Научное обоснование образования сахаратов и разработка способов очистки сахарсодержащих растворов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.05, кандидат технических наук Сорокина, Юлия Николаевна

• Сорокина, Юлия Николаевна
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сорокина, Юлия Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗВЕСТКОВО

УГЛЕКИСЛОТНОЙ ОЧИСТКИ САХАРСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).

1.1. Растворимость гидроксида кальция в воде и водно-сахарных растворах.

1.1.1 Растворимость гидроксида кальция в воде.

1.1.2 Растворимость гидроксида кальция в водно-сахарных растворах.

1.2. Основы взаимодействия сахарозы с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов.

1.2.1. Термодинамические свойства системы вода-сахароза-электролит.

1.2.2. Теории образования сахаратов щелочных и щелочноземельных металлов.

1.3. Применение химических реагентов с целью повышения качества очистки сахарных соков.

1.4. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Характеристика исходных веществ.

2.2. Методика экспериментальных исследований.

2.2.1. Методика исследования растворимости гидроксида кальция в водно-сахарных растворах.

2.2.2. Методика измерения рН насыщенных гидроксидом кальция водно-сахарных растворов.

2.2.3. Методика количественного определения ионов кальция в водно-сахарных растворах.

2.2.4. Методика измерения рН тройных растворов вода-сахароза-гидроксид кальция.

2.2.5. Методика измерения рН тройных растворов вода-сахароза-гидроксид натрия.

2.2.6. Методика получения эфиров сахарозы.

2.2.7. Методика определения технологических показателей сахарных соков.

2.2.8. Результаты экспериментальных исследований.

ГЛАВА 3. РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ

ВОДА-САХАРОЗА-ГИДРОКСИД КАЛЬЦИЯ.

3.1. Ионное произведение воды в водно-сахарных растворах.

3.2. Равновесия в насыщенных гидроксидом кальция водно-сахарных растворах.

3.3. Расчет константы ионообменного равновесия в системе вода-сахароза-гидроксид кальция.

3.4. Расчет растворимости гидроксида кальция в водно-сахарных растворах и равновесного состава системы вода-сахароза-Са(ОН)2.

ГЛАВА 4. ИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ

ВОДА-САХАРОЗА-ГИДРОКСИД НАТРИЯ.:.

4.1. Взаимодействие сахарозы с гидроксидом натрия.

4.2. Расчет ионообменных равновесий в системе вода-сахароза-гидроксид натрия.

ГЛАВА 5. СПОСОБЫ ОЧИСТКИ САХАРНЫХ СОКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ.

5.1. Перспективы применения эфиров сахарозы для повышения качества очистки сахарсодержащих растворов.

5.2. Добавки ПАВ на I сатурацию и эффективность очистки сахарсодержащих растворов.

5.3. Введение ПАВ на I и II сатурации и качественные показатели сатурированных соков.!.

5.4. Влияние добавок комбинированных ПАВ на технологические показатели производственных

О сахарных растворов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научное обоснование образования сахаратов и разработка способов очистки сахарсодержащих растворов»

Для повышения выхода и качества товарного сахара необходимо разО витие теории и совершенствование технологии известково-углекислотнои очистки сахарных соков.

Одним из принципиальных теоретических вопросов технологии сахарного производства является взаимодействие сахарозы с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов. Изучением реакций, протекающих между сахарозой и основаниями, занимались многие ученые: П.М. Силин, С.Е. Харин, А.Р. Сапронов, М.И. Даишев, Л.Д. Бобровник, Р.С. Решетова, & Д.В. Озеров, Ю.И. Молотилин, Р.Ц. Мищук. Разработаны различные теории взаимодействия сахарозы с основаниями: замещения, комплексообразования, коллоидная и др. Хотя в литературе имеется достаточно сведений о строении и механизме образования сахаратов, единого мнения о характере взаимодействия сахарозы с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов все еще нет. Отсутствуют данные о термодинамических свойствах системы водасахароза-Са(ОН)2.

Растворимость гидроксида кальция является существенным показате-0 лем, определяющим эффективность очистки сахарсодержащих растворов. Результаты исследований растворимости Са(ОН)2 в водно-сахарных растворах освещены в работах Поляченко М.М., Смоленского К., Лосевой В.А., Бугаен-ко И.Ф. и др. Тем не менее до настоящего времени не предложено теоретически обоснованных методов расчета растворимости гидроксида кальция в водно-сахарных растворах и равновесного состава насыщенных растворов.

Перспективным направлением повышения эффективности очистки диффузионного сока является использование поверхностно-активных веществ (ПАВ). К преимуществам ПАВ можно отнести высокую технологич-r> ность и возможность широкого применения на сахарных заводах в связи с незначительными капитальными затратами. В настоящее время использование ПАВ для повышения эффективности адсорбционной очистки сахарных соков недостаточно распространено. Применяемые с этой целью поверхностно-активные вещества (АМГС, ФПМ и др.) имеют ряд недостатков и не обеспечивают высокого эффекта очистки сахарных соков.

В связи с этим в настоящей работе изучены равновесия в системе вода-сахароза-основание, а также рассмотрены некоторые вопросы повышения эффекта очистки сахарсодержащих растворов.

Научная новизна работы заключается в том, что

- теоретически обоснован характер взаимодействия сахарозы с гид-роксидами кальция и натрия в водных растворах;

- рассчитаны значения константы равновесия реакций образования сахаратов в системах вода-сахароза-гидроксид кальция и вода-сахароза-гидроксид натрия в интервале температур 298,15 < Т < 353,15 К;

- предложено уравнение для расчета коэффициентов термодинамической активности воды в зависимости от содержания сахарозы в растворе;

- предложены уравнения для расчета коэффициентов термодинамической активности ионов в растворах из воды, электролитов и сахарозы;

- разработан метод расчета растворимости гидроксида кальция в водно-сахарных растворах;

- разработаны методы расчета состава равновесных насыщенных и ненасыщенных Са(ОН)2 водно-сахарных растворов;

- разработан мс/од расчета равновесного состава тройных растворов вода-сахароза-гидроксид натрия;

- исследовано влияние ПАВ (эфиров сахарозы и их смесей с фосфа-тидами подсолнечного масла) на качество очистки сахарных соков.

Практическая значимость работы. По результатам научных исследований разработаны и испытаны на производстве способы очистки сахарсодержащих растворов с применением эфиров сахарозы и их смесей с фос-фатидами подсолнечного масла:

- способ очистки, предусматривающий введение в дефекованный сок эфиров сахарозы в количестве 0,001 - 0,005 % к массе раствора (заявка № 2003104002/13 на патент РФ);

- способ очистки, предусматривающий введение в дефекованный сок смеси эфиров сахарозы и фосфатидов подсолнечного масла с соотношением компонентов соответственно 1:1 — 1:9 в количестве 0,001 — 0,005 % к массе раствора (заявка № 2003104211/13 на патент РФ).

Предложенные способы позволяют повысить эффективность очистки сахарсодержащих растворов и увеличить выход сахара.

Апробация работы. Отдельные разделы работы выполнены по НИР 204.04.03.033 «Повышение утилизации диоксида углерода при осуществлении инжекторной сатурации сахарсодержащих растворов и разработка аппаратов с высоким эффектом адсорбционной очистки» подпрограммы 204 «Технологии живых систем» НТП Минобразования России. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии 2000 — 2003 годов; научно-практической конференции «Технологические аспекты комплексной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения» (Углич, 2002); международных научно-практических конференциях «Наука и практика. Диалоги нового века» (Наб. Челны, 2003), «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (Воронеж, 2003); научной конференции РАЕ «Современные наукоемкие технологии» (Хургада (Египет), 2003).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 139 страницах, содержит 18 рисунков, 31 таблицу. Библиографический список включает 147 источников.

Заключение диссертации по теме «Технология сахара и сахаристых продуктов», Сорокина, Юлия Николаевна

Анализируя данные, полученные в ходе испытаний, комиссия сделала следующие выводы:

1. При добавлении поверхностно - активного вещества (смеси ЭС и ФПМ) в количестве 0,001 - 0,005 % чистота фильтрованного сока второй сатурации возросла на 1,5 — 2,5 % по сравнению с соком без добавления реагента.

2.Цветность сока уменьшилась на 10- 19 % по сравнению с контролем.

3.Содержание солей кальция снизилось на 12 - 26 % по сравнению с соком без добавления ПАВ.

Комиссия считает данный способ очистки сока второй сатурации перспективным для внедрения в сахарной промышленности.

Председатель комиссии: .П.Юшков

А.Малашевский Н.Н. Тупикин Н.М. Подгорнова С.М. Петров Ю.Н. Сорокина