Повышение качества очистки сахарсодержащих растворов с применением алюминийсодержащего сорбента
На правах рукописи
БАРАННИКОВА АЛЛА НИКОЛАЕВНА
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОЧИСТКИ
САХАРСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩЕГО СОРБЕНТА
Специальность: 05.18.05 – Технология сахара и сахаристых продуктов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва-2007
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия» на кафедре «Технология сахаристых веществ»
| Научный руководитель - доктор технических наук, профессор | Лосева Валентина Александровна | |
| Официальные оппоненты: доктор технических наук кандидат химических наук, доцент | Лукин Николай Дмитриевич Штерман Валерий Соломонович | |
| Ведущая организация - | ВНИИИ сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова | |
Защита диссертации состоится «31» мая 2007 года в 10 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.148.01 при ГОУ ВПО Московский государственный университет пищевых производств по адресу -125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 53 вк.
Приглашаем Вас принять участие в заседании диссертационного совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по выше указанному адресу на имя ученого секретаря совета проф. М.С. Жигалова.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.
Автореферат разослан « » 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета М.С. Жигалов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Мировой рынок сахара предъявляет достаточно жесткие требования к качеству сахара-песка и сахара-рафинада. На протяжении последних 20 лет выход сахара в среднем остается на уровне 12...13 % к массе свёклы. На заводах Российской Федерации потери сахара в производстве составляют 0,9...1,0 % и в мелассе его содержится до 2,1…2,3 %, что значительно ниже показателей европейских сахарных заводов. Для конкурентоспособности отечественной продукции сахарной промышленности России с производителями Западной и Центральной Европы необходимо уделить особое значение – проблеме снижения цветности и зольности сахара, которые не отвечают мировым стандартам. Цветность сахара обусловлена красящими веществами, образующимися в зависимости от температуры, рН, концентрации и химического состава несахаров свеклы, продолжительности нагревания и других факторов.
Цветность сахара можно снизить путем улучшения хранения свеклы, а также применением таких методов как очистка сахарсодержащих растворов неорганическими адсорбентами. Применение силикагеля и алюмогеля в настоящее время дорогостоящий метод. Поэтому необходимы дешевые, доступные и эффективные сорбенты.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы являлось теоретическое обоснование и разработка высокоэффективных методов очистки сахарсодержащих растворов за счет применения неорганического алюминийсодержащего сорбента. В рамках поставленной цели решались следующие задачи: исследовать состав алюминийсодержащего сырья (ООО «Воронежский алюминиевый завод»); разработать способ получения сорбента Al2O3 из алюминийсодержащего сырья, изучить влияние метода переосаждения и термической обработки на сорбционные свойства сорбента; установить влияние способов модификации поверхностно-активными веществами Al2O3 на его сорбционные свойства; изучить адсорбцию красящих веществ продуктов сахарного производства на алюминийсодержащих сорбентах; определить рациональные условия введения алюминийсодержащего сорбента на стадии преддефекации на качественные показатели очищенных соков; оценить потенциальную токсичность сахарсодержащих растворов с использованием алюминийсодержащего сорбента.
Научная новизна. На основании теоретических и экспериментальных исследований предложен и обоснован новый способ получения оксида алюминия из алюминийсодержащего сырья, полученного при травлении алюминиевой ленты.
Изучено влияние концентрации реагентов, рН и температуры на выход оксида алюминия методом переосаждения.
Изучено влияние параметров процесса модификации алюминийсодержащего сорбента (выбор модификатора, его концентрации, температурного режима обработки) на эффективность сорбции красящих веществ сахарсодержащих растворов.
Установлена зависимость массовой доли и рН ввода алюминийсодержащего сорбента на стадии прогрессивной преддефекации на показатели качества сока II сатурации (чистоту, цветность, содержание солей кальция).
Проведен качественный и количественный анализ алюминийсодержащего сорбента и сахарсодержащего раствора, очищенного с помощью алюминийсодержащего сорбента на наличие тяжелых металлов.
Получена экспериментально-статистическая модель, описывающая процесс очистки сока II сатурации при введении алюминийсодержащего сорбента в преддефекованный сок.
Практическая значимость и реализация результатов работы. По результатам научных исследований для практического использования предложен новый способ применения алюминийсодержащего сорбента для повышения качества очистки сахарсодержащих растворов на стадии прогрессивной предварительной дефекации.
Результаты исследований могут быть использованы при синтезе новых адсорбентов (патент РФ № 2260563), используемых в сахарной промышленности. Стоимость полученного сорбента значительно ниже заводского алюмогеля.
Разработан способ получения модифицированного адсорбента (патент РФ № 2282493). Экспериментальные исследования и анализ работы позволили предложить модифицированный сорбент для повышения качества очистки сахарсодержащих растворов.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований доложены и обсуждены:
- на региональных и отраслевых, всероссийских научно-практических конференциях: отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии (г. Воронеж, 2002-2006 гг.); научно-практической конференции аспирантов и соискателей ВГТА на иностранных языках (Воронеж, 2002 г); Межрегиональной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (г. Казань, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства» (г. Краснодар, 2005 г.); Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии на межфазных границах (ФАГРАН-2006)» (г. Воронеж, 2006 г.);
- на международных научно-практических, научных конференциях: 11-й Международной конференции студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (г. Казань, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Разработка новых и совершенствование существующих технологий, оборудования и методов контроля сахарного производства» (г. Воронеж, 2005); Международной научно-практической конференции «Управление качеством в современной организации» (г. Пенза, 2006 г.), Международной электронной научно-технической конференции «Творческое наследие профессора В.Ф.Прейса» (г. Тула, 2006 г.); VI Международной научно-практической конференции «Сахар-2006» (г. Москва, 2006 г.); Международной научно-практической конференции «Приоритетные направления развития сахарного производства и их научное обеспечение» (г. Курск, 2006 г.)
Разработанные способы прошли производственную проверку на мини-сахарном заводе ВНИИСС в 2006 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе получены 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 32 таблицы, 21 рисунок и состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций промышленности, списка литературы (183 наименования, их которых 44 работы зарубежных авторов) и приложения. Приложение к диссертации изложено на 8 страницах.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.
В первой главе проведен анализ отечественной и зарубежной литературы по применению неорганических сорбентов, их методов модификации в пищевой промышленности, по основам теории адсорбции из растворов на микропористых сорбентах. Рассмотрены известные способы очистки сахарсодержащих растворов с использованием глинистых сорбентов, цеолитов, силикагелей и алюмогелей, вводимых на разных стадиях технологического процесса.
Во второй главе описаны объекты и методы исследований. Представлена характеристика исходных веществ, подробно изложены методики исследования основных свойств сорбентов. Технологические показатели продуктов сахарного производства анализировали по методикам, регламентированным в «Инструкции по химико-техническому контролю и учёту сахарного производства».
Третья глава посвящена получению сорбента из алюминийсодержащего сырья, исследованию его структуры и химического состава, а также способов его модификации.
В настоящей работе сорбент, имеющий химический состав Al2O3, предлагается получать не из природного сырья (глины), где содержание Al2O3 составляет 10 – 40 % (мас.), а из побочного продукта травления сплавов алюминия на ООО «Воронежский алюминиевый завод», где в качестве исходного сырья мы использовали обогащенное алюминийсодержащее сырье, содержащее 95-98 % (мас.) Al2O3. Далее исследования были направлены на получение из алюминийсодержащего сыря селективного материала, не уступающего заводскому алюмогелю по своим адсорбционным параметрам. Для этого был применен метод переосаждения (обработка сырья NaOH с последующим осаждением гидроокиси алюминия H2SO4). Установлено, что наибольший выход Al2O3 6,34 г достигается при рациональном режиме проведения синтеза - соотношение щелочи и алюминийсодержащего сырья 3:1, при температуре 70 С, и обработкой
1 моль/дм3 раствором Н2SO4.
Для перевода -Al2O3 в - Al2O3 изучено влияние температурной обработки синтезированного сорбента на эффективность очистки сахарсодержащего раствора. Рациональным режимом является время прокаливания 3 ч при температуре 450 - 500 С, эффект обесцвечивания модельного сахарсодержащенго раствора составил 62,60 %. При данной температуре теряется остаточная вода и, следовательно, утрачивается каталитическая активность, в результате чего происходит перестройка кубической упаковки ионов кислорода в гексагональную.
Данный способ позволяет повысить адсорбционную емкость частиц Al2O3 примерно в 2 раза, что позволит снизить расход дефицитного и фондируемого оксида алюминия и удешевить процесс адсорбции (патент № 2260563 от 20.09.2005.).
Для увеличения активности и удельной поверхности адсорбента изучен способ модификации алюминийсодержащего адсорбента сорбентами неорганического происхождения, близкими по составу с Al2O3 – цеолитом, бентонитом и известью. Из рис. 1 видно, что при очистке наилучший эффект обесцвечивания 56,76 % достигается в случае модифицирования цеолитом массовой долей 1 % к массе сорбента в статическом режиме.
Изучено влияние способов модификации алюминийсодержащего сорбента некоторыми видами поверхностно-активных веществ (ПАВ) отечественного производства ОП-7, ОП-10 и фосфорсодержащим ПАВ. Применение в качестве модификатора фосфорсодержащего ПАВ позволяет увеличить эффект обесцвечивания сахарсодержащих растворов на 3,8 % по сравнению с ОП-7 и ОП-10, эффект обесцвечивания составил 62,70 %. Для дальнейших исследований по выбору рациональных режимов обработки сорбента использовали фосфорсодержащий ПАВ. Эксперименты в этом направлении проводились в лабораторных условиях на модельных растворах. Применение в качестве модификатора раствора ПАВ с концентрацией
0,021 % (мас.) с последующей температурной обработкой 450 С является наиболее эффективным, т.к. при этом наблюдается эффект обесцвечивания 78,40 %. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ эффективность обесцвечивания снижается.
Влияние ПАВ в данном случае заключается в контроле способа упаковки частиц алюмооксидного геля, смешанного в жидком состоянии с водорастворимым фосфорсодержащим ПАВ, а затем состаренного и высушенного в его присутствии. На рис. 2 показаны сравнительные характеристики алюминийсодержащих сорбентов. Таким образом, сорбент, приготовленный по предлагаемому способу, обладает по сравнению с другими образцами большими величинами сорбционного объема и среднего радиуса пор. Повышение адсорбционной способности в области высоких концентраций адсорбента в 1,7-2,0 раза открывает возможность проведения адсорбционных процессов с более высокой эффективностью при меньшем расходе адсорбента, а увеличение среднего размера пор в 2,2-2,5 раза позволяет получить ката-лизаторы, селективные к размеру и форме реагирующих молекул, и свести к минимуму диффузионные ограничения при проведении быстрых реакций с участием больших молекул в жидкой фазе. По результатам проведенных исследований получен патент на изобретение № 2282493 от 27.08.2006. Схема получения модифицированного алюминийсодержащего сорбента (рис. 3) состоит из: реактора для смешивания сырья и гидроксида натрия 1, фильтров 2 и 5, реактора для обработки полученной смеси кислотой 3, промывания осадка водой 4, обработки осадка ПАВ 6, высушивания при температуре 180-200 С и прокаливания при температуре 450-500 С.
Изучена кинетика сорбции красящих веществ и несахаров сахарсодержащих растворов на алюминийсодержащем сорбенте. Адсорбция проводилась в статических условиях при температуре 22 С.
Величина адсорбции рассчитывалась по уравнению:
, (1)
где 
- концентрация красящих веществ в исходном и равновесном растворах, % (масс.); m – масса адсорбента, г ; V – объем раствора, дм3.
Рис. 3. Принципиальная схема модификации адсорбента из алюминийсодержащего сырья
фосфорсодержащим ПАВ
Анализ изотерм адсорбции показал, что модифицированный сорбент почти не уступает по сорбционным свойствам активному порошкообразному углю «Норит». Для определения предельной адсорбции применили эмпирическое уравнение Лэнгмюра:
, 
(2)
где А – адсорбция, г/г; Аmax- максимальная адсорбция, г/г; с – равновесная концентрация, г/дм3; k – постоянная для данной изотермы.
Для модифицированного сорбента она составила 0,12 г/г; сорбента отмытого водой – 0,10 г/г; активного порошкообразного угля «Норит» – 0,15 г/г.
Исследованы тепловые эффекты обесцвечивания (сорбции) красящих веществ из сахарсодержащих растворов на дифференциальном изотермическом микрокалориметре МИД-200, в статических условиях при температуре 25 С, соотношение твердой и жидкой фаз равно 1:100 (навеска сорбента равна 0,5 г). Во все пробы вводили одинаковое количество сорбентов. Анализируя средние экспериментальные данные по определению тепловых эффектов для различных видов сорбентов (табл. 1) можно сказать, что значения Нуд для первых двух адсорбентов примерно в два раза ниже, чем последующих двух. Это показывает, что взаимодействие красящих веществ с синтезированным сорбентом и сорбентом, обработанным ПАВ энергетически выгоднее, чем с бентонитом и цеолитом. Тепловой эффект сорбции отражает энергетическую составляющую взаимодействия между поверхностью адсорбента и частицами адсорбата.
Таблица 1
Значения удельной теплоты адсорбции от вида сорбента
| Вид сорбента | Удельная теплота, -Нуд., Дж/г | Адсорбция красящих веществ, г/г |
| Бентонит | 22,6 | 0,5 |
| Цеолит | 28,2 | 0,6 |
| Синтезированный сорбент | 77,3 | 0,7 |
| Сорбент, обработанный ПАВ | 83,3 | 0,8 |
Наибольший эффект обесцвечивания 78,40 % сахарсодержащего раствора достигается в результате применения алюминийсодержащего сорбента, обработанного фосфорсодержащим ПАВ и синтезированного сорбента 70,96 %. Наблюдается корреляция значений эффекта обесцвечивания и теплового эффекта адсорбции. Более высокое значение теплового эффекта имеет сорбент, обработанный ПАВ - 83,3 Дж/г и синтезированный сорбент – 77,3 Дж/г. При сорбции алюминийсодержащими сорбентами создаются благоприятные энергетические и структурные (пространственные) условия для наилучшего адсорбирования красящих веществ.
Выявлено, что с увеличение размера гранул (0,01 до 5-7 мм) сорбентов уменьшается теплота адсорбции и эффект обесцвечивания.
Установлено, что способ очистки сока II сатурации (Ч = 89,3 %,
Цв = 10,24 усл. ед.) и рафинадного сиропа (Ч = 98,31 %, Цв = 1,3 усл. ед.) с использованием модифицированного сорбента имеет ряд преимуществ в сравнении с традиционной очисткой. Анализ полученных результатов (рис. 5) свидетельствует о том, что использование в схеме неорганического адсорбента позволяет улучшить качество сатурационных соков и рафинадного сиропа. Рациональным расходом является концентрация 0,15 % сорбента к массе сока. Рациональная продолжительность контакта сахарсодержащего раствора с сорбентом составляет: для сока II сатурации – 20 мин, а для рафинадного сиропа – 30 мин, т. к. в течение этого времени адсорбция несахаров на сорбенте будет максимальной.
В четвертой главе исследована эффективность применения модифицированного сорбента для очистки сахарсодержащих растворов.
Изучено влияние алюминийсодержащего сорбента на чистоту сока II сатурации в зависимости от введения сорбента в диффузионный или преддефекованный сок. Наибольшее увеличение по чистоте достигается в результате применения сорбента, вводимого в преддефекованный сок на 1,5 % по сравнению с традиционной схемой (рис. 6).
С применением математических методов планирования эксперимента исследовано влияние алюминийсодержащего сорбента, вводимого в преддефекованный сок на изменение показателей качества очищенного сока.
Статистическая обработка экспериментальных данных позволила получить уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс очистки:
Ч = – 141,9406 + 45,9629·X1 + 173,514·X2 – 2,3911·X12 – 566,12·X22; (3)
Цв = 868,2101 – 165,616·X1 – 634,5528·X2 + 14,3125·X1·X2 + 8,4538·X12 + 1403,4·X22; (4)
Са = 2,0794 – 0,4088·X1 – 1,648 9·X2 + 0,025·X1·X2 + 0,0214·X12 + 4,572·X22, (5)
где X1 – рН среды ввода алюминийсодержащего сорбента; X2 – массовая доля алюминийсодержащего сорбента, % к массе сока.
При обработке результатов эксперимента были использованы следующие статистические критерии: проверка однородности дисперсий – критерий Кохрена, значимость коэффициентов уравнений регрессии – критерий Стьюдента, адекватность уравнений – критерий Фишера. Наилучшая чистота сока II сатурации достигается в схеме с введением алюмосодержащего сорбента в процессе пред
дефекации при рН60 = 9,3-9,5. Это свидетельствует о том, что при данном значении рН происходит более полная коагуляция коллоидов и ВМС, создается необходимая зона стабилизации гидрофильных коллоидов и ВМС и осуществляется стабилизационный эффект – эффект Бригель-Мюллера. В процессе обработки крупные молекулы высокомолекулярных соединений (ВМС) и частиц веществ коллоидной дисперсности (ВКД) концентрируются вокруг положительно заряженных частиц гидроксида алюминия с большой активной поверхностью и коагуляция приводит к тому, что частица гидроксида алюминия оказывается внутри крупного конгломерата, включающего ВКД и ВМС. Более полное осаждение гидроксида алюминия из раствора происходит в диапазоне рН 9,3–9,5. Резкое снижение количества осажденного гидроксида алюминия при рН более 9,5 объясняется деполимеризацией гидроксида алюминия и переходом его в растворимые алюминатные формы. Параллельно происходит процесс адсорбции на сорбенте несахаров диффузионного сока. Чистота повышается на 1,3-1,42 %. Более высокая чистота сока II сатурации, достигается при введении сорбента в преддефекованный сок в количестве 0,13-0,15 %. Дальнейшее увеличение массовой доли вводимого сорбента, согласно экспериментальным данным, не дает прирост чистоты сока II сатурации.
По уравнениям регрессии построены кривые значений чистоты (а), цветности (б) и содержания солей кальция (в) в соке II сатурации очищенного сока в зависимости от параметров процесса ввода алюминийсодержащего сорбента: рН среды и количества сорбента, вводимого в процессе преддефекации (рис.7). Точки перегиба - координаты, которые соответствуют рациональным параметрам процесса.
Таким образом, рациональными параметрами процесса очистки сока с введением сорбента на преддефекации являются: рН среды ввода сорбента на преддефекации – 9,3-9,5; количество вводимого сорбента – 0,13-0,15 % к массе сока. Для сравнения проводили очистку диффузионного сока того же качества до сока II сатурации по традиционной схеме очистки. Чистота очищенного сока составила 90,94 %, цветность – 25,37 усл. ед., содержание солей кальция –
0,035 % СаО. Введение алюмосодержащего сорбента на преддефекации позволяет повысить чистоту сока II сатурации на 1,4 %, снизить цветность на 4,45 усл. ед. и содержание солей кальция на 0,019 % СаО.
Установлено, что по схеме очистки с введением сорбента содержание: ВМС в соке II сатурации 0,19 % к массе сока (по традиционной – 0,231 %); растворимого белка - 0,010 г (по традиционной – 0,036 г).
С повышением рН на преддефекации растворимость белка вначале повышается, достигает максимума, а затем снижается и белок начинает коагулировать и выпадать в осадок. На преддефекации белки и другие ВМС выступают стабилизаторами ВКД, так как, с одной стороны - адсорбируются на дисперсных частицах, с другой - хорошо растворяются в соке. Адсорбция индивидуальных молекул ВМС в большинстве случаев носит необратимый характер; это обусловлено относительно большим числом контактов макромолекулы с поверхностью. Чистота очищенного сока II сатурации, полученного по схеме с введением сорбента в преддефекованный сок будет выше, чем по традиционной схеме. Таким образом, использование алюминисодержащего сорбента, полученного при травлении алюминиевой ленты в качестве добавки на преддефекации приводит к повышению чистоты сока II сатурации, снижению содержания ВМС и коллоидов. Проведенные исследования показывают, что алюминийсодержащий сорбент положительно влияет на показатели качества соков на дальнейших этапах очистки.
По результатам проведенных исследований разработан способ прогрессивной преддефекации с использованием алюминийсодержащего сырья. Данный способ был апробирован на опытной установке
ВНИИСС и подтвердил свою эффективность.
Очистка диффузионного сока с применением алюминийсодержащего сырья, подаваемого на преддефекацию, позволяет повысить чистоту сока II сатурации на 1,3-1,5 %, при этом эффект очистки повышается на 14,50 %, снизить цветность очищенного сока на 8,89 усл. ед. по сравнению с традиционной схемой очистки.
Для оценки эффективности предлагаемого способа очистки диффузионного сока была определена дисперсность суспензий соков
I сатурации, полученных по традиционной и разработанной схемам. В суспензии сока I сатурации, полученной с вводом сорбента на преддефекации, преобладают мелкие частицы размером 0,009-0,011 мм, а доля более крупных частиц размером более 0,014 мм значительно снижается по сравнению с суспензией сока I сатурации, полученной по традиционной схеме. То есть оксид алюминия приводит к увеличению дисперсности осадка сока I сатурации, что улучшает его адсорбционные свойства. Седиментационные свойства сока I сатурации, полученного по схеме с введением сорбента на преддефекации незначительно отличаются от седиментационных свойств сока I сатурации, полученного по традиционной схеме (табл. 2). Это можно объяснить, тем, что осадок сока
I сатурации, полученного по предлагаемой схеме, более дисперсный.
Таблица 2
Седиментационно-фильтрационные свойства
сока I сатурации
| Показатели сока I сатурации | Традиционная схема | Схема с вводом сорбента |
| S5, см/мин | 1,6 | 1,98 |
| V25, % | 18,2 | 20 |
| Fk ср | 4,96 | 2,95 |
Как видно из табл. 2, меньший фильтрационный коэффициент имеет сок I сатурации, полученный по схеме с введением алюмосодержащего сорбента в процессе преддефекации, что можно объяснить большей однородностью частиц осадка сока I сатурации. Однако, чем меньше размер частиц, тем больше поверхность осадка и происходит более полное удаление несахаров очищенного сока. Следовательно, проведенные исследования показывают, введение алюминийсодержащего сорбента на преддефекации, положительно влияет на удаление несахаров. Изучена термоустойчивость сока по разработанной и традиционной схемам. Установлено, что большей термоустойчивостью обладает сок, полученный по предлагаемой схеме.
Содержание РВ в соке II сатурации, полученном по предлагаемой схеме ниже на 0,05 %, чем в соке II сатурации, полученной по традиционной схеме. Это положительно отразится на дальнейших стадиях получения сахара – песка, т. к. меньшее нарастание цветности повышает выход сахара и снижает потери сахарозы в мелассе.
Оценка безопасности соков и сиропов, а так же конечного продукта сахара - песка проводилась в аккредитованной независимой испытательной лаборатории материалов, изделий и конструкций (НИЛС, г. Воронеж) и в испытательной лаборатории продукции, сырья и материалов «Академтест» (г. Воронеж). Установлено, что содержание тяжелых металлов в алюминийсодержащем сорбенте, диффузионном соке, соке II сатурации и сиропе, сахаре – песке очищенных с помощью сорбента не достигает количеств, опасных для здоровья. Алюминийсодержащий сорбент эффективно сорбирует из растворов тяжелые металлы, не влияет негативно на содержание и соотношение сахарозы и моносахаридов в образце, но по всей видимости сорбирует олиго- и полисахариды.
Таким образом, алюминийсодержащий сорбент применим для обесцвечивания сахарсодержащих растворов в сахарной технологии.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Проведен анализ информационных источников, в результате чего была изучена проблема очистки сахарсодержащих растворов, влияющая на качество товарного сахара. На основании анализа существующих методов и практических разработок применения алюминийсодержащих адсорбентов в различных отраслях пищевой промышленности, в т. ч. сахарной, для повышения качества очистки определена возможность применения алюминийсодержащего сорбента, полученного из продукта травления алюминиевой ленты, на преддефекации.
2. Исследован состав исходного алюминийсодержащего сырья (ООО «Воронежский алюминиевый завод»). Установлено, что алюминийсодержащее сырье содержит 98 % (масс.) оксида алюминия и 2 % (масс.) примесей гидроксидов металлов, входящих в состав сплавов.
3. Разработан способ получения сорбента оксида алюминия из алюминийсодержащего сырья методом переосаждения. Установлен рациональный режим получения Al2O3: соотношение алюминийсодержащее сырье –раствор гидроксида натрия с массовой долей 5 % - 1:3, обработка серной кислотой с концентрацией 1,0 моль/дм3 при рН=6,8 и температуре 70 С, доказано, что наибольший эффект обесцвечивания 62,60 % сахарсодержащих растворов достигается в случае применения синтезированного Al2O3. Новый способ получения оксида алюминия из алюминийсодержащего сырья защищен патентом РФ № 2260563 от 20.09.2005.
4. Показана возможность повышения сорбционной способности неорганических адсорбентов методом модификации. Изучено влияние способа модификации оксида алюминия поверхностно-активным веществом. Установлено, что добавление фосфорсодержащего ПАВ с концентрацией 0,021 % к массе переосажденного оксида алюминия с дальнейшей термической обработкой при температуре 450 - 500 С в течении 3 ч повышает адсорбционную способность сорбента в 1,7-2,0 раза по сравнению с исходным алюминийсодержащим сорбентом. Установлено, что сорбция составила для: модифицированного фосфорсодержащим ПАВ алюминийсодержащего сорбента – 1,2 г/г, алюминийсодержащего сорбента отмытого водой – 1,0 г/г, активного порошкообразного угля – 1,5 г/г. Новый способ получения модифицированного алюминийсодержащего сорбента защищен патентом РФ № 2282493 от 27.08.2006.
5. Разработан рациональный режим введения алюминийсодержащего сорбента в преддефекованный сок. Лучшие результаты обеспечиваются при рН зоны введения сорбента 9,2–9,5 в количестве
0,13-0,15 % к массе сока.
6. Экспериментально установлено, что применение алюминийсодержащего сорбента на стадии прогрессивной предварительной дефекации позволяет: повысить чистоту диффузионного сока на
1,30–1,42 %; снизить цветность очищенного сока на 8,5 - 8,8 усл. ед. и содержание ВМС и коллоидов по сравнению с традиционным способом очистки.
7. Исследована потенциальная токсичность сахарсодержащих растворов с использованием алюминийсодержащего сорбента на преддефекации. Данный способ прошел испытания на опытной установке Всероссийского научно-исследовательского института сахарной свеклы и сахара (Рамонский р-н Воронежской обл.) и подтвердил свою эффективность.
Расчетный ориентировочный годовой экономический эффект от внедрения на свеклосахарном заводе производственной мощностью 3000 т свеклы/сут способа очистки диффузионного сока с введением неорганическим сорбентом на стадии преддефекации за 90 суток составляет 1417271,148 р. в ценах 2007 г.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ
ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ
1. Зуева С.Б., Баранникова А.Н. Получение и применение неорганических сорбентов для очистки сахарсодержащих растворов. – Материалы XL отчетной научной конференции за 2001 г.– Воронеж: ВГТА, 2002.Ч.1. – С.295.
2. Применение активной окиси алюминия для очистки сахарных растворов / В.А. Лосева, С.Б. Зуева, А.Н. Баранникова // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2002. – Т.2, вып. 1 – С.63…66.
3. Лосева В.А., Зуева С.Б., Баранникова А.Н. Адсорбция красящих веществ сахарного производства на модифицированном неорганическом сорбенте. – Материалы XLI отчетной научной конференции за 2002 г.– Воронеж: ВГТА, 2003.Ч.1. – С.255
4. Баранникова А.Н. Anorganische adsorbente fur die Klarung der Zuckerhaltigen Losungen. – Материалы. научно-практической конференции «Актуальные проблемы научно-практических исследований и методологий». – Воронеж: ВГТА, 2002. - С.35.
5. Лосева В.А., Баранникова А.Н. Влияние некоторых факторов на модифицирование неорганического сорбента. – Материалы XLII отчетной научной конференции за 2003 г.– Воронеж: ВГТА, 2004.Ч.1. – С.276
6. Лосева В.А., Баранникова А.Н., Харина Н.С. Применение неорганического сорбента для обесцвечивания сахарсодержащих растворов. – Материалы межрегион. конференции молодых ученых «Пищевые технологии» – Казань: КГТУ, 2004. – С.69…70.
7. Лосева В.А., Баранникова А.Н., Квитко И.В. К вопросу о применении неорганических сорбентов. – Сб. науч. трудов «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства».-Краснодар: КГТУ, 2005. - С.57…58.
8. Лосева В.А., Баранникова А.Н., Харина Н.С. Получение и применение адсорбента на основе алюминийсодержащего материала. - Материалы 11 международной научной конференции «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений».- Казань: КГТУ, 2005.- 95 с.
9. Лосева В.А., Баранникова А.Н., Харина Н.С. Применение калориметрического метода для определения сорбционной способности адсорбента. - Материалы отчетной научной конференции за 2004 г.– Воронеж: ВГТА, 2005.Ч.1. – С.97…98.
10. Лосева В.А., Баранникова А.Н., Зуева С.Б. О повышении сорбционной очистки сахарсодержащих растворов. – Материалы межд. науч.-практ. конференции «Разработка новых и совершенствование существующих технологий, оборудования и методов контроля сахарного производства». – Воронеж: ВГТА, 2005. – С.73…78.
11. Лосева В.А., Баранникова А.Н. Синтез неорганического адсорбента для очистки сахарных растворов. / Изв. вузов. Пищ. технолог. – Краснодар, 2005. – 9 с.
12. Лихачева Л.Б., Баранникова А.Н., Коробкин Ю.В. Улучшение качества технологического процесса сахарного производства. - Сб. статей межд. науч. - практической конференции «Управление качеством в современной организации». – Пенза: ПГУ, 2006 - С.75…77.
13. Лосева В.А., Баранникова А.Н., Попов Г.В. Повышение эффективности очистки сахарсодержащих растворов. - Материалы межд. науч.-технической конференции «Творческое наследие профессора В.Ф.Прейса». – Тула: ТГУ, 2006 – С. 65…67.
14. Лосева В.А., Баранникова А.Н., Квитко И.В. О способах модификации неорганического сорбента. - Материалы отчетной научной конференции за 2005 г.– Воронеж: ВГТА, 2006.Ч.1. – С.42…45.
15. Способы модификации неорганических сорбентов и их влияние на эффективность очистки сахарсодержащих растворов / В.А. Лосева, А.Н. Баранникова – Сб. науч. трудов VI ежегодной научно-практической конференции «Повышение эффективности работы сахарной промышленности». – М.: МГУПП, 2006. - С.70…74.
16. Лосева В.А., Баранникова А.Н., Квитко И.В., Попов Р.М. Использование модифицированных неорганических сорбентов для обесцвечивания сахарсодержащих растворов. - Материалы международной научно-практической конференции «Приоритетные направления развития сахарного производства и их научное обоснование». – Курск: КГУ, 2006.- 53 с.
17. Баранникова А.Н., Лосева В.А., Квитко И.В., Рудаков О.Б. Использование метода модификации неорганического адсорбента для повышения сорбции красящих веществ сахарного производства. – Материалы III всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии на межфазных границах». – Воронеж: Научная книга, 2006. - 680 с.
18. Патент РФ 2260563. Способ получения оксида алюминия / В.А. Лосева, А.Н. Баранникова, С.Б. Зуева, А.М. Гавриленков - Опубл. 2005. – Бюл. № 26.
19. Патент РФ 2282493. Способ получения модифицированного адсорбента/ В.А. Лосева, А.Н. Баранникова, С.Б. Зуева- Опубл. 2006. – Бюл. № 24.
Подписано в печать
Формат 3042 1/8. Бумага типографическая №1. Печать офсетная.
Печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ
125080, Москва, Волоколамское ш., 11
Издательский комплекс МГУПП
