Технология пищевых производств

Получение диффузионного сока

Диффузией (или экстрагированием) называется процесс; извлечения из сложного по составу вещества одного или не-; скольких компонентов с помощью растворителя (экстрагента),; обладающего избирательной способностью растворять только^ вещество, подлежащее экстрагированию. Движущей силой ди<м| фузии является разность концентраций веществ в соприкасаки щихся растворах, которая перемешает растворенное веществш в сторону меньшей концентрации. щ

Причиной диффузии является беспорядочное непрерывнее движение молекул вещества. ■

Различают несколько видов диффузии: свободная д и Л фузия, когда два раствора (или раствор и растворитель) нет посредственно соприкасаются друг с другом и самопроизволь] но проникают один в другой; осмос — это мембранная диф| фузия, когда растворы разделены полупроницаемо/} перегородкой (мембраной), которая пропускает только чисты^ растворитель: диализ — тоже мембранная диффузия, но р данном случае мембрана пропускает кроме растворителя ещ| и частицы растворенного вещества, но только до определенного размера, а более крупные задерживает. . ■

Основной закон молекулярной диффузии — закон Фнка --- устанавливает следующую связь между количеством экстраги­руемого вещества и основными параметрами процесса. Массо­вое количество растворенного вещества М (в кг), нродиффун - дировавшего сквозь некоторый слой растворителя толщиной 6 (в м), прямо пропорционально разности концентраций на гр%; ницах этого слоя Ас (в кг/м3), времени диффузии т (в с), пла щади сечения слоя (поверхности контакта раствора и раствори теля) F (в м2) и обратно пропорционально толщине слоя 5 (т. е. длине пути диффундирования частиц):

M = DF —т.

6

Величина ~ называется градиентом концентрации, a D— 6

Коэффициентом диффузии (в м2/с) и показывает, какое количе­ство вещества диффундирует через поверхность площадью 1 м2 в единицу времени на расстояние 1 м при разности концентра­ции, равной единице. Величина D зависит от рода диффунди­рующего вещества и от температуры процесса. С повышением температуры она увеличивается, так как возрастает скорость движения молекул, а также уменьшается вязкость раствори­теля, вследствие чего молекулы растворенного вещества легче продвигаются между молекулами растворителя.

Цель диффузионного процесса в сахарном производстве — извлечь из свекловичной стружки максимально возможное ко­личество сахарозы. Для этого прежде всего необходимо нагреть стружку до температуры денатурации протоплазмы свеклович­ных клеток, которая является полупроницаемой мембраной и пропускает только чистый растворитель (воду). Процесс такой термообработки стружки называется ошпариванием.

В сахарном производстве диффузионный процесс представ­ляет собой сложный комплекс трех видов диффузии: свободной диффузии, осмоса и диализа. В начале происходит диффузия сахара из разорванных при изрезывании свеклы в стружку кле­ток (свободная диффузия), затем начинается проникновение воды в клеточный сок (осмос) и после нагревания стружки до 60°С (ошпаривания) и денатурации протоплазмы начинается основной процесс извлечения сахара из вакуолей клеток свеклы в диффузионный сок (диализ).

Процесс получения дифф тонного сока имеет ряд естест­венных ограничений. Отбор сока составляет 115—130%, т. е. из 100 кг стружки извлекают 115—130 кг сока. При большем отборе увеличивается расход воды на обессахаривание стружки и возрастают расходы топлива и электроэнергии на выпарива­ние лишней воды при сгущении сока.

Увеличение длительности обессахаривания т приводит к бо­лее полному переходу из стружки не только сахара, но'и не- сахаров свеклы, в частности пектиновых веществ, увеличивается пептизация нерастворимого протопектина и т. д. Поэтому це­лесообразно ограничивать длительность экстрагирования и использовать доброкачественную стружку с оптимальной тол­щиной и с хорошей упругостью, что ускорит извлечение сока. Однако длительность диффундирования в аппаратах непрерыв­ного действия составляет нормативно 70—80 мни. поскольку в

Такие аппараты необходимо загружать болей грубую свекло вичную стружку.

Хотя повышение температуры и способствует увеличению коэффициента диффузии сахарозы, но при температуре выше 75°С происходит быстрое набухание пектиновых веществ и сни­жение упругости стружки, а при температуре ниже 70°С ин­тенсивно развиваются микроорганизмы, приводящие к порче стружки. Поэтому в активной части диффузионной установк поддерживают температуру 70—75 °С.

В настоящее время в свеклосахарном производстве обесса* харивание стружки производится в непрерывно действующих противоточных диффузионных аппаратах. ;

Стружка свеклы с концентрацией сахара с2 поступает в го­ловную часть аппарата А и движется к концевой его части. При этом сахар из нее переходит в движущийся навстречу растворитель (вода, диффузионный сок). Во всех частях аппа­рата процесс диффузии идет интенсивно, так как разность кон­центраций сохраняется. В хвостовой части аппарата в стружке остается очень мало сахара, но диффузия еще продолжается за счет того, что сюда поступает чистая вода с нулевой кон­центрацией сахара. Из аппарата выходит с одной стороны вода, насыщенная сахаром, — диффузионный сок, а с другой — обес­сахаренная стружка— жом.

Схема этого процесса следующая:

Стружка Жом

\ S

С 2 С С і у"

Диффузион - Вода иый сок (сі=0)

Обычно при диффузии из 100 кг стружки получают бол. 100 кг сока. Величину, показывающую количество диффузио ного сока, полученного из J00 кг свеклы, называют отбором сока. В головной части аппарата разницу концентрации Дс уве­личивают путем снижения концентрации диффузионного сока за счет повышения отбора сока. В результате такой противоточной экстракции можно извлечь максимум сахара из стружки.

Для осуществления диффузии сахара из свеклы используют диффузионные полностью автоматизированные аппараты непре­рывного действия, которые позволяют снизить потери сахара в стружке до 0,25—0,3% к массе свеклы. В СССР работают раз­личные диффузионные аппараты непрерывного действия: гори­зонтальные, ротационные, вертикальные колонные (одноколон­ные, многоколонные), наклонные двухшнековые. Наиболее рас­пространены одноколонные аппараты типа КДА и наклонные аппараты С-17.

ІІ

Одноколонный диффузионный аппарат типа КДА состоит из горизонтального ошпаривателя и вертикального колонного диф­фузионного аппарата. Установки этого типа имеют несколько модификаций, отличающихся одна от другой производитель­ностью и некоторыми конструктивными особенностями. Принцип работы аппарата КДА-25-59 с ошпаривателем 0-25-59 следую­щий. Свекловичная стружка подается в загрузочную шахту ошпаривателя и смешивается с горячим диффузионным соком. Внутри горизонтального цилиндрического корпуса ошпаривате­ля имеется полый трубовал, вращающийся с частотой 1,25— 3,75 мин"1. На нем закреплены транспортирующие и перемеши­вающие лопасти. Через ситовые поверхности сок отбирается для подогрева и вновь возвращается в ошпариватель. Сокостружеч - ная смесь температурой 74°С' из ошпаривателя подается в нижнюю часть вертикального колонного диффузора высотой 15,37 м и диаметром 5 м. Сверху в диффузор подается смесь свежей и жомопрессовой (отделенной при прессовании жома) воды с температурой 72°С и рН 5,8—6,4. Внутри диффузора расположен пустотелый вал с лопастями диаметром 2 м. вра­щающийся с частотой 0,6—1 мин^1. Изменение частоты враще­ния этого вала позволяет регулировать производительность ап­парата. Подогретая стружка из ошпаривателя с помощью на­соса подается в пространство между цилиндрической стенкой аппарата и пустотелым валом и перемещается снизу вверх с помощью лопастей, образующих прерывистую винтовую поверх­ность. Между лопастями установлены неподвижные контрло­пасти, что препятствует вращению массы стружки вокруг оси цилиндра.

Обессахаренная стружка (жом) выводится из верхней час­ти аппарата и подается в жомовый пресс, в котором с помощью отжимных шнеков отделяется жомопрессовая вода. Как было сказано ранее, эта вода частично возвращается на диффузию.

Диффузионный сок выводится из колонны в ошпариватель через сита, расположенные на нижнем конце полого вала. От­бор сока ведется из ошпаривателя и составляет до 130% к мас­се свеклы. Оптимальная длина стружки (число Силина) для этого аппарата— 10,5—12,5.

Вертикальные одноколонные диффузионные установки пол­ностью автоматизированы, ими управляет один оператор, они надежны в эксплуатации, компактны, позволяют получать сок с малыми потерями сахара. Недостатком одноколонных аппа­ратов является наличие ошпаривателя, занимающего дополни­тельную площадь, чрезмерное измельчение стружки, что не поз­воляет использовать тонкую свекловичную стружку, и отсутст­вие возможности промежуточного подогревания сока в диффузоре.

В сахарной промышленности используются несколько типов наклонных двухшнековых диффузионных аппаратов (С-17,^ А1-ПДС-25, А1-ПДС-30, АІ-Г1ДС-60) и зарубежные типа Dds. !

Корпус этих аппаратов устанавливают на специальных опо­рах с наклоном 8—11°. Свекловичная стружка загружается sj аппарат через специальный бункер, перемещается по нему спи-1 зу вверх с помощью двух параллельных лопастных валов, вра­щающихся в противоположные стороны. Жом удаляют из верх­ней части аппарата с помощью специальных шнеков. Вода по­дается в концевую часть аппарата и перемещается навстречу стружке, насыщается сахаром и удаляется из нижней части ап­парата в виде диффузионного сока через ситовое отверстие. Масса сокостружечной смеси подогревается в аппарате с по­мощью паровых камер, установленных по всей длине в нижней части корпуса. Производительность аппарата А1-ПДС в зави­симости от марки составляет 2500, 3000 и 6000 г свеклы в сутки. Аппарат типа С-17 имеет некоторые конструктивные особенно­сти, его производительность 1500 г свеклы в сутки.

К достоинствам наклонных двухшнековых аппаратов отно­сится их малая металлоемкость (в расчете на 100 т перера­батываемой свеклы в сутки), компактность,, относительно не­большой расход пара на подогревание стружки, полная автома­тизация. К недостаткам таких аппаратов следует отнести чувствительность к качеству стружки, сильное перемешивание и измельчение стружки, смешивание соков разных концентраций.