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

На правах рукописи

О

го ^

ЗУЕВА Светлана Борисовна

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПООЫШЕШ1Я ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ САХЛРСОДЕРЖАЩИХ 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

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛИ:

доктор технических наук, профессор В.М. Иерелыгин кандидат технических наук В.А. Лосева

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОГП ЮНННТЫ:

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

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Открытое акционерное общество 'Рамонекий сахар"

Защита диссертации состоится '¿¿5 "1998 г

в 40 часов в ауд.^ОЯ "а заседании специализированного Совета Д

063.51.02 при Московском государственном университете пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11.

Опывы на автореферат (в двух экземплярах) заверенные печатью учреждения, просим напракляп. в адрес Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомит ьсн о библиотеке МГУПП.

Автореферат разослан " Я-^Г " Cyj-Л

1998 г.

Ученый секретарь специализированного Совета,

кандидат технических наук, профессор М.С. Жигалов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В технологии сахарного производства известь и сахурационный 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 иоиитов. 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 иоиитов 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 иоиитов, загрязнены продуктами их разрушения .

В связи с этим очевидна актуальность поиска новых дешевых сорбцион-ных 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 сорбциоиных параметров исследуемого сорбента;

изучение эффективности процессов очистки сахарсодержащих 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 п 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 сорбента.'

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, исходною побочного продукта, адюмогедя, активного 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 иннциатина-_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 процессон"(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 »ведении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и конкретные задачи исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, а также практическая значимость работы.

В гюопоп главе 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 »лапа носил щепа получению неорганического сорбента, исследованию его структуры и химического состава.

В настоящей работе сорбент, имеющий химический состав а - АЬСЬ , предлагается получать не из природного сырья (глины), где содержание АЬОз составляет 10-40%, а из побочною продукта травления сплавов алюминия на Воронежском заводе строительных алюминиевых конструкций, то есть в рекомендуемом нами способе в качестве исходного сырья мы используем обогащенный побочный продукт, имеющий 95-98% Л120з. Используемые отходы представляют собой продукт образующийся при травлении сплавов ЛД-3! и ЛМГ-2 (ГОСТ 478-1-65).

/[алее в качестве сорбентов исследовались следующие вещества: "Сг" - отмытый дистиллированной полой и чмсушенньш порошкообразный побочный продует травления алюминиевой ленты на Воронежском заводе алюминиевых ароигедьмых конструкций;

"С|" - полученный при выщелачншшии "Пасты" с последующим осаждением гидроокиси алюминия кислотой(синтезированпмй неорганический сорбент):

а -ЛЬОз, у-ЛЬОл - промышленные аналоги исследуемых сорбентов. Исследопания структуры вышеперечисленных веществ проводились в Воронежском Государственном Университете на кафедре "Физики твердого тела".

На основании анализа результатов анализа дифрактограмм и рентгеновских эмиссионных спектров можно сделать вывод о том, '¡то в основе г СГ' и апвдмогеля лежит ! иббент ч а -ЛЬОз; в основе "С2" лежит у -ЛЬОз.

Изучена кинетика сорбции и еорбционные параметры исследуемых сорбентов. Кинетика адсорбции катионоп цинка, калия и цезия изучалась из их водно-сахарных растворов, с содержанием сухих лешсстп 15/0, при температура 25 "С.

Величина адсорбции рассчитывалась по уравнению:

ш = (Х0-ХОУ/т ( 1 )

где Хо, XI - концентрация вещества в растворе до и после адсорбции, моль/см3; V - объем раствора, см3; ш - масса сорбента, кг. Анализ кинетических кривых адсорбции показал, что скорость адсорбции катионоп металлов на сорбенте "С" выше, чем скорость адсорбции на алюмогеле и сорбенте "С2" (рис. 3-5). При згом скорость адсорбшш катионов цезия превышает скорость адсорбции катионоп цинка и кашгя . Адсорбционное равновесие в изученных системах, наступало по истечении 10 мин (в случае применения "С]"); 20 мин((в случае применения "С?"); 40 мин (в случае применения алгомогеля) от начала контакта сорбентов с раствором.

Ряс. 3. Кинетические кривые адсорбции катионов калия на сорбенте "СГ (кр.1), сорбенте "Сг" (¡Ф-2) и алюмогелс (кр.З).

о &

20

40

80

т, мин

Рис. 4. Кинетические кривые адсорбции катионов цинка на сорбенте

"Cj" (кр.1), сорбенте "С/' (кр.2) и алюмогелс (кр.З). Для измерения предельной адсорбции образцы сорбентов массой 0,5 г смешивались с 200 см3 растворов н выдерживались в течение 40 mwi (время достижения адсорбционного равновесия).

Для обработки экспериментальных адсорбционных данных воспользуемся уравнением Фрейндлнха:

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. Расчеты проводились по программе, выполненной на языке Паскаль.

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

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

Cs+ > Zn2+ > К+.

На рис.7 представлены изотермы сорбции катионов цезия. Сорбцион-ная способность исследуемых сорбентов характеризуется соо (ношением:

"'С|" > а - АЬОт >

Равновесная адсорбция и кинетика адсорбции были изучены при температуре процесса 22 "С. Большинство процессов очистки сахарсодержаших растворов проводится при высоких температурах. Изучение кинетики сорбции красящих веществ проводили при температурах 30-80 °С нз модельных водно-сахарных растворов на основе сахара-сырца и белого сахара с массовой долей сорбента "СГ' 1 %. Пробы выдерживали в течении 2, 5, 10, 15, 30, 60 мин при 80 "С (D„c4-0,35, СВ„,.Х =14,6), 50 nC (D„„-0,36, CBlKX =13,8)и при 30 "С (D юл-0,36, СВ«сх " 13,8), а затем измерили 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 п координатах линейной формы уравнения Лен-гмюра построены в редакторе Excel. На рис.8 предаавдемм уравнения и изотермы адсорбции в координатах линейной формы.

моль/кг I

XI, моль/кг

Рис. 6. Изотермы сорбции катионов цезия (кр. 1), цинка (кр.2) и калии (кр.З) на сорбенте "С|".

а,.

моль/кг

0,4 рЛ"-¥

0,2 I' Л

0 ' г 3 Х|, моль/кг

ar-0.0851.nX-t0,72; аг-0,0681.пХ I 0,50, ау=0,092 иХ+0,69 (КЛ-0,99) (К2-0,95> (к2=0,96)

Рис. 7, Изотермы сорбции катионон калия на сорбенте "СГ' (кр.1), сорбеше "Сд"(кр.2) н шиомогеле (кр.З) (О, □ ,<>- опытные точки; © , и - расчетные точки). Экспериментальное определение емкости адсорбционного моиослоя А (предельной адсорбции) позволяет рассчитать удельную поверхность адсорбента:

8УД = Д'Л Ид со

( 4 )

где Л со - предельная адсорбция; МЛ - число Авогадро;

<о - площадь, занимаемая одной молекулой адсорбата. Экспериментальные результаты по определению изотермы адсорбции обработали с помощью уравнения Ленгмюра, записанного в линейной 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 = = 1/Аоо, Ь = 1/Аоо К.

а,-2,416Х + 0Л115; а2=1,1873Х +0,0327; а3=1,811Х +-00,59 (Я2=0,99) (Я2=0,99) (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 предельной адсорбции исследуемых сорбентов представлены в табл. 2.

___Таблица 2_____

Вид Кр А оо (расч.), моль/кг

сорб. С1 С2 а - АЬОз С1 С2 а - АЬ03 "С," "С2" и - АЬ03

гп2+ 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

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

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

Сорбционная емкость сорбентов (рассчитанная по цинку) следующая: "С|"=0,37 мг/г, "С2"=0,26 мг/г, а-А120)=0,33 мг/г, у-А12Ог 0,19 мг/г.

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

1.Имеег место необратимая адсорбция. Значения предельной адсорбции полученные экспериментально и рассчитанные по уравнению ( 6 ) практически совпадают и составляют для сорбента "С)" от 0,53 до 0,76 моль/кг; для сорбента "СУ 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 а - А^СЬ (174 226 102' им). Наибольшей сорбционной емкостью (по цинку) обладает сорбент "С1"

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

В четвертой глппе исследована эффективность процессов очистки сахарсо;держащих растворов исследуемыми сорбентами.

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

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

Первую колонку загружали подготовительным сорбентом "С|" массой 5 г, высота которого составляет 15 см; вторая колонка 2 г "СГ' + 2 г апнопита АВ-17-211; третья колонка - 5 г анионита АВ-17-2П.

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

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

Было проведено 3 цикла сорбции и десорбции красящих веществ.

Полученные результаты приведены на рис. 9.

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

При исследовании технологических показателей сиропа при комбинированном обесцвечивании сорбентом "СГ' н аниопитом АВ-17-211

усыновлено, 'по их применение позволяет повысить чистоту в среднем н.ч 0,65 %.

30

а о

У\

к:

и'

Лниониг

"СГ+Амиомит

г

з

е

з

г

Рис 9. Зависимость эффекта обесцвечивания от комбинации исп&льзуе мы\ сорбентом.

Как видно из полученных данных, комбинированное обесцвечивание сиропов "С," и анионнюм дает более высокие результаты по эффекту обесцвечивания и чистою сиропов. Средний эффект обесцвечивания сиропов повысился н 1.28 а 2,73 раза, а чистота увеличивается от 0.62 до 0,69 %.

Среднее значение рМ сиропа при обесцвечивании различными сорбентами нракзически не изменилось.

Содержание сумо; ветест» н сахарозы при обесцвечинации исследуемыми сорбешамн ос гае тог ечнбильным.

Обссниечивание модельных сахарсодержащнх растворов активированным \1.чсм ЛГС-4 проводили в скопческих условиях.

Пробы сока II стуранин (СВ-13 %, 0-0,31, рН=7.6) объемом 10 см3 с добавками сорбентов "СУ" активированного усач (размер фракции 0,01 мм) выдерживали на водяной бане в течении 30 мин при 70 "С. Затем енроим отфильтровывал», охлаждали до 20-25 "С и анализировали. Готовили серию образцов с различной массовой долей сорбентов: 1 - 0,5 г("СГ")+0,25 г(угля); 2 - 0,5 г("С(")+0,5 г(угля); 3 - 0,25 г("СГ')*0,5 г(угля); 4 - 0,75 г("СГ); 5 - 0,75 г(угля). Результаты экспериментов представлены на рис. 10. Гистограмма на рис.10 наглядно демонстрирует преимущества комбинированного использования сорбента "СГ' и активированного угля АГС-4 » соотношении 1/!. Следует отметить, что применение угля (0,75 %), увеличивает эффект обесцвечивания на 10,%, по сравнению с применением сорбента "СГ' (0,75 %). Таким образом, выгоднее использовать комбинацию сорбентов "С]" и активированного угля АГС-4. Недостатком использования АГС-4, является необходимость дополнительной обработки угля перед его использованием, высокая стоимость зарубежных марок угля и недостаточная обесцвечиваю-

И)

тая способность отечественных. В связи с эшм перед нами встал вопрос о самостоятельном применении оксида алюминия и разработке режима очистки сахарсодержащих растворов.

5 бо|

ю о

С зо|

<1> I

г !

п I

75,4

2

ао.э

78,2

54,1

65,а

Рис. 10 Гистограмма влияния комбинации исследуемых сорбентов ("СГ'/утль) на зффект обесцвечивании: 1 - 2/1; 2 - 1/1; 3 - 1/2; -1 - "С,", 5 - Уголь Для изучения влияния различных факторов на процесс обесцвечивания сахарсодержащих растворов неорганическими сорбентами проведены исследования с применением методов матемашческот планирования эксперимента. Метод полного факторного эксперимента дает возможность нолунпь математическое описание процесса в виде уравнения регрессии, адекваткого для усыновленных границ значений изучаемых факторов.

В качестве основных факторов, влияющих на ход процесса обесцвечивания модельных сахарных растворов были выбраны: Х| - температура (" С); Х2 - продолжительность контакта сорбетов с растворами(мин). I1ределы изменения этих факторов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Значения факторов Интервал

Обозначение факторов нижний основной верхний варьирован)

уровень уровень уровень

Температура (Х|), °С 40 60 80 20

Г1 родол житед ы 1 остъ(Х2),м ин. 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-Ьи + Ь,Х| + Ь2Х2 + Ь„Х,2 + Ь=2Х22 + ЬиХ,Х2 ( 7 )

где Ь,) - свободный член уравнения;

Ь, - коэффициенты при линейных членах;

Ьц - коэффициенты при квадратичных членах уравнения;

Ц - 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.

1Грн сравнении поверхностей отклика для сорбентов "СГ* и "С2" видно, чго последняя расположена значительно ниже, то есть обладает более низкой (на 20-30 %) сорбциошюй способностью. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о том, что структура "С/' ближе к структуре у-алюмогеля, который обладает невысокими адсорбционными свойствами (в отличие от заводского а-алюмогеля).

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

использовании "Сг": 80 °С, 50мин. При использовании заводского алюмогеля: 70 "С, 30 мин. Полученные данные показывают что максимальный эффект обесцвечивания составляет для сорбента "СГ' 78 %, для сорбента "С2" 57 %, для заводского алюмогеля 76 % при продолжительности обесцвечивания 50 мин, температуре 80 "С.

Изучено влияние вида и массовой доли сорбентов "С1" и "СУ 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 оптимального проведения процесса.

В диффузионный сок (СВ-11,2 %, 4=85,6 %) объемом 100 см3 вводили сорбенты массовой долей 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.

мин

Рис. 11. Геометрическая поверхность отклика зависимости эффекта обесцвечивания от продолжительности и ) температуры (обесцвечивание сорбентом "С)"")

о та

х, мин

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

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

Исследовано влияние массовой доли и вида сорбентов на чистоту сока II 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 "Сгп. Дальнейшие исследования алюмогеля не проводились в виду его практически одинаковой сорбционной способности с сорбентом "С)".

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 "Сг" равна 0,5 г). Навески сорбентов после их предварительного териостатирования в калориметре приводили в контакт с. рабочим раствором. Результаты регистрировали автоматически при помощи цифро-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 "СГ тепловой эффект равен 4,84 Дж, сорбента "Сг" 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 сахарсодержащнх растворах.

Опыты проводились с модельными сиропами на сорбентах "С|", "С}" и алюмогеле различных фракций (¡1=1-1,5 мм и с1 -2-3 мм ).

Наилучший эффект обесцвечивания дают сорбенты с (11,0-1,5 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 "С2")(рис. 16).

0,15а 0,43 0,72 0,98 0100/СВ

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 сахарсодержатцнх растворах эффект очистки и эффект удаления солей Са уменьшается от 61 % до 22 % для "С|" и от 56 % до 18 % для "С:".

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 1 сатурации. Качество осадка имеет огромное значение при фильтрации.

С целью повышения фильтрационно-ссдиментационных свойств осадка сока I сатурации исследованы следующие материалы: а.у-АЬО?, сорбентов "С1", "Сг" и фильтровального порошка перлита.

Из результатов экспериментов видно что наилучшая скорость отстаивания наблюдается при массовой доли сорбентов: "СГ'=0,1 %, "С^'-0,1 %, перлит=0,2 %, а,7-А120у=0,1 %.

Как видно из рис. 19, по сравнению с типовой очисткой ( без применения сорбентов) наибольшая скорость отстаивания достигается в случае применения "СГ', АЬ05 и перлита , В случае применения "СГ' продолжительность отстаивания сократилась практически в 2 раза.

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

Рис. 17. Влияние содержания СВ на эффект обесцвечивания 0ф.1) и эффект удаления (кр.2) солей Са сорбентом "СГ*

|(>

75 СВ, %

('не. 18. Влияние содержании СП на эффектооссписчипиння (кр. I) и эффект удаления (кр.2) солей С а сорбентом "С/' С целью изучения влияния сорбентов на скорость фильтрования соков I сатурации было рассчитано удельное гидравлическое сопряг пиление осадка. Удельное гидравлическое сопротивление осадков рассшшнапи по

формуле (8).

)

где

Г(( = Р М/п Х„ ( 8

- Удельное гидравлическое сопротивление;

- Ра ¡пост ь давлений;

- Ллошадь попер.мтети фильтрующей перст ородки;

- Коэффициент динамической вязкости фильтрата, Пас;

- Обьем осадка, соответствующий 1 м1 фильтрата.

- тангенс угла наклона прямой зависимости времени фильтрования от объема фильтрата.

Значения удельного гидравлическою сопротивления осадка соков 1 сатурации представлены в табл. 5.

Таблица 5

Влияние исследуемых сорбентов на неличины удельного

Го

Р И

ч

Х()

м

"С2" а-АЬ03 "С2" Т-АЬОз Перлит Типовая

Го 2.13 102 2.10 102 2.90 102 3.01 10г 3.85 102 4,2 102

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

Рис 19 Нлн.чпис сорбепгои "СГ'О), « -Л120,{.2), у -Л1203 и

перлита (3) на скорое п. отстаивания осадка сока I сатурации (5 - без применения сорбентов).

На основании нсслодопаппн структуры и обесцвечивающе» способности можно сделан, вывод о целесообразности применения для улучшения фнльтряцнонно-седнмептацпопных свойств осадка сока П сатурации "СГ', как наиболее экономичного сорбента (спиду низкой стоимости) или любого сорбента на основе а -ЛЬОл,

Осипшсмс иыаодм н рекомендации 1. Из побочного продукта травления сплавов алюминия, с содержанием 95-98 % АЬОз пНгО, на Воронежском заводе строительных атомниисзых конструкций синтезирован неорганический сорбент. Обоснованы используемые реагенты и рациональные параметры процесса получения сорбента. Доказано, что структура н химический состав синтезированного неорганического сорбента (называемого далее сорбент "СГ') аналогичны стандартному сорбенту алюмогелга, синтезируемому из природного сырья (глины) с содержанием от 10 до 40 % оксида алюминия. Рентгеиоструктурный анализ состава исходного побочного продукта (условно названного сорбент "Сг'') показывает наличие к нем следующих модификации пщроксида алюминия:

у ■■ АЬО( ЗН20; ЛЬО) 21 ¡¿О; АЬОз 311^0 и примесей гидроксидов металлов, входящих в состав 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, что адсорбция является необратимой. Рассчитаны сорбционньге параметры синтезированного сорбента. Например, сорбционная емкость, рассчитанная по цинку, сорбента "СГ' составляет 0,37 мг/г, сорбента "Сг" - 0,26 мг/г, а-АЬО? - 0,33 мг/г, у-ЛЬО., - 0,19 мг/г.

5. Исследована сорбция красящих веществ сорбентами мшерокалорн-метрнческим способом. Установлено, что с увеличением размера фанул сорбеитог>(от 0,01 до 7 мм) уменьшайся теплота обесцвечивания (от 2,4 до 1,84 Дж для сорбента "СГ' и от 2,10 до 1,45 Дж для сорбента "Сг"), а также уменьшается эффект обесцвечивания (от 35 до 7,9 % для сорбента "СГ" и от 26 до 5,6 % для сорбента "СУ)при температуре процесса 25 °С.

6. Изучено влияние исследуемых сорбентов на чистоту сахарсодержа-щих растворов и эффект удаления солен кальция. Наибольшая степень очистки и удаления солей кальция достигается в случае. применения сорбентов с диаметром гранул 1,0-1,5 мм. При очистке 60 % сиропов (температура процесса 80 (|С) сорбентом "СГ\ с различной оптической шшпюетыо (от 0,158 до 1,21), с возрастанием количества цветных веществ увеличивался эффект удаления солей 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 полученною сорбента "СГ', активных углей и пошл он увеличивав эффект извлечения цветных веществ из сахарсодержащих растворов. Так при комбинированном использования сорбента "СГ' и аннонита АВ-17 2П эффект обесцвечивания увеличился п 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 "СГ') и 1,8 %(с сорбентом "Сг").

9. Установлено что добавка сорбента "С)" 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 "СГ'.

10. Выполненные исследование и апробирование их результатов позволяют рекомендовать сорбент "СГ' для очисти! сахарсодержащих расуворов в промышленном производстве при снижении стоимости процесса и повышении его эффективности.

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

Список работ по теме

1. Зуева С.Б., Зуева В.В. Исследование сорбционных свойств модифицированных неорганических сорбентов // 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 сиронов неорганическим сорбентом. // Международный конгресс "Экологическая ининиатива-94"/Воронеж, 1994.

3. Перелыгин В.М, Лосева В.Л., 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.Л., 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., Сошпикова 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. гр. / Воронеж, 1997.

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

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