Технохимический контроль на предприятиях отрасли. Лабораторный практикум. Учебное пособие

убирают пену с помощью смеси спирт+эфир, доводят содержимое колбы почти до метки, термостатируют при температуре 20 °С в течение 15-20 мин, доводят содержимое колбы до метки, перемешивают, фильтруют и поляриметрируют в трубке длиной 200 мм, снимая 3-5 раз показания прибора. Среднеарифметическое показание сахариметра соответствует массовой доле сахарозы в сиропе в процентах к его массе.

рН сиропа определяют рН-метром при температуре 20 °С. Щелочность сиропа определяют в присутствии индикатора

крезолового красного: в интервале рН 7,2-8,7 наблюдается переход желтой окраски в красную.

Разбавляют 10 г сиропа в фарфоровой чашке нейтральной по крезоловому красному водой для получения светлого раствора. Прибавляют несколько капель раствора крезолового красного и прибором Каппуса титруют 0,1 моль/дм3 раствором серной кислоты до исчезновения окраски. Количество делений бюретки Каппуса умножают на 0,01, получают щелочность сиропа в процентах СаО по его массе.

Определение солей кальция комплексометрическим мето-

дом. Навеску сиропа массой 2-5 г переводят в коническую колбу вместимостью 250-300 см3, добавляют 100 см3 дистиллированной воды, 5 см3 аммиачного буферного раствора, 10-15 см3 1/28 моль/дм3 раствора трилона Б, 7-8 капель индикатора кислотного хром темно-синего. Избыток раствора трилона Б оттитровывают 1/28 моль/дм3 раствором сернокислого магния. Параллельно проводят титрование 100 см3 дистиллированной воды.

Определение цветности. Отмеривают 50 см3 сиропа температурой 20 °С, переводят в мерную колбу вместимостью 200 см3, доливают дистиллированной водой при 20 °С до метки, фильтруют и определяют показание прибора КСМ с использованием нормального или 0,5 нормального стекла. Определяют в этом же растворе массовую долю сухих веществ рефрактометром.

Цветность в единицах оптической плотности определяют на приборе КФК-2. Сироп разбавляют горячей дистиллированной водой до массовой доли сухих веществ (15,0 0,5) % по рефрактометру и фильтруют. Полученный фильтрат доводят до рН 7,0 0,2 при помощи 0,1 моль/дм3 растворов NaOH или НС1.

41

Длину кюветы выбирают с расчетом, чтобы показание по шкале прибора находились в пределах 10-90 % светопропускания.

Оптическую плотность испытуемого сиропа измеряют при длине волны 560 нм. В качестве эталона используют свежую дистиллированную воду.

Обработка результатов

По массовой доле сухих веществ и сахарозы рассчитывают чистоту сиропа. Чистота сиропа должна быть на 0,1-0,2 % выше чистоты очищенного сока.

Щелочность продуктов рассчитывают, умножая объем кислоты, затраченной на титрование, на коэффициент, зависящий от концентрации используемой кислоты.

Цветность с использованием колориметра КСМ рассчиты-

где Ц - цветность сока на 100 частей сухих веществ, усл. ед.; K - поправочный коэффициент колориметрического стекла; М - отсчет по шкале прибора; СВ - массовая доля сухих веществ, % к массе сока; d - плотность сока, г/см3 (Приложение 3).

где Ц - цветность сока, ед. оптической плотности; D560 - оптическая плотность сока при длине волны 560 нм; СВ - массовая доля сухих веществ, %; d - плотность сока, г/см3; в – длина кюветы, см.

Для перевода цветности из единиц оптической плотности в условные единицы, значение цветности в единицах оптической плотности необходимо разделить на коэффициент 20.

Массовую долю солей Са2+ и Mg2+ в пересчете на СаО в процентах к массе продукта методом обратного титрования вы-

42

где а 1 - объем 1/28 моль/дм3 раствора трилона Б, добавленый к исследуемому раствору, см3; а 2 - объем 1/28 моль/дм3 раствора трилона Б, добавленный к дистиллированной воде, см3; b 1 - объем 1/28 моль/дм3 раствора сульфата магния, пошедший на титрование избытка трилона Б в исследуемом растворе, см3; b 2 - объем 1/28 моль/дм3 раствора сульфата магния, пошедший на титрование избытка трилона Б в дистиллированной воде, см3; К 1 - поправоч-

ный коэффициент к титру раствора трилона Б; К2 - поправочный коэффициент к титру раствора сульфата магния; А – масса навески продукта, г.

Массовую долю солей Са2+ и Mg2+ в пересчете на СаО в процентах к массе продукта методом прямого титрования вы-

где а - объем 1/28 моль/дм3 раствора трилона Б, пошедший на титрование в исследуемом растворе, см3; b - объем 1/28 моль/дм3 раствора трилона Б, пошедший на титрование в дистиллированной воде, см3; К - поправочный коэффициент к титру раствора трилона Б; А – масса навески продукта, г.

В соответствии с «Инструкцией по ведению технологического процесса» сироп хорошего качества должен характеризоваться следующими показателями: чистота 90-92 %, цветность не более 40 усл. ед. или не более 800 единиц оптической плотности, массовая доля солей кальция 0,12-0,5 % СаО, массовая доля сухих веществ 60-65 % к массе сиропа, щелочность 0,008-0,015 % СаО, рН20 7,8-8,2. Чистота сиропа должна быть на 0,1-0,2 % выше чистоты очищенного сока.

Методика определения сокового и заводского верстата

Соковый верстат – количество соков и сиропа, содержащихся в заводском оборудовании, сборниках и трубопроводах до сборников сиропа, выраженное в тоннах утфеля I кристаллизации.

43

Заводской верстат – количество полупродуктов, содержащихся в заводском оборудовании, сборниках и трубопроводах. Вместимость заводского верстата Qзав. определяют в начале производства после окончания уваривания первого аппарата утфеля I

кристаллизации: Qзав. Qсв (Схсв П) ,

СхутфI

где Qсв – масса переработанной свеклы к моменту окончания уваривания первого аппарата утфеля I кристаллизации, т; Схсв – массовая доля сахарозы в свекле, %; СхутфI – массовая доля сахарозы в утфеле I кристаллизации, %; П – потери сахарозы до мелассы, %.

Вместимость сокового верстата Qсок определяют по форму-

ле: Qсок Qзав Qпр ,

где Qпр – масса полупродуктов в мешалках, вакуум-аппаратах и сборниках в пересчете на утфель, т.

Вопросы для самоподготовки

1.Какие химические процессы протекают в выпарной установке?

2.В чем заключается принцип многократного использования пара?

3.Как влияет проведение очистки сока на станции дефекосатурации на качество сиропа?

4.Как изменяется щелочность при выпаривании в продуктах сахарного производства?

5.Какова методика определения цветности с помощью прибора КСМ?

6.Как определяется цветность с помощью прибора КФК-2?

7.Какова методика определения щелочности в сиропе?

8.Как можно определить массовую долю солей кальция в

сиропе?

9.Какова методика определения массовой доли сахарозы в

сиропе?

44

Лабораторная работа № 7.

Анализ утфеля I кристаллизации и межкристального раствора

Цель работы: освоить методики анализа утфеля I кристаллизации и его оттека, рассчитать массовую долю кристаллов сахарозы в утфеле. Овладеть способами пересчета полупродуктов в утфели соответствующих кристаллизаций.

Утфель представляет собой смесь кристаллов сахара и межкристального раствора. Утфель I кристаллизации следует уваривать до массовой доли кристаллов сахара не более 55 %. При повышении этого предела утфельная масса становится чрезвычайно вязкой и малоподвижной, спуск утфеля из вакуум-аппарата затрудняется, ухудшается работа утфелемешалки (вплоть до ее поломки) и становится невозможным процесс центрифугирования утфеля.

Анализ утфеля I кристаллизации выполняют для контроля процесса уваривания и расчета выхода кристаллического сахара.

Утфель I кристаллизации хорошего качества характеризуется чистотой 93-93 %. Для анализа процесса уваривания утфеля необходимо сравнивать чистоту утфеля I кристаллизации и продуктов, поступающих на его уваривание (сироп с клеровкой). При трехкристаллизационной схеме продуктового отделения разность между чистотой сиропа с клеровкой и утфеля I кристаллизации не должна превышать несколько десятых долей процента. Большая разница свидетельствует о значительном разложении сахарозы в процессе уваривания и необходимости изменения технологического режима.

При наличии твердой фазы невозможно использование рефрактометрического метода. Поэтому для получения жидкого раствора используется метод разбавления 1:1, который основан на растворении кристаллов сахара при разбавлении утфеля с водой в соотношении 1:1.

Следует помнить, что рефрактометр показывает массовую долю сухих веществ только в растворенном виде. Для этого метода ВНИИСП разработан сосуд для разбавления 1:1. Он состоит

45

из двух цилиндров, один из которых (меньший) припаян к внутренней стороне крышки большего сосуда. Больший цилиндр закрывается крышкой так, чтобы меньший сосуд был внутри. Крышка плотно закрепляется скобой с винтом. Для уплотнения крышка имеет резиновую прокладку. Масса наружного цилиндрического сосуда приблизительно равна массе внутреннего цилиндра с крышкой.

Прибор удобен тем, что растворение можно выполнять при нагревании, что ускоряет его. После полного растворения продукта сосуд охлаждают холодной водой и только тогда отрывают крышку: это предотвращает испарение горячей воды из продукта.

Правила отбора проб

Пробу утфеля массой 1 кг отбирают из-под шибера в момент, когда из вакуум-аппарата спущена половина сваренного утфеля. Отбор проб производят через один вакуум-аппарат, но не менее 3 раз в смену.

Часть пробы анализируют, другую используют для получения межкристального раствора. В пробах утфеля и межкристального раствора определяют массовую долю сухих веществ и сахарозы, рН и реакцию утфеля.

Порядок выполнения работы

Массовую долю сухих веществ в утфеле I кристаллизации или его первом оттеке определяют с использованием металлических сосудов для разбавления водой в соотношении 1:1. Внутренний и внешний сосуды уравновешивают техническими весами. Во внутренний сосуд помещают 50,0 г утфеля или межкристального раствора и уравновешивают дистиллированной водой, которую приливают во внешний сосуд. Внутренний сосуд помещают во внешний, герметично закрывают и выдерживают при температуре 80 °С 45-60 мин для растворения кристаллов. Периодически содержимое сосуда перемешивают вращением в горизонтальной плоскости.

46

Сосуд охлаждают, термостатируют 20 мин при температуре 20 °С, раствор рефрактометрируют. Массовую долю сухих веществ определяют умножением показания рефрактометра на 2.

Для определения массовой доли сахарозы в мерную колбу вместимостью 100 см3 переносят разбавленные 1:1 52 г утфеля или 26 г первого оттека, добавляют 2-4 см3 раствора свинцового уксуса, для удаления пены прибавляют 2-3 капли смеси спирт+эфир, доливают до метки дистиллированной водой температурой 20 °С, фильтруют и поляриметрируют в трубке длиной 200 мм, снимая 3-5 показаний прибора. Массовая доля сахарозы в утфеле соответствует среднеарифметическому показанию сахариметра, в первом оттеке - среднеарифметическому удвоенному значению.

рН утфеля определяют рН-метром, предварительно разбавляя утфель в соотношении 1:1 дистиллированной водой, имеющей рН70 7,0.

Реакцию утфеля определяют индикатором бромтимоловый синий, изменение окраски которого характеризуется рН: 6,0 – желтая, 7,6 – синяя.

В фарфоровую чашку диаметром 100 мм вносят 3,0 г утфеля, разбавляют 50 см3 дистиллированной воды, нейтральной по индикатору, добавляют по стенке раствор бромтимолового синего. По изменению окраски раствора судят о реакции утфеля.

Уваривание утфелей должно осуществляться в слабощелочной среде, так как в кислой происходит разложение сахарозы, а в сильнощелочной образуются сахараты, увеличивающие вязкость и снижающие скорость кристаллизации сахарозы.

Обработка результатов

По полученным данным рассчитывают чистоту утфеля I кристаллизации и его первого оттека, затем массовую долю кристаллов в утфеле.

Массовую долю сахарозы В утфеле 1 кристаллизации и его оттеке используют для расчета выхода кристаллического сахара по формуле

47

где Сху - массовая доля сахарозы в утфеле I кристаллизации, %; Схо - массовая доля сахарозы в первом оттеке утфеля I, %.

Утфель I кристаллизации хорошего качества характеризуется чистотой 91-93 %, рН 7,8-8,2, массовой долей сухих веществ 92,0-92,5 %, массовой долей кристаллов сахара не более 55-56 %. Эффект кристаллизации должен составлять 12-13 ед.

Определение массы полупродуктов в пересчете на утфель

При проведении учета производства количество продуктов на верстате сахарного завода выражается в тоннах утфеля, для получения которого данные продукты используются, что определяется особенностями технологической схемы вакуумкристаллизационного отделения конкретного сахарного завода.

По результатам измерения объема Vпр для каждого продукта рассчитывают массу продукта Qпр: Qпр Vпр пр ,

где Vпр – объем продукта, м3; пр - плотность продукта, т/м3. Количество утфеля Qутф, в который данный продукт можно

где Qпр – масса продукта, т; СВпр – массовая доля сухих веществ в продукте, %; СВутф – массовая доля сухих веществ в утфеле, %.

Массу утфеля соответствующей кристаллизации можно определить по объему продукта, пользуясь таблицами Акиндинова (табл. 28 Инструкции).

Вопросы для самоподготовки

1.Какие факторы влияют на скорость кристаллизации са-

харозы?

2.Как протекает процесс уваривания утфеля?

3.Из каких этапов состоит процесс центрифугирования

утфеля?

48

4.Какова методика определения массовой доли сухих веществ в утфеле и межкристальном растворе?

5.Как определяют массовую долю сахарозы в утфеле и межкристальном растворе?

6.Какова методика определения рН в утфеле?

7.Как определяется реакции утфеля?

8.Каковы оптимальные параметры уваривания утфеля I кристаллизации?

9.Как рассчитывают содержание кристаллов в утфеле и с какой целью?

Лабораторная работа № 8. Определение выхода сахара и условной мелассы

Цель работы: освоить методики определения качества мелассы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52304-2005 «Меласса свекловичная. Технические условия». Овладеть методами определения выхода сахара и условной мелассы.

Меласса - побочный продукт сахарного производства, представляющий собой межкристальный раствор, отделяемый при центрифугировании утфеля последней кристаллизации.

Следует помнить, что меласса - это неразбавленный оттек утфеля последней кристаллизации, в котором содержатся сахароза и все несахара, поступившие с сиропом и образовавшиеся в продуктовом отделении за счет разложения сахарозы.

Большинство несахаров свеклосахарного производства увеличивают растворимость сахарозы, что является основной причиной образования мелассы.

Обычно выход мелассы в производстве составляет 4,5- 5,5 % к массе переработанной свеклы; чистота ее 56-62 %; массовая доля сухих веществ 76-84 %, рН20 не ниже 7,0-7,5.

Правила отбора проб

Свекловичную мелассу принимают партиями. Партией считают количество однородной по показателям качества свекло-

49

вичной мелассы массой не более 300 т в одной или нескольких одновременно отгруженных в один адрес цистернах.

Для проверки соответствия качества свекловичной мелассы требованиям настоящего стандарта проводят выборку от партии (мгновенные пробы) в количествах:

–если массу свекловичной мелассы определяют взвешиванием - 0,5 кг мелассы от каждых 10 т мелассы при наливе (сливе) железнодорожных цистерн и 0,5 кг мелассы от каждых 5 т мелассы при наливе (сливе) автомобильных цистерн. Отбор проб проводят в начале налива (слива), в середине и в конце;

–если массу свекловичной мелассы определяют объемностатическим методом по ГОСТ Р 8.595-2004 - 0,5 кг мелассы из каждой цистерны, отобранной пробоотборником с трех уровней.

Срок хранения свекловичной мелассы - 9 месяцев со дня выработки.

Порядок выполнения работы

Определение массовой доли сухих веществ и сахарозы осуществляется одним из трех методов.

Метод непосредственного рефрактометрирования с ис-

пользованием призмы Германчука. Перед рефрактометрированием мелассу необходимо прогреть в герметично закрытой посуде при температуре 70-80 °С для растворения кристаллов сахарозы.

При работе в проходящем свете на осветителе устанавливают светофильтр, который прилагается к прибору (призма Германчука) (рис. 7). Она выполнена из белого стекла ТК-2. Все грани, кроме рабочих (образующих угол 66°), покрыты светонепроницаемой краской. На малой рабочей грани наклеено красное тонкое покровное стекло, изготовленное из стекла КС-2.

Рис. 7. Призма Германчука

50