Підвищення ефективності технологічних процесів очищення дифузійного соку з використанням додаткових реагентів

 

Підтверджено високу ефективність схеми очищення з прогресивною переддефекацією, переддефекосатурацією та використанням додаткових хімічних реагентів.

Використання дигідрофосфату амонію на початковій та завершальній стадіях очищення в зоні рН20 11,5 ... 11,3 дозволяє інтенсифікувати хімічні та адсорбційні процеси, внаслідок утворення гідроксилапатиту з високою питомою поверхнею сорбції.

Введення реагенту «КРОСС-5» в переддефекосатурований сік з рН20 9,0 ... 9,5 дозволяє поліпшити як седиментаційно-фільтраційні показники соку, так і адсорбційну здатність осадів СаСО3, що утворюються на І та ІІ карбонізації.

С.П. Олянська, професор кафедри технології цукру та підготовки води Національного університету харчових технологій

В.В. Цирульнікова, доцент кафедри технології харчування та ресторанного бізнесу Національного університету харчових технологій


Підвищені вимоги до якості білого цукру, відповідно до світових стандартів із вступом України до СОТ, постійно зростаючі ціни на енергоносіїв, вапняк та допоміжні матеріали вимагають безперервного вдосконалення технологічної схеми очищення дифузійного соку.

Загальний ефект вапняно-вуглекислотного очищення дифузійного соку від нецукрів може досягати 40%, а в реальних виробничих умовах становить 30-34% і складається з двох основних частин: частина нецукрів (високомолекулярні сполуки та аніони кислот) випадає в осад при невеликих витратах хімічно активного вапна, а інша — видаляється з розчину шляхом адсорбції карбонатом кальцію при обробці соку підвищеною кількістю вапна та сатураційним газом. Витрата фізично активного вапна, що використовується для утворення адсорбенту СаСО3, в 5-6 разів більша, ніж хімічно активного вапна.

За контрольними показниками (вміст золи, кольоровість в розчині і в кристалічному вигляді), цукор, вироблений нашими заводами, поступається вимогам, які існують в країнах ЄС. Починаючи з 01.01.2008 р. введено в дію новий стандарт на білий цукор ДСТУ 4623: 2006 [1]. Відповідно до цього стандарту, основним показникам якості білого цукру, виробленого в країнах ЄС, відповідає тільки цукор I категорії — величина поляризації не менше 99,7%, кольоровість — не більше 45 од. ICUMSA, масова частка редукуючих речовин — не більше 0,04%, золи — не більше ніж 0,27% [1].

У 2014 році Європейський Союз надав квоту Україні на поставку 20 тис. т цукру вищого сорту, що відповідає стандарту ФАО/ВООЗ 212-1998 за основними показниками: кольоровість, вміст золи та мікробіологічні забруднення [2]. Квота на поставку цукру на 2015 рік склала 20,07 тис. т [3].

Станом на початок квітня 2015 року, квота на експорт цукру була використана на 33,3%. Загальний обсяг експорту склав 6,7 тис. т [4] при розмірі квоти в 20,07 тис. т.

Для підвищення якості сиропу і клеровок жовтого цукру запропоновано використовувати дешеві природні сорбенти — бентоніт, фільтроперліт [5, 6].

Аналіз літератури, присвяченої адсорбції [7, 8], дозволяє чітко визначити, що основними критеріями при виборі сорбенту є високорозвинена поверхня, велика кількість гідроксильних груп ОН та висока вільна енергія поверхні.

Фосфати можна уявити як з'єднання п’яти-валентного фосфору, що містять зв'язку Р-О. Такі сполуки мають високу вільну енергією поверхні та добре адсорбують органічні речовини [9].

Фосфати кальцію отримали широке застосування на практиці [10]. Зростаючий інтерес до кальцій-фосфатних матеріалів та, зокрема, до апатитів кальцію в останні роки обумовлений їх унікальними властивостями та застосуванням в приладобудуванні (люмінофори, п'єзоелектрики), в якості сорбентів для хроматографії, матеріалів для імплантації, сорбентів важких металів та радіонуклідів [11, 12].

Особливе місце серед великого класу сполук фосфору займає гідроксилапатит — Са10(PO4)6 · (OH)2, який з деякими припущеннями можна вважати кристало-хімічним аналогом мінеральної складової тканин скелету тварин та людини, слугує базовим компонентом синтетичних матеріалів для ортопедії та стоматології [12, 13 ].

З'єднання фосфору отримало широке застосування в цукро-буряковому виробництві [14, 15] та у виробництві цукру-сирцю [16].

Недолік натуральної лужності, при переробці бурякової сировини низької якості з високим вмістом редукуючих речовин та розчинних сполук азоту у виробництві, компенсують, додаючи в сік кальциновану соду Na2CO3 або тринатрійфосфат Na3РO4 · 12Н2О [14, 15].

Для інтенсифікації хімічних та адсорбційних процесів на початковій та завершальній стадіях очищення дифузійного соку нами запропоновано використовувати додатковий хімічний реагент [17, 18] дигідрофосфат амонію NH4H2PO4, при введенні якого в високолужне середовище з рН20 11,3 ... 11,5 при високому іонному співвідношенні Са/р 1,67 утворюється гідроксилапатит Са10(РО4)6 · (ОН)2 з високою питомою поверхнею сорбції ≈ 100 м2/г.

Розроблено спосіб очищення дифузійного соку, який передбачає проведення теплого прогресивного вапнування при температурі 50 ... 55 ˚С з рециркуляцією згущення суспензії осаду ІІ карбонізації в метастабільну зону з мінімальною в'язкістю та електропровідністю, що передбачає нагрівання соку до температури 70 ... 75 ˚С (при необхідності до 80 ... 85 ˚С) та проведення переддефекосатурації до рН20 11,3 ... 11,5 з витратою вапна 0,3 ... 0,5% СаО до маси соку, відділення переддефекосатураційного осаду та обробку декантату дигідрофосфату амонію NH4H2PO4 [18 ], основне вапнування, I та II карбонізації, фільтрація.

Використання дигідрофосфату амонію на початковій стадії очистки в схемі з відділенням переддефекосатураційного осаду призводить до інтенсифікації хімічних та адсорбційних процесів, в результаті формування у високолужному середовищі з рН20 11,3 ... 11,5 гідроксилапатиту з високою питомою поверхнею сорбції. При витраті реагенту 0,20% до маси соку повнота осадження ВМС білкового комплексу збільшується на 87,8%, розчинних солей кальцію — на 97,0%, барвників — на 77,4% [18], що призводить до утворення майже чистих осадів СаСО3, які утворюються на I та II карбонізації, та істотного поліпшення їх адсорбційної здатності. Чистота очищеного соку ІІ карбонізації підвищується на 1,8 од., збільшується вихід цукру на 0,4 ... 0,45%.

Після адсорбційної очистки на I карбонізації в соку залишається значна кількість солей: винної, лимонної, яблучної, а також гліколевої, пірролідонкарбонової, молочної кислот, високомолекулярних та фарбуючих речовин [19].

Розроблено спосіб очищення дифузійного соку, який передбачає використання дигідрофосфату амонію на заключній стадії очищення шляхом введення у фільтрований сік І карбонізації [17].

Відповідно до запропонованого способу, проводилася обробка фільтрованого соку І карбонізації (температура 80 ... 85 ° С) дигідрофосфату амонію в кількості 0,05; 0,10; 0,15 та 0,20% від маси соку. Проби витримували 10 хв. при періодичному помішуванні для формування осаду гідроксилапатиту, потім проби фільтрували та аналізували. Середні результати чотирьох серій досліджень з соками І карбонізації чистотою 88,4; 90,6; 91,3% наведено в табл. 1.

Ефективність обробки соку І карбонізації NH4H2PO4


Більше інформації читайте в журналі «Цукор України» №2 (122)/2016

 

      Про журнал

       Передплата

      Авторам

       Рекламодавцям

           Архів


4076