Увеличение цветности и объема в основном можно объяснить протеканием меланоидиновой реакции с образованием цветных веществ. Присутствие сульфита во втором опыте существенно ингибировало эту реакцию, в результате цветность нарастала в 1,6 раза медленнее.
Таким образом, экспериментально подтверждено ингибирующее действие сульфита на реакции разложения сахаров, образования цветных веществ , выделение газов, что положительно влияет на снижение вязкости и цветности мелассы, а также на сохранение в ней аминного азота.
1.13. Влияние отдельных факторов на истощение меласс
Содержание сахара в мелассе зависит не только от оптимальных параметров сваренного утфеля и утфеля перед центрифугированием, но и от гранулометрического состава кристаллического сахара утфеля, режима охлаждения утфеля последней кристаллизации и его центрифугирования.
Важным направлением является уваривание утфелей при пониженной температуре, при которой растворимость сахарозы меньше.
Это дает возможность снизить содержание сахара в межкристальном растворе и увеличить выход кристаллов сахара. Из практики известно, что низкотемпературный режим уваривания утфелей увеличивает эффект кристаллизации на 10% и выход сахара примерно на 0,04% к массе свеклы.
Мероприятием, способствующим снижению содержания сахара в мелассе, является также тщательный контроль за работой центрифуг, особенно для утфелей последней кристаллизации. При отклонениях в работе центрифуг, величина чистоты может возрастать на 0,3%. Основной причиной этого может быть проход мелких кристаллов сахара через сито центрифуги.
Работа центрифуг и величина эффекта кристаллизации, наряду с другими факторами, зависят от величины и равномерности распределения кристаллов получаемого сахара.
Для работы центрифуг важным параметром является размер кристаллов центрифугируемого утфеля. Параметры мелассы зависят и от среднего размера кристаллов центрифугируемого утфеля.
Величина оптимальной температуры центрифугирования утфеля последней кристаллизации зависит от качественного и количественного состава несахаров мелассы. Влияние же качественного и количественного состава несахаров мелассы на растворимость сахарозы характеризуется зависимостью величины коэффициента насыщения от отношения несахар/вода. Использование этой зависимости позволяет определить и величину оптимальной температуры центрифугирования утфеля.
Правильное определение оптимальной температуры центрифугирования утфеля последней кристаллизации является важным мероприятием снижения содержания сахара в мелассе.
1.14. Центрифугирование утфеля
Когда утфель в кристаллизационной установке охладится до температуры близкой к оптимальной, его нагревают в отдельной утфелемешалке с развитой площадью поверхности теплообмена на 6-8 градусов, чтобы снять пересыщение в межкристальном растворе и понизить вязкость. Нагревание утфеля в дисковой утфелемешалке перед центрифугированием – длительный процесс. В связи с плохим перемешиванием и частичным растворением кристаллов в нем образуются неравномерные температурные и концентрационные поля. Поэтому предпочтительным является способ омического нагревания, основанный на прямом пропускании электрического тока через утфель, при этом электрическая энергия преобразуется в тепловую, быстро и равномерно нагревая утфель до заданной температуры.
Утфель из последней утфелемешалки-кристаллизатора самотеком поступает в электрический нагреватель. Из нагревателя утфель направляется в центрифугу.
Утфель последней кристаллизации, нагретый до заданной температуры, центрифугируют без промывания сахара с отбором одного оттека – мелассы как в центрифугах периодического действия, так и в кононических центрифугах с инерционной выгрузкой сахара.
Центрифугирование, т.е. разделение утфеля на твердую и жидкую фазы проводят по принципу фильтрования. При вращении ситчатого ротора в фильтрующих центрифугах твердые частицы остаются на внутренней поверхности фильтрующей перегородки, а жидкость проходит через поры осадка. Процесс фильтрования делят на три периода: образование осадка, уплотнение осадка, механическая сушка осадка.
Первый период можно приближенно сравнить с обычным фильтрованием, причем давление фильтрования обусловлено гидравлическим напором, который развивается в результате действия поля центробежных сил на суспензию.
Во втором периоде центрифугируемая масса представляет собой двухфазную систему, причем вначале твердые частицы расположены некомпактно. Затем под действием силового поля происходит уплотнение осадка, сопровождающееся увеличением давления в скелете. Сближение частиц связано с уменьшением объема зернистого слоя и удалением жидкой фазы из этих пор. Давление скелета на жидкость уменьшается от максимального значения в начальный момент процесса до нуля в конце уплотнения. Кроме давления скелета на жидкую фазу в ней возникает давление от действия центробежного поля. От величины давлений и гидравлического сопротивления осадков зависит скорость разделения утфеля.
Постепенно, в процессе второго периода, скорость деформации осадка становится меньше скорости течения жидкости в его порах, и часть объема между частицами освобождается от жидкости. Наступает переходный период, когда уровень жидкости от внутренней стенки осадка перемещается к стенке ротора.
Когда уровень жидкости достигнет дренирующего слоя, начинается третий период – сушка осадка. К этому моменту уплотнение скелета заканчивается, но в местах соприкосновения частиц и на их поверхности остается жидкая фаза, удерживаемая молекулярными силами.
Часть жидкой фазы перетекает к дренирующему ситу, а часть остается, и скорость фильтрации потока уменьшается. При достижении определенного содержания межкристальной жидкости в слое сахара, минимального для данного материала и напряженности центробежного поля, процесс отделения жидкости прекращается. Поэтому полное отделение межкристальной жидкости невозможно.
Образование осадка (первый период) происходит только при центрифугировании разбавленных суспензий, а при обработке утфеля первый период либо отсутствует, либо незначителен. На барабан центрифуги при вращении действует центробежная сила. Основной характеристикой, определяющей эффективность работы центрифуг, является фактор разделения, представляющий собой отношение центростремительного ускорения к ускорению силы тяжести. Фактор разделения показывает во сколько раз действие центробежной силы ускоряет отделение межкристального раствора от кристаллов сахара по сравнению с действием сил тяжести.
При использовании ПАВ улучшается отделение оттеков на центрифугах, сводится к минимуму продолжительность фуговки и расход воды на пробеливание сахара в центрифугах.
1.15. ПАВ, применяемые в сахарном производстве
Пеногаситель ПГ – 3.
Пена в промежуточных продуктах сахарного производства ухудшает технологический процесс: фильтрование сока и промывание осадка, уваривание утфеля, уменьшает продуктивность аппаратов, ухудшает работу выпарной установки, повышает цветность продукта, выход мелассы, как следствие, снижает выход сахара. Устранить причины образования пены и разрушить существующую пену можно с помощью специальных гасителей.
Сравнительные исследования гасителей пены разных марок показали, что для сахарной промышленности оптимален пеногаситель марки ПГ – 3, разработанный на основе пищевых поверхностно-активных веществ.
Сфера применения пеногасителя ПГ – 3 в сахарном производстве достаточно велика, что делает его универсальным. Так, в процессе диффузии он позволяет интенсифицировать экстракцию сахарозы, дает возможность работать на более тонкой свекловичной стружке, уменьшает потери в жоме на 0,05-0,5% к массе перерабатываемой свеклы. Расход пеногасителя ПГ – 3 при этом составляет 2-3 кг на 100 тонн перерабатываемой свеклы, а в условиях ухудшения качества сырья увеличивается до 5 кг.
Применение пеногасителя ПГ – 3 на дефекосатурации обеспечивает гашение пены на 80-85% и улучшает седиментационно-фильтрационные свойства осадка. Благодаря явно выраженному флокуляционному действию ПГ – 3 скорость отстаивания нефильтрованного сока возрастает на 25-30%, что уменьшает разложение сахарозы в отстойниках. Расход пеногасителя ПГ – 3 при этом составляет 2-3 кг на 1000 тонн перерабатываемой свеклы. В условиях ухудшения качества сырья объем использования пеногасителя ПГ – 3 увеличивается до 5 кг на эту же массу перерабатываемой свеклы.
Использование пеногасителя ПГ – 3 при уваривании сахарных утфелей всех степеней кристаллизации позволяет уменьшить время уваривания, получить сахар-песок улучшенного гранулометрического состава, сократить потери сахара от термического разложения сахарозы. Расход пеногасителя ПГ – 3 при этом составляет около 140 г на один цикл уваривания утфеля I кристаллизации продукта и около 200 г на один цикл уваривания утфеля последней кристаллизации на 40-тонный варочный аппарат.
Чтобы действие пеногасителя ПГ – 3 было эффективным, его следует использовать при относительно высоких температурах среды (65 градусов и выше). При этом необходимо обратить внимание на то, что в слабощелочных и щелочных средах с повышением pH сильнее проявляются пеногасящие свойства ПГ – 3, а с уменьшением pH – флокуляционные.
Пеногаситель марки ПГ – 3 относится к пищевым поверхностно-активным веществам. Это гигиеническая характеристика осуществлена в Институте питания Российской академии медицинских наук и Министерстве охраны здоровья Украины.