НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ТОЧКОВА ОКСАНА ВАСИЛІВНА

УДК 664.154

РОЗРОБЛЕННЯ СПОСОБІВ ОЧИЩЕННЯ ДИФУЗІЙНОГО СОКУ ПОГІРШЕНОЇ ЯКОСТІ З ВИКОРИСТАННЯМ МІНЕРАЛУ ГЛАУКОНІТУ

05.18.05 – технологія цукристих речовин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Виговський Валерій Юрійович,

Національний університет харчових технологій,

кафедра технології цукристих речовин, доцент

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Загородній Петро Павлович,

Національний університет харчових технологій,

кафедра інженерної графіки, професор

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Михайлик Вячеслав Аврамович,

Інститут технічної теплофізики НАН України,

завідувач лабораторією теплофізики

та фізико-хімічних досліджень

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут

цукрової промисловості

Міністерства аграрної політики України, м. Київ

Захист відбудеться “ 16 ” листопада 2005 року об 1100 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 26.058.04 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ – 33, вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ – 33, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий “12” жовтня 2005 р.

Учений секретар

спеціалізованої ради, к.т.н. С.І. Воронцова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сприятливі ґрунтові умови України та виробничо-технічна база з перероблення цукрових буряків ставлять її в один ряд з найбільш розвиненими державами, в яких розвивається цукрове виробництво. Кліматичні умови України є одним з негативних факторів, що впливають на зберігання цукрових буряків.

У разі дії на буряки низьких температур з наступним відтаненням створюються умови для розвитку ряду слизоутворювальних бактерій, продуктами життєдіяльності яких є поліцукриди - декстран і леван з досить розгалуженою структурою. За підвищеного вмісту цих поліцукридів ускладнюється фільтрування соків, що може призвести до зупинки заводу, а також до зменшення виходу цукру.

Сучасні методи боротьби з слизовим бактеріозом потребують значних матеріальних витрат, тому потрібно проводити пошук та розроблення ефективних та більш дешевих способів.

Технологія очищення дифузійного соку, отриманого із цукрових буряків, передбачає використання вапна і дає можливість видалити лише 30 – 35 % нецукрів. Технологічна схема одержання вапна із кальциту, що міститься у вапняковому камені, є енергоємною операцією.

Пошук і розроблення нових технологій, в яких частково можна було б замінити вапно на інші реагенти, що дозволять більш ефективно і з меншими затратами проводити очищення соків цукрового виробництва, на сьогоднішній день є досить актуальним.

Дослідження можливості використання природних дисперсних мінералів – монтморилоніту, глауконіту, сапоніту, палигорскіту та інших, родовища яких в Україні досить великі, є одним із шляхів вирішення цієї задачі.

Природні мінерали добре диспергуються у водних розчинах, мають високу поверхневу активність та питому поверхню адсорбції і, крім того, є ефективними іонообмінниками.

В умовах України, де розташована велика кількість бурякоцукрових заводів, часткова заміна вапна на більш дешеві та ефективні реагенти є перспективним рішенням у досягненні більш раціонального використання природних ресурсів.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема роботи є складовою частиною плану кафедральної держбюджетної теми науково-дослідної роботи “Розробка, удосконалення, інтенсифікація та оптимізація технологічних процесів і апаратурного оформлення у цукровому та крохмале-патоковому виробництві”. Роботи, повязані з удосконаленням технології перероблення цукровмісної сировини із скороченням витрат вапна, виконувались відповідно з розділом 6 “Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та аграрно-промисловому комплексі” Закону України “Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки”. Автор безпосередньо приймав участь у розробленні програми досліджень, самостійно виконував експерименти з питань розроблення нових схем очищення дифузійного соку з використанням природних сорбентів у лабораторних умовах, публікації отриманих результатів та їх апробації у виробничих умовах.

Мета і задачі досліджень. Метою даної роботи є комплексне дослідження фізико-хімічних властивостей декстрану в технічних цукрових розчинах і розроблення нових способів очищення дифузійного соку з використанням природних сорбентів та надання рекомендацій промисловості щодо зниження негативного впливу поліцукридів на технологічний процес одержання цукру. Це буде сприяти ритмічній роботі заводу, підвищенню виходу цукру, покращенню його якості та зменшенню витрат паливно-енергетичних ресурсів.

Відповідно до поставленої мети були сформульовані такі задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Обєкт дослідження - технологія цукру і удосконалення її шляхом використання термоактивованого сепарованого глауконіту.

Предметом дослідження є водні модельні розчини поліцукридів (пектин, декстран), дифузійний сік, сік ІІ сатурації, дисперсний сепарований природний мінерал глауконіт та його водна суспензія.

Методи дослідження – галузеві традиційні та уточнений метод визначення декстрану в соках цукрового виробництва при очищенні природними адсорбентами яким є ферментно-турбідиметричний метод.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі теоретичних і експериментальних досліджень запропоновано використовувати для очищення соків цукрового виробництва сепарований термоактивований природний сорбент глауконіт, що дає можливість знизити витрати вапна на очищення дифузійного соку та паливно-енергетичні ресурси.

Встановлено, що термічна активація поверхні природного адсорбенту глауконіту при температурі 450 С, протягом 1 години, призводить до підвищення його адсорбційної здатності і підвищує ефективність очищення соків цукрового виробництва.

Методами рентгенографічного, мас-спектрометричного, реологічного аналізів встановлені оптимальні витрати глауконіту для видалення поліцукридів із напівпродуктів цукрового виробництва. Показано, що кількість видалення декстрану складає 50 % від його початкового вмісту в розчині.

Розроблена математична модель і запропоновано рівняння кінетики капілярного просочування та змочування в дисперсіях сепарованого та термоактивованого мінералу глауконіту полярної (водою) та неполярною (деканом) рідинами, що пояснює гідрофобну та гідрофільну природу мінералу.

Розроблено спосіб очищення дифузійного соку сепарованим термоактивованим глауконітом із частковою заміною та зменшенням загальних витрат вапна на виробництво.

Розроблено спосіб очищення соку ІІ сатурації термоактивованим сепарованим глауконітом у кількості 0,3 % до маси буряків та показано його вплив на покращення якісних показників очищеного соку.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено спосіб очищення дифузійного соку сепарованим термоактивованим глауконітом із частковою заміною та зменшенням загальних витрат вапна на виробництво. Розроблений спосіб очищення дифузійного соку погіршеної якості з частковим зменшенням кількості вапна та заміною його сепарованим термоактивованим глауконітом. Проведені напівпромислові випробування підтверджують ефективність запропонованого способу для очищення соків цукрового виробництва. Економічний ефект складає 353820 грн. на рік (у цінах 2004 року).

Удосконалено технологічну схему очищення соків цукрового виробництва сепарованим термоактивованим глауконітом і розроблено спосіб очищення цукрових розчинів термоактивованим сепарованим глауконітом у кількості 0,3 % до маси буряків та показано його вплив на покращення якісних показників соку. Випробування способу очищення соку ІІ сатурації сепарованим термоактивованим глауконітом, впроваджені на Городенківському цукровому заводі, підтверджують ефективність використання даного способу для очищення соків цукрового виробництва. Очікуваний економічний ефект від впровадження удосконаленої технології становить 254164 грн. на рік (у цінах 2004 року).

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в отриманні аналітичних та експериментальних досліджень, розробленні та постановці завдань, проведенні лабораторних випробувань, аналізі та узагальненні результатів.

Дослідження фізико-хімічних властивостей природного мінералу глауконіту проведено у співавторстві з академіком, д.х.н., проф. В.В.Манком.

Здобувач приймав активну участь у промислових впровадженнях запропонованих способів очищення дифузійного соку погіршеної якості на Городенківському цукровому заводі.

Обговорення, аналіз та узагальнення результатів досліджень проведено з науковим керівником к.т.н., доц. В.Ю. Виговським.

Апробація результатів роботи. Основні положення роботи доповідались на 66, 67, 69, 70 наукових конференціях НУХТ, міжнародній ХІІ конференції “Вибротехнология” (м. Одеса, 2002 р.), ІІІ щорічній міжнародній науково-практичній конференції “Сахар-2003” (м. Москва, 2003р.), міжнародній науково-технічній конференції НУХТ (м. Київ, 2003р.), міжнародній науково-технічній конференції НУХТ (м. Київ, 2004р.), XVII міжнародній конференції “Clay Mineralogy and Petrology” (м. Прага, 2004р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 13 друкованих праць, в тому числі 3 статті у фахових журналах, 9 тез на міжнародних та наукових конференціях, одержано 1 патент України.

Структура та обсяг роботи. Дисертацію викладено на 141 сторінці друкованого тексту. Робота складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків та рекомендацій промисловості, списку використаної літератури, що включає 189 бібліографічних джерел та 4 додатки. Робота містить 33 рисунки та 6 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету та сформульовані задачі досліджень, охарактеризовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У розділі 1 “Аналітичний огляд” на основі вітчизняних та зарубіжних літературних джерел проаналізовано стан теоретичних та експериментальних досліджень з питань використання додаткових реагентів в процесах очищення дифузійного соку. Особлива увага приділена роботам, в яких висвітлені питання використання природних мінералів для очищення дифузійного соку. Саме це дозволило сформулювати мету та методики проведення експериментальних досліджень.

У розділі 2 “Обєкти і методи дослідження” наведено характеристику обєктів та методів досліджень, якими є водні модельні розчини поліцукридів (пектин, декстран), дифузійний сік, сік ІІ сатурації, дисперсний сепарований природний мінерал глауконіт та його водна суспензія.

Методи, що застосовувались в даній роботі: ферментно-турбідиметричним метод, рефрактометричний, термометричний, віскози-метричний, комплексометричний, колориметричний, поляриметричний, рентгенофазний, мас-спектрометричний. Мікроструктуру поліцукридів досліджували аналізом мікрофотографії на мікроскопі МБІ–15М із збільшенням у 360 разів.

Удосконалено методику визначення декстрану в соках цукрового виробництва на основі аналізу ферментно-турбідиметричного та методу МТІХП.

Розділ 3 “Дослідження природного адсорбенту глауконіту з метою застосування його для очищення соків цукрового виробництва” присвячений вибору найбільш ефективного природного сорбенту серед низки мінеральних сорбентів, що мають добрі адсорбційні, іонообмінні та фільтраційні характеристики і здатні забезпечити адсорбційне та іонообмінне очищення таких складних багатокомпонентних систем, як розчини цукрового виробництва на різних етапах їх переробки, зокрема, монтморилоніти, вермикуліти, сапоніти, палигоскіти, глауконіти та інші.

Результати проведених досліджень показують, що за допомогою глауконіту можна проводити комплексне очищення цукрових розчинів та їх помякшення.

В промисловості глауконіт застосовується завдяки своїй поглинальній властивості та завдяки значному вмісту оксиду калію. Він використовується також як адсорбент, фільтраційний матеріал, для фільтрування сиропів, пом’якшення та очищення води та ін.

Для зменшення енергетичних витрат на випалювання вапняку та заміни вапна на більш дешеві реагенти, проводять пошук ефективних і недорогих замінників вапна, яке використовується при очищенні дифузійного соку.

Для вирішення цього питання запропоновано використовувати природні дисперсії, що, останнім часом, привертають до себе увагу багатьох спеціалістів. Використання їх у цукровій промисловості, недостатньо вивчене та висвітлене в літературі.

Дослідження показали, що найбільш ефективні показники одержані при використанні сорбентів класу гідрослюд – глауконітів.

Існує декілька способів активації поверхні мінералів: термічний, кислотний, механічний, що призводять до підвищення адсорбційних властивостей адсорбентів.

Термічний спосіб полягає у видаленні міжшарової води (Т 100 – 300 С) та видаленні гідроксильних груп при температурі 450 – 650 С із кристалічної гратки, що призводить до підвищення адсорбційної здатності поверхні адсорбенту.

Адсорбційна здатність глиняних мінералів визначається двома факторами: іонообмінною адсорбцією у міжшаровому просторі мінералу та молекулярною адсорбцією зовнішньою поверхнею кристалів мінералу, що зумовлена утворенням водневих звязків між поверхнею адсорбенту та адсорбату.

Природні мінерали, зокрема глауконіт, при очищенні промислових цукрових розчинів виявляють іонообмінну та молекулярну адсорбції. За рахунок іонообмінної адсорбції може відбуватись заміна іонів розчину на іони мінералу (демінералізація, помякшення соків).

Для дослідження термічної стійкості та адсорбційної здатності глауконіту аналізували його на дериватографі. Аналізу піддавали глауконіт Карачіївського родовища Хмельницької області. Аналізуючи глауконіт, одержали термограми, представлені на рис.1, що дає можливість визначити зміну фізико-хімічних властивостей досліджуваного мінералу в діапазоні різних температур. Виділення вільної води фіксується у діапазоні 100 – 150 С, а в діапазоні 400 – 700 С – руйнування гідроксильної поверхні мінералу: на кривій термограми ТG видаляється 5 % адсорбованої води, а в інтервалі температур 400 – 700 С відбувається руйнування гідроксильної поверхні мінералу з виділенням 2,5 % води. На кривих dТA та dTG цим діапазонам температур відповідають ендотермічні ефекти.

Адсорбція речовин на такій поверхні може відбуватись як за рахунок підсилення дисперсійних взаємодій поверхні з адсорбентом, так і донорно-акцепторних взаємодій з атомами кисню поверхні.

Було встановлено, що максимальна теплота змочування виділяється при нагріванні оксидів при температурі 400 – 500 С.

Рис.1. Дериватограма глауконіту

Такі ж закономірності відзначені і для органічних речовин, що адсорбуються на поверхні мінералу.

Рис.2. Мас-спектр природного

глауконіту | Рис.3. Мас-спектр термоактивованого глауконіту

Для більш глибокого дослідження глауконіту, термообробленого при температурі 400-500 С, та природного сепарованого глауконіту було проведено його аналіз на мас-спектрометрі.

Співставлення мас-спектрів природного сепарованого глауконіту (рис. 2) та термообробленого при температурі 450 С (рис. 3) показало, що молекулярні маси, що відповідають органічним речовинам, в результаті термооброблення видаляються. Їх видалення зумовлене розкладом гідроксильних груп і призводить до утворення дегідроксильованої, силоксанової поверхні, внаслідок чого підвищується адсорбційна ємність мінералу

Розділ 4 “Фізико-хімічні дослідження властивостей в дисперсних системах вода – мінерал - поліцукрид” присвячений дослідженню кінетики процесів просочування та змочування дисперсного мінералу глауконіту.

В звязку з цим було вивчено основні закономірності протікання процесів змочування та просочування дисперсій глинистих мінералів, зокрема, глауконіту природного сепарованого та термоактивованого протягом різного часу полярною (водою) та неполярною (деканом) рідинами. Явище капілярного просочування та змочування дисперсних мінералів має також велике значення для процесів масообміну в капілярно-пористих тілах, тобто адсорбції нецукрів.

Відомо, що поверхня глауконіту характеризується гідрофільними властивостями, що забезпечуються існуванням гідроксильних груп та обмінних іонів у поверхневих шарах. Проте, можна припустити, що поверхня може також притягувати неполярні молекули за рахунок дисперсійних сил. Для перевірки цього припущення поряд з водою нами була використана також неполярна рідина декан.

Серед ліофільних характеристик дисперсних мінералів особливе місце займає їх здатність до змочування, тобто взаємодії поверхні дисперсної фази з рідинами, що складають дисперсійне середовище. В залежності від цього співвідношення змочування буває повним, неповним або практично відсутнім.

Для оцінки здатності до змочування твердих тіл рідинами використовують такий параметр, як кут змочування, що утворюється дотичними до межі розділу фаз тверде тіло – газ та рідина – газ на краплі рідини, що наноситься на тверде тіло. В разі існування твердих тіл в дисперсному стані неможливо створити умови для існування краплі рідини на поверхні і, відповідно, виміряти кут змочування.

Отримане рівняння, що характеризує явище капілярного підняття рідин, та описує кінетику змочування в безрозмірних одиницях:

, (1)

де ; R – радіус капіляру, мкм; – поверхневий натяг, Дж/м2; x – критичний радіус капіляру, м; h – максимальна висота капілярного підняття, м; Х – довжина капіляру, м; – вязкість, Пас; – тривалість всього процесу, с.

Нами були проведені дослідження з визначення капілярного просочування водою термоактивованого та природного дисперсного сепарованого мінералу глауконіту. Одержані експериментальні дані капілярного просочування природного та термоактивованого глауконіту водою показують, що у природного глауконіту просочування відбувається дещо повільніше, ніж у термоактивованого (рис. 5). Це пояснюється явищем набухання дисперсного мінералу.

Розкривши рівняння (1), матимемо наступний вигляд рівняння:

, (2)

де t – час спостереження, с.

Шляхом ділення на t лівої та правої частини лінеаризуємо рівняння (2) і отримуємо вираз:

. (3)

Отримуємо рівняння, що буде мати вигляд:

. (4)

Підставляючи експерименті дані в рівняння (4), можемо розрахувати кінетику просочування глауконіту водою та деканом (рис. 4).

Таким чином, коли в процесі змочування розміри пор та природа поверхні глауконіту залишаються незмінними, лінійне рівняння (4) в координатах t/x=f(t)

Для описання змочування в капілярно-пористих дисперсних середовищах користуються спрощеними моделями, в яких пори тіла між твердими сферичними частками являють собою циліндричні капіляри, що проходять через всю дисперсію.

Для більш глибокого вивчення гідрофобних та гідрофільних властивостей глауконіту нами встано-влені залежності висоти підняття води та декану від часу. Ці залежності для дисперсій природного, сепарованого та термо-активованого протягом різного часу, глауконіту приведені на рис. 5 та 6. З рис. 5 видно, що крива просочування не опису-ється однією залежністю, а має складний характер: отриману кінетичну криву можна поділити на 2 етапи: за перші секунди рідини дуже швидко погли-наються дисперсіями, а потім швидкість змінюєть-ся: для термоактивованого глауконіту вона продовжує зростати, а для

природного сепарованого – зменшується. На першій стадії процесу просочування від-бувається заповнення макро- та мікропор, на другій – проникнення рідин у мікропори мінералу. На рис. 6 ця крива значно простіша: капілярне просо-чування деканом в дисперсіях термоактивова-ного глауконіту протягом однієї години нижче, ніж у природного сепарованого - декан змочує поверхню мінералу тільки частково. Виявлено, що капілярне підняття для природного сепарованого та термоактивованого сепа-рованого глауконіту спочатку проходить однаково, а потім процеси протікають по-різному. Існування двох етапів можна пояснити явищем набухання природного сепарованого мінералу та утворення плівки на поверхні дисперсних часток (рис. 7).

Таким чином, для оцінки здатності мінералу глауконіту до змочування запропонована проста методика розрахунку кута змочування за результатами вимірювання висоти капілярного підняття рідин в дисперсіях природних мінералів (рис. 8, 9).

Підставляючи отримані експериментальні дані по висоті капілярного підняття декану отримаємо кут змочування, що дорівнює = 1142. Малий кут змочування мінералу вказує на велику здатність такої гідрофобної рідини як декан, до взаємодії з поверхнею глинистих мінералів. Це може бути повязано з тим фактом, що поверхня природних мінералів частково покрита органічними домішками, що утворилися в процесі генезису мінералу і гідрофобізують ліофобні колоїди.

Методом рентгенографічного аналізу проведено дослідження природного сепа-рованого глауконіту та природного сепарованого глауконіту після взаємодії з водною дисперсією декстрану. Пік базального відображення досліджуваного глауконіту спостерігається при 10,40 A, після взаємодії з водною дисперсією декстрану при 11,19 A, що є свідченням того, що досліджуваний глауконіт відноситься до ІІ типу, який характеризується генетичними перетвореннями в природі з утворенням монтморилонізованого поверхневого шару часток.

Досліджуючи фізико-хімічні властивості глауконіту щодо адсорбції гелеподібних дисперсій декстрану та пектину, готували модельні розчини: пектин-вода, декстран - вода, добавляючи до них глауконіт у кількості 0,3 –1 % до маси розчину з різницею між значеннями 0,2 %, та витримували при температурі 60–65 С 10-15 хв. Після охолодження і відстоювання розчини утворювали стійкі гелі.

На відміну від декстрану, для пектину - рис. 11, ці волокна більш деформовані і мають тенденцію до утворення агре-гатних молекул.

На рис. 10 показано, що додавання глауконіту до розчинів декстрану призводить до утворення стислої гелеподібної сітки, яка розташовується навколо частинок мінералу. Відносно пектину, спостерігаються відмінності, що полягають в утворенні менш комплексних агрегатів, ніж у випадку з декстранами.

Аналіз цих результатів показує, що декстран і пектин адсорбуються на поверхні мінералу, утворюючи гелеподібні структури, що осідають. Це явище можна використати для видалення їх з розчину в процесі очищення соків цукрового виробництва.

Рис.12. Ізотерма адсорбції декстрану Рис.13. Ізотерма десорбції декстрану

Для вивчення адсорбції декстрану на поверхні глауконіту спочатку визначали оптимальну кількість мінералу, що забезпечує максимальний адсорбційний ефект декстрану із розчину. Для визначення максимальної кількості декстрану, що може адсорбуватись поверхнею глауконіту, готували розчини декстрану різної концентрації від 50 до 300 мг/100 см3 і вносили в нього глауконіт у кількості 0,3 % до маси розчину. Розчини підігрівали до температури 70 С протягом 10-15 хв., охолоджували і визначали в ньому вміст декстрану. На рис. 12 зображена ізотерма адсорбції декстрану на поверхні глауконіту.

Аналіз ізотерми показує, що максимальна кількість декстрану, адсорбованого поверхнею глауконіту, складає 0,1 г декстрану на 1 г глауконіту при вихідній концентрації декстрану в розчині 150 мг/100 см3. При подальшому збільшенні концентрації величина адсорбції декстрану зменшується, що свідчить про необхідність збільшення кількості адсорбенту. Це визначення повторили через 1 та 2 доби. Дані, визначені через 1 добу суттєво не змінились, а визначені через 2 доби – свідчили про десорбцію декстрану в розчині (рис. 13).

Виявлено, що кількість глауконіту для оптимальної адсорбції декстрану становить близько 0,3-0,5 % до маси розчину, а для пектину – 0,7 % до маси розчину.

Математичне оброблення одержаних ізотерм адсорбції показало, що вони добре описуються рівнянням моношарової адсорбції Ленгмюра. Це дає змогу розрахувати адсорбційну ємність поверхневого шару адсорбенту, що складає 0,1 г/г, кількість декстрану, що адсорбується на 1 м2 глауконіту дорівнює 6,7 г декстрану з товщиною шару на поверхні глауконіту 8,410-6 м.

Розділ 5 “Розроблення способів очищення дифузійного соку термоактивованим сепарованим глауконітом і перевірка їх ефективності в промислових умовах” присвячений дослідженню впливу дисперсного мінералу глауконіту на ефективність очищення дифузійного соку, одержаного з буряків погіршеної якості, з підвищеним вмістом поліцукридів.

На основі цих досліджень була розроблена технологічна схема очищення дифузійного соку із використанням термоактивованого дисперсного мінералу глауконіту, що передбачає введення глауконіту в дифузійний сік у кількості 0,3 % до маси буряків, попереднє вапнування дифузійного соку вапном в кількості 0,3 % до маси буряків, витраченої на очищення; тепло-гарячу основну дефекацію при витраті вапна 1,5 % до маси буряків, а далі за технологічною схемою заводу. Розроблена схема дозволяє суттєво знизити витрати вапна на виробництво при очищенні дифузійного соку, одержаного з буряків погіршеної якості з підвищеним вмістом поліцукридів, підвищити якісні показники очищеного соку, збільшити ефект очищення та підвищити вихід цукру (табл.1).

Таблиця 1

Результати напівпромислових досліджень очищення дифузійного соку із додаванням термоактивованого сепарованого глауконіту

Показники | заводська схема | зменшення вапна

до 1,8 % до маси буряків | зменшення

вапна до 1,5 % до маси буряків

Чистота дифузійного соку, % | 85,8 | 85,8 | 85,8

Вміст декстрану, мг/л | 2180 | 2180 | 2180

Ефект очищення соку, % | 32,8 | 35,8 | 31,4

Солі кальцію, % на 100 СР | 0,95 | 0,39 | 0,46

Чистота соку ІІ сатурації, % | 90,0 | 90,4 | 90,1

Забарвленість, од. опт. густ. | 1140,8 | 849 | 1165

Вміст декстрану, мг/л | 1600 | 890 | 1800

Седиментаційні показники

осаду соку І сатурації,

S5 см/хв | 1,08 | 2,05 | 0,9

Крім того, розроблений і запропонований спосіб очищення соку ІІ сатурації. Сепарований дисперсний мінерал глауконіт для кращої сипучості підсушували в сушильній камері, а потім просіювали на класифікаторі для одержання потрібної фракції розміром 0,25-0,5 мм. Після цього в печі проводили термоактивацію глауконітового піску при температурі 450 – 500 С протягом 1 години. Підготовлений таким способом глауконіт додавали у нагрітий до 90-95 С сік ІІ сатурації у кількості 0,3 % до маси буряків при інтенсивному перемішуванні суміші протягом 10 хвилин. Очищений та знебарвлений сік відфільтровували від сорбенту і подавали на подальшу технологічну операцію.

Схема очищення соку ІІ сатурації передбачає додавання сепарованого термоактивованого глауконіту і впроваджена у виробництво на Городенківському цукровому заводі.

Результати експериментальних досліджень на Городенківському цукровому заводі представлені у табл. 2.

Таблиця 2

Результати експериментальних досліджень проведених на Городенківському цукровому заводі

Показники | Заводські дані | Експериментальні дані | Чистота дифузійного соку, % | 85,9 | 85,9 | Чистота соку ІІ сатурації, % | 90,0 | 90,7 | Ефект очищення, % | 32,3 | 37,5 | Вміст солей Са, мг/100СР. | 0,22 | 0,1 | Забарвленість,

од. опт., густини/100 СР. | 735,7 | 237,7 |

Розроблений спосіб очищення соку ІІ сатурації термоактивованим сепарованим глауконітом дозволяє покращити якість очищеного соку.

Способи впроваджені в єдиній технологічній схемі (рис.14), що дає змогу проводити очищення дифузійного соку в залежності від якості бурякової сировини: при недостатній натуральній лужності соків, що обумовлена недостатньою кількістю іонів калію, натрію, необхідно використовувати схему очищення дифузійного соку термоактивованим сепарованим глауконітом, що додається в сік після ІІ сатурації; застосування другого способу передбачається при підвищеному вмісті поліцукридів у дифузійному соку.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

Особистий внесок: приймала участь у підборі і теоретичному аналізі літературних джерел, проведенні досліджень, підготувала матеріал до публікації.

2.

Особистий внесок: приймала участь в організації та проведенні досліджень, узагальнила результати і підготувала матеріал до публікації.

3.

Особистий внесок: провела експериментальні дослідження, приймала участь в обговоренні отриманих результатів та написання статті.

4.

Особистий внесок: провела патентний пошук, приймала участь у експериментальних дослідженнях, узагальненні їх результатів, підготовці матеріалів та написанні заявки на патент України.

5.

Особистий внесок: приймала участь у плануванні та проведенні досліджень, обробленні отриманих результатів, оформила тези доповіді.

6.

Особистий внесок: приймала участь у проведенні досліджень, аналізі отриманих результатів, оформила тези доповіді.

7.

Особистий внесок: приймала участь у плануванні та проведенні досліджень, обробленні отриманих результатів, оформленні доповіді.

8.

Особистий внесок: приймала участь у підборі і теоретичному аналізі літературних джерел, плануванні та проведенні досліджень, підготовці матеріалів, написанні та оформленні тез.

9.

Особистий внесок: приймала участь у проведенні досліджень, узагальненні їх результатів та написанні статті.

10.

Особистий внесок: приймала участь в проведенні досліджень, обговоренні результатів та написанні статті.

11.

Особистий внесок: провела дослідження, проаналізувала їх результати, приймала участь в оформленні тез доповіді.

12.

Особистий внесок: провела експериментальні дослідження, проаналізу-вала їх результати, приймала участь в оформленні тез доповіді.

13.

Особистий внесок: провела обговорення експериментальних результатів, приймала участь в оформленні тез.

АНОТАЦІЯ

Точкова О.В. Розроблення способів очищення дифузійного соку погіршеної якості з використанням мінералу глауконіту. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.05 – технологія цукристих речовин. – Національний університет харчових технологій, Київ, 2005.

Робота присвячена актуальній проблемі бурякоцукрового виробництва зменшенню негативного впливу поліцукридів на технологічний процес одержання цукру з використанням природного адсорбенту та зменшенням паливно-енергетичних ресурсів. Встановлено оптимальні параметри витрат глауконіту на очищення дифузійного соку з його термоактивацією.

Розроблено два способи очищення дифузійного соку, погіршеної якості, термоактивованим глауконітом, на який отримано патент України. Запропоновані способи забезпечують високі ефекти очищення соків цукрового виробництва.

Розроблено комбіновану технологічну схему очищення дифузійного соку погіршеної якості з використанням термоактивованого глауконіту, впровадження якої дозволяє переробляти бурякову сировину в залежності від її якості.

Ключові слова: дифузійний сік, термоактивований глауконіт, декстран, адсорбція, знебарвлення, чистота.

АННОТАЦИЯ

Точкова О.В. Разработка способов очистки диффузионного сока пониженного качества с использованием минерала глауконита. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.05 – технология сахаристых веществ. – Национальный университет пищевых технологий, Киев, 2005.

Работа посвящается решению актуальной проблемы свеклосахарного производства, которая состоит в уменьшении негативного воздействия полисахаридов на технологический процесс получения сахара с использова-нием природного адсорбента и уменьшению энергетических ресурсов.

Разработано два способа очистки диффузионного сока пониженного качества термоактивированным глауконитом, на который получен патент Украины. Предложенные способы обеспечивают высокий эффект очистки соков сахарного производства.

Определено, что ферментно-турбидометрический метод наиболее простой и эффективен в определении количественного содержания декстрана в соках сахарного производства и приемлем для массовых анализов при технологичном контроле.

Методами математического моделирования разработано уравнение, которое описывает процессы просачивания и смачивания, и объясняет гидрофильную и гидрофобную природу термоактивированного и натурального глауконита, а также отличия их адсорбционных свойств.

Доведено, что благодаря гидрофильной и гидрофобной характеристики поверхности термоактивированного глауконита он имеет повышенную, в отличии от нетермоактивированного, способность к адсорбции таких ВМС, как декстран, пектин, а также красящих, редуцирующих веществ и солей кальция.

Определено оптимальный расход глауконита с его термоактивацией на очистку диффузионного сока. Оптимальная температура активации глауконита составляет 450-500 С на протяжении 1 часа. При этой температуре наблюдается наибольший адсорбционный эффект, который подтверждают дериватографи-ческий, рентгенографический, масс-спектрометрический, микроскопический методы, а также эффективность обесцвечивания сока II сатурации.

Определено, что максимальная адсорбция декстрана в системе полисахарид – вода – глауконит происходит при обработке этих растворов термоактивированным сепарированным глауконитом в количестве 0,3 % к массе раствора, а пектина – 0,7 % к массе раствора.

Методом микрофотографий в поляризованном и неполяризованном свете изучено микроструктуру полисахаридов – пектина и декстрана, а также микроструктуру дисперсных систем: глауконита (нетермоактивированный и термоактивированный) и полисахаридов, что подтверждают высокую эффективность адсорбции декстрана на поверхности термоактивированного глауконита в виде гелеобразных структур, связанных между собой водородными связями, образуя длинные цепи.

Разработан способ и технологическая схема очистки диффузионного сока, полученного из свеклы пониженного качества, термоактивированным глауко-нитом. Оптимальное количество глауконита составляет 0,3 % к массе сока и дает возможность уменьшить количество извести на очистку, при этом эффект очистки увеличивается на 3 %, количество декстрана снижается на 44 %. Экономический эффект разработанного способа составляет 353820 грн (в ценах 2004 года).

Разработан способ очистки сока ІІ сатурации с использованием термоактивированного глауконита. Данный способ внедрен на Городенковском сахарном заводе. Результаты внедрения показывают эффективность очистки сока II сатурации: уменьшение количества красящих веществ, солей кальция, увеличение термоустойчивости и эффекта очистки, который на 5,2 % выше, чем при эксплуатациии схемы завода. Экономический эффект от внедрения составляет 254164 грн (в ценах 2004 года).

Разработано комбинированную технологическую схему очистки диффузионного сока, полученного из свеклы пониженного качества, с использованием термоактивированного глауконита реализация которой дает возможность перерабатывать свеклу в зависимости от ее качества.

Ключевые слова: диффузионный сок, термоактивированный глауконит, декстран, адсорбция, обесцвечивание, чистота.

АNNOTATION

Tochkova O.V. Mining of expedients of clearing of diffusion juice of poor quality with usage of mineral glauconate. – Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialty 05.18.05 - technology of sugar. - National university of food technology, Kiev, 2005.

The operation is devoted to the solution to an actual problem beet sugar manufacture of effecting, which one consists in diminution of negative action of polysaccharides by a master schedule of obtaining of saccharin with usage of a natural adsorbent and diminution of power resources.

Тwo metrics is developed clean-fine of diffusion low quality juice, termoactivy glauconite and to is got patent of Ukraine. The metrics gives high effect of clean diffusion of juice.

The embodying by which one designed combined technology the plan of clearing diffusion of juice of poor quality with