Пути повышения адсорбции несахаров при известково-углекислотной очистке сахарных растворов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

№ 12,1995

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1-2, 1995

73

не частич-ляется на :чно заме-

ку струж-I СаО, из п,а подвер-1иться без ювать по-

отной об-гюй филь-ие до СВ утфеля I. я должна их стаби-:тва свек-и необхо-вместную ислотную тав, но и

иной схе-

зллизаци-

и СВ, до-аллов ут-

готовлен-

качестве

после их

ирования ния отте-

?ного ми-нствовать ггку сока ание, по-э. По тех-1атам тру-себестои-[ревзойти Эоссии. шсанный •аве саха-районах, сахарной

. - 1984.

ных раство-Изв. вузов, '5.

О.И. Обра-// Сахар-

I Сахарная

664.126.038.004.15

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ АДСОРБЦИИ НЕСАХАРОВ ПРИ ИЗ ВЕС ТКОВО-УГЛЕКИСЛО ТНОЙ ОЧИСТКЕ

САХАРНЫХ

Н.М. ДАИШЕВА

Ташкентское конструкторское бюро машиностроения

Парадоксом в истории развития теоретических представлений в технологии сахара следует считать то, что в основополагающих разработках химии и физико-химии процессов известково-угле-кислотной очистки ИУО игнорировалась двухступенчатая диссоциация оксида и гидроксида кальция при растворении в воде и сахарных растворах. Действующими компонентами в таких растворах принимались двухзарядный ион кальция и нейтральный недиссоциированный гидроксид кальция. Поскольку, однако, ими можно объяснить лишь часть из всего многообразия явлений, известных в производственной практике или выявленных экспериментально, то для трактовки одних привлекались дополнительные доводы, не всегда убедительные, другие вообще оставались без удовлетворительного объяснения. Между тем, последовательное использование следствий двухступенчатой диссоциации при известковании [1-5] и последующей карбонизации [6-13] чистых и нечистых растворов позволяет не только дать физико-химическое обоснование известным фактам, но и наметить пути совершенствования процессов ИУО на основе нетрадиционных методов [8, 9].

При растворении в воде гидроксид кальция диссоциирует в две ступени с образованием на первой комплексного однозарядного иона гидроксикаль-ция и только на второй — двухзарядного иона кальция. Вторым ионом на обеих ступенях является ион гидроксила. Но ион гидроксила является также одним из компонентов диссоциации воды. Поэтому для трактовки явлений ИУО обязательно привлечение обоих ионных компонентов раствора гидроксида кальция — однозарядного комплексного иона гидрокальция и двухзарядного иона кальция — с учетом их переменного соотношения в зависимости от концентрации третьего компонента системы — ионов гидроксила.

Малая растворимость гидроксида кальция в водё и ее снижение при повышенных температурах обусловлена исключительно ионной, а не молекулярной природой. Присутствие сахарозы, как слабой кислоты, не только повышает растворимость гидроксида кальция ввиду образования сахарата гидроксикальция, но и обусловливает отсутствие в насыщенном растворе двухзарядного иона кальция — факт, показанный М.М. Поляченко еще в 1941 г., но, к сожалению, не получивший истолкования и использования.

Как видно, соотношение между ионами кальция и гидроксикальция в известкуемых сахарных растворах меняется в пользу последнего с повышением pH, т.е. с увеличением концентрации ионов гидроксила. Логично предположить, что об!разова-ние малорастворимых солей и соединений с неса-харами диффузионного сока — это прерогатива только двухзарядного иона кальция, а однозарядный ион гидрокальция, подобно ионам щелочных металлов, образует с ними лишь растворимые соли. Тогда становятся понятными неполнота

РАСТВОРОВ

осаждения таких несахаров на преддефекации и частичное их растворение на основной.

Карбонизация известкованного раствора не ведет к немедленному выпадению в осадок карбоната кальция, так как в растворе нет необходимых для этого ионов Са*+. Образуются ацидокарбонаты гидроксикальция типа НОСа-СОз^СаСОД/СаА со все возрастающей по мере карбонизации длиной каль-цийкарбонатной цепи. В чистых или нечистых (после карбонизации сильных кислот) растворах роль анионов переходит к сахарозе.

Ацидокарбонаты удерживаются в растворе благодаря концевым гидрофильным группам. Однако по мере удлинения кальцийкарбонатной цепи и усиления степени желирования система становится менее устойчивой и после карбонизации 40-60% общей извести переходит в золь. Кальцийкар-бонатные цепи служат основой образования мицелл — кристаллического ядра карбоната кальция коллоидной степени дисперсности с положительно заряженной поверхностью, нейтрализованной анионами адсорбционного и диффузного слоев. Последующее агрегатирование мицелл с включением в состав агрегата анионов адсорбционного слоя и является основой адсорбции несахаров карбонатом кальция при классической ИУО.

Эффективность такой очистки невысока. Основная масса извести затрачивается на образование кристаллического ядра мицелл и на безадсорбци-онный их рост при сатурировании. Между тем, описанные выше представления о химизме известкования и карбонизации сахарных растворов позволяют наметить нетрадиционные пути увеличения эффективности адсорбционной очистки карбонатом кальция.

Предварительная карбонизация дефекован-ного сока. Дефекованный раствор, содержащий в себе ациды гидрокальция, в том числе тех кислот, которые были недоосаждены на преддефекации или вновь растворены на основной, подвергают частичной карбонизации и последующей быстротечной сатурации в смеси с рециркулирующим отсатурированным раствором.

Смысл предварительной карбонизации заключается в том, что ацидокарбонаты гидроксикальция переводятся в ацидомонокарбонаты гидроксикальция типа Аг(СаСО,СаОН)га, причем анионы многоосновных кислот Ам1"" (т — основность анионов) занимают в них центральное положение, а концевыми группами являются ионы гидроксикальция, повышающие склонность этого комплекса к агрегатированию друг с другом.

При сатурировании молекулы диоксида углерода поглощаются раствором с образованием иона гидрокарбоната, который с ацидокарбонатами может образовать отрицательно заряженный комплекс Ам(СаС03Са0Н)т + тНСО^ -*

-* Ам(СаС03СаС03)~ +тН20 . (I)

За счет снижения pH концевые группы гидроксикальция легко диссоциируют с образованием

74 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1 -2, 1995:

положительно' заряженного иона Ам(СаС03Са)1;1\. открывая возможность взаимного агрегатирования с отрицательным комплексом (!}. Такое агрегатирование может происходить и на поверхности осадка карбоната кальция в рециркулируемом соке. Важнейшей особенностью такого процесса агрегатирования является то, что в нем участвуют лишь концевые группы гидроксикальция, а анионы кислот, являясь центральным звеном, почти не имеют возможности для десорбции и включаются в состав конгломерата. Однако такая десорбция с вытеснением анионов кислот ионом карбоната не исключена при медленной сатурации, поэтому адсорбционная сатурация должна проводиться в быстротечном режиме с использованием сатурации ”в трубе”. Рециркуляция обработанного сока, обязательная при использовании сатурации ”в трубе”, снижает pH смеси с дефекованным соком, способствуя диссоциации ацидомонокарбоната гидроксикальция и их агрегатированию.

Количество гидроксида кальция, необходимое для перевода анионов кислот в ацидомонокарбона-ты, равно двум молям гидроксида на эквивалент кислот. Причем концевой ион гидроксида кальция обеспечивает щелочную реакцию среды, необходимую для сатурации с агрегатированием. Как правило, это количество меньше тех расходов извести, которые используются при классической ИУО. Однако главный результат — повышенный эффект удаления несахаров — недостижим при типовом способе.

Глубокое пересатурирование раствора после основной дефекации. Речь идет о сочетании предварительной карбонизации дефекованного раствора с глубоким пересатурированием конечного раствора до значений pH 7,5-8,0. В этом растворе заметное количество осадка карбоната кальция переходит в раствор в виде гидрокарбоната кальция. По существу, пересатурированный сок является носителем избыточного диоксида углерода, уже переведенного в ион гидрокарбоната, и поэтому описанные выше реакции агрегатирования проходят практически мгновенно при смешивании карбонизированного раствора с рециркулируемым пересатурированием. Это практически исключает возможность десорбции анионов кислот при агрегатировании и обеспечивает максимальную полноту их удаления при очистке.

Однако глубокое пересатурирование конечного раствора и рециркуляция его на смешивание с дефекованным открывает новые, совершенно необычные возможности при очистке диффузионного сока. Дело в том, что ацидокарбонаты при предварительной карбонизации дефекованного сока образуются не только кислотами, но и карбоксильными группами осажденных и недоосажден-ных высокомолекулярных соединений ВМС — пектинов, белков и др. Эти'карбоксильные группы являются первопричиной обратного перехода в раствор части осажденных ВМС при снижении pH ниже оптимального значения для I сатурации. При предварительной карбонизации и "мгновенной” сатурации пересатурированным рециркулируемым соком они полностью блокируются осадком

карбоната кальция, что исключает возможность их. частичного растворения при сатурировании до оптимального значения pH сока II сатурации, т е. до минимального содержания в соке осаждающих ионов кальция. После смешивания с пересатурированным рециркулируемым соком смесь может быть отсатурирована до pH очищенного сока без отделения осадка при pH 11,0. А это радикальное упрощение схемы ИУО диффузионного сока при значительно большей полноте удаления несахаров и лучших седиментационно-фильтрационных свойствах осадка очищенного сока.

Предварительная карбонизация клеровок испытана и внедрена в производстве при переработке сахара-сыр^а. Производственная проверка очистки диффузионного сока с глубоким пересатурированием после основной дефекации подтвердила ожидаемые результаты. Однако оба способа требуют дальнейшего изучения для определения оптимальных параметров их проведения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Даишева Н.М., Молотилин Ю.И., Даишев М.И. Химизм осаждения несахаров диффузионного сока при известковой обработке / Тез. регионального науч.-техн. совет. "Химические проблемы пищевой технологии”, 16-17 нояб. 1989 г. — Краснодар, 1990. — С. 55.

2. Даишева Н.М., Молотилин Ю.И. Взаимодействие гидроксида кальция с несахарами диффузионного сока / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1990. — № 4. — -С. 17-18.

3. Даишева Н.М., Даишев М.И., Молотилин Ю.И. Малорастворимые соли кальция и эффективность известково-уг-лекислотной очистки // Сахарная пром-сть. — 1992. —

№ 5. — С. 9-10.

4. О структуре известково-сахарных растворов / Даишева Н.М., Молотилин Ю.И. и др. // Сахарная пром-сть. —

1993. — № 5-6. — С. 19-21.

5. Даишева Н.М. Растворимость извести в воде и сахарных растворах / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1994.

— № 5-6. — С. 14-16.

6. Даишева Н.М., Бобровник Л.Д., Даишев М.И. О химизме карбонизации известково-сахарных растворов / Тез. регионального науч.-техп. совещ. ’’Химические проблемы пищевой технологии”, 16-17 нояб. 1989 г. — Краснодар, 1990. — С. 56-57.

7. Механизм карбонизации известково-сахарных растворов / Даишева Н.М., Бобровник Л.Д. и др. // Сахарная пром-сть. — 1994. — № 1. — С. 9-11.

8. Даишева Н.М., Молотилин Ю.И., Скуина Л.Г. Предварительная карбонизация при известково-углекислотной очистке / / Сахарная пром-сть. — 1994. — № 4. —

С. 25-26.

9. Даишева Н.М., Решетова Р.С., Даишев М.И. Глубокое пересатурирование сока после основной дефекации / / Сахарная пром-сть. — 1994. —• № 4. — С. 27-28.

10. Даишева Н.М. Физико-химические основы интенсивной технологии известково-углекислотной очистки / Тез. республиканской науч.-техн. конф. "Повышение эффективности сахарного производства при минимальных капитальных затратах”. — Краснодар, 1994. — С. 23-24.

11. Даишева Н.М. Теоретические основы эффективной известково-углекислотной очистки / Тез. международной науч. конф. ’ Прогрессивная технология и техника в пищевой промышленности”. — Краснодар, 1994. — С. 23-24.

12. Белохвостиков В.И., Даишева Н.М., Молотилин Ю.И. Эффективность очистки клеровок сахара-сырца с глубоким пересатурированием / Тез. международной науч. конф. "Прогрессивная технология и техника в пищевой промыш- , ленности". — Краснодар, 1994. — С. 84-85.

13. Савостин А.В., Даишева Н.М. Снижение накипеобразо-вания на выпарных аппаратах // Сахарная пром-сть. —

1994. — № 5. — С. 6-8.

Поступила 21.11.94

ИЗВ

л.м

Нау

кон

НИ

де; пр] в 1 др. по. чeJ трг те> го, Пр!

Тв{

НО,

не,

но

те|

на

шс

нь:

це:

бо;

ни

ос:

оз,

вы

но

мс

по

ро

но

НУ

ло

но

ме

те

ве

ха

сь

пр

на

ра

ус

ст

Мс

пр

М1

бо

1

ра

ск

вь