CC BY
49
664.1.037.22
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
A.B. САВОСТИН, P.C. РЕШЕТОВА, М.С. ЗЕМЛЯНАЯ
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; тел.: (861) 255-84-11, электронная почта: [email protected]
Исследованы оптимальные режимы проведения преддефекации и дефекации диффузионных соков свеклосахарного производства с целью повышения эффективности их очистки.
Ключевые слова: дисперсные системы, ^-потенциал, суспензионный эффект, преддефекация, дефекация.
Одной из причин недостаточной эффективности очистки диффузионных соков является неполное, а зачастую нерациональное, использование свойств дисперсных систем, в частности электрокинетических явлений.
К дисперсным системам свеклосахарного производства относятся известковое молоко, преддефеко-ванный, дефекованный, нефильтрованные сатурацион-ные соки, суспензии сатурационных осадков, нефильтрованные сиропы. К ним можно также отнести растворы, в которых дисперсными фазами являются высокомолекулярные соединения: диффузионный сок, жомо-прессовая, барометрическая и оборотная воды, клеровки желтых сахаров.
Известно, что на поверхности частиц дисперсных фаз вследствие их ионизации или адсорбции ионов образуется двойной электрический слой, одной из характеристик которого служит ^-потенциал [1].
Технологические процессы очистки диффузионных соков связаны с взаимодействием заряженных частиц дисперсных фаз и ионов диссоциированных веществ:
на преддефекации отрицательный заряд высокомолекулярных соединений нейтрализуется ионами кальция Са2+ известкового молока; для повышения скорости коагуляции и осаждения вводят осадки соков I и II сатурации, частицы которых имеют поверхностный заряд;
на основной дефекации растворение коагулята преддефекованного сока (так называемая пептизация) является следствием электрокинетических явлений [2];
на I и II сатурациях полнота адсорбции несахаров на поверхности образующегося карбоната кальция зависит от знака и величины поверхностного заряда его частиц;
накипеобразование на поверхности нагрева выпарных аппаратов обусловлено электростатическим притяжением положительно заряженных частиц накипе-образователей к отрицательно заряженной внутренней стенке кипятильных труб, заряд на которой образуется за счет термоэмиссии электронов от внешней, более горячей стенки.
Таким образом, заряд частиц дисперсных фаз сахарсодержащих продуктов является одним из факто-
ров, определяющих эффективность технологических процессов.
Однако целенаправленное использование электро-кинетических явлений в технологии очистки диффузионных соков тормозится отсутствием оперативных методов определения ^-потенциала частиц дисперсных фаз. Известные методы электрофореза и электроосмоса на сахарных заводах не используются. Поэтому на практике режимы на преддефекации устанавливаются чисто эмпирическим путем по скорости осаждения преддефекационного осадка, без учета заряда частиц возвращаемых суспензий и эффекта очистки на пред-дефекации. Кроме того, не предусмотрены условия для своевременной корректировки режимов при изменении качества диффузионных соков и суспензий сатурационных осадков. Щелочность сока на основной дефекации устанавливается по остаточному содержанию редуцирующих веществ в очищенных соках или по расходу СаО в процентах к массе несахаров диффузионного сока, без учета заряда частиц суспензии сока I сатурации. При этом зачастую работают при необоснованно завышенном расходе известкового молока на основную дефекацию.
Отсюда возникают нерациональное использование электрокинетических свойств дисперсных систем сахарного производства, пониженная эффективность очистки диффузионных соков, повышенный расход известнякового камня.
Несахара диффузионных соков по-разному влияют на ^-потенциал частиц дисперсных фаз продуктов сахарного производства. Так заряд частиц суспензий соков I сатурации зависит от концентрации высокомолекулярных соединений, органических кислот, электролитов в диффузионных соках и расхода извести на их очистку, при этом заряд может иметь положительное, нулевое или отрицательное значение [3-6]. Частицы суспензии сока II сатурации также имеют различный знак и величину заряда в зависимости от натуральной щелочности и рН [6]. Поэтому предвидеть или предугадать заранее заряд частиц дисперсных фаз практически невозможно, его можно определить лишь экспериментально. Для этого необходимы оперативные методы анализа.
В работе [7] представлены результаты исследований количественной взаимосвязи ^-потенциала дисперсных фаз и суспензионного эффекта дисперсных
систем сахарного производства. Для расчета электро-кинетического потенциала частиц дисперсных фаз (мВ) сахарсодержащих продуктов была разработана методика определения суспензионного эффекта и предложено уравнение
^-потенциал = СЭ • 100,
где СЭ - суспензионный эффект:
(1)
СЭ рНсусп рНфильтр, (2)
где рНсусп - рН суспензии; рНфильтр - рН фильтрата этой суспензии.
На кафедре технологии сахаристых продуктов Куб-ГТУ были проведены исследования по определению ^-потенциала частиц дисперсных фаз сахарсодержащих продуктов методами электрофореза и суспензионного эффекта.
Полученные данные (таблица) хорошо согласуются с результатами исследований [3-6] и подтверждают, что частицы дисперсных фаз продуктов сокоочистительного отделения имеют различные по величине и знаку заряды. Это необходимо учитывать в каждом конкретном случае для определения оптимальных режимов на различных стадиях очистки диффузионных соков.
Таблица
Сахарсодержащий
продукт
^-потенциал, мВ
Суспензионный
эффект
Диффузионные соки -9.. .-30 -0,09 ..-0,30
Преддефекованные соки -2.. .+10 -0,02 ..+0,10
Дефекованные соки 0. .+3 0. +0,03
Нефильтрованные соки I
сатурации -10. ..+30 -0,10 ..+0,30
Нефильтрованные соки II
сатурации -10. .+5 -0,10 ..+0,05
С учетом электрокинетических явлений нами разработан способ проведения преддефекации, позволяющий повысить эффект очистки на 5-6%, чистоту очищенного сока на 0,5-0,6%, скорость осаждения осадка преддефекованного сока, улучшить структуру коагулята и его устойчивость к пептизации на основной дефекации, повысить фильтрационные свойства сока I сату-
Титруемая объемная щелочность сока основной дефекации, % СаО
Рис. 1
рации. Способ базируется на определении ^-потенциала суспензий соков I и II сатурации и динамики изменения заряда частиц коагулята по зонам преддефекатора. По результатам измерения в каждом конкретном случае решается вопрос о виде и количестве возврата той или иной суспензии, а также месте их ввода на предде-фекацию. Разработанный способ позволяет оперативно корректировать технологические режимы на пред-дефекации для повышения ее эффективности.
Метод суспензионного эффекта можно использовать также для определения оптимальной щелочности сока основной дефекации. Для этого надо исходить из условия, что если частицы суспензии сока I сатурации имеют положительной остаточный заряд, то поверхности образовавшегося карбоната кальция в условиях сатурации будет достаточно для адсорбции отрицательно заряженных несахаров.
В производственный сезон 2009 г. на Успенском сахарном заводе нами были проведены исследования по определению оптимальной щелочности сока основной дефекации (для диффузионного сока с чистотой 89,5%) на основании измерений заряда частиц сока I сатурации методом суспензионного эффекта.
Установлено (рис. 1), что при титруемой объемной щелочности сока ниже 0,8% СаО частицы суспензии сока I сатурации перезаряжались и имели отрицательный ^-потенциал, эффективность очистки диффузионных соков снижалась. При щелочности выше 0,8% СаО заряд частиц карбоната кальция был положительным и возрастал с увеличением расхода извести, что хорошо согласуется с данными [5, 6]. Оптимальной оказалась щелочность в пределах 0,87-0,9% СаО, что соответствовало положительному заряду частиц осадка сока I сатурации на уровне 8-10 мВ. Было также выявлено, что дальнейшее повышение щелочности сока основной дефекации (для исследуемого сока) не приводило к существенному повышению эффективности очистки диффузионных соков. Возврат суспензии с положительным зарядом частиц 8-10 мВ на преддефекации способствовал повышению скорости коагуляции и осаждения ВМС и ВКД. Это дало основание полагать, что на основной дефекации необходимо поддерживать такую щелочность, чтобы после завершения I сатурации частицы осадка отсатурированного сока имели положительный заряд на уровне 8-10 мВ. Дальнейшее повышение остаточного положительного заряда нецелесообразно по следующим причинам:
увеличивается расход известкового молока и соответственно известнякового камня;
повышается нагрузка на фильтрационное оборудование;
усиливаются силы электростатического отталкивания частиц с одинаковым зарядом, что препятствует укрупнению осадка; снижаются фильтрационно-седи-ментационные свойства отсатурированных соков;
не происходит существенного повышения эффекта очистки;
щелочности сока основной дефекации в этих условиях достаточно для разложения редуцирующих ве-
Рис. 2
ществ и получения термоустойчивых очищенных соков.
Были также проведены исследования по определению оптимальной щелочности сока основной дефекации в зависимости от чистоты диффузионных соков для получения суспензии сока I сатурации с остаточным положительным ^-потенциалом частиц осадка на уровне 8-10 мВ. Результаты исследований представлены на рис. 2.
Полученная зависимость (рис. 2) не является универсальной и имеет лишь рекомендательный характер. Более надежным способом определения оптимальной щелочности дефекованного сока является непосредственное определение ^-потенциала частиц осадка сока I сатурации.
Проведенные исследования показали, что для повышения эффективности очистки диффузионных соков необходимо обоснованно и целенаправленно использовать электрокинетические свойства дисперсных систем свеклосахарного производства, что возможно лишь при известных значениях заряда частиц дисперсных фаз. Метод суспензионного эффекта позволяет делать это оперативно и обеспечивает своевременность принятия решений об изменении технологических режимов на станции сокоочистки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. - М.: Химия, 1989. - 464 с.
2. Савостин A.B., Шурай П.Е. Известковое молоко: гипотезы и факты // Сахар. - 2008. - № 5. - С. 64- 66.
3. Олянская С.П., Хомичак Л.М., Алексеев О.Л. Влияние несахаров диффузионного сока на величину ^-потенциала карбоната кальция // Сахарная пром-сть. - 1984. - № 4. - С. 22-24.
4. Олянская С.П., Цехмистренко В.А., Хомичак Л.М. Зависимость ^-потенциала СаСОз от присутствия в растворе органических кислот и электролитов // Сахарная пром-сть. - 1985. - № 7. -С. 24-27.
5. Захаров К.П., Семененко В.З., Загородний П.П., Жи-жина Р.Г. О расходе извести на очистку диффузионного сока // Сахарная пром-сть. - 1986. - № 1. - С. 16-19.
6. Хомичак Л.М., Решетова Р.С., Даишев М.И. Электрохимические характеристики осадка карбоната кальция при сатурировании// Изв. вузов. Пищеваятехнология. -1985.-№1.-С.31-33.
7. Савостин A.B., Шурай П.Е. Оперативный метод определения заряда суспензий сахарного производства // Сахар. - 2009. -№ 12. - С. 40-42.
Поступила 31.03.10 г.
ELECTROKINETIC PROPERTIES DISPERSE SYSTEMS OF A SUGAR PRODUCTION
A.V. SAVOSTIN, R.S. RESHETOVA, M.S. ZEMLYANAYA
Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072;ph.: (861) 255-84-11, e-mail: [email protected]
Optimum modes of carrying out predefecation and defecation of diffusion juices of sugar beet production with the purpose of increase of efficiency of their clearing are researched.
Key words: disperse systems, ^-potential, suspension effekt, predefecation, defecation.
