Вплив якості живильної води на технологічні показники дифузійного та очищеного соків
Лекція 3
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОТРИМАННЯ ДИФУЗІЙНОГО СОКУ
Обґрунтування факторів впливу окремих чинників на ефективність отримання дифузійного соку з цукрових буряків. Способи підвищення якості дифузійного соку. Застосування додаткових реагентів в процесі екстрагування цукрози з бурякової стружки. Величина відкачки та її вплив на техніко-економічні показники роботи заводу. Підготовка живильної води. Мікробіологічні процеси на дифузії. Можливості впливу на ступінь пресування сирого жому. Визначення кількості сирого та пресованого жому. Ефективні способи підготовки жомопресової води.
Обґрунтування факторів впливу окремих чинників на ефективність отримання дифузійного соку з цукрових буряків
Видалення цукрози з бурякової тканини проводиться способом екстракції (дифузією), який був запропонований у 1833 р. Нашим співвітчизником Д.А.Давидовим, а широкого практичного застосування набув у 1864 р. завдяки винаходу чеха Юліуса Роберта – конструкції дифузора і дифузійної батареї періодичної дії.
Безперервно діючі дифузійні установки стали вагомим досягненням техніки цукробурякового виробництва. Вони забезпечили значний ріст продуктивності праці, відсутності такого відходу як дифузійна вода. Проте технологічно вони не так досконалі, як дифузійні батареї, що пов’язано в першу чергу з необхідністю роботи з більш товстою стружкою. Необхідна ступінь знецукрення стружки за оптимальної відкачки забезпечується шляхом збільшення тривалості процесу та віджиманням жому з обов’язковим повертанням на дифузію ж/п води.
|
|
|
Дифузія є тим важливим технологічним процесом цукрового виробництва, від правильного проведення котрого залежать вихід та якість готової продукції та проходження подальших окремих технологічних процесів. Сама ж технологічна якість дифузійного соку залежить в основному від кількості ВМС, що перейшли з клітинного соку в дифузійний. Останні мають сильний вплив на різні процеси очищення та уварювання соків, але превалюючим є в’язкість очищуваного соку, що не тільки істотно впливає на фільтраційну здатність карбонізованих соків, але й на швидкість уварювання та центрифугування утфелів. І хоча частина ВМС видаляється в процесі очистки, але залишкова кількість їх істотно впливає на в’язкість, особливо під час переробки підморожених чи підгнивших буряків. Одним із найшкідливіших ВМС є пектин, молекули котрого у порівнянні наприклад з декстрином менші, але вони мають здатність до утворення асоційованих компонентів соку, що значно підвищує в’язкість.
Дифузійний процес залежить від ряду факторів, найвагомішими з котрих є:
|
|
|
· кількість води, що подається в апарат, та величина відкачки;
· якість живильної води;
· температура процесу;
· тривалість дифузії.
Відкачка
Відкачка (або кількість дифузійного соку у відсотках до кількості перероблених буряків) відіграє одну з найважливіших ролей в дифузійно-екстракційному процесі. Вона впливає не тільки на втрати цукру з жомом, але й на витрату палива на виробництво, на вихід та якість цукру-піску. Величина відкачки у % до кількості буряків розраховується за рівнянням
А = 100[Дг –Втр]/ Цд.с..
Згідно рівняння П.М. Сіліна ступінь вилучення цукрози з бурякової стружки підвищується зі збільшенням величини відкачки дифузійного соку. Відкачка соку визначається певним ступенем знецукрення бурякової стружки і залежить від різних факторів: товщини стружки, температурного режиму, тривалості екстрагування, гідродинамічних умов в апараті. З точки зору економії паливних матеріалів, відкачку соку необхідно тримати найбільш можливо низькою, що пов’язано з додатковим витратами палива для випарювання води з цукрових розчинів.
В УкрНДІЦП провели розрахунки та виразили графічно вплив величини відкачки на техніко-економічні показники виробництва.
|
|
|
|
|
∆НЕСдс – додатковий перехід нецукрів у дифузійний сік,% до к.б.;
∆СаО - додаткова витрата вапна на очищення, % до к.б.,
∆САХбс – вміст цукрози у товарному білому цукрі, % до к.б.;
∆αту - додаткова витрата палива на випаровування води, т/100 т б.;
∆САХбс+САХм – додаткова кількість цукру в мішку та в мелясі;
∆Э - додаткова економія від зниження втрат цукру в жомі, у.о/100 т б.;
Х - втрати цукру в жомі, до к.б.;
∆Жт - додатково вироблений товарний жом, на 100 т б.
Аналіз графіка показує, що підвищення відкачки з 120 до 135% призведе до додаткової витрати умовного палива на 0,19%, додатковій витраті вапнякового каменю на 0,16%, що навряд чи окупиться збільшенням виходу білого цукру на 0,055%.
Ступінь знецукрення визначається величиною так званих врахованих втрат при екстрагуванні. Під цим розуміють вміст сахарози, який залишається у жомі. Дослідження показали, що порції соку, одержані з надмірно знецукреної стружки, містять велику кількість нецукрів, що негативно впливає на технологічні процеси під час очищення дифузійного соку та кристалізації сахарози, тим самим спричинюючи підвищений вміст сахарози у мелясі. Підвищений вміст нецукрів пов’язаний з тим, що швидкість їх екстрагування, знижена при високій цукристості, поступово підвищується порівняно зі швидкістю екстрагування сахарози. Внаслідок цього знижується чистота соку. Тому були визначенні оптимальні межі знецукрення стружки і рекомендовані як нормативні у межах 0,3-0,35%.
|
|
|
Вплив якості живильної води на технологічні показники дифузійного та очищеного соків
Ефективність процесу вилучення сахарози з бурякової стружки в значній мірі залежить від якості живильної води та способу її підготовки
Джерела водопостачання цукрових заводів, як правило, не забезпечують необхідну якість води, що призводить до значних труднощів в технологічному процесі. Так, наявність мінеральних та органічних сполук, колоїдних домішок у барометричній воді негативно впливає на технологічні показники дифузійного соку. Крім того, на технологічний процес негативно впливає високе значення показника рН20 живильної води: пектинові реовини бурякової тканини розкладаються, стружка розм’якає, вкривається слизом, внаслідок чого процес екстрагування сахарози значно утруднюється, а жом втрачає здатність до віджимання
Визначенню оптимальних показників якості живильної води, що використовується в процесі екстрагування сахарози з бурякової стружки в дифузійних установках безперервної дії, було присвячено велику кількість робіт вітчизняних, та зарубіжних науковців по дослідженню впливу хімічного складу використовуваних вод на технологічні показники роботи цукрових заводів. На думку багатьох дослідників, підвищений вміст у живильній воді лужних металів, солей кальцію та магнію створює негативний вплив на технологічний процес і призводить до підвищених втрат цукру з мелясою С. Бетгер своїми дослідженнями довів, що підвищення жорсткості живильної води, яка надходить до дифузійної установки, в 5-10 разів, є основною причиною підвищення виходу меляси з 3,6 % до 4,5-5,0 %.
Думку про негативний вплив високої жорсткості води на процес екстрагування сахарози підтримує М.П. Сілін. М.Д. Зуєв зауважує, що живильна вода виявляє значний вплив і на кількість та склад накипу у випарній установці .
Тривалий час дослідники вважали, що нецукри живильної води адсорбуються буряковою стружкою, а незначна їх кількість, що залишається у соку, не призводить до погіршення технологічних показників дифузійного соку. Але дослідженнями було визначено, що 85-90 % аніонів, введених із живильною водою, залишається в соку у зв’язку з недостатністю тривалості процесу вилучення сахарози для вирівнювання концентрацій електролітів у системі.
Крім того, одним із важливих показників якості живильної води, який суттєво впливає на процес екстрагування сахарози із бурякової стружки, є її мікробіологічна забрудненість. Живильна вода є одним із джерел інфікування дифузійного апарату , що призводить до розвитку мікробіологічних процесів, а отже, до збільшення втрат сахарози, і негативно впливає на ефективність роботи не лише дифузійної установки, але і виробництва в цілому.
Отже, аналіз наукових робіт, присвячених дослідженню впливу екстрагента на якісні показники отримуваних дифузійних соків, показав, що необхідною є підготовка екстрагента перед подачею його в дифузійний апарат. Вважається , що підготовка має забезпечити отримання екстрагента середньої жорсткості, з високим ступенем буферності і із оптимальним для процесу дифузії значенням рН20.
Крім того, тенденція до загального погіршення якості води в природних водоймах вимагає необхідності максимального використання в якості екстрагенту для процесу вилучення сахарози з бурякової стружки альтернативних джерел водних ресурсів. Використання жомопресової води та конденсатів вторинних сокових парів дозволяє вирішити питання живильної води для дифузійної установки. Проте на більшості цукрових заводів зазначені води не використовуються для живлення дифузійної установки, що пов’язане з необхідністю хімічного очищення жомопресової води та високою лужністю конденсатів, зниження якої шляхом сульфітації від рН20 10-10,5 до 5,8-6,5 утруднене. Необхідно також відмітити, що сульфітація живильної води малоефективна з точки зору її дезінфекції.
Отже, очищенню живильної води для дифузійних установок необхідно приділяти максимальну увагу. Під час розроблення способу підготовки живильної води першочерговим є вирішення наступних питань
· вода не повинна містити домішок, які призводять до ускладнення технологічних процесів на наступних станціях заводу (відсутність NH3 у воді дозволяє зберігати високий модуль упру гості, тому що аміак утворює амідосульфінові кислоти NH2SOOH);
· значення рН20 середовища, буферність і температура мають відповідати оптимальним умовам ведення процесу;
· забезпечення стерилізації живильної води, як основного джерела інфікування дифузійної установки (tж.в.=68оС, tж.п.в = 72…75 оС).
3.2.3.ТЕМПЕРАТУРА.
Для ефективної і продуктивної роботи дифузійної установки важливо визначити і підтримувати оптимальні температурні умови. Температурний режим і тривалість процесу визначається ступенем денатурації білків бурякової тканини, зміною структури клітинних стінок, найменшим перебігом мікробіологічних процесів, якістю одержаного дифузійного соку, що б забезпечило високу ефективність проведення наступних стадій при його очищенні. Розглянемо значення факторів, які визначають температурний режим процесу екстрагування.
Найбільш поширеним методом денатурації білків клітинної стінки є теплове оброблення. Процес плазмолізу відбувається повільно при температурі до 60 °С. При підвищенні температурі до 70 °С швидкість процесу плазмолізу збільшується, при цьому білкові та пектинові речовини незначно переходить в сік, залишаючись в клітині. При температурі 80 °С денатурація протоплазми бурякової тканини відбувається достатньо швидко протягом 3…5 хв. Подальше нагрівання призводить до руйнування стінок та підвищеного переходу пектинових речовин у сік. Оптимальними умовами термоплазмолізу є дія температури 75 ºС протягом 40 хв. Отже, температурний режим процесу екстрагування впливає на плазмоліз клітин бурякової тканини та швидкість екстрагування сахарози з них. З іншого боку, процес дифузії є головним механізмом переміщення сахарози з бурякової стружки. Оскільки дифузія є наслідком теплового руху молекул, то коефіцієнт дифузії залежить, головним чином, від температури . Тому, з точки зору впливу температури на швидкість дифузії сахарози, треба було б приймати більш високі температури. Практично це означає, що при використанні високих температур, за інших рівних умов, досягається краще знецукрювання стружки, ніж при низьких.
Для зменшення розвитку мікробіологічних процесів та спричинених ними втрат сахарози внаслідок розкладання потрібно підтримувати температуру не нижчу 70 °С. Але при значному підвищенні температури відбуваються зміни структури стружки та погіршується її здатність до віджимання. В результаті набрякання пектинових речовин заклеюється система капілярів клітинної тканини стружки, що уповільнює вилучення сахарози шляхом дифузії та спричиняє підвищення втрат сахарози з жомом. Розчинення клітинних стінок, крім того, негативно впливає на якість соку, призводить до погіршення його фільтраційних властивостей .
Отже, вищеназвані фактори визначають ступінь теплостійкості буряків і верхню межу застосовуваних температур. Від температурного режиму процесу екстрагування в значній мірі залежать такі показники як втрати сахарози в жомі, чистота дифузійного соку, швидкість фільтрування соку 1 сатурації тощо. При встановленні температурного режиму для процесу екстрагування треба враховувати його тривалість. При прискореному темпі процесу екстрагування температурний максимум допускається більш високий, ніж при повільному.
Отже, оптимальною температурою, з точки зору її найменшого негативного впливу на хімічні перетворення речовин, що входять до складу цукрових буряків, вважається температура 70-75 °С. При цьому температура у кінцевій частині апарата має бути нижчою на 5-10 °С.
 |
Рис.3.2. Огляд типового часу перебування, температури і рекомендованих границь регулювания величини pH на послідовних операціях переробки цукрових буряків
ТРИВАЛІСТЬ
Питання тривалості процесу екстрагування сахарози та перебування бурякової стружки у дифузійному апараті тісно пов’язане з завантаженням апарата. Так, під час роботи з повним навантаженням тривалість перебування стружки у колонних дифузійних апаратах КДА становить 73-80 хв. Тривалість перебування стружки в нахилених апаратах типу Dds залежить, в першу чергу, від частоти обертів шнеків і складає при n=0,9–0,6 об/хв. відповідно 100-135 хв. У ротаційних апаратах тривалість процесу можна зменшити за рахунок збільшення частоти обертів барабана з 19-21 до 30 за годину, що дозволить скоротити тривалість перебування стружки з 100 до 76-80 хв..
Необхідно зазначити, що при збільшенні тривалості процесу екстрагування кількість сахарози, що переходить у сік, збільшується, що випливає з рівняння П.М. Сіліна. Це відбувається за рахунок вирівнювання концентрацій сахарози між стружкою та соком, тому зі збільшенням тривалості процесу зменшується різниця концентрацій і внаслідок цього зменшується швидкість екстрагування сахарози. Отже, з практичної точки зору, при екстрагуванні не доцільно надмірно збільшувати тривалість процесу. Крім того, зі збільшенням тривалості значно підвищується перехід нецукрів у дифузійний сік, що погіршує його технологічну якість. Особливі проблеми створюються внаслідок збільшення тривалості екстрагування при переробленні некондиційної сировини з високим вмістом розчинних пектинових речовин у клітинному соку.
ЯКІСТЬ СТРУЖКИ
З рівняння Сіліна випливає, що ступінь вилучення сахарози з бурякової стружки зростає зі збільшенням активної поверхні екстрагування, яка залежить від довжини 100 г стружки. Згідно вимог, бурякова стружка має бути пружною, містити незначну кількість браку, а її шар повинен мати гарні фільтраційні властивості. Висока якість бурякової стружки є однією з головних умов для нормальної роботи дифузійної установки. Основною характеристикою якості бурякової стружки є число Сіліна. Для оцінки якості бурякової стружки, з точки зору створюваного нею опору соковому потоку, К. Бьеркхог ввів поняття “фактор стружки” або “шведське число”. Зі збільшенням значення фактора стружки вище 10 збільшується проникність стружки. Фактор стружки, при якому досягається максимальне значення проходження соку, дорівнює 20.
На якість отриманої бурякової стружки впливає ряд факторів, таких як конструкція бурякорізок, швидкість різання, система дифузійних ножів і якість їх заточування, правильна установка ножів і рам, якість буряків, очищення буряків від каміння і домішок.
Продуктивність дифузійної установки, вміст цукру в жомі та в певній мірі якість дифузійного соку зумовлені якістю стружки, що оцінюється такими показниками:
- загальною довжиною 100 г стружки;
- величиною шведського фактора (не менше 10);
- кількістю браку та кількістю мезги (не більше 5%).
Крім того, основними технологічними вимогами до стружки є:
- гладкість поверхні:
- рівномірність у перерізі по довжині;
- достатня міцність на розрив, вигин та зминання;
- хороша проникність протягом всього процесу сокодобування;
Зокрема, здоровий кондиційний буряк необхідно зрізувати в дрібну ромбоподібну і квадратну стружку, а для буряка погіршеної якості дозволяються і інші форми, наприклад пластинчаста, рифлена. При зрізуванні ж підгнилих чи підморожених буряків рекомендується товста пластичаста, ромбовидна чи квадратна.
Оптимальною формою поперечного перерізу є ромбовидна і квадратна, що сприяє на відміну від пластинчастої більш високою швидкістю і рівномірністю знецукрення, більшим опором згину і проникнення в шарі.
Для отримання високоякісної бурякової стружки необхідно:
- достатньо повне очищення буряків від сторонніх домішок і забруднень:
- мінімальне пошкодження і подрібнення коренеплодів;
- якісна підготовка бурякорізок до експлуатації;
- забезпечення високої кваліфікації набирача ножів;
- своєчасна заміна бурякорізальних ножів.
Оптимальні параметри ножа:
· кут торцовки 20…12о;
· перо утончалось на 8…12 мм до δ =0;
· кут заточки 33о.
Вважається, що відцентрові бурякорізки поступаються дисковим і барабанним за якістю отримуваної бурякової стружки, натомість вони мають такі переваги, як можливість контролю за якістю стружки з кожного ножа, регулювання ножів на ходу, видалення сторонніх предметів без зупинки
Необхідно відмітити, що впровадження нової технології вирощування і збирання цукрових буряків помітно відобразилося на якості сировини. В перероблення надходить сировина з додатковою масою верхівкових головок коренеплодів, хвостиків, які відрізняються за фізичними властивостями і хімічним складом від очищених буряків. Неповне видалення гички, наявність необрізаних головок, велика кількість уламків коренів ускладнює роботу бурякорізок, спричинює зміну довжини бурякової стружки та збільшення в ній вмісту браку. Тому в наш час якість стружки на цукрових заводах не відповідає нормативним вимогам. Встановлено, що кожний процент зеленої маси у буряках перед бурякорізками призводить до зменшення цукристості стружки на 0,3%, чистоти дифузійного соку на 0,4-0,5%, збільшення вмісту цукру в мелясі на 0,25-0,30% до к.б.
Важливе значення при екстрагуванні має пружність бурякової стружки. Пружна стружка забезпечує більшу швидкість і повноту вилучення з неї сахарози. В процесі екстрагування на бурякову стружку діють зовнішні сили, які залежать від швидкості потоку та інших факторів, в результаті чого стружка деформується та її шар ущільнюється. Це призводить до блокування поверхні стружки і часткового її подрібнення, що погіршує проникність шару стружки. Механічна дія на бурякову стружку транспортних механізмів у дифузійних установках безперервної дії викликала необхідність застосування стружки більшої товщини, яка має високу механічну пружність. Пружність стружки збільшується зі збільшенням модуля пружності бурякового кореня, зменшенням величини деформованого шару на поверхні стружки, зменшенням вмісту мезги і браку. В процесі екстрагування сахарози фізико-механічні властивості та характеристики бурякової стружки змінюються. Пружність стружки зменшується внаслідок теплового оброблення.
Мезга. В дифузійних установках безперервної дії відбувається подрібнення бурякової стружки, яке має як позитивний, так і негативний вплив. З одного боку, при подрібненні стружки зменшується шлях руху молекул сахарози із бурякової тканини в рідину, а з іншого – погіршується фільтраційна здатність шару стружки для екстрагенту, що спричиняє порушення процесу екстрагування в апараті. Крім того, при подрібненні стружки утворюється мезга, яка негативно впливає на якість дифузійного соку та гідродинамічні умови у дифузійному апараті. Згідно технології очищення дифузійного соку, мезга відділяється механічним шляхом на мезгоуловлювачах і повертається у дифузійний апарат.
Якщо вміст мезги у буряковій стружці більше 3%, то це сприяє пробкованню сокостружкової суміші.
За збільшення вмісту мезги у дифузійному соку з 0,3 до 1,1% сироп збільшує колірність на 250%, а чистота меляси зростає на 7 од,
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 17; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!