Підвищення ефективності очищення дифузійного соку шляхом удосконалення прогресивного попереднього вапнування

Размещено на http://www.allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

АВДІЄНКО СВІТЛАНА ОЛЕКСІЇВНА

УДК 664.1.037

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОЧИЩЕННЯ ДИФУЗІЙНОГО СОКУ ШЛЯХОМ УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОГРЕСИВНОГО ПОПЕРЕДНЬОГО ВАПНУВАННЯ

05.18.05 - Технологія цукристих речовин та продуктів бродіння

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Логвін Володимир Матвійович,

Національний університет харчових технологій, професор кафедри технології цукру та полісахаридів

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Голибін В'ячеслав Олексійович,

Воронізька державна технологічна академія, завідувач кафедри технології цукристих речовин

кандидат технічних наук, доцент

Жеплінська Марія Михайлівна,

Національний університет харчових технологій, доцент кафедри процесів і апаратів харчових виробництв та технології консервування

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 68.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., доц. М.В. Карпутіна

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна традиційно вважалась одним із головних виробників цукру серед країн СНД. Однак в останні роки цукрова промисловість нашої країни зазнала значного спаду. Однією із причин цього спаду є те, що Україна втратила ринки збуту цукру. Останнім часом також значно погіршилась технологічна якість буряків, що надходять на цукрові заводи. З одного боку це зумовлено прагненням селекціонерів до виведення високоврожайних сортів цукрових буряків без достатнього пов'язування з їх технологічними показниками, недотриманням правил агротехніки і, в першу чергу, з використанням великих кількостей азотистих добрив. Це також пов'язано з несприятливими умовами під час вирощування та зберігання буряків. Іншою причиною є широке запровадження механізованого збирання буряків, що викликає надходження на заводи разом з буряками значної кількості баластних домішок, а це, в свою чергу, призводить до збільшення кількості нецукрів у дифузійному соку. Цукрові заводи потребують досконалої техніки, яка б забезпечувала отримання осадів в процесі очищення дифузійних соків з гарними фільтраційними та седиментаційними властивостями. Заміна періодичних процесів очищення дифузійного соку з поступовим обробленням соку протягом оптимальної тривалості на безперервні в односекційних апаратах з сумарною лужністю призвела до погіршення показників якості соків. Тому останнім часом виникла необхідність постійного вдосконалення способів очищення дифузійного соку з метою покращення показників якості соків та фільтраційно-седиментаційних властивостей осадів.

Дослідженню технології очищення дифузійного соку були присвячені роботи Архиповича М.О., Бобрівника Л.Д., Сіліна П.М., Сапронова О.Р., Голибіна В.А., Головіна В.А., Жури К.Д., Реви Л.П., Логвіна В.М., Хомічака Л.М., Ліпєц А.А., Сімахіної Г.О., Олянської С.П.

На сьогоднішній день підвищення ефективності очищення дифузійного соку є актуальним з погляду збільшення виходу білого цукру та зменшення втрат цукрози в мелясі в світлі значного погіршення якості сировини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно плану держбюджетної науково-дослідної тематики кафедри технології цукристих речовин НУХТ «Розроблення, удосконалення, інтенсифікація та оптимізація технологічних процесів, апаратурного оформлення у цукровому та крохмале-патоковому виробництві». дифузійний сік очищення вапнування

Особистий внесок автора полягає у проведенні лабораторних досліджень та промислових випробувань, безпосередній участі в опрацюванні, аналізі та узагальненні експериментальних даних, а також у написанні та оформленні наукових публікацій по темі дисертаційної роботи.

Мета і завдання досліджень. Мета роботи - на основі теоретичних і експериментальних досліджень обґрунтувати та удосконалити способи проведення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку, які дозволять повніше видалити нецукри з дифузійного соку та досягти необхідних седиментаційних і фільтраційних властивостей осаду в соку після його попереднього оброблення до основного вапнування. Це пов'язано із забезпеченням необхідності відокремлення осаду до основного вапнування, що дасть значне підвищення ефекту очищення дифузійного соку та підвищить вихід білого цукру.

Відповідно до поставленої мети були сформульовані наступні завдання досліджень:

- провести теоретичні та експериментальні дослідження шляхів підвищення ефективності прогресивного попереднього вапнування (ППВ) дифузійного соку;

- дослідити вплив місцевого перелуження під час проведення прогресивного попереднього вапнування на седиментаційно-фільтраційні показники осаду та на показники якості попередньо вапнованого соку;

- дослідити вплив циркуляції попередньо вапнованого соку на початок технологічного процесу та її кратності на фільтраційно-седиментаційні властивості осаду в соку після прогресивного попереднього вапнування і в соку І сатурації та на показники якості попередньо вапнованого і очищеного соків;

- дослідити вплив вапнокарбонізації в циркуляційному контурі прогресивного попереднього вапнування на фільтраційно-седиментаційні властивості осаду в соку після прогресивного попереднього вапнування і в соку І сатурації та на показники якості попередньо вапнованого і очищеного соків;

- на основі теоретичних та експериментальних досліджень удосконалити спосіб проведення прогресивного попереднього вапнування, який би забезпечував досягнення високої ефективності очищення дифузійного соку з використанням різних варіантів в залежності від якості сировини та дифузійного соку;

- визначити оптимальні параметри проведення удосконаленого прогресивного попереднього вапнування;

- провести виробничі випробування удосконаленого прогресивного попереднього вапнування.

Об'єкт дослідження - способи очищення дифузійного соку.

Предмет дослідження - дифузійний сік, попередньо вапнований сік, соки І та ІІ сатурації.

Методи дослідження - традиційні фізико-хімічні та аналітичні, з використанням сучасних приладів; методи оптимізації експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Одержані в роботі теоретичні результати поглиблюють загальні відомості щодо способів підвищення ефективності очищення дифузійного соку.

На основі експериментальних та аналітичних досліджень встановлено, що місцеве перелуження, яке може мати місце під час проведення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку в апаратах зі змішуючими пристроями на переходах соку із попередньої секції у наступну, не має значного впливу на ефективність очищення дифузійного соку.

Виявлено, що циркуляція соку після прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку на початок цього ж технологічного процесу покращує седиментаційні та фільтраційні властивості осаду в соку після прогресивного попереднього вапнування і І сатурації та підвищує ефективність очищення соку. Зі збільшенням кратності циркуляції від 1 до 2 показники ефективності проведення прогресивного попереднього вапнування покращуються.

Експериментально встановлено покращення седиментаційних та фільтраційних властивостей осадів і підвищення ефекту очищення дифузійного соку за умов проведення вапнокарбонізації соку в циркуляційному контурі прогресивного попереднього вапнування.

Визначено покращення седиментаційних і фільтраційних властивостей осаду в соку після удосконаленого прогресивного попереднього вапнування зі зниженням рН вапнокарбонізації в циркуляційному контурі від 11,0 до 7,0. При цьому показники якості соку погіршуються.

На основі виконаних експериментальних досліджень встановлено параметри двоступеневої вапнокарбонізації в циркуляційному контурі удосконаленого прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку - величини рН І та ІІ ступенів вапнокарбонізації відповідно становлять 11,0…11,4 та 8,3…8,5, витрати вапна на І ступінь складають 2/3 від передбачуваної кількості на вапнокарбонізацію та 1/3 - на ІІ. Проведення двоступеневої вапнокарбонізації в циркуляційному контурі за цих умов забезпечить досягнення високої ефективності щодо очищення дифузійного соку та седиментаційних і фільтраційних властивостей осадів.

Визначено, що найкращі седиментаційні та фільтраційні властивості осаду в соку після удосконаленого прогресивного попереднього вапнування досягаються за витрат вапна в циркуляційний контур від 0,3 до 0,8 % СаО від маси соку. Подальше збільшення витрат вапна не має значного впливу на ці показники.

Практичне значення одержаних результатів. На основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено спосіб очищення дифузійного соку з удосконаленим прогресивним попереднім вапнуванням, що забезпечує покращення седиментаційних та фільтраційних властивостей осаду в соку І сатурації і в соку після попереднього вапнування та підвищення ефекту очищення дифузійного соку. Удосконалення вирішується шляхом здійснення циркуляції соку після прогресивного попереднього вапнування на початок цього ж технологічного процесу. У циркуляційному контурі проводиться одноступенева вапнокарбонізація попередньо вапнованого соку (деклараційний патент на винахід № 64410 А).

Розроблено спосіб очищення дифузійного соку з удосконаленим прогресивним попереднім вапнуванням, в межах якого проводиться двоступенева вапнокарбонізація в циркуляційному контурі попереднього вапнування (деклараційний патент на корисну модель № 17427). Проведено промислові випробування даного способу очищення дифузійного соку на цукровому заводі в м. Чернянка (РФ) підтверджують його ефективність. Очікуваний економічний ефект від впровадження розробленого способу на цукровому заводі потужністю 4500 т/добу становить 472,5 тис. грн (у цінах 2006 року).

На основі вдосконаленого прогресивного попереднього вапнування і змінюючи лише витрати вапна на вапнокарбонізацію в циркуляційному контурі в межах 0,1…0,5 % СаО від маси соку з урахуванням якості сировини та дифузійного соку розроблено три способи очищення дифузійного соку: витрати вапна в циркуляційний контур 0,1…0,2 % СаО від маси соку (на удосконалене прогресивне попереднє вапнування повертається нефільтрований сік І сатурації та згущена суспензія ІІ сатурації); витрати вапна в циркуляційний контур 0,3…0,4 % СаО від маси соку (на удосконалене прогресивне попереднє вапнування повертається лише згущена суспензія соку ІІ сатурації); витрати вапна в циркуляційний контур 0,45…0,5% СаО від маси соку (на удосконалене прогресивне попереднє вапнування повертається згущена суспензія соку І та ІІ сатурацій і відокремлюється осад до основного вапнування).

За умов очищення дифузійного соку з відокремленням осаду до основного вапнування зменшуються витрати вапна на очищення на 0,3 % СаО від маси буряків порівняно з типовим способом.

Особистий внесок здобувача полягає в організації та проведенні лабораторних досліджень, отриманні аналітичних та експериментальних даних, обробленні та узагальненні результатів проведених фізико-хімічних досліджень у лабораторних умовах, розробленні математичних моделей, опублікуванні результатів досліджень, апробації основних результатів роботи на українських та міжнародних науково-технічних конференціях.

Обговорення, аналіз та узагальнення результатів досліджень проведено спільно з науковим керівником д.т.н., проф. Логвіним В.М., математична обробка експериментальних даних - з к.т.н., доц. Мірошником В.О. Автор приймала безпосередню участь в організації та проведенні дослідно-промислових випробувань, розробленні способів, на які одержано два деклараційні патенти України.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на 69-, 70-, 72-, 73-й Наукових конференціях молодих вчених, аспірантів і студентів (Київ, НУХТ, 2003, 2004, 2006, 2007), Міжнародній науково-технічній конференції (Київ, НУХТ, 2003 р.), ІХ Міжнародній науково-технічній конференції (Київ, НУХТ, 2005 р.), Всеукраїнській науково-практичній конференції «Нові ресурсо- та енергозберігаючі технології харчових виробництв» (Полтава, ПУСКУ, 2007), VІІ Міжнародній науково-практичній конференції «Енерго- і ресурсозберігаючі технології бурякоцукрового виробництва» (Москва, 2007).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 16 друкованих праць, із них 6 статей, в тому числі 5 у наукових фахових виданнях, перелік яких затверджено ВАК України, 2 деклараційні патенти України, тези 8 доповідей на наукових конференціях.

Структура та об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, списку бібліографічних джерел, який включає 149 найменувань, та 8 додатків. Основний зміст роботи викладено на 130 сторінках друкованого тексту, робота містить 24 рисунки та 15 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету та завдання досліджень, наведено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі «Аналіз сучасних способів очищення дифузійного соку» узагальнено світовий і вітчизняний науково-практичний досвід очищення дифузійного соку та визначено основні напрямки підвищення його ефективності. Розглянуто основні групи нецукрів та їх поведінку під час очищення дифузійного соку. Проведено аналіз існуючих способів очищення дифузійного соку. Показано необхідність розроблення додаткових заходів щодо підвищення ефективності очищення дифузійного соку.

На основі аналізу літературних даних визначено основні напрямки, сформульовано задачі досліджень та шляхи їх вирішення.

В другому розділі «Об'єкти та методи досліджень» наведено характеристики об'єкта, предмета, методів та умов проведення досліджень, опис методик аналізів, подано опис лабораторної установки.

У роботі використані заганоприйняті фізичні та хімічні методи досліджень відповідно до діючих стандартів. Вміст аніонів кислот визначали за різницею кількості солей кальцію в соку і величиною лужності соку; вміст білків в попередньо вапнованому соку - за методикою, що грунтується на біуретовій реакції; забарвленість соків ІІ сатурації в одиницях оптичної густини - за методикою ICUMSA. Розв'язання задач оптимізації проводили за допомогою методів математичної обробки даних. Статистичну обробку результатів експериментальних досліджень, побудову графіків виконано з використанням пакету прикладних програм Mathcad Professional.

Третій розділ «Удосконалення прогресивного попереднього вапнування» присвячено пошуку шляхів удосконалення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку. Наведено результати досліджень щодо впливу величини рН карбонізації та вапнокарбонізації попередньо вапнованого соку в циркуляційному контурі, тобто на стадії повернення попередньо вапнованого соку на початок процесу, на фільтраційно-седиментаційні властивості осаду в соку після попереднього вапнування та осаду в соку І сатурації, а також на показники якості очищеного соку. Зменшення величини рН вапнокарбонізації в межах від 11,0 до 7,0 покращує фільтраційно-седиментаційні властивості осаду в соку після попереднього вапнування при незначному погіршенні показників якості очищеного соку.

Визначено вплив витрат вапна в циркуляційний контур попереднього вапнування та кратності циркуляції попередньо вапнованого соку на фільтраційно-седиментаційні властивості осаду в соку після попереднього вапнування (табл. 1) та на показники якості попередньо вапнованого соку.

Таблиця 1

Вплив витрат вапна в циркуляційний контур та коефіцієнта циркуляції (Кц) на фільтраційно-седиментаційні властивості осаду в соку після попереднього вапнування

Показники	Без вапнокарбонізації	Витрати вапна в циркуляційний контур ППВ, % від маси соку
		0,1	0,3	0,5	0,8	1,1
Кц=1
Фільтраційний коефіцієнт (Fk), с/см2	15,0	6,2	6,3	5,8	4,8	4,5
Швидкість осадження осаду за перші 5 хв (S5), см/хв	1,6	2,7	2,9	3,1	3,2	3,2
Об'єм осаду за 25 хв (V25), %	41,0	22,7	21,2	20,0	19,5	19,0
Кц=2
Фільтраційний коефіцієнт, с/см2	15,0	5,7	5,5	4,5	3,8	3,5
Швидкість осадження осаду за перші 5 хв, см/хв	1,6	3,2	3,6	3,8	3,9	3,9
Об'єм осаду за 25 хв, %	41,0	19,7	19,2	18,4	18,3	18,0

Найкращі седиментаційні та фільтраційні властивості осаду в соку після попереднього вапнування досягаються за витрат вапна в циркуляційний контур від 0,3 до 0,8 % СаО від маси соку. Подальше підвищення витрат вапна несуттєво впливає на ці показники. Збільшення коефіцієнта циркуляції від 1 до 2 за витрат вапна 0,8 % СаО від маси соку зменшує фільтраційний коефіцієнт та підвищує швидкість осадження осаду відповідно на 20 та 18 %. Додавання вапна в циркуляційний контур попереднього вапнування в межах 0,1…0,5 % СаО від маси соку та збільшення кратності циркуляції від 1 до 2 позитивно впливає на фільтраційно-седиментаційні властивості осаду в соку І сатурації та на показнки якості очищеного соку: зростає швидкість осадження осаду в соку І сатурації, зменшується коефіцієнт фільтрування, зменшується забарвленість очищеного соку та вміст у ньому солей кальцію.

На основі експериментальних та аналітичних досліджень визначено основні напрямки удосконалення прогресивного попереднього вапнування з використанням циркуляції, пересатурування, одночасного вапнування та карбонізації попередньо вапнованого соку.

Встановлено, що місцеве перелуження, яке може мати місце під час проведення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку в апаратах зі змішуючими пристроями на переходах соку із попередньої секції в наступну, не має значного впливу на ефективність очищення дифузійного соку (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив місцевого перелуження на седиментаційні властивості осаду в соку після попереднього вапнування та на показники якості попередньо вапнованого соку

Показники	Сік, поступово доведений до рН 11,0	Сік з перелуженням, витриманим певний час, с
		600	420	240	60	30
Швидкість осадження осаду за 5 хв, см/хв	1,8	2,6	2,5	2,2	2,2	2,0
Об'єм осаду за 25 хв, %	32,8	27,4	28,0	29,0	29,2	30,8
Вміст аніонів кислот, % до маси СР	0,17	0,24	0,21	0,20	0,19	0,16
Вміст білків, % до маси СР	0,19	0,27	0,23	0,21	0,20	0,20

В лабораторних умовах за великої тривалості перелуження для осаду були створені дуже жорсткі умови. За умов проведення прогресивного попереднього вапнування у вертикальних апаратах на переходах із секції в секцію сік буде знаходитись у змішуючих пристроях під впливом високої лужності дуже короткий час і місцеве перелуження матиме незначний вплив на ефективність очищення дифузійного соку.

В четвертому розділі «Розроблення способу проведення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку з вапнокарбонізацією в циркуляційному контурі» запропоновано спосіб проведення попереднього вапнування, який полягає в тому, що сік після прогресивного попереднього вапнування повертається на початок цього ж технологічного процесу. Циркуляція здійснюється з використанням ерліфта. В якості робочого середовища в ерліфті використовується сатураційний газ, що дозволяє провести одночасне вапнування та карбонізацію попередньо вапнованого соку в циркуляційному контурі. Вапннокарбонізація попередньо вапнованого соку здійснюється за величини рН 8,3…8,5 (пересатурування) з додаванням вапна у циркуляційний контур в кількості 0,1…0,5 % СаО від маси соку. Величина рН вапнокарбонізації попередньо вапнованого соку в циркуляційному контурі визначена в результаті математичної обробки експериментальних даних за допомогою пакету прикладних програм Mathcad Professional 2000.

Визначено вплив тривалості та температури проведення запропонованого способу прогресивного попереднього вапнування на його ефективність. У результаті математичної обробки експериментальних даних одержано наступні рівняння параметрів відгуку, використані в подальших розрахунках як локальні критерії оптимізації:

коефіцієнт фільтрування попередньо вапнованого соку (с/см²):

Fk=14,571-0,047-0,148t+0,00003t+0,00025² +0,00072t²;

швидкість осадження осаду попередньо вапнованого соку за 5 хвилин (см/хв):

S5=1,411+0,158+0,00435t-0,00069t-0,0019² +0,00017t²;

об'єм осаду попередньо вапнованого соку за 25 хвилин (%):

V25=34,94-0,619-0,31t-0,00516t+0,00095² +0,00098t²;

вміст білків в попередньо вапнованому соку (%):

Б = 0,081 - 0,001408- 0,000749t + 0,0000139t - 0,0000001² + 0,000000933t²;

забарвленість попередньо вапнованого соку (од.опт.густ.):

Зб=1356-66,181-18,295t+0,8t+1,027² +0,115t²,

де ф - тривалість, t - температура проведення удосконаленого прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку.

Розрахунок оптимальних параметрів удосконаленого прогресивного попереднього вапнування проведено за допомогою узагальненого критерію оптимізації. Вагові коефіцієнти локальних критеріїв оптимізації обрано з урахування впливу факторів на процес.

Оптимальними параметрами проведення удосконаленого прогресивного попереднього вапнування визначено: температура - 66 ⁰С, тривалість - 12 хв. Ці умови забезпечують отримання добре структурованого осаду в соку після попереднього вапнування та досягнення високих показників якості попередньо вапнованого соку.

У п'ятому розділі «Прогресивне попереднє вапнування дифузійного соку з двоступеневою карбонізацією вапна в циркуляційному контурі» на основі даних експериментальних досліджень впливу рН вапнокарбонізації на седиментаційно-фільтраційні показники осаду в соку після вдосконаленого прогресивного попереднього вапнування та на ефективність очищення дифузійного соку запропоновано спосіб проведення прогресивного попереднього вапнування з двоступеневою вапнокарбонізацією в циркуляційному контурі. За цього способу частина соку після прогресивного попереднього вапнування надходить у циркуляційний контур, в якому проводиться двоступеневе одночасне вапнування та карбонізація. Після вапнокарбонізації сік повертається на початок прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку.

Визначено оптимальні величини рН проведення І та ІІ ступенів двоступеневої вапнокарбонізації попередньо вапнованого соку у циркуляційному контурі. За величин рН на першому ступені 11,0…11,4 та 8,3…8,5 - на другому досягаються найкращі показники якості очищеного соку та седиментаційні властивості осаду в соку після удосконаленого попереднього вапнування та І сатурації (табл. 3).

Таблиця 3

Седиментаційні властивості осадів та показники якості соків в залежності від величини рН по ступенях двоступеневої вапнокарбонізації

Величини рН соку по ступенях вапнокарбонізації	Сік попереднього вапнування	Сік І сатурації	Очищений сік	Еф. оч., %
	S5, см/хв	V25, %	S5, см/хв	V25, %	Солі Са2+, % СаО на 100 СР	Зб, од.опт. густ.	Ч, %
І ст.11,0…11,4 ІІ ст.8,3…8,5	3,5	19,1	3,9	15,0	0,109	123,5	89,6	36,7
І ст.10,0…10,5 ІІ ст. 8,3…8,5	3,4	20,4	3,8	16,8	0,146	184,9	89,2	34,0
І ст.11,0…11,4 ІІ ст. 9,0…9,5	3,1	22,1	3,5	18,7	0,134	169,8	89,4	35,4

Визначено оптимальний розподіл вапна між ступенями двоступеневої вапнокарбонізаці. Встановлено, що за додавання 2/3 вапна на перший ступінь двоступеневої вапнокарбонізації в циркуляційному контурі та 1/3 - на другий досягаються найвищий ефект очищення дифузійного соку та найкращі седиментаційні і фільтраційні властивості осадів (табл. 4).

Таблиця 4

Показники якості соків та седиментаційні властивості осадів в залежності від розподілу вапна по ступенях двоступеневої вапнокарбонізації

Розподіл вапна по ступенях вапнокарбонізації	Сік попереднього вапнування	Сік І сатурації	Очищений сік	Еф. оч., %
	S5, см/хв	V25, %	S5, см/хв	V25, %	Солі Са2+, % СаО на 100 СР	Зб, од.опт. густ.	Ч, %
на І ст. 2/3 на ІІ ст. 1/3	4,22	14,2	3,98	15,1	0,130	195,3	90,2	39,4
однакова к-сть на І і ІІ ст.	4,0	15,0	3,7	16,0	0,162	202,7	89,8	36,7
на І ст. 1/3 на ІІ ст. 2/3	3,78	15,9	3,58	16,9	0,170	225,7	89,6	35,2

Встановлено вплив кратності циркуляції та витрат вапна на показники якості попередньо вапнованого соку за умов двоступеневої вапнокарбонізації попередньо вапнованого соку в циркуляційному контурі удосконаленого прогресивного попереднього вапнування. Збільшення витрат вапна в циркуляційний контур в межах 0,1…0,5 % СаО від маси соку сприяє значному покращенню фільтраційно-седиментаційних властивостей осаду в соку після попереднього вапнування. Під час проведення прогресивного попереднього вапнування з двоступеневою вапнокарбонізацією за умов витрат вапна в циркуляційний контур удосконаленого попереднього вапнування 0,3…0,4 % СаО від маси соку отримуємо осад з такими фільтраційно-седиментаційними властивостями, які дозволяють проводити попереднє вапнування без повернення нефільтрованого соку І сатурації. За витрат вапна в циркуляційний контур в межах 0,45…0,5 % СаО від маси соку і кратності циркуляції - 2, отримуємо осад після попереднього вапнування з фільтраційно-седиментаційними властивостями, що дозволяють відокремити його до основного вапнування.

Розраховано витрати вапна на попереднє вапнування за умов реалізації запропонованих способів очищення дифузійного соку з удосконаленим прогресивним попереднім вапнуванням.

Проведено промислові випробування запропонованого способу очищення дифузійного соку з удосконаленим прогресивним попереднім вапнуванням за умов двоступеневої вапнокарбонізації попередньо вапнованого соку в циркуляційному контурі на цукровому заводі в м. Чернянка (РФ). Технологічні показники роботи заводу з використанням удосконаленого прогресивного попереднього вапнування представлені в таблиці 5.

Таблиця 5

Результати промислових випробувань удосконаленого прогресивного попереднього вапнування з двоступеневою вапнокарбонізацією у циркуляційному контурі

Показники роботи	Спосіб очищення дифузійного соку, використовуваний на заводі	Спосіб очищення дифузійного соку з двоступеневою вапнокарбонізацією у циркуляційному контурі
Чистота диф. соку, %	85,3	85,1
Попередньо вапнований сік:
- S5, см/хв	3,2	4,1
- V25, %	19,6	16,8
Сік І сатурації:
- S5, см/хв	3,6	4,0
- V25, %	19,0	16,0
Очищений сік:
- солі Са2+, % СаО на 100 СР	0,210	0,180
- Зб, од. опт. густ.	270	238
- чистота, %	89,93	90,3
Ефект очищення, %	34,8	38,6

Випробування удосконаленого способу проведення прогресивного попереднього вапнування підтвердили його ефективність щодо покращення технологічних показників попередньо вапнованого та очищеного соків. У випадку роботи заводу за запропонованим способом ефект очищення дифузійного соку підвищується на 4 одиниці, чистота соку ІІ сатурації - майже на 0,4 одиниці порівняно із способом, що використовується на заводі.

У шостому розділі «Очищення дифузійного соку з відокремленням осаду до основного вапнування за умов удосконалення прогресивного попереднього вапнування» на основі удосконаленого прогресивного попереднього вапнування з двоступеневою вапнокарбонізацією в циркуляційному контурі розроблено спосіб очищення дифузійного соку з відокремленням осаду до основного вапнування.

Визначено оптимальні зони введення осаду І і ІІ сатурацій на прогресивне попереднє вапнування. Такими зонами є рН 7,8 та дифузійний сік. За умов введення осаду в ці зони досягаються найкращі фільтраційно-седиментаційні властивості осадів та показники якості очищеного соку.



Рис.2. Зміна забарвленості очищеного соку та вмісту у ньому солей кальцію в залежності від витрат вапна на основне вапнування за умов відокремлення осаду.

Рис.3. Зміна чистоти очищеного соку та ефекту очищення в залежності від витрат вапна на основне вапнування за умов відокремлення осаду

Встановлено можливість зменшення витрат вапна на очищення дифузійного соку за умов відокремлення осаду до основного вапнування з використанням удосконаленого прогресивного попереднього вапнування.

При зменшенні витрат вапна на основне вапнування попередньо вапнованого соку від 1,1 % до 0,8 % СаО від маси буряків погіршення показників якості очищеного соку є несуттєвим (рис. 2 та 3). Це дозволяє знизити витрати вапна на очищення дифузійного соку на 0,3 % СаО від маси буряків. Подальше зменшення витрат вапна на основне вапнування призводить до різкого погіршення цих показників.

Використання удосконаленого прогресивного попереднього вапнування для очищення дифузійного соку зі зміною лише витрат вапна на попереднє вапнування дає можливість реалізувати наступні способи очищення дифузійного соку:

- за витрат вапна в циркуляційний контур удосконаленого прогресивного попереднього вапнування 0,1…0,2 % СаО від маси соку з поверненням на попереднє вапнування нефільтрованого соку І сатурації та згущеної суспензії соку ІІ сатурації;

- за витрат вапна в циркуляційний контур удосконаленого прогресивного попереднього вапнування 0,3…0,4 % СаО від маси соку з поверненням лише згущеної суспензії соку ІІ сатурації;

- за витрат вапна в циркуляційний контур удосконаленого прогресивного попереднього вапнування 0,45...0,5 % СаО від маси соку з поверненням на попереднє вапнування всієї згущеної суспензії соку І і ІІ сатурацій та з відокремленням осаду до основного вапнування.

ВИСНОВКИ

За результатами аналізу літературних даних, теоретичних та експериментальних досліджень розроблено способи прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку та спосіб очищення дифузійного соку з відокремленням осаду до основного вапнування, які дозволяють значно покращити фільтраційно-седиментаційні властивості осадів та підвищити ефективність очищення дифузійного соку.

1. На основі експериментальних та теоретичних досліджень визначено процеси, використання яких при проведенні прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку сприяє значному підвищенню його ефективності: циркуляція соку в межах попереднього вапнування, одночасне вапнування та карбонізація, пересатурування соку.

2. Встановлено, що місцеве перелуження соку, яке може мати місце під час проведення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку в апаратах зі змішуючими пристроями на переходах соку із секції в наступну секцію, не має значного впливу на ефективність очищення дифузійного соку.

3. Доведено, що циркуляція соку після прогресивного попереднього вапнування на початок цього ж технологічного процесу, яка здійснюється з використанням сатураційного газу в ерліфті, покращує седиментаційні та фільтраційні властивості осаду після попереднього вапнування та підвищує ефект очищення соку під час прогресивного попереднього вапнування. Зі збільшенням кратності циркуляції від 1 до 2 показники ефективності прогресивного попереднього вапнування покращуються.

4. Встановлено покращення седиментаційних і фільтраційних властивостей осаду в соках після прогресивного попереднього вапнування і І сатурації зі зниженням рН карбонізації вапна в циркуляційному контурі від 11,0 до 7,0. При цьому показники якості очищеного соку погіршуються.

5. Показано, що найкращі седиментаційні та фільтраційні властивості осаду в соку після попереднього вапнування досягаються за витрат вапна в циркуляційний контур в межах 0,3…0,8 % СаО від маси соку. Подальше зростання витрат вапна незначно впливає на ці показники. Збільшення коефіцієнта циркуляції від 1 до 2 за витрат вапна 0,8 % СаО від маси соку зменшує фільтраційний коефіцієнт та підвищує швидкість осадження осаду відповідно на 20 та 18 %.

6. Запропоновано спосіб проведення прогресивного попереднього вапнування з вапнокарбонізацією в циркуляційному контурі. В результаті математичної обробки експериментальних даних встановлено величину рН вапнокарбонізації в циркуляційному контурі, оптимальні температуру та тривалість проведення способу, які становлять відповідно 12 хв та 66 ⁰С.

За рахунок зміни лише витрат вапна на удосконалене прогресивне попереднє вапнування, в залежності від якості перероблюваної сировини та дифузійного соку, отримано наступні результати:

- за витрат вапна в циркуляційний контур 0,1…0,2 % СаО від маси соку (на удосконалене прогресивне попереднє вапнування повертається нефільтрований сік І сатурації та згущена суспензія ІІ сатурації) досягається поліпшення фільтраційно-седиментаційних властивостей осаду в соку І сатурації та підвищення ефекту очищення дифузійного соку;

- за витрат вапна 0,3…0,4 % СаО від маси соку (на удосконалене прогресивне попереднє вапнування повертається лише згущена суспензія соку ІІ сатурації) досягається підвищення ефекту очищення дифузійного соку та поліпшення седиментаційних і фільтраційних властивостей осаду в соку І сатурації;

- за витрат вапна 0,45…0,5 % СаО від маси соку (на удосконалене прогресивне попереднє вапнування повертається згущена суспензія соку І та ІІ сатурацій і відокремлюється осад до основного вапнування) досягається підвищення ефекту очищення дифузійного соку.

7. Розроблено спосіб очищення дифузійного соку з двоступеневою вапнокарбонізацією, яка проводиться за величин рН першого ступеня 11,0…11,2 та другого 8,3…8,5 при додаванні вапна на І ступінь 2/3 від передбачуваної кількості на вапнокарбонізацію та 1/3 - на ІІ, що забезпечує одночасно з покращенням фільтраційно-седиментаційних властивостей осаду в соку після прогресивного попереднього вапнування підвищення ефекту очищення соку. За цих умов зростає ефективність використання вапна під час удосконаленого прогресивного попередьного вапнування.

Ефективність розробленого способу підтверджується промисловими випробуваннями, проведеними на цукровому заводі в м. Чернянка (РФ). Загальний ефект очищення дифузійного соку при роботі заводу за запропонованим способом підвищується на 4 %. Річний економічний ефект від впровадження такого способу для заводу потужністю 4500 т/добу буде становити 472,5 тис. грн (у цінах 2006 року).

8. Розроблено спосіб очищення дифузійного соку з відокремленням осаду до основного вапнування за умов використання удосконаленого прогресивного попереднього вапнування, що сприяє підвищенню ефекту очищення дифузійного соку та зменшенню витрат вапна на очищення дифузійного соку.

9. Доведено можливість зменшення витрат вапна на очищення дифузійного соку з відокремленням осаду до основного вапнування на 0,3% СаО від маси буряків за умов удосконалення прогресивного попереднього вапнування порівняно з типовим способом очищення дифузійного соку.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Авдієнко С.О. Удосконалення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку / С.О. Авдієнко, В.М. Логвін, Л.М. Хомічак // Наукові праці НУХТ. - 2006. - № 18. - С. 16-18.

Особистий внесок: підбір та теоретичний аналіз літературних джерел, проведення досліджень, підготовка матеріалів до публікації.

2. Авдієнко С.О. Циркуляція та карбонізація в очищенні дифузійного соку / С.О. Авдієнко, В.М. Логвін // Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. - 2006. - Вип. 28. - Том 2. - С. 90-92.

Особистий внесок: організація та проведення досліджень, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

3. Авдієнко С.О. Ефективний спосіб попереднього вапнування дифузійного соку / С.О. Авдієнко, В.М. Логвін, Л.М. Хомічак // Пищевые технологии. - 2006. - № 12. - С. 48-49.

Особистий внесок: виконання експериментальних досліджень, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

4. Авдієнко С.О. Двоступенева вапнокарбонізація у циркуляційному контурі прогресивного попереднього вапнування / С.О. Авдієнко, В.М. Логвін, В.Ю. Виговський // Цукор України. - 2007. - № 1. - С. 21-23.

Особистий внесок: проведення досліджень, опрацювання експериментальних даних, підготовка матеріалів до публікації.

5. Очистка диффузионного сока с отделением осадка до основной дефекации с усовершенствованием прогрессивной предварительной дефекации / С.А. Авдиенко, В.М. Логвин, Л.М. Хомичак, В.Ю. Выговский // Сахар. - 2007. - № 6. - С. 25-26.

Особистий внесок: виконання експериментальних досліджень, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

6. Логвін В.М. Оптимізація прогресивного попереднього вапнування з вапнокарбонізацією у циркуляційному контурі / В.М. Логвін, С.О. Авдієнко, В.О. Мірошник // Вісник Харківського національного технічного університету с/г ім. П. Василенка. - Харків, 2007. - Вип. 28. - С. 117-122.

Особистий внесок: організація та проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів, написання статті.

7. Пат. 64410 А Україна, МПК⁷ С 13 D 3/02. Спосіб проведення попереднього вапнування дифузійного соку / Логвін В.М., Матиящук О.В., Хомічак Л.М., Резніченко Ю.М., Авдієнко С.О.; заявник та патентовласник Національний університет харчових технологій. - № 2003054796; заявл. 27.05.2003; опубл. 16.02.2004, Бюл. № 2.

Особистий внесок: проведення патентного пошуку, участь в експериментальних дослідженнях, узагальненні їх результатів, підготовці та написанні заявки.

8. Пат. 17427 Україна, МПК⁷ С 13 D 3/02. Спосіб проведення попереднього вапнування дифузійного соку / Логвін В.М., Хомічак Л.М., Виговський В.Ю., Авдієнко С.О.; заявник та патентовласник Національний університет харчових технологій. - № 200604269; заявл. 17.04.2006; опубл. 15.09.2006, Бюл. № 9.

Особистий внесок: проведення патентного пошуку, участь в експериментальних дослідженнях, опрацювання одержаних даних, написання заявки на патент.

9. Логвін В.М. Удосконалення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку / В.М. Логвін, Л.М. Хомічак, С.О. Авдієнко // Розроблення та виробництво продуктів функціонального харчування, інноваційні технології та конструювання обладнання для перероблення сільгоспсировини, культура харчування населення України: міжнародна наук.-техн. конф., 21-23 жовтня 2003 р.: програма конф. - К.:НУХТ, 2003. - С. 11.

Особистий внесок: участь у проведенні досліджень, узагальненні одержаних результатів та оформленні тез доповідей.

10. Авдієнко С.О. Підвищення ефективності проведення попереднього вапнування / С.О. Авдієнко, В.М. Логвін // Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової і переробної промисловості: 69-а наук. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів, 22-24 квітня 2003 р.: тези доп. - К.: НУХТ, 2003. - Ч. ІІ. - С. 9-10.

Особистий внесок: участь у проведенні досліджень, узагальненні одержаних результатів та написанні тез доповідей.

11. Авдієнко С.О. Вплив циркуляції на прогресивне попереднє вапнування дифузійного соку / С.О. Авдієнко, В.М. Логвін // Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті: 70-а наук. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів; 20-21 квітня 2004 р.: тези доп. - К.: НУХТ, 2004. - Ч. ІІ. - С. 7.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, опрацювання експериментальних даних, оформлення тез доповідей.

12. Авдієнко С.О. Дослідження впливу циркуляції, одночасного вапнування і карбонізації та пересатурування на показники очищеного соку / С.О. Авдієнко, В.М. Логвін // Нові технології та технічні рішення в харчовій та переробній промисловості: сьогодення і перспективи: ІХ міжнар. наук.-техн. конф., 17-19 жовтня 2005 р.: тези доп. - К.: НУХТ, 2005. - Ч. І - С. 20-21.

Особистий внесок: планування та проведення досліджень, аналіз одержаних результатів, написання тез доповідей.

13. Авдієнко С.О. Дослідження умов проведення вапнокарбонізації дифузійного соку / С.О.Авдієнко, В.М. Логвін // Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті: 72-а наук. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів, 17-18 квітня 2006 р.: тези доп. - К.: НУХТ, 2006. - Ч. ІІ. - С. 6-7.

Особистий внесок: проведення досліджень, аналіз та узагальнення одержаних результатів, оформлення тез доповідей.

14. Логвін В.М. Удосконалення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку за допомогою двоступеневої вапнокарбонізації у циркуляційному контурі / В.М. Логвін, С.О. Авдієнко // Нові ресурсо- та енергозберігаючі технології харчових виробництв: Всеукраїнська наук.-практ. конф., 1-2 березня 2007 р.: тези доп. - Полтава: ПУСКУ, 2007. - С. 52-54.

Особистий внесок: участь у проведенні досліджень, узагальненні одержаних результатів та оформленні тез доповідей.

15. Авдиенко С.А. Усовершенствование предварительной дефекации диффузионного сока / С.А. Авдиенко, В.М. Логвин, Л.М. Хомичак // Энерго- и ресурсосберегающие технологии сахарного производства: VII междунар. науч.-практ. конф., 16-21 апреля 2007 г.: Сб. научн. докладов. - М., 2007. - С. 45-49.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, опрацювання експериментальних даних, написання тез доповідей.

16. Авдієнко С.О. Відокремлення осаду до основного вапнування за умов удосконалення прогресивного попереднього вапнування дифузійного соку / С.О. Авдієнко, В.М. Логвін // Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті: 73-я наук. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів, 23-24 квітня 2007 р.: тези доп. - К.: НУХТ, 2007. - Ч. І. - С. 142-143.

Особистий внесок: участь у проведенні досліджень, аналізі та узагальненні одержаних результатів, оформленні тез доповідей.

АНОТАЦІЯ

Авдієнко С.О. Підвищення ефективності очищення дифузійного соку шляхом удосконалення прогресивного попереднього вапнування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.05 - Технологія цукристих речовин та продуктів бродіння. - Національний університет харчових технологій, Київ, 2008.

Робота присвячена підвищенню ефективності очищення дифузійного соку шляхом удосконалення прогресивного попереднього вапнування. В дисертаційній роботі представлені результати теоретичних та експериментальних досліджень щодо закономірностей очищення дифузійного соку із використанням удосконаленого прогресивного попереднього вапнування.

Встановлено вплив місцевого перелуження соку на ефективність проведення прогресивного попереднього вапнування. На основі теоретичних та експериментальних досліджень запропоновано спосіб прогресивного попереднього вапнування з вапнокарбонізацією у циркуляційному контурі. Розроблено спосіб проведення прогресивного попереднього вапнування з двоступеневою вапнокрабонізацією в циркуляційному контурі, який пройшов випробування в промислових умовах. На основі даного способу прогресивного попереднього вапнування розроблено спосіб очищення дифузійного соку з відокремленням осаду до основного вапнування, який дозволить підвищити ефект очищення та зменшити витрати вапна на очищення дифузійного соку.

Ключові слова: дифузійний сік, попередньо вапнований сік, осад в соку після попереднього вапнування, осад в соку І сатурації, прогресивне попереднє вапнування, циркуляційний контур, вапнокарбонізація.

АННОТАЦИЯ

Авдиенко С.А. Повышение эффективности очистки диффузионного сока путем усовершенствования прогрессивной предварительной дефекации. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.05 - Технология сахаристых веществ и продуктов брожения. - Национальный университет пищевых технологий, Киев, 2008.

Диссертация посвящена повышению эффективности очистки диффузионного сока путем усовершенствования прогрессивной предварительной дефекации. В диссертационной работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей очистки дифузионного сока с использованием усовершенствованной предварительной дефекации.

Определено, что влияние местного перещелачивания, которое может иметь место во время проведения прогрессивной предварительной дефекации диффузионного сока в аппаратах со смешивающими устройствами на переходах сока из секции в следущую секцию, не имеет значительного влияния на эффективность очистки диффузионного сока.

Исследовано влияние рН карбонизации и вапнокарбонизации в циркуляционном контуре прогрессивной предварительной дефекации на фильтрационно-седиментационные свойства осадков в соках после предварительной дефекации и І сатурации, качественные показатели соков. Исследовано влияние коефициента циркуляции и расхода извести в циркуляционный контур прогрессивной предварительной дефекации на показатели осадка в соке после предварительной дефекации и показано, что при увеличении кратности циркуляции от 1 до 2 и увеличении расхода извести с 0,1 % до 0,5 % СаО от массы сока значительно улучшаються фильтрационно-седиментационные свойства осадка в соке после предварительной дефекации.

На основании проведенных исследований предложен способ проведения прогрессивной предварительной дефекации, который включает циркуляцию сока после преддефекации на начало процесса. В циркуляционном контуре проводится карбонизация преддефекованного сока. Циркуляция осуществляется сатурационным газом, что позволяет провести одновременную дефекосатурацию в циркуляционноим контуре.

Исследовано влияние температуры и продолжительности проведения предложенного способа на его эффективность. С помощью методов математической обработки экспериментальных данных опеределены опти-мальные параметры проведения прогрессивной предварительной дефекации по предложенному способу: температура - 66 ⁰С, продолжительность - 12 мин. При этом получаем соки с хорошими фильтрационными свойствами и качественными показателями.

Разработан способ проведения прогрессивной предварительной дефекации с двуступенчатой карбонизацией преддефекованного сока в циркуляционном контуре. Определены оптимальные величины рН и распределение извести между ступенями двуступенчатой карбонизации в циркуляционном контуре. Оптимальные величины рН на первой ступени - 11,0…11,4, на второй - 8,3…8,5 при добавлении извести на первую ступень в колличестве 2/3 общего количества добавляемой извести в циркуляционный контур и 1/3 - на вторую.

Исследовано влияние коефициента циркуляции и расхода извести в циркуляционный контур прогрессивной предварительной дефекации с двуступенчатой карбонизацией в циркуляционном контуре на показатели осадка в соке после предварительной дефекации.

Разработан способ очистки диффузионного сока с отделением осадка до основной дефекации при условии использования усовершенствованной прогрессивной предварительной дефекации.

На основании предложенного способа проведения прогрессивной предварительной дефекации с двуступенчатой карбонизацией в циркуляционном контуре при изменении только лишь расхода извести в циркуляционный контур возможна реализация трех способов очистки диффузионного сока:

- расход извести в циркуляционный контур 0,1…0,2 % СаО от массы сока с возвратом на предварительную дефекацию нефильтрованного сока І сатурации и сгущеной суспензии ІІ сатурации, при этом значительно улучшаются фильтрационно-седиментационные свойства осадка сока І сатурации и повышается эффект очистки диффузионного сока;

- расход извести 0,3…0,4 % СаО от массы сока, при этом повышается эффект очистки диффузионного сока и улучшаются фильтрационные и седиментационные свойства осадка сока І сатурации. В этом случае исключается возврат нефильтрованного сока І сатурации;

- расход извести 0,45…0,5 % СаО от массы сока с возвратом всей сгущенной суспензии сока І и ІІ сатурации на предварительную дефекацию, при этом отделяется осадок до основной дефекации.

Показана возможность уменьшения расхода извести на очистку диффузионного сока на 0,3% СаО от массы свеклы при условии использования усовершенствованной предварительной дефекации.

Ключевые слова: диффузионный сок, сок предварительной дефекации, осадок сока предварительной дефекации, осадок сока І сатурации, прогрессивная предварительная дефекация, циркуляционный контур, дефекосатурация.

Размещено на Allbest.ru

...