1. ТЕМА 2.
ПОДАВАННЯ БУРЯКІВ НА ЗАВОД
ТА ВІДОКРЕМЛЕННЯ ВІД НИХ
ДОМІШОК
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ
ЕКСТРАКЦІЇ САХАРОЗИ ІЗ
БУРЯКОВОЇ СТРУЖКИ.
ОТРИМАННЯ ДИФУЗІЙНОГО СОКУ
4. Коренеплоди, які надходять на завод із
бурякоприймальних пунктів залізничним чи автомобільним
транспортом, вивантажуються в бурячні, які розраховані
найчастіше на 2–3 доби роботи заводу і необхідні для
безперебійного постачання буряків у виробництво.
Бурячні обладнані гідрантами (водобійними
установками), за допомогою яких буряк змивається в
гідротранспортер.
4
7. На головному транспортері в декількох місцях встановлено
пальчаті турнікети, або пульсуючі шибери, за допомогою яких
регулюють темп подавання буряків на завод
1- гідротранспортер
2 – пульсуючий шибер
9. З головного транспортера буряки подаються на
буряконасос, а далі за допомогою буряконасоса –
на верхній гідравлічний транспортер,
розташований на естакаді.
На цьому транспортері встановлено обладнання
для уловлювання легких та важких домішок.
Всі домішки поділяються на:
• легкі (питома густина менше 1 - гичка, бур’ян)
• важкі (питома густина більше1 - пісок,
каміння, уламки металу)
9
11. Барабанний каменеуловлювач
1 – гідравлічний транспортер 4 - перфорований барабан
2 – лоток 5 - зовнішній шнек
3- внутрішній шнек 6 – заглиблення транспортеру
Переріз каменеуловлювача
1 – перший ківш
2 – другий ківш
3 - лоток
12. З верхнього гідравлічного транспортера суміш води і
буряків потрапляє на дисковий водовіддільник перед
мийкою буряка.
Схема роботи дискового водовідділювача
12
13. 13
На бурякомийку подається свіжа вода (80 % до маси буряків), буряки
відмиваються від землі. Бурякомийка додатково обладнана пристроями для
відділення піску і каміння, які не встигли відділитися на верхньому гідравлічному
транспортері.
Вимиті буряки із мийки вивантажуються на сепаратор-водовіддільник, а далі
за допомогою ковшового елеватора піднімаються на висоту до 20 м.
15. Після бурякового
елеватора буряки
вивантажуються на
стрічковий транспортер,
над яким встановлено
магнітний сепаратор для
відокремлення металевих
домішок, а далі
розподіляється на
автоматичні ваги для
обліку буряків, що
надходять у виробництво.
З терезів буряки
попадають в бункер перед
бурякорізками.
16. 16
На бурякорізках буряки
подрібнюються (зрізаються), стружка
стрічковим транспортером подається на
дифузійну установку. На цьому
транспортерові встановлено стрічкові
ваги для регулювання співвідношення
стружка – вода.
17. Отримання бурякової стружки.
Вимоги до якості стружки
Для швидкого і найбільш повного вилучення сахарози із буряків
методом екстракції важливе значення має стружка.
Подрібнення коренеплодів відбувається на спеціальних машинах,
які називають бурякорізками. Для одержання бурякової стружки
використовують відцентрові, дискові та барабанні бурякорізки,
принцип дії яких відрізняється рухом буряків чи різальних ножів, а
також формою присторїв, у яких встановлюються рами з
бурякорізальними ножами.
На цукрових заводах України для одержання стружки, як правило,
використовують 12 і 16-рамні відцентрові бурякорізки різних
модифікацій СЦБ-12, СЦБ-16, ТІ-СЦ-2Б-12, ТІ-СЦ-2Б-16, Т2М-СЦ2Б-
12, Т2М-СЦ2Б-16. Крім того, УкрНДІхарчмаш розробив 24-рамну
бурякорізку А2-ПБР-24.
17
20. Швидкість видобування сахарози з буряків, що є
визначальною для продуктивності дифузійної установки та
вмісту сахарози в жомі, залежить від якості стружки.
Якість бурякової стружки оцінюється трьома
основними показниками:
– довжиною 100 г наважки стружки м;
– шведським фактором стружки – відношенням у пробі
стружки маси стружки довжиною більше або дорівнює 5 см
до маси стружки довжиною менше 1 см;
– вмістом браку (стружки довжиною менше 1,0 см,
товсті частки неправильної форми та стружка тонша ніж 0,5
мм).
20
21. Для визначення поверхні екстрагування стружки визначають
довжину 100 г стружки. Наважка стружки 50 г розкладається на
рифленій дошці довжиною 1 м. Кількість викладених на дошці
метрів перераховується на 100 г стружки.
22. Щоб визначити фактор стружки зважують 100 г стружки на
технічних терезах. Відбирають і зважують стружку, довжина якої 5 см і
більше, а окремо – стружку, коротшу 1 см. Зважують і обраховують
відношення першої маси до другої.
Від довжини 100 г стружки залежать площа поверхні поділу фаз між
стружкою та екстрагентом та максимальний шлях, який проходять
молекули сахарози під час екстрагування їх зі стружки в екстрагент, від
середини стружки до її поверхні.
Зі збільшенням довжини 100 г стружки збільшується поверхня
поділу фаз та зменшується довжина максимального шляху, який
проходять молекули сахарози від середини стружки до її поверхні.
Таким чином для підвищення швидкості видобування сахарози зі
стружки необхідно збільшувати довжину 100 г стружки.
22
23. Окрім показників якості до стружки ставляться такі
вимоги:
– поверхня стружки повинна бути рівною, без тріщин та рваних
країв;
– по довжині стружка повинна мати однорідний профіль та
однакову товщину; мати велику питому поверхню;
– стружка повинна мати достатню пружність, міцність на
розривання, вигин і зминання;
– стружка повинна мати просту форму поперечного перерізу –
ромбовидну або квадратну.
23
26. МЕТА ПРОЦЕСУ ЕКСТРАКЦІЇ - видобування цукрози з
бурякової стружки при мінімальному переході нецукрів у
дифузійний сік.
При надходженні в дифузійний апарат (екстрактор) стружка
вступає в контакт з екстрагентом (сульфітована барометрична
вода, жомопресова вода, циркуляційний сік).
Рушійна сила процесу екстракції – різниця концентрацій
цукрози в клітинах бурякової стружки та екстрагенті, який
знаходиться на її поверхні.
Швидкість дифузії розчинених у клітинах стружки речовин
(цукрози та нецукрів) на декілька порядків менша за швидкість
розчинення речовин у воді. Це пов’язано з будовою клітин.
27. 1 - пекто-целюлозна оболонка,
2 - ліпопротеїдна мембрана,
3 - цитоплазма,
4 - тонопласт,
5 - вакуоль.
6 – ядро клітини.
Проникність стінки клітини для молекул цукрози та нецукрів
визначається проникністю протоплазми (1, 2, 3, 4).
Протоплазма – це напівпроникна перегородка, що пропускає
крізь себе воду і не пропускає із клітини розчинені в соку
речовини.
Будова клітини
28. Зруйнувати оболонку клітини можна внаслідок дії
тепла, електричного струму, хімічних реактивів та
ін.
У промислових умовах використовують нагрівання
бурякової стружки вище 60˚С.
В колонних дифузійних установках для
попереднього оброблення стружки в ошпарювач
подається 300 % циркуляційного соку, нагрітого
до температури 78–80 ˚С, в ротаційних
установках – до 500–600 % циркуляційного соку з
температурою 80–88 ˚С.
29. СТАДІЇ ПРОЦЕСУ ЕКСТРАКЦІЇ:
1) дифузія сахарози в середині бурякової стружки до її
поверхні
(вона зумовлена різницею концентрацій сахарози в
стружці та на її поверхні і характеризує перехід речовини в
середині твердого тіла з одної його частини в іншу за
законом молекулярної дифузії ).
2) дифузія сахарози в нерухомому шарі рідини від поверхні
бурякової стружки в середину екстрагента
(відбувається перехід сахарози від поверхні стружки через
нерухомий шар в екстрагент за законами дифузії та
конвекції в рідкій фазі).
30. Теорії процесу екстрагування:
– теорія, що передбачає періодичне вирівнювання
концентрацій;
– теорії, основані на рівнянні закону Фіка;
– теорії, основані на рівнянні дифузії, в якому коефіцієнт
дифузії беруть нескінченно великим;
– теорії, основані на розв’язанні диференціальних рівнянь
дифузії.
31. Загальноприйнятою є теорія екстракції сахарози зі
стружки П. М. Сіліна (1983 р.), яка основана на законі
Фіка.
П.М. Сілін вперше подав уявлення про процес масообміну
за умов протитечійного руху стружки і екстрагента.
Також він математично описав залежність між основними
факторами, які впливають на цей процес.
У 1855 році Фік розробив математичну теорію
молекулярної дифузії, використавши рівняння теплопередачі
(рівняння Фур’є).
Молекулярна дифузія – це перенесення речовини в полі
неоднорідних концентрацій внаслідок хаотичного теплового
руху дрібненьких часточок (молекул, атомів, іонів тощо).
32. S – кількість Цк, що продифундувала в розчин
D- коефіцієнт дифузії, м2
/с;
F – поверхня шару екстрагування (поверхня
стружки), м2
;
C – середня концентрація сахарози в клітинному
соку, % від маси клітинного соку;
c – середня концентрація сахарози в екстрагенті,
% від маси клітинного соку;
(С-с) – середня різниця концентрацій, % від маси
клітинного соку (рушійна сила процесу);
х – товщина шару на границі зі стружкою, м;
τ – час дифундування, с.
Схема дифузії сахарози
із бурякової стружки
τd
dx
dc
DFdS =
τ
x
cC
DFS
−
=
(1)
(2)
33. Згідно з законом Фіка
кількість розчиненої речовини S, яка продифундувала через
деякий шар розчинника (рис.3), пропорційна різниці
концентрацій на границях цього шару С–с, пропорційна часу τ ,
коефіцієнту дифузії D та поверхні шару F і обернено-
пропорційна товщині шару х, або довжині шляху дифундування.
35. А - головна частина апарату В – хвостова частина апарату
С2 – вміст цукрози в стружці с2 - вміст цукрози в дифуз.соку
С1 – вміст цукрози в жомі с1 - вміст цукрози в екстрагенті
Схема протитечійного процесу екстракції сахарози з
бурякової стружки проф. П.М. Сіліна.
36. Кількість відібраного дифузійного соку на 100 кг
буряків (відкачку) можна розрахувати за формулою в
основі, якої є баланс сахарози:
або В = ,100
Ц
)ПП(Дг
кс
нж
⋅
+− (3)
де В – відкачка, % до маси стружки;
Дг – вміст сахарози в стружці, % до м. б.
Пж
– втрати сахарози в жомі, % до м. б.
Цкс
– вміст цукрози в дифузійному соку, % до маси диф.соку
Пн
– невраховані втрати цукрози в екстракторі, % до м.б.
При дотриманні показників якості стружки та параметрів
екстрагування цукрози зі стружки у межах технологічного
регламенту відкачка дифузійного соку знаходиться в межах
В= 115–120 % до м.б.
38. τ
x
cC
DFS
−
=Рівняння Фіка
Якщо допустити, що вся стружка має однакову товщину d,
максимальний шлях дифузії = d/2, мінімальний шлях = 0,
концентрація цукрози в середині стружки змінюється за
лінійним законом, то середня концентрація цукрози в стружці
буде знаходитися на відстані d/4.
S=C2-C1 , x=d/4
d
cC
DFCC
4)(
12
⋅⋅−
=−
τ
(4)
F, C-c, d – параметри, що важко визначити
Остаточне рівняння Сіліна
2
1
2
1
1
lg
1
C
C
n
C
C
n
n
n
ADl
+−
−
=τ 5
10)7...5( −
⋅=
=
A
ADl γτ
40. АНАЛІЗ ФАКТОРІВ,
ЯКІ ВПЛИВАЮТЬ НА ПРОЦЕС ДИФУЗІЇ
Найбільший вплив на вилучення цукрози з бурякової стружки
має коефіцієнт дифузії D, який залежить від температури і
проникності клітин стружки.
Діапазони температур, в межах яких спостерігається зміна
проникності клітин стружки:
50-60 °С – проникність оболонки клітин майже не
змінюється
60-75 °С – коефіцієнт дифузії збільшується протягом 10-15
хв, а потім зменшується
вище 75 °С - коефіцієнт дифузії збільшується протягом 2-3
хв, досягає максимуму, а потім зменшується.
41. Розвиток мікроорганізмів.
Оптимальна величина рН дифузійного соку складає 6,2-6,5 од.
Термофільні мікроорганізми витримують температуру до 70 °С.
Продуктом життєдіяльності мікроорганізмів є кислота. Це
призводить до зменшення величини рН на дифузії і, як наслідок,
відбувається розкладання цукрози (невраховані втрати
цукрози).
Для пригнічення розвитку мікрофлори на дифузії необхідно
підтримувати t=73-75 °С.
Для боротьби з мікроорганізмами на дифузії вводять формалін у
кількості 0,01% через кожні 2 год (в колонний апарат), в
ошпарювач – 0,015% через кожну годину.
42. Мінімально необхідна температура – це t, при якій
досягається денатурація білків та необхідна величина
проникності стінок клітин для молекул цукрози (60 °С).
Максимально допустима температура – її величина
пов’язана з гідролізом пектинових речовин, швидкість
гідролізу яких після 78-80 °С значно зростає.
43. Довжина 100 г стружки і шведський фактор.
Транспортні системи дифузійних установок вимагають
обмеження на довжину 100 г стружки:
-для похилих шнекових апаратів 9-12 м
- колонних 10-13 м
-ротаційних 13-16 м.
- для батареї Роберта 25-27 м (стружка не
перемішувалася).
Шведський фактор ≥ 8.
Вміст браку - до 3%
44. Перехід цукрози та нецурків із стружки в дифузійний сік
- цукроза переходить із стружки в дифузійний сік на 98-99%,
моноцукриди - повністю
- органічні кислоти – на 90%
- азотисті сполуки – на 57-70%, з них білковий азот – на 30%,
шкідливий азот – на 95%
- пектинові речовини – на 3-5%
- мінеральні речовини: зола – на 70-80%
- Солі К і Na утримуються у знецукреній стружці
високомолекулярними сполуками БПК.
45. Ефект очищення на дифузії (Е) показує зменшення
кількості нецукрів у дифузійного соку відносно нецукрів
клітинного соку.
Ч1 – чистота клітинного соку
Ч2 – чистота дифузійного соку
(100- Ч1) – кількість нецукрів в клітинному соку на 100
частин СР
(100- Ч2) – кількість нецукрів в дифузійному соку на 100
частин СР
- кількість Нц на 1 частину Цк в клітинному соку
- кількість Нц на 1 частину Цк в дифузійному соку
1
1100
Ч
Ч−
2
2100
Ч
Ч−
46. Ефект очистки на дифузії становить 10-15%
%100
100
100100
1
1
2
2
1
1
⋅
−
−
−
−
=
Ч
Ч
Ч
Ч
Ч
Ч
Е
%
)100(
)100(
1100
21
12
⋅−
⋅−
−⋅=
ЧЧ
ЧЧ
Е
48. Оптимальні параметри роботи колонної дифузійної установки
Втрати сахарози в жомі, % до маси буряків 0,25…0,40
Відбір дифузійного соку, % до маси буряків 120
Якість бурякоіої стружки:
довжина 100 г стружки 10–13
кількість мезги і браку, %, не більше 3,0
Температура, ˚С:
- сульфітованої барометричної води 68…70
- жомопресової води 70…75
- середня температура в колоні 70…72
- тепература підігріву ципркуляційного соку 80
51. НАХИЛЕНА ШНЕКОВА ДИФІЗІЙНА УСТАНОВКА
ТИПУ ДДС
Дифузійні апарати типу ДДС розташовують на першому
поверсі заводу під кутом 8-11˚.
Бурякову стружку стрічковим конвеєром через автоматичні
ваги подають в завантажувальну шахту дифузійного апарата.
В середині апарата розміщено два продольних шнеки, які
обертаються синхронно в протилежні сторони, і переміщують
стружку від головної частини в верхню частину апарата до
вивантажувального пристрою для жому. Шнеки обертаються зі
швидкістю попт
= 0,6 – 0,7 об/хв.
52. Оптимальні параметри роботи нахиленої шнекової установки типу
ДДС
Втрати сахарози в жомі, % до маси буряків 0,25…0,40
Відбір дифузійного соку, % до маси буряків 120
Якість бурякоіої стружки:
довжина 100 г стружки 9–12
кількість мезги і браку, %, не більше 3,0
Витрати води для процесу екстрагування, % до маси буряків 95…110
Тиск гріючої пари, Мпа 0,03…0,07
Температура, ˚С:
сульфітованої барометричної води 65…68
жомопресової води 70…75
сокостружкової суміші по довжині апарата по зонах:
перша 68…72
друга 72…74
тертя 72…74
четверта 65…68
Витрати піногасника 0,001…0,01
