автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Разработка способов повышения эффективности очистки сахаросодержащих растворов с использованием нового адсорбента

На правах рукописи

(

Г>ч

ОС

~ ^ ЗУЕВА Светлана Борисовна

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ САХАРСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВОГО АДСОРБЕНТА

05.18.05- Технология сахара и сахаристых веществ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1998 г.

Работа выполнена в Воронежской государственной технологической академии

11АУЧЫЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

доктор технических наук, профессор D.M. Иерелыгин кандидат технических паук U.A. Лосева

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Л Ф. Бугаенко кандидат технических наук В.М. Фурсов

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Открытое акционерное общество "Рамонекни сахар"

Защита диссертации состошся ^^.VLqO^Ä___г

в__10_часов в аул. ¿02. 1|а заседании специализированного Совета Д 063.51.02 при Московском государственном- университете пищевых производсть по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах) заверенные печатью учреждения, просим направляй, в адрес Ученою совета.

С диссертацией можно ознакомип.ся в библиотеке МГУПП.

Автореферат разослан " "

1998 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, профессор

М.С. Жигалов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В технологии сахарного производства известь и сатурационный газ являются основными реагентами, применяемыми для очистки диффузионного сока. Однако, запасы известнякового камня, пригодного для технологических целей, в России ограничены. В последние годы проблему повышения качества сахара-песка пытаются решить на основе применения достаточно дорогих твердых сорбентов: активных углей и ионитов. Из практики работы сахарных заводов известно, что полностью адсорбировать красящие вещества из растворов на гранулированном активном угле не удается. Недостатками применения порошкообразного угля, обладающего высокой степенью адсорбции, является необходимость усиления фильтрационной станции для отделения следов угля и невозможность его регенерации. Недостатком применения ионитов является их "растворимость" (некоторая часть полимера переходит в "растворимое" состояние и обнаруживается в сухих остатках экстрактов). В результате оттеки' сахарного производства и паточный сироп, очищенные с помощью ионитов, загрязнены продуктами их разрушения .

В связи, с этим очевидна актуальность поиска новых дешевых сорбцион-ных материалов', уменьшающих расход извести и увеличивающих эффект очистки сахарсодсржащих растворов.

Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка эффективных способов совершенствования технологии очистки сахарсодержащих растворов за счет использования синтезированного сорбента, обеспечивающего высокую степень очистки при невысокой стоимости В соответствии с этим конкретные задачи исследования заключаются в следующем:

синтез неорганического сорбента с заданными свойствами, изучение его структуры и химического состава;

изучение кинетики сорбции и сорбционных параметров исследуемого сорбента;

изучение эффективности процессов очистки сахарсодсржащих растворов синтезированным сорбентом;

обоснование целесообразности применения нового сорбента в сравнении с известными органическими и неорганическими;

Личный вклад автора. В основу.работу положены исследования автора, проводившиеся в 1990-1998 г.г. и обобщенные в публикациях. Научные разработки, определившие структуру и Основные положения диссертации, а также проведение экспериментов выполнены автором самостоятельно.

Научная новизна работы заключается в том, что для очистки сахарсодержащих растворов предложен синтезированный неорганический сорбент, позволяющий повысить технико-экономическую эффективность процессов очистки сахарсодержащих растворов. Разработан способ синтеза сориешъ.

Выбраны рациональные условия процессов очистки и получены уравнения регрессии, описывающие процесс сорбции.

Практическая ценность и реализации работы. Из побочного продукта травления алюминиевых сплавов синтезирован неорганический сорбент, не уступающий по своим сорбционным свойствам заводскому аналогу (активная окись алюминия - алюмогель). Стоимость полученного сорбента значительно ниже аналогичного промышленного сорбента. Разработаны варианты очистки сахарсодержащих растворов с использованием синтезированного сорбента, исходного побочного продукта, алюмогеля, акшвного угля и ионита.

Экспериментальные исследования и анализ работы позволили предложить синтезированный сорбент для повышения эффективности очистки сахарсодержащих растворов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научных конференциях Воронежской государственной технологической академии в 1994, 1996 годов; на международном конгрессе "Экологическая инициатива-94" /'Экологическая инициатива-96"(г. Воронеж); на Всероссийских студенческих научных конференциях "Проблемы теоретической и экспериментальной химии"(г. Екатеринбург, 1994, 1996, 1997г.г.); на 8 Всероссийская конференция "Физико-химические основы и практическое применение ионообменных процессов"(г. Воронеж, 1996г.); на международной научно-технической конференции "Пищевые технологии и оборудование для пищевой промышленности"^. Воронеж, 1997г.);.

Публикации: по материалам диссертации опубликованы 10 статей.

Объем работы: диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, 3 экспериментальных глав, выводов, списка литературы, содержащего 117 отечественных и иностранных источников. Диссертация изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 40 рисунков и 4 приложения.

Содержание работы

Во »реденин обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и конкретные задачи исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, а также практическая значимость работы.

В первой глапе проведен анализ отечественной и зарубежной литературы по применению сорбентов в пищевой промышленности и по основам теории адсорбции из растворов на микропористых сорбентах, рассмотрены некоторые способы интенсификации очистки диффузионного сока.

Во второй главе описаны объекты и методы исследований. Представлена характеристика исходных веществ; подробно изложены методики исследования параметров сорбции катионов металлов из сахарсодержащих растворов, определения фильтрационных показателей сока предварительной дефекации а также технологических показателей сока.

Третьи глапа посвящена получению неорганическою сирбснта, исследованию ею структуры и химического состава.

В настоящей рабою сорбент, имеющий химический состав а. - ЛЬО< , предлагается получай, не нз природного сырья (глины), где содержание ЛЬО.; составляет 10-40%, a из побочною продукта травления сплавов алюминия на Воронежском заводе строиtелt,пых ;1люминие»ых конструкции, то ecu. п рекомендуемом нами способе в качестве исходного сырья мы используем обогащенный побочный продукт, имеющий 95-98% AljOj. Используемые отходы представляют собой продукт образующийся при травлении сплавов АД-31 и ЛМГ-2 (ГОСТ 4784-65).

Далее п качестве сорбснтоп исследовались следующие вещества:

"С.У' - отмытый дистиллированной водой и высушенный порошкообразный побочньн) продукт гранения алюминиевой ленты на Воронежском заводе алюминиевых строительных конструкций;

"С-Г' - полученный при выщелачивании "Пасты" с последующим осаждением гидроокиси ачюмпния кислотой(синтезированный неорганический сорбент);

a -AhOj, у-АЬСЪ - промышленные аналоги исследуемых сорбентов.

Исследования структуры вышеперечисленных веществ проводились » Воронежском Государс i пенном Университете на кафедре "Физики твердого тела".

На осноо'знии анализа результатов анализа дифрактограмм и рентгеновских эмиссионных спектров можно сдсла1ъ вывод о том, что в основ« '"Ci" и плюмогедч лежит i пббеиг и а -Л!20_ч; в основе "С2" лежит у -ЛЬОт.

II»учена кинетика сорбции и сорбцнонные параметры исследуемых сорбентов. Кинетика адсорбции канюноп цинка, калия и цезия изучалась из их водно-сахарных растворов, с содержанием сухих веществ 15%, при температуре 25 °С.

Величина адсорбции рассчитывалась по уравнению:

ai = (Хо - Xi)V/in ( 1 )

где Хо, Xi - концентрация вещества в растворе до и после адсорбции, моль/см3; V - объем раствора, см3; m - масса сорбента, кг.

Анализ кинетических кривых адсорбции показал, что скорость адсорбции катионов металлов на сорбенте "С" выше, чем скорость адсорбции на алюмогсле и сорбенте "Сг" (рис. 3-5). При этом скорость адсорбции катионов цезия превышает скорость адсорбции катионов цинка и калия . Адсорбционное равновесие п изученных системах наступало по истечении 10 мин (а случае применения "Ct"); 20 шш((п случае применения "С?"); 40 мни (п случае применения апюмогеля) от начала контакта сорбентов с раелгором.

Рис. 3. Кинетические кривые адсорбции кашоиои калия на сорбенте "С)" (кр.1), сорбенте "Сг" (кр.2) и алюмогеле (кр.З).

Т, мин

Рис. 4. Кшгспггескне кривые адсорбции катионов цинка на сорбенте

"СГ' (кр.1), сорбснтс "С2" (кр.2) и алюмогеле (кр.З). Для измерения предельной адсорбции образцы сорбентов массой 0,5 г смешивались с 200 см3 растворов и выдерживались в течение 40 м;щ (время достижения адсорбционного равновесия).

Для обработки экспериментальных адсорбционных данных воспользуемся уравнением Фрейндлиха:

У = КХ1/п ( 2 )

где К - константа адсорбционного равновесия

п - коэффициент или уравнением вида:

У = (1/п)1пХ + К ( 3 )

По опытным точкам значений адсорбции примесей на исследуемых сорбентах, строим логарифмические кривые, уравнения которых получены по программе Excel для PC (уравнения представлены на рис. 7). Подставляя значения концентраций (X) в полученные уравнения находим (У) расчетные значения адсорбции примесей на сорбентах. Распеты проводились по программе, выполненной на языке Паскаль.

На рнс. 6. представлены уравнения и изотермы сорбции катионов металлов на синтезированный сорбент "Ci". Анализ экспериментальных данных по адсорбции катионов 1С, Zn2' и Cs+ из сахарсодержаших растворов показал, что в области невысоких концентраций (от 0,001 до 0,008 моль/кг) наблюдается крутой подт>ем за которым следует четко выраженное плато. По высоте этих плато были найдены значения предельной адсорбции каждой из исследованных примесей на каждый из исследованных сорбентов

Анализ изотерм адсорбции показал, что по эффективности адсорбции изученные примеси располагаются п следующий ряд:

Cs+>Zn2'>K\

На рис.7 представлены изотермы сорбции катионов цезия. Сорбцион-нпя способность исследуемых сорбентов характеризуется соотношением:

"С," > а - А120, > "С2".

Равновесная адсорбция н кинетика адсорбции были изучены при тем-nepavype процесса 22 °С. Большинство процессов очистки сахарсодержаших растворов проводится при высоких температурах. Изучение кинетики сорбции красящих веществ проводили при температурах 30-80 "С из модельных водно-са\арпых растворов на основе сахара-сырца н белого сахара с массовой долей сорбента "Ci" 1 %. Пробы выдерживали в течении 2, 5, 10, 15, 30, 60 мин при 80 llC (D „„=0,35, СВисх =14,6), 50 °С (D ж*=0,36, СВ1Ю£ -13,8)и при 30 "С (D И1Л=0,36, СВ1КХ =13,8), а затем измеряли их оптическую плотность (D) и содержание сухих веществ (СВ). Адсорбционное равновесие в изученных системах наступало по истечении 10-15 мин от начала контакта сорбентов с растворами.

Изотермы адсорбции в координатах линейной формы уравнения Лен-гмюра построены в редакторе Excel. На рис 8 представлены уравнения и изотермы адсорбции в координатах линейной формы.

моль/кг

т

"В

1 I_________ — ...-л-— ...... —•— ---с-» 2 3 / г . ■■' " у &

—-- ■ —< ........ ' о

XI, моль/кг

Рис. 6. Изотермы сорбции катионов пития (кр I), цинка (кр 2) и калня (кр.З) на сорбенте "СУ'.

а„

моль/кг

0.4

ЧУ / >

0,2

ь 1 2 3 Х|, моль/кг

аг0,0851л1Х Н),72; аг-0,0681.пХ + 0,50; а,=0,092 ЬпХ+0,69 (К2--0,99) (1^-0,95) (К2=0,96)

Рис. 7. Изотермы сорбции катионов к;шия на сорбенте "С)" (кр.1), сорбете "С\" (кр.2) п алюмогеле (кр.З) ( О, □ ,<>- опытные точки; о , И - расчетные точки). Экспериментальное определение емкости адсорбционного монослоя А (предельной адсорбции) позволяет рассчитать удельную поверхность адсорбента:

8Уд = А« МЛ со ( 4 )

где Л оо - предельная адсорбция;

Нл - число Авогадро;

<о - площадь, занимаемая одной молекулой адсорбата. Экспериментальные результаты по определению изотермы адсорбции обработали с помощью уравнения Ленгмюра, записанного в лннейной форме:

1/А = 1/Аоо +1/АКХ ( 5 )

где К - константа адсорбционного равновесия

Однако с нашей точки зрения вполне допустимо использовать уравнение другого вида:

У = аХ + Ь ( 6 )

где а = 1ь>а = 1/Аоо , Ь = 1/Аоо К.

2___^

0,1

0,2

а,-2,416Х + 0,0115; (Я2=0,99)

а2=1,1873Х +0,0327; (Я2=0,99)

°-3 XI,моль/кг*

33=1,81 IX +-00,59 (Д2=0,99)

Рис. 8. Изотермы адсорбции катионов калия на сорбенте "С2" (кр.1), сорбенте "С)" (кр.2), алюмогеле (кр.З) в координатах линейной формы Ленгмюра.

Результаты расчетов удельной поверхности, констант равновесия (Кр) и нределыюй адсорбции исследуемых сорбентов представлены в табл. 2.

Таблица 2

Вид ^ул Кр А оо (расч.), моль/кг

сорб. С1 С2 а - Л1203 С1 С2 а - А1203 "С," "С2" а - АЬ03

'¿.\\~* 156 127 174 0,656 0,537 0,734 0,581 0,414 0,552

К+ 160 149 154 0,715 0,501 0,957 0,530 0,387 0,499

С$+ 220 194 226 1,050 1,06 0,878 0,764 0,675 0,781

Значения предельной адсорбции полученные экспериментально н рассчитанные на основе уравнения кривых практически совпадают. Следовательно выбранное нами уравнение Ленгмюра положительно описывает процесс сорбции катионов металлов на исследуемых сорбентах.

Сорбционная емкость сорбентов (рассчитанная по цинку) следующая: "С"=0,37 мг/г, "С2"=0,26 мг/г, а-Л1203=0,33 мг/г, у-Л12ОгО,19 м г/г.

Анализ полученных данных по адсорбции катионов металлов на исследуемые сорбенты позволяет сделать следующие выводы:

1. Имеет место необратимая адсорбция. Значения предельной адсорбции полученные экспериментально и рассчитанные по уравнению ( 6 ) практически совпадают и составляют для сорбента "СУ' от 0,53 до 0,76 моль/кг; для сорбента "С:" от 0,41 до 0,67 моль/кг; для с - АЬСЬ от 0,55 до 0,78 моль/кг.

2. Наиболее высокой удельной поверхностью обладают сорбенты "С1" ( 156 220 1023 им) и ге - Л120.! (174 226 102' им). Наибольшей сорбционной емкостью (но цинку) обладает сорбен т "С Г'.

3. Скорость адсорбции на сорбент "С," и а - А120з превышает скорость адсорбции на "С2" Адсорбционное равновесие в изученных системах наступало по истечении 10 мин (в случае применения "С|"); 20 мин (в случае применения "Сг"); 40 мин(в случае применения алюмогеля) от начала контакта сорбентов с раствором.

В чоуворгой глапс исследована эффективность процессов очистки са\арсодср'.;;а;лнх растворов исследуемыми сорбентами.

Важной задачей нашего исследования было сравнение вышеперечисленных алюминий содержащих сорбентов с используемыми в настоящее время для очистки сачарсодсржащих растворов активными углями и ионитами.

Обесцвечивание растворов аниопитом проводили в динамических условиях, используя три стеклянные колонки ((1=1 см; Ь = 300 мм), с водяным обогревом при (= 80 °С.

Первую колонку загружали подготовительным сорбентом "С|" массой 5 г, высота которого составляет 15 см; вторая колонка 2 г "С" + 2 г аниоиита АВ-17-2П; третья колонка - 5 г анионита АВ-17-2П.

Приготовленный сироп (СВ-68%; Сх-65,2%; 4=95,96%; 0=0,163) пропускали со скоростью 3 объема сиропа на 1 объем сорбента. Через каждую колонку пропущено по 500 мл сиропа. Огбирали пробы через час и анализировали на цветность, содержание сухих веществ и сахарозы.

Отработанные "С)" и анионит отмывали дистиллированной водой. Воду пропускали со скоростью 2 объема воды на I объем "С". Пробы отбирали через час и анализировали па цветность, содержание сухих веществ.

После отмывания сорбентов от сиропа проводили их регенерацию. В качестье регенерирующих растворов использовали смеси раствора с массовой долей N11.,С1 6% и раствора с массовой долей ЫаОН 0,5%.

Было проведена 3 цикла сорбции и десорбции красящих веществ.

Полученные результаты приведены на рис. 9.

Анализ данных, полученных при обесцвечивании сиропа "С|" видно, что чистота сиропа в среднем повышалась на 0,36 %, Невысокий эффект обесцвечивания, видимо, обусловлен малой загрузкой сорбента, что повлекло за собой его небольшой сорбцнонный слой (И = 15см). При обесцвечивании сиропа аииошпом АВ-172П чистота сиропа увеличилась на 0,24 %.

При исследовании технологических показателей сиропа при комбинированном обесцвечивании сорбентом "С)" и аннонитом АВ-17-211

усыновлено, 'iio их применение позволяет повысить чистоту в среднсм ия <»,65 %.

а 60

t> е-о

71

v:

"С1"

Лимонит

"СГ+Амионит

3

г

з

е

/

Рис 9. Зависимость эффекта обесцвечивания от комбинации иснользуе мых сорбентов.

Как видно из полученных данных, комбинированное обесцвечивание сиропов "СУ и анпонигом дает более высокие результаты но эффекту обесцвечивания и чнеюге сщюпоа. Средний эффект обеецнечипання сиропов повысился в 1,2Н и 2,73 раза, а чист ora увеличивается от 0.62 до 0,69 %.

Среднее значение рП сиропа при обссш'счипанни различными сорбентами практически не изменилось.

Содержание сухих веществ и сахарозы при обесцвечивании исследуемыми сорбсшами остаею) сшбильным.

Обесцвечивание модельных еахарсодержащих растворов активированным углом Л ГСМ проводили в сташческих условиях.

Пробы сока И сатурации (СВ=13 %, D--0.31, р! t 7.6) объемом 10 см1 с добавками сорбентов "Ci" активированного угля (размер фракции 0,01 мм) выдерживали на водяной бане в течении 30 мин при 70 11С. Затем сироны отфильтровывали, охлаждали до 20-25 "С и анализировали. Готовили серию образцов с различной массовой долей сорбентов: 1 - 0,5 i("Ci'*)+0,25 г(угля); 2 - 0,5 r("Ci")+ 0,5 г(угля); 3 - 0,25 г("С,")+0,5 г(угля); 4 - 0,75 г("СГ'); 5 - 0,75 г(угля). Результата экспериментов представлены на рис. 10. Гистограмма на рис.10 наглядно демонстрирует преимущества комбинированного использования сорбента "СГ? и активированного угля АГС-4 в соотношении 1/1. Слсдусг отметить, что применение угля (0,75 %), увеличивает эффект обесцвечивания на 10 %, по сравнению с применением сорбента "СУ (0,75 %). Таким образом, выгоднее использовать комбинацию сорбентов "Ci" и активированного угля ЛГС-4. Недостатком использования АГС-4, является необходимость дополнительной обработки угля перед его использованием, высокая стоимость зарубежных марок угля и недостаточная обесцвечиваю-

тая способность отечественных. В связи с этим перед нами встал вопрос о самоспшельном применении оксида алюминия и разработке режима очники сахарсодержащих растворов.

Я

с 30'.

а> 1

;

е- I (П I

2

Г

У

75,4 80,3 78,2 54.1 65.3

Рис. 10 Гистограмма влияния комбинации исследуемых сорбентов ("СУ/угль) на эффект обесцвечивания: 1 • 2/1; 2 - 1/1;3- 1/2; 4-"С", 5-Уголь Для изучения влияния различных факторов на процесс обесцвечивания сахарсодержащих растворов неорганическими сорбентами проведены исследования с применением методов матемашческо! о планирования эксперимента. Метод полного факторного эксперимента дает возможность получить математическое описание процесса в виде уравнения регрессии, адекватного для установленных границ значений изучаемых факторов.

В качестве основных факторов, влияющих на ход процесса обесцвечивания модельных сахарных растворов были выбрани: X] - температура (" С); Х2 - продолжителыюсп> контакта сорбентов с растворами(мин). Пределы изменения этих факторов приведены в табл. Л.

Таблица 3

Значения факторов 1 Ьггервал

Обозначение факторов нижний основной верхний варьирование

уровень уровень уровень

Температура (X)), °С 40 60 80 20

Г1 родолжителыюс тъ(Х2),мин. 10 30 50 20

Критерием для оценки выбранных факторов был принят У - эффект обесцвечивания, %.

Полученные значения функций отклика были обработаны с помощью программы, выполненной на языке Паскаль.

Математическая модель изучаемого процесса представляется в виде уравнения регрессии:

У=Ф(. + Ь,Х, + Ь2Х2 + ЬПХ,2 + Ь22Хг2 I ЬцХ|Х2 ( 7 )

где Ьо -свободный член уравнения;

Ь, - коэффициенты при линейных членах;

Ь„ - коэффициенты при квадратичных членах уравнения;

1>,1 - коэффициенты двукратных взаимодействий, показывающие, насколько изменяется степень влияния одного фактора при изменении величины другого.

Данные, полученные в результате эксперимента, наглядно демонстрируют сходства и различия исследованных сорбентов применительно к обесцвечиванию сахарсодержащих растворов.

Взаимное расположение поверхностей для сорбента "С|" и заводского алюмогеля свидетельствуют о примерно одинаковых значениях функции отклика, то есть обесцвечивающая способность для сорбента "С\" такая же как и для алюмогеля (рис. 11, 12). Это можно объяснить схожестью структуры этих адсорбентов по результатам рентгеноструктурного анализа.

Мри сравнении поверхностей отклика для сорбентов "С Г' и видно, что последняя расположена значительно ниже, то есть "СУ обладает более низкой (на 20-30 %) сорбционной способностью. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о том, что структура "Сг" ближе к структуре у-алюмогеля, который обладает невысокими адсорбционными свойствами (в отличие от заводского а-атомогеля).

Таким образом, проведенные исследования показали, что оптимальные условия для проведения процесса обесцвечивания сахарсодержащих растворов следующие: при использовании сорбента "С)" рекомендуемая температура - 75 °С, продолжительность процесса - 40 мин. При

использовании "СУ: 80 °С, 50мин. При использовании заводского алюмогеля: 70 "С, 30 мил. Полученные данные показывают что максимальный эффект обесцвечивания составляет для сорбента "С|" 78 %, для сорбента "СУ 57 %, для заводского алюмогеля 76 % при продолжительности обесцвечивания 50 мни, температуре 80 "С.

Изучено влияние вида и массовой доли сорбентов "С|" и "С2" на процесс предварительной дефекации диффузионного сока. Предусматривалась схема очистки диффузионного сока с отделением осадка после предварительной дефекации, поэтому контролировали чистоту дефекованного сока как один из важнейших показателей оп тимального проведения процесса.

В диффузионный сок (О! 11,2 %, 4=85,6 %) объемом 100 см3 вводили сорбенты массовой долен 0,1; 0,2, 0,3; 0,5; 0,7 % к массе, затем подогревали до 55-60 "С и в течение 20 мин проводили прогрессивную предварительную дефекацию, добавляя 80% возврата сока I сатурации и 0,2 % СаО в виде известкового молока.

Рис. 11. Геометрическая поверхность отклика зависимости эффекта обесцвечивания от продолжительности и - температуры ("обесцвечивание сороентом "СУ')

10

т, мин

Рис. 12. Геометрическая поверхность отклика зависимости эффекта обесцвечивания от продолжительности и температуры процесса (обесцвечивание алюмогелеу

Сок предварительной дефекации отфильтровывали от осадка, в фильтрате определяли массовые доли сухих веществ, сахарозы. Наибольший эффект обесцвечивания преддефекованного сока достигается в случае применения сорбента "СУ при навеске 0,8 массовых долей к массе сока и 0,12 массовых долей для "Са".

Исследовано влияние массовой доли и вида сорбентов на чистоту сока П сатурации. Пробы с разной массовой долей сорбентов заливали 50 см3 сока II сатурации и выдерживали на водяной бане( в соответствии с пунктом 5.2): "С," - 40 мин при, "С2" - 50 мин при 80 °С.

Сорбцию красящих веществ изучали микрокалориметрическим способом. Задачей исследования являлось получение термохимических данных об извлечении красящих веществ из сахарных сиропов при помощи сорбентов "С," и "С2". Дальнейшие исследования алюмогеля не проводились в виду его практически одинаковой сорбционной способности с сорбентом "СУ.

Важной задачей данного исследования является установление теплотворной способности исследуемых сорбентов при очистке сахарных сиропов. Исследование энергетических эффектов обесцвечивания (сорбции) красящих веществ из сахарных растворов проводили на дифференциальном изотермическом микрокалориметре МИД-200, в статических условиях при температуре 25 "С, соотношение твердой и жидкой фаз равно 1:100 (навеска "С]" и "С2" равна 0,5 г). Навески сорбентов после их предварительного термостатирования в калориметре приводили в контакт с. рабочим раствором. Результаты регистрировали автоматически при помощи цнфро-печатного устройства и на диаграммной ленте КСП.

Результаты экспериментов показали, что введение различного количества красящих веществ (в пределах оптической плотности 0.1-0.638) в 30 %-ый раствор сахарозы, практически мало влияет на величину выделившейся теплоты сорбции (относительная ошибка равна 7,5 %). При определении эффекта смачивания сорбента "С)" тепловой эффект равен 4,84 Дж, сорбента "С2" 4.71 Дж(рис. 13).

При исследовании влияния размера фракции зерна алюмогеля (0.01 мм до 5-7 мм) на эффект смачивания сахарозой (30 %) установлено, что с увеличением размера фракции уменьшается теплота смачивания, а чем больше жидкость или адсорбат смачивают поверхность адсорбента, тем в большей степени их адсорбция. С увеличением размера фракции зерна алюмогеля тепловой эффект смачивания алюмогеля уменьшается (рис. 14).

В связи с большим значением кальция в производстве сахара следующей задачей нашего исследования было изучение влияния добавок исследуемых сорбентов на содержание солей кальция в сахарсодержащих растворах.

Опыты проводились с модельными сиропами на сорбентах "(У, "С}" и алюмогеле различных фракций ((1=1-1,5 мм и £1=2-3 мм ).

Наилучший эффект обесцвечивания дают сорбенты с (I I ,0-1,5 мм. Причем с возрастанием количества цветных веществ увеличивается эффект

обесцвечивания от 13 % до 52 %, эффект удаления солей кальция от 33 % до 55 %(для "С|") (рис.15) и соответственно увеличивается эффект обесцвечивания с 8 до 43% и эффект удаления солей Са с 23% до 49%(для "Сг") (рис. 16).

Рис. 15. Содержание солей Са в 60 %-ом исходном растворе (кр.1) и растворе обесцвеченном сорбентом "С|" ((1=1-1,5 мм) (кр.2) из с зависимости от концентрации красящих веществ Исследовали влияние содержания сухих веществ на эффект обесцвечивания и сорбцию солей Са из сахаросодержащих растворов. Результаты экспериментов представлены на рис. 17, 18. С увеличением содержания сухих веществ в сахарсодержашнх растворах эффект очистки и эффект удаления солей Са уменьшается от 61 % до 22 % для "С)" и от 56 % до 18 % для "Сг".

Добавление сорбента на стадии предварительной дефекации увеличивает чистоту сока предварительной дефекации на 2,6 % (для "С") и 1,8 % (для "С:").

Одной из важнейших задач свеклосахарного производства является фильтрация соков I сатурации. Качество осадка имеет огромное значение при фильтрации.

С целью повышения фильтрационпо-ссдимептационных свойств осадка сока I сатурации исследованы следующие материалы: а.у-АЬО!, сорбентов "С1", "С:" и фильтровального порошка перлита.

Из результатов экспериментов видно что наилучшая скорость отстаивания наблюдается при массовой доли сорбентов: "^"=0,1 %, "С2"=0,1 %, лерлит=0,2 %, а.у-АЬОг ОЛ %.

Как видно из рис. 19, по сравнению с типовой очисткой ( без применения сорбентов) наибольшая скорость отстаивания достигается в случае применения "Ст", АЬ03 и перлита . В случае применения "СГ продолжительность отстаивания сократ илась практически в 2 раза.

Рис. 16. Содержание солен Са в 60 %-ом исходном растворе (кр I) и растворе обесцвеченном сорбентом "СУ' (<£- 1-1,5 мм) (кр.2) из в зависимости от концентрации красящих веществ

Рис. 17. Влияние содержания СВ на эффект обесцвечивания (кр.1) и эффект удаления (кр.2) солей Са сорбенюм "СГ'

50 63 67 71 75 СВ, %

Рис. 18. Влияние содержания СВ на эффект обесцвечивания (кр.1) и эффект удаления (кр.2) солей Са сорбентом "С2" С целью изучения влияния сорбентов на скорость фильтрования соков I сатурации было рассчитано удельное гидравлическое сонршпиление осадка.

Удельное гидравлическое сопротивление осадков рассчшьшали по формуле (8).

г„=Гй2М/1]Х„ ( 8 )

где Гц - Удельное гидравлическое сопротивление; Р - Разность давлений;

- Плошадыювсрмшсти фильтрующей перегородки; 11 - Коэффициент динамический вязкости фильтрата, Пас; Х(| - Обьем осадка, соответствующий I м' фильтрата. М - тангенс угла наклона прямой зависимости времени фильтрования от объема фильтрата. Значения удельного гидравлического сопротивления осадка соков I сатурации представлены в табл. 5.

Таблица 5

Влияние исследуемых сорбентов на величины удельного

гидравлического сопротивления

"С2" а-АЬО, "С2" Г-А120З Перлит Типовая

го 2.13 102 2.10 !02 2.90 102 3.01 102 3.85 102 4,2 102

Наименьшее гидравлическое сопротивление по сравнению с типовой фильтрацией в случае применения "С)" (0,4 % к массе сока)

т, МИН

Рис 19 Влияние сорбентов "С,"(1), "СД4), а -Л1203(.2), у -Л1203 н перлита (3) на скорость отстаивания осадка сока I сатурации (5 - без применения сорбентов).

На основании исследовании структуры и обесцвечивающей способности можно сдслап. вывод о целесообразности применения для улучшения филмрацноино-ссднмемтацнонных свойств осадка сока И сатурации "СГ', как наиболее экономичного сорбента (ввиду низкой стоимости) или любого сорбента на основе а -Л12От.

Основные «ыводы п рекомендации 1. Из побочного продукта травления сплавов алюминия, с содержанием 95-93 % А120з пН20, на Воронежском заводе строительных алюминиевых конструкций синтезирован неорганический сорбент. Обоснованы используемые реагенты и рациональные параметры процесса получения сорбента. Доказано, что структура и химический состав спнтсзнроязнного неорганического сорбента (называемого долее сорбент "С]") аналогичны стандартному сорбенту алюмогелга, синтезируемому нз природного сырья (пшны)' с содержанием от 10 до -10 % оксида шиомнния. Реитгеностругсгурнын анализ состава исходного побочного продукта (условно названного сорбент "С2") показывает наличие в нем следующих модификаций гидрокенда алюминия:

•у - АЬО< 3ll20; А12Оз 2H¿0; AbOi 31120 и примесей гидроксщюп металлов, входящих » cocían сплавов (2-4 %).

3. Экспериментально изучены кинетика сорбции и равновесная адсорбция катионов цезия, калия и цинка на исследуемый сорбент. Получены математические модели этих процессов. Установлено, чго адсорбция является необратимой. Рассчитаны сорбнконнме параметры синтезированного сорбента. Например, сорбиионная емкость, рассчитанная но цинку, сорбента "СУ составляет 0,37 мг/r, сорбента "С2" - 0,26 мг/г, а-А12Оз - 0,33 мг/r, у-АЬО.1 - 0,19 мг/г.

5. Исследована сорбция красящих веществ сорбентами микрокалори-мсгркческим способом. Установлено, что с увеличением размера гранул сорбешов(от 0,01 до 7 мм) уменьшается теплота обесцвечивания (от 2,4 до 1,84 Дж для сорбента "С|" и от 2,10 до 1,45 Дж для сорбента "СУ), а также уменьшается эффект обесцвечивания (от 35 до 7,9 % дня сорбента "Q" и от 26 до 5,6 % для сорбента "СУ)прн температуре процесса 25 °С.

6. Изучено влияние исследуемых сорбент о» на чистоту сахарсодержащих растворов и эффект удаления солей кальция. Наибольшая степень очистки и удаления солеи кальция достигается в случае. применения сорбентов с диаметром гранул 1,0-1,5 мм. При очистке 60 % сиропов (температура процесса 80 °С) сорбентом "СУ, с различной оптической плотностью (от 0,158 до 1,21), с возрастанием количества цветных веществ увеличивался эффект удаления солен Са от 33 до 55 %. С увеличением содержания сухих веществ (от 59 до 74 %) эффект удаления солей Са уменьшается от 61 до 22 % .

7. Экспериментально доказано, что комбинированное применение полученного сорбента "С|", активных углей и нонитои увеличивает эффект извлечения цветных веществ из сахарсодержащих растворов. Так при комбинированном использования сорбента "С|" н алнопнта АВ-17 2П эффект обссцвс'швания увеличился в 2,73 раза, а чистота увеличилась от 0,62 до 0,69 %. Комбинированное использование сорбента "СГ' и активного угля (АГС-4) увеличивает эффект обесцвечивания в 1,1 раза.

8. Экспериментально доказано, что добавление исследуемых сорбентов на стадии предварительной дефекации увеличивает чистоту сока предварительной дефекации на 2,6 %(с сорбентом "Cj") н 1,8 %( с сорбентом "С2").

9. Установлено что добавка сорбента "Cj" увеличивает скорость отстаивания осадка сока 1 сатурации, сокращая продолжительность отстаивания примерно в 2 раза по сравнению с типовой. Наименьшее гидравлическое сопротивление при фильтрации, по сравнению с типовой, достигается также достигается в случае применения сорбента "Ci".

10. Выполненные исследование н апробирование нх результатов позволяют рекомендовать сорбент "Ci" для очистки сахарсодержащих растворов в промышленном производстве при снижении стоимости процесса н повышении его эффективности.

11. Разработай эффективный способ совершенствования технологии очистки сахарсодержащих растворов с использованием синтезированного сорбента, обеспечивающего высокую степень очистки при невысокой стоимости. Сорбент предлагается применять для очистки сока И сатурации.

Список работ по теме

1. Зуева С.Б., Зуева В.В. Исследование сорбционных свойств модифицированных неорганических сорбенто» // 4 Всероссийская студенческая научная конференция '"Проблемы теоретической и экспериментальной химии"/Екатеринбург, 1994.

2. Зуева В В., Архангельская Н.В., Иванова М.Г., Зуева С.Б. Обесцвечивания сахарных сиропов неорганическим сорбентом. // Международный конгресс "Экологическая инициатива-94"/ Воронеж, 1994.

3. Перелыгин В.М, Лосева В.А., Зуева С.Б. Способ обесцвечивания сахаросодержащих растворов // 8 Всероссийская конференция "Физико-химические основы и практическое применение ионообменных процессов"/ Воронеж, 1996.

4. Зуева В.В., Лосева В. А., Зуева С.Б. Извлечение красящих веществ из сахаросодержащих растворов модифицированными неорганическими сорбентами // Материалы 34 отчетной научной конференции / Воронеж, 1994.

5. Перелыгин В.М., Лосева В.А., Зуева С.Б.. Хакова И.А. Способ определения обесцвечивающей способности сорбентов для сахаросодержащих растворов // 6 Всероссийская студенческая научная конференция "Проблемы теоретической и экспериментальной химии"/Екатеринбург, 1996.

6. Перелыгин В.М., Лосева В.А., Зуева С.Б. Обесцвечивание модельных сахарных растворов модифицированным сорбентом //Материалы 35 отчетной научной конференции / Воронеж, 1996.

7. Перелыгин В.М., Лосева В.А., Зуева С.Б. Использование нового сорбционного материала для получения чистого сахара // Международный конгресс "Экологическая инициатива-96". Воронеж, 1996,

8. Перелыгин В.М., Лосева В.А., Зуева С.Б. Влияние неорганических сорбентов на фильтрационно-седиментационные свойства осадка сока 1 сатурации //Международная научно-техническая конференция "Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности"/ Воронеж, 1997.

9. Хакова И.А., Сошникова Н.С., Зуева С.Б., Зуева В.В. Исследование химических свойств неорганических сорбентов // 7 Всероссийская студенческая научная конференция "Проблемы теоретической и экспериментальной химии"/Екатеринбург, 1997.

10. Перелыгин В.М., Лосева В.А., Зуева С.Б. Выделение красящих веществ из растительного сырья неорганическими сорбентами// Пути повышения эффективности производства, хранения и переработки растениеводческой продукции: Сб. науч. тр. / Воронеж, 1997.

Подписано в печать 21.10.98..Печать офс. Объем 1.0 у.п.л. Тираж 100 экз. Заказ №3^4

Воронежская государственная технологическая академия Участок оперативной полиграфии 394030, Воронеж, ир. Революции, 19

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

На правах рукописи

ЗУЕВА СВЕТЛАНА БОРИСОВНА

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ САХАРСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВОГО АДСОРБЕНТА

05.18.05 - Технология сахара и сахаристых веществ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук, профессор В.М. Перелыгин кандидат технических наук, доцент В.А. Лосева

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.................................................................5

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................6

Глава 1. ПРИМЕНЕНИЕ СОРБЕНТОВ В ПИЩЕВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).......................8

1.1. Сорбенты и их свойства........................................................9

1.2. Методы применения в сахарной промышленности...........Н

1.3. Цель и задачи исследования................................................11

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Методика расчета эффекта обесцвечивания...............{§

2.2. Методика определения фильтрационных показателей сока предварительной дефекации..........................................¡9

2.3. Методика определения параметров сорбции катионов калия и цезия из сахаросодержащих растворов на исследуемые сорбенты...........................................................21

2.4. Методика определения параметров сорбции катионов цинка из сахаросодержащих растворов на исследуемые сорбенты..................................................................................2-Я.

Глава 3. ПОЛУЧЕНИЕ НЕОРГАНИЧЕСКОГО СОРБЕНТА И

ИССЛЕДОВАНИЕ ЕГО СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

3.1. Синтез неорганического сорбента....................................2.4

3.2. Изучение равновесной адсорбции катионов калия, цинка

и цезия из сахаросодержащих растворов на исследуемых сорбентах.............................................................................31

3.3. Изучение кинетики сорбции катионов калия, цинка и цезия на исследуемых сорбентах.......................................^О

3.4. Расчет сорбционных параметров........................................

3.5. Изучение кинетики сорбции красящих веществ на исследуемых сорбентах.................................................................................

Глава 4. ОБЕСЦВЕЧИВАНИЕ САХАРОСОДЕРЖАЩИХ

РАСТВОРОВ ОРГАНИЧЕСКИМИ И НЕОРГАНИЧЕСКИМИ СОРБЕНТАМИ..........................................................................

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ САХАРОСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ

5.1 Влияние массовой доли исследуемых сорбентов на эффект обесцвечивания модельных сахаросодержащих растворов.............................................................................£3>

5.2 Влияние температуры и продолжительности процесса на эффект обесцвечивания сахаросодержащих растворов неорганическими сорбентами...........................................

5.3 Влияние добавок исследуемых сорбентов на эффективность очистки диффузионного

сока.....................................................................................

5.4 Влияние добавок исследуемых сорбентов на эффективность очистки сока II сатурации........................£3

5.5 Обесцвечивание сиропов исследуемыми сорбентами.... Й

5.6 Изучения влияния исследуемых сорбентов на чистоту сахарсодержащих растворов и эффект удаления солей кальция............................. ...................................................?6

5.7 Влияние исследуемых сорбентов на фильтрационно-седиментационные свойства сока I сатурации.................

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ............................................................2Ъ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................

ПРИЛОЖЕНИЕ 1......................................................................................Щ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.......................................................................................ЮЗ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3......................................................................................./Об

ПРИЛОЖЕНИЕ 4.......................................................................................Ю9

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а, - величина адсорбции(моль/кг);

К - констаната адсорбционного равновесия;

Аоо - предельная адсорбция (емкость адсорбционного слоя);

X - концентрация вещества, моль/кг;

Эф.об. - эффект обесцвечиывания, %;

Эф.оч. - эффект очистки. %;

СВ - содержание сухих веществ, %;

Б - оптическая плотность;

го - удельное гидравлическое сопротивление;

I - интенсивность спектра;

Буд - удельная площадь поверхности адсорбента;

Сх - массовая доля сахарозы, %;

РВ - массовая доля редуцирующих веществ, %;

Ч - чистота, %;

I - температура, °С .

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В технологии сахарного производства известь и сатурационный газ являются основными реагентами, применяемыми для очистки диффузионного сока. Однако, запасы известнякового камня, пригодного для технологических целей, в России ограничены. В последние годы проблему повышения качества сахара-песка пытаются решить на основе применения достаточно дорогих твердых сорбентов: активных углей и ионитов. Из практики работы сахарных заводов известно, что полностью адсорбировать красящие вещества из растворов на гранулированном активном угле не удается. Недостатками применения порошкообразного угля, обладающего высокой степенью адсорбции, является необходимость усиления фильтрационной станции для отделения следов угля и невозможность его регенерации. Недостатком применения ионитов является их "растворимость" (некоторая часть полимера переходит в "растворимое" состояние и обнаруживается в сухих остатках экстрактов). В результате оттеки сахарного производства и паточный сироп, очищенные с помощью ионитов, загрязнены продуктами их разрушения .

В связи с этим очевидна актуальность поиска новых дешевых сорбционных материалов, уменьшающих расход извести и увеличивающих эффект очистки сахарсодержащих растворов.

Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка эффективных способов совершенствования технологии очистки сахарсодержащих растворов за счет использования синтезированного сорбента, обеспечивающего высокую степень очистки при невысокой стоимости В соответствии с этим конкретные задачи исследования заключаются в следующем:

синтез неорганического сорбента с заданными свойствами, изучение его структуры и химического состава;

изучение кинетики сорбции и сорбционных параметров исследуемого сорбента;

изучение эффективности процессов очистки сахарсодержащих растворов синтезированным сорбентом;

обоснование целесообразности применения нового сорбента в сравнении с известными органическими и неорганическими;

Научная новизна работы заключается в том, что для очистки сахарсодержащих растворов предложен синтезированный неорганический сорбент, позволяющий повысить технико-экономическую эффективность процессов очистки сахарсодержащих растворов. Разработан способ синтеза сорбента. Получен комплекс зависимостей характеризующих основные свойства сорбента. Найдены рациональные условия процессов очистки сахарсодержащих растворов.

Практическая ценность и реализация работы. Синтезирован неорганический сорбент, не уступающий по своим сорбционным свойствам заводскому аналогу (активная окись алюминия - алюмогель). Стоимость полученного сорбента значительно ниже аналогичного промышленного сорбента. Разработаны варианты очистки сахарсодержащих растворов с использованием синтезированного сорбента, алюмогеля, активного угля и ионита.

Экспериментальные исследования и анализ работы позволили предложить синтезированный сорбент для повышения эффективности очистки сахарсодержащих растворов.

Глава 1. ПРИМЕНЕНИЕ СОРБЕНТОВ В ПИЩЕВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Для обеспечения сахаром населения и промышленности необходимо ежегодно поставлять в розничную торговлю и на переработку около 6 млн.т сахара. Собственное производство сахара из свеклы обеспечивает лишь 2025% потребности в продукте. Кроме того, в межсезонный период перерабатывается 1-1,5 млн. т импортного сахара-сырца ,благодаря чему обеспеченность сахаром возрастает до 50%. Недостающее количество сахара песка закупается за рубежом /73/.

Решение проблемы увеличения производства сахара в России и сокращения объемов его импорта зависит от правильного определения стратегии дальнейшего развития отрасли.

В настоящее время развитие сахарной промышленности в России должно идти по двум основным направлениям: получение сахара из сахарной свеклы и утилизация отходов свеклосахарного производства. При этом предусматривается разработка следующих научных проблем:

совершенствование и интенсификация процессов получения и очистки сока и кристаллизации сахара;

внедрение безотходных и экологически чистых технологий и оборудования для охраны окружающей среды, переработка и использование отходов свеклосахарного производства;

разработка новых способов физико-химического контроля и экспертных компьютерных систем.

Решение этих актуальных проблем, охватывающих все этапы технологического процесса, позволит увеличить выход сахара, снизить расход сырья, топливно-энергетических ресурсов и вспомогательных материалов.

Одним из способов решения проблемы повышения качества сахара-песка пытаются разрешить на основе применения твердых сорбентов: активных углей и ионитов.

1.1. Сорбенты и их свойства.

Иониты - природные или синтетические многовалентные полиэлектролиты, которые в обменной форме адсорбируют из растворов одни ионы, а в замен отдают в раствор другие в строго эквивалентных соотношениях.

Традиционно в сахарном производстве используют активные угли, обеспечивающие высокий эффект обесцвечивания. Применением активных углей в сахарном производстве достигается не только высокий эффект обесцвечивания. Из сахарсодержащих растворов удаляются поверхностно-активные вещества и другие примеси, что повышает доброкачественность и снижает мутность сиропов, способствует ускорению кристаллизации сахарозы.

Угольные адсорбенты представляют собой высокопористые углеродные материалы, получаемые методами высокотемпературной обработки без доступа воздуха (пиролиза) различных древесных пород, торфа, ископаемых углей, растительных и животных объектов богатых по содержанию углеродистыми соединениями.

Для увеличения удельной поверхности и адсорбционной способности активных углей в сырье, подвергаемое пиролизу, вводят обычно активирующие добавки (2пС12, СаС12, К2С03, К2804 и др.) и проводят дополнительную обработку инертными газами или паром для более полного удаления летучих и смолистых веществ /90/.

Минеральные адсорбенты широко используются в пищевой промышленности в качестве фильтрующих средств, осушителей пищевых продуктов, в процессах осветления.

Особенностью строения глинистых материалов является то, что в основе их лежит сочетание двух структурных элементов /77,84/: кремнекислородных тетраэдров и алюминий-(железо-, магний-) кислородных октаэдров.

Исследование пористой структуры природных минеральных сорбентов, проведенное разными авторами /20,48/ с помощью рентгеноскопии, электронной микроскопии, по изотермам адсорбции и др., указывает на существование в природных минералах различных геометрических типов пор.

Для осветления вин, соков и других пищевых растворов применяются следующие сорбенты:

Суббетониты - щелочноземельные бетониты. Сопутствующими им минералами являются гидрослюда (до 15 %), каолинит и иллит. Они характеризуются средней набухаемостью (60-120 %) и обменной емкостью (0,5-0,8 мг/г).

Бентонитоподобные - относятся к бентонитсодержащим глинистым сорбентам. Удельная поверхность колеблется в широких пределах (от 0,8 до 3,5 мг/г). В пищевой технологии они могут применятся как адсорбенты после обогащения и химической активации.

Цеолиты - мелкопористые минеральные сорбенты. По химическому и минералогическому составу они относятся к щелочным и щелочноземельным алюмосиликатам. Цеолиты т^па т№гО пА1203 8Ю2 (размер пор 0,4 им) могут быть исполь^^'-для адсорбции веществ, у которых диаметр молекул меньше входных отверстий - 0,4 мм; цеолиты типа ОДСаО 0,ЗМа20 А120з 28Ю2 (размер пор 0,5 нм) адсорбируют все низкомолекулярные углеводороды и спирты нормального строения; цеолиты типа шКа20 пА120з гБЮг (размер пор 0,9-1 нм) имеют более широкие входные отверстия и поэтому у них более широкий диапазон адсорбции веществ различного класса. /77-79/.

Известны неорганические сорбенты на основе оксида железа, марганца (111,1У)/66,67/.

В последние годы проводятся систематические исследования в направлении поиска новых неорганических сорбентов на основе отходов производств. Авторами /49,51/ изучены сорбционные свойства отходов от переработки апатита и ильменита сернокислотным способом - фосфогипса и железного купороса. Для получения неорганических сорбентов оксигидратного типа весьма перспективным и практически неограниченным источником сырья являются отходы производства тетрахлорида титана.

1.2. Методы применения сорбентов в сахарной промышленности.

Несахара свекловичного и тростникового соков и сиропа представляют сложный комплекс веществ разной степени конденсации и полимеризации, разной природы и свойств, что затрудняет их выведение из растворов. Для их удаления применяют ряд методов: осаждения, ионный обмен, адсорбцию. Основными красящими веществами сиропа являются продукты щелочного разложения редуцирующих веществ и меланоидины, придающих сиропу темный цвет.

Подавляющее большинство технологических схем очистки диффузионного сока предусматривает сатурацию дефекованного сока в 2 ступени с отделением осадка между ними. Такая необходимость продиктована тем, что максимальное осаждение несахаров достигается при значениях рН=10,8-11: отклонение от них, как в большую (на основной дефекации), так и в меньшую (на 1 сатурации) сторону ведет к растворению части уже осажденных несахаров. Авторами предложены схемы с отделением осадка предварительной ступени обработки предсатурацией /25/ или глубоким пересатурированием /32,33/. В этих случаях становится возможной сатурация до оптимальной щелочности без отделения осадка между адсорбционной и конечной ступенями. Однако такие схемы не нашли широкого распространения ввиду их усложненности.

В работе /30/ предложен способ известково-углекислотной очистки диффузионного сока пересатурированием (бикарбонизацией), благодаря чему увеличивается полнота осаждения несахаров и улучшаются фильтрационно-седиментационные свойства осадка. При этом за счет смешивания бикарбонизированного сока с дефекованным осуществляется эффект так называемой "мгновенной сатурации".

Распространена очистка сахарных растворов с помощью активных гранулированных углей, которые получили широкое распространение в промышленности. По данным Г.М. Бутырина /23/, во всем мире выпускается более 1000 наименований угольных сорбентов разного назначения и свойств.

В зависимости от концентрации и качественного состава цветных веществ эффект обесцвечивания сиропов, например, в противоточном адсорбере достигает 40-70 %. С увеличением исходной цветности сахарсодержащих растворов наблюдается увеличение эффекта обесцвечивания /81/, поэтому предлагается обесцвечивать наиболее окрашенные продукты -сироп и клеровку.

Опыт работы сахарного завода им. Куйбышева показал /22/, что при увеличении эффекта очистки на 1 % чистота диффузионного сока возрастает примерно на 0,1 %; при увеличении эффекта очистки на диффузии с 8 до 16 % чистота диффузионного сока увеличивается на 1 %. Поскольку в процессе выпаривания чистота сока практически не изменяется, можно принять , что чистота очищенного сока равна чистоте сиропа. Также при увеличении эффекта очистки на диффузии с 8 до 16 % расчетная величина увеличения выхода сахара составляет 0,2 % к массе свеклы, а при увеличении чистоты диффузионного сока на 1 % теоретический расход извести на очистку уменьшается на 0,25 % СаО к массе свеклы.

Из практики работы сахарных заводов известно, что полностью адсорбировать красящие вещества из растворов на активном угле не удается /82/, так как раствор красящих веществ является неустойчивой системой, в

которой протекают процессы укрупнения частиц. Применяемые в заводской практике угли имеют небольшие диаметры пор(не более 2 нм), что препятствует проникновению крупных частиц красящих веществ в узкие поры. За счет увеличения адсорбционной поверхности происходит повышение эффекта адсорбции. Например, на порошкообразном угле он достигает 90-100 % вместо обычных 30-50 % на гранулированном угле. Таким образом, увеличение адсорбционной поверхности угля улучшает удаление частиц с большим радиусом. На мелко диспергированном угле хорошо адсорбируются коллоидные частицы. Недостатками применения порошкообразных углей является необходимость усиления фильтрационной станции для отделения следов угля и невозможность их регенерации.

В табл. 1 представлены данные по эффекту адсорбции (в %) продуктов щелочного распада редуцирующих Сахаров на угле АГ-3 разной степени дисперсности /82/.

Из приведенных данных следует, что эффект обесцвечивания прямо пропорционален степени дисперсности угля. Максимальная адсорб