Современные способы повышения эффективности известково-углекислотной очистки сахарсодержащих растворов

водах Кубани, поэтому требовались новые технологические и технические решения.

В 1982 г. аспирантами Р.С. Решетовой и Ю.И. Мо-лотилиным под руководством профессора М.И. Даи-шева для типовых сахарных заводов была разработана схема с отделением глубокопересатурированного преддефекованного осадка до основной дефекации. Схема была внедрена на Малороссийском сахарном заводе Краснодарского края. Тогда впервые в производственных условиях был сделан прорыв не только в технологии, но и в теоретических представлениях о физико-химических процессах при известково-углеки-слотной очистке сахарных растворов.

Новые теоретические обоснования физико-химических процессов известково-углекислотной очистки позволили разработать эффективные нетрадиционные приемы и способы обработки сахарных растворов.

Схема очистки сахарных растворов с использованием приема глубокого пересатурирования, разработанная М.И. Даишевым, Р.С. Решетовой и Ю.И. Моло-тилиным, внедрена на 32 заводах России, 2 заводах Украины, 2 заводах Средней Азии. За высокую эффективность предложенной технологии в 2001 г. коллектив разработчиков был удостоен премии Администрации Краснодарского края в области науки и техники.

Под руководством и при непосредственном участии доцента кафедры А.В. Савостина разработаны способы повышения эффективности очистки сахаросодержащих растворов на основе механоактивации дисперсных систем сахарного производства. В настоящее время способ активации известкового молока внедрен на 6 сахарных заводах Краснодарского края, схе-

ма с активацией дефекованных клеровок сахара-сырца - на 2 заводах и с активацией суспензии осадка II сатурации - на одном заводе.

В настоящее время сотрудники и аспиранты кафедры продолжают научные исследования по повышению эффективности технологии сахара. Разработаны и предложены к внедрению схемы известково-углеки-слотной очистки диффузионного сока низкого технологического качества и с отделением осадка до основной дефекации, обладающего кормовым достоинством; способы повышения эффективности экстрагирования сахарозы из свекловичной ткани, подготовки экстрагента, в состав которого входят использованные в производстве воды.

Важнейшим научным направлением кафедры технологии сахаристых продуктов было и остается изучение основополагающих теоретических основ технологии сахара. Упор на теоретическую сторону исследований во многом определяется нуждами преподавательской работы, стремлением представить технологию не как сумму эмпирически найденных приемов или рецептов, а как следствие приложения к ней достижений фундаментальных наук.

Эффективность научно-исследовательской работы, проводимой на кафедре, сказывается и на эффективности подготовки специалистов, росте их научных и производственных достижений, в том числе работе над кандидатскими и докторскими диссертациями, внедрении в производство современных ресурсосберегающих технологий и оборудования.

Кафедра технологии сахаристых продуктов, чая, кофе, табака

Поступила 03.05.07 г.

664.1.038.22

СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗВЕСТКОВО-УГЛЕКИСЛОТНОЙ ОЧИСТКИ САХАРСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ

А.В. САВОСТИН

Кубанский государственный технологический университет

Основная задача сахарного производства - максимальное извлечение сахара из сырья, напрямую зависящая от эффективности очистки сахарсодержащих растворов. Известно, что при теоретически возможном эффекте очистки диффузионных соков, составляющем 40%, фактически сахарными заводами достигается лишь 20-26, в лучшем случае 32% (при разности между чистотой очищенного и диффузионных соков 3,0-3,5%). При переработке сахара-сырца теоретически возможный эффект очистки - 70%, заводы же работают с эффективностью очистки клеровок 26-35, в лучшем случае 46% (при разности между чистотой очищенной и исходной клеровок 0,6-1,2%). Таким образом, эффективность очистки диффузионных соков и клеровок сахара-сырца в 1,5-2 раза ниже теоретически

возможной. При повышении чистоты очищенных диффузионных соков на 1% содержание сахара в мелассе снижается на 0,25-0,30% к массе свеклы [1]. Поэтому целесообразно повышать выход сахара путем совершенствования технологии известково-углекислотной очистки сахарсодержащих растворов.

На кафедре технологии сахаристых продуктов, чая, кофе, табака КубГТУ проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния механо-кави-тационной обработки дисперсных систем сахарного производства на эффективность очистки сахарсодержащих растворов. Для обеспечения экспериментальной части исследований использовали активатор для жидкостей и суспензий ЗАО «НПО “ Технопром”».

За счет механо-кавитационного воздействия в дис -персных системах происходит ряд изменений. В дисперсных фазах повышается дисперсность твердых веществ, увеличивается их удельная поверхность, избы-

точная поверхностная энергия, растворимость, реакционная и адсорбционная способность. В дисперсионной среде - воде - разрушаются кластеры воды, при этом увеличивается доля мономолекул, обладающих повышенной растворяющей и гидратирующей способностью, усиливается диссоциация молекул воды на ионы, что приводит к ускорению реакций по ионному типу, происходит гомолитический разрыв молекул воды с образованием свободных радикалов. За счет их последующей рекомбинации образуются молекулярный водород - восстановитель - и перекись водорода -окислитель [2-5].

Описанные изменения вызывают ускорение и полноту прохождения химических реакций по ионному, свободнорадикальному и окислительно-восстановительному типу на разных стадиях очистки диффузионных соков и клеровок сахара-сырца.

Один из важных показателей качества известкового молока - его активность, от которой зависят расход извести на очистку диффузионных соков и клеровок сахара-сырца, эффективность их очистки, расход известнякового камня и угля на его обжиг, количество продувок оборудования, неучтенные потери сахарозы, потери сахара с фильтрационным осадком, соблюдение технологических режимов, износ фильтровальных тканей. Реагентная способность известкового молока связана с растворимостью гидроксида кальция, напрямую зависящей от дисперсности его частиц. Для повышения активности известкового молока предложено использовать различные способы: гашение извести сахарсодержащими растворами, добавление в нее различных электролитов и поверхностно-активных веществ. Однако эти методы не решают проблему пережога, т. е. соединений оксида кальция с окислами алюминия, железа и кремния. Известно, что на верстате завода измельчается и разгашивается лишь 15% от его содержания в известковом молоке, остальные 85% проходят балластом и выводятся с фильтрационным осадком, не приняв участия в очистке сахарсодержащих растворов. При механо-кавитационном воздействии на известковое молоко частицы пережога измельчаются, окись кальция разгашивается, увеличивается дисперсность частиц гидроксида кальция, что приводит к повышению его растворимости на 15-30%, активность известкового молока возрастает на 3-5%. Это в свою очередь приводит к более полному прохождению реакций осаждения на преддефекации, разложения редуцирующих веществ на дефекации. Мелкодисперсное известковое молоко с повышенной растворимостью гидроксида кальция на сатурации быстрее нейтрализуется углекислым газом с одновременным по-

вышением адсорбционной способности образующегося карбоната кальция, при этом эффект утилизации са-турационного газа повышается на 6-7%. Использование активированного известкового молока позволяет достигнуть следующего:

при переработке сахарной свеклы снижается расход известнякового камня на 0,7-0,9% к ее массе, повышается чистота очищенного сока и эффект очистки диффузионных соков на 0,7-0,9 и 4,2-4,6% соответственно, снижается остаточное содержание редуцирующих веществ в очищенном соке на 30-33%;

при переработке сахара-сырца снижается расход известнякового камня на 0,6-0,8% к массе сахара-сырца, повышается чистота очищенной клеровки и эффект очистки на 0,6-0,8 и 8-12% соответственно, снижаются остаточное содержание редуцирующих веществ в очищенной клеровке и ее цветность на 30-33 и 10% соответственно [6].

Результаты внедрения активаторов известкового молока ЗАО «НПО “Технопром”» на 5 сахарных заводах Краснодарского края при переработке сахарной свеклы представлены в табл. 1. Несмотря на разные технологические схемы и применяемое оборудование, на всех заводах получились воспроизводимые и сопоставимые результаты.

Одна из важных стадий очистки диффузионных со -ков - преддефекация, определяющая качество очищенных соков и общий эффект известково-углекислотной очистки. В практике сахарных заводов все большее распространение получает возврат на преддефекацию активированной различными способами сгущенной суспензии сока II сатурации, поскольку поверхность частиц ее осадка в отличие от суспензии сока I сатурации не загрязнена ВКД и ВМС диффузионных соков, осажденных и скоагулированных на преддефекации и I сатурации, и соответственно не приносит на предде-фекацию веществ, способных к пептизации в условиях основной дефекации. Все эти способы основаны на повышении положительного заряда поверхности частиц карбоната кальция. При этом большое значение имеет удельный заряд, т. е. площадь заряженной поверхности единицы массы осадка, которая напрямую зависит от дисперсности частиц и концентрации потенциало-пределяющих ионов Са2+ [7]. Чем выше удельная поверхность осадка и его удельный положительный заряд, тем выше эффект осаждения несахаров на предде-фекации.

Исследования способа очистки диффузионных соков, заключающегося в возврате на преддефекацию активированной известкованием и обработкой в активаторе ЗАО «НПО “ Технопром”» суспензии сока II сатурации, показали, что он позволяет повысить по сравне-

Таблица 1

Увеличение, % Снижение расхода известнякового камня, % к массе свеклы

Сахарный завод активности известкового молока чистоты очищенного сока эффекта очистки

ОАО «Каневскс ахар» 2,5-3,0 0,7-0,9 4,4-4,6 0,7-0,8

ОАО «Кристалл-2» 2,6-3,2 0,5-0,6 4,2-4,7 0,6-0,7

ОАО «Кореновсксахар» 2,8-2,9 0,8-0,9 4,0-4,5 0,8-0,9

ОАО «Викор» 3,0-4,5 0,5-0,6 4,2-4,7 0,6-0,8

ЗАО «Сахаро-сыродельный комбинат “Ленинградский”» 4,0-5,0 0,5-0,6 4,2-4,6 0,7-0,8

Таблица 2

Схема очистки Чистота сока, % Эффект очистки,

диффузионного очищенного %

Типовая 85,40 88,05 20,60

С активацией известкового молока и сока после холодной дефекации 85,40 91,10 42,85 Таблица 3

Схема очистки Чистота клеровки, % Эффект очистки,

неочищенной очищенной %

Типовая 96,60 97,46 26,00

С активацией известкового молока и известкованной клеровки сахара-сырца 96,60 98,90 68,40

нию с типовой схемой эффект очистки на преддефека-ции и общий эффект известково-углекислотной очистки на 10-12 и 12-14% соответственно [8]. Полученные экспериментальные данные проверены в сезон переработки свеклы 2006 г. на ОАО «Кореновсксахар». Известковое молоко, необходимое для проведения пред-дефекации, с помощью расходомеров и средств автоматизации распределяли по 50% на активацию суспензии (активированная суспензия подавалась только в 1-ю секцию преддефекатора) и в последнюю секцию.

В 1-й секции происходило подщелачивание диффузионного сока, сопровождавшееся усилением диссоциации карбоксильных групп веществ коллоидной дисперсности, высокомолекулярных веществ и органических кислот, что способствовало их осаждению

/"ч 2+

ионами Са не только в самом соке, но и на поверхности карбоната кальция с образованием кальций-карбонат кальция-белково-пектиновых комплексов. При этом зона стабилизации коллоидов была увеличена по времени и растянута со 2-й по 5-ю секции преддефека-тора. В этой же зоне при рН 9,0-9,5 происходило до-осаждение малорастворимых солей кальция, закреплявших коллоиды на частицах карбоната кальция. В результате чистота очищенного сока и эффект очистки повысились на 1,2-1,7 и 9-14% соответственно.

При активации сока после холодной дефекации происходит равномерное смешивание известкового молока с соком при одновременном повышении растворимости извести, что сопровождается ускорением и более полным прохождением реакций разложения редуцирующих веществ. Установили, что эффект очистки диффузионных соков и чистота очищенного сока при этом повышаются на 8-12 и 1,2-1,7%, содержание редуцирующих веществ в нем и его цветность снижаются на 12-20 и 12-20% соответственно [9].

Производственные испытания технологической схемы, включающей одновременно активацию известкового молока и сока после холодной дефекации, проведены на ОАО «Каневсксахар» (табл. 2).

Чистота очищенного сока и эффект очистки по сравнению с типовой схемой при этом повысились на 2,25 и 22,25% соответственно, а остаточное содержание редуцирующих веществ в очищенных соках уменьшилось на 40-50%.

Эффективность очистки при активации известкованных клеровок сахара-сырца перед дефекацией увеличивается на 20-30%, при этом цветность очищенных клеровок и содержание редуцирующих веществ снижаются в 2 раза и на 30-40% соответственно.

В настоящее время схема с одновременной активацией известкового молока и известкованной клеровки сахара-сырца перед дефекацией внедрена на ОАО «Кристалл-2» (табл. 3).

Чистота очищенной клеровки и эффект очистки увеличились на 1,44 и 48,4% соответственно. При этом давление на фильтрах сатурированной клеровки снизилось на 0,5 атм, цветность белого сахара - на 25-40%. Уменьшилось количество увариваемых утфе-лей 2-го и 3-го продуктов.

Проведенные исследования и производственные испытания подтвердили высокую эффективность ме-хано-кавитационных способов обработки дисперсных систем сахарного производства. Необходимо отметить, что любой из рассмотренных способов повышения эффективности очистки сахарсодержащих растворов может быть использован как самостоятельный. Однако разгашивание пережога в самих обрабатываемых сахарсодержащих растворах приводит к локальным перегревам и перещелачиваниям и может быть причиной повышения неучтенных потерь сахарозы. Поэтому целесообразно сначала подготовить известковое молоко, а затем обрабатывать растворы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. -М.: Колос, 1998. - 495 с.

2. Болдырев В .В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических веществ. - Новосибирск: Наука, Си -бир. отд-ние, 1983. - 65 с.

3. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов Е.Н. Активация минералов при измельчении. - М.: Недра, 1988. - 208 с.

4. Рогов И.А., Шестаков С.Д. «Надтепловое» изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: заблуждения и реальность // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2004. - № 7. - С. 24-28.

5. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. - М.: Химия, 1989. - 464 с.

6. Пат. 2207379 РФ. Способ получения известкового моло -ка для очистки сахарсодержащих растворов / А. В. Савостин, А.Н. Литош // БИПМ. - 2003. - № 18.

7. Пат. 2169772 РФ. Способ очистки диффузионного сока / Р.С. Решетова, Н.М. Даишева, М.А. Гаманченко // БИПМ. - 2001. -№ 18.

8. Пат. 2244752 РФ. Способ очистки диффузионного сока / А.В. Савостин, А.Н. Литош // БИПМ. - 2005. - № 2.

9. Пат. 2213783 РФ. Способ очистки сахарсодержащих рас -творов / А.В. Савостин, А.Н. Литош // БИПМ. - 2003. - № 28.

Кафедра технологии сахаристых продуктов, чая, кофе, табака

Поступила 03.05.07 г.