CC BY
28
664.123
ОЦЕНКА АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ ПРИ ЭКС ТРАГИ РОВ А НИИ САХАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Е.П. КОШЕВОЙ, Е.Г. СТЕПАНОВА
Кубанский государственный технологический университет
Для анализа процесса экстрагирования в системе свекловичная стружка—экстрагент важно учитывать явление адсорбции [1]. При этом обычно принимают линейные равновесные зависимости, так как краевые условия остаются линейными и аналитические решения таких задач известны {21. Необходимо выяснить истинный характер и оценить параметры равновесной зависимости в системе свекловичная стружка—экстрагент при использовании нетрадиционных способов предварительной подготовки стружки и экстрагентов, являющихся электроактивированными водными растворами ЭВР [3]. Для обоснования методики оценки концентрации в порах стружки и внешнем растворе воспользуемся уравнением материального баланса:
Рф)+ Уф= ГСР>+(К+ДУ)С)?>, (!)
где Р, № — начальные объемы экстрагента и диффузионного сока, м ;
V — поровый объем стружки, м ;
Д V — о^ъем пор, занятый при пропитке,
г (1) р (2)
Ск , С к — концентрации сахарозы во внешнем объеме жидкости (1) и в порах твердой фазы (2) в начальный период (н) и по окончании экстрагирования (к), кг/м"5.
Поскольку в эксперименте простого равновесного настаивания свекловичную стружку заливают чистым экстрагентом, т.е. С^^=0, уравнение (!) примет вид:
ГС£>+ (У+ А Ууф.
(2)
Разделив левую и поавую части уравнения (2)
V а
на г и заменив —=£ и —^~=а, а также учитывая,
\Г
ЧТО 1^ = Р - А V ИЛИ —= 1 - а, получим
Ф-
(4)
Без учета пропитки (т.е. при А V ~ 0, а — 0)
1
Ф- Ф- гФ■
(5)
Исследования проводили на свекле хорошего качества сахарного завода «Динской» с дигестией 15,5% по известной методике определения содержания сахарозы [4]. Предварительно установили, что достаточная длительность процесса для достижения равновесия — 65 мин. В дальнейшем экстрагирование проводили в течение этого времени при 70±2°С.
Для этого навеску стружки массой 0,1 кг заливали разным количеством экстрагента, создавая различное объемное соотношение твердой и жидкой фаз: 2,00, 2,25, 2,50, 2,75, 3,00, и термостатировали полученную смесь. В качестве экстрагентов использовали дистиллированную воду с pH 6,5 (вариант /), 0,03%-ный раствор соли сульфата алюминия А12(804)з с pH 4,8 (вариант 2), ЭВР АЬ(504)з, электроактивированные в катодной камере и анодной камере диафрагменного электролизера в течение 6-10 мин при плотности тока 1,4-1,6 мА/см2 до достижения параметров католита: pH 6,5 и редокс-потенциала -880 мВ (вариант 3) и анолита: pH 4,8 и редокс-потенциала +770 мВ (вариант 4).
Аналогичные исследования проведены для стружки, обработанной католитом с параметрами в соответствии с вариантом 3 при 80”С в течение 1 мин в количестве 35% к массе свеклы и экстрагированной дистиллированной водой (вариант 5). ЭВР сульфатов и хлоридов солей поливалентных металлов успешно использованы для улучшения условий тепломассообмена и описаны в [3]. Требуемый для расчетов параметр порового объема навески стружки V — 3,67-10 4 м3 (1 кг стружки) определяли с учетом известных опытных данных о пористости сахарной свеклы [5]. В дальнейшем эту величину использовали для оценки исходной концентрации сахарозы в стружке (С^2-* = 422,34 кг/м3). Значение объема пор А1/, занятого при пропитке, определяют экспериментальным путем при измерении объема жидкости (диффузионного сока) по окончании экстрагирования IV. Данные экспериментов и результаты расчетов по формуле (4) представлены в табл. 1.
Таблица 1
Величина Увеличение соотношения жидкость—твердое тело
1 2 3 4 5
Я-106.м3 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00
Р 0,21 0,19 0,17 0,16 0,14
Вариант 1
ВМ06,м3 1,60 1.85 2,10 2,35 2,60
А1А106,м3 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40
ф, % 8,55 8,25 8,11 7,98 7,80
Ф,кг/м3 53,44 44,59 38,62 33,96 30,00
ф,КТ/ыз 112,30 107,52 105,36 96,57 94,57
Вариант 2
1Г-106,м3 1,58 1,83 2,08 2,33 2,58
АК-!06,м3 0.42 0,42 0,42 0,42 0,42
ф,кг/м3 111,45 104,55 95,57 95,28 95,02
41),% 8,38 8,30 8,15 8,00 7,82
Ф,к%3 53,04 45.36 39,18 34,33 30,91
Вариант 3
Г-106,м3 1,58 1,83 2,08 2,33 2,58
Л'/-106,м3 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42
ф,КТ/м3 55,06 45,63 39,42 34,33 30,23
Ф,% 8,70 8,35 8,20 8,00 7,80
4;2),КГ/М3 127,66 113,98 112,99 100,88 98,36
Вариант 4
10®,м3 1,59 1,84 2,09 2,34 2,59
АУ-106,м3 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41
Ф.% 8,45 8,20 8,05 7,90 7,75
С^),кг/м3 53,14 44,57 38,52 33,76 29,92
С^2),кг/м3 106,22 105,05 99,52 95,41 89,27
Вариант 5
№-106,м3 1,56 1,81 2,06 2,31 2,56
Д1М06,м3 0,44 0,44 0,44 0,44 0.44
Ф.% 8,80 8,38 8,24 8,04 7,85
ф,к%з 56,41 46,30 40,00 34,81 30,66
ф,кг/м3 106,32 92,55 91.54 89,62 84,06
ф
Значения коэффициентов адсорбции Г = ~~£Г)’
вычисленные по линейной зависимости для каждого опыта, приведены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, коэффициент адсорбции существенно изменяется в зависимости от концентрации сахара в диффузионном соке.
Таблица 2
Вариант Увеличение соотношения жидкость—твердое тело
1 2 3 4 5
/ 2,10 2,41 2,73 2,84 3,15
2 2,10 2,37 2,69 2,80 3,11
3 2,32 2,50 2,86 2,94 3,25
4 1.98 2,36 2,58 2,83 2,98
5 1,88 2,00 2,29 2,57 2,74
Зависимость концентрации сахарозы в порах твердой фазы от концентрации сахарозы во внешнем объеме жидкостц, выраженная в обратных
координатах —= / т для вариантов 1—5,
Ф
с£1}
представлена на рисунке
Линейный характер равновесных зависимостей позволяет принять для описания равновесной адсорбции уравнение типа Ленгмюра, имеющее вид
С(2)
(6)
где
С„
1 + «С(5) ’ эффективная концентрация адсорбированной сахарозы в порах твердой фазы, кг/м ; а — постоянная.
Уравнение (6) может быть преобразовано
1 1 1 1 С®' аСт+ С(‘)+ Ст
Параметры уравнения (7) по результатам численной обработки данных табл. 1 приведены в табл. 3.
Анализ изотерм ленгмюровского типа (рисунок) показывает, что максимальный эффект извлечения сахарозы в жидкую фазу наблюдается для варианта 5. В иных случаях ЭВР солей поливалентных металлов способны благоприятно влиять на селективность экстрагирования, снижая эффект адсорбции сахара на поверхности свекловичной струж-
Таблица 3
Вариант 1 м3 1 м3 Точность аппроксимации Г кг м6 . а
аСт' кг Ст' кг среднеквадратичное отклонение максимальное отклонение
1 121,21 -10“3 6,66 -10-3 63,71 Ю"6 225,27- !0~б 150,15 5,49 10-2
2 117,02-10~3 6,72-Ю-3 73,50 • 10 ® 266,60-!0-6 148,8! 5.74-10-2
3 157,17 -10 3 6,39-Ю-3 87,70 -10—6 238,50-10“ 6 156,46 5,23 -10~2
4 125,03-10~3 6,87 -10 3 61,67 -10 6 182,10-10"® 145,56 5,49 ■ 10~2
5 145,30-10-3 7.19-10-3 126,69-Ю"6 169,08-10-6 139,08 4.94-10~2
ки и, вероятно, увеличивая при этом адсорбцию присутствующих в сахаросодержащем растворе (диффузионном соке) несахаров.
Таким образом,установлено, что линейные равновесные зависимости не позволяют точно описать равновесную адсорбцию сахара при экстрагировании свекловичной стружки. Предложено уравнение типа Ленгмюра, которое удовлетворительно описывает равновесие в системе свекловичная стружка—экстрагент с достаточной для расчетов точностью.
Показано, что оптимальным способом подготовки свекловичной стружки к извлечению сахара является ошпаривание ее католитом 0,03%-ного раствора соли сульфата алюминия, имеющего pH 6,5 и редокс-потенциал -880 мВ при 80°С в течение 60 с в количестве 35% к массе свеклы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аксельруд Г.А., Альтшулер М.А. Введение в капиллярно-пористую технологию. — М.: Химия, 1983. — 264 с.
2. Романков П.Г., Курочкина М.И. Экстрагирование из твердых материалов. — Л.: Химия, 1983. — 256 с.
3. Степанова Е.Г., Кошевой Е.П. Технологические эффекты процесса экстрагирования сахара иа свеклы с применением ЭАЖС // Изв. вузов, Пищевая технология. — 1992.
— № 3-4. — С. 55-57.
4. Силин П.М., Силина Н.П. Химический контроль свеклосахарного производства. — М.: Пищевая пром-сть, 1977.
— 240 с.
5. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник. — М.: Пищевая пром-сть, І980. — 290 с.
6. Рудобашта С,П. Массоперенос в системах с твердой фазой. — М.: Химия, 1980. — 250 с.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств Поступила 20.12.93
664,292:064
СВОЙСТВА ИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОДИАЛ ИЗНОЙ УСТАНОВКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕКТИНОПРОДУКТОВ
Н.А. КОНОНЕНКО, М.П. КУПЧИК, Н.П. БЕРЕЗИНА, Н.В. ШЕЛЬДЕШОВ, О.П. ИВИНА, А.А. БОЙКО,
Е.Н. КОМКОВА, М.В. ШАДРИНА, В.В. ГАНЫЧ
Кубанский государственный университет
Украинский государственный университет пищевых технологий
Сдерживающим фактором расширения производства пектина является экологическая проблема используемых технологий, связанная с применением агрессивны# рабочих сред, высокой загрязненностью целевого продукта и значительным расходом химических реагентов. Существенным преимуществом в этом отношении обладает электро-мембранная подготовка экстрагента, позволяющая отказаться от использования химических реагентов для гидролиза, получать необходимые реагенты непосредственно из обпя.б;тываемой воды, исключить рост СП т;, удержания пищевых сред, улуч-^честненные показатели продуктов.
Нами исследованы анионообменные МА-40 и биполярные МБ-1 мембраны из электродиализной установки УЭО-50-4/12,5 производства Пятигорского опытного завода НПО «Энергоавтоматика», эксплуатировавшейся в пектиновом цехе Солдатского консервного завода в течение производственного сезона 1991 г. (октябрь-ноябрь). Для изучения кинетики ухудшения электротранспортных характеристик мембран исследовались две партии образцов: 1 — отработавшие в аппарате половину срока и 2 — полный срок. Изменение свойств мембран при работе во внешнем электрическом поле происходит под влиянием ряда факторов: градиента концентрации, изменения pH в примембранных слоях раствора, осадкообразования и отравления примесями органических веществ и поливалентных ионов. Чтобы количественно оценить степень воздействия этих факторов, необходимо располагать данными, характеризующими исходное, или стандартное, состояние мембраны, о котором в 'каталогах по ионообменным материалам її] дана
