Спосіб попереднього вапнування дифузійного соку

Корисна модель відноситься до харчової промисловості, а саме до цукробурякового виробництва, способу попереднього вапнування дифузійного соку. Відомий спосіб попереднього вапнування, запропонований Дедеком і Вашатко [Силин П.М. Технология сахара. -М.: Пищ. Пром-сть, 1967. -624с.]. Цей спосіб полягає в тому, що вапно на попереднє вапнування дифузійного соку добавляють не одразу, а поступово і рівномірно протягом 15хв. За такого способу рН соку поступово підвищується і створюються оптимальні умови для коагуляції різних груп високомолекулярних речовин колоїдної дисперсності (РДК) дифузійного соку, які мають неоднаковий оптимум коагуляції. Крім того, за таких умов коагуляція протікає повільно і поступово, що забезпечує одержання частинок коагуляту великих розмірів. Це підвищує стійкість такого осаду до пептизації в умовах високої лужності та температури під час проведення основного вапнування та сприяє покращенню седиментаційних та фільтраційних властивостей соку І сатурації. Недоліком такого способу попереднього вапнування є низькі технологічні показники якості та седиментаційно-фільтраційні показники соків після попереднього вапнування та соку І сатурації через відсутність таких високоефективних заходів як рециркуляція і пересатурування соку після попереднього вапнування. По технічній суті найбільш близьким до корисної моделі є спосіб попереднього вапнування дифузійного соку [Усовершенствование преддефекационной обработки диффузионного сока /А.А. Славянский, A.M. Гаврилов, Л.Л. Клименко, В.И. Купреева //Сах. пром-сть. -1996. -№1. -С.17-20] зі ступеневим підвищенням рН20 соку в секціях апарата за рахунок введення лужного реагента Са(ОН)2 в IV зону переддефекатора, додаванням згущеної суспензії осаду II сатурації та 100-120% нефільтрованого соку І сатурації в метастабільну зону або на виході із переддефекатора, пересатуруванням частини соку попереднього вапнування до рН 8,5...8,7 сатураційним газом і рециркуляцією пересатурованого соку в зону переддефекатора з відповідним значенням рН. Такий спосіб попереднього вапнування здійснюється за рахунок внутрішньої рециркуляції соку в апараті і поступового підвищення рН20 середовища від першої секції до останньої за умов постійної швидкості обертання мішалки та встановлення необхідного кута відхилення поворотної перегородки, повертання частини соку із VI секції в V, із в IV і т.д. За такого способу передбачено також зовнішню рециркуляцію частини соку на виході після попереднього вапнування за рахунок карбонізації переддефекованого соку сатураційним газом до рН20 8,5...8,7 і повертання його у третю секцію переддефекатора із такою ж величиною рН20. Таким чином, у апараті системи Брігель-Мюллера із внутрішньою рециркуляцією додається зовнішня рециркуляція. Недоліком такого способу попереднього вапнування є те, що повертання 100...120% нефільтрованого соку І сатурації на попереднє вапнування і багаторазове пересатурування його до рН 8,6...8,8 буде супроводжуватись десорбцією адсорбованих в процесі І сатурації не цукрів колоїдної дисперсності, барвних речовин, розчинних солей кальцію і приведе до погіршення якісних показників соку. Крім того, недоліком зовнішньої рециркуляції соку в апараті поряд з внутрішньою є зменшення чи повне виключення внутрішньої рециркуляції соку із четвертої секції у третю та неконтрольоване перебування соку в апараті тривалий час, що зумовлює зниження ефективності проведення попереднього вапнування дифузійного соку. В основу корисної моделі поставлено завдання удосконалення способу попереднього вапнування дифузійного соку з метою підвищення повноти коагуляції і осадження РКД на попередній дефекації, зростання ефекту очищення і чистоти соку II сатурації, покращення седиментаційно-фільтраційних показників переддефекованого та соку І сатурації, покращення адсорбційної здатності осадів СаСО3, які утворюються на І та II сатурації. Поставлене завдання вирішується тим, що спосіб попереднього вапнування дифузійного соку включає ступеневе підвищення рН20 соку в секціях апарата попереднього вапнування за рахунок введення в секції лужного реагента. Згідно корисної моделі пересатурування до рН20 7,2...8,5 і активація осаду II сатурації здійснюється кислотами дифузійного соку, а 40...50% нефільтрованого соку І сатурації вводиться в зону мінімальної електропровідності за рН20 8,0...8,5 та 9,0...9,5 в процесі попереднього вапнування. Причинно наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом полягає в наступному. По-перше,за такого способу проведення попереднього вапнування створюються оптимальні умови для коагуляції і адсорбції різних груп високомолекулярних сполук колоїдної дисперсності - білкових речовин, продуктів їх розкладу пептидів, пектинових речовин за умови наявності твердої фази карбонату кальцію в зонах рН20 8,0...8,5 та 9,0...9,5 попереднього вапнування, де спостерігаються конформаційні перетворення і мінімальний заряд поверхні макромолекул речовин колоїдної дисперсності, макромолекули згорнуті компактно в клубок. Система характеризується мінімальною в'язкістю і електропровідністю, нестійкістю до коагуляції. По-друге, в процесі пересатурування суспензії осаду II сатурації до рН 7,2...8,5 (залежно від витрати вапна на вапнування перед II сатурацією) кислотами дифузійного соку, відбувається активація осаду карбонату кальцію, часточки осаду отримують позитивний заряд завдяки появі в розчині потенціалутворювального іона Са2+ внаслідок утворення в розчині бікарбонату кальція Са(НСО 3)2. Позитивний заряд часточок буде тим більший, чим глибша ступінь пересатурування. Перебування активованого осаду II сатурації в збірнику дифузійного соку забезпечить перебіг колоїдно-хімічних процесів, дегідратацію РКД і сприятиме створенню щільного компактного осаду, стійкого до дії високої лужності в процесі основного вапнування. По-третє, введення 40...50% нефільтрованого соку І сатурації в III-IV зону апарата попереднього вапнування, де спостерігається мінімальна в'язкість і електропровідність дифузійного соку, сприятиме додатковій коагуляції і адсорбції РКД на поверхні карбонату кальцію, значному підвищенню ефективності проведення процесу попередньої дефекації. Збільшення повноти коагуляції і осадження високомолекулярних сполук, які заторможують утворення зародків кристалів карботату кальцію, забезпечує формування карбонату кальцію на І та II сатурації з високими поверхнею сорбції і адсорбційною здатністю, дає змогу підвищити загальний ефект очищення дифузійного соку і якісні показники соку. Спосіб здійснюється таким чином. Дифузійний сік після мезгоуловлювача по трубопроводу самопливом подається в збірник В цей трубопровод вводиться вся суспензія осаду II сатурації після основної і контрольної фільтрації. Тривалість перебування соку в збірнику становить 3...5хв., що забезпечує пересатурування і активацію осаду II сатурації кислотами дифузійного соку і стабільне надходження соку на попереднє вапнування. Далі сік підігрівається до температури 45...50°С і надходить на попереднє вапнування на переддефекатор системи БрігельМюллера. В якості лужного реагента використовують гідроксид кальцію в кількості 0,25...0,3% до маси буряків. У третю-четверту камеру (рН 8,0...9,5), вводимо нефільтрований сік І сатурації - 45...50% до маси дифузійного соку. Кількість не фільтрованого соку І сатурації додається в автоматичному режимі пропорційно кількості дифузійного соку, який відкачується з дифузійної установки. На виході із переддефекатора рН20 соку становить 11,0...11,5 залежно від якості сировини, яка надходить у виробництво, вміст твердої фази СаСО3 - 0,9...1,1% СаО. Далі проводимо теплу основну дефекацію з додаванням 1,5% СаО до маси буряків, сік підігріваємо до 85-90°С і проводимо гарячу основну дефекацію, І сатурацію, де сік обробляється вуглекислим газом до лужності 0,1% СаО, рН20 11,0. Після фільтрування сік І сатурації підігріваємо до температури 90...96°С, послідовно проводимо вапнування соку гідроксидом кальцію у кількості 0,3-0,4% СаО до маси буряків та вуглекислим газом на II сатурації до лужності 0,015...0,02% СаО, рН20 9,2...9,5 та фільтруємо. Введення нефільтрованого соку І сатурації здійснюється у третю-четверту секцію апарата попереднього вапнування за мінімальним значенням питомої електропровідності переддефекованого соку. Приклад 1. Дифузійний сік після мезгоуловлювача з вмістом СР 15,2%, цукрози - 13,5%, чистотою 88,6% і вмістом редукувальних речовин 0,099% подавали самопливом в збірник дифузійного соку. В трубопровод дифузійного соку подавали всю суспензію осаду II сатурації після основної і контрольної фільтрації. Далі сік підігрівали до температури ~ 50°С і подавали на прогресивний переддефекатор системи Брігель-Мюллера. У третю-четверту секцію попереднього дефекатора - зону мінімальної електропровідності (табл.1) подавали 40...50% нефільтрованого соку І сатурації, щоб забезпечити вміст твердої фази СаСО3 на виході із переддефекатора 0,9...1,1% СаО. В останню секцію попереднього дефекатора вводили 0,25% СаО. На виході із переддефекатора рН20 соку становило 11,0. Далі проводили теплу основну дефекацію з додаванням 1,5% СаО до маси буряків. Далі сік підігрівали до температури 88°С, проводили гарячу основну дефекацію, першу сатурацію до рН 11,0, лужності 0,1% СаО. Після фільтрування сік підігрівали до температури 96°С, послідовно проводили вапнування 0,3% СаО до маси буряків та обробляли сік вуглекислим газом до лужності 0,02% СаО, рН20 9,2 та фільтрували. Інші приклади наведено в табл.2. Результати наведених дослідів показали, що здійснення запропонованого способу попереднього вапнування, активація осаду II сатурації при пересатуруванні його кислотами дифузійного соку і утворення Са2+ забезпечують високу швидкість перебігу колоїдно-хімічних процесів: реакція нейтралізації поверхневого заряду, дегідратація РКД перебігають дуже швидко, майже миттєво, про що свідчить утворення чіткої границі поділу між рідкою і твердою фазами, висока середня швидкість седиментації переддефекованого соку за 2хв. - 6,75...8,25см/хв. та за 5хв. - 3,44...3,86см/хв., утворення щільного малогідратованого переддефекаційного осаду через 25хв. відстоювання. Наявність твердої фази карбонату кальцію в зонах рН20 8,0...8,5 та 9,0...9,5 і створення оптимальних умов для коагуляції і адсорбції різних груп РКД в процесі попереднього вапнування забезпечує збільшення повноти осадження РКД за запропонованим способом, значно покращує адсорбційну здатність осадів СаСО3, які утворюються на І і II сатурації, про що свідчать висока чистота соку II сатурації, низька забарвленість очищеного соку і високий загальний ефект очищення порівняно з прототипом. Технічний результат полягає в наступному. Спосіб призводить до одержання очищених соків високої чистоти внаслідок інтенсифікації колоїдно-хімічних і адсорбційних процесів, осадження більшої кількості нецукрів із дифузійного соку, що підвищує вихід білого цукру та покращує його якісні показники. Таблиця 1 № прикладу 1 2 3 4 Середнє значення рН з мінімальною питомою електропровідністю, см/м рН 8,0 0,207 рН 8,3 0,148 рН 8,5 0,182 рН 8,5 0,176 рН 8,3 0,178 Діапазон рН зі сталою питомою електропровідністю, см/м рН 8,9 рН 9,25 0,214 0,212 рН 9,0 рН 9,2 0,156 0,156 рН 9,0 рН 9,25 0,205 0,205 рН 9,1 рН 9,5 0,188 0,190 рН 9,0 рН 9,3 0,191 0,191 Таблиця 2 № прикладу Повер- ТемпеСік попереднього Сік І сатурації Сік II сатурації Загальнено ратура вапнування ний нефільт- соку на рН20 Середня Від- рН20 Середня Від- рН20 Ч, Кольо- ефект рованого попешвидкість носний швидкість носний % ровість, очисоку І реднє седиментації, об'єм седиментації, об'єм ум. од. щення, сату-рації, вапну% осаду см хв.-1 осаду см×хв-1 % вання через через 25хв., 25хв., S2 S5 S2 S5 % % Запропонований спосіб 1 47,9 50,0 11,2 9,0 4,24 8,8 10,95 8,5 4,1 10,0 9,2 92,6 6,3 37,9 2 49,4 51,1 11,15 6,75 3,44 18,0 11,2 6,25 3,68 12,8 9,2 92,4 7,0 40,8 3 40,2 51,4 11,2 8,25 3,86 13,2 11,2 7,0 3,88 12,0 9,15 92,4 9,0 38,5 4 43,5 50,8 11,2 6,75 3,64 16,0 11,о 6,5 3,78 14,8 9,0 92,5 7,3 40,8 5 42,1 50,0 11,09 6,75 3,6 16,0 11,09 7,25 3,9 11,2 8,9 92,7 5,0 42,0 середнє 44,6 50,7 11,2 7,5 3,76 14,4 11,1 7,1 3,87 12,2 9,1 92,5 6,9 40,0