I сатурация

Основное назначение I сату­рации — удаление несахаров диффузионного сока адсорб­цией их на поверхности осад­ка карбоната кальция в мо­мент его образования и соз­дание осадка карбоната каль­ция с хорошими фильтрую­щими свойствами для облег­чения процесса фильтрации. Процесс I сатурации за­ключается в обработке дефекованного сока сатурационным газом, содержащим 28— 32% углекислоты. В резуль­тате обработки гидрат окиси кальция превращается в нерас­творимый карбонат кальция. В дефекованном соке Са(ОН)₂ содержится в нерас­творимом виде в растворе и в виде моносахарата кальция. Реагировать с углекислотой может только гидрат окиси кальция, находящийся в растворе.

Вначале углекислый газ образует угольную кислоту, которая затем реаги­рует с гидратом окиси кальция:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ ,

Са(ОН)₂ + Н₂СО₃ → СаСО₃ + Н₂О,

С₁₂Н₂₀О₁₁Са + Н₂СО₃ → СаСО₃ + С₁₂Н₂₂О₁₁

На поверхности выпадающего осадка СаСО₃ адсорбируются присутствующие в соке несахара — кальциевые соли аминокислот и других органических и минеральных кислот, а также красящие вещества сока — окрашенные продукты распада моносахаридов.

Фильтрация соков I сатурации

Сатурационные осадки отделяют на фильтрах под давлением или на вакуум-фильтрах. Для фильтрации под давлением применяют рамные фильтр-пресса, дисковые фильтры и др. Эти фильтры работают в периодическом режиме. По мере заполнения фильтрующей поверхности скорость фильтрации снижается, фильтрацию прекращают для выгрузки осадка. Кроме того, осадок длительное время находится в контакте с горячим щелочным соком, оказывающим разлагающее действие на осажденные вещества.

Этих недостатков лишены вакуумные фильтрующие установки. Перед подачей на фильтрацию на барабанном вакуум-фильтре суспензию сгущают в отстойниках до содержания твердой фазы с 4,4-5 до 20%.

Процесс II дефекосатурации

Назначение II дефекосатурации — дальнейшее удаление несахаров сока адсорбцией на поверхности осадка карбоната кальция в момент образования и достижение максимального осаждения иона кальция из сока.

Начальная стадия процесса II сатурации является прямым продолжением процесса I сатурации. Отфильтрованный сок I сатурации свободен от частиц осадка и коллоидов, поэтому несахара адсорбируются в.лучших условиях, чем на I сатурации, и при более низком рН. Эффект обесцвечивания при этом достигает 30%, а общий эффект очистки составляет 8— 10%.

Дальнейшая обработка сока углекислым газом ведется с целью максимального удаления из сока иона кальция и заключается в за­мене иона гидроксила ионом карбоната. По мере нейтрализации иона гидроксила углекислотой рН сока снижается и уменьшается диссоциация по второму водородному атому.

Фильтрация сока II сатурации

Контрольную фильтрацию проводят на мешочном фильтре, который состоит из прямоугольного корпуса с наклонным дном. Фильтровальные мешки (салфетки) изготовлены из фильтр-диагонали. Длительность контрольного фильтрования 23 часа.

Мешки с контрольных фильтров (также как и фильтрационные холсты со всей остальной фильтрационной аппаратуры) подвергают мойке в специальной салфетомойке и используют повторно.

Сульфитация сока

Процесс сульфитации заключается в обработке сока сернистым газом. При этом сернистая кислота взаимодействует с красящими веществами в окисной форме и восстанавливает их в бесцветные лейкосоединения:

RО + Н₂SО₃ → Н₂SО₄ + R

Сернистая кислота вытесняет из соединений карбонат ионы:

К₂СО₃ + Н₂SО₃ → К₂SО₃ + Н₂О + СО₂.

Наличие ионов SО₃^2- и SО₄^2- в соке может в дальнейшем привести к образованию накипи на выпарной станции в результате взаимо­действия с ионами кальция.

Конечная щелочность сульфитированного сока 0,005 СаО% и рН7,5 — 8.

Сульфитированные соки содержат некоторое количество мути, состоящей из СаSО₄ и СаSО₃, которую после сульфитации отфильтровывают на мешочечных или патронных фильтрах с кизельгуром. Поскольку на сульфитации только обесцвечиваются красящие вещества, а несахара не удаляются, то эффект очистки на этой стадии не наблюдается.

Выпаривание сока

. Очищенный сок содержит 14 — 15% сухих веществ, в результате выпаривания содержание сухих веществ в сиропе повышается приблизительно до 65%.

В процессе сгущения температура кипения сока постепенно повышается по сравнению с температурой кипения чистого растворителя. Этим обусловлена так называемая температурная депрес­сия (разница между температурой кипения раствора и чистого растворителя) и потеря теплового перепада на ее величину.

Химические процессы, протекающие при выпаривании

Разложение сахарозы. Минимальное разложение сахарозы наблю­дается при рН 7,95—8,0. Отклонение от него в кислую или щелочную сторону приводит к увеличению разложения. С повышением темпе­ратуры процесс разложения ускоряется. Разложение начинается с гидролиза сахарозы на глюкозу и фруктозу.

Разложение моносахаридов. Моносахариды разлагаются с образованием молочной, сахариновой, левулиновой, муравьиной, сахарумовой, глюциновой, апоглюциновой, мелассиновой кислот и гуминовых ве­ществ. Продолжается также образование темноокрашенных мелланоидинов.

Дезаминирование амидов. Амиды кислот в условиях выпарива­ния разлагаются с выделением аммиака; например, аспарагин и глутамин разлагаются по уравнениям:

В результате дезаминирования образуется аммиак, который удаляется вместе с паром и переходит в конденсаты. Постепенно концентрация его в конденсатах увеличивается, поэтому конден­саты последних корпусов выпарной станции называются аммиачными водами.

Разложение бикарбонатов. При перегазовании сока на II сату­рации, а также при низкой натуральной щелочности и связанным с этим низким рН сока, поступающего на выпаривание, в нем со­держатся значительные количества бикарбонат-иона НСО^-₃.

Образование накипи. Сок, поступающий на выпаривание, является насыщенным раствором трудно растворимых солей каль­ция. По мере сгущения эти соли выпадают из раствора в осадок. В начале выпаривания бикарбонаты интенсивно разлагаются (если они присутствуют) и образуется углекислый кальций. В процессе выпаривания концентра-ция карбонат- иона увеличивается, что так­же приводит к образованию осадка карбоната кальция. В резуль­тате разложения оксаминовой кислоты образуется нерастворимый оксалат кальция.

ПОЛУЧЕНИЕ САХАРОЗЫ В КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ВИДЕ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРОЗЫ

Кристаллизация сахарозы применяется для отделения ее от сопутствующих несахаров и получения чистого продукта в кристаллическом состоянии.

Кристаллизация сахарозы возможна только из пересыщенных растворов, т. е. таких, в которых факти­чески ее растворено больше, чем может раствориться при данной температуре. Степень пересыщения характеризуют коэффициентом пересыщения, при этом различают видимый и истинный коэффи­циенты пересыщения.

Поскольку растворимость в нечистых сахарных растворах выше, чем в воде, то истинный коэффициент пересыщения меньше види­мого.

Центры кристаллизации могут образовываться как самопроизволь­но при высоких пересыщениях, так и при соответствующих возмущающих влияниях (встряхивание, перемешивание и т. п.). Процесс образова­ния центров кристаллизации можно облегчить введением готовых мелких кристаллов саха­розы или другой однородной крис­таллической фазы (затравка). Выделение молекулы на поверхности кристаллов состоит из двух процессов — перемещения частицы к поверхности и перехода молекулы из растворенного состояния в твердое. Поскольку на поверхности кристалла вещество удаляется из раствора, то концентрация растворенного вещества по направлении к кристаллу умень­шается. Поэтому молекулы перемещаются из раствора к поверхно­сти кристалла вследствие диффузии под влиянием разности кон­центраций. Выделение молекул на поверхности кристаллов связано со зна­чительной потерей энергии (выделение тепла кристаллизации, образование поверхности). Поэтому процесс выделения частиц на поверхности происходит значительно быстрее, чем их перемещение к поверхности, и на бесконечно малом расстоянии от поверхности кристаллов раствор находится в насыщенном состоянии.

УВАРИВАНИЕ СИРОПА

Для получения сахара-песка повышенного качества применя­ется схема продуктового отделения с тремя утфелями. Утфель представляет собой вязкую смесь кристаллов сахара и межкрис­тального раствора. Количество кристаллов в растворе зависит от качества утфеля.

Цикл уваривания состоит из четырех этапов:

2. сгущение сиропа до образования кристаллов;

3. образование кристаллов;

4. наращива­ние кристаллов;

5. уваривание и спуск утфеля.