CC BY
34
Разработка эффективного способа повышения чистоты сока II сатурации
Development of an effective method for increasing the purity of II carbonation juice
Зав. отделом В.О. Городецкий, вед. науч. сотрудник И.Н. Люсый, вед. науч. сотрудник С.О. Семенихин, вед. науч. сотрудник Н.М. Даишева, ст. науч. сотрудник Н.И. Котляревская, ст. науч. сотрудник М.М. Усманов
(Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции) отдел технологии сахара и сахаристых продуктов, отдел технологии сахара и сахаристых продуктов, тел. 8(861) 252-02-83 E-mail: agataskniis@mail.ru
Head of department V.O. Gorodetsky, Leading researcher I.N. Lyciy, Leading researcher S.O. Semenikhin, Leading researcher N.M. Daisheva, Senior research associate N.I. Kotlyarevskaya, Senior research associate M.M. Usmanov
(Krasnodar Research Institute of agricultural products storage and processing) department of sugar and sugary products technology, department of sugar and sugary products technology, tel. 8(861) 252-02-83 E-mail: agataskniis(gjmail.ru
Реферат. Применяемую в настоящее время на большинстве свеклосахарных заводов типовую схему известково-углекислотной очистки диффузионного сока нельзя признать достаточно совершенной, так как наблюдается значительный расход оксида кальция на очистку — 1,5-2,0 % СаО к массе свеклы. В результате этого фактический расход значительно превышает теоретически необходимый для проведения реакций осаждения несахаров, а также не обеспечивается высокий эффект очистки сока. Перспективный технологическии прием, позволяющий достичь улучшения технологических показателей, а также показателей качества очищенного сока при одновременной минимизации потерь сахарозы - это отделение основной массы несахаров диффузионного сока, а именно веществ коллоидной дисперсности, после проведения первоначальной стадии известково-углекислотной очистки -прогрессивной предварительной дефекации. Это, в свою очередь, позволит повысить эффективность известково-углекислотной очистки диффузионного сока за счет исключения обратного перехода веществ коллоидной дисперсности в раствор из адсорбционного слоя, образованного на молекулах карбоната кальция в процессе предварительной прогрессивной дефекации. Однако для эффективного отделения осадка необходимо получить преддефекованный сок с характеристиками, удовлетворяющими оптимальным условиям проведения процессов отстаивания и фильтрации, т.е. формирования седиментационно-фильтрационных свойств осадка, близких к суспензии осадка I сатурации. Задача придания осадку таких свойств может быть решена, на наш взгляд, путем добавления в диффузионный сок смеси суспензии осадка II са1урации и части суспензии осадка I сатурации, активированных диоксидом углерода до рН 7,0±0,2.
Summary. The typical scheme of lime-carbon dioxide raw juice purification, which is currently used in most beet-sugar plants, can't be considered quite perfect, because a significant consumption of calcium oxide for purification is observed - 1,5-2,0% CaO on beet. As a result, the actual flow rate is much higher than theoretically necessary for carrying out the reactions of precipitation of nonsugars, and also high juice purification effect is not provided. A perspective technological method that allows to receive the improvement of technological parameters, as well as quality of purified juice while minimizing sucrose losses, is the separation of the main amount of non-sugars of the raw juice, namely, the substances of colloidal dispersity, after the first stage of lime-carbon dioxide purification - progressive preliming. This, in turn, will improve the efficiency of lime-carbon dioxide purification of raw juice by eliminating the reverse transition of colloidal dispersion substances into the solution from the adsorption layer formed on calcium carbonate molecules in the process of progressive preliming. However, in order to effectively separate the precipitate, it is necessary to obtain preliming juice with characteristics that will satisfy the optimal conditions for sedimentation and filtration processes, i.e. formation of sedimentation-filtration properties of preliming mud close to the first carbonation mud. The problem of imparting such properties to the sediment can be solved, in our opinion, by adding to the diffusion juice a mixture of suspension of the II of the carbonation mud and a portion of the of first carbonation mud activated by carbon dioxide to a pH of 7,0±0,2.
€' Городецкий В.О., Люсый И.Н., Семенихин С.О., Даишева Н.М., Котляревская Н.И., Усманова М.М., 2017
промышленности
Ключевые слова: диффузионный сок, известково-углекислотная очистка, прогрессивная предварительная дефекация, суспензия осадка, активация суспензии, очищенный сок, эффект очистки.
Keywords: rawjuice, lime-carbon dioxide juice purification, progressive preliming, carbonation mud, mud activation, purified juice, purification effect.
Диффузионный сок свеклосахарного производства представляет собой водный раствор сахарозы и сопутствующих веществ (несахаров) с разнообразными химическими и физическими свойствами. При очистке диффузионного сока с применением типовой известково-углекислотной схемы очистки представляется возможным удалить из него только около 40 % несахаров.
В свою очередь, эффективная технологическая схема свеклосахарного производства должна обеспечивать не только высокое качество готовой продукции при максимальном ее выходе и минимальных потерях в производстве, но и низкий расход вспомогательных материалов, в частности, известнякового камня и топлива на его обжиг.
Перспективным технологическим приемом, позволяющим повысить эффективность известково-углекислотной очистки диффузионного сока, является отделение основной массы несахаров диффузионного сока до основной дефекации, препятствуя их обратному переходу в раствор из адсорбционного слоя, образованного на молекулах карбоната кальция при проведении предварительной прогрессивной дефекации [1, 2].
Однако предцефекационный осадок, получаемый при проведении прогрессивной предварительной дефекации по типовой схеме, обладает крайне низким фильтрационным коэффициентом, что не позволяет осуществить его обессахари-вание перед выводом из производства даже на пресс-камерных фильтрах, обычно используемых для обессахаривания суспензии осадка I сатурации. Для придания преддефекационному осадку седиментационно-фильтрационных свойств, близких к суспензии осадка I сатурации, необходимо увеличить его плотность с сопутствующим снижением его объема [3].
Для этого необходимо увеличить степень осаждения анионов органических кислот в виде малорастворимых соединений, что наиболее эффективно осуществляется за счет увеличения содержания в растворе катионов Са2+. На наш взгляд, наиболее технологически приемлемым способом повышения содержания катионов Са2+ является активация смеси суспензий осадков I и II сатураций диоксидом углерода до рН 7,0+0,2. В этом случае происходит снижение содержания карбонат-ионов СОз2- и повышение содержания ионов бикарбоната НСО3-. Поскольку растворимость бикарбоната кальция Са(НСОз)2 на порядок выше, чем растворимость карбоната кальция СаСОз, то в растворе увеличится содержание катионов Са2+. Кроме того, в условиях низкого содержания анионов СОз2-, повышенного содержания анионов НСО3- и катионов Са2+ частицы СаСОз приобретают положительный поверхностный заряд, что способствует более полному осаждению отрицательно заряженных сопутствующих веществ, а именно высокомолекулярных соединений и веществ коллоидной дисперсности диффузионного сока.
На первом этапе научно-исследовательской работы для экспериментальной проверки выдвинутых предпосылок были проведены лабораторные исследования, завершавшиеся стадией получения преддефекованного сока и отделения суспензии преддефекационного осадка с последующим определением её фильтрационных свойств путем выявления оптимальных параметров проведения преддефекацион-ной обработки диффузионного сока. При этом активированию подвергали смесь суспензий, состоящую из всего количества получаемой суспензии осадка II сатурации и такого количества суспензии осадка I сатурации, которое необходимо для доведения общей щелочности смеси диффузионного сока и суспензий сату-рационных осадков по индикатору метиловому оранжевому в диапазоне значений 0,5-1,3 % СаО.
По результатам лабораторных исследований на рис. 1 представлена зависимость значений фильтрационных коэффициентов от общей щелочности смеси диффузионного сока и суспензий осадков I и II сатураций, активированных диоксидом углерода до рН 7,0+0,2. Анализ зависимости показывает, что при значениях общей щелочности ниже 0,7 % фильтрационный коэффициент принимает значение выше 10, при котором процесс фильтрации затруднителен. Это объясняется недостаточным количеством образующихся активных центров осаждения. В свою очередь, высокие значения фильтрационных коэффициентов, наблюдаемые при значениях общей щелочности выше 1,1%, вызваны увеличением содержания твердой фазы (балластных веществ) в суспензии осадка предцефекованного сока.
Таким образом, оптимальная щелочность смеси диффузионного сока и активированных суспензий сатурационных осадков, обеспечивающая высокие седи-ментационно-фильтрационные свойства предцефекационного осадка, составляет 0,7-1,1 % СаО к массе свеклы.
Щелочность смеси диффузионного сока и суспензий сатурационных осадков, % СаО
Рис. 1. Зависимость значения фильтрационного коэффициента от общей щелочности смеси диффузионного сока и суспензий сатурационных осадков
На рис. 2 представлена зависимость плотности получаемой суспензии предцефекационного осадка от количества введенного осадка СаСОз, находящегося в прямой зависимости от общей щелочности смеси диффузионного сока и смеси суспензий осадков I и II сатураций, активированных диоксидом углерода.
I ,,, &
В
1Г
1
1
/
0.5 О.в 0.Г 0.В 0.9 1.0 1.1 1.2
Щс.ючносгь счсси 11!ффу 1ИРНН01 о сою и сусметпмН «ггурашюиныч осалкон. ■ 1 С*Ю
Рис. 2. Зависимость плотности суспензии осадка преддефекованного сока от общей щелочности смеси диффузионного сока и суспензий сатурационных осадков
Таким образом, в результате первого этапа проведенных исследований установлены закономерности влияния величины общей щелочности смеси диффузионного сока и суспензий сатурационных осадков, активированных диоксидом углерода, на седиментационно-фильтрационные свойства преддефекационного осадка, а именно на возможность получения суспензии осадка с плотностью не ниже 1,12 г/см3, которая позволяет осуществить его эффективное отделение фильтрованием на существующем оборудовании и провести последующее обессахаривание.
Для оценки эффективности активации смеси суспензии осадков I и II сатура-ций и отделения преддефекационного осадка были проведены лабораторные исследования с очисткой диффузионного сока по типовой схеме известково-углекислотной очистки и разработанной схеме с отделением преддефекационного осадка до основной дефекации [4,5].
Температура проведения прогрессивной предварительной дефекации (ППД) составляла 55-60 °С - оптимальная для проведения процесса. Количество добавляемого известкового молока на ППД составляло 0,18-0,22 % СаО к массе свеклы, а общая щелочность (по индикатору метиловому оранжевому) - 0,80-0,85 % СаО, рН находилось в пределах 10,6-11,8. Продолжительность процесса составляла 20-25 мин.
Полученный по разработанной схеме преддефекованный сок подвергался отстаиванию. Суспензия преддефекационного осадка с плотностью 1,10-1,12 г/см3 поступала на фильтрование с последующей промывкой чистой водой для обессаха-ривания.
Количество известкового молока, направляемого на основную дефекацию, составляло 1,0-1,2 % СаО по типовой схеме и 0,7-0,8 % СаО по разработанной, длительность процесса - 15 мин. I сатурация осуществлялась до оптимального значения рН 10,8-11,0 при температуре 82-85 °С с последующим отделением осадка.
Осветленный сок I сатурации подвергался дефекации перед II сатурацией с подачей известкового молока в количестве 0,25-0,30 % СаО, подогревался до 85-90 °С и подавался на II сатурацию, где обработку углекислым газом проводили до оптимального значения рН 9,0-9,2. Суспензия осадка II сатурации отделялась.
В таблице приведены значения показателей качества соков, полученных по разработанной и типовой схеме известково-углекислотной очистки.
Таблица
Показатели качества соков при известково-углекислотной очистке по разработанной и типовой схеме
Наименование показателя Значение показателя
Схема известкс очистки дифс >во-углекислотной эузионного сока
типовая разработанная
Содержание сухих веществ, % 15,80 15,60
Чистота, % 88,90 89,30
рШо 8,70 9,15
Содержание солей кальция, % СаО/ г/ 100 г СВ 0,08/0,506 0,083/0,593
Содержание веществ коллоидной дисперсности, г/100 г сухих веществ 0,470 0,294
Цветность, ед. оптической плотности 312 304
Общий эффект известково-углекислотной очистки диффузионного сока, % 27,30 28,75
Увеличение эффекта очистки, % - 1,45
Общий расход известкового молока, % к массе свеклы 1,71 1,23
Снижение расхода известкового молока, % к массе свеклы - 0,48
На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что при очистке диффузионного сока по разработанной схеме общий расход известкового молока в среднем сокращается на 0,5 % к массе свеклы при сопутствующем увеличении общего эффекта известково -углекислотной очистки диффузионного сока на 1,5 %.
На основании результатов проведенных исследований можно сделать обоснованный вывод о том, что активация смеси суспензий осадков I и II сатураций до значений рН 7,0+0,2 обеспечивает придание преддефекационному осадку седи-ментационно-фильтрационных свойств, близких к суспензии осадка I сатурации.
Расход извести на очистку сока в среднем сокращается на 0,5 % СаО к массе свеклы при сопутствующем увеличении общего эффекта известково-углекислотной очистки диффузионного сока на 1,5 %.
Очищенный сок, полученный по схеме с отделением предцефекационного осадка, имеет более высокую чистоту и меньшее содержание веществ коллоидной дисперсности, что при прочих равных условиях будет способствовать увеличению выхода готовой продукции.
1. Кульнева, Н.Г. Научное обоснование и разработка высокоэффективной технологии получения и очистки производственных сахарсодержащих растворов [Текст] : автореф. дис. ... д-ра техн. / Кульнева Надежда Григорьевна. - Воронеж, 2011.-38 с.
2. Кульнева, Н.Г. Выбор оптимальных параметров схемы очистки диффузионного сока с отделением осадка до основной дефекации [Текст] / Н.Г. Кульнева, М.В. Журавлев, К.А. Парамонова // Сб. докл. III Междунар. науч.-технич. конф. «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений». - 2013. - С. 343-344.
3. Городецкий, В.О. Отделение преддефекационного осадка свеклосахарного производства как способ повышения качества очищенного сока [Текст] / В.О. Городецкий, P.C. Решетова, В.В. Лисовой [и др.] // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2016. -№ 2-3. - С. 40- 43.
4. Кульнева, Н.Г. Разработка схемы очистки диффузионного сока с сокращенным расходом извести [Текст] / Н.Г. Кульнева, М.В. Журавлев, Г.А. Буклей // Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство»,- 2013. - С. 345-347.
5. Патент № 2568490 РФ Способ очистки диффузионного сока / Молотилин Ю.И., Люсый И.Н., Городецкий В.О., Даишева Н.М.
1. Kul'neva N.G. Nauchnoe obosnovanie I razrabotka vysokojeffektivnoj tehnologii poluchenija I ochistki proizvodstvennyh saharsoderzhashhih rastvorov [Scientific substantiation and development of highly effective technology for obtaining and purification of industrial sugar-containing solutions]: Avtoref. dis. ... d-ra tehn. nauk, Voronezh, 2011, 38 p. (Russian).
2. Kul'neva N.G., Zhuravlev M.V., Paramonova K.A. Vybor optimal'nyh parametrov shemy ochistki diffuzionnogo soka s otdeleniem osadka do osnovnoj defekacii [The choice of the optimal parameters of the raw juice purification scheme with separation of the sediment before the main liming] , Novoe v tehnologii i tehnike funkcional'nyh produktov pitanija na osnove mediko-biologicheskih vozzrenij: Sb. dokl. Ill Mezhdunar. nauch.-tehnich. konf., Voronezh: VGUIT, 2013, pp. 343-344. (Russian).
ЛИТЕРАТУРА
REFERENCES
промышленности
3. Otdelenie preddefekacionnogo osadka sveklosaharno goproizvodstva kak sposob povyshenija kachestva ochishhennogo soka (Sugar industry preliming sludge separation as a method of improvement of purified juice quality),Gorodeckij V.O., Resh-etova R.S., Lisovoj V.V. [i dr.], Izvestija VUZov. Pishhevaja tehnologija, 2016,No 2-3, pp. 40-43.(Russian).
4. Kul'neva N.G., Zhuravlev M.V., Buklej G.A. Razrabotka shemy ochistki dif-fuzionnogo soka s sokrashhennym rashodom izvesti [Development of the scheme for purification of diffusion juice with reduced consumption of lime], Innovacionnye tehnologii v pishhevoj promyshlennosti: nauka, obrazovanie i proizvodstvo: Sb. dokl. mezhdunar. nau.ju-tehnich. konf., Voronezh: VGUIT, 2013, pp. 345-347. (Russian)
5. MolotilinJu.I., Ljusyj I.N., Gorodeckij V.O., Daisheva N.M. Sposob ochistki dif-fuzionnogo soka(Method of raw juice purifying), Patent RF No 2568490, 2014. (Russian).
