Отримання дифузійного соку
Дифузією (або екстрагуванням) називається процес; вилучення зі складного за складом речовини однієї чи кількох; скількох компонентів за допомогою розчинника (екстрагента) ,; володіє виборчої здатністю розчиняти тільки ^ речовина, яка підлягає екстрагуванню. Рушійною силою ді<м| фузии является разность концентраций веществ в соприкасаки щихся растворах, которая перемешает растворенное веществш в сторону меньшей концентрации. щ
Причиною дифузії є безладне безперервний рух молекул речовини. # 9632;
Розрізняють декілька видів дифузії: вільна д і Л Фузія, коли два розчину (або розчин і розчинник) немає посередньо стикаються один з одним і самопроізволь] але проникають один в інший; осмос - це мембранна диф | Фузія, коли розчини розділені напівпроникності /> перегородкою (мембраною), яка пропускає тільки чисті ^ розчинник: діаліз - теж мембранна дифузія, але р даному випадку мембрана пропускає крім розчинника ещ | і частки розчиненої речовини, але тільки до певного розміру, а більші затримує. # 9632;
Основний закон молекулярної дифузії - закон ФНКА --- встановлює наступну зв'язок між кількістю екстрагі-руемого речовини і основними параметрами процесу. Масо-ше кількість розчиненої речовини М (в кг), нродіффун - складованої крізь деякий шар розчинника товщиною 6 (в м), прямо пропорційно різниці концентрацій на гр%; Ницаха цього шару Ас (в кг / м3), часу дифузії т (в с), пла щади перетину шару (поверхні контакту розчину і розчини теля) F (в м2) і обернено пропорційно товщині шару 5 (т. е. довжині шляху диффундирования частинок):
називається градієнтом концентрації, a D- 6
Коефіцієнтом дифузії (в м2 / с) і показує, яке кількістю-ство речовини дифундує через поверхню площею 1 м2 в одиницю часу на відстань 1 м при різниці концентрації-ції, що дорівнює одиниці. Величина D залежить від роду діффунді-рующего речовини і від температури процесу. З підвищенням температури вона збільшується, так як зростає швидкість руху молекул, а також зменшується в'язкість розчинника, внаслідок чого молекули розчиненої речовини легше просуваються між молекулами розчинника.
Мета дифузійного процесу в цукровому виробництві - витягти з бурякової стружки максимально можливе ко-личество сахарози. Для цього перш за все необхідно нагріти стружку до температури денатурації протоплазми свекловіч-них клітин, яка є напівпроникною мембраною і пропускає тільки чистий розчинник (воду). Процес такої термообробки стружки називається ошпарюванням.
У цукровому виробництві дифузійний процес представ-ляет собою складний комплекс трьох видів дифузії: вільної дифузії, осмосу та діалізу. На початку відбувається дифузія цукру з розірваних при ізрезиванія буряка в стружку кле-ток (вільна дифузія), потім починається проникнення води в клітинний сік (осмос) і після нагрівання стружки до 60 ° С (ошпарювання) і денатурації протоплазми починається основний процес вилучення цукру з вакуолей клітин буряка в дифузійний сік (діаліз).
Процес отримання дифф тонного соку має ряд естест-ських обмежень. Відбір соку складає 115-130%, т. Е. З 100 кг стружки витягують 115-130 кг соку. При більшому відборі збільшується витрата води на обессахаріваніе стружки і зростають витрати палива і електроенергії на випарівая-ня зайвої води при згущенні соку.
Збільшення тривалості обессахаріванія т призводить до бо-леї повного переходу з стружки не тільки цукру, но'і не- цукрів буряка, зокрема пектинових речовин, збільшується пептизація нерозчинного протопектину і т. Д. Тому це-лесообразно обмежувати тривалість екстрагування і використовувати якісну стружку з оптимальною тол-щіной і з хорошою пружністю, що прискорить отримання соку. Однак тривалість диффундирования в апаратах безперервного-ного дії становить нормативно 70-80 мні. оскільки в
Такі апарати необхідно завантажувати болів грубу буряко первинних стружку.
Хоча підвищення температури і сприяє збільшенню коефіцієнта дифузії сахарози, але при температурі вище 75 ° С відбувається швидке набухання пектинових речовин і сни-ються пружності стружки, а при температурі нижче 70 ° С ін-тенсивно розвиваються мікроорганізми, що призводять до псування стружки. Тому в активній частині дифузійної Установки підтримують температуру 70-75 ° С.
В даний час в цукробуряковому виробництві обесса * харіваніе стружки проводиться в безперервно діючих протиточних дифузійних апаратах. ;
Стружка буряка з концентрацією цукру с2 надходить в го-ловного частина апарату А і рухається до кінцевої його частини. При цьому цукор з неї переходить в рухомий назустріч розчинник (вода, дифузний сік). У всіх частинах аппа-рата процес дифузії йде інтенсивно, так як різниця кон-центраций зберігається. У хвостовій частині апарату в стружці залишається дуже мало цукру, але дифузія ще триває за рахунок того, що сюди надходить чиста вода з нульовою кон-центрацией цукру. З апарату виходить з одного боку вода, насичена цукром, - дифузний сік, а з іншого - за без-сахаренная стружка- жом.
Схема цього процесу наступна:
З 2 З С і у "
Диффузион - Вода іий сік (сі = 0)
Зазвичай при дифузії з 100 кг стружки отримують бол. 100 кг соку. Величину, яка показує кількість дифузії ного соку, отриманого з J00 кг буряка, називають відбором соку. У головній частині апарату різницю концентрації Дс збіль-лічівает шляхом зниження концентрації дифузійного соку за рахунок підвищення відбору соку. В результаті такої противоточной екстракції можна витягти максимум цукру з стружки.
Для здійснення дифузії цукру з буряка використовують дифузійні повністю автоматизовані апарати неодмінно-ривного дії, які дозволяють знизити втрати цукру в стружці до 0,25-0,3% до маси буряка. В СРСР працюють раз-особисті дифузійні апарати безперервної дії: гори-зонтальним, ротаційні, вертикальні колонні (одноколонного-ні, багатоколонні), похилі двухшнековие. Найбільш рас-розлогий одноколонні апарати типу КДА і похилі апарати С-17.
Одноколонний дифузійний апарат типу КДА складається з горизонтального ошпарівателя і вертикального колонного диф-фузіонних апарату. Установки цього типу мають кілька модифікацій, що відрізняються одна від одної виробник-ністю і деякими конструктивними особливостями. Принцип роботи апарату КДА-25-59 з ошпарівателем 0-25-59 дотримуюся-щий. Бурякова стружка подається в завантажувальну шахту ошпарівателя і змішується з гарячим дифузійним соком. Всередині горизонтального циліндричного корпусу ошпарівате-ля є порожнистий Трубовал, що обертається з частотою 1,25 3,75 хв "1. На ньому закріплені транспортують і перемішують-вающие лопаті. Через ситові поверхні сік відбирається для підігріву і знову повертається в ошпаріватель. Сокостружеч - ная суміш температурою 74 ° с 'з ошпарівателя подається в нижню частину вертикального колонного дифузора висотою 15,37 м і діаметром 5 м. Зверху в дифузор подається суміш свіжої та жомопресової (відокремленої при пресуванні жому) води з температурою 72 ° с і рН 5, 8 -6,4. Усередині дифузора розташований пустотілий вал з лопатями діаметром 2 м. Вра-щающую з частотою 0,6-1 хв ^ 1. Зміна частоти обертаючись-ня цього валу дозволяє регулювати продуктивність ап-Параті. Підігріта стружка з ошпарівателя за допомогою на-соса подається в простір між циліндричної стінкою апарату і порожнистим валом і переміщається від низу до верху за допомогою лопат, що утворюють переривчасту гвинтову поверх-ність. між лопатями встановлені нерухомі контрль-пасти, що перешкоджає обертанню маси стружки навколо осі циліндр дра.
Обезцукрена стружка (жом) виводиться з верхньої годину-ти апарату і подається в Жомові прес, в якому за допомогою віджимних шнеків відділяється жомопресової вода. Як було сказано раніше, ця вода частково повертається на дифузію.
Дифузійний сік виводиться з колони в ошпаріватель через сита, розташовані на нижньому кінці пологого валу. От-бор соку ведеться з ошпарівателя і становить до 130% до мас-се буряка. Оптимальна довжина стружки (число Силіна) для цього апарату-10,5-12,5.
Вертикальні одноколонні дифузійні установки пів-ністю автоматизовані, ними управляє один оператор, вони надійні в експлуатації, компактні, дозволяють отримувати сік з малими втратами цукру. Недоліком одноколонного аппа-ратов є наявність ошпарівателя, що займає додаткового-тільну площа, надмірне подрібнення стружки, що ні поз-воляет використовувати тонку бурякову стружку, і отсутст-віє можливості проміжного підігрівання соку в дифузорі.
У цукровій промисловості використовуються кілька типів похилих двухшнекових дифузійних апаратів (С-17, ^ А1-ПДС-25, А1-ПДС-30, АІ-Г1ДС-60) і зарубіжні типу Dds.
Корпус цих апаратів встановлюють на спеціальних опо-рах з нахилом 8-11 °. Бурякова стружка завантажується sj апарат через спеціальний бункер, переміщається по ньому спи-1 зу вгору за допомогою двох паралельних лопатевих валів, вра-щающую в протилежні сторони. Жом видаляють з верх-ній частині апарату за допомогою спеціальних шнеків. Вода по-дається в кінцеву частину апарату і переміщається назустріч стружці, насичується цукром і видаляється з нижньої частини апарату у вигляді дифузійного соку через ситова отвір. Маса сокостружечной суміші підігрівається в апараті з по-міццю парових камер, встановлених по всій довжині в нижній частині корпусу. Продуктивність апарату А1-ПДС в зави-ності від марки становить 2500, 3000 і 6000 г буряка на добу. Апарат типу С-17 має деякі конструктивні особливо-сті, його продуктивність 1500 г буряка на добу.
До переваг похилих двухшнекових апаратів відно-сується їх мала металоємність (в розрахунку на 100 т пере-бативает буряка на добу), компактність. відносно не-велика витрата пара на підігрівання стружки, повна автомати-зація. До недоліків таких апаратів слід віднести чутливість до якості стружки, сильне перемішування і подрібнення стружки, змішування соків різних концентрацій.