Технологія галузі

Вплив концентрації сахарози на вміст вапна

Концентрація сахарози	Вміст вапна, г/100г Насичення розчину		Тверда фаза
	Са(ОН)2	СаО (розрахунково)
0,1	0,161	0,122	Са(ОН)2
2,1	0,320	0,242	Са(ОН)2
4,2	0,609	0,461	Са(ОН)2
6,6	0,991	0,75	Са(ОН)2
8,6	1,466	1,11	Са(ОН)2
11,8	2,457	1,86	Са(ОН)2
15,4	3,646	2,76	Са(ОН)2
21,1	5,984	4,53	Са(ОН)2
27,5	8,872	6,72	Са(ОН)2
31,4	11,083	8,39	Са(ОН)2
35,2	12,946	9,8	Са(ОН)2+сахарат
35,7	13,342	10,1	сахарат
36,2	12,946	9,8	Сахарат
43,7	11,678	8,84	Сахарат
53,2	10,396	7,87	Сахарат
68,3	5,390	4,08	Сахароза

За умов підвищення концентрації сахарози в розчині до 35,7% розчинність гідроксиду кальцію підвищується і при температурі 25° С досягає 10,1 %СаО від маси розчину, з подальшим підвищенням сахарози в розчині розчинність гідроксиду кальцію зменшується та при концентрації сахарози 68,3 % його розчинність становить 4,8 %СаО від маси розчину.

Зниження розчинності гідроксиду кальцію з підвищенням концентрації сахарози від 35,7% пояснюється тим що його частки покриваються шаром сахароза ту кальцію і він перешкоджає розчиненню гідроксиду кальцію.

За даними таблиці склад твердої фази в системі змінюється в залежності від концентрації сахарози. Зі зміною в системі твердої фази гідроксиду кальцію на тверду фазу сахарозату кальцію, починається зменшення розчинності гідрооксиду кальцію, о може бути підставою для пояснення зменшення розчинності вапна в наслідок утворення на поверхні його часток шару сахарозату кальцію.

У наведених поясненнях зменшення розчинності вапна при концентрації сахарози в розчині понад 35,7% не враховуються зміни кількості вільної води в системі, та утворення різного складу комплексних сполук кальцію з сахарозою при різних співвідношеннях між кальцієм та сахарозою в системі. На розчинність гідроксиду кальцію в сахарозних розчинах, як на і розчинність у воді, значний вплив має температура.

Розчинність гідроксиду кальцію в 15% сахарозному розчині за умов використання вапняного молока

Температура, °С	20	30	40	50	60	70	80	90
Розчинність Са(ОН)2, г/100г насичення розчину	2,632	1,923	1,440	1,052	0,723	0,516	0,300	0,164

Зниження розчинності гідроксиду кальцію з підвищенням температури, пояснюється гідролізом комплексних сполук кальцію з сахарозою. На вміст гідроксиду кальцію в сахарозному розчині має вплив форма вапна (свіже випалений оксид кальцію, гідроксид кальцію одержаний попереднім загашенням оксиду кальцію та гідроксид кальцію з вапняного молока) що використовуються для визначення розчинності гідроксиду кальцію, при цьому необхідно враховувати що гідроксид кальцію схильний до утворення стійких перенасичених розчинів і розчинність найменших часток вапна вища за розчинність більш крупних частинок.

За умов використання для визначення розчинності гідроксиду кальцію свіже випаленого вапна, на першому етапі проходить хімічна реакція між окисом кальцію і водою з утворенням гідроксиду кальцію. В наслідок цієї реакції спочатку розчин стає насичений гідроксидом кальцію, а потім перенасиченим.

За певної величини коефіцієнта перенасичення утворюються центри кристалізації гідроксиду кальцію і починається його кристалізація. Реакція буде проходити до повного про реагування одного з компонентів. Гідроксид кальцію схильний до утворення стійких перенасичених розчинів і тому в рідинному середовищі після закінчення реакції та його кристалізації залишається концентрація гідроксиду кальцію значно вища за його розчинність.

Спосіб визначення гідроксиду кальцію в сахарозному розчині за умов загашення в ньому свіже випаленого оксиду кальцію повторює спосіб одержання вапняного молока з використанням для активації гідроксиду кальцію жовтого цукру, або не фільтрованого соку після І сатурації.

Присутність сахарози під час загашення вапна, підвищую дисперсність гідроксиду кальцію. Вапняне молоко – суспензія з твердою фазою гідроксиду кальцію в рідинному середовищу і являється перенасиченим розчином гідроксиду кальцію.

Для системи з вмістом речовини вищим за концентрацію її в насиченому розчині характерна наявність ефекту світлорозсіювання що є однією із властивостей колоїдної системи (гетрогеної). Отже рідинне середовище вапняного молока – колоїдною системою, а не розчином. Тверда фаза вапняного молока складається з часточок розмірами від 0,1 мкм до 3 мкм. Із них часточки розмірами 0,01 – 0,1 мкм – відповідають розмірам часток колоїдної дисперсності. У системі є також асоціати молекул від 0,1 до 1 нм, розміри молекул завжди менші від 0,1 нм. Часточки з розмірами колоїдної дисперсності та асоціати, можуть існувати в перенасиченому розчині за умов малої розчинності речовини що являється твердою фазою суспензії. Ці умови витримуються в свіжо одержаному вапняному молоці. З підвищення ступеню перенасичення гідроксиду кальцію в розчині можуть існувати часточки гідроксиду кальцію все менших та менших розмірів. Після закінчення проходження реакції с часом в наслідок кристалізації гідроксиду кальцію коефіцієнт перенасичення в рідинному середовищі вапняного молока буде зменшуватись, а найменші часточки в суспензії будуть розчинятися. Для мало розчинного у воді гідроксиду кальцію є характерне утворення високого та стійкого перенасичення в рідинному середовищі, що є свідченням малої швидкості його кристалізації.

Утворення стійких перенасичених розчинів та присутність у системі часток колоїдної дисперсності є причиною одержання завищених величин розчинності гідроксиду кальцію за умов використання для одержання розчинів свіже вимеленого вапна. Для одержання насиченого розчину гідроксиду кальцію, необхідно забезпечувати тривале перемішування суспензії із значним вмістом твердої фази. Величини розчинності гідроксиду кальцію одержаного в наслідок попереднього загашення оксиду кальцію менше за ті коли гідроскид кальцію одержаний в наслідок загашення свіжефе випаленого вапна в сахарозному розчині.

Це пояснюється там що зменшення величини коефіцієнта пересичення та вмісту найменших часточок гідроксиду кальцію в наслідок кристалізації та рекристалізації залежить від часу загашення оксиду кальцію до введення суспензії в сахарозний розчин.

Із збільшенням маси введеної суспензії гідроксиду кальцію, вміст гідроксиду кальцію що визначається як його розчинність буде зростати. За умов використання гідроксиду кальцію з вапняного молока для визначення його розчинності в сахарозних розчинах одержані менші величини розчинності ніж за використання попередньо загашеного оксиду кальцію.

У разі використання гідроксиду кальцію з вапняного молока, у якому завершився процес кристалізації та відсутнє найменші часточки гідроксиду кальцію його насичений розчин буде одержаний в наслідок масообміноого процесу розчинення часточок гідроксиду кальцію. За умов відсутності домішок що можуть підвищувати або знижувати розчинність гідроксиду кальцію (за виключенням сахарози). Концентрація гідроксиду кальцію в насиченому розчині дорівнює його розчинності.

Кількість утворених аніонів кислот і барвних речовин під час основного вапнування в наслідок розкладання моносахаридів і взаємодія їх продуктів розкладання з аміносполуками залежить від концентрації гідроксиду кальція в соці. З підвищенням концентрації гідроксиду кальція в соці кількість утворення аніонів кислот і барвних речовин зменшується. В такому разі в дію ступає гідроксид кальцію що міститься в соці в насиченому і перенасиченому стані.

Досягнути перенасичення клітинного середовища гідроксидом кальцію, можна 2-ма шляхами:

1. Введення в сік оксиду кальцію (сухе вапнування) при цьому утворюється гідроксид кальцію та досягається ним перенасичення соку в наслідок реакції.

2. Одержання насиченого гідроксидом кальцію соку при низькій температурі з подальшим нагріванням соку до температури 88 – 90 °С. З підвищенням температури розчинність гідроксиду кальцію в сахарозних розчинах знижується, а через те що гідроксид кальцію схильний до утворення стійких перенасичених розчинів у соці тривалий час зберігається його концентрація яка була досягнута при низьких температурах.

Витрати вапна на очищення дифузійного соку в залежності від якості сировини змінюється від 1,5 до 3 % від маси буряків. І снує дуже добра кореляція між вмістом не цукрів в дифузійному соці і витратами вапна. Витрата вапна на очищення дифузійного соку перебувають в межах 80 – 100 % від маси не цукрів в дифузійному соці.

Досягнення високого ефекту очищення дифузійного соку і необхідних для відокремлення для твердої фази від соку після першої сатурації седиментаційних та фільтраційних її властивостей стає можливе за певних умов вапнування дифузійного соку.

Із середини ХІХ століття відомо що коли до дифузійного соку додавати не все передбачене на очищення вапно одноразово, а спочатку внести невелику кількість, витримати певний час, а потім внести решту то фільтраційні властивості твердої фази в соці після І сатурації значно покращуються.

Таким чином проходило становлення попереднього вапнування дифузійного соку. Широкому впровадженню попереднього вапнуванню у виробництво сприяла заміна фільтр пресів, вакуум-фільтрів та відстійниками. При цьому мало місце значне зменшення величини рушійної сили фільтрування, тобто різницями між тисками по обидва боки фільтрувальної перегородки.

Фільтр-преси працювали за надлишковим тиском 0,3 – 0,4 МПа, а вакуум-фільтри за величину вакууму 0,045 – 0,048 МПа. Тобто майже в 10 разів зменшилася рушійна сила фільтрування що привело до значного зниження швидкості фільтрування соку. При цьому підвищилась актуальність покращення сидиментаційних та фільтраційних властивостей твердої фази в соці після І карбонізації.