автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Повышение эффективности технологоческих процессов очистки диффузионного сока

Р Г Б Ой

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

На правах рукопису

ПУШАНКО НАТАЛІЯ МИКОЛАЇВНА

аг

УДК 664.1.038.8

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ОЧИЩЕННЯ ДИФУЗІЙНОГО СОКУ

05.18.05-Технологія цукристих речовин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ -1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному університеті харчових технологій.

Наукові керівники:

доктор технічних наук, професор каф. ТЦ, УДУХТ Рева Леонід Павлович

кандидат технічних наук, доцент, зав. ПНДЛ УДУХТ СІмахІна Галина Олександрівна

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, зав. каф. ОП та ЦО, УДУХТ Купчик Михайло Петрович

кандидат технічних наук, ст. науков. співр., керівник науково-дослідного центру НВО «Спектр»

Хорунжа Любов Василівна

Провідна організація: ІПК Держхарчопрому України, кафедра технології

цукру та цукристих речовин

Захист відбудеться «Д» ^/¿//¿¿¿1998 р. о^годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 26.058.04 в Українському державному університеті харчових технологій за адресою : 252033, м. Київ -33,

вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного університету харчових технологій.

Автореферат розіслано 998 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої Ради, к.т.н. 0~7/£-Є/С у Федоренченко Л.О.

ВСТУП

Актуальність роботи. Україна традиційно вважалася одним з головних та стабільних виробників цукру в світі. Вона була і є провідним постачальником цукру в країни СНД. Однак в останні роки цукрова промисловість України зазнала значного спаду. На сьогоднішній день ступінь вилучення цукру з заготовленого буряка становить 71 %, що на 12,5 % менше, ніж у розвинених країнах. Враховуючи те, що цукор для України є продуктом стратегічного значення, подальшому розвитку цукрової промисловості України має приділятися особлива увага.

Вирішення поставлених перед цукровою промисловістю завдань неможливе без подальшого розвитку та удосконалення технології виробництва цукру, зокрема процесів очищення дифузійного соку, які є важливою ланкою у цукровому виробництві. Від ефективності їх проведення значною мірою залежить вихід цукрози, її вміст в мелясі, а також витрати допоміжних матеріалів та паливно-енергетичних ресурсів в процесі виробництва.

За останні роки апаратурно-технологічне оформлення схем очищення зазнало значних змін. Не зважаючи на велику кількість виконаних досліджень, не всі поставлені питання мають кінцеве рішення. В зв'язку з цим особливого значення набуває вибір раціонального напряму в удосконаленні технологічних параметрів процесів очищення при економному використанні паливно- енергетичних ресурсів.

В технології цукрового виробництва необхідно впливати на результативність всіх стадій процесів очищення, які варто розглядати не окремо один від одного, а комплексно, оскільки такий підхід є визначальним при підвищенні ефективності їх проведення.

Мета роботи полягає в удосконаленні існуючого способу очищення дифузійного соку за рахунок технологічної оптимізації процесів переддефекації, основної дефекації га І сатурації, застосування комбінованої додаткової обробки хлорним вапном і порційним додаванням дифузійного соку на заключних стадіях процесу переддефекації, розробки ефективної конструкції відстійника для відділення осаду соку І сатурації.

Наукова новизна роботи. Розроблено метод контролю оптимальних величин рН та лужності соку попередньої дефекації та І сатурації на основі залежностей електропровідності та лужності фільтрованих соків від рН.

Отримано формули для визначення залежності оптимальних величин лужності переддефекації та І сатурації від чистоти дифузійного соку.

Вивчено можливість додаткового вилучення високомолекулярних сполук в процесі переддефекації за рахунок спільної дії порційних добавок дифузійного соку та хлорного вапна на пвреддефекований сік.

Досліджено вплив умов проведення гарячого ступеню основної дефекації для визначення раціональних параметрів процесу (температури та тривалості) на динаміку пептизації білкового коагуляту та отримано аналітичне рівняння, яке описує процес пеп-тизації.

Одержано експериментальні дані щодо впливу кінцевої величини рН та лужності І сатурації на ступінь адсорбційного вилучення аніонів кислот, білкових та барвних речовин.

Вивчено вплив оптимальних режимів проведення процесів переддефекації та І сатурації на якісні показники очищеного соку.

Досліджено вплив витрат вапна для очищення дифузійного соку на адсорбційну здатність карбонату кальцію в умовах І сатурації.

Обгрунтована можливість інтенсифікації процесу відстоювання осаду соку І сатурації за рахунок раціональної форми відстійної камери.

Практична цінність та реалізація результатів роботи.

Методика визначення оптимальних величин рН та лужності переддефекації була випробувана на Городоцькому цукровому заводі і рекомендована комісією до впровадження. Акт випробувань додається в дисертації.

Використання додаткових реагентів при проведенні процесу переддефекації дозволяє підвищити ступінь вилучення високомолекулярних сполук без збільшення витрат вапна на очищення соку. При цьому підвищуються якісні показники очищеного соку та загальний ефект очищення на дефекосатурації. Запропонований спосіб проведення переддефекації з використанням хлорного вапна та порційного додавання дифузійного соку на кінцеву стадію процесу був випробуваний в умовах Жашківського цукрового заводу. Економічний ефект від впровадження даного способу для заводу потужністю 2000тбуряка на добу складає 114231,6 грн у цінах 1996 р.

Експериментальний зразок розробленого відстійника комбінованого типу (Патент України № 22752 А) пройшов успішні випробування на Кагарлицькому цукровому заводі в сезон 1996 року. Ata випробувань у дисертації додається.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці методик досліджень, організації та проведенні експериментів в лабораторних та виробничих умовах, обробці отриманих результатів і їх узагальненні, а також підготовці до публікації результатів проведених досліджень.

Автор приймала участь у дослідно-промиспових випробуваннях методики визначення оптимальних величин рН та лужності переддефекації на Городоцькому цукровому заводі, способу проведення переддефекації на Жашківському цукровому заводі та відстійника для відділення сатураційних осадів на Кагарлицькому цукровому заводі.

Вірогідність отриманих результатів підтверджується використанням сучасних фізико-хімічних методів досліджень, адекватністю отриманих результатів в лабораторії та під час промислових випробувань.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і схвалені на Всеукраїнській науково-технічній конференції «Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання в харчовій та переробній промисловості» (Київ,1995 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції «Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та

з

переробну промисловість» (Київ, 1997 р.), на науково-технічних конференціях УДУХТ (1996,1997 рр.).

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 6 друкованих праць та одержано Патент України.

Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, шести глав, загальних висновків, списка використаних джерел, що включає 158 найменувань вітчизняних та зарубіжних авторів та додатків. Роботу викладено на 158 сторінках основного тексту, вона містить 23 рисунки та 10 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі та першому розділі обгрунтовано актуальність вибраного напряму досліджень, розглянуто поведінку основних груп нецукрів дифузійного соку на дефекосатурації. Відзначено необхідність удосконалення методів дослідження раціональних режимів та способів підвищення ефективності технологічних процесів очищення дифузійного соку. Приведено загальну характеристику обладнання для відділення сатураційних осадів. На основі аналізу стану теоретичних та прикладних досліджень у вітчизняних і зарубіжних літературних джерелах сформульовано мету та завдання досліджень.

РОЗХИЛ 2 присвячено відбору та удосконаленню методик дослідження основних технологічних показників. Приведено характеристику об'єкту дослідження. Описано методики аналізу фізико-хімічних показників соків, обгрунтовано кількість окремих дослідів, необхідних для досягнення потрібної точності кінцевих результатів.

РОЗДІЛ з присвячено методам підвищення ефективності процесу прогресивної попередньої дефекації дифузійного соку. Він складається з двох підрозділів, один з яких присвячено питанню технологічної оптимізації режиму переддефекації на основі визначення оптимальної кінцевої величини pH та лужності соку. Частота зміни оптимальної величини pH та лужності на переддефекації у виробничих умовах значно перевищує частоту П визначення в лабораторії. Одна з причин цього - відсутність оперативного та надійного методу визначення оптимального pH переддефекації, який був би придатним для виробничих умов і не залежав від відмінностей у якості сировини.

Проведено порівняльну перевірку методів встановлення оптимальної величини pH та лужності, які грунтуються на визначенні максимального саітлопропускання декантату та мінімальної оптичної густини фільтрованого пераддефекоеаного соку. Серед контрольних методів було вибрано методи кількісного визначення вмісту білкових речовин фотсколориметричним методом та аніонів кислот непрямим методом.

Порівняльний аналіз встановив, що для оперативного контролю найпридатнішим є метод УкрНДІЦП, який грунтується на визначенні мінімальної кольоровості фільтрованого переддефекованого соку. Співставлення запропонованих методів контролю оптимальної величини pH переддефекації виявило, що вони досить точно корелюють із повнотою вилучення білкових речовин та аніонів кислот, при переробці сировини високої та середньої якості. Це суттєво обмежує їх застосування для поточного контролю.

Отримані дані дозволили розробити метод визначення оптимальної кінцевої величини рН та лужності переддефекації, який не залежить від якості сировини. При контролі процесу переддефекації поряд із значенням рН слід визначати і лужність переддефекованого соку, оскільки вона є більш чутливим показником стану середовища, ніж рН. Для більш повного контролю поряд із вимірюванням лужності соків визначали також і їх електропровідність залежно від кінцевого значення рН переддефекації. В основу розробленого методу знаходження оптимальної кінцевої величини рН та лужності переддефекації було покладено вивчення зміни лужності та електропровідності фільтрованих соків попередньої дефекації залежно від їх рН. При цих же значеннях рН вимірювали вміст в соках білкових речовин та аніонів кислот. Отримані" дані представлено на рис. 1.

Рис. 1. Визначення оптимальної величини pH та лужності переддефекації:

1- електропровідність; 2-лужність;

3-вміст білкових речовин; 4- вміст аніонів кислот

Оптимальні значення pH та лужності переддефекованого соку графічно можна знайти, якщо до відрізків побудованих кривих провести дотичні і на їх перетині на осях абсцис та ординагт знайти точки, які будуть відповідати прогнозованому оптимуму. Запропонований метод визначення оптимальної кінцевої величини pH та лужності переддефекації корелює із мінімальним вмістом білкових речовин та аніонів кислот. Він придатний для аналізу соків різної якості, має нескладну методику та вимагає небагато часу для її виконання. Методика визначення оптимальної кінцевої величини pH та лужності соку переддефекації була випробувана на Городоцькому цукровому заводі і рекомендована комісією до впровадження.

. На основі проведених досліджень отримано залежність величини оптимальної лужності переддефекації від чистоти дифузійного соку. Використовуючи метод найменших квадратів, отримано аналітичне рівняння, яке має вигляд;

Аиот. =0.983-9,35' 1С3' Ча.е. (1)

де Лот-оптимальна лужність фільтрованого соку, % СаО; Чд.с. -чистота дифузійного соку, %.

За його допомогою можна визначати оптимальну лужність переддефекованого соку при зміні якості буряків та чистоти дифузійного соку.

Підрозділ 3.2 присвячено вдосконаленню технології попередньої дефекації за рахунок використання додаткового реагенту - хлорного вапна та порційного додавання у переддефекований сік дифузійного соку як флокулянту.

У таблиці 1 приведено результати дослідження впливу порційних добавок дифузійного соху та хлорного вапна на якісні та седиментаційні показники переддефекованолз соку.

Таблиця 1

Результати дослідження впливу додаткової обробки первддефекованого соку комбінованим способом

Проба Спосіб обробки переддефекованого соку Швидкість седиментації, см/хв схгсм осаду за 25 хв. % ЙМІСГ Оілкових сполук, % до м. соку

1 Добавка дифузійного соку 3.0 ±0,3% 23 ±1% о,зза±о,о4%

2 Добавка хлорного вапна 3,1 23 0,282

3 Добавка дифузійного соку та хлорного валка 3,6 20 0.273

4 Контроль (без добавок) 2,6 25 0,352

З аналізу даних таблиці вид но, що порційна добавка дифузійного соку в кінцевій стадії попередньої дефекації підвищує швидкість седиментації, але кількість білкових сполук, порівняно з контрольною пробою, зменшується лише на 3,7 %. У випадку введення лише хлорного вапна на попередню дефекацію (проба 2) швидість седиментації підвищується аналогічно пробі 1, але кількість білкових сполук, порівняно з контрольною пробою, зменшується на 19,8 %, що свідчить про додатковий ефект вилучення високомолвкулярних сполук. Отже, найбільш ефективним з точки зору як седиментаційних характеристик, так і вмісту білкових сполук у фільтраті переддефекованого соку є комбінований спосіб з використанням спільної обробки переддефековзного соку хлорним вапном та порційним додаванням дифузійного соку (проба 3), при цьому приспосгерігається значне підвищення швидкості седиментації (в порівнянні з контрольною пробою в 1,4 рази), а додатковий ефект вилучення білкових

сполук дорівнює 22,4 %.— -------------------------------------------------

Дані експериментів. показують, що проведення попередньої дефекації з використанням додаткової обробки дає змогу отримати осад, стійкий до пептизуючої дії вапна в умовах основної дефекації, що особливо важливо при переробці сировини низької якості. При додатковій обробці соку в процесі переддефекації, в умовах основної дефекації в сіх переходить на 10 % менше білкових речовин, ніж для соку, який було | оброблено за типовою схемою.

В 4 РОЗДІЛІ досліджено раціональні технологічні параметри режиму основної дефекації шляхом вивчення розкладу переддефекаційного осаду в умовах основної дефекації залежно від температури та тривалості проведення процесу.

Визначено раціональні умови проведення основної дефекації при очищенні дифузійних соків різної якості. На рис. 2 приведено результати досліджень динаміки переходу білкових сполук з переддефекаційного осаду в сік на гарячому ступеню основної дефекації, залежно від температури та тривалості проведення процесу при переробці сировини різної якості.

Вміст

&ЛКО-

аюс

0,4

0,3

0,2

0,1

> г—. > S

г А /

—! , А

1— у* л

— — 1 г"’ , " Г-—« 1— " Г-" 1— J

10

15 20

25

часхз

а) 6)

. Рис. 2. Динаміка переходу білкових сполук на основній дефекації при температурах:

, а) 90 0 С; б) 850 С

для дифузійних соків чистотою:"!- ео.55 %; 2- 83,62 %; 3- 85,47 %; 4- 87,28 %; 5- 88,41 %

Для соків низької чистоти проведення гарячого ступеню основної дефекації при температурі 90 0 С протягом 5 хв підвищує вміст білкових сполук у фільтраті соку (крива 1, рис.2а) на 10 %, при подальшому збільшенні часу на 5 хв в сік з осаду переходить ще 22 % білків. Якщо тривалість основної дефекації збільшити до 30 хв, то в розчин з осаду перейде близько 42 % білкових речовин, порівняно з їх початковим вмістом. Для соків середньої якості (рис.2а, криві 2 та 3) раціонально тривалість основної дефекації при температурі 90° підтримувати у межах 10 хв„ при цьому в розчин з осаду переходить, в-середньому, до 10 % білкових речовин. Подальше проведення процесу підвищує інтенсивність розчинення білкового коагуляту і після 30 хв проведення основної дефекації ступінь переходу білкових сполук досягає 38 %. При зниженні температури до 85° С для цих же соків (рис. 26) тривалість основної дефекації можна подовжити на 5 хв.

Очевидно, що при переробці сировини високої якості (рис. 2, криві 4,5) при температурі 90 0 С інтенсивне розчинення коагуляту починається після 25 хв проведення процесу, а при температурі 85°С-після 30хв.

Зниження температури до 75° С дає можливість зменшити розчинення білкового коагуляту однак підтримання такої температури в заводських умовах з технологічної точки зору недоцільне, оскільки при цьому не забезпечується достатня термостійкість соків і можуть виникнути труднощі на подальших ланках технологічного процесу, в першу чергу на випарній станції.

На основі отриманих закономірностей запропоновано аналітичне рівняння, яке описує приріст білкових речовин за рахунок їх переходу з осаду коагуляту в умовах гарячого ступеню основної дефекації. Це рівняння має вид:

АС=С0(1-е'к(чЛг)) (2)

де /ІС-прирісг вмісту білкових сполук; Со -початковий вміст білкових сполук в дифузійному соці, % до м.с.; к-коефіцієнт, що залежить від Ч-чистоти дифузійного соку,%; І-температури проведення процесу основної дефекації, °С ; і-тривалість проведення процесу, хв.

Встановлено, що за рахунок розкладу переддефекаційного осаду в умовах гарячого ступеню, вміст білкових сполук та кольоровість може підвищуватися на 50 %, а вміст аніонів кислот може підвищитися вдвічі стосовно переддефекованого соку. Отримані дані вказують на те, що динаміка наростання кольоровості та вмісту аніонів кислот в умовах гарячого ступеню основної дефекації не може служити критерієм для визначення раціональних параметрів проведення процесу, оскільки значною мірою залежить від вмісту в соках інвертного цукру.

В РОЗДІЛІ 5 наведено результати дослідження раціональних параметрів технологічного режиму І сатурації. Він складається з п'яти підрозділів, з яких окремий присаячено вивченню ступенів вилучення аніонів кислот, білкових та барвних сполук в умовах І сатурації.

Ступені вилучення основних груп нецукрів розраховували відносно дефекованого соку в умовних одиницях, або у %. У якості об'єктів дослідження нами була вибрана адсорбція аніонів кислот, білкових та барвних речовин.

На основі отриманих даних для дифузійних соків різної чистоти будували графіки залежностей ступенів вилучення аніонів кислот, білкових та барвних речовин залежно від кінцевого рН І сатурації, які зображено на рис. З (а,б, в). Встановлено, що ступінь вилучення нецукрів в умовах І сатурації залежать від якості сировини. Як видно з рис. За, максимальний ступінь вилучення аніонів кислот, білкових та барвних речовин в умовах І сатурації для дифузійного соку низької чистоти спостерігається при значенні рН 11,2 ( лужність соку 0,149 % СаО). В процесі подальшого зниження рН від 11,2 до 9,8 ступінь вилучення нецукрів зменшується. Адсорбційна здатність карбонату кальцію знижується і переважає процес десорбції нецукрів з його поверхні. При зниженні значення рН від 11,2 до 10,8 в розчин з осаду переходить до 8 % аніонів кислот та 13 % барвних речовин, а при зниженні рН до 10,6 ці показники збільшуються, відповідно, на 21 та 26 %. При пересатуруванні соку до значення рН 9,8 вміст білкових речовин в соці може зростати на 50 %, а вміст аніонів кислот - на 45 %, кольоровість - на 60 %.

в

вилученні нє-

ум. ОД

0,3

0,2

0,1

\

Ь- ч

і**'

V V

N

Ступінь »нлучен-«я иеаук-рів. ум. од

0 JS Oj 0,* 0,3

>

^. * А ^ д \ S, ^г

10,0 10,4 10,8 11,2 11,в pH 10,0 10,4 10,в 11,0 11,4 11,8 pH

¡0 б)

Рис. 3. Ступінь вилучення нецукрів залежно від кінцевого значення pH І сатурації (а) Чд. ооч=81 %; б) Мд соч= 88,72 %; )

1- аніони кислот; 2-6apsni речовини; З-білкові речовини

Для сировини високої якості ступінь вилучення аніонів кислот та барвних речовин становить 75-80 % (рис. 36). Згідно даних рис.За, при пересатуруванні соку високої якості до значення pH 9,8, з осаду в сік, порівняно із соком середньої чистоти, переходять на 21 % менше аніонів кислот, кольоровість при цьому нижча на ЗО %.

Відділення переддефекаційного осаду підвищує ступінь вилучення нецукрів в умовах І сатурації. Ступінь вилучення білкових речовин збільшується на 34 % (рис. 4), аніонів кислот та барвних речовин - на ЗО %.

Ступінь вилучених нецукрів, ум. од.

0,6

0,4

од

-4 г-> Ui- ай

і 2- \ V

І Xа , j * * ** £ Ж ( z v і <г2е S".

fc-' L4 X \ с* N. І

Криві 1,2,3-схємз 6s . відділення осаду Криві 1а, 2а, За-схем з відділенням осаду 3

іа ч

10,0 10,4 10,6 11,0 11,4 11,8 рН

. Рис. 4. Ступінь вилучення нецукрів залежно від рН І сатурації при відділенні та без відділення переддефекаційного осаду (1,1а-аніони кислот, 2,2а-барвні речовини, З.За-білкові речовини)

При пересатуруванні соків відбувається пелтизація білкового коагулят, в результаті якої може підвищуватися кольоровість соків на ЗО %. При пересатуруванні до значення рН 9,8 за рахунок переходу з осаду в сік вміст білкових речовин у

фільтраті підвищується до 60 %, а при відділенні переддефекаційного осаду ця величина становить 25 % і є результатом десорбції з поверхні СаСОз-

Проведені дослідження показали, що зона рН, в якій відбувається максимальне вилучення нецукрів з дефекованого соку, для соків різної чистоти практично однакова і коливається в межах 11,0-11,2, однак значення оптимальної лужності при цих величинах рН буде різним. Таким чином, при встановленні оптимального значення рН на І сатурації, особливо при зміні якості сировини, необхідно коригувати цю величину із значенням лужності з урахуванням фільтраційних властивостей соків.

Отримана залежність оптимальної лужності І сатурації від чистоти дифузійного соку описується аналітичним рівнянням, яке дозволяє визначити оптимальну лужність І сатурації при зміні якості сировини:

Лот, =0,617-5,86 ІО3' Чо.е. (3)

де Лопт.-огттимальна лужність фільтрованого соку, % СаО; Чд.с.-чистота дифузійного соку.

Встановлено залежність електропровідності та лужності соку І сатурації від кінцевих значень рН І . сатурації. Цей показник маже служити критерієм при встановленні оптимальних величин рН та лужності в умовах І сатурації. На рис.5 зображено графічне визначення оптимальної величини рН та лужності на основі залежностей електропровідності та лужності соку І сатурації від його рН та визначення оптимальної величини рН за максимальним ступенем вилучення основних груп нецукрів

Ступі ю» ■нлучеян Лу. к«сп> Елетт роп* ЛГ А

ис- цукрш, С«0 кіст* \

0,5 ПСИ 80 А V }

0,4 4 £ V л

0,4 3 г р- А

0,3 0,3 я* С. ’ > $ \

0,2 40 вг' N

0,2 N

0,1 0,1 ?п

і *

9,8 10,0 10,4 10,8 11.2 11,6 рН

Рис. 5. Визначення оптимальної величини рН та лужності на І сатурації: 1-аніони кислот;

2-барвні речовини; 3-білкові речовини; 4-лужність; 5- електропровідність

Характер зображених на рис. 5 кривих ступеней вилучення основних груп нецукрів (криві 1-3) показує, що максимальний ступінь вилучення нецукрів спостерігається при значенні рН 11,1 та лужності фільтрованого соку 0,13 % СаО. В точці еквівалентності, яка визначена за кривого залежності Сф.е.=^рН), різка зміна електропровідності

(крива 5) спостерігається при pH 11,05 та лужності 0,127 % СаО (крива 4). Отже, при дослідженні залежності електропровідності соку І сатурації від його pH виявлено, що вона може служити критерієм при встановленні оптимальних значень pH та лужності у процесі І сатурації, оскільки враховує якісні показники соку, тобто ступінь його адсорбційного очищення від аніонів кислот, білкових та барвних речовин.

В підрозділі S.3. вивчено вплив витрат вапна для очищення дифузійного соку на ступінь вилучення аніонів кислот, білкових та барвних речовин в умовах І сатурації.

Ступінь вилучення аніонів кислот та барвних речовин для соку низької чистоти, як показано на рис. 6, на І сатурації при зменшенні витрат вапна до 1,6 % СаО, знижується, відповідно на 8,6 та 14 % . Ступінь вилучення білкових сполук становить ЗО % при витратах вапна 2,6 % СаО до м. буряка.

Фільтраційний коефіцієнт змінюється незначною мірою (а межах від 4,7 до 4,9) при витратах вапна в межах від 2,6 до 2 % СаО до м. буряка. При витратах вапна менше 2 % СаО починається його збільшення. Харахтар зміни кривої показує, що для витрат вапна нижче від 1,8 % СаО до м. буряка спостерігається різке зменшення ступенів вилучення аніонів кислот та барвних речовин, тобто в системі при цьому утворюється недостатня кількість карбонату кальцію. Про це свідчить також і різке підвищення фільтраційного коефіцієнту.

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Витрати вапна, % СаО

до м. буряіа

Рис.6. Вплив витрат вапна для очищення дифузійного соку на ступінь вилучення нецукрів та фільтраційні показники соку І сатурації (Ч диф. соку=80 %)

(1-аніони кислот, 2-барвні речовини, 3- білкові речовини; 4-фільтраційнийкоефіціент)

На основі отриманих результатів показано, що мінімальні граничні витрати вапна, які забезпечують необхідну адсорбційну здатність карбонату кальцію, становлять, залежно від якості сировини, 1,5-1,8 % СаО до її маси. Однак, для забезпечення нормальної фільтрації соку, враховуючи різну хімічну активність вапна, величину його витрат необхідно підвищити до 1,8 -2,0% СаО до м. буряка.

Швидке і повне відділення осаду соку І сатурації • один з найбільш відповідальних процесів, який ведуть, в основному, двома способами - фільтруванням та вистоюванням. На ефективність останнього значною мірою впливають гідродинамічні

умови процесу, які залежать від багатьох чинників, в тому числі і від форми камер відстоювання.

В підрозділі 5.4 приведено результати дослідження особливостей відстоювання сатураційних осадів у камерах різної форми (циліндричної та конічної). Отримані результати вказують на те, що конічна форма камери підвищує швидкість відстоювання сатураційного соку. Так, наприклад, при відстоюванні в конічній ємкості процес осадження практично закінчується через 8 хв. тоді, як у циліндрі за цей же період часу виділилася лише половина осаду.

Отримано залежності швидкості вістоювання сатураційного соку залежно від форми відстійної камери (конічної та циліндричної), причому при однаковій висоті, камери мали різний діаметр: діаметр першого циліндра дорівнював нижньому діаметру конічної ємкості, а діаметр другого циліндра був рівним її середньому діаметру. Аналіз графіку залежності швидкості відстоювання від часу (рис. 7) показує, що при відстоюванні в циліндрах переважає процес стисненого осідання (криві 2, 3), який починається після

2 хвилини і завершується на 8 хв. При відстоюванні в конічній ємкості (крива 1) такої закономірності не спостерігається. Після періоду підвищення швидкості за рахунок осадження частинок більших розмірів, починається період ущільнення осаду. При цьому процес відстоювання в конічній ємкості завершується за 8 хв, а об'єм осаду через 20 хв становить 25 %, тоді як в циліндричних ємкостях - через 15 хв, а об'єм осаду за 20 хв - 42 %.

2 А 6 8 10 12 14 16 18 20 22 час, та

Рис. 7. Залежність швидкості відстоювання соку І сатурації від форми та об'єму відстійної

камери:

1- конічна; 2,3- циліндрична з різним діаметром

З наведеного (рис. 7) графіка видно, що зміна діаметру циліндра не впливає на швидкість відстоювання: вона практично однакова в обох випадках, тоді як зміна форми ємкості може підвищувати швидкість відстоювання вдвічі.

Таким чином, розширення форми ємкості донизу, що забезпечує приріст площі осадження відповідно приросту концентрації частинок в кожному перерізі по висоті

ємкості, сприяє підвищенню швидкості відстоювання і, відповідно, скороченню тривалості процесу.

З отриманих результатів можна зробити висновок, що ефективність відстоювання значною мірою можна підвищити за рахунок застосування раціональних форм відстійних камер, які виключають режим стисненого осадження. Збільшення середньої швидкості відстоювання в таких камерах дозволяє підвищити продуктивність відстійника без застосування допоміжних засобів інтенсиф'кації процесу осадження (флокулянтів, вібрації тощо).

На основі проведених досліджень запропоновано конструкцію комбінованого відстійника для відділення осаду соку І сатурації. Інтенсифікація процесу відстоювання відбувається за рахунок виключення етапу стисненого осідання частинок. Конструкція такого відстійника захищена Патентом України (№ 22752 А) та пройшла успішні випробування на Кагарлицькому цукровому заводі.

В підрозділі 5.5 досліджено комплексний вплив оптимальних режимів проведення процесів очищення на чистоту соку II сатурації Отримані результати наведено в таблиці 2. Оптимальні величини рН переддефекації та І сатурації відповідно становлять 11,5 та 11,3, чистота дифузійного соку - 83,55 %.

Таблиця 2

Дослідження впливу оптимальних величин рН та лужності переддефекації та і сатурації на якісні показники очищеного соку

Na Д ос лі fíf Переддофакоммкй сіх СІкІсстурдцП Сіх Іістурації

pH Лфе. %СгС В*гіст білкових сполук, % дом.с. вміст аніон« кислот, %СвО H4100CP pH Лфс, %СаО Кольоровість, од. опт. густ, на 100 CP Ц&д- гість сед*- мекга* «А ем/хв Чис- тота, % Ксльо-рс вісті адепт, густ на 100 СР Вміст солей каль* на 100СР

1 11,5± 0.02% 0,14 ±0.022 0,213 ±0,04% 0,431 ±0,035% 11,1 ±0,022 0,087 ±0,02% 671,3 ±1.5% 2,4 ±0.3% 86,85 ±0.153 663,4 ±1.5% 0.296 ±0,035*

2 ' "1ІЇ5 0,143 0,219 0,427 11.3 0,125 655,5 2.3 87,44 651,6 0.242

3 11.1 0,1 0,336 0,532 11,3 0,123 662,2 2,3 86,96 658 0.312

4 -11,° 0,098 0,351 0,558 ,11.Р , 0,084 664 2,5 86,2 687,2 0,387

Отримані результати досліджень вказують на необхідність дотримання оптимальних величин pH та лужності при проведенні процесів дефекосатураційного очищення. При цьому очищений сік має мінімальну кольоровість та вміст солей кальцію, а отже, і найбільший загальний ефект очищення (25 %). Причиною зниження загального ефекту очищення на дефекосатурації при недотриманні оптимальних величин pH та лужності є недоосадження в умовах переддефекації білкових речовин та аніонів кислот, що при подальшому проведенні процесів погіршує якість очищеного соку.

В РОЗДІЛІ 6 приведено результати дослідно-промислових випробувань способу проведення переддефекації з використанням хлорного вапна та порційних добавок дифузійного соку як флокулянта на Жашківському цукровому заводі.

Комісія встановила, що впровадження способу проведення переддефекації дасть змогу знизити вміст солей кальцію та кольоровість очищеного соку відповідно на 6 та 16 %, підвищити чистоту очищеного соку на 0,9 %, що збільшує загальний ефект очищення на дефекосагтурації, в середньому, на 5 %. Акт дослідно-промислових випробувань у дисертації додається.

Таблиця З

Якісні показники соків Жашківського цукрового заводу по стадіях очищення

Чистота ПаогаваФаяоммиА ейк О* І сатурації OaDcarvDauV

АйфузіА- НОГОСО' ку.% ШВИДКІСТЬ оедамен-тацІТ. cMto ОбЧ* осаду, % ИЬид-КІСТЬ Є* диманта» Ції сн/хш Об'єм осаду, % Кольоровість, сд. опт. густ, на 100СР Чмс- теті,% Вміст со-лайіаль' цію. %СаО на100СР Кольоровість, ОД- опт. густ, на 100СР

Типом схема

84,54 40,15% 2,76 ±0,3% 25±1% 2,6 ±0,3% 22,5±1% 610±1,5% 88,5. ±0,15% 0,557 ±0,035 % 500,6± 15%

Запропонована схема

64,в ±0,15% 3.96 ±0,3% 17,5±1% 3,9 ±0,3% 15,0±1% 500±1,5% 89,4 ±0,15% 0,467 ±0,035% 470 ±1,5%

Підрозділ 6.2 вміщує результати дослідно-промислових випробувань запропонованої конструкції відстійника для відділення осаду соку І сатурації. Відстійник потужністю 160 т буряка на добу було встановлено та випробувано на Кагарлицькому цукровому заводі в сезон 1996 року. Відстійник працював паралельно з фільтрами типу ФіГІС. В період випробувань у переробку надходила сировина середньої якості; чистота дифузійного соку становила 83-85 % . Тривалість перебування соку у відстійнику 21 хв, середня розрахункова швидкість відстоювання 7,2 см/хв. Проби відбирали при стійкій роботі апаратів. - :

На основі порівняння ’ показників роботи відстійника та фільтру ФіЛС, що представлені в таблиці 4, можна зробити такі висновки.

Таблиця 4

Порівняльні дослідження роботи запропонованого відстійника та фільтрів ФіЛС

Ш Технологічні показники Сік після ФІЛС Декантат з відстійника

1 Лужність фільтрованого соку, %СаО 0,17±0,02% 0,15±0,02%

2 Температура сопу/ С 78±1% 72±1%

3 Кольоровість, од.олт.густ. на 100СР 753±1,5% 793,0±1,5%

4 Каламутність, Пп 0.32±0.02% 0,38±0,02%

5 Вміст солей кальцію, %СвО/1 ООСР 0,4в2±0,035% 0,4Q7±0,035%

в Густина суспензії, тіси? 1,17±0.1% 1,18±0,1%

Незначні відмінності у якостях соку досягнуто за рахунок збільшення швидкості осадження, а значить, зменшення часу перебування соку у відстійнику.Кольоровість соку після відстійника підвищується на 5,4 % порівняно з соком, отриманим з ФіЛСів.

Зафіксовано незначне підвищення солей кальцію на 1 %, що можна пояснити розкладом інвертного цукру в процесі відстоювання.

Каламутність декантату з відстійника складає 0,38 г/л, що не первищує норми вмісту твердої фази в декантаті (1-2 г/л). Густина суспензії з відстійника вища, що сприятиме більш ефективній роботі вакуум-фільтрів. Отримані результати дослідних випробувань виявили, що запропонована конструкція відстійника дозволяє отримати декантат з досить високими якісними показниками при невеликій тривалості відстоювання. Крім того запропонований відстійник не потребує додаткових витрат електроенергії та фільтрувальних тканин, простий в обслуговуванні та ремонті.

ВИСНОВКИ

Основні підсумки проведених досліджень з підвищення ефективності технологічних процесів очищення дифузійного соку полягають в наступному:

1. При порівнянні методів визначення оптимальної величини рН та лужності переддефекації встановлено, що методи, які грунтуються на визначенні

світлопропускання та оптичної густини декантатів та фільтратів переддефекованих соків, дають співставні результати лише при переробці сировини високої якості. Для оперативного контролю в цих випадках найпридатнішим можна вважати метод, запропонований УкрНДІЦП.

Запропоновано оперативний метод для визначення оптимальних величин рН і лужності переддефекації на основі залежності електропровідності та лужності соків від рН. Підтверджено, що лужність соку є більш чутливим показником стану середовища, ніж рН.

2. На основі математичної обробки результатів експериментів отримано формули для оперативного визначення оптимальних величин лужності для переддефекації та І сатурації при зміні чистоти дифузійного соку.

3. Запропоновано комбінований спосіб проведення переддефекації, який полягає у додатковій обробці переддефекоеаного соку хлорним вапном та порційними добавками дифузійного соку на заключних стадіях процесу. Раціональні витрати дифузійного соку при цьому не перевищують 4 % до м. буряка. Ефективні витрати хлорного вапна становлять 0,02 % до м. буряка.

Спосіб дозволяє знизити кольоровість та вміст солей кальцію в очищеному соці, відповідно, на 16 та 6 %, підвищити ефект очищення на дефекосатурації на 5 % за рахунок більш повного вилучення білкових речовин з дифузійного соку та покращення структури переддефекаційного осаду.

Річний економічний ефект від впровадження запропонованого комбінованого способу проведення переддефекації з додатковою обробкою хлорним вапном та порційним додаванням дифузійного соку для заводу потужністю 2000 т буряка на добу складає 114231,6 грн (в цінах 1996 року).

4. Вивчено закономірності впливу різних чинників на основній дефекації (тривалість, температура, якість сировини) на динаміку зворотнього переходу нецукрів з переддефе-

каційного осаду. Встановлено, що із збільшенням тривалості проведення гарячого ступеню основної' дефекації при 90 0 С до 30 хв, ступінь переходу білкових та барвних речовин може досягти 50 %, а вміст аніонів кислот підвищується вдвічі стосовно передде-фехованого соку. Із погіршенням якості сировини швидкість переходу білкових речовин в сік зростає. Процес переходу з осаду коагуляту білкових речовин описується отриманою аналітичною залежністю.

5. Досліджено вплив кінцевих значень pH та лужності в процесі І сатурації на ступінь адсорбційного вилучення нецукрів (аніонів кислот, білкових та барвних речовин). В умовах І сатурації залежно від якості сировини найбільш повно вилучаються аніони кислот та барвні речовини. Ступінь вилучення білкових речовин в умовах І сатурації коливається в межах 21-30 % залежно від якості сировини. Пересатурування соків сприяє інтенсивній десорбції аніонів кислот та барвних речовин. Разом з цим, відбувається і пептиззція білкового коагуляту, в результаті якої може підвищуватися копьороеість соків на ЗО %. Виявлено, що при встановленні оптимальної величини pH соку І сатурації її необхідно коригувати із значенням лужності з урахуванням фільтраційних властивостей соків.

7. Проведені дослідження підтверджують той факт, що одним із чинників високого кінцевого ефекту очищення, окрім якості сировини, є ланцюгове оперативне визначення та дотримання оптимальних величин pH та лужності, починаючи від переддефекаціТ і до І сатурації.

8. Встановлено, що на процес відстоювання соків суттєво впливає форма відстійної камери. Конічна форма камери відстоювання із розширенням площі перерізу донизу збільшує швидкість відстоювання соку І сатурації в два рази порівняно із циліндричною формою за рахунок виключення режиму стисненого осідання. Запропоновано конструкцію відстійника для відділення осаду соку І сатурації (Патент України № 22752 А), яка покращує гідродинамічні умови процесу відділення осаду, дозволяє скоритити тривалість відстоювання соку І сатурації до 20 хв., не погіршуючи його якісних показників.

По темі дисертації опубліковано роботи:

1. Рева Л.П., Сімахіна Г.О., Пушанко Н.М., Яковенко В.Ю. Дослідження методів визначення оптимальних величин pH (лужності) соку попередньої дефекації// Цукор України.-1996.-№ 4.-С. 20-22

2. Хомічак Л.М., Пушанко Н.М. Фізико-хімічна інтенсифікація процесу попередньої дефекації // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво,- 1996,- № 22.-С.7-8

3. Хомичак Л.М., Пушанко Н.Н., Тернавская Е.В. Повышение эффективности предварительной дефекации II Сах. промышленность. -1997.-№ 2.-С. 13-16

4. Рева Л.П., Пушанко Н.Н., Симахина Г А. Исследование оптимальных условий I сатурации// Сах. промышленность.-1997.-№ 6.-С. 18-20

5. Патент України № 22752 А ( заявка №96062193 від13.11.97). Відстійник для розділення полідисперсних суспензій/ Пушанко Н.М., Матиящук А.М., Хомічак Л.М. та ін.

6. Методи визначення оптимальної лужності (pH) соків попередньої дефекації та І сатурації / Пушанко Н.М., Рева Л.П.// Тези доп. Всеукраїнської науково-технічної конференції < Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання у харчову та переробну промисловість».-1995.-17-20 жовтня.-Київ, УДУХТ ’ 7. Оптимальні умови проведення процесу основної дефекації І Пушанко Н.М.,

Рева Л.П. //Тези доп. Міжнародної конференції «Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість. -1997. -21 -24 жовтня. -Київ, УДУХТ

' Анотація

Пушанко Н.М. Підвищення ефективності технологічних процесів очищення дифузійного соку.-Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.05,- Технологія цукристих речовин, Український державний університет харчових технологій, Київ, 1998.

Захищається 6 наукових праць та один патент України, що містять результати теоретичних та експериментальних досліджень, спрямованих на підвищення ефективності технологічних процесів очищення дифузійного соку. Запропоновано метод визначення оптимальної величини pH та лужності переддефекації та І сатурації. Досліджено вплив температури та тривалості проведення процесу основної дефекації на динаміку переходу білкових речовин з переддефекаційного осаду залежно від якості сировини. Вивчено ступінь вилучення аніонів кислот, білкових та барвних речовин в умовах 1 сатурації. Розроблено та випробувано в промислових умовах спосіб проведення попередньої дефекації з використанням хлорного вапна та порційних добавок дифузійного соку як флокулянта. Запропоновано конструкцію відстійника для відділення сатураційних осадів.

Ключові слова: дифузійний сік, очищення, ступінь вилучення, оптимальні величини, осад, хлорне вапно.

Аннотация

Пушанко Н.Н. Повышение эффективности технологических лроцесов очистки диффузионного сока.-Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.05.-Технология сахаристых веществ, Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 1998.

. Защищается 6 научных работ и один патент Украины, содержащих результаты . теоретических и экспериментальных исследований, направленных на повышение эффективности технологических процессов очистки диффузионного сока. Предложен метод определения оптимальной величины pH и щёлочности преддефекации и I сатурации. Исследовано влияние температуры и длительности проведения процесса основной дефекации на динамику перехода белковых веществ из преддефекационного

осадка в зависимости от качества сырья. Изучена степень удаления анионов кислот, белковых и красящих веществ в условиях I сатурации. Разработан и опробован в промышленных условиях способ осуществления предварительной дефекации с использованием хлорной извести и порционных добавок диффузионного сока как флокулянта. Предложено конструкцию отстойника для отделения сатурационных осадков.

Ключевые слова: диффузионный сок, очистка, степень удаления, оптимальные величины, осадок, хлорная известь.

Annotation

Pushanko N.N. Improvement of crudge juico purification technology processes ef-ficiency.-Manuscript

The Dissertation for a scientific degree of candidate of technical sciences on a speciality 05.18.05- Technology of sugar substanses, Ukrainian State University of Food Technologies, Kyiv, 1998

6 scientific works and one patent of Ukraine, containing theoretical and experimental researches devoted to improvement of crudge juice purification processes efficiency are defended. It was proposed the method for determination the optimum value of pH and alcalinity in preliming and the 1* carbonatation juices. The influences of temperature and duration of hot main timing process on a dynamics of transition of albumins from preliming sediment are investigated. It was studied the elimination of acid anions, albumins and colour substanses during the 1** carbonatation. It was elaborated and tested the method of preliming, using the calcium hypochlorite and crudge juice as a flocculant. The clarifier construction for the separation of carbonatation of carbonatation sediments is proposed.

Key words: crudge juice, purification, elimination, optimum values, sediment, calcium hy-poclorite.

Сканування та верстка А.І. Бойко

Підп. до друку 09.03.98р. Зам. № 228.

РВЦ УДУХТ, 252033 Київ-33, вул. Володимирська, 68