Совершенствование очистки диффузионного сока

А. М. Гаврилов, доцент, к.т.н.,
А. А. Славянский, профессор, д. т. н., заслуженный изобретатель РФ,
И. С. Хабибулина, аспирант,
МГУПП, Кафедра "Технология сахара и сахаристых веществ"

Существенный спад производства сахара из отечественного сырья в последние годы привел к обострению проблемы продовольственной безопасности России и снижению уровня жизни населения. Он вызван нестабильностью экономической ситуации, ростом цен на энергоносители, возникновением взаимных неплатежей на фоне передела собственности, беспошлинным ввозом значительных объемов импортного белого сахара. В результате резко сократилось производство сахарной свеклы и интенсивность ее возделывания.

Средняя урожайность этой культуры за последние годы не превышает 150 ц/га, что значительно ниже, чем в свеклосеющих европейских странах. Во многих регионах России свекловодство превратилось в убыточную отрасль. Наблюдается сокращение посевных площадей, выведение сахарной свеклы из севооборота. В то же время сократилось и количество действующих свеклосахарных заводов. Большинство из них старой постройки, имеют изношенную материально-техническую базу, две трети основного технологического оборудования эксплуатируются более 20 лет, что вдвое превышает нормативы. Внешнее управление предприятиями сахарной отрасли со стороны различных фирм, банков и т.д. не всегда эффективно и направлено на долгосрочную перспективу. Это лишает предприятия экономической самостоятельности, осложняет взаимоотношения между производителями и переработчиками сахарной свеклы.

Сложившаяся экономическая ситуация сказывается на возделывании, уборке, хранении корнеплодов, а также их последующей переработке. Ухудшился химический состав свеклы и ее технологические свойства. Отмечается увеличение доли зеленой массы, балласта, растворимых соединений азота, редуцирующих веществ и органических кислот. В результате снижается качество диффузионного сока, возрастает расход извести на его очистку, увеличиваются потери сахара в производстве и содержание его в мелассе. Значительная неоднородность поступающей в переработку свеклы затрудняет выработку стандартного сахара-песка в течение производственного сезона, вызывает увеличение себестоимости продукции. Для переработки такого сырья разработаны гибкие технологические схемы. Однако экономическая ситуация не позволяет заводам отрасли приобрести современные дорогостоящие виды технологического оборудования для эффективной очистки и фильтрования соков. Поэтому актуальным направлением является поиск новых технологических и технических решений на базе существующих заводских схем и оборудования.

Ухудшение качества сырья, поступающего на хранение и в переработку повысило необходимость создания на каждом заводе гибкой технологической схемы очистки диффузионного сока. В отличие от типовой такая схема обеспечивает эффективную переработку не только кондиционной, но и свеклы длительного хранения, подмороженной, пораженной слизистым бактериозом или свеклы недостаточной технической спелости. Она позволяет избежать трудностей при фильтровании или отстаивании соков и обеспечивает эффект очистки, необходимый для получения стандартного сахара в течение всего производственного сезона.

Правильное проведение процесса преддефекации диффузионного сока обеспечивает хорошее осаждение несахаров, формирование компактной, устойчивой структуры осадка из плотных и крупных агрегатированных частиц коагулята. Это свидетельствует о его глубокой дегидратации и упорядоченной ориентации частиц. В результате достигаются высокие фильтрационно-седиментационные свойства сока 1 сатурации.

Положительное влияние на формирование структуры осадка оказывает противоточное движение в преддефекаторе извести и диффузионного сока. При многократной рециркуляции сока из более щелочной зоны в менее щелочную формирующиеся частицы коагулята частично растворяются и уплотняются. Как показали эксперименты, последующее повышение щелочности до исходного значения вызывает повторное осаждение (доосаждение), но свойства коагулята полностью не восстанавливаются. Он остается более плотным и устойчивым, чем до снижения щелочности. Влияние подобных колебаний щелочности возрастает с увеличением их частоты и амплитуды.

Изложенные выше принципы легли в основу ряда разработанных нами способов преддефекации, предусматривающих интенсификацию процесса за счет использования
доосаждения несахаров диффузионного сока (А.с. СССР N 1464475). В них предусматривается неоднократная обработка части преддефекованного сока быстротечным сатурированием до рН 8-8,5 и возврат ее в секцию преддефекатора с тем же значением рН. Для реализации способа разработан преддефекатор с внешним рециркуляционным контуром по типу сатуратора в трубе. (А.с. СССР N 1632046) Он позволяет увеличить кратность противоточной рециркуляции и, соответственно, частоту колебаний щелочности сока.

Способы и устройства реализованы на нескольких сахарных заводах в сочетании с горизонтальными и вертикальными преддефекаторами. Конструктивная простота устройства позволяет изготовить и смонтировать его силами завода. Применение внешнего самотечного сатурационно-рециркуляционного контура позволило значительно сократить, а в ряде случаев - исключить возврат нефильтрованного сока на преддефекацию и, таким образом, повысить эффективность адсорбционной очистки на последующих этапах.

Дальнейшие исследования по улучшению структуры преддефекационного осадка и полноты осаждения несахаров выявили технологическую целесообразность введения в сатурируемый преддефекованный сок дополнительно 10 - 20 % суспензии осадка П сатурации к массе сока (Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке N 96106431/13). Для более эффективного сатурирования и подъема смеси сока и суспензии был предложен и испытан в производственных условиях вариант преддефекатора с двумя колонными сатураторами (Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке N 97103917/13). В процессе прямоточного движения суспензии и газа в трубе сатуратора осуществляется не только быстротечная сатурация с образованием новых мелкодисперсных частиц карбоната кальция, но и активирование поверхности более крупных частиц осадка сока П сатурации.

В ходе производственных испытаний способов, предусматривающих сатурирование части преддефекованного сока, полученного из свеклы пониженного качества в конце производственного сезона, выявилась необходимость применения пеногасителя. Пенообразование в процессе сатурирования ухудшает процесс массообмена между частицами извести и диоксидом углерода сатурационного газа. Это приводит к снижению количества мелкодисперсного карбоната кальция в отсатурированном соке, делает малоэффективной работу сепаратора в верхней части колонного сатуратора. Учитывая то, что процесс сатурации происходит в небольшом объеме и очень быстро, ухудшение условий массообмена при пенении отрицательно сказывается не только на преддефекации, но и на эффективности работы сокоочистительного отделения в целом. Поэтому нами была проанализирована пеногасящяя способность ряда веществ в условиях работы внешнего сатурационно-рециркуляционного контура. В результате разработан и испытан в производственных условиях способ прогрессивной преддефекации диффузионного сока с использованием в качестве пеногасителя сложного жирнокислого эфира марки ТАLOX -A (Патент РФ N 2170259). Способ обеспечивает ритмичную работу прогрессивной преддефекации и всего сокоочистительного отделения.

Дополнительными исследованиями кафедры "Технология сахара и сахаристых веществ" МГУПП была установлена возможность снижения пенообразующей способности преддефекованного сока без применения пеногасителя. Для этого сатурационный газ, используемый для сатурирования преддефекованного сока предложено предварительно насыщать водяным паром до величины равновесного парциального давления (Решение о выдаче патента РФ на изобретение N 99124972/13).

Особое значение имеют вопросы термической устойчивости продуктов сахарного производства, получаемых из сырья различного качества. Пониженная термоустойчивость продуктов определяется щелочным распадом оставшихся после дефекации редуцирующих веществ и меланоидинообразованием с участием аммиака. Нами уточнена роль аммиака в технологических процессах подготовки питательной воды для диффузионной установки, предварительной дефекации и комбинированной основной дефекации. С целью повышения эффекта очистки предложено проводить деаммонизацию сока перед горячей ступенью основной дефекации путем барботирования его паром. Разработана и предложена для использования в промышленности установка для дефекации сока, снабженная специальными дегазаторами эжекторного типа (Патент РФ N 2057813).

Отделение осадка до основной дефекации позволяет увеличить чистоту очищенного сока и сиропа, увеличить эффект очистки в среднем на 2 - 3% по сравнению с типовой схемой. В то же время схемы с отделением осадка не получили широкого распространения, поскольку требуют применения нестандартного оборудования, а режим отделения недостаточно стабилен. Известные способы отделения преддефекационного или предсатурационного осадков основаны, главным образом, на осаждении частиц твердой фазы или фильтровании сока. В тоже время процесс флотации, являющийся эффективным методом отделения легких частиц во многих отраслях, не нашел практического применения в сахарной промышленности. Еще более эффективной является электрофлотация, поскольку сопровождается воздействием электромагнитного поля на обрабатываемую среду. Режиму флотации способствует обильное пенообразование диффузионного и преддефекованного соков. Поэтому дальнейшие исследования были посвящены разработке электрофлотационного режима отделения коагулята до основной дефекации.

Нами изучены электрофизические характеристики диффузионного и преддефекованного соков, установлены закономерности электрофлотации преддефекационного коагулята, полученного из сока различного качества. Выявлены рациональные режимы электрообработки частично преддефекованного сока с целью создания устойчивого флотационного эффекта. В результате разработан способ электрофлотационного отделения легкого коагулята, образующегося при подщелачивании диффузионного сока небольшим количеством извести без использования частиц карбоната кальция 1 или П сатурации. Способ предусматривает кратковременную электрообработку сока с рН 7,5 - 8 переменным электрическим полем в межэлектродном пространстве электрофлотатора оригинальной конструкции (Патент РФ N 2172347). Установлено комбинированное воздействие переменного электрического тока, которое проявляется в одновременном нагреве сока, дополнительной коагуляции веществ коллоидной дисперсности и электролизе воды. Особую роль в обеспечении флотации легких частиц играют продукты электролиза - мелкодисперсные пузырьки кислорода и водорода.

Усовершенствован также процесс отделения осадка от сока до основной дефекации фильтрованием (Патент РФ N 2172348). Он предусматривает улучшение фильтрационных свойств преддефекованного сока за счет использования внешнего рециркуляционно-сатурационного контура, а также дополнительные приемы дегазации нагретого сока в режиме самовскипания и применение флокулянта. Способ обеспечивает возможность отделения преддефекационного осадка на типовом оборудовании - листовых фильтрах, что существенно повышает эффективность работы сокоочистительного отделения.

Таким образом, предлагаемые разработки позволят существенно повысить эффективность работы сокоочистительного отделения при переработке сырья различного качества, использовать имеющиеся резервы известково-углекислотной очистки и заводского оборудования, избежать значительных капитальных затрат. Все это создает дополнительные возможности для производства стандартного сахара в течение всего производственного сезона.

Рис.1. Усовершенствонная схема очистки диффузионного сока.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: