Методы интенсификации технологических процессов свеклосахарного производства. Лабораторный практикум. Учебное пособие

5 корпус – А2-ПВВ-1500 Теплотехнические показатели тепловой схемы: Расход пара = 438,27 кг/т свеклы Расход топлива = 39,65 кг/т свеклы

Вопросы для самоподготовки

1.Что входит в тепловую схему завода?

2.Какие основные тепловые процессы используются в сахарном производстве?

3.На каком принципе основана система теплообеспечения сахарного завода?

4.Какие станции технологического процесса и оборудование обогреваются ретурным паром, паром 1 корпуса выпарной установки?

5.Как происходит утилизация конденсата с отдельных корпусов выпарной установки?

Лабораторная работа № 9.

Определение параметров продуктов кристаллизационного отделения для снижения потерь сахарозы в производстве

Цель работы: определить влияние процесса аффинации желтого сахара последней кристаллизации на снижение потерь сахарозы и повышение качества сахара.

Теоретические сведения

Аффинация – эффективный метод очистки жёлтых сахаров и сахара-сырца без применения химических или других реагентов. Аффинация (от французского слова affiner) обозначает облагораживание, улучшение.

Назначение аффинации – произвести максимально возможное отделение кристаллов сахара от межкристального раствора, содержащего значительное количество несахаров. Полученные после аффинации кристаллы сахара должны быть чисты-

81

ми и не содержать остатки сиропа. Аффинация позволяет удалить большую часть красящих веществ и других несахаров, минуя дефекосатурацию, выводить с мелассой.

Улучшение качества очищаемого при аффинации сахара достигается заменой плёнки маточного раствора более низкого качества, находящегося на поверхности кристаллов сахара, на плёнку маточного раствора более высокого качества и меньшего количества.

Процесс аффинации складывается из двух ступеней:

1)Приготовление аффинационного утфеля перемешиванием аффинируемого сахара с аффинирующим оттёком более высокого качества, чем плёнка маточного (межкристального) раствора, находящегося на поверхности аффинируемого сахара. При этом аффинирующий оттёк должен быть насыщенным раствором, чтобы при аффинации не происходило растворения кристаллов сахара.

Аффинируемый сахар и аффинирующий раствор смешивают в таком соотношении и при такой температуре, чтобы кон-

центрация сухих веществ аффинационного утфеля была ~ 90 %, а его температура 40 оС.

2)Центрифугирование аффинационного утфеля с получением аффинированного сахара (аффинада) и одного или двух аффинационных оттёков (в зависимости от того, применяется или нет пробеливание аффинада водой).

На первой ступени за счёт диффузии воды из аффинирующего раствора в плёнку межкристального раствора и наоборот, из плёнки несахаров в аффинирующий раствор происходит «размягчение» плёнки межкристального раствора и снижение его вязкости. При последующем центрифугировании такой межкристальный раствор полнее отделяется, его остаётся меньше на кристаллах сахара и за счёт этого улучшается качество получаемого аффинада.

Важное условие процесса аффинации – минимальное растворение кристаллов. Показателем возможного растворения кристаллов сахара при аффинации является величина выхода аффинада.

82

Качество жёлтого сахара зависит от количества плёнки межкристального раствора. В этой плёнке содержится основное количество несахаров (редуцирующие и красящие вещества).

Порядок выполнения работы

1.Определить качество жёлтого сахара: СВ, СХ, РВ, цветность, соли кальция.

2.Провести аффинацию жёлтого сахара.

Аффинацию проводят в три этапа.

1 этап. Для создания оптимальных условий аффинации I оттёк утфеля I кристаллизации (если оттёка нет, можно использовать сироп) разбавляют дистиллированной водой до СВ = 46-50 % с температурой 85-90 оС в течение 10 мин при температуре 8085 оС. Для расчёта расхода воды можно использовать «правило креста», где в качестве исходных СВ берут СВ=0 % воды и СВ 1- го оттёка утфеля I кристаллизации (на 0,5 кг жёлтого сахара добавляют 200 см3 аффинирующего раствора).

2 этап. Жёлтый сахар последней кристаллизации смешивают с полученным аффинирующим раствором в течение 15-20 мин при температуре 80-85 оС до получения аффинационного утфеля с СВ = 89-90 %. Для расчёта расхода аффинирующего раствора можно использовать «правило креста», где в качестве исходных СВ берут СВ аффинирующего раствора и СВ жёлтого сахара последней кристаллизации. Масса аффинационного утфеля должна быть не менее 500 г.

3 этап. Приготовленный аффинационный утфель с температурой 60-70 оС центрифугируют, получая сахар-аффинад и аффинационный оттёк. Сахар и оттёк анализируют.

3.В сахаре-аффинаде и аффинационном оттёке определить СВ, СХ, цветность, РВ, соли кальция.

4.Приготовить клеровку жёлтого сахара и сахара-аффинада

исравнить их качество по содержанию сахарозы, чистоте, цветности, РВ и солям кальция (табл. 18).

83

Вопросы для самоподготовки

1.Что такое аффинация и какова её цель?

2.Какие способы проведения аффинации известны?

3.Из каких стадий состоит процесс аффинации?

4.Какие известны альтернативные способы повышения качества продуктов в кристаллизационном отделении?

5.В чём заключается методика определения содержания редуцирующих веществ в жёлтом сахаре?

6.Как определяют сухие вещества и массовую долю сахарозы в жёлтом сахаре?

7.Методика определения цветности в жёлтом сахаре.

8.Методика определения солей кальция в жёлтом сахаре.

84

Лабораторная работа № 10.

Выбор параметров ЭХА раствора для обработки стружки и экстрагирования сахарозы

Цель работы: установить рациональные параметры электрохимической активации жидкости при получении диффузионного сока.

Теоретические сведения

На процесс экстракции сахара из свеклы значительное влияние оказывает качество экстрагента. Источниками водоснабжения свеклосахарных заводов являются реки, пруды и озера, в которых вода, как правило, низкого качества. Так в речной и прудовой водах содержатся коллоиды, взвешенные вещества и вещества, находящиеся в ионном состоянии, минеральные и органоминеральные частицы почв, недиссоциированные и нерастворимые формы гумусовых веществ.

Качество диффузионного сока и величина потерь сахарозы зависит от качества воды, поступающей на диффузионную установку, а следовательно, от ее предварительной обработки.

Прогрессивным направлением в технологии подготовки экстрагента для извлечения сахара из свеклы является метод электрокоагуляции.

Порядок выполнения работы

Для обработки в качестве исходного экстрагента используют воду, которую нагревают до температуры 85, 80, 75°С и подвергают электрообработке в течение 1,5; 2; 3; 4; 5 мин. При этом изменяют напряжённость электрического поля: 2,5; 5,0; 7,5 В/см (то есть меняют напряжение на электродах). Активированную воду используют в качестве питательной для диффузионного процесса, определяют чистоту полученного диффузионного сока и сравнивают с чистотой диффузионного сока, полученного без активации экстрагента.

85

Далее очистку сока проводят по схеме: прогрессивная предварительная дефекация (ППД) продолжительностью 15 мин, температурой 55 ºС, конечное значение рН 11,0…11,2. Количество известкового молока на очистку – 100 % к массе несахаров диффузионного сока. После ППД проводят холодно-горячую основную дефекацию. Длительность горячей ступени 10 мин при температуре 80 ºС, I сатурацию до рН 11,0…11,2, фильтрование. Фильтрат нагревают до 80 ºС, проводят дефекацию перед II сатурацией (0,2 % СаО), сатурацию до рН 9,0…9,2. В фильтрованном соке II сатурации определяют качественные показатели.

Выбор условий обработки питательной воды

Для выбора напряженности электрического поля проводят параллельные опыты с различной напряженностью на электродах (табл. 19).

Продолжительность процесса электрообработки питатель-

86

ной воды для диффузионного процесса определяют по показателям качества диффузионного сока и сока II сатурации (табл. 20).

Для выбора температуры процесса воду нагревали до 75, 80, 85 с последующей электрообработкой (табл. 21).

По результатам исследования делают заключение об оптимальных параметрах ЭХА растворов для экстрагирования сахарозы.

Вопросы для самоподготовки

1.В чем заключается механизм ЭХА воды?

87

2.Какие процессы протекают при ЭХА растворов электролитов?

3.Какую технологическую воду целесообразно использовать в качестве экстрагента?

4.Как влияет ЭХА экстрагента на эффективность процесса экстрагирования и почему?

Лабораторная работа № 11.

Выбор варианта ЭХА для интенсификации очистки диффузионного сока

Цель работы: освоить алгоритм выбора оптимальных параметров электрохимической обработки диффузионного сока с целью повышения эффекта удаления несахаров

Теоретические сведения

Диффузионный сок – электролит, так как растворённые в нём вещества и газы в той или иной степени диссоциированы на ионы, а коллоидные вещества, как правило, несут определённый заряд. Изменение в результате электрообработки ионного состава раствора, который отражается на показателе рН среды, используется при электрохимической очистке сахарсодержащих растворов.

Число ионов в растворе можно увеличить введением электролитов. В качестве химического активатора при электрообработке диффузионного сока можно использовать сульфат алюминия (сернокислый глинозём). Опыты проведены при температуре 50…85 ºС, напряжении 10…120 В; продолжительности обработки 0,5…10,0 мин. Количество добавляемого сернокислого глинозёма изменялось в пределах 0,1…0,5 % к массе сока.

Добавление сернокислого глинозёма уменьшает расход электроэнергии, материала электродов, цветность сока и время обработки. Сок, обработанный электрохимическим способом с использованием алюминиевого электрода, устойчив к хранению. Оптимальное количество глинозёма, добавляемого к соку, находится в пределах 0,1…0,2 % к его массе; продолжительность обработки 1…3 мин; напряжение на электродах 10…20 В.

88

Воздействие электрического тока на воду вызывает индуцирование в небольших количествах атомарного кислорода и озона, которые обладают стерилизующим и обеззараживающим действием. Однако внедрение данного метода сдерживается большим расходом электроэнергии и металла для электродов.

Этот недостаток устраняется при использовании нерастворимых электродов в способе очистки диффузионного сока, позволяющем в мягком режиме постепенным изменением рН под действием электрического поля обработать сок сначала в кислой, затем в щелочной области. Это способствует наиболее полному удалению ВКД и ВМС и увеличению чистоты раствора (рис. 7).

В устройстве проводится обработка растворов за счет постоянного тока стабилизированного напряжения, который подводится к электродам через клеммы.

Обработанная

жидкость

Жидкость на обработку

Рис.7. – Устройство для электрохимической очистки производственных сахарсодержащих растворов

Диффузионный сок, предназначенный для очистки, подаётся в зону, в которой происходит снижение рН сока за счёт накопления анионов кислот вблизи анода, далее обрабатывается в области анода, где рН его снижается до 4,0…5,0. При этом наблюдается коагуляция ВМС и ВКД и электролиз солей. Постепенное снижение рН вначале без воздействия электрического тока («химический удар»), а затем в области анода способствуют более полной и необратимой коагуляции ВКД и ВМС. Сок перетекает в промежуточную секцию, служащую для выравнивания рН, и далее в область катода. За счёт образования щелочей из катионов калия и натрия у поверхности катода проходят реакции восстановления.

89

При движении через устройство сок перемешивается, что способствует агрегированию разноимённо заряженных ВКД и ВМС. При этом происходит также концентрационная коагуляция, вызванная скоплением большого количества высокодисперсных заряженных частиц вблизи соответствующих электродов. Очищенный сок выводится из устройства при значении рН, близком к нейтральному.

Под влиянием электрического поля двойной электрический слой мицеллы ВКД деформируется таким образом, что противоположные стороны частиц приобретают обратный по знаку заряд, что вызывает их притяжение друг к другу. Внешние силы, влияющие на мицеллы и их гидратные оболочки, значительно ослабляют плёнку поверхности раздела, что способствует соприкосновению и слипанию частиц. Удаление под действием электрического поля из раствора части электролитов, стабилизирующих ВКД, также вызывает ассоциацию и осаждение частиц.

Порядок выполнения работы

Эффективность удаления несахаров за счёт обработки диффузионного сока в поле постоянного электрического тока перед основной очисткой оценивается по изменению содержания высокомолекулярных соединений (табл. 22).

Таблица 22

Эффективность удаления ВМС при очистке диффузионного сока по типовой схеме (1) и с электрообработкой (2)

90