ІІ сатурації від величини рН

Структура частинок осаду соку І сатурації. Відносно структури осаду соку І сатурації існує дві точки зору. Згідно однієї з них на позитивно заряджених кристалах СаСОз адсорбовані негативно заряджені частинки ВМС, тобто частинки СаСОз знаходяться ніби всередині агрегатів осаду.

Механізм утворення осаду на І сатурації. Процес утворення осаду на І сатурації досить складний та складається з ряду стадій, лімітуючою при цьому є стадія розчинення СО2. Відомо, що швидкість розчинення СО досить невелика та залежить від величини рН середовища і концентрації цукрози. Із збільшенням концентрації Цк швидкість утворення іонів СOз зменшується, при 15% сягає мінімуму а потім знову збільшується.

РН

Як видно, приблизно 85% ПР осаджується в кінці ПД у вузькому інтервалі рН 10,2-10,8. Білки ж осаджуються лише на 20%, а решта – на основній дефекації та І сатурації. Різний ступінь осадження ПР та білків на ПД може бути зв’язана з різною їх гідрофільністю, кількістю карбоксильних груп та ступенем їх дисоціації. Білки, як відомо, більш гідрофільні, а тому в меншій кількості осаджуються на ПД. Згідно останнім дослідженням, у фільтраційний осад переходить тільки 50% білків, що містяться у дифузійному соку, а не вся їх кількість, як вважалось раніше. Видалення нейтральних ВМС, таких як декстрин та леван, арабан в процесі очищення дуже незначне.

На ПД поступове осадження має місце тільки для фосфатів та оксалатів, а оскільки вміст їх в соку незначний, то вони не відіграють значної ролі у проведенні ПД.

Приведені вище дані дуже важливі для обґрунтування оптимальних параметрів ПД, зокрема місця вводу центрів кристалізації на ПД, пояснення ряду моментів, пов’язаних з погіршенням фільтрації та ін. Ефективність видалення ВМС на ПД залежить від ряду факторів, найважливішими з яких є:

· величина кінцевого значення рН та кількість добавленого вапна;

· температура і тривалість процесу;

· повертання сатураційних осадів (центрів коагуляції).

Оптимальне значення рН на ПД залежить від якості буряків і може приймати значення від 10,8 до 11,4. Максимальне осадження Нцк на ПД спостерігається при оптимальному значенні рН. Це значення зумовлене не тільки властивостями ВМС, але й здатністю осаджуваних кристалічних з’єднань кальцію перетворюватися в желеподібні при підвищеній лужності у присутності цукрози. Діло в тому, що як окремі ВМС, так і солі Са, що випадають в осад, мають не однаковий оптимум коагуляції. Так, фосфати найповніше осаджуються та краще відфільтровуються при рН 9,6-9,8. В умовах поступової дачі вапна створюються оптимальні умови для коагуляції різних ВМС та інших Нцк соку.

Температура і тривалість процесу також впливають на осадження ВМС. Максимальне осадження пектинових сполук на ПД досягається при 40⁰С протягом 40…50 хвилин. Але через повертання гарячого соку І сатурації температура ПД становить 55…56 ⁰ С, при цьому за 15 хвилин осаджується близько 85 % пектинових сполук.

Вибираючи тривалість і температуру процесу ПД, необхідно приймати до уваги не тільки кількість пектинів, що осаджується, але і розклад редукувальних речовин (РР). Продукти розкладу останніх спричиняють до різкого погіршення якості соку за рахунок утворення барвних сполук і солей кальцію. Крім цього, утворені на ПД продукти розкладу РР погано видаляються на наступних етапах очищення (сатурації). Тому процес розкладу РР на ПД повинен бути зведений до мінімуму.

Розклад РР на ПД залежить від t°C і тривалості, тому ці фактори необхідно враховувати при виборі параметрів проведена ПД. Відомо, що тепла ПД сприяє отриманню очищеного соку низької колірності, і навпаки, гаряча ПД сприяє вищій колірності, але сік І сатурації має за цих умов кращі седиментаційно-фільтраційні властивості. Відповідно до цього тривалість “холодної” ПД(t°≤50⁰С) складає 20…30 хвилин, “теплої” (t°≥55 ⁰С) – 15…20 хвилин, а гарячої (t° ~ 90°C) – 10 хв.

Поряд із покращенням якості очищеного соку важливою задачею ПД є укрупнення частинок осаду. Останнє досягається за рахунок застосування рециркуляції (повертання) нефільтрованого соку І сатурації або згущеної суспензії соку ІІ сатурації, тверді частинки яких становляться центрами коагуляції нецукрів. За наявності достатньої кількості таких центрів на ПД будуть утворюватися крупні агрегати, що в свою чергу сприятиме утворенню крупних частинок осаду соку І сатурації.

В літературних джерелах процес укрупнення частинок осаду на ПД пояснюють за рахунок різнойменних зарядів коагуляту ВМС та частинок сатураційних осадів. Але такий тезис справедливий лише для випадку застосування чистих позитивно заряджених частинок СаСО₃. Нами ж встановлено, що осади соку І та ІІ сатурацій завжди заряджені негативно внаслідок активної адсорбції на них в основному пектинових сполук, а тому вони не можуть агрегатуватися внаслідок електростатичних сил. Тому можна вважати, що агрегатування негативно заряджених частинок ВМС та сатураційних осадів відбувається за рахунок Са(ОН)₂, заряджених позитивно, які шляхом взаємодії з окремими частинками осадів створюють сприятливі умови для з’єднання в агрегати за рахунок місткових зв’язків через іони кальцію. Утворені таким чином агрегати мають відносно незначну міцність і руйнуються навіть при незначній механічній дії (наприклад, при перекачуванні нефільтрованих соків відцентровими насосами). Такий механізм агрегації пояснює і дещо більшу витрату вапна на ПД (на 20…30 %), від тої, яку потрібно для осадження нецукрів.

Тому можна зробити висновок, що частинки Са(ОН)₂ виконують важливу роль при стабілізації агрегатів частинок осаду соку І сатурації. В цьому легко можна переконатися, якщо взяти промитий фільтраційний осад соку І сатурації та приготовити з нього водяну суспензію з таким же вмістом твердої фази, як і в не фільтрованому соку І сатурації. Візуально буде видно, що при відстоюванні частинки осаду дуже неоднорідні за величиною, а декантат протягом тривалого часу залишається мутним. Якщо ж до суспензії добавити невелику кількість вапняного молока та добре перемішати, то практично зразу ж можна побачити утворення крупних пластівців, які швидко осаджуються з утворенням прозорої рідини над осадом. Так як в суспензії цукроза відсутня, то говорити про пептизуючу або желейну дію реагенту не приходиться.

Руйнування агрегатів фільтраційного осаду при його промиванні та наступне укрупнення можна пояснити зміною ступеню дисоціації карбоксильних груп ПР та білків. При промиванні внаслідок видалення груп ОН ступінь дисоціації СООН груп знижується, а за добавлення вапна навпаки підвищується, що впливає на можливість взаємодії їх з іонами кальцію. Тобто чим більше дисоційовано карбоксильних груп окремих частинок осаду, тим більша можливість взаємодії їх з іонами кальцію, а значить створюються сприятливі умови для з’єднання їх в агрегати. Така взаємодія скоагульованих частинок РКД, карбонату кальцію та іону Са зв’язане з витісненням зв’язаної води та ущільненням агрегатів. Частинки СаСОз знаходяться переважно всередині агрегатів, що сприяє збільшенню їх упругості.

Таким чином можна пояснити і деякі процеси, що відбуваються при активації загущеної суспензії або фільтраційного осаду та її ролі в процесі очищення соку. Тобто для підвищення ефективності ПД запропоновано ряд способів, в яких для повертань рекомендовано використовувати суспензію соку ІІ сатурації, активовану вапняним молоком (спосіб Вукова) або фільтраційний осад, відокремлений на в/ф або ф/п (спосіб Д.Моца). Вважається, що під час активації зростає адсорбційна здатність частинок осаду, а значить підвищиться ефективність такого повертання. Але слід пам’ятати, що основною задачею повертання є укрупнення частинок осаду соку ПД, а аналіз способів з активацією суспензії соку І або ІІ сатурацій не сприяє цьому. Зв’язано це з тим, що частинки непромитого осаду соку І сатурації не перезаряджаються при активації, а соку ІІ сатурації це відбувається при рН близько 12. Введення на ПД таких повертань не сприяє агрегатації внаслідок незначної різниці потенціалів агрегатованих частинок та наявності в активованій суспензії частинок Са(ОН)⁺. Підтвердженням цього є результати досліджень ВНДІЦП, згідно яких при переробленні буряків погіршеної якості повертання на ПД активованих суспензій зумовлює до погіршення фільтраційної здатності соку І сатурації.

При активації промитого сатураційного осаду добавлення вапна зумовлює до укрупнення частинок суспензії, повертання якої на ПД сприяє утворенню більш крупних агрегатів. Ще краще за цих умов використовувати спосіб, запропонований В.Шалатоновим, який полягає в пересатуруванні промитого фільтраційного осаду до рН 8,0 та наступного розділення суспензії на циклонах з використанням на ПД нижнього сходу (тобто крупніших частинок майже чистого карбонату кальцію).

Місце повертання. Ефективність повертань на ПД залежить від місця його введення в апарат прогресивної ПД. Відносно величини рН зони введення повертань немає єдиної думки. Одні вважають, що при перероблені буряків низької технологічної якості повертання слід направляти в зону з рН 8…9, а при очищенні соку з нормальних буряків – у дифузійний сік. Згідно даним УкрНДІЦП, значення рН у точці введення повертань залежить від чистоти дифузійного соку і може змінюватися від 8 до 10,2.

Ми вважаємо, що так як з повертаннями вводяться центри коагуляції, то його потрібно вводити до осадження нецукрів і таким чином, щоб було досягнуто добре перемішування з дифузійним соком, про що сказано в розділі 1. Для цього слід використовувати суспензію соку ІІ сатурації, а щоб вміст загального вапна в соку ПД складав 0,8…1,2 % СаО (по метил-ор.) різницю компенсувати повертанням нефільтрованого соку І сатурації у зону з рН ≈ 8,5…8,8. В такому разі осад попадає в зону з низьким рН і за рахунок пересатурації зменшується його ступінь гідратації, що різко підвищує фільтраційні властивості сатураційного осаду. Але не потрібно забувати, що збільшення кількості повернення нефільтрованого соку І сатурації на 15 % до м.б. зумовлює до додаткової витрати вапна на очищення ≈ на 0,1 % СаО до м.б.

Як правило, на заводах повертають нефільтрований сік І сатурації 50...100% до м.б. та суспензію соку ІІ сатурації. Встановлено, що зменшення кількості повертань соку І сат. З 100% до 25% супроводжується підвищенням Дб на 1,5 од, зниженням забарвленості на 9 од. Шт. Вважається, що найбільш доцільно в сьогоднішніх умовах повертати суспензію соку ІІ сат. за витрати на дефекацію перед ІІ сат. 20-30% вапна від загальної витрати. При цьому, оскільки такий осад не містить на своїй поверхні великої кількості Нцк, які могли б пептизувати на ОД, то Дб сиропу підвищується на 0,4-0,6 од., а Fk зменшується на 30%.

Потрібно пам’ятати, що повертання не фільтрованого соку І сатурації не тільки сприяє покращенню процесу ПД, але й різко покращує фільтраційні властивості соку І сатурації, що пояснюється не тільки агрегатацією частинок осаду в умовах ПД, але й пересатуруванням осаду І сат. в умовах ПД, що супроводжується дегідратацією останнього.

Якщо ж на заводі є двохступенева І сатурація (про що буде йти розмова далі), то на ПД необхідно повертати недогазований сік І сатурації (після І “А” сатуратора), що не тільки вдвічі зменшить кількість повертань, але й за рахунок введення високодисперсного СаСО₃ є можливість додатково осадити речовини колоїдної дисперсності (РКД). Пояснюється це не тільки дисперсністю частинок недосатурованого соку, але й наявністю в системі частинок вільного вапна, що сприяє агрегатації.

Оптимальні параметри ПД. Виходячи з вищезгаданого, оптимальними технологічними параметрами процесу ПД слід вважати:

a) – прогресивне наростання рН; Це одне з основних вимог правильного виконання ПД. П.М.Сілін встановив, що за малої кількості вапна на ПД осадження Нцк неповне через недостатню кількість осаджуючого реагенту (іону Са), а також черех малу концентрацію іонів гідроксилу, через що солі Са, що осаджуються, легко гідролізуються. З іншого боку, за збільшеної кількості вапна та збільшенням рН осадження Нцк також неповне через пептизацію осадів, в якій активну участь приймає цукроза. Встановлено також, що за відсутності цукрози ніякої оптимальної величини рН осадження та коагуляції не було б.

Отже, на ПД оптимальне рН зумовлене не тільки властивостями РКД, але й властивостями всіх з’єднань Са, що осаджуються. Тому величина оптимального рН на ПД в залежності від складу Нцк (особливо натуральної лужності), температури та тривалості розтягнута в інтервалі рН 10,8...11,6.

Критерієм для визначення оптимуму коагуляції на ПД є швидкість осадження коагуляту, тому що сік, який добре відстоюється, містить крупні щільні частинки осаду, що сприяє добрій наступній фільтрації. Тому контроль за оптимумом на ПД здійснюють за величиною рН, а не за лужністю, тому що при переробленні буряків різної якості для досягнення оптимального рН необхідно витратити різну кількість вапна – від 0,15 до 0,3% СаО до м.б.

Дуже важливо не тільки досягнути оптимальне рН, але й спосіб його досягнення, а саме – прогресивність. Бажано спочатку ПД підвищувати лужність повільно, а в кінці – швидше. В зоні рН близько 9 бажано витримати рН паузу протягом декількох хвилин. Експериментально встановлено, що при прогресивному добавленні вапна на ПД перші частинки, що утворилися при рН-паузі, в наступних зонах служать зародками для осадження інших частинок. В результаті нові частинки не утворюються, а утворені раніше укрупнюються, упаковуються в глобули з впорядкованою структурою. Томк при прогресивній ПД утворюється менший за об’ємом осад, ніж при оптимальній (одноразовій) ПД, коли глобули формують хаотичну сітчасту структуру.

Для унеможливлення місцевого перелужнення вапняне молоко добавляють в останню секцію, що забезпечує прогресивне наростання лужності соку в перших секціях.

б) – кінцеве рН визначати за максимального швидкістю седиментації соку в циліндрі (орієнтовно S₅ ≥ 3см/хв);

в) – тривалість “теплої” ПД (t = 55 ⁰С) – 15 хвилин, гарячої ((t = 88 ⁰С) - ≤10 хвилин;

г) – в якості повертань необхідно використовувати всю згущену суспензією соку ІІ сатурації (з витратою вапна на другу дефекосатурацію ≥ 0,25 % СаО до м.б.), яку краще вводити в дифузійний сік разом з парою, або в другу секцію ПД, а нефільтрованим соком І сатурації доводити вміст загального вапна в соку ПД до значення 0,8…1,2 % СаО (по змішаному індикатору або м/о). Ні в якому разі не змішувати суспензію соку ІІ сатурації з нефільтрованим соком І сатурації до вводу їх на ПД.

Управління процесом ПД та нові тенденції. Плавність наростання рН потрібно регулювати:

– рівномірністю потоків дифузійного соку, повертань та вапняного молока;

– зміною положень рухомих перегородок;

– кількістю вапняного молока, його густиною та активністю.

Слід пам’ятати, що якщо в першій секції ПД рН соку вище 9, то різко збільшується F_к та мутність декантату.

· Вміст загального вапна у соку ПД слід регулювати кількістю повертань нефільтрованого соку І сатурації. При цьому необхідно пам’ятати, що надлишкове повертання покращує фільтрацію, але погіршує якість очищеного соку, а недостатня кількість погіршує седиментаційно-фільтраційні властивості.

· При піненні на ПД звертати увагу на:

– підсмоктування повітря насосами, захоплення повітря на мезгоуловлювачах чи відповідність підбору насосів за потужністю;

– частоту обертання валу ПД (може бути завищеною);

– інфікованість соку мікроорганізмами (починаючи з дифузійного апарату по камерах);

– якість буряків, що поступають на перероблення.

Для гасіння піни застосовують жири, але краще застосувати спеціальні поверхнево активні речовини з умовою постійного їх дозування спеціальними насосами-дозаторами.

З метою підвищення стійкості утвореного під час попереднього вапнування осаду до негативних факторів основного вапнування на декількох заводах встановлено вапнокарбонізатор після попереднього вапнування з витратою вапна на нього до 0,4% СаО. Результати роботи заводів показали високу ефективність такого процесу, особливо під час перероблення буряків погіршеної якості (Волоконовський, Жабінковський та ін ц/з).

2.4.4. Основне вапнування (дефекація). Головною задачею основного вапнування (дефекації) є одержання соку з високою термостійкістю, технологічні якості якого повинні мало змінюватись в процесі його згущення на випарній установці. Як відомо, термостійкість залежить в основному від залишкового вмісту РР, який не повинен перевищувати величину 0,025 % до маси соку.

Розклад РР тісно пов’язаний в технологічному процесі цукрового виробництва з утворенням забарвлених речовин та органічних кислот, які суттєво погіршують якість готової продукції. В умовах цукрового виробництва розклад РР може відбуватися на всіх стадіях технологічного процесу, але важливо розкласти їх до випаровування соку, тобто на основній дефекації (ОД, основне вапнування, ОВ). Це зумовлено ще й тим, що продукти розкладу тоді зможуть частково адсорбуватися на частинках карбонату кальцію на І сатурації.

Забарвлені продукти розкладу РР та незабарвлені нецукри адсорбуються лише на 60%. При цьому кількість забарвлених речовин (ЗР), що утворюються при розкладі однакової кількості РР, залежить від механізму проходження лужно-термічного розкладу останніх. Складність цього процесу підтверджується і тим, що наприклад при розкладі глюкози може утворитися більше 100 різноманітних з’єднань.

Й.Вашатко експериментально встановив, що кількість забарвлених речовин, що утворюються при розкладі РР, залежить від лужності та температури. Він доказав, що за однакової температури з підвищенням лужності (вірніше кількості СаО) кількість забарвлених речовин зменшується. Спроба різних авторів пояснити це різною величиною швидкості розкладу РР в залежності від лужності не витримує критики. Якщо б це було зв’язано із швидкістю розкладу РР, то з підвищенням лужності, рН, наприклад шляхом добавлення NаОН забарвленість повинна би знижуватися, а вона збільшується.

За твердженням І.Бугаєнка різниця у величині забарвлення, що утворюється при розкладі РР за різних лужностях, зв’язано з присутністю частинок нерозчинного гідроксиду кальцію, кількість якого з підвищенням лужності також збільшується. Це підтверджується і тим, що коли рН розчинів доводили до однакової величини за допомогою Са(ОН)2 або NаОН за відсутності в осаді частинок вапна, то розчини РР в процесі нагрівання змінюються ідентично. В той же час за наявності в осаді 3% СаО забарвленість розчинів була майже вдвічі меншою, ніж коли в розчині було 1% СаО.

Вплив нерозчинних частинок Са(ОН)2, що мають позитивний заряд, на забарвленість розчинів можна пояснити адсорбцією на них проміжних продуктів розпаду РР (негативно заряджених), які в результаті не приймають участі в утворенні барвних сполук.

РР руйнуються і за низької лужності, але продукти такого розкладу дуже погано видаляються адсорбцією на частинках карбонату кальцію, що також свідчить про різноманітну природу барвних сполук при цьому. У зв’язку з цим необхідно остерігатись руйнування РР при високих температурах та низьких лужностях. Тому при холодній ПД утворюється менша кількість барвних сполук, ніж на гарячій.

Розклад РР характеризується константою швидкості розкладу, знаючи яку можна розрахувати необхідну тривалість дефекації. Величина константи швидкості розкладу РР залежить головним чином від температури та величини рН. Для визначення цієї величини рядом авторів запропоновано декілька рівнянь, але розраховані за ними константи відрізняються несуттєво.

Так, при 65 ⁰С (тепла ОД) константа , а при 90 ⁰С . Тоді тривалість повного розпаду РР визначають за рівнянням (по А.Сапронову):

, хвилин,

де х – ступінь розкладу РР (відношення різниці вмісту РР в дифузійному і очищеному соках до вмісту в диф. соку). Наприклад, диф. сік містить РР 0,3% до маси соку, а в очищеному РР повинні бути не більше 0,02%. Температура дефекації 85°С. Тоді ступінь розкладу РР буде

х = (0,3 – 0,02)/0,3 = 0,93. Значить (1–х) = 1 – 0,93 = 0,07.

0,93 100

τ = ---------------- = 14,47 хв.

1,53 0,07 60

Основна кількість РР розкладається на холодному ступені основного вапнування при температурі 50-60°С протягом 15 хв. Для розкладу решти РР за цієї температури потребувалось би досить значний час. Тому використання гарячого ступеня ОВ тривалістю 10 хв. дозволяє досягнути необхідної залишкової кількості РР (не більше 0,025% до м.б.) та підвищити ступінь розкладу амідів. Максимально можлива тривалість гарячого ступеня ОВ – 20 хв.

Проте цього часу недостатньо для повного розкладу амідів. Як правило, тривалість “холодного” ОВ 15….20 хв., а гарячого – 10 хв. А в Німеччині тривалість холодного ступеня 5 хв., а гарячого – 20 хв.

Витрата вапна. Для ефективного проведення процесу ОВ витрата вапна на цьому ступені не повинна бути нижче 0,9…1,0 % СаО до м.б., оскільки при такій витраті величина рН соку досягає значення 12,2, необхідного для успішного протікання реакції розкладу. Оптимальна економічно доцільна витрата вапна на очищення, як відомо, залежить від якості дифузійного соку, а точніше від кількості нецукрів в цьому, і приймається 90…120 % СаО до маси нецукрів.

Однією з головних умов успішного проведення основної дефекації є підтримування постійного вмісту СаО в дефекованому соку (відхилення не повинно перевищувати ±0,1 % СаО, та рівномірний розподіл вапна у соку, що досягається встановленням статичних чи динамічних змішувачів вапняного молока з соком попередньої дефекації до холодного дефекатора. Останнє дозволяє також правильно організувати процес відбору проб дефекованого соку на визначення вмісту в ньому вапна, тому що за цих умов різниця в часі від моменту подачі вапна до аналізу вмісту його в соку складає не більше 1 хвилини, а за типовими способом – не менше 10 хвилин (а при холодно-гарячій схемі не менше 20 хвилин).

Проведення “теплої” дефекації при температурі вище 55 ⁰С зумовлює до зниження швидкості фільтрування соку І сатурації, але температуру дефекації можна регулювати в основному лише кількістю повертань на ПД.

Одним із способів інтенсифікації процесу основної дефекації є аерація. Встановлено, що в присутності кисню повітря процес розпаду РР йде до утворення оксикислот, а не з’єднань з карбонільними групами, які є складовими при утворенні барвних сполук. Звичайний спосіб аерації, враховуючи витрату 1м³ повітря на 1 м³ соку, досить складний через необхідність встановлення дорого і потужного компресора та сильне пініння соку при цьому. Тому нами розроблені і запатентовані два способи проведення такого процесу із застосуванням ефекту ежекції чи розрідження.

Аміди в порівнянні із РР більш стійкі до розкладу. Встановлено, що на ПД розкладається до 18 % їх, на основній дефекації – до 45 %, на І та ІІ сатураціях – до 13 %, на ВУ – 12 %, тобто основна кількість розкладається на основній дефекації. Враховуючи, що за останні роки використання азотних добрив збільшилося, питання розкладу амідів стає досить актуальним.

Тому кафедра ТЦ НУХТ зараз активно працює над способом проведення дефекації з одночасною деамонізацією, що дозволить не тільки покращити якість очищеного соку, але й отримати аміачні конденсати з набагато нижчим вмістом аміаку.

При встановленні параметрів окремих ступенів вапняно-вуглекислотного очищення слід враховувати, що із збільшенням температури і тривалості ростуть і втрати цукрози від лужно – термічного її розкладу (так звані невраховані втрати). Вважається, що за 1 хвилину на ПД розкладається7 мг цукрози на 1 кг цукру, на основній дефекації – 14 мг/кг, на сатурації і фільтрації – 5 мг/кг.

2.4.5. Вимоги до вапняного молока та сатураційного газу. Ефективність вапняно-вуглекислого очищення дифузійного соку в значній мірі залежить від якості вапняного молока, що є єдиним і основним хімічним реагентом процесу очищення, та складу сатураційного газу. Основними показниками якості вапняного молока є його активність, тобто вміст СаО, що розчиняється в соку, густина та відсутність завислих домішок (“піску”).

Активність вапняного молока зумовлена багатьма факторами, найважливішим з яких є якість випаленого вапна. Для умов цукрового виробництва важливою умовою є відсутність розплавів під час випалювання вапняку. В такому разі випалене вапно буде мати губчату структуру, добре гаситися, а отримане вапняне молоко буде високоактивним. Оскільки вапняк завжди містить домішки, то необхідно слідкувати, щоб температура випалювання не досягала значень, при яких сплав домішок утворить перепал. Основною умовою недопущення такого явища є в першу чергу рівномірний розподіл коксу між кусками вапняку в кожному окремому місці печі.

Якість вапняного молока залежить не тільки від якості випаленого вапна, але і від умов його гасіння, де визначальним фактором є температура води, що для вищевикладених умов (t _випал. = 1250 °С) повинна бути 80 °С, а тривалість гасіння – не більше 15 хв. Потрібно пам’ятати, що для м’яковипаленого вапна (t _випал. = 950 °С) температура води для гасіння повинна бути низькою (t_води= 30 °С), оскільки м’яковипалене високоактивне вапно, загашене гарячою водою, діє на соки негативно.

Велика тривалість перебування вапняного молока в резервуарах-дозрівачах дещо негативно впливає на активність внаслідок утворення агригатів частинок Са(ОН)₂ та води (гексааква-комплекси), внаслідок чого активність понижується. У свій час у ВНДІЦП був розроблений спосіб суперкавітаційної активації вапняного молока, який давав прекрасні результати, але не набув широкого розповсюдження внаслідок швидкого “зношування” робочої насадки кавітатора. Нами розроблений спосіб пароконденсаційного кавітаційного підвищення активності вапняного молока, який передбачає оброблення останнього ретурною парою в кількості 0,12…0,15 % до маси буряків у спеціально розробленому пристрої. Результати дворічної експлуатації його на Валуйскому і Ржевскому цукрових заводах (Росія) показали, що активність вапняного молока підвищилася на першому заводі на 5 % (початкова – 87 %) і на другому - на 14 % (початкова – 78 %). Апарат простий у виготовленні і надійний в експлуатації, встановлюється безпосередньо на трубопроводі подачі вапняного молока перед дозаторами.

Лабораторні дослідження впливу активності вапна на швидкість реакцій розкладу нецукрів в умовах ОД показали, що підвищення активності водно-вапняної суспензії на 10% сприяє підвищенню швидкості розкладу глюкози на 15%.

Важливим показником вапняного молока є його концентрація, яку вважають густиною і міряють на заводі денсиметром, що неправильно, оскільки останній призначений для дійсних розчинів, а вапняне молоко – це суспензія. Для таких розчинів правильнішим є ваговий спосіб. Але потрібно пам’ятати, що зниження густини вапняного молока на 0,01 г/см³ зумовлює до додаткового введення на верстат 0,6 % Н₂О до м.б. та додаткової витрати пари на випаровування її 0,2 % до м.б.

Для ефективного видалення з вапняного молока завислих дрібних домішок (піску), які спричиняють складність у дозуванні молока, зумовлюють до частих “продувок” апаратів дефекації та додаткових витрат цукрози з “піском”, існують ряд схем та пристроїв, серед яких найефективнішим слід вважати використання гідроциклонів на другому етапі очистки в дві стадії з організацією промивання нижнього сходу циклонів у спеціальному пристрої. З цією метою нами розроблений спеціальний шнек-промивач, в який подається вода, що йде на гасіння вапна, а утворена вапняна вода теж використовується для гасіння. Останнє зумовлює до часткового підвищення активності вапняного молока. Експлуатація такого пристрою на 5 цукрових заводах впродовж трьох сезонів показала, що додатково із заводу видаляється 3…6 т промитого піску за добу.

Вимоги до сатураційного газу відомі: вміст СО₂ – не менше 28 %, кисню – не більше 2,0 %, оксиду вуглецю – не більше 1,0 %. За інших показників погіршується якість соку. Тому необхідно звести до мінімуму підсмоктування повітря в піч та підтримувати мінімальну питому витрату палива на випалювання.

2.4.6. І карбонізація (сатурація). Завдання І сатурації. Важливе місце в технологічному процесі займає І сатурація, від якої в значній мірі залежить не тільки загальний ефект адсорбційного очищення соку, але й швидкість фільтрування соку та витрати сатураційного газу на виробництво.

Коагулят нецукрів, що випав при ПВ, має рихлу желеподібну структуру, стисливий, тому відділити та промити його в процесі фільтрування складно, оскільки при стисканні різко зменшується об’єм пор в шарі осаду. Тому для забезпечення фільтрації коагулят необхідно або розподілити в надлишку іншого осаду, який би був нестисливий, або ж змінити структуру самого коагуляту шляхом дегідратації та екранування. Таким матеріалом стали частинки карбонату кальцію.

Тому основним завданням І сатурації є утворення в провапнованому сокові частинок карбонату кальцію, адсорбція на їх поверхні нецукрів та формування осаду з добрими фільтраційно-седиментайційними властивостями.

Оскільки основна кількість нецукрів була осаджена на ПВ при певному надлишку вапна в розчині, то з метою унеможливлення зворотного переходу Нцк в розчин І сатурацію також закінчують при такій же концентрації вапна в розчині, як і на ПВ. Але при цьому приходиться вирішувати дві взаємо протилежні задачі: адсорбційна здатність частинок СаСОз найбільша при високій лужності (рН), а фільтраційна їх здатність – навпаки, при низьких значеннях лужності. Тому оптимальною лужністю І сатурації слід вважати ту максимальну лужність, за якої наявні на заводі фільтри забезпечують задану продуктивність.

В провапнованому соку, що поступає на сатурацію, більша частина вапна (85%) перебуває в осаді і тільки 15% - в розчині, що еквівалентно приблизно лужності 0,25% СаО. Але Са(ОН)2 на І сат. встигає перейти з осаду в розчин, тому лужність швидко знижується від 1,7-2,0 % СаО до 0,15% СаО і тримається на цьому рівні, поки в осаді є вапно. Встановлено, що швидкість розчинення Са(ОН)2 залежить від дисперсності твердої фази та від гідродинамічної ситуації в реакторі.

Хімічні реакції: СО2 + ОН = НСОз НСОз + ОН = СОз + Н2О.

Спочатку в розчині в результаті взаємодії іонів Са²⁺ та СОз ^2- при надлишку першого утворюються міцели СаСОз, що є активним адсорбентом. Ступінь їх дисперсності настільки велика, що візуально вони не визначаються, а їх адсорбційна здатність характеризується позитивним z - потенціалом, що обумовлюється наявністю в розчині іонів кальцію (потенціал – визначальні іони). У ПЕШ знаходиться еквівалентна кількість проти іонів, які знаходяться в динамічній рівновазі з іонами того ж знаку, що не входять в ПЕШ і знаходяться в розчині. Проти іони, що мають протилежний частинкам карбонату заряд, адсорбуються в такій кількості, що не тільки нейтралізують позитивний заряд карбонату кальцію, але й перезаряджають його.

Але процес утворення кристалічного СаСОз надзвичайно складний та проходить через ряд стадій, зв’язаних з утворенням комплексних з’єднань, так званих “вуглекальцієвих цукратів” (СаСОз)х(СаО)у(Цк)z. В процесі сатурування комплексні з’єднання змінюються. Якщо після їх утворення пропускати СО2, то утворяться колоїдні розчини – золь СаСОз. За подальшого зменшення лужності золь стає нестійким, желатиноподібним і випадає гель СаСОз, який в подальшому переходить в кристалічний СаСОз, що добре фільтрується. Звідси висновок – фільтраційна здатність осаду І сатурації буде тим кращою, чим нижче лужність соку, тому що в такому випадку зменшується кількість цукратів.

Дослідження сатураційного осаду з допомогою мікроскопу показали, що значна частина його складається з агрегатів розміром 10-12 мкм (Р.Освальд). Крім цього було встановлено, що поверхня частинок осадку колоїдів “інкрустовані” частинками кристалічного СаСОз розміром приблизно 0,3 мкм. При цьому така адсорбція СаСОз на поверхні осаду ВМС сприяє добрій фільтрації, яка мало залежить від розміру агрегатів.

Взаємодія частинок осаду колоїдів з кристалічним СаСОз пояснюється різнойменністю зарядів їх. Величина заряду “інкрустованого” агрегату залежить від кількості кристалічного СаСОз, що утворилася в процесі сатурації, тобто від кількості вапна на очищення. “Інкрустовані” частинки СаСОз так міцно зв’язані з коагулятом колоїдів ВМС, що спроба відділення їх шляхом перемішування чи в колоїдних млинів не дала результатів.

В літературі є дані, що при добавленні вапна більше 80% до маси нецукрів дифузійного соку осад соку І сатурації має позитивний заряд. Але проведені нами дослідження показали, що навіть при добавленні 300% вапна до кількості нецукрів осад завжди має негативний заряд, що пояснюється негативним впливом на заряд частинок осаду такого поліелектроліту як пектин.

У фільтраційному осаді соку І сатурації поряд з карбонатом кальцію та іншими солями міститься також деяка кількість СаО та Са(ОН)2, що не вступили в реакцію. Цю кількість можна визначити як різницю в титруванні кислотою не фільтрованого та фільтрованого соків І сатурації. Експериментально встановлено, що ця різниця може складати від 0,05 до 0,1%, тобто в непромитому фільтраційному осаді вміст СаО складає 0,5 – 1,5% до м. осадку, що складає 0,1 – 0,3% СаО до м.б. А ця кількість вапна дала б 0,18 –0,54% СаСОз, що відповідно підвищило б ефект адсорбційного очищення.

Наявність частинок СаО в осаді можна пояснити тим, що вони знаходяться всередині агрегатів осаду, тобто вони повністю або ж частково екрановані частинками ВМС та СаСОз. Вміст частинок СаО у фільтраційному осаді залежить від якості буряків, від схеми очищення та від способу проведення І сатурації.

Вплив різних чинників на видалення нецукрів в умовах І сатурації. Величина рН (лужності) є визначальним фактором. Встановлено, що залежність видалення нецукрів на І сатурації від лужності має максимум, величина якого знаходиться за лужності 0,11…0,12 % СаО (рис.3). Потрібно пам’ятати, що величина оптимальної лужності І сатурації залежить від якості буряків, а саме – від натуральної лужності, при збільшені якої величина оптимальної лужності (ОЛ) зміщується в сторону більших значень. Підтримання високої ОЛ на І сатурації має важливе значення для запобігання випарної станції від “загорання”. Особливо важливо тримати високу лужність на І сатурації за умов роботи з вапняком, що вміщує підвищену кількість магнію, тому що за таких умов магній випадає в осад на сатурації, а не на ВУ. Відомо, що секціонування сатураторів також сприяє підвищення ефекту адсорбційного очищення. Однією з різновидностей секціонування є ведення І сатурації у двох окремих апаратах з підтримуванням на першій ступені лужності не менше 0,4 % СаО.

Витрата вапна є напевно найважливішим чинником з точки зору впливу на адсорбційне очищення, оскільки із збільшенням витрат вапна збільшується і кількість утвореного адсорбенту та ступінь видалення нецукрів, хоча лінійної залежності між останніми двома факторами немає. Так при витраті 1,5 % СаО ефект очищення складає 30 %, а при 2,0 % СаО – 37 %. Але не потрібно забувати, що збільшення витрат вапна на очищення спричиняє до розбавлення соку водою вапняного молока та збільшує кількість сатураційного осаду, що може викликати ускладнення на станції фільтрації та збільшити втрати цукру із осадом (збільшення витрати вапна на 0,1 % СаО до м. б. рівноцінно додатковій втраті 0,004 % цукру, що для заводу 3000 т/добу складає 120 кг за добу).

· Тривалість І сатурації і ефект адсорбції мають обернену пропорціональність, тому що за короткої (миттєвої), сатурації утворюється більш дрібний осад з великою поверхнею, що покращує адсорбційне очищення. Проте внаслідок малої розчинності Са(ОН)₂ при високій температурі (менше 1,8 г СаО на 1 л) частинки СаО будуть повністю перетворені в СаСО₃ тільки протягом певного часу та при доброму перемішуванні, чому сприяє організація в сатураторі внутрішньої багатократної рециркуляції. В противному разі частинки Са(ОН)₂ ззовні покриваються частинками СаСО₃, що не тільки збільшує кількість промивів, сприяє різкому “загорянню” фільтрувальної тканини, але й знижує ефект видалення нецукрів за рахунок невикористання частини затраченого вапна, що потрібно на очищення. Тривала сатурація, що має місце при використанні сатураційного газу з низьким вмістом СО₂, зумовлює до погіршення якості очищеного соку та до значного охолодження соку. Тому зараз рекомендується тривалість І сатурації в одному апараті близько 10 хв, так як при більшій швидкості процесу складно витримувати задану лужність.

Способи ведення І сатурації. До найбільш важливих з технологічної точки зору способів проведення І сатурації можна віднести: спосіб пересатурування, спосіб одночасної дефекосатурації, спосіб внутрішньої рециркуляції та спосіб двохступеневої фракціонованої сатурації.

· Спосіб пересатурування до рН нижче оптимального в основному застосовується при переробленні буряків низької якості для покращення седиментаційно-фільтраційних властивостей осаду соку І сатурації. Проте, як відомо, за цих умов підвищується кольоровість соку та вміст солей кальцію, тому такий спосіб можна використовувати лише як крайню міру для покращення фільтрації

· При дефекосатурації вапно і сатураційний газ подають одночасно, завдяки чому протягом всього процесу сатурації є можливість підтримувати певне задане значення рН. Такий спосіб позитивно впливає на фільтраційну здатність осадів, тому що СаСО₃ кристалізується із менш пересичених розчинів протягом тривалого часу, а це забезпечує утворення кристалів СаСО₃ більших розмірів. Низька лужність зумовлює також до меншого розкладу РР, в результаті чого сік одержується меншої забарвленості, але недостатньо термостійкий.

Одночасна дефекосатурація є одним із ефективних способів укрупнення частинок сатураційних осадів і покладений в основу Брауншвейської схеми очищення, в якій така дефекосатурація проводиться в три ступені. В умовах цукрових заводів України одночасну дефекосатурацію можна проводити в разі необхідності різного покращення фільтраційної здатності осаду соку І сатурації, відключивши або максимально скоротивши основну дефекацію та перерозподіливши частину вапна безпосередньо в сатуратор.

· Внутрішня багаторазова рециркуляція проводиться за умов модернізації конструкції апаратів І сатурації, із встановленням внутрішньої циркуляційної труби (рис.4) або секціонування внутрішнього об’єму за рахунок радіальних перегородок, що утворюють декілька рециркуляційних контурів (рис.5). Така рециркуляція сприяє не тільки покращенню фільтраційних властивостей осаду, аде й зумовлює до зменшення вмісту вільного вапна у фільтраційному осаді.

Розроблений нами спосіб модернізації типових сатураторів із організацією внутрішньої безнасосної рециркуляції та зони з підвищеною лужністю за рахунок встановлення променевих барботерів, циркуляційної труби та підведення дефекованого соку через карбонізатор-розподільник дозволяє значно підвищити ефективність проведення І сатурації. Карбонізатор-розподільник забезпечує також одержання ефекту так званої “маятникової” сатурації, що значно покращує фільтраційні властивості соку. Спосіб впроваджено на 9 цукрових заводах. Встановлено, що за цих умов досягається ступінь використання діоксиду вуглецю до 75%, значно покращується фільтраційна здатність соку та спрощується управління процесом, підвищується загальний ефект очищення на 1,4…1,9 %.

Рис. 4 Схема сатуратора із внутрішньою циркуляційною трубою та карбонізатором- розподільником:

1 – корпус; 2- циркуляційна труба; 3 – барботер; 4 – трубопровід дефекованого соку; 5 – карбонізатор-розподільник; 6 – трубопровід сатураційного газу

Наприклад, на Чернянському цукровому заводі (Росія) після впровадження цих двох заходів були відключені відстійники попередньодефекованого соку, після чого кількість фільтрів ФІЛС-100 соку І сатурації не збільшилась, а один вакуум-фільтр було виключено. На Чортківському цукровому заводі за аналогічної ситуації при середньодобовій продуктивності в 6800 т буряків в роботі було два, інколи три вакуум-фільтри, а витрата фільтрувальної тканини за сезон 2000 року була скорочена в порівнянні за аналогічний по тривалості 1999 року більш як на 30 %. Аналогічні результати одержані на Гнідавському, Володимир-Волинському та Валуйському (Росія) цукрових заводах. До речі, на останньому через обвал футеровки в одній з двох вапняно-випалювальних печей завдяки високому ступеню утилізації вуглекислого газу та добрих фільтраційних властивостей сатураційних осадів вдалося більше місяця працювати із загальною витратою вапна на очищення в межах 1,9…2,0 % СаО до м.б. без зниження продуктивності заводу. І що цікаво, Валуйський цукровий завод за результатами сезону 2000 р. зайняв 1 місце в Росії по виходу цукру та коефіцієнту виробництва.

Проте, як показала практика, на заводах невеликої потужності за наявності сатураторів малого діаметру (до 3 метрів) не доцільно застосовувати циркуляційну трубу через ускладнення при цьому проведення ремонтно-очисних робіт та частому “провалюванню” сатуратора внаслідок утворення “факельного” режиму. Тому нами запропонована нова конструкція апарата з секційними циркуляційними контурами (рис.5).

Модернізований за таким принципом сатуратор два сезони відпрацював на Соснівецькому цукровому заводі, що дозволило підвищити чистоту очищеного соку на 0,9 %, а ефект очищення – на 2,8 %, підвищити ступінь використання вуглекислого газу на 13 % і зменшити

витрати вапна на 0,1 % СаО до м.б. Крім цього, значно поліпшилось керування процесом сатурації. За таким принципом проведена модернізація апарата ІІ сатурації на Красилівському та Клембівському цукрових заводах.

Рис. 5 Схема прямоточно-рециркуляційного сатуратора, секційонованого шляхом встановлення радіальних перегородок:

1 – корпус; 2 – радіальні перегородки; 3 – трубопровід підводу сатураційного газу; 4 – патрубок; 5 – барботер; 6 – радіальні промені; 7 – більші секції; 8 – колектор сатураційного газу; 9 – труба; 10 – трубопровід; 11 - сепаратор

Двоступенева сатурація. Процес І сатурації найбільш доцільно проводити у два ступені у двох окремих сатураторах, про що свідчать дані практичної роботи за даною схемою заводів: Шепетівського, Пальмірського, Волочиського, Ланівецького, Чернянського та ін. Двоступенева І сатурація з організацією в І “Б” сатураторі внутрішньої рециркуляції дозволяє не тільки підвищити ефект адсорбційного очищення соку та підвищити ступінь використання діоксиду вуглецю з одночасним зменшенням витрат вапна, але й значно покращити седиментаційно-фільтраційні властивості осаду соку І сатурації. Крім цього, правильне проведення двоступеневої сатурації дозволяє організувати повертання на попередню дефекацію карбонізований на 50 % дефекований сік після І “А” сатуратора, що скорочує кількість повертань більш як на 30 % та значно підвищує ефективність процесу попередньої дефекації. Такий спосіб впроваджено на Волочиському та ім.Цюрупи цукрових заводах, що дозволило не тільки підвищити якість цукру, але й знизити витрати вапна на 0,18…0,20 % СаО до м.б. і значно покращити фільтраційні властивості соку І сатурації.

2.4.7. ІІ вапнокарбонізація. Мета ІІ дефекосатурації - завершення максимально можливого розкладу РР, додаткове адсорбційне очищення соку та зниження в ньому до мінімуму вмісту солей кальцію (Л= 0,02%СаО, рН = 9,0...9,5).

Вважається, що головну роль в процесах ІІ сатурації виконують луги - калій та натрій, які знаходяться в ДС у вигляді органічних та неорганічних солей кислот. При добавленні вапна проходять реакції обміну, в результаті яких вивільнюється частина лугів у вигляді гідроокисів. Їх суму в еквіваленті СаО називають натуральною лужністю. Величина останньої залежить від вмісту К та натрію в буряках та від кількості кислот, які не утворюють з вапном нерозчинного осаду. Чим більше таких кислот, тим менша величина натуральної лужності (НЛ).

Вміст солей кальцію в соку буде найменшим, коли гідроокиси калію та натрію будуть перетворені в карбонати, які в свою чергу переводять розчинні солі кальцію в осад у вигляді карбонату. В залежності від якості буряків величина опти-мальної лужності складає від 0,018 до 0,022%СаО, що відповідає рН соку 8,5–9,4.

мг СаО/

100 мл - НЛ Мал. 6. Залежність вмісту

16 солей кальцію в соку під час

12 оНЛ

+НЛ

8 8,5 9,0 9,5 10 рН

Теоретичну НЛ визначають, титруючи фільтрований сік І сатурації по ф/ф та віднімаючи вміст солей кальцію, визначеного комплексометричним способом. Але так як титрування по ф/ф закінчується при рН 8,2, то в показник НЛ входить і буферна лужність (аміачна), яка не впливає на видалення солей кальцію. Тому більш правильно користуватися показником “ефективної лужності”, яку визначають, титруючи сік до рН 9,2. Знаючи ЕЛ, можна визначити кількість соди, яку потрібно добавити в сік, якщо ЕЛ менше 0,005% СаО:

mNa₂COз = 18,9 (0,005 – ЕЛ), кг/м³

Величина ЕЛ, як і НЛ, залежить від складу сировини, умов проведення процесу дифузії та очищення. Різноманітні порушення технологічного режиму (перегрів соку на ДУ, інфікованість мікроорганізмами, підвищений вміст мезги, мала витрата вапна, надлишкова рециркуляція соку, неритмічність роботи заводу) зумовлюють до зниження ЕЛ соку. Тому доцільно визначати її у всіх соках, починаючи з ДС, тому що ЕЛ має бути постійною.

В соку ІІ сатурації частина карбонату кальцію не випадає в осад, а залишається в розчині в пересиченому стані і може сягати 60-70% до загального вмісту в насиченому стані. Утворення пересиченого розчину зв’язано з дією ВМС (пектин, білок, декстрин), які затримують утворення та ріст СаСОз. З підвищенням температури, збільшенням вміст СаСОз та перемішуванні вплив захисної дії колоїдів зменшується.

Для зниження вмісту солей кальцію на ІІ сатурації в сік добавляють соду, що в ряді випадків не тільки не зменшує “загорання” ВУ, а навпаки, збільшує. Це зв’язано з тим, що солі кальцію за добавленням соди видаляються нерівномірно в залежності від концентрації вільних іонів Са та СОз. Видалення солей кальцію можна вважати безпечним, якщо відношення концентрації Іонів Са до СОз буде близьким до одиниці. Якщо воно буде порушено в сторону збільшення вмісту СОз, то на ВУ можливо випадання ще більшої кількості осаду в порівнянні з тим, що було без оброблення соку. Пояснюється це присутністю в соку значної кількості таких солей кальцію, як комплексні з’єднання з амінокислотами, які при згущенні випадають в осад.

Крім соди добавляють і тринатрійфосфат, який утворює з кальцієм малорозчинний трикальційфосфат. Останній випадає в осад значно повніше і скоріше, крім цього він не утворює на поверхні нагріву накипу. Нормативна витрата соди складає 5 кг на 100 т буряків, тринатрійфосфату – 10 кг. Соду бажано добавляти в контрольний ящик І сатурації, або навіть на ПВ, тому що при внесенні в контрольний ящик ІІ сатурації на ряді заводів спостерігається деяке зниження рН соків та сиропу. Тринатрійфосфат добавляється в сік ІІ сатурації.

Але потрібно пам’ятати, що вказані реагенти – сильні мелясоутворювачі: одна маса лужної добавки переводить в мелясу приблизно 5,5 одиниць цукрози, тобто на 1 т соди додатково в мелясу перейде 5 т цукру.

Вважається, що при переробленні буряків доброї якості вміст солей кальцію в очищеному соку складає 0,02 – 0,04 % СаО на 100 г СР соку, а соку середньої якості – 0,04 – 0,07%. На наших заводах ця величина часто набагато вища - від 0,1 до 0,5 %, що зв’язано з переробленням буряків погіршеної якості та проведенням технологічних процесів в неоптимальному режимі.

К.Вуков запропонував визначати коефіцієнт правильності очищення соку (Кс)

Солі Са в соку ІІ сат.

Кс = ------------------------------------

0,224 РР_д.с. + 2 a-амін. азот

Якщо Кс до 0,1 – очищення добре, до 0,3 – посереднє.

Зняттю пересичення СаСОз в соку ІІ сатурації також сприяє проведення процесу з внутрішньою рециркуляцією.

Багато спеціалістів вважає, що за умов перероблення буряків низької якості більш важливим показником, ніж вміст солей кальцію, є лужність сиропу, тобто рН його не менше 8,0.

Досить ефективним засобом зняття пересичення на ІІ сатурації є добавлення невеликої кількості вапна перед ІІ сатурацією.

Додаткове вапнування перед ІІ сатурацією. Параметри дефекації перед ІІ сатурацією: рН = 11,0, тривалість – до 5 хв. Зрозуміло, що при таких параметрах з витратою вапна 0,25% СаО до м.б. говорити про реакції розкладу та додаткову адсорбцію нецукрів можна цілком умовно.

Але при переробленні буряків низької якості вапнування перед ІІ сатурацією може сприяти покращанню наступних показників роботи заводу:

· Ефект очищення соку підвищується на 3...10% за рахунок адсорбції амінокислот, декстрину, меланоїдінів, продуктів розкладу РР;

· Зменшується ступінь “загорання” ВУ та полегшується уварювання утфелів в результаті зменшення вмісту солей кальцію на 20-30%;

· Підвищується термостійкість соку. Доказано, що за витрати 0,3% СаО до м.б. при 95°С за 3 хв. розкладається майже 100% РР, якщо їх вміст в ДС складав 0,4% до м.б. Але тривалість більше 6 хв. небажана, тому що за цих умов може наступити розклад Цк.

· Зменшується ступінь “загорання “ підігрівачів перед ІІ сатурацією, якщо вапно добавлено до підігріву.

Але досвід показує, що видалення нецукрів на ІІ сатураіїї за типовою схемою незначне, складає приблизно 5%, що майже в 3 рази менше у порівнянні з ПВ. Тому устремління по збільшенню витрат вапна на ІІ сатурацію за умов перероблення буряків нормальної якості необґрунтоване, а якщо говорити про перерозподіл вапна в сторону більшого його кількості на ІІ сатурацію за рахунок зменшення на І сатурацію взагалі не витримує критики.

Способи зниження вмісту солей кальцію. Кальцієві солі в соку ІІ сатурації з технологічної точки зору потрібно розділяти на дві групи:

· Солі тимчасової жорсткості, у формі пересиченого розчину карбонатів, що здатні кристалізуватися за перемішування чи кип’ятіння соку в присутності частинок СаСОз;

· Солі постійної жорсткості, котрі не випадають в осад під час кип’ятіння та не сорбуються карбонатом кальцію.

Тому на ІІ сатурації в основному необхідно боротися за максимальне видалення першої групи солей. Проведені досліди з дозрівання соку ІІ сатурації за його попереднього оброблення вапном показали, що ефект дозрівання залежить від рН не фільтрованого соку. Так, якщо рН соку відповідає оптимальному його значенню по мінімуму вмісту солей кальцію ефект дозрівання дорівнює нулю.

Якщо ж рН соку ІІ сатурації нижче оптимального значення, дозрівання при 90^о С за 5 хв. завершується та дає позитивний ефект, вміст солей кальцію помітно зменшується.

При рН не фільтрованого соку ІІ сатурації вище оптимального значення в процесі дозрівання вміст солей кальцію в соку помітно збільшується.

Підвищення величини НЛ. За умов перероблення буряків з низькою НЛ отримати сироп із лужною реакцією можна двома шляхами:

1. сік ІІ сатурації сатурувати до більш високої лужності – 0,025...0,03% СаО, що приблизно на 0,005-0,01% вище за оптимальне значення. Звісно, при цьому має місце дещо завищений вміст солей кальцію, які можуть випасти на поверхні нагріву ВУ. Але це дозволяє уникнути отримання кислих сиропів і тим самим розклад Цк.

2. Підвищити величину НЛ можна шляхом добавлення соди або тринатрійфосфату. Цей спосіб дозволяє отримати більш термостійкий сироп та сприяє меншому “загоранню” ВУ в порівнянні з 1 способом. Але недоліком його є додаткові втрати Цк в мелясі.

3. використання іонообмінників є найбільш ефективним способом пом’ягчення соку ІІ сатурації, але класичні способи мають суттєві недоліки. Основним з яких є великі початкові затрати, утилізація відходів та ін. Але вже розроблені способи використання іонообмінників, коли регенерація здійснюється сірчаною кислотою за схемою:

R –COOH + NaOH ® R-COONa + H2O

RCOONa + CaAn ® (RCOO)2Ca + Na2An

(RCOO)2Ca + H2SO4 ® RCOOH + CaSO4

і регенераційна рідина подається в дифузійний апарат для підвищення концентрації СР жому.

Апаратурне оформлення процесу. НВО “Цукор” розробило і впровадило на багатьох заводах України установку типу Ш1-ПСВ, яка складається з дефекатора перед ІІ сатурацією, апарата ІІ сатурації та дозрівача. На більшості ж цукрових заводів для ІІ сатурації використовують безбарботерні апарати з решітками чи без них, що працюють за принципом протитечії, а реально – при однаковій лужності. Недоліками цих апаратів є мала ступінь утилізації СО₂ (≈ 55 %), незначне використання адсорбційної здатності частинок СаСО₃ та саме головне – нестабільність в підтримуванні заданої кінцевої величини рН соку.

При використанні вапна на дефекацію перед ІІ сатурацією потрібно мати на увазі, що адсорбція нецукрів в такому разі завершується при ≈ 9,3, тобто за зовсім інших умов, ніж на І сатурації. Тому прагнення до збільшення витрати вапна на дефекацію перед ІІ сатурацією за рахунок зменшення його на І сатурацію при переробленні буряків нормальної якості необґрунтовано і не дає додаткового ефекту.

З метою підвищення ефективності ІІ дефекосатурації нами розроблений новий спосіб проведення процесу, згідно якого фільтрований сік І сатурації, змішаний з вапняним молоком в кількості 0,25…0,35 % СаО до м.б. та підігрітий до 93 ⁰С, подається не в дефекатор перед ІІ сатурацією, а на форсунки, розташовані у верхній частині апарату ІІ сатурації. При цьому за рахунок контакту високолужного соку з відпрацьованим сатураційним газом відбувається часткова карбонізація гідроксиду кальцію (приблизно 18…22 %). За допомогою спеціального пристрою розпилений і частково карбонізований сік збирається у верхній частині апарату і самопливом подається у верхню частину дефекатора. При необхідності туди подається ще до 0,1 % САО та забезпечується тривалість ІІ дефекації не менше 3 хвилин для максимально можливого розкладу РР та амідів. З дефекатора сік подається в нижню частину апарату ІІ сатурації, обладнаного внутрішньою циркуляційною трубою і променевим барботером, де обробляється свіжим сатураційним газом до оптимальної лужності. Тобто фактично процес ІІ сатурації проводиться у дві стадії.

Така конструкція нижньої частини сатуратора дозволяє організувати в апараті прямоточно-рециркуляційний режим руху сокогазової суміші. За рахунок підвищеної приведеної швидкості газового потоку, що забезпечується малою площею циркуляційної труби та інтенсивним барботажом сатураційного газу, в декілька разів збільшується швидкість утворення частинок СаСО₃, що також є важливою умовою підвищення їх адсорбційної здатності. Процес утворення міцел карбонату кальцію проходить та завершується у внутрішньому об‘ємі циркуляційної труби (зона “активної” сатурації), де соко-газова суміш рухається вгору за рахунок нижчої густини, ніж у соку. За межами циркуляційної труби сік опускається вниз, де утворення нових молекул СаСО₃ не відбувається, тому що в цей об‘єм свіжий газ не поступає, але йде активна кристалізація розчинених в соку карбонатів кальцію і магнію на готових частинках СаСО₃ (зона “пасивної” сатурації). Це сприяє не тільки різкому зниженню пересичення соку цими солями, але й покращує його фільтраційну здатність.

Проведення ІІ сатурації за розробленим способом дозволяє підвищити ступінь використання СО₂ до 82…85 % і підвищити чистоту соку ІІ сатурації. Останнє досягається тим, що утворені на дефекації перед ІІ сатурацією продукти розкладу інвертного цукру та амідів адсорбуються на присутніх в розчині високоактивних частинках СаСО₃, утворених при розпилюванні соку у верхній частині сатуратора (перша стадія сатурації). Завдяки високому ступеню дисперсності попередньоутвореного карбонату кальцію та його активації гідроксидом кальцію перед подачею в дефекатор збільшується електрокінетичний потенціал частинок осаду, що сприяє активній адсорбції новоутворених в процесі дефекації меланоїдінів та солей кальцію і їх “екрануванню” свіжоутвореним карбонатом кальцію на другій стадії сатурації. Тому наступне зниження лужності до оптимальної для соку ІІ сатурації не зумовлює їх десорбції.

За описаним принципом в сезон 2001 року на цукровому заводі ім.Цюрупи була змонтована установка для проведення ІІ дефекосатурації, яка працювала більше 7 тижнів. Проведенні дослідження показали, що ведення процесу за таким способом зумовлює до зниження в очищеному соку вмісту солей кальцію на 15…17 % та забарвленості на 19…23 %, підвищенню чистоти на 0,30..0,38 од.

Крім того, значно підвищується ступінь поглинання СО₂, який склав в середньому 83 %, що на 30 % перевищує аналогічний показник за типовим способом.

Дата добавления: 2014-01-07