веществ. Их приме няют при гашении пены в диффузионном аппарате, в сатураторах, при уваривании утфелей, предварительно нагревая до температуры 65°С. • Влияние мезги на качество сока. В диффузионном соке, выводимом из аппарата, обычно содержится 8 15 г/дм 3 мезги, а при переработке свеклы низкого качества до 20 г/дм 3. Мякоть мезги содержит более 40% протопектина, который при очистке сока известью гидролизуется в гидратопектин и переходит в раствор, повышая со держание есахаров в соке и вязкость. Влияние н мезги на качество очищенного сока показано в табл. 10.

Влияние мезги на качество очищенного сока Таблица 10 Содержание Чистота сока, мезги в Эффект диффу зионном % очистки сока, соке, г/дм 3 % Содержание, % к массе сока пектиновых веществ солей кальция 0 90, 6 35, 2 0, 04 0, 025 5 89, 7 29, 3 0, 14 0, 055 10 89, 3 25, 2 0, 17 0, 080 Из данных табл. 10 видно, что при содержании только 10 г/дм 3 мезги эффект очистки сока снижается на 10% (с 35, 2 до 25, 2%), а концентрация солей кальция и пектиновых веществ в очищенном соке повышается в несколько раз. При этом в 2 раза снижается натуральная щелочность и растет мутность сока. На большинстве сахарных заводов мезгу из диффузионного сока удаляют на ро тационных мезголовушках, оснащенных плетеными ситами с ячейками 1, 5 x 1, 5 мм, которые не обеспечивают удовлетворительного отделения мезги, так как в соке ее остается 4— 8 г/дм 3. Более эффективны в работе мезголовушки с латунными си тами (ячейки 0, 5 x 0, 5 мм), либо мезголовушки в комплекте с гидроциклоном. На сахарных заводах Европы используют дуговые сита c щелями

шириной 0, 8 1 мм, отличающиеся высокой эффективностью отделения мезги. Производственная мощность такого сита площадью поверхности 2 м 2 составляет 900 1000 т переработки свеклы в сутки. В России дуговые сита широко используют в крахмалопаточной промышленности. При проведении нами испытания дуговых сит на свеклосахарном заводе было установлено, что на ситах задерживается 90 95% мезги от ее общей массы, а удале ние из сокового потока только 5% мезги (к массе сока) дает возможность увеличить производительность диффузионной установки на 10 – 15% и стабилизировать рабо ту ситового пояса аппарата. Возвращать мезгу в диффузионный аппарат не следует, так как при этом ухудша ется проницаемость сокостружечной смеси, а в результате интенсивного гидролиза пектиновых веществ увеличивается содержание в соке ВКД и ВМС. Мезгу можно сушить в распылительной сушилке и гранулировать на корм скоту либо добавлять к жому перед жомосушилкой.

Отбор диффузионного сока. С увеличением расхода питающей воды в диффузи онном ппарате потери сахарозы а в жоме снижаются, но повышается расход топлива на выпаривание сока в выпарной установке. Оптимальным отбором диффузионно го сока с минимально возможным остатком сахарозы в жоме (примерно 0, 4%) счи тают 115 – 120 % к массе переработанной свеклы. Например, на сахарных заводах Дании и Германии отбор диффузионного сока ограничивают 112 – 115% (при пере работке вежевскопанной с свеклы). Массу диффузионного сока на 100 кг переработанной свеклы определяют по ба лансу сахарозы (СХ): СХв стружке = СХ в диф. соке ∙ А + СХ в жоме + Неучтенные потери. (9) Пример. Определить отбор диффузионного сока (А, % к массе свеклы), если содержание сахарозы в свекловичной стружке 16%, диффузионном соке 12, жоме 0, 4%; неучтенные потери 0, 2% к массе свеклы. Масса жома, выводимого из диффу зионного аппарата, составляет 65% к массе свеклы. 16 = А*12/100 + 65*0, 4/100 + 0, 2; А= 129, 5%. Заданное соотношение свекловичной стружки и питающей воды в диффузион ном аппарате регулируют автоматически, изменяя подачу питающей воды. Выход свежего жома, выводимого из диффузионного аппарата, и содержание в нем СВ принимают как усредненную величину для каждого типа диффузион ной установки, % к массе свеклы: КДА 70(СВж = 8%); ДЦС 90(СВж = 6, 4%); ПДС — 65(СВж = 8, 3%).

Утилизация жома. • После выведения из диффузионного аппарата жом содержит 6 8% СВ. Жом, предназначенный на корм скоту в натуральном виде, отжимают до 12 14% СВ, а для сушки — до 22 25%. Реализация жома в сыром кислом виде заводу экономически невыгодна, так как при этом приходится перевозить до 85% воды. В кислом жоме в результате биохимических и микробиологических про цессов еряется до 40% СВ, в том числе весь т сахар и почти все пектиновые веще ства, в сушеном – эти компоненты полностью сохраняются. Сушеный жом лучше усваивается животными: из 100 кг сушеного жома усваивается 70 кг, а из 100 кг кислого – только 50 кг. • Из 100 кг всей воды, содержащейся в жоме, по степени связанности с мяко тью 0% ее 2 относят к физико химической (адсорбционная и внутриклеточная вода) и 80% к физико механической (капиллярная и вода смачивания). Последняя легко удаляется прессованием, и после этого содержание СВ в жоме повышает ся о 25%. В условиях сахарного завода д стоимость тепловой энергии во много раз превышает стоимость механической энергии, поэтому удаление 80% воды из жома прессованием экономически очень выгодно. Оставшуюся в жоме воду удаляют вы сушиванием. • Для прессования свекловичного жома используют вертикальные прессы. Тем пература прессуемого жома должна быть не ниже 50 °С, для чего в узел загрузки подводят пар. Для глубокого прессования (СВ=27 32%) применяют горизон тальные. Жом кальцинируют, добав ляя питающую воду на диффузии суспензию гипса (600 700 г на 1 т свеклы). Гипс в получают на заводе обработкой фильтрационного осадка серной кислотой. При этом содержание СВ в жоме повышается на 5 6%. Применяют также сульфат алюминия или хлорид кальция, но это сопряжено с сильной коррозией диффузи онных аппаратов.

• Следует отметить, что прессование сырого жома до содержания СВ более 25% нецелесообразно, так как для удаления части адсорбционной и внутриклеточной воды потребуется повышенный расход механической энергии. При этом произво дительность рессов для глубокого прессования п будет резко снижаться. • При отжатой жома с жомопрессовой водой в производство возвращается 60 65% сахара, а остальное количество остается в сушеном жоме. • Жом сушат топочными газами прямотоком при температуре 800 900°С от СВ 23 25% до 86 88%. Пересушенный жом влажностью ниже 12% легко кро шится плохо брикетируется, а влажностью более 14% не пригоден к и хране нию. Выход сушеного жома в среднем составляет 4, 5 5% к массе переработанной свеклы, плотность его при укладке насыпью – 0, 25 т/м 3, а гранулированного – 0, 65 т/м 3. • В сушеном жоме содержится примерно в 1, 5 раза меньше протеинов и не которых других компонентов по сравнению с полноценным кормом (например, овсом). Для повышения содержания протеина и улучшения кормовых качеств сушеного жома в него перед гранулированием (брикетированием) добавляют мелассу, обесфторенные фосфаты, карбамид, глауберову соль, минеральные ми кроэлементы, еремешивают и прессуют в п гранулы. Такой жом называют амидоминеральным, его примерный состав с добавками следующий, % масс. : сушеный жом 77; меласса 9, 5; карбамид 6; обесфторенный фосфат 6; сульфат натрия 1, 5; микроэлементы 0, 02.

ИЗВЕСТКОВО-УГЛЕКИСЛОТНАЯ ОЧИСТКА ДИФФУЗИОННОГО СОКА • Почти все несахара диффузионного сока замедляют процессы его очистки и кри сталлизации ахарозы, с поэтому в сгущенном соке с большим содержанием несахаров сахароза кристаллизуется очень медленно. Для достижения высокого выхода сахара диффузионный сок подвергают химической и физико химической очист ке, удаляя несахара. Известно много способов очистки диффузионного сока, но на практике применяют только обработку сока известью (дефекация) и осаждение ее избытка диоксидом углерода (сатурация). При простоте технологических операций этот способ обеспечивает высокую эффективность очистки сока (до 40%), а сахаро за при этом практически не разрушается. • На рис. 28 представлена принципиальная схема сокоочистительного отделения. После отделения мезги слабокислый диффузионный сок смешивают с суспензией сатурационного сока и известковым молоком в таком соотношении, чтобы получить оптимальный для коагуляции высокомолекулярных соединений (ВМС) и веществ коллоидной дисперсности (ВКД) р. Н 20 сока 10, 8 11, 4 (предварительная дефекация), и выдерживают паузу. Рис. 28. Принципиальная схема известково углекислотной очистки диффузионного сока  

• Затем в сок в избытке добавляют известковое молоко, повышая р. Н 20 до 12, 2 12, 4 (основная дефекация). В этой среде под действием гидроксильных ионов извести некоторые несахара разлагаются и образуются соли кальция. • Дефекованный сок, содержащий Са(ОН)2 в растворе и осадке, и коагулят, обраба тывают атурационным газом (Iсатурация), образующийся при этом с карбонат каль ция дсорбирует на своей поверхности несахара и выпадает в а осадок (позднее он будет служить основой для фильтрующего слоя). Карбонат кальция с адсорбированными несахарами и коагулят отделяют фильтрованием, промывают и выводят в отвал, а сок нагревают и сатурируют повторно (II сатурация). На II сатурации в результате хими ческих реакций осаждаются соли кальция и другие растворенные несахара. После отделения сатурационного осадка фильтрованием сок II сатурации сульфитируют, нагревают, фильтруют и сгущают в выпарной установке до 63 67% СВ. Полученный сироп и клеровку сахара II и III кристаллизаций сульфитируют, филь труют и направляют на уваривание утфеля I кристаллизации.

Предварительная дефекация

Химические реакции на преддефекации • Реакции коагуляции и осаждения несахаров происходят в основном под воздействием ионов кальция в присутствии саха розы, так как белки в щелочной среде, являясь амфотерными соединениями, несут отрицательный заряд в силу ионизации только карбоксильной группы. Ионизация аминной группы подавлена, т. е. молекулы белка превращаются в анион типа: R CH C=О • Этот анион в щелочной среде вступает в реакцию с ионом кальция и образует нерастворимые соединения. На преддефекации оптимальное значение р. Н обусловлено не только свойства ми КД и В ВМС, но и свойствами всех осаждающихся соединений кальция. Этим объясняется то, что в процессе преддефекации не может быть четко обозначенно го оптимального значение р. Н или щелочности, так как в зависимости от состава несахаров диффузионного сока, температуры и продолжительности процесса зона оптимальной коагуляции ВКД и ВМС растянута в интервале р. Н 10, 8 11, 4. • Коагуляция несахаров — реакция обратимая, и при увеличении р. Н на основ ной ефекации до 12, 2 д 12, 4 может происходить их пептизация (растворение), но при этом скорость обратной реакции невелика. После хорошо проведенной на преддефекации коагуляции несахаров, образовавшийся плотный осадок обладает определенной устойчивостью к пептизирующему действию сахарозы при высокой концентрации гидроксильных ионов на основной дефекации. • Критерий оптимума коагуляции несахаров на преддефекации — максимальная скорость осаждения коагулята. Быстро отстаивающийся сок, содержащий крупные плотные частицы осадка, образует хорошо проницаемый фильтрующий слой при фильтровании сока I сатурации.

считают, что в щелочных средах более 0, 1% Са. О эф фективным етодом контроля м реакции среды на преддефекации является титро вание сока с фенолфталеином или измерение реакции среды на р. Н метре. По их данным максимальная скорость осветления сока наблюдается при р. Н 11, 2 (щелоч ность, лизкая к 0, 163% Са. О), а б минимум остаточного содержания белков, пекти новых еществ и анионов — при в р. Н 11, 6 (щелочность 0, 209 0, 210% Са. О). Контролировать оптимум коагуляции ВКД и ВМС на преддефекации следует только по величине р. Н, а не по количеству добавляемой извести, так как при переработке свеклы разного качества (с различным составом несахаров, а следо вательно, разной буферной емкостью) для достижения оптимального р. Н и пред дефекованного сока расходуется разное количество извести — от 0, 15 до 0, 35% к массе свеклы. Заметим, что прямой зависимости между р. Н и щелочностью сока не существует. Проведение преддефекации при оптимальном р. Н сводит к минимуму пептизацию коагулята несахаров на основной дефекации и последующее разложение их, обеспечивая тем самым перевод из раствора в осадок до 80% ВКД и ВМС. Нейтрализация кислот и осаждение кристаллоидов. На преддефекацию с диф фузионным оком поступают кислоты: щавелевая, лимонная, винная и др. , а с также в небольших количествах фосфорная и серная. Доля щавелевой и ли монной кислот составляет 55 60%. На преддефекации наиболее полно осажда ются фосфорная, серная и щавелевая кислоты (в виде нерастворимого щавеле вокислого кальция).

Во второй реакции, кроме осадка оксалата кальция, в растворе появляется КОН в количестве, эквивалентном концентрации анионов, дающих осадок с кальцием. Эту реакцию называют реакцией осаждения. Она показывает, что образование сво бодной щелочи возможно только тогда, когда анион кислоты образует с катионом кальция нерастворимую соль. Чем выше доля анионов, осаждаемых гидроксидом кальция, в общем их количестве, тем больше карбонатов щелочных металлов будет образовываться на II сатурации (2 КОН + Н 2 СОэ = К 2 С 03 + 2 Н 20), которые опре деляют натуральную щелочность. С увеличением натуральной щелочности содер жание олей с кальция в очищенном соке будет уменьшаться, а буферная емкость — увеличиваться. Буферная емкость — это степень устойчивости системы к воздействию кислот или щелочей. Чем выше буферная емкость системы, тем меньше будет изменяться р. Н при добавлении небольшого количества кислоты или щелочи. В некондиционной свекле ионы калия и натрия обычно связаны с анионами, не образующими с известью нерастворимых солей. Поэтому в очищенном соке, по лученном из такой свеклы, натуральная щелочность часто равна нулю или имеет отрицательное значение. Кроме ионов кальция гидроксильные ионы осаждают катионы магния, же леза, алюминия, присутствующие в диффузионном соке в небольших количе ствах: Mg. Cl 2 + Са(ОН)2 = I Mg(OH)2 + Са. С 12; 2 А 1 С 13 + ЗСа(ОН)2 = J. 2 А 1(ОН)3 + ЗСа. С 12. При прогрессивном способе преддефекации, когда р. Н сока повышается посте пенно, в нем поочередно создаются оптимальные условия коагуляции и осажде ния для различных групп несахаров, имеющих неодинаковый оптимум осаждения

и коагуляции. Наиболее полная коагуляция несахаров достигается, если про грессивном подщелачивании сока в интервале р. Н 20 8 10 в течение 2— 3 мин выдер живают р. Н паузу, необходимую для создания зоны стабилизации гидрофильных ВКД и ВМС. Эту зону называют еще метастабильной. В ней наблюдается ста билизационный эффект, открытый Бригель Мюллером, когда часть веществ (ВКД и ВМС) дегидратируется и некоторые из них, например, полиэлектролиты кислотного характера, увеличивают свой отрицательный заряд в связи с усиле нием диссоциации карбоксильных групп. В этот момент в метастабильную зону в качестве центров коагуляции вводят положительно заряженные частицы кар боната кальция в виде сгущенной суспензии сока II или I сатурации. Частицы несахаров, имеющие в этой зоне максимальный отрицательный заряд, концен трируются вокруг положительно заряженных частиц карбоната кальция. При дальнейшем повышении р. Н тяжелые частицы карбоната кальция оказываются внутри крупных конгломератов осадка ВКД и ВМС. При спонтанном осаждении несахаров, когда всю известь на преддефекации добавляют сразу, ионный обмен происходит только на поверхности коллоидной мицеллы и не может охватить все противоионы. Осадок получается рыхлым, не¬однородной структуры. Проводя прогрессивную преддефекацию, важно установить момент р. Н паузы, при котором наступает стабилизационный эффект ВКД и ВМС и когда следует вводить центры коагуляции с положительным зарядом. Одним из таких показателей является минимум электропроводимости системы, что обычно соответствует р. Н 20 8 9 в диффузионном соке низкого качества и р. Н 20 около 9, 5 10 в соке высокого качества. Обычно р. Н паузу определяют для каждой партии свеклы в лаборатории. Примерную зависимость оптимального р. Н для ввода центров коагуляции от чистоты диффузионного сока Чдс с учетом минимальной удельной электропроводимости можно представить уравнением: р. Н 20 = 0, 19 Чдс 6, 67. Существенное влияние на адсорбционную активность карбоната кальция, выполняющего роль центров коагуляции и осаждения, оказывает одновременное присутствие в системе ионов кальция и гидроксила.

Проведение преддефекации. Оптимальную преддефекацию диффузионного сока проводят при 85 88 °С, смешивая его сразу с суспензией сатурационного осад ка и дефекованным соком. При этом придерживаются следующих правил. При на личии в схеме листовых фильтров (Фи. ЛС) на преддефекацию возвращают 1/3 1/4 часть сгущенной суспензии сока I сатурации. Если же перед II сатурацией проводят дефекацию сока с расходом 15 25% Са. О от ее общего количества на очистку, то на преддефекацию возвращают всю сгущенную суспензию сока II сатурации, активи зируя ее свежеприготовленным известковым молоком при интенсивном перемеши вании 4— 5 мин. Возврат сока или сгущенной суспензии будет эффективнее, когда на очистку диффузионного сока расходуется 110— 120% активной извести к массе несахаров. Тогда дзета потенциал (^ потенциал) частиц сатурационного осадка в возвращае мой суспензии будет положительным, и они будут способны выполнять роль цен тров коагуляции. Оптимальную преддефекацию проводят в вертикальном аппарате, оснащенном лопастной мешалкой, пеносбрасывателем и контрлопастями. Смешивая в аппарате различные по щелочности и р. Н продукты, не удается избежать местного перещелачивания или прохода «сырого» сока, что снижает эффективность осаждения несахаров. На большинстве сахарных заводов прогрессивную преддефекацию проводят в секционированном аппарате (рис. 29), который представляет собой корыто 1, раз деленное ерегородками 2 и 4 на шесть или восемь (для заводов мощностью 6 тыс. т п переработки свеклы в сутки) секций.

В нижней части аппарата вращается мешалка с лопастями 3. Нижняя перего родка 4 неподвижная и не доходит до дна на 300 мм, верхняя перегородка 2 под вижная и при повороте на определенный угол вокруг вертикально оси образует щель между секциями. Верхняя кромка перегородки 2 выступает над переливом отводной коробки на 150— 200 мм, что обеспечивает разделение аппарата на секции и одновременно способствует удалению пены. Диффузионный сок подается в I секцию аппарата, а известковое молоко че рез дозатор — в VI секцию в количестве, обеспечивающем оптимальный р. Н сока, выводимого из аппарата. Через щели, образованные перегородками 2 и корпусом аппарата, часть более щелочного сока из одной секции переливается в другую, на встречу диффузионному соку. При этом преддефекация протекает при плавном на растании щелочности до оптимального значения без местного перещелачивания Рис. 29. Схема прогрессивной преддефекации диффузионного сока в горизонтальном секционированном аппарате

и с р. Н паузой в зоне стабилизации ВКД и ВМС. Одновременно в эту зону (III или IV секции) поступает сгущенная суспензия сатурационных осадков. При этом обра зуются слабогидратированные плотные конгломераты несахаров, которые почти не пептизируют на основной дефекации, что исключает необходимость, как во время оптимальной преддефекации, строго контролировать р. Н сока на выходе. В преддефекатор поэтому добавляют на 20— 25% больше извести, чем требуется для достиже ния оптимального значения р. Н. Обычно в зависимости от качества свеклы р. Н преддефекованного сока коле блется интервале в 10, 8 11, 4. Чем выше натуральная щелочность сока, тем выше и р. Н оптимум сока на преддефекации. Основное условие успешного проведения прогрессивной преддефекации — это равномерное движение сокового потока при неизменном соотношении воз вращаемой суспензии сока II и I сатурации. Только при постоянной скорости прохождения сока через аппарат может быть достигнута необходимая степень подщелачивания. Для стабилизации потока сока над преддефекатором следует установить напорную буферную емкость и оттуда самотеком подавать диффузи онный сок с постоянной скоростью. Это позволит снизить пенение сока в преддефекаторе. Изменяя размер щелей между кромками перегородок и корпусом аппарата, реко мендуется поддерживать в секциях следующие примерные значения р. Н 20: I – 7 7, 2; II – 7, 8 8; III – 8, 6 8, 8; IV – 9, 4 9, 6; V – 10, 2 10, 4; VI – 10, 8 11, 4. Допустимое отклонение ± 0, 2. В первых секциях концентрация гидроксильных ионов в соке нарастает медлен нее, чем в последних, что необходимо для создания зоны стабилизации частиц кол лоидной дисперсности. Для контроля р. Н преддефекованного сока на выходе из аппарата в потоке уста навливают р. Н метр. В лаборатории завода систематически определяют оптималь ное значение р. Н преддефекованного сока, его температурный коэффициент (если это необходимо) и с учетом полученных данных корректируют автоматическую си стему управления процессом преддефекации.

Основная дефекация На преддефекации под действием ионов гидроксила и кальция завершаются: реакции нейтрализации кислот диффузионного сока, коагуляции и осаждения ве ществ коллоидной степени дисперсности и высокомолекулярных соединений, ре акции саждения анионов о щавелевой, лимонной, фосфорной, других кислот и ка тионов солей металлов. Реакции разложения органических несахаров начинаются на преддефекации, но протекают преимущественно на основной дефекации (ОД). Главная задача основной дефекации – разложение амидов кислот, солей аммония, редуцирую щих веществ, омыление жиров, доосаждение анионов кислот и создание избытка гидроксида кальция для получения необходимого количества кристаллического карбоната кальция на I сатурации. На основную дефекацию сока расходуют примерно 2/3 всей извести, предна значенной для очистки диффузионного сока. Ее проводят в две ступени: теплая дефекация в течение 20 30 мин при температуре 45 50°С и горячая дефекация – при 85 88°С. Двухступенчатость обусловлена тем, что согласно принципу Ле Шателье при низких температурах значение активной щелочности (известь в раство ре в сахарате кальция) и значительно выше, чем при высоких температурах. Когда этот сок нагревают до 85 88°С, то значительная часть сахарата кальция не разру шается и таким образом сохраняется повышенная активная щелочность, что акти визирует реакции разложения несахаров. Горячая дефекация продолжается не более 8 10 мин. За это время реакции разложения редуцирующих веществ в основном за вершаются, а белковый коагулят разрушается незначительно (0, 4 0, 5%). Дальней шее нагревание будет способствовать только ухудшению фильтрационных свойств и термостойкости сока I сатурации.

Химические реакции. Под действием высокой концентрации ионов ОН" и Са 2+ (р. Н 2012, 3 12, 4; активная щелочность 0, 25 0, 30% Са. О; общая щелочность 1, 8 2% Са. О) в преддефекованном соке активно протекают следующие реакции разложе ния органических несахаров. Соли аммония разлагаются с выделением аммиака и в соке остается эквивалентное количество растворимых солей кальция: 2 NH 4 C 1 + Са(ОН)2 = 2 NH 4 OH + Са. С 12; NH 4 OH = t NH 3 + Н 20. При разложении амидов кислот (аспарагин, глутамин, оксаминовая кислота, аллантоин) также выделяется аммиак и в растворе накапливаются растворимые соли кальция, способствующие увеличению потерь сахарозы и затрудняющие ее кри сталлизацию. Глутамин разлагается аналогично, но в 44 раза быстрее, чем аспарагин, и реакция протекает в двух направлениях: с образованием глутаминово кальциевой и пирролидонкарбоновокальциевой солей. Оксаминовая кислота разлагается очень медленно с образованием оксалата каль ция (в осадке) и выделением NH 3. Редуцирующие сахара в щелочной среде разлагаются быстро: через 10 мин на гревания ри 50 °С около 70% превращается в органические кислоты, а при 85 °С п сахара разрушаются полностью. Образующиеся продукты распада обладают оста точными редуцирующими свойствами (10 15% от первоначальных), поэтому даже после полного разложения моносахаридов анализ будет показывать наличие редуцирующих веществ.

Белковые вещества под действием извести частично расщепляются, образуя смесь растворимых полипептидов, имеющих по сравнению с белками значительно больше концевых аминных групп, активно участвующих в химических реакциях. Значительная часть продуктов распада, образовавшихся на основной дефека¬ции, переходит в растворимые соли кальция (Ca. A), где А – анион кислоты. Дефекованный сок, кроме Са. А содержит нерастворимые соли кальция (Са. Х) и коагулят, имеет высокую общую щелочность (1, 8 2% Са. О), представленную Са(ОН)2, КОН, Na. OH и активную щелочность (0, 25 0, 30% Са. О). Глубина реакции разложения несахаров на основной дефекации зависит от активной щелочности, обусловленной растворенными в соке гидроксидами Са, К, Na, высокой температурой и продолжительностью процесса. Проведение основной дефекации. Холодную (теплую) дефекацию проводят в цилиндрическом аппарате вместимостью около 170 м 3 (для завода мощностью 3 тыс. т переработки свеклы в сутки) с мешалкой, работающем в режиме прямого вытеснения сока. Большой объем аппарата обеспечивает стабилизацию технологического потока на соковом верстате завода. Из аппарата холодной дефекации сок насосом перекачивается через теплообмен¬ники в аппарат горячей дефекации. Движение сока через теплообменник исключает необходимость механического перемешивания его в аппарате. Аппарат горячей дефекации вместимостью около 30 м 3 также работает в режиме прямого вытеснения. Основное требование к дефекации сока – стабилизация потока и концентрации оксида кальция в соке, что обеспечивается автоматически. При переработке свеклы низкого качества (чистоте сока менее 84%) продолжительность горячей основной дефекации уменьшают с 10 до 5 мин или совсем исключают, подавая известковое молоко в поток сока перед сатуратором. Преддефекацию сока сохраняют, чтобы подавлять сильное пенение. Такой процесс обработки диффузионного сока без основной дефекации называют д е ф е к о – с а т у р а ц и е й.

I сатурация диффузионного сока Химизм I сатурации. Если на преддефекации и основной дефекации проводят химическую очистку диффузионного сока нейтрализацией кислот, коагуляцией, осаждением и разложением несахаров, то на I сатурации осуществляется физико химическая очистка сока адсорбцией несахаров на свежеобразовавшемся карбонате кальция и формирование хорошо фильтрующегося слоя суспензии. Оптимум коагуляции и осаждения несахаров на преддефекации зависит от со става перерабатываемого сырья, качества известкового молока и колеблется в ин тервале р. Н 20=10, 8 11, 4. На I сатурации, чтобы исключить пептизацию органических несахаров из осадка, процесс прерывают при таком же р. Н. Сок на I сатурацию поступает с активной щелочностью (известь в растворе) 0, 25 0, 30% Са. О, остальная масса извести (около 80%) находится в осадке. В раство ре при высокой щелочности в достаточном количестве имеются ионы Са 2+ и С 032_, которые, вступая в реакцию, образуют Са. С 03 по схеме Са 2+ | (ОН)2 + Н 2+ | СО 2 о Са. С 03 + 2 Н 20. I Са(ОН)2 (В осадке) I Са. С 03 (В осадке)

Поверхность свежеобразовавшегося карбоната кальция следует рассматри вать как двойной электрический слой, состоящий из потенциалопределяющих ионов положительного знака, прочно связанных с твердой фазой, и эквивалент ного количества противоположно заряженных ионов (несахаров). Первый слой противоионов притягивается к поверхности карбоната кальция под влиянием электростатических и адсорбционных сил, поэтому его называют адсорбционным (рис. 30). В адсорбционном слое концентрируются анионы кислот, образующие с Са 2+ малорастворимые соли, а также многозарядные анионы с большой ион ной массой. На втором этапе, когда в системе накапливается избыток мицелл Са. С 03, проис ходит их агрегатирование в более Рис. 30. Падение (ζ потенциала в двойном крупные частицы. электрическом слое; Сок на I сатурацию поступает с активной щелочностью (известь в б — двойной растворе) 0, 25 0, 30% Са. О, остальная масса извести (около 80%) (адсорбционный) слой; находится в осадке. В растворе при высокой щелочности в Д диффузионный слой достаточном количестве имеются ионы Са 2+ и С 032, которые, вступая в реакцию, образуют Са. С 03 по схеме: Са 2+ | (ОН)2 + Н 2+ | СО 2 о Са. С 03 + 2 Н 20 Са(ОН)2 (В осадке) Са. С 03 (В осадке) Поверхность свежеобразовавшегося карбоната кальция следует рассматри вать как двойной электрический слой, состоящий из потенциалопределяющих ионов положительного знака, прочно связанных с твердой фазой, и эквивалент ного количества противоположно заряженных ионов (несахаров).

Первый слой противоионов притягивается к поверхности карбоната кальция под влиянием электростатических и адсорбционных сил, поэтому его называют адсорбционным (рис. 30). В адсорбционном слое концентрируются анионы кислот, образующие с Са 2+ малорастворимые соли, а также многозарядные анионы с большой ион ной массой. Диспергирование сатурационного газа Степень карбонатации, % Рис. 31. Изменение структуры сока I сатурации в зависимости от степени карбонатации известково сахарной системы Процесс сатурации условно можно разделить на три этапа (рис. 31): на первом этапе, соответствующем 35 45% ной карбонатации, происходит образование кол лоидной структуры (золь), содержащей Са. О • Са. СО 3, а затем и макромолекулы [(С 12 Н 220 и)1(Са. С 03)>(Са 0)n], названные углекальциевыми сахаратами, и обладающие чрезвычайно развитой ад сорбционной площадью поверхности. При этом резко снижаются щелочность сока и содержание несахаров, адсорбирующихся на сахарате кальция, немного увеличи вается вязкость системы. На втором этапе карбонатации (до 65 70%) щелочность системы снижается, а вязкость и пенение системы резко увеличиваются, что обусловлено образовани ем гелеобразного студенистого осадка (значение у в макромолекуле сахарата растет, а значения х и г уменьшаются).

На третьем этапе, когда карбонатация превышает 70%, гель начинает разрушать ся образованием зернистого осадка, содержащего четко выраженные с кристаллы Са. С 03; вязкость и щелочность системы снижаются, а несахара интенсивно адсор бируются. Гель на данном этапе разрушается и образуется суспензия. При 40 65% ной карбонатации извести наблюдается максимальная адсорбци онная активность золя геля Са. С 03. При карбонатации известково сахарной систе мы т 0 до 65% адсорбция несахаров имеет обратимый характер. о При дальнейшей сатурации, в результате агрегации частиц, она становится необратимой. Следовательно, при сатурации известково сахарной системы кристаллизация карбоната кальция протекает по схеме: пересыщенный (по Са. О) раствор —> золь —» —► гель —> суспензия (т. е. по коагуляционному механизму). При переработке свеклы хорошего качества (чистота сока 86 89%) I сатурацию прекращают, когда в растворе остается незначительное количество Са(ОН)2 (опти мальная щелочность 0, 08 0, 12% Са. О; р. Н 10, 8 11, 4), т. е. при том же значении р. Н, что и на преддефекации. В этих условиях наблюдается максимальное удаление рас творимых несахаров, гель карбоната кальция практически уже разрушен, а несаха ра, сажденные известью, образуют плотный о осадок и почти не переходят обратно в раствор. Когда чистота диффузионного сока снижается до 82 85%, то оптимальную щелочность сока I сатурации увеличивают до 0, 12 0, 15% Са. О (р. Н 11, 2 11, 4). При определении момента окончания I сатурации придерживаются правила: не досатурированный сок содержит меньше несахаров, но плохо фильтруется, а переса турированный сок лучше фильтруется, но меньше удерживает несахаров на

Проведение сатурации. Абсорбция диоксида углерода в известково сахарных растворах будет протекать тем активнее, чем выше концентрация С 02 в сатурационном газе и активная щелочность сока. При высокой скорости абсорбции С 02 в соке получают тонкодисперсный осадок Са. С 03 с развитой удельной адсорбцион ной поверхностью. Мелкокристаллический осадок карбоната кальция с высоким ^ потенциалом больше удерживает отрицательно заряженных несахаров, сохраняя при этом пористую структуру фильтрующего слоя осадка. Оптимальной температурой на I сатурации считают 85 88°С, но при хорошо проведенных преддефекации и основной дефекации температуру сатурации можно снижать до 70— 75°С без обильного пенения сока. С понижением температуры на I сатурации скорость абсорбции С 02 известково сахарным раствором значительно увеличивается, но нижний температурный порог, к сожалению, ограничен обиль ным пенообразованием. И наоборот, при высоких температурах сока I сатурации (90 92°С) пенение по давляется, о карбонат кальция кристаллизуется медленно и н осадок плохо фильтру ется, существенно снижаются адсорбционные свойства карбоната кальция. В процессе I сатурации с отработавшим сатурационным газом из сока выво дится до 2% влаги (к массе сока) и на 3 5°С снижается температура.

• • • Обычно концентрация С 02 в cатурационном газе составляет 32 36%, СО – 0, 8 1, 5%; но с понижением концентрации С 02 – до 28 30% и увеличением СО до 2, 5 3% расход сатурационного газа существенно повышается и ухудшается структура сатурационного осадка. В настоящее время на I сатурации (также и на II сатурации) в качестве типового применяют сатуратор с барботером для подачи сатурационного газа, механической очисткой газовых отверстий в барботере и внутренней циркуляционной трубой, фактически представляющий собой прямоточно противоточный (двухступенчатый) аппарат (рис. 32). Сатурационный газ подводится в аппарат через барботер 1, состоящий из коллектора 2 и газораспределительных труб, расположенных в горизонтальной плоскости параллельно другу. Газораспределительные трубы имеют поперечные щели шириной 13 мм, в которые вставлены пластины, совершающие от привода колебательные движения в щелях и очищающие их от осадка Са. С 03. Дефекованный сок поступает через патрубок 7 в циркуляционную трубу 6 (верхний обрез которой находится примерно на 5 см ниже уровня сока в аппарате), где интенсивно смешивается с сатурационным газом, поступающим из газораспределительных

труб барботера. При прямоточной сатурации высокощелочного сока газом с высокой концентрацией С 02 создаются благоприятные условия для быстрого образования мелкокристаллического карбоната кальция (первая ступень сату рации). Затем сок с образовавшимися зародышами осадка Са. С 03 переливается во внеш нюю екцию (между корпусом и трубой) и, опускаясь вниз, продолжает с обраба тываться азом из барботера в противотоке (вторая ступень сатурации). г Отсатурированный сок из аппарата выводится в контрольный ящик. Сатурация дефекованного сока в две ступени внутри одного аппарата и дополни тельная циркуляция сатурируемого сока по внешнему контуру с помощью осевого циркулятора и разбрызгиванием его в надсоковом пространстве через зонт дает возможность получать компактные агломеративно устойчивые частицы осадка, хорошо отделяющиеся отстаиванием или фильтрованием, а также дополнительно использовать часть С 02 из отработавшего сатурационного газа в надсоковом про странстве.

Следует отметить, что в сатураторе с внутренней открытой циркуляционной трубой имеется недостаток: дефекованный сок, поступающий в нее снизу, сразу разбавляется неопределенным количеством отсатурированного сока, в результате теряется высокая адсорбционная способность свежеобразующихся частиц колло идного карбоната кальция, которые активно образуются в условиях высоких щелоч ности концентрации диоксида углерода в сатурационном газе. и К сожалению, та кие сатураторы не могут заменить секционный сатуратор и тем более – циклически действующий. Например, при сравнении процессов циклической и непрерывной одноступен чатой I сатурации содержание солей кальция в соке циклического процесса было меньше на 40%, а ВКД – на 20%, по сравнению с непрерывным процессом. Поэто му еобходимо регулярно н определять оптимальное значение щелочности или р. Н сока I сатурации. Перед анализом сок следует тщательно фильтровать и правильно устанавливать его температуру, так как р. Н зависит от температуры: с повышением температуры его показатель существенно снижается. Регулярно р. Н метр юстируют по буферному раствору с точностью 0, 01, особенно если перед этим измеряли р. Н в растворах с повышенной температурой (40 85°С).

Использование С 02 при сатурации. Массу диоксида углерода, израсходованную в процессе сатурации (%), определяют по его концентрации в поступающем в аппа рат (С 1) и отработавшем (С 2) сатурационном газе и вычисляют по уравнению C= 100(С 1 С 2)/[С 1 (100 С 2)]. (10) Пример. С помощью газового анализатора определили С 1=34%; С 2=14%. Вычислить массу С 02, израсходованного на I сатурации. Х – 100 • 100 (34 14) / [ 34 (100 14)] = 68, 4%. Сгущение суспензии сока I сатурации фильтрованием под давлением. Сок I са турации разделяют на фильтрат и сгущенную суспензию в листовых фильтрах сгустителях (Фи. ЛС). Внутри корпуса фильтра с шагом 115 мм размещены фильтровальные рамки. Площадь поверхности фильтрования в Фи. ЛС 60, 70 или 100 м 2. Осадок в фильтрах отделяется под давлением столба жидкости 6 – 8 м. Плотность сгущенной суспензии, выходящей из фильтров, 1, 18 – 1, 24 г/см 3, продолжитель ность цикла фильтрования 6 – 6, 5 мин. Фильтрование сока I сатурации и регенерацию фильтровальной ткани осущест вляют по следующей схеме (рис. 33). Нефильтрованный сок поступает из напорного сборника в корпус фильтра через открытый клапан набора, осадок задерживает ся а н фильтрующих элементах, а фильтрованный сок через коллекторы, открытые клапаны D и С отводится в сборник. Часть фильтрата направляется в напорный сборник смывного сока, который устанавливают на высоту 6 8 м над уровнем сока в фильтре.

Рис. 33. Схема сгущения суспензии сока I сатурации в листовом фильтре (Фи. ЛС) с пульсационной регенерацией фильтровальной ткани Фильтрование сгущенной суспензии сока I сатурации под разрежением. Сгу щенную суспензию сока I сатурации, содержащую 400 500 г/дм 3 твердой фазы, фильтруют в камерных вакуум фильтрах по схеме, представленной на рис. 34. Су спензия ока подается в корыто из сборника. При вращении барабана фильтра с по часовой стрелке на его фильтрующей поверхности, разделенной про дольными ерегородками на камеры и п находящиеся в данный момент в корыте в контакте с суспензией сока, под действием разрежения осаждаются частицы осад ка суспензии, а фильтрат через камеры, соковые трубы (концы которых закреплены во вращающихся торцевых шайбах) и неподвижные головки отсасывается с помо щью конденсационной установки в вакуум сборник и стекает в емкость. При выходе фильтрующей поверхности барабана из корыта фильтрование суспензии на этом участке прекращается, слой фильтрационного осадка подсушивается (под разрежением удаляются остатки сока) и промывается горячей водой, распыляемой через форсунки на поверхность барабана. Сок, разбавленный водой, поступает в емкость через вакуум сборник. Фильтрационный осадок отделяют паром (под

давлением) от фильтрующей поверхности, а фильтрующую ткань промывают. На этом цикл фильтрования сгущенной суспензии сока I сатурации, равный полному обороту барабана, заканчивается. Фильтрационный осадок, отделившийся от поверхности фильтрования, по наклонной плоскости ножа сползает вниз в сборник с мешалкой и оттуда без разбавления, предпочтительно пневмотранспортером, выводится из завода. Воздух и пар из верхней части вакуум сборников отсасываются вакуум насосом через ловушку капель в барометрический конденсатор, где при контакте со встречным потоком холодной воды пар конденсируется. Охлаждающая вода с растворенными в ней аммиаком и другими веществами, называемая барометрической водой, из конденсатора самотеком стекает в емкость, а неконденсирующиеся газы через осушительную ловушку выводятся вакуум насосом в атмосферу.

Для обеспечения нормальной работы вакуум фильтров содержание твердой фазы в сгущенной суспензии сока I сатурации должно быть 400— 500 г/дм 3 (плотность по ареометру 1, 15 – 1, 20 г/см 3). Скорость активного фильтрования сгущенной суспензии в вакуум фильтрах 15 – 18 дм 3/(м 2 • мин). Фильтрационный осадок, полученный с вакуум фильтров, содержит примерно 80% Са. С 03 и 20% органических и минеральных несахаров. При расходе на очистку сока 3% Са. О к массе свеклы массу сухого вещества фильтрационного осадка (х) определяют как: Са. О + С 02 = Са. СО 3; 56 44 100 Са. С 03 = 3 • 100/56 = 5, 36 кг; х= 5, 36 + 5, 36 • 0, 25=6, 7 кг. При влажности фильтрационного осадка 50% общая масса его удвоится, а с учетом несахаров, осаждаемых вместе с Са. С 03, ее можно принять 12 кг на 100 кг свеклы, т. е. равной примерно четырехкратному расходу извести на очистку диффузионного сока. В таком фильтрационном осадке содержится примерно 1% сахарозы к его массе, а потери её к массе свеклы составят 12 • 1 / 100 = 0, 12%. Фильтрование сгущенной суспензии сока I сатурации под давлением. При эксплуатации барабанные камерные вакуум фильтры потребляют много электроэнергии и воды на промывание фильтрационного осадка, влажность которого редко бывает ниже 50%. Поэтому на многих сахарных заводах для фильтрования сгущенной суспензии сока I сатурации используют автоматизированные камерные и мембраннокамерные фильтр прессы с фильтровальными плитами, изготовленными из термостойкого полипропилена. Прообразом этих фильтр прессов является отечественный фильтр пресс Абрагама (рис. 35)

Рис. 35. Фильтр пресс Абрагама Основные элементы фильтр пресса Абрагама рамы и плиты размером 1000 х1000 мм с рифленой поверхностью – отлиты из чугуна. Продукт проходит через фильтровальную ткань, прижатую к рифленой плите, и по вертикальным бороздкам плит стекает через выходное отверстие (в нижнем углу плиты) в открытый желоб. Чтобы исключить переполнение камер пресса фильтрационным осадком, около одной плиты с обеих сторон устанавливают контрольные рамы толщиной на 6 мм меньше, чем у других рам. Обе контрольные рамы раньше других заполняются фильтрационным осадком, и вытекание фильтрата из отверстия контрольной рамы прекращается. Это служит сигналом завершения цикла фильтрования и началом промывания осадка.

Применение современных камерных фильтр прессов, изготовленных из термо стойкого полипропилена, дает возможность использовать не более 3% промывной жидкости (в барабанных вакуум фильтрах расходуют до 13%). При этом снижаются потери сахара в фильтрационном осадке и получают его с влажностью 33 – 35%. Та кой садок приобретает сыпучесть и о его можно использовать в качестве удобрения для закисленных почв без подсушивания (в США, например, на 1 т неорганических удобрений добавляют 0, 5 т фильтрационного осадка). При использовании камер ных ильтр прессов в технологической схеме ф суспензию сока I сатурации предва рительно сгущают до плотности 1, 15 – 1, 20 г/см 3 и затем фильтруют под давлением. Технологическая схема фильтровального участка с одним камерным фильтр прессом (рис. 36) оснащена следующим оборудованием. Для стабилизации потока производительность насосов должна быть в 2 – 2, 5 раза выше номинального потока несгущённой суспензии и обеспечивать давление около 6 ати. Число насосов определяется числом линий фильтрования. Камерные фильтр прессы с хорошими результатами можно использовать при фильтровании сиропа и клеровки сахара.

Окончание цикла фильтрования определяют по снижению расхода суспензии и повышению давления в камерах фильтра. Цикл фильтрования сгущенной суспен зии сока I сатурации 5 – 10 мин, а клеровки тростникового сахара сырца 30 – 50 мин. Фильтрационный осадок промывают (под давлением не менее 4 ати) в две стадии по 3 – 6 мин: сначала разбавленными промоями, соединяя полученный фильтрат, содержащий 2 – 3% СВ, с основным соковым фильтратом, а затем – горячим кон денсатом, равным по объему (примерно) суммарному объему камер фильтра. Этот фильтрат, содержащий следы сахара, используют повторно на первой стадии про мывания фильтра. В результате получают мало разбавленный сок I сатурации. Обес сахаренный ильтрационный осадок в течение 2 – 3 мин просушивают сжатым ф воз духом и выгружают в бункер. В мембраннокамерном фильтр прессе между фильтрационным осадком и стен кой камеры располагается подвижная эластичная перегородка (мембрана), под ко торую, после завершения цикла фильтрования, подается сжатый воздух или вода для отжатия осадка. Это сокращает цикл фильтрования по сравнению с обычным камерным фильтром и с помощью мембраны дополнительно отжимается еще часть жидкости из осадка. Кроме того, при наличии мембраны отжатый фильтрационный осадок меньше размывается промывной водой и снижается её расход. В завершение цикла фильтрования все коммуникации продувают сжатым воздухом. Фильтраци онный осадок влажностью 33 – 35% выгружают в бункер. Эффективность отделения фильтрационного осадка зависит от его структуры, проницаемости фильтрующей ткани и качества ее промывания. Обычно используе мые в фильтр прессах фильтровальные ткани имеют монофилументную коландрированную поверхность и поэтому осадок довольно легко отделяется, а ткань лучше

Рис. 36. Схема фильтрования сока I сатурации в камерном фильтр прессе регенерируется. При фильтровании суспензии сока I сатурации фильтрующие сал фетки укладывают в комплекте с подкладочными сетками, что препятствует продавливанию салфеток в рельеф дренажной поверхности. Такие подкладочные сетки использовались и в фильтр прессах Абрагама. Пакет фильтровальных плит разделен на секции. При поочередной разгрузке сек ций от осадка зазоры между плитами в одной секции открываются одновременно на 15 – 20 с, что дает возможность визуально контролировать выгрузку осадка. Фильтра ционный осадок выгружается из фильтр пресса в бункер в течение 2 – 5 мин. Два три раза в сутки фильтрующие салфетки регенерируют в фильтр прессе во дой под высоким давлением и 1 – 2 раза в месяц – ингибированной соляной кисло той для растворения осадка солей

II сатурация диффузионного сока Цель II сатурации. На II сатурацию поступает фильтрованный сок I сатурации с р. Н 20 10, 8 – 11, 4, содержащий в растворе: Са(ОН)2, гидроксиды щелочных металлов (КОН, Na. OH), соли кальция, сахарозу, несахара и в небольшом количестве NH 4 OH. Если перед II сатурацией проводят дополнительную дефекацию, то в осадке име ется еще и Са(ОН)2. На I сатурации при р. Н 10, 8 – 11, 4 на свежеобразовавшемся Са. С 03 наиболее полно адсорбируются несахара, а цель II сатурации – перевести свободные гидроксицы кальция, магния, калия, натрия в карбонаты и осадить рас творимые соли кальция адсорбцией на карбонатах. Недостаточно полное удаление из сока гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов, а также солей каль ция риводит к быстрому образованию п накипи на теплообменных поверхностях выпарной установки и увеличению потерь сахарозы в мелассе. В хорошо отсатури рованном соке II сатурации содержание солей кальция должно быть минимальным (оптимальная щелочность сока 0, 02 – 0, 025% Са. О, или р. Н 20 9 – 9, 5).

• Химические реакции. На II сатурации при контакте щелочного сока I сатурации с С 02 происходит образование кристаллического карбоната кальция, осаждение несахаров и связанное с этим снижение щелочности сока от 0, 11 – 0, 14 до 0, 015 – 0, 025% Са. О: С 02 + Н 20 = Н 2 С 03; Са(ОН)2 + Н 2 СОэ = Са. СОэ + 2 Н 20. • Далее, после осаждения гидроксида кальция, угольная кислота, взаимодействуя с КОН и Na. OH, превращает их в карбонаты: 2 КОН + Н 2 С 03 = К 2 СОз + 2 Н 20; 2 Na. OH + Н 2 С 03 = Na 2 O, , + 2 Н 20. • Процесс превращения гидроксидов Са, К, Na в карбонаты называют стадией до стижения оптимальной щелочности. • К 2 С 03 и Na 2 C 03 являются осаждающими реактивами. Вступая в реакцию с соля ми кальция (Ca. Aj), они выводят в осадок карбонат кальция: К, С 03 + Ca. A 2 = |Са. С 03 + 2 КА; Naj. C 03 + Ca. A 2 = |Ca. C 03 + 2 Na. A, • где А—анион кислоты, с которым Са 2+ на дефекации образовал растворимую соль Ca. A 2. • В соответствии с законом действия масс избыток осаждающего реактива (K 2 CO 3 и Na 2 C 03) способствует более полному удалению солей кальция из сока. • Если после превращения гидроксидов кальция, калия и натрия в карбонаты про должать атурацию, с то сок будет пересатурированным и в нем повысится содержание растворимых солей кальция, которое обусловлено превращением нерастворимого Са. СОэ в слаборастворимый Са(НС 03)2, а осаждающего реактива (K 2 CO 3, N 2 CO 3) – в гидрокарбонаты, которые не реагируют с растворимыми солями кальция.

Са. С 03 + Н 2 С 03 = Са(НС 03)2; К 2 СОэ + Н 2 С 03 = 2 КНС 03; Na 2 C 03 + Н 2 СОэ = 2 Na. HC 03, В результате этих реакций в растворе увеличивается концентрация нейтрального аниона [НСО~] и снижается концентрация осаждающего аниона [СО 2 ]. Натуральная щелочность. Как уже упоминалось выше, щелочность филь трованного сока, поступающего на II сатурацию, обусловлена присутствием Са(ОН)2 и гидроксидами щелочных металлов (КОН, Na. OH). При проведении II сатурации на осаждение солей кальция расходуется определенное количество карбонатов (К 2 С 03 и Na 2 C 03), а оставшееся после этих реакций количество К 2 С 03 и Na 2 C 03, выраженное в процентах Са. О, называют натуральной или есте ственной щелочностью. Различают практическую и теоретическую натуральную щелочность. Практическая натуральная щелочность – это избыток K 2 CO 3 и Na 2 C 03, кото рый стается в о соке II сатурации после достижимого осаждения солей кальция (рис. 37, А). Выражается она в эквивалентном количестве Са. О. Теоретическая натуральная щелочность сока наступает только после полного осаждения солей кальция, чего на практике достичь невозможно, поэтому величина теоретической натуральной щелочности всегда ниже практической. С увеличением кислотности диффузионного сока, концентрации амидов, редуцирующих и пекти новых веществ, натуральная щелочность сока II сатурации снижается и может быть даже отрицательной, если концентрация K 2 CO 3 и Na 2 C 03 недостаточна для осажде ния солей кальция. В большинстве случаев натуральная щелочность сока II сатурации не превышает 0, 020 0, 025% Са. О. Теоретическую натуральную щелочность определяют титрованием 0, 1 н. раство ром 2 S 04 до H исчезновения окраски фенолфталеина, т. е. титруют сок до р. Н 8 – 8, 2 и затем вычитают соли кальция, которые определяют комплексометрическим ме тодом. определенную таким образом В

на которую при титровании сока от р. Н 9 9, 2 до 8 8, 2 израсходована кислота. Более экономично пользоваться понятием «эф фективная щелочность» , которую определяют по разности щелочности фильтро ванного сока I сатурации, оттитрованного с помощью р. Н метра до оптимальной щелочности сока II сатурации (р. Н 20 9 9, 2) и оптимального содержания солей каль ция. Эффективная щелочность ближе к оптимальной щелочности сока II сатурации, чем натуральная щелочность, и хорошо коррелирует с минимумом солей кальция в соке. Если содержание солей кальция в соке превышает величину практической эф фективной щелочности, то она имеет отрицательное значение. Исходя из величины эффективной щелочности, можно вычислить массу Na. OH, которую необходимо добавить к 1 м 3 фильтрованного сока II сатурации в том случае, если эффективная щелочность Щэф будет меньше 0, 005% Са. О: m = [10 (0, 005 – Щэф)] (40 / 28). Na. OH (11) При использовании кальцинированной соды (Na. C 03) значение т, вычисленное по этому уравнению, умножают на 1, 32. Примерный расход гидроксида натрия на 1 м 3 сока, вычисленный по приведен ному выше уравнению, при некоторых значениях эффективной щелочности при веден ниже: Щэф, г Са. О /100 см 3 0 0, 005 0, 010 Расход Na. OH на 1 м 3 сока, кг 0, 071 0, 143 0, 214

При недостаточном количестве щелочных добавок, вводимых в сок, когда кон центрация х меньше концентрации солей кальция, в соке появляется муть, и и он трудно фильтруется. Осадок выпадает не сразу, а через 0, 5 2 ч после введения соды, т. е. когда сок уже находится в выпарной установке. При больших количествах ще лочных добавок, превышающих концентрацию солей кальция, осаждение послед них происходит быстрее и заканчивается до подачи сока в выпарную установку. Из за наличия в соке буферных веществ, обусловливающих буферную емкость, реакции осаждения солей кальция с помощью Na 2 C 03 и Na. OH протекают не по стехиометрическому уравнению. Например, Na 2 C 03 осаждает примерно половину эквивалентного количества солей кальция, тогда как тринатрийфосфат, благодаря своей низкой растворимости, осаждает ионы кальция в эквивалентном количестве. Установлено, что если щелочными добавками поддерживать эффективную ще лочность, лизкую к 0, 010% Са. О, то содержание солей кальция в соке будет б мини мальным, а термоустойчивость стабильной. Величина эффективной щелочности, так же как и натуральной, зависит от со става ырья, условий проведения диффузии и очистки диффузионного сока. За с ру бежом эффективную щелочность регулярно определяют в диффузионном, преддефекованном, дефекованном соках и соке I сатурации. Для доведения первых трех соков до параметров сока I сатурации применяют специальную методику. Если на блюдается падение эффективной щелочности на каком либо участке технологиче ской схемы, то это свидетельствует о нарушениях в технологическом режиме. При отсутствии отклонений величина эффективной щелочности в указанных соках бу дет постоянной.

Оптимальная щелочность. Сок на II сатурации обрабатывают диоксидом углеро да о оптимальной щелочности, при которой в нем остается минимально д возможное количество солей кальция. Оптимальную щелочность определяют сатурированием 1 дм 3 фильтрованного сока I сатурации температурой 80 85 °С до реакции, ней тральной о фенолфталеину, отбирая в процессе сатурирования 8 п 10 проб. Пробы фильтруют, определяют р. Н и содержание солей кальция, выражая их в процентах к массе СВ (рис. 38). Оптимальная щелочность сока II сатурации – величина, соответствующая мини мальному содержанию солей кальция в растворе. При оптимальной щелочности все ионы гидроксила переходят в карбонаты. При сгущении сока в выпарной установке оставшиеся в нем в небольшом количестве соли кальция переходят в пересыщен ное состояние и осаждаются на поверхностях теплообмена в виде накипи. Для сни жения накипеобразования в сок II сатурации, отсатурированный до оптимальной щелочности, вводят свежеобразовавшийся карбонат кальция и интенсивно пере мешивают 5 10 мин при температуре 92 97°С, дополнительно осаждая часть солей кальция. Оптимальную щелочность сока II сатурации удобнее контролировать по пока заниям р. Н метра. В зависимости от качества перерабатываемой свеклы значение р. Н 20 колеблется в интервале 8, 6 9, 8. При переработке сырья пониженного каче ства оптимальная щелочность снижается до р. Н 20 8, 4. Но это значение р. Н при комнатной температуре, а при температуре 90 95°С р. Н снижается до 6, 6 7, 2. При таких значениях р. Н, особенно при сгущении сока в

в продуктовом отделении, будет происходить интенсивное разложение сахарозы и увеличение ее потерь, так как изокаталитическая (минимальная) точка гидролиза сахарозы находится при р. Н 8, 2. При снижении р. Н от изокаталитической точки на единицу скорость гидролиза сахарозы будет увеличиваться в 8 – 10 раз. Для повышения термоустойчивости в сок следует вводить щелочные Рис. 38. Определение добавки, преимущественно тринатрийфосфат (Na 3 P 04 • 12 Н 20). Введение оптимальной щелочности сока по содер жанию солей Na 2 CO 3 и Na. OH нежелательно, так как мелассообразующая способность кальция их примерно в 3 раза выше, чем тринатрийфосфата. При введении в сок после II сатурации щелочной добавки процесс графически (рис. 39) характеризуется сплошной линией ABCD: сначала сок сатурируют до опти мального р. Н, установленного производственной лабораторией по солям кальция (отрезок АВ), выдерживают его в дозревателе (отрезок ВС), вводят щелочной реа гент, повышая р. Н до расчетного значения (отрезок CD) и фильтруют. Более целесообразно щелочную добавку вводить в фильтрованный сок I сатурации С перед II сатурацией). Тогда процесс на рис. 39 будет характеризоваться пунктирной линией AEFD: ввод реагентов (отрезок АЕ), сатурирование сока до оптимального р. Н (отрезок EF), снятие пересыщения солей кальция в дозревателе и фильтрование сока (отрезок FD). При таком варианте ввода щелочной добавки р. Н оптимальной щелочности устанавливается уже в сатураторе.

Решающее влияние на адсорбционную активность карбоната кальция в сгущен ной суспензии сока II сатурации оказывает одновременное присутствие ионов каль ция и гидроксильных ионов. Поэтому перед возвратом сгущенной суспензии сока II сатурации на преддефекацию ее следует активировать известковым молоком при мерно до р. Н 11 при интенсивном перемешивании, что способствует повышению адсорбционной активности осадка при очистке сока удовлетворительного качества. При очистке сока с высоким содержанием веществ коллоидной дисперсности оса док е активируют. Для получения сгущенной суспензии н большей плотности иногда в сок II сату рации перед отстойником дозревателем вводят флокулянт, например полиакриламид, активированный тринатрийфосфатом при 50 60°С. Эффект дозревания в отстойнике дозревателе зависит от р. Н сока на II сатура ции: ри п оптимальном значении р. Н (по минимальному содержанию солей каль ция) или при недосатурировании дозревание сока малоэффективно, если же сок пересатурирован, то дозревание дает положительный результат. Включение дефекатора перед II сатурацией дает возможность не только повы сить общую эффективность очистки и термоустойчивость очищенного сока, но и, используя его как буферную емкость, обеспечивать равномерность потока, поддер живая ем самым щелочность и т р. Н в заданном режиме. При работе завода по схеме с дефекацией сока перед II сатурацией следует учи тывать, что соли магния, содержащиеся в известковом молоке, достаточно полно осаждаются только в условиях высокой щелочности (на I сатурации). Если же они поступают с известковым молоком на II сатурацию, минуя I сатурацию, то маг ний осаждается в виде гелеобразного карбоната магния, растворимость которого довольно высокая, что приводит к быстрому «загоранию» поверхностей выпарных аппаратов. Поэтому при использовании в производстве извести с высоким содер жанием соединений магния и других примесей дефекацию сока перед II сатурацией проводить не рекомендуется.

При переработке низкокачественной свеклы более важным параметром, чем концентрация солей кальция, является р. Н сиропа после выпарной установки, зна чение оторого к должно приближаться к зоне минимального разложения сахарозы, т. е. р. Н 8, 2 8, 5. Именно поэтому сахарные заводы иногда работают при повышен ной щелочности сока II сатурации (оптимальная щелочность сока 0, 035 0, 05% Са. О, или р. Н 20 9, 4 9, 8), что дает возможность стабилизировать р. Н последующих продуктов на верстате завода в оптимальном интервале и снизить потери сахаро зы т разложения. Однако при этом неизбежно образование солей Ca. S 04, о Ca. S 03, Ca(HS 03)2, более растворимых, чем Са. С 03, что может способствовать интенсивно му отложению осадка на поверхностях теплообмена и фильтровальной ткани. При переработке свеклы низкого качества, для снижения солей кальция II са турацию следует проводить в две ступени. Перед II сатурацией в фильтрованный сок вводят 0, 4 0, 5% Са. О с последующим возвратом всей суспензии осадка карбо ната альция на преддефекацию. В к первом сатураторе (II, А) поддерживают по вышенную елочность и часть извести остается в щ виде углекальциевых сахаратов [(С 12 Н 22 О 11)х • (Ca. CO 3)у • (Ca. O)z], обладающих весьма развитой адсорбционной площадью поверхности. Поэтому адсорбция несахаров, преимущественно солей кальция на первой ступени сатурации, будет увеличиваться в 2 2, 5 раза по сравне нию с основным сатуратором (И, Б), где суммарная щелочность значительно ниже и Са. С 03 находится в виде суспензии с меньшей площадью поверхности частиц и поэтому легко отфильтровывается. После второй ступени II сатурации необходи мо использовать дозреватель сока.

В некоторых странах в качестве дозревателя сока II сатурации используют второй сатуратор, добавляя в сок перед II сатурацией известковое молоко. На греческом за воде Плати» , например, « кроме двух сатураторов, рассчитанных на последователь ное 2 минутное сатурирование сока в 1 каждом, используют еще и дозреватель сока с мешалкой на 6 мин. Можно также рекомендовать возврат свежеобразовавшегося сатурационного осадка сока II сатурации снова в сатуратор и использовать интенсивное перемеши вание рециркуляционным насосом, но это эффективно будет только при проведе нии ополнительной дефекации перед II д сатурацией. Общий расход извести на очистку диффузионного сока. Поверхность свежеобра зовавшегося карбоната кальция имеет положительный электрокинетический потен циал (ζ потенциал), а несахара, обладающие поверхностью раздела фаз (вещества кол лоидной тепени дисперсности и с др. ), заряжены отрицательно. Чем выше ζ потенциал на поверхности Са. С 03, тем активнее протекает на нем адсорбция несахаров. Величи на потенциала Са. С 03 зависит от расхода извести ζ по отношению к массе несахаров в соке. При расходе на очистку сока 80% Са. О к массе несахаров ζ потенциал будет равен нулю, т. е. поверхность кристаллов Са. СО 3 нейтральна и не способна адсорбировать несахара. При расходе 120% Са. О к массе несахаров положительный заряд на Са. С 03 примерно равен 10 милливольт (м. В), и такие кристаллы активно адсорбируют не сахара. ледовательно, если кристаллы карбоната кальция, например, в суспензии или соке I С сатурации, имеют нейтральный или отрицательный заряд, то возврат их на преддефекацию нецелесообразен. Активность кристаллов Са. С 03 регулируют, изменяя расход Са. О в зависимости от содержания несахаров в диффузионном соке.

Сульфитация сахарсодержащих растворов Химизм сульфитации сока II сатурации. После известково углекислотной очист ки диффузионного сока чистота его составляет 89 92%; содержание СВ = 11 12%; азотсодержащих веществ – 0, 4 0, 5%; р. Н 20 8, 8 9, 2. В соке остается незначительное количество редуцирующих веществ (менее 0, 1%). При сульфитации р. Н 20 сока сни жается до 7, 8 8, 2, а после сгущения в выпарной установке опускается до 6, 5 7. Под действием высокой температуры в выпарной установке в соке происходит инвер сия ахарозы и образование редуцирующих веществ, которые, с вступая в реакцию с аминосоединениями, образуют красящие вещества и снижают количество сахара песка. Чтобы уменьшить интенсивность образования красящих веществ, в техноло гической схеме сахарного завода предусматривается сульфитация очищенного сока, сиропа и питающей воды для диффузионной установки. Сульфитацией называют обработку сахарсодержащих растворов воды диокси дом еры с (S 02). Диоксид серы на сахарном заводе получают сжиганием комовой или гранулированной серы в печи. Эта реакция экзотермическая, поэтому протека ет с выделением теплоты: S + 02 » S 02; ΔН = 297 к. Дж/(г • моль). Отбираемый из печи сульфитационный газ представляет собой смесь диоксида серы (12 15%) и воздуха (85 90%). В нем всегда содержится небольшое количе ство риоксида серы (S 03), т который образуется при взаимодействии диоксида серы с кислородом воздуха 2 S 02 + 02 <=> 2 S 03. Для сульфитации сахарсодержащих растворов триоксид серы непригоден, так как он образует с ними сульфаты щелочей, повышая тем самым содержание золы в соке, и вызывает коррозию металлов.

Диоксид серы – бесцветный газ с резким запахом, ядовит, вызывает удушье, хорошо растворим в воде. В одном объеме воды при 20 °С и атмосферном дав лении астворяется 39, 4 р объема диоксида серы (при 40°С – 18, 8 объема), но только небольшая часть растворенного S 02 реагирует с водой, образуя серни стую ислоту (S 02 + Н 20 <=> H 2 S 03). Сернистая кислота – слабая к кислота, суще ствующая лишь в водных растворах. При нагревании она разрушается, образуя диоксид серы и воду. Сернистая кислота – хороший антисептик и восстановитель. Она восстанав ливает вещества, являющиеся непредельными соединениями, и превращает их в бесцветные соединения. Сок при этом не очищается, так как обесцвеченные ве щества остаются в растворе. Видимая эффективность обесцвечивания сахарных растворов диоксидом серы составляет не более 30%, а истинная эффективность обесцвечивания за счет восстановления непредельных соединений только 8 10%. Это объясняется индикаторными свойствами красящих веществ: при снижении р. Н, обусловленном сульфитацией, происходит снижение интенсивности цвета; при возврате к исходному значению р. Н цветность раствора почти полностью вос станавливается. Реальное действие сульфитов на цветность продуктов сахарного производ ства объясняется другим механизмом, который состоит в следующем. Сернистая кислота и ее соли обладают способностью блокировать карбонильные группы ре дуцирующих соединений (моносахаридов, триоз, других продуктов их распада), препятствуя образованию красящих веществ. Это действие происходит путем вну тримолекулярной дегидратации триоз с образованием непредельного соединения с двойной связью, которое превращается в метилглиоксаль, способный присоеди нить ве молекулы гидросульфита натрия с образованием д дисульфоната по ион ному механизму:

При наличии в сахарсодержащих продуктах сернистой кислоты и ее солей в со отношении римерно 0, 5 моль S 02 на 1 моль моносахаридов реакции образования п красящих веществ практически прекращаются. Кроме обесцвечивания, сернистая кислота снижает щелочность сока, так карбонаты калия и натрия, обладающие щелочной реакцией, превращаются в ней тральные ульфиты: K 2 CO 3 + H 2 S 03 = K 2 S 03 + co 2 + н 2 о с Сульфитацию сока II сатурации проводят лишь при его повышенной натураль ной щелочности. При низкой или отрицательной натуральной щелочности сульфитировать сок не следует, так как при этом нейтрализуется остаточная щелочность, повышается концентрация солей кальция и снижается качество сока. Сульфитацию сока II сатурации исключают также и при сильном микробиоло гическом инфицировании сокостружечной смеси в диффузионном аппарате, когда резко повышается концентрация нитритов (соли азотистой кислоты). В этих усло виях при низких значениях р. Н (р. Н < 8) и высоких температурах образуется имидодисульфонат [NH(S 03 K)2], что приводит к увеличению концентрации золы в соке и сахаре песке. Газовую сульфитацию можно заменить или дополнить «солевой» сульфитаци ей, обавляя в сок сульфиты или гидросульфиты калия, натрия (Na 2 S 03, д K 2 SO 3, Na. HSO 3, KHS 03) в количестве 0, 02 0, 03% к массе свеклы. Эти реактивы, являясь солями слабой кислоты и сильного основания, в водных растворах дают щелочную реакцию, поэтому щелочность сока остается на прежнем уровне. Кроме того, они придают соку повышенную буферную емкость и таким образом стабилизируют р. Н, предохраняя сахарозу от разложения.

Очищенный сок II сатурации сульфитируют только после удаления избыт ка олей с кальция и фильтрования, так как образующийся при сульфитировании сульфит кальция обладает значительно большей растворимостью, чем карбонат кальция, и при сгущении сока в выпарной установке легко выпадает в осадок на поверхностях теплообмена. Поэтому практикуемое на некоторых заводах недосатурирование сока на II сатурации с последующей сульфитацией является причиной ускоренного «загорания» выпарной установки и увеличения золы в сахаре песке. Росту золы в сахаре песке способствует также добавление известкового молока в угфелемешалки кристаллизаторы утфеля последней кристаллизации. Образую щийся при этом сульфит кальция связывает S 02 и выводит его из реакции ингибирования цветности. Сульфитацию необходимо проводить так, чтобы во всех продуктах на верстате завода имелись свободные сульфиты (не менее 0, 001% к массе продукта), необхо димые для ингибирования карбонильных групп вновь образующегося инвертного сахара и продуктов его распада. Для повышения коэффициента абсорбции S 02 в соке сульфитационный газ охлаждают перед сульфитацией до 40 50°С , так как с понижением температуры газа, например на 10°С, растворимость S 02 повышается примерно в 1, 5 раза. Вводить в сок (сироп) гидросульфит натрия (Na 2 S 2 O 4) в качестве ингибитора цвет ности не рекомендуется из за серы, увеличивающей зольность готового продукта. На сахарных заводах США, кроме сока II сатурации и сиропа с клеровкой, сульфитируют еще и первый оттек утфеля I кристаллизации. На западноевропейских заводах углубленную сульфитацию проводят редко, опасаясь повышения содержа ния ульфитов в сахаре песке, или с совсем не применяют, ограничиваясь строгим соблюдением технологического регламента.

Проведение сульфитации. Сульфитацию сахарсодержащих продуктов и воды проводят в жидкостноструйных сульфитаторах (рис. 43). Аппарат для сульфитации состоит из цилиндрического корпуса, выполняющего роль гидравлического затво ра и препятствующего попаданию сульфитационного газа в сливной трубопровод. На рис. 44 представлена общая схема сульфитации питающей воды, сока и сиро па. Комовую серу (плотность 1, 95 2, 05 г/см 3) загружают в бункер накопитель, где она расплавляется при температуре 113 °С и небольшими порциями через дозатор непрерывно подается в печь. В присутствии воздуха сера горит в печи синим пла менем при температуре 250 260°С. При более высоких температурах цвет пламени переходит в желто оранжевый. Образовавшийся при сгорании серы газ – диоксид серы, разбавленный воздухом в соотношении 1: (7 8) и содержащий часть золы, под действием разрежения поступает в общую золоотделительную камеру, а затем в охладитель, где освобождается от взвесей и охлаждается до 40 50°С. В камерах смешения сульфитаторов газ смешивается соответственно с питающей водой, соком и сиропом с клеровкой. Заданное значение р. Н продуктов, выходящих из сульфитаторов, поддержива ется автоматически путем изменения степени открытия заслонки на трубопрово де подачи сульфитационного газа. Эффективность использования диоксида серы при сульфитации сока, сиропа и воды в жидкостноструйном сульфитаторе со ставляет 93 95%.

Рис. 44. Общая схема сульфитации сока, сиропа с клеровкой и питающей воды

Фильтрационная установка комплектуется из 4, 6, 8 фильтров (площадь поверх ности фильтрования одного фильтра 60 м 2) и работает в автоматическом режиме. Расход фильтроперлита примерно 1 м 3 на 1000 т свеклы, срок службы фильтроваль ных укавов р около 30 сут. При затруднениях с фильтрованием продукта на тканевую перегородку филь тра намывают фильтроперлит (реже кизельгур), который образует высокопористый фильтрующий слой, задерживающий при фильтровании муть, взвеси, другие при меси размером менее 1 мкм, которые равномерно распределяются в фильтрующей лепешке. Фильтроперлит получают из перлита, представляющего собой аморфную породу вулканического происхождения, близкую по химическому составу к граниту. После вспучивания нагреванием при высокой температуре, дробления и рассеивания ма териал превращается в белый порошок с низкой плотностью. Диаграмма очистки диффузионного сока. Массу несахаров, удаленных из диф фузионного сока, отнесенную к их первоначальной массе, называют эффективно стью очистки сока (Эф, %), величина которой зависит от качества переработанной свеклы. При чистоте диффузионного сока 86% и выше, при строгом соблюдении оптимального технологического режима эффективность очистки составляет 34 35%. Однако при большем содержании несахаров в соке эффективность очистки умень шается, а содержание сахарозы в мелассе увеличивается. Кроме того, известно, что с повышением чистоты сока II сатурации на 1% содержание сахарозы в мелассе снижается примерно на 0, 3% к массе свеклы. Известково углекислотную очистку диффузионного сока, включающую предва рительную и основную дефекации, I и II сатурации, сульфитацию для наглядности можно представить в виде диаграммы (рис. 46).

Осаждение Разложение Адсорбция Диаграмма ППД, основной дефекации, I и II сатурации и сульфитации

ПОЛУЧЕНИЕ САХАРА-ПЕСКА ИЗ ТРОСТНИКОВОГО САХАРА-СЫРЦА Характеристика сахара-сырца • • • Трост никовый сахар сырец представляет собой крупные кристаллы с незначитель ным включением несахаров и пленкой насыщенного межкристального раствора на поверхности, в котором, кроме растворенной сахарозы, находится основная масса несахаров. Цветность кристаллов сахара сырца — от светло желтого до темно коричневого. Химический состав сахара сырца колеблется в следующих пределах, % к массе сахара сырца: сахароза 97 98; влага 0, 4 0, 7; редуцирующие ве щества— не более 0, 5; зола углекислая 0, 3 0, 4; цветность сахара сырца 3000 5000 (не более 7000) ед. ICUMSA (при р. Н 7 и X = 420 нм, в кювете 10 мм) или не более 2200 при = 560 нм; р. Н 6, 2 6, 8. В крупных кристаллах содержание примесей в 2 раза меньше, чем в мелких. Токсичных элементов должно быть не более (мг/кг): свинца 0, 5; мышьяка 1, 0; кадмия 0, 05; ртути 0, 01; пестицидов ГХЦГ ( изомеров), ДДТ и его метаболи товпо 0, 005; радионуклидов (Бк/кг): цезия — 137 не более 140; стронция — 90 не более 100. • Содержание сахарозы в сахаре сырце, определяемое поляриметрически, ниже ис тинного на 0, 2— 0, 3%, что обусловлено наличием в сахаре моносахаридов — фруктозы и глюкозы. Технологические свойства сахара сырца в основном зависят от наличия в нем редуцирующих и красящих веществ, ВКД, ВМС, которые ухудшают очистку клеровки сахара сырца, увеличивают ее вязкость и тем самым затрудняют фильтро вание. • Средний размер кристаллов сахара сырца составляет 0, 8 1, 2 мм, коэффициент неоднородности 30 35%. Способность к длительному хранению зависит от содержа ния в нем влаги и определяется по коэффициенту безопасности (Кб), который харак теризуется отношением содержания влаги в сахаре (W, %) к массе несахаров (100 — Р), • При Кб 0, 25 0, 33 сахар сырец хранится почти без изменения химического состава. Понятие о коэффициенте безопасности примени мо олько к сахару, не подвергавшемуся промыванию водой в т центрифугах и микро биологической порче при хранении.

• Сахар сырец в Россию перевозят насыпью морским путем, а на свеклосахарные заводы его доставляют по железной дороге насыпью в вагонах, приспособленных для перевозки, или в мешках. Складские помещения для него должны быть за крытыми, сухими, с полом из металлических плит или с асфальтовым покрытием, оборудованы плотно закрывающимися дверями и принудительной системой вен тиляции. Стены склада защищают от контакта с сахаром, покрывая их рифленым оцинкованным листовым железом, так как известково цементные растворы раз рушаются микроорганизмами. Перед складированием помещение очищают, про ветривают, дезинфицируют, просушивают. Относительную влажность воздуха на складе поддерживают вентиляционными установками и отопительными устрой ствами в интервале 60 70%, температура зимой не должна опускаться ниже 5°С во избежание смерзания сахара.

Технология переработки сахара сырца в сахар песок • На специализированных сахарных заводах тростниковый сахар сырец перера батывают по пяти шести кристаллизационным схемам, используя оборудование для аффинации сахара сырца и дефекосатурации его клеровки, которую проводят при низкой щелочности, синхронно, т. е. когда известь и сатурационный газ по дают в сатуратор одновременно и равномерно. Для очистки клеровки сахара сырца расходуют около 0, 5% Са. О, а р. Н в дефекосатураторе поддерживают на уровне 9, 5. Аффинационный оттёк выводят в конец технологической схемы и таким образом сохраняют от разложения почти весь инвертный сахар, содержащийся в пленке на кристаллах сахара сырца. Его затем вместе с мелассой используют для производства дрожжей и других продуктов. На таких заводах перерабатывают по несколько тысяч тонн сахара сырца в сутки. Например, в Таиланде введен в эксплуатацию сахарный завод производственной мощностью 26 тыс. т переработки сахара сырца в сутки, с численностью 12 тыс. работников и режимом работы в 2 смены по 10 ч.

На свеклосахарных заводах, оснащенных двух трехкристаллизационными схемами и технологическим оборудованием большой вместимости, реализовать пяти шестикристаллизационную схему нецелесообразно, так как увеличение чис ла ступеней кристаллизации связано со значительными капитальными затратами и установкой дополнительного оборудования. Поэтому при переработке сахара сырца на свеклосахарных заводах число ступеней кристаллизации ограничивают тремя, а их недостаток компенсируют возвратом большей части первого оттека утфеля I кристаллизации на известково углекислотную очистку. Перерабатывают сахар сырец с полным разложением инвертного сахара известью на дефекации.

Продукты распада инвертного сахара адсорбируются карбонатом кальция на сатурации, что дает возможность поддерживать цветность очищенной клеровки сахара сырца в необходимых пределах и получать стандартный сахар песок. При ра боте о такой схеме, кроме п безвозвратных потерь редуцирующих Сахаров, увеличива ются отери п сахара с мелассой, что обусловлено меньшим поступлением редуцирую щих Сахаров в мелассу по сравнению с пяти шестикристаллизационными схемами. Редуцирующие сахара способны снижать растворимость сахарозы, поэтому, чем боль ше х и концентрация в мелассе, тем меньше в ней содержание сахарозы и ниже чисто та. Кроме того, длительное пребывание клеровки в сатураторах (35 40 мин) вместо необходимых 10 12 мин способствует снижению качества клеровки. Последовательность технологических операций переработки тростникового сахара сырца на свеклосахарном заводе по трехкристаллизационной схеме с раз ложением инвертного сахара приведена на рис. 76.

Тростниковый сахар сырец Рис. 76. Трехкристаллизационная схема переработки тростникового сахара-сырца в сахар-песок на свеклосахарном заводе

При поступлении в завод тростниковый сахар сырец взвешивают на автома тических весах, отбирают средние пробы для анализа и подают его в клеровочный аппарат, где растворяют в промоях температурой 90 92 о. С и р. Н 11 11, 5 до СВ 54 56%, поддерживая при этом щелочными добавками р. Н на уровне 9, 2 9, 5. Примеси, поступающие с сахаром сырцом, улавливают в ловушке, расположен ной еред клеровочный аппаратом, который п должен быть оборудован дозатором дезинфектанта. Полноту растворения сахара контролируют на стекле с подсветкой. Полученную клеровку сахара сырца смешивают с клеровкой первого оттека утфеля I кристаллизации и сахара III кристаллизации, нагревают в скоростных теплообмен никах о 80 д 85°С, добавляют известковое молоко до щелочности по фенолфталеину 1, 8 2, 3% (р. Н 11, 5 11, 6) и проводят дефекацию в течение 10 20 мин.

На некоторых заводах сахар сырец из бункера (вместимостью 25 т и более) по дают начала в клеровочный перфорированный с барабан для улавливания примесей (ворс, камни, щепки и др. ) и частичного растворения сахара. Для улучшения фильтрационных свойств клеровку первого оттека утфеля I и са хара III кристаллизации растворяют в отдельном клеровочном аппарате до содер жания 2 54% СВ и 5 там же обрабатывают расчетным количеством известкового молока. После дефекации общую клеровку подвергают двухступенчатой сатурации с многократной циркуляцией ее по внешнему контуру сатуратора: на первой ступе ни клеровку обрабатывают сатурационным газом до щелочности по фенолфталеину 0, 06 0, 08% Са. О (р. Н 10, 5 10, 7), на второй ступени — до щелочности по фенолфта леину 0, 02 0, 03 Са. О (р. Н 9, 2 9, 5). Разность уровней клеровки в сатураторах I и II ступеней составляет примерно 300 мм.

Перед второй ступенью сатурации для улучшения фильтрационной способности сатурационного осадка и повышения эффективности адсорбционной очистки к об щей клеровке добавляют известковое молоко в количестве 0, 4 0, 5% Са. О к массе сахара сырца. Клеровку с первой ступени сатурации на вторую лучше подавать через форсунки в надсоковое пространство второго сатуратора, причем форсунки должны быть расположены выше точки ввода основного рециркулирующего потока клеров ки. Это позволяет утилизировать часть диоксида углерода из отработавшего сатура ционного газа и не смешивать оба потока клеровки сахара сырца сразу. Коэффици ент использования диоксида углерода сатурационного газа составляет 50 55%.

На выходе из второго сатуратора поддерживают максимально возможную ще лочность клеровки, верхний предел которой ограничен ухудшением ее фильтраци онных войств и образованием с пены. Высокая щелочность клеровки на обеих ступенях сатурации и многократная ре циркуляция ее во внешнем контуре сатураторов способствует повышению положи тельного потенциала и тем самым адсорбционной активности карбоната кальция и большей эффективности использования диоксида углерода из сатурационного газа. Отсутствие фильтрования между первой и второй ступенями сатурации не снижает результатов очистки клеровки, так как пептизация несахаров из осадка на второй ступени сатурации незначительная. Причем первая ступень сатурации служит для получения высокого адсорбцион ного эффекта, а вторая – для повышения фильтрационной способности осадка.

На сахарных заводах получил распространение способ сатурации, включающий нагревание дефекованной клеровки, распыление ее форсунками в надсоковом пространстве аппарата первой ступени сатурации и сатурация в барботажном слое сока до щелочности 0, 06 0, 10% Са. О (с многократной циркуляцией по внешнему контуру). На долю барботирования в слое расходуется от 50 до 75% С 02, израсходо ванного реакции. Остальной газ С 02 в поглощается в надсоковом пространстве. Вторая ступень сатурации выполняется так же, как и первая, только до более низ кой щелочности сока.

При сульфитировании клеровки и подваривании в выпарной установке в ней образуется взвешенный осадок (муть), что в дальнейшем приводит к «гипсованию» теплообменных поверхностей вакуум аппаратов. Поэтому целесообразно перед увариванием утфеля I отделять эти взвеси в поле центробежных сил (в центробеж ном сепараторе) или другим способом. Следует отметить также, что моно и дисульфонаты, образующиеся при сульфи тации клеровки и блокирующие реакции образования цветности, под воздействи ем температуры быстро разрушаются и активность карбонильных групп в реакциях восстанавливается. Поэтому при уваривании утфеля I необходимо применять до зированную солевую сульфитацию сульфитами натрия или калия.

По окончании циклов фильтрования, фильтрационный осадок из первой и вто рой групп фильтров смывают жидкими промоями в сборник, откуда его направляют в вакуум фильтры для промывания горячей водой. При промывании фильтрацион ного садка сначала отбирают о густой промой с содержанием СВ не менее 4 6%, на гревают его до 90 92°С и используют на приготовление клеровки сахара сырца и кле ровки сахара III кристаллизации в смеси с первым оттеком утфеля I кристаллизации. Затем фильтрационный осадок промывают водой почти до полного обессахаривания и жидкий промой расходуют на смыв фильтрационного осадка из фильтров 1 го и 2 го фильтрования. Обессахаренный фильтрационный осадок выводят в отвал. Для дезинфекции в промой добавляют формалин.

Расход воды на промывание фильтрационного осадка не превышает потребно го количества ее на приготовление клеровки, поэтому избытка промоев на заводе практически не бывает. Утфель I кристаллизации (см. рис. 76) уваривают в вакуум аппаратах на за травочной суспензии из сульфитированной общей клеровки и сахара утфеля II до СВ 92 92, 5% при остаточном давлении 0, 018 МПа и чистоте 94 95% (но не ме нее 93%). Цикл уваривания утфеля 2 2, 5 ч. На подкачки в вакуум аппарат берут часть своего второго оттека чистотой не ниже 92%, нагретого до 85 88°С, чтобы растворить оставшиеся микрокристаллы сахара. Затем утфель спускают в приемную утфелемешалку, где раскачивают первым оттеком утфеля I, подавая часть его в пу стую утфелемешалку перед спуском утфеля, а часть — на утфель после выгрузки из вакуум аппарата.

Утфели, получаемые при переработке тростникового сахара сырца, менее вяз кие, чем утфели в свеклосахарном производстве, поэтому утфель I более эффектив но раскачивать непосредственно в вакуум аппарате, а не в утфелемешалке. Утфель I кристаллизации центрифугируют в циклических центрифугах с промы ванием ахара сначала с раствором второго оттека утфеля I концентрацией 60 62%, затем горячей водой с отбором двух оттеков: первого чистотой не выше 87%, второго — не выше 93%. При центрифугировании в каждом цикле строго следят за делением оттеков по времени и контролируют полноту загрузки центрифуги, длительность промывания и температуру промывной воды. Барабан центрифуги загружают так, чтобы рассто яние от слоя утфеля до верхнего края ротора было не более 10 мм.

Первый оттек утфеля I кристаллизации содержит некоторое количество инверт ного сахара и других несахаров. Возврат его на уваривание утфеля I кристаллиза ции без очистки нецелесообразен, так как в результате многократной рециркуляции в нем будут накапливаться ВКД, ВМС, инвертный сахар, продукты распада которо го снижают качество сахара песка. Использование же всего первого оттека на ува ривание утфеля II кристаллизации приведет к увеличению продуктового верстата и интенсивному нарастанию цветности. По этой причине предусматривается сме шивание большей части первого оттека утфеля I кристаллизации с клеровкой все го сахара III кристаллизации, разбавление этой смеси водой примерно до 52 54% СВ и возвращение в начало технологической схемы на известково углекислотную очистку. Дефекацию возвращаемой клеровки следует проводить в отдельном дефекаторе. Оставшуюся часть первого оттека утфеля I кристаллизации используют на уваривание утфеля II кристаллизации.

Чтобы поддерживать чистоту очищенной клеровки, а следовательно, и ут феля I кристаллизации на определенном уровне, оптимальном для выработки стандартного сахара песка, объем возврата клеровки первого оттека утфеля I на известково углекислотную очистку регулируют в соответствии с коэффициен том рециркуляции (отношение объема первого оттека утфеля I, возвращаемого на известково углекислотную очистку к общему объему всего оттека, полученного по сле уваривания и центрифугирования утфеля I кристаллизации). Величину коэф фициента рециркуляции определяют для каждого завода отдельно. Соотношение объемов клеровки сахара сырца и клеровки первого оттека утфеля I с клеровкой сахара III кристаллизации поддерживают автоматически. Обычно эта величина на ходится в интервале 75 90%.

Возврат первого оттека утфеля I и клеровки сахара утфеля III на дефекацию осу ществляют равномерно, чтобы чистота утфеля I была не ниже 94%, а чистота кле ровки первого оттека утфеля I с клеровкой сахара утфеля III не ниже 88%. При возврате первого оттека утфеля I известково углекислотной очисткой уда ляется не более 30% примесей, в результате происходит их накопление на верстате продуктового отделения. Поэтому целесообразно периодически уменьшать объем возвращаемого оттека. В начале сезона переработки сахара сырца весь объем первого оттека утфеля I возвращают на очистку и коэффициент рециркуляции равен нулю. После того как на заводе переработают некоторое количество сахара сырца, начинают уваривать утфель II кристаллизации и коэффициент рециркуляции стабилизируется.

Следует отметить влияние цветности продуктов на показатели работы завода. Стандартный сахар песок в свеклосахарном производстве получают из утфеля I кри сталлизации ветностью до 34 усл. ц ед. , а при переработке тростникового сахара сырца сахар песок такого качества можно получить из утфеля цветностью не более 15 усл. ед. Поэтому при определении нижней границы чистоты утфеля I кристаллиза ции необходимо корректировать ее с цветностью утфеля и условиями работы завода. Полученный сахар песок сушат до влажности 0, 04 0, 06%, охлаждают до 24 26°С и отделяют сахарную пыль, которая при определенной концентрации и дис персности частиц может служить причиной взрыва (вспышки огня) (ПДК сахарной пыли 10 мг/м 3, 4 й класс опасности).

Утфель II кристаллизации уваривают из первого оттека утфеля I и некоторой ча сти ттека утфеля II с о общей чистотой 83 85% до содержания СВ 92 92, 5% при остаточном давлении 0, 015 МПа, а затем центрифугируют с отбором одного оттека чистотой не выше 70 72%. Уваривание утфеля II начинают только при накоплении достаточного количества отеков. Цикл уваривания утфеля 5— 6 ч. При необходимости сахар промывают небольшим количеством воды и полу ченный оттек добавляют к первому оттеку. Перед центрифугированием утфель II кристаллизации раскачивают в приемной утфелемешалке своим оттеком. Сахар II кристаллизации растворяют в густом промое до СВ 65 68% и добавляют к общей клеровке перед сульфитацией.

Для уваривания утфеля III кристаллизации до содержания СВ 94 94, 5% ис пользуют сначала первый оттек утфеля I, а затем оттек утфеля II кристаллизации и уваривают при остаточном давлении 0, 015 МПа. Продолжительность уваривания утфеля не более 10 ч. Перед спуском утфеля из вакуум аппарата его раскачивают водой (иногда разбавленной мелассой), а затем межкристальный раствор дополни тельно обессахаривают, охлаждая утфель в кристаллизационной установке до SO S °С в B течение 80 100 ч. Чистота утфеля перед центрифугированием должна быть не выше 73%. В последней утфелемешалке кристаллизаторе утфель нагревают до 45 50°С и центрифугируют с отбором одного оттека – сырцовой мелассы.

Сахар III кристаллизации чистотой 93± 1% после растворения в густом про мое вместе с первым оттеком утфеля I кристаллизации подают на дефекацию и сатурацию. Меласса чистотой не выше 50 52% поступает в хранилище, чистотой 52 54% может использоваться для раскачки утфеля в кристаллизационной установке, а чи стотой олее 54% возвращается на уваривание утфеля III б кристаллизации. Для сокращения продолжительности уваривания утфелей необходимо приме нять ПАВ в соответствии с инструкцией. По приведенной выше схеме (см. рис. 76) сахар III кристаллизации вместе с кле ровкой сахара сырца подвергают известково углекислотной очистке. Если же его после отделения межкристального раствора промыть в центрифугах разбавленными первым оттеком утфеля I или мелассой с СВ 72 75% и температурой 84 86 °С в ко личестве 12 20 кг на 1 т утфеля, то чистоту сахара II I

кристаллизации можно при близить чистоте сахара II к кристаллизации и растворять их вместе, не возвращая сахар III кристаллизации на физико химическую очистку. При этом снизятся на грузки на фильтрационное оборудование и потери сахара с фильтрационным осад ком. Полученный при центрифугировании оттек промывающей мелассы выводят в сборник мелассы. Конденсаторы вакуум конденсационной установки работают раздельно. В пер вом конденсаторе конденсируются пары утфеля I кристаллизации и выпарной уста новки, во втором конденсаторе — пары а утфелей II и III кристаллизаций. Чтобы избежать ухудшения качества сахара песка уваривание утфеля II и III кри сталлизаций в вакуум аппаратах необходимо начинать только при достаточном ко личестве исходных продуктов.

Эффективность обесцвечивания общей клеровки (Эф) для получения очищен ной леровки не выше 15 к усл. ед. , должна быть не ниже 75%. При переработке тростникового сахара сырца выход мелассы составляет око ло % к его массе и зависит в 2 основном от чистоты очищенной общей клеровки при неизменном коэффициенте рециркуляции. Качество оттеков утфелей II и III кристаллизаций на выход мелассы влияет незначительно. Выход мелассы увеличи вается пропорционально снижению чистоты клеровки. При повышении коэф фициента рециркуляции, когда увеличивается масса возврата первого оттека ут феля I кристаллизации на дефекацию и сатурацию, масса полученной мелассы уменьшается.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СВЕКЛО САХАРНОГО ЗАВОДА ВОДОЙ, ПАРОМ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ Оборотное водоснабжение завода Для реализации технологических процессов на свеклосахарных заводах требует ся большое количество воды. Если применять прямоточную схему водоснабжения завода, по которой используют только воду из естественных водоемов без возврата отработавшей воды, то общий расход ее составит 1200 1500% к массе переработан ной веклы. Однако на многих участках производства с допускается применение от работавшей оды без очистки или осветленной, тогда в безвозвратный расход чистой воды сокращается до 170 250% к массе свеклы. Такую схему водоснабжения, назы ваемую оборотной, применяют на сахарных заводах в настоящее время. Холодная вода из естественных водоемов используется для ополаскивания от мытых корнеплодов сахарной свеклы, конденсации пара в барометрических или поверхностных конденсаторах, охлаждения и промывания сатурационного газа, охлаждения газовых компрессоров, вакуум насосов и сульфитационного газа. Чи стую артезианскую воду расходуют на промывание сахара в центрифугах, раскачку утфеля I кристаллизации, на нужды заводской лаборатории и др. В зависимости от степени загрязнения отработавшую воду делят на I, II и III категории.

К воде I категории группы А относят воду, которой охлаждают сульфитационный газ, насосы, компрессоры, оборудование ТЭЦ, а также избыток холодной воды. Отработавшая вода данной группы не отличается от исходной по составу, но имеет температуру на 5 10°С выше. К воде I категории группы Б относят барометрическую воду, конденсаты отрабо тавшего и вторичного паров. Вода этой группы имеет температуру 40 50°С и более. Кроме конденсата отработавшего пара, в ней содержится аммиак и небольшое ко личество других органических примесей.

Воду, использованную в системах охлаждения, и барометрическую воду после охлаждения в градирне или других сооружениях, возвращают в водоем оборотной воды без очистки. Конденсат пара, отработавшего в I корпусе, используют в ТЭЦ для питания парогенераторов (паровых котлов), а конденсаты вторичных паров расходуют на промывание фильтрационного осадка, либо в качестве питающей воды в диффузионной установке (после ее деаммонизации). Водой II категории считается транспортерно моечная вода, содержащая боль шое количество взвешенных органических и минеральных примесей. Для их удаления воду отстаивают по схеме, представленной на рис. 84: сначала в ра диальном тстойнике 1 со сборно о распределительным устройством

и вакуум сифонной установкой для удаления осадка, а затем в вертикальном металли ческом отстойнике 2. Для удаления из транспортерно моечной воды тяжелых примесей и обломков свеклы перед радиальным отстойником устанавливают хвостикоулавливатель, камне и песколовушки, а для ускорения отстаивания воду подщелачивают известковым молоком до р. Н 11— 11, 5 (при комнатной тем пературе) ибо до р. Н 10. Но в этом л случае в воду добавляют коагулянт, например сульфат железа, в количестве 50 150 мг/дм 3. После вертикального отстойника 2 декантат дезинфицируют в мешалке J хлорной известью или в специальной уста новке жидким хлором и возвращают в гидротранспортеры, а также в свекломоечное отделение.

Выходящий из радиального отстойника разбавленный транспортерно моечный осадок еще раз обрабатывают известью и направляют в вертикальный отстойник сгуститель, откуда декантат возвращают в схему рециркуляции вод II категории, смешивая его с осветленной транспортерно моечной водой, а густой осадок выво дят стоки вод III категории, смешивая его с в осветленной транспортерно моечной водой, а густой осадок выво дят стоки вод III категории. На некоторых заводах вместо в отстойника 4 для осветления транспортерно моечного осадка используют вертикальный отстойник сгуститель Ш 1 ПОС 3, в ко тором ффективность осветления воды составляет 70 80%, а э продолжительность отстаивания около 50 мин. Производительность такого отстойника сгустителя при диаметре 15 м составляет по воде 900 1000 м 3/ч, по сгущенной суспензии осадка 28 30 м 3/ч. Осадок из отстойника непрерывно выводят в воды III категории.

Эффективность осветления воды составляет 70 80%, а продолжительность отстаивания около 50 мин. Производительность такого отстойника сгустителя при диаметре 15 м составляет по воде 900 1000 м 3/ч, по сгущенной суспензии осадка 28 30 м 3/ч. Осадок из отстойника непрерывно выводят в воды III категории. Рис. 84. Схема очистки транспортерно моечной воды Для снижения объема сгущенную суспензию осадка из отстойника сгустителя направляют в гидроциклоны, где отделяется часть воды. Включение гидроциклонов в схему осветления дает возможность уменьшить объем выводимого осадка в 2 раза и снизить содержание в нем влаги.

К воде III категории группы А относят жомопрессовую воду, которая после осветления возвращается в диффузионную установку, заменяя часть свежей питающей воды, а к воде III категории группы Б — отстой из жомопрессовой воды, густой осадок из транспортерно моечной воды, воду после отстаивания фильтрационного осадка в отвалах, воду из газопромывателя, салфетомоек и хозяйственно бытовую. Воды III категории группы Б поступают на биологическую очистку, проходя перед этим через пруды накопители, предназначенные для обеспечения беспе ребойной работы сооружений биологической очистки и равномерной нагрузки на них. Кроме того, в прудах накопителях под действием анаэробных бактерий (в основном метанобразующих) сбраживаются жирные кислоты, углеводы, зна чительно (на 40 50%) снижается концентрация органических загрязнений. Этот процесс наиболее интенсивно протекает в теплое время года при положительных температурах.

Из прудов накопителей осветленная вода стекает на поля естественного биоло гического обезвреживания (поля фильтрации или непроточные биологические пру ды). Участок земли, отведенный под поля фильтрации, делят на отдельные секции (карты) и обваловывают землей. Секции используют для отстаивания воды пооче редно. По окончании производства секции очищают от осадка и подготавливают к повторной эксплуатации. Для повышения фильтрационной способности по периметру полей фильтрации сооружают канал глубиной до 3 м. Вода, профильтрованная через слой почвы, по ступает канал и оттуда в направляется в аккумуляционный пруд. После доочистки и насыщения кислородом воду можно сбрасывать в природные водоемы. Если грунт на полях фильтрации не обладает достаточной фильтрационной и окислительной способностью, то поля переоборудуют в непроточные биологические пруды.

Естественная биологическая очистка сточных вод основана на способности ми кроорганизмов естественных аэробных в (на полях фильтрации) или в анаэробных условиях (в прудах накопителях, называемых также стабилизационными пруда ми) расщеплять, окислять и восстанавливать содержащиеся в них органические и некоторые минеральные соединения. Для естественного обезвреживания сточ ных вод под очистные сооружения требуются значительные земельные площади, поэтому на многих сахарных заводах применяют искусственную биологическую очистку сточных вод на биофильтрах, в аэротенках или аэрируемых биологиче ских прудах. Биофильтр — это сооружение, в котором сточные воды фильтруются через круп нозернистый материал, покрытый биологической пленкой, образованной колони ями эробных а микроорганизмов.

Аэротенк — сооружение для биологической очистки сточных вод аэрацией в смеси с активным илом (активный ил — рыхлая масса, насыщенная микро организмами), в котором осуществляется биологическая очистка стоков через окисление их бактериями, которые находятся в аэрируемом слое. Аэротенк — аппарат, чаще всего прямоугольного сечения, по которому протекает сточная вода, смешанная с активным илом, и в котором происходит биохимическая очистка сточной воды. Воздух, подаваемый пневматическими или механически ми аэраторами, перемешивает обрабатываемую сточную воду с активным илом и насыщает ее кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий. Большая насыщенность сточной воды активным илом и непрерывное поступле ние кислорода обеспечивают интенсивное биохимическое окисление органиче ских еществ, поэтому в аэротенки — одни из наиболее совершенных сооружений для биохимической очистки. В зависимости от необходимой степени снижения органического загрязнения сточных вод аэротенки проектируются на полную или неполную биологическую очистку. Степень очистки сточных вод в аэротенке может достигать 99%.

Аэрируемый биологический пруд — это естественный или искусственный во доем, в котором под действием солнца и воздуха, диспергируемого в воде с помощью механических аэрирующих устройств, в присутствии водорослей и микроорганизмов происходит интенсивный процесс биологической очистки сточных вод. БПК (биологическое потребление кислорода) определяют в миллиграммах кис лорода, асходуемого р в течение 5 суток на окисление примесей, содержащихся в 1 дм 3 воды, при протекании в ней биохимических процессов. Интенсивность биохими ческих процессов в первые 5 суток наибольшая, поэтому на практике пользуются пятисуточным БПК, т. е. БПК 5. Показатель БПК учитывает вещества, легко раз лагающиеся при биохимических процессах. В чистой воде значение его невелико, поэтому БПК 5 применяют в основном для

В поверхностных водах величины БПК 5 подвержены сезонным и суточным колебаниям в интервале 0, 5 4 мг 02/дм 3. Сезонные колебания зависят в основ ном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кисло рода. Температура влияет на скорость процесса потребления кислорода, которая при повышении температуры на 10°С увеличивается в 2 3 раза. Влияние начальной концентрации 02 на процесс его биохимического потребления связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития и для физиологической и биохимической активности. БПК 5 зна чительно зменяется в зависимости от и степени загрязненности водоемов. Су точные колебания величин БПК 5 зависят от исходной концентрации раство ренного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2, 5 мг 02/дм 3 в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления.

Для оценки качества сточных вод, сбрасываемых в естественные водоемы, кроме БПК 5 используют еще показатель ПДК (предельно допустимая концен трация) какого либо загрязняющего вещества, равного одной дозе, определяе мой нормативными документами. Если концентрация загрязняющего вещества приближается к этой дозе, то вода в водоеме находится на границе экологиче ского сдвига. При совершенствовании схемы водоснабжения действующего сахарного завода за основу принимают следующие показатели баланса воды (% к массе свеклы): забор свежей воды из водоема — 165, количество оборотных вод I ка тегории — 900; II категории — 860; сточных вод III категории — 170 или 110 (при условии отстаивания транспортерно моечного осадка в вертикальных отстойниках сгустителях Ш 1 ПОС 3 и возврате декантата в контур рециркуля ции вод II категории).

Для вновь строящихся сахарных заводов потребление свежей воды на производ ственные нужды не должно превышать 80% к массе переработанной свеклы, а ко личество очищенных производственных сточных вод, сбрасываемых в природные во доемы, 75% к массе свеклы. Основные потребители чистой холодной воды из естественных водоемов и охлажденной оборотной воды из контура вод I категории (600 800% к массе све клы) – это вакуум конденсационные установки (ВКУ). Для сокращения расхода холодной воды I категории в качестве охладителя можно дополнительно использо вать вентиляторную градирню, а конденсаторы смешения в ВКУ заменить поверх ностными конденсаторами.

Обеспечение завода греющим паром и электроэнергией Так как большинство свеклосахарных заводов размещено в сельской местности, то их энергоснабжение преимущественно обеспечивается от собственной тепло электроцентрали (ТЭЦ) по комбинированной схеме. По этой схеме в парогенерато рах результате сжигания в топочного мазута, природного газа или твердого топлива образуется перегретый пар с избыточным давлением около 4 МПа (40 ати) и темпе ратурой 400 450 °С, который направляют в турбоагрегат, работающий с противо давлением соединенный с электрогенератором, и вырабатывающим переменный электрический ток напряжением 6 или 10 к. В. Таким образом, электрическую энер гию получают, преобразуя тепловую энергию в механическую, а затем механиче скую в электрическую. – Машину, соединившую в себе турбоагрегат и электроге нератор, называюттурбоэлектрогенератором.

Выходящий из турбоагрегата отработавший пар с избыточным давлением 0, 4 – 0, 5 МПа увлажняют, снижая температуру до 132 136°С, и используют для обогревания I корпуса выпарной установки, а также для сушки сахара песка, на гревания ока в последней группе теплообменников с перед выпарной установкой, других нужд. Такой пар называют отработавшим (ретурным), а иногда греющим. При нагревании сока в I корпусе ВУ отработавшим паром до кипения образуется вторичный пар (экстрапар), которым обогревают другие корпуса ВУ. Экстрапар — основной теплоноситель на сахарном заводе. Вторичные пары из ВУ используют для нагревания промежуточных продуктов (соков, сиропа, оттеков), уваривания утфеля в вакуум аппаратах и др.

Небольшую часть острого пара (10 – 15%), используемую как регулирующую добавку к отработавшему пару, отбирают непосредственно из парогенератора и подвергают редуцированию в редукционно охладительной установке (РОУ), снижая давление от 4 до 0, 4 0, 5 МПа и насыщая влагой с понижением темпера туры до 132 136 °С. Таким образом, в свеклосахарном производстве пар используют многократ но: сначала в турбоагрегате, затем в выпарной установке и, наконец, в вакуум аппаратах и теплообменниках. Конденсат, полученный в теплообменных аппаратах от конденсации отработавшего (ретурного) пара, возвращают в ТЭЦ для питания парогенераторов, а конденсаты, полученные от конденсации вторичных паров, ис пользуют на технологические нужды.

На заводах производственной мощностью 3 тыс. т переработки свеклы в сутки применяют турбоэлектрогенераторы мощностью 6 тыс. к. Вт, а на заводах производ ственной ощностью 6 тыс. т м переработки свеклы — 12 тыс. к. Вт. Для переработки 100 т свеклы завод расходует примерно 180 к. Вт электрической энергии. В межсезон ный период при остановках ТЭЦ сахарные заводы обеспечиваются электроэнерги ей от государственной энергосистемы.

Для проведения технологических процессов и выработки электрической и меха нической (силовой) энергии на 100 кг переработанной свеклы расходуют примерно 50 кг отработавшего и редуцированного пара, в том числе на сгущение сока в ВУ — около 40 кг, на сушку сахара, нагревание сока перед ВУ, сиропа с клеровкой перед вакуум аппаратами и другие цели — 4, 5 5 кг. Кроме того, в результате потерь пара в вакуум конденсационных установках, неравномерного отбора вторичных паров из корпусов ВУ, конвекции через теплоизоляцию и в связи с другими причинами расход отработавшего пара увеличивается еще на 8 10%, т. е. всего расходуется при мерно 0 кг. 5 На переработку 100 кг свеклы будет затрачено условного топлива около 6 кг. В среднем на отечественных сахарных заводах на переработку 100 кг свеклы расходуют 4 5 кг условного топлива, но на ряде заводов эта величина снижена до 3, 5 кг.

ПРОИЗВОДСТВО БЕЛОГО САХАРА (Рафинадное производство) Растворение кристаллического сахара и фильтрование сиропа На продовольственном рынке постоянным спросом пользуются высококаче ственные продукты питания, в том числе и белый (рафинированный) сахар разных видов. В зависимости от способа выработки белый сахар разделяют на кристалличе ский сахар, сахарную пудру и кусковой сахар. Кусковой сахар вырабатывают в виде прессованного быстрорастворимого и прессованного крепкого (ГОСТ 53396 2009). Технология белого сахара основана на рациональном сочетании адсорбцион ной очистки сахарных сиропов и перекристаллизации. По сравнению с адсорбцией перекристаллизация является более эффективным средством разделения сахарозы и несахаров, так как несахара, в отличие от сахарозы, не кристаллизуются и остают ся в растворе. Адсорбцией удаляют преимущественно цветные вещества.

На рафинирование кристаллический сахар поступает в основном насыпью и реже — фасованным в мешки или контейнеры. Вначале для измельчения ком ков сахар пропускают через дробилку с ребристыми валками, взвешивают его на автоматических весах, просеивают через вращающееся шестигранное сито с отверстиями 16 x 16 мм и через бункер накопитель подают на приготовление белого сахара. Комки сахара, не прошедшие через сито, растворяют отдельно и используют для приготовления сиропа белого сахара на второй ступени кристаллизации.

Сиропы белых кристаллизаций готовят на обессоленной воде, а сиропы про дуктовых кристаллизаций — на промоях, растворяя сахар в непрерывно дей ствующих аппаратах. Оптимальное значение р. Н (7, 5 8, 5) для всех сиропов уста навливают обавлением кальцинированной соды (Na 2 C 03) д и тринатрийфосфата (Na 3 P 04 • 12 Н 20). Приготовленные сиропы перед фильтрованием пропускают . через закрытые ситчатые ловушки, в каждой из которых установлены соединенные по следовательно сита с отверстиями 3 и 2 мм. После ситчатых ловушек сироп последовательно фильтруют через слой гранит ной крошки (гравиевые фильтры) и фильтрующую перегородку с намыванием порошка фильтроперлита или кизельгура (патронные фильтры).

Фильтр площадью поверхности 40 м 2 оснащен 109 патронами. На стальной перфорированный каркас патрона сначала надевают подкладочную сетку, затем фильтровальную рукавную лавсановую ткань и 2— 3 слоя полиэтиленовой сетки для фиксации слоя вспомогательного фильтрующего материала. Фильтрующую пере городку (лавсановую ткань и сетки) закрепляют в патроне стопорными кольцами. Внутренняя полость фильтра условно разделена на камеру высокого давления (про странство между патронами) и камеру низкого давления (пространство над патрон ной решеткой и внутри патронов). Фильтр работает в автоматическом режиме. Рабочий слой фильтроперлита на поверхности патронов восстанавливается за счет фильтро перлита текущего дозирования. При длительном фильтровании сиропа поры контрольного слоя фильтроперлита и фильтровальной ткани засоряются механическими примесями, закристаллизовываются солями кальция, скорость фильтрования падает, а давление внутри фильтра повышается до 0, 3 МПа и более. Тогда фильтр отключают от системы автоматизации, переводят на режим дистанционного управления и проводят полную регенерацию фильтрующей перегородки.

При переработке сахара песка повышенной цветности, кроме фильтроперлита, вводят активный уголь в виде порошка. Скорость активного филь трования рафинадных сиропов составляет 0, 2 0, 3 м 3/(м 2 • ч). Работа фильтроваль ной установки полностью автоматизирована. Обесцвечивание сиропов активным углем Сиропы после фильтрования обесцвечивают адсорбентами (активный уголь, иониты), удаляя большую часть цветных веществ, остатки мути, другие органиче ские и минеральные несахара. Адсорбция – это поглощение растворенных несахаров (сорбтива) поверхностью твердого поглотителя (адсорбента). На поверхности адсорбента возникает неодинаковое притяжение пограничных молекул несахаров молекулами жидкости, с одной стороны, и молекулами твердой фазы – с другой, которое называется поверхностным натяжением.

Если в жидкой фазе имеются растворенные поверхностно активные вещества, т. е. вещества, уменьшающие поверхностное натяжение, к которым относится боль шая часть несахаров, то они будут концентрироваться на поверхности раздела фаз. Одновременно с адсорбцией вещества на поверхности адсорбента протекает проти воположный процесс — десорбция этого вещества. Когда скорость обоих процессов уравнивается, наступает фазовое равновесие или равновесное состояние системы. В производстве белого сахара принято оценивать действие адсорбентов по обес цвечиванию сахарных сиропов. Для обесцвечивания применяют гранулированный активный уголь (АГС 4 М, АГС 4 У и др. ) или порошковый (КАД, МД, Глюконат 4, Щелочной А, карборафин и др. ).

Обесцвечивание проводят периодическим способом, когда активный уголь на ходится в стационарном слое, а движется только сироп непрерывным способом, основанным на принципе противотока адсорбента и сиропа. Установка для обес цвечивания сиропа периодическим способом состоит из двух групп адсорберов: в первой группе обесцвечивают клере, сиропы 1 и 2 рафинадных кристаллизаций; во второй – сиропы 3 рафинадной, I и II продуктовых кристаллизаций.

Обесцвечивают рафинадные сиропы при 80 °С, продуктовые сиропы — при 75 °С со скоростью 8 10 дм 3/мин на 1 т угля. Цикл активного обесцвечивания в рафинад ной руппе 144 240 ч, в продуктовой — 48 72 ч. г Обесцвеченный сироп содержит мелкие частицы угля, поэтому его пропускают через войлочный фильтр толщиной не менее 15 мм. Для прочности войлочную пластину обшивают редкой тканью. Недостаток периодического способа обесцвечивания сиропов в том, что непод вижный слой адсорбента под гидростатическим давлением уплотняется, и грану лы на многих участках плотно соприкасаются между собой. В результате снижается проницаемость слоя и активная адсорбционная площадь поверхности. Адсорбционная поверхность активного угля и производительность установки возрастают, если сироп обесцвечивать непрерывно в противотоке угля и сиропа. В этом случае все гранулы адсорбента, находясь во взвешенном состоянии, полно стью омываются потоком обесцвечиваемого сиропа.

Термическую регенерацию отработавшего гранулированного активного угля проводят во вращающейся барабанной или шахтной печи по принципу противото ка при непосредственном контакте угля и топочных газов температурой 700 850 °С. Органические несахара, адсорбированные активным углем, сгорают, поры угля освобождаются и таким образом восстанавливается адсорбционная активность. Углерод, образовавшийся при сгорании несахаров, также является активным адсор бентом. Прокаленный уголь охлаждают, промывают водой и просеивают для отде ления пыли. Потери угля при регенерации составляют 6 7% к его массе.

Кроме гранулированных углей, для обесцвечивания сиропа применяют и порош ковые активные угли с размером частиц 10 30 мкм. Эти угли обладают в 5 10 раз большей удельной адсорбционной поверхностью, чем гранулированные. После однократного использования порошковые угли не регенерируют, а выводят в от ходы, так как осуществить их регенерацию очень трудно. Применяют порошковые угли в виде 20% ной водной суспензии, которую готовят в отдельном помещении, оснащенном пылеулавливателями. Эффективность обесцвечивания сиропа порош ковым глем достигает у 60 70% при его расходе 2 2, 5 кг на 1 т белого сахара. Свежий активный уголь для обесцвечивания сиропа используют на первых сту пенях кристаллизации. Когда эффективность обесцвечивания снизится, уголь вы гружают з фильтров, добавляют к и нему свежий и вторично используют для обес цвечивания иропов на с последующих ступенях кристаллизации.

Обесцвечивание сиропа ионообменной смолой Ионный обмен является разновидностью адсорбционного процесса (полярная адсорбция). Он представляет собой стехиометрическое замещение: в обмен на каж дый квивалент одного иона, поглощенного э из раствора, ионообменная смола от дает в раствор один эквивалент другого иона с зарядом того же знака, тогда как при физической адсорбции активным углем адсорбент поглощает растворенное веще ство, ничего не отдавая взамен. Ионный обмен осуществляется с помощью синтетических нерастворимых мате риалов, которые называют ионитами или ионообменными смолами. Зерно ионита – это одна гигантская молекула.

Одни иониты имеют кислотный характер (поверхность их заряжена отрицатель но), поэтому они обменно сорбируют из раствора только катионы с заменой любого из них на ион водорода или другой ион. Такие иониты называют катионитами. Дру гие иониты, имеющие основный характер (поверхность их заряжена положительно) и обменно адсорбирующие из раствора анионы, называют анионитами. В зависимости от химического состава и степени диссоциации иониты делят на 4 группы: сильнокислотные катиониты, характеризующиеся легкостью вытеснения из них водорода другими ионами; слабокислотные катиониты, отличающиеся незначительной обменной спо собностью при низких значениях р. Н; Силъно основные аниониты, хорошо диссоциирующие в кислой и щелочной средах; Слабо основные аниониты, диссоциирующие только в кислой среде. • •

В сахарной промышленности ионообменные смолы применяют для обесцве чивания сахарных сиропов и удаления других несахаров перед кристаллизацией сахарозы. В промышленности, вырабатывающей белый сахар, используют обесцвечиваю щий ильноосновный пористый с слабо сшитый анионит АВ 17 2 П. В процессе экс плуатации часть гранул анионита растрескивается, истирается, теряет реакционные центры, в результате чего снижается обменная емкость и эффективность обесцве чивания. Например, после 8 рабочих циклов обесцвечивания сиропа I продуктовой кристаллизации эффект обесцвечивания составляет примерно 86%, а через 160 ци клов — только 60%. Иониты чувствительны к низким температурам, поэтому их хранят и перевозят при температуре не ниже 5°С.

В ходе обесцвечивания контролируют цветность, температуру, расход сиропа, давление его в трубопроводах перед реакторами и после. При нормальной работе завода с тремя рафинадными кристаллизациями и нагрузкой на реактор до 3 м 3/ч на 1 м 3 смолы цветность сиропа после реакторов должна быть не более (усл. ед. ): для первого белого сахара (рафинада) – 1, 3; второго белого сахара (рафина да) 4; – третьего белого сахара (рафинада) – 8. Продолжительность рабочего цикла смолы в реакторе при обесцвечивании сиропов кристаллизаций белого сахара, в зависимости от начальной цветности и качества фильтрования, коле блется т 9 до 18 сут. Когда о эффективность обесцвечивания начинает снижать ся и становится ниже установленной (для сиропов первого белого сахара 40%, второго – 35 и третьего – 30%), подачу сиропа в данный реактор прекращают и включают резервный реактор с отрегенерированной смолой. Анионит в от работавшем еакторе промывают р горячей водой (конденсатом) температурой 78 80 °С,

Сиропы, поступающие в ионообменную установку на обесцвечивание, должны соответствовать определенным требованиям; содержание СВ 63 67%, температура 78 80 °С, содержание взвеси (твердая фаза) не более 10 мг/дм 3. При длительной эксплуатации анионита в результате необратимой сорбции не которой асти ч несахаров снижается его рабочая емкость. Для её восстановления пе риодически проводят углубленную регенерацию анионита 4% раствором НС 1 с удельной нагрузкой 1 м 3/ч на 1 м 3 смолы. Существенным недостатком при эксплуатации анионита АВ 17 2 П является наличие элюата (отработавшего солещелочного раствора) в количестве примерно 4 м 3 на 1 м 3 регенерируемой смолы.

Элюаты содержат минеральные и органические загрязнения и перед спуском в канализацию их необходимо очищать и нейтрали зовать. Количество стоков пытаются уменьшить, обесцвечивая элюаты активным углем и используя их повторно. Также их можно применять в строительстве в каче стве пластифицирующей добавки к бетонным смесям. Расход товарного анионита и вспомогательных материалов на выработку 100 т рафинированного белого сахара составляет (т): анионита АВ 17 2 П – 0, 02; едкого натрия (100%) – 0, 044; поваренной соли – 0, 47; соляной кислоты – 0, 016; умягченной воды (с содержанием солей не более ОД мг • экв/дм 3) – 22.

В ряде случаев используют комбинированную схему обесцвечивания белых и продуктовых сиропов: сначала фильтрованный сироп обесцвечивать гранулированным активным углем, фильтровать, а затем пропускать через колонку с анионитом. Тог да суммарная эффективность обесцвечивания белых сиропов может достигать 90%, а продуктовых 70 80%.