Содержание к диссертации
Введение
Магнитноеполе и его, применение ...:
Необходимость возвратами подготовки
Химические реагенты- применяемыепрточистке жомопрессовой воды .,
Магнитное поле и его применение.,
Физическая характеристика;магнитных полей;
Действиёмагнитногополя
Выводьц цель и задачишсследования
Глава 2. Методики определения; основных показателей
Определениесодержания белкового азота
Определение; содержаниянебелкового азота.
Определение микробиологической; зараженности воды .
Приготовление питательных сред
Приготовление разведений; 233 Определение общего числа микроорганизмов, образующих;
колонии на питательной среде.
2.4 Методики «обработки экспериментальных данных
Глава 3. Исследованиевлияния-магнитногошоляшаэффективность. очистки жомопрессовой воды
3.1 Изучение влияния вида магнитного поля на степень очистки жомопрессовой воды. ,
3.2 Выбор рациональных условий импульснойїмагнитнойїобработки жомопрессовой воды.
Выбор видахимическогореагентавусловияхимпульсной магнитной обработки жомопрессовой воды
3.3.1 Применение сульфата алюминия в условиях импульсной магнитной обработки жомопрессовои воды 74
3.3.2 Применение серной кислоты в условиях импульсной магнитной обработки жомопрессовои воды 8 Г
3.3.3 Применение суспензии сокаІІ сатурацюгвусловиях импульсной магнитной обработки жомопрессовои воды 86
3.3.4 Применение гипса совместно с импульсной магнитной» обработкижомопрессовой воды 94 3.3.5 Микробиологические исследования жомопрессовои воды и диффузионного сока 103
3.3.5.1 Микробиологические исследованияжомопрессовой воды с применением сульфата алюминия и ИМП 105
3.3.5.2 Микробиологические исследования жомопрессовои воды с применением раствора серной- кислоты и ИМП 109
3.3.5.3 Микробиологические исследования жомопрессовои воды и диффузионного сока
3.4 Оптимизация параметровюбработки жомопрессовои воды в. импульсном магнитном поле 114
Глава 4. Исследование влияния метода подготовки питательной воды на структуру свекловичной ткани 127
4.1 Влияние степени прессования жома на выход жомопрессовои воды, качество сахарсодержащих растворов, целостность растительной ткани 128
4.2 Исследование влияния способа подготовки экстрагента на структуру свекловичной ткани 137
4.3 Оптимизация способа физико-химической подготовки жомопрессовои воды 146
Глава 5. Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения предлагаемого способа 155
Основные выводы и результаты 160
Список литературы
- Химические реагенты- применяемыепрточистке жомопрессовой воды
- Определение микробиологической; зараженности воды
- Применение сульфата алюминия в условиях импульсной магнитной обработки жомопрессовои воды
- Исследование влияния способа подготовки экстрагента на структуру свекловичной ткани
Введение к работе
Актуальность темы. Степень совершенства процесса экстракции сахарозы из свекловичной стружки во многом определяет условия проведения последующих технологических операций и отражается на эффективности производства сахара в целом.
Существует много причин, снижающих общую эффективность извлечения сахарозы из свекловичной стружки, основными из которых являются потребление большого количества природной необработанной воды для диффузионного процесса и снижение качества сырья в процессе хранения, в том числе вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.
Возвращение в производство технологических сахарсодержащих вод позволяет исключить использование свежей природной воды для диффузионного процесса, уменьшить объём производственных стоков и нагрузку сооружений биологической очистки, снизить количество неучтенных потерь сахарозы, улучшить экологическую обстановку сахарного производства. Предварительная очистка этих вод обеспечит повышение качества питательной воды для диффузии и улучшение микробиологической обстановки в диффузионном аппарате.
Самой значительной составляющей по объёму технологических сахарсодержащих вод является жомопрессовая вода (ЖПВ), количество которой в зависимости от степени отжатия жома колеблется от 30 до 60 % к массе свеклы. Осуществление возврата очищенной ЖПВ будет способствовать интенсификации работы диффузионного аппарата на 20 - 25 % или же приведёт к снижению потерь сахарозы в жоме на 25 - 28 %. Однако при всех положительных моментах возврата существующие схемы подготовки ЖПВ либо недостаточно эффективны, либо требуют значительных капитальных затрат на внедрение. Поэтому на многих заводах ЖПВ не возвращают в диффузионные аппараты, а выводят ее на поля фильтрации.
Большой вклад в исследование совершенствования способов подготовки экстрагента для диффузионного извлечения сахарозы из свекловичной стружки внесли учёные: П. М.Силин, А. Р. Сапронов, М. И. Даишев, И. Ф. Бугаенко, В. В. Спичак, А. А. Липец, В. А. Лосева, Р. С. Решетова, Ю. И. Молотилин, Л. И. Чернявская, Л. М. Осадчий и многие другие.
С учетом изложенного дальнейшие исследования по разработке способа очистки жомопрессовои воды и возврата её в производство в составе питающей воды для диффузионного процесса при уменьшенном расходе вспомогательных материалов являются актуальными.
Цель и задачи исследования. Исследования выполнялись в рам-
ках научно-исследовательской работы кафедры № 01200604095 «Разработка новых и совершенствование существующих технологий и оборудования сахарного производства». Основной целью работы являлась разработка эффективных способов очистки жомопрессовой воды с использованием комплекса физико-химических методов, обеспечивающих улучшение основных показателей экстрагента, диффузионного сока, в том числе микробиологических, с учётом качества сырья.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
выявление возможности использования обработки жомопрессовой воды различными видами магнитного поля с учётом состава сырья для повышения качества экстрагента, диффузионного и очищенного соков;
определение параметров импульсной магнитной обработки ЖПВ;
исследование влияния комбинированной физико-химической обработки жомопрессовой воды с использованием магнитных полей и химических реагентов на качество ЖПВ и диффузионного сока;
обоснование последовательности операций комбинированной обработки ЖПВ с учётом качества сырья;
проведение микробиологических исследований очищенной ЖПВ и диффузионного сока;
выполнение исследований по оптимизации режимов магнитной обработки с целью повышения эффективности физико-химической очистки жомопрессовой воды;
проведение исследований по влиянию способа подготовки экстрагента на состояние структуры свекловичной ткани при прессовании обессахаренной свекловичной стружки;
научно-практическое обоснование комбинированного варианта физико-химической очистки ЖПВ для диффузионного процесса;
лабораторно-производственные испытания разработанного варианта комбинированной физико-химической очистки ЖПВ.
Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применения магнитных полей при очистке производственных сахарсодержащих растворов для последующего их использования в качестве экстрагента при диффузионном обессаха-ривании свекловичной стружки.
Установлены зависимости качественных показателей производственных сахарсодержащих растворов от способа комбинированной физико-химической очистки экстрагента с использованием импульсной магнитной обработки и химических реагентов: сульфата алюминия, серной кислоты, сгущенной суспензии сока II сатурации, гипса и суспензии
гипса, полученного из осадка сока II сатурации.
Определены оптимальные условия проведения очистки жомопрессо-вой воды комбинированным физико-химическим способом с учётом качества перерабатываемого сырья.
Показано положительное влияние подготовки ЖПВ комбинированным физико-химическим способом на микробиологическую обсеме-ненность экстрагента и диффузионного сока.
В результате математической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, описывающие зависимости качественных показателей жомопрессовой воды и диффузионного сока от параметров магнитной обработки ЖПВ и комбинированной физико-химической ее очистки с применением карбонатной суспензии сока II сатурации.
Исследовано влияние степени прессования обессахаренной стружки на выход, качество жомопрессовой воды и структуру свекловичной ткани прессованного жома.
Установлено влияние способа подготовки питательной воды для диффузионного процесса на показатели жомопрессовой воды и структуру свекловичной ткани при глубоком прессовании обессахаренной свекловичной стружки.
Практическая значимость. По результатам научных исследований разработан способ подготовки ЖПВ для использования в качестве экстрагента, заключающийся в комбинированной физико-химической обработке с применением импульсного магнитного поля (ИМП), позволяющий повысить эффективность диффузионного извлечения сахарозы из свекловичной стружки.
С учетом полученных качественных и микробиологических показателей сахарсодержащих растворов выбраны рациональные условия проведения процесса физико-химической очистки ЖПВ с комбинированным применением ИМП и химических реагентов.
Предложено и экспериментально обосновано использование суспензии гипса (CaS04x2H20), полученного из суспензии сока II сатурации, совместно с ИМП для очистки ЖПВ с целью рационального использования побочных продуктов свеклосахарного производства.
Впервые исследовано влияние комбинированного способа подготовки питательной на качество ЖПВ, получаемых диффузионного, сату-рационного соков и структуру свекловичной ткани прессованного жома при глубоком прессовании обессахаренной свекловичной стружки.
Предложены аппаратурно-технологические схемы оптимального варианта подготовки жомопрессовой воды с применением комбинированной физико-химической очистки с учётом качества перерабатывае-
мого сырья.
Возможность использования комбинированной физико-химической подготовки жомопрессовой воды для диффузионного процесса подтверждена актом лабораторно-производственных испытаний на ООО «Хохоль-ский сахарный комбинат», р.п. Хохольский, Воронежской области.
Новизна технического решения подтверждена положительным решением на выдачу патента РФ на изобретение по заявке № 2009126406 (036745) «Способ очистки жомопрессовой воды» от 09.07.2009.
Научные положения, выносимые на защиту:
теоретическое и экспериментальное обоснование применения магнитных полей при очистке производственных сахарсодержащих растворов для последующего их использования в качестве экстрагента в диффузионном процессе извлечения сахарозы из свекловичной стружки;
величины параметров и технологические режимы проведения очистки жомопрессовой воды комбинированным физико-химическим способом при переработке свеклы различного качества, позволяющие улучшить качественные и микробиологические показатели производственных сахарсодержащих растворов;
технологические режимы подготовки питательной воды для диффузионного процесса, обеспечивающие уменьшение перехода несахаров в жомопрессовую воду при глубоком прессовании обессахаренной свекловичной стружки.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1, 2, 4 паспорта специальности 05.18.05 - «Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур».
Апробация работы. Основные положения работы к результаты экспериментальных исследований изложены и обсуждены на ежегодных расширенных заседания кафедры технологии сахаристых веществ ВГТА (2007 - 2010 гг.); докладывались на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (2007 - 2010 гг.); на XX Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Псков, 2008 г.); на III международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности (приоритеты развития)» (г. Воронеж, 2009 г.); на IX ежегодной международной научно-практической конференции «Новое в технологии сахара, оборудовании и компьютеризации» (г. Москва, 2009 г.).
Основные результаты исследований, выполненных автором, опуб-
ликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликована 21 печатная работа, в том числе 10 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ («Пищевая промышленность», «Сахар», «Сахарная свекла», «Вестник ВГТА»), получено положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 36 рисунков и 44 таблицы. Список использованной литературы включает 132 наименования, из них 18 работ зарубежных авторов.
Химические реагенты- применяемыепрточистке жомопрессовой воды
Клеточный» сок сахарной свекльг содержит высокомолекулярные соединения, (ВМЄ)5— белки; пектиновые: вещества; жиры и др. Длительное пребывание пригвысокоттемпературе вщиффузионном аппарате дополнительно обогащает клеточный соктакими/жекомпонентамишзтканиіклеточньїх стенок, причемтем;больше,чем!ниже:устойчивостьтканейхранившейсясвеклы [43,66, 107, ; Г081,:.1.10 - Ы2; Ш; 120; 124,. 126; 131 : Из: вскрытых: клеток наГ поверхности стружки этш компоненты; клеточного сока переходят В: диффузионный сок; обусловливаяшрисущую этому, соку склонность к. пенению [8, 75; 100]; Bs отличие от сахарозьь и низкомолекулярных несахаров? ВМС практически не способны, диффундировать из невскрытых клеток и поэтому. остаются в составе клеточного сока свежего жома: Именно по \ этош причине чистота отжатого сока; свежего жома; т.е. жомопрессовой воды,, значительно меньше (на 10 - 20 %) чистоты диффузионного сока.
При возврате жомопрессовой воды без предварительной очистки эти компоненты оказываются в составе экстрагирующего раствора, что приводит к осложнениям в.работе диффузионного- аппарата, в том числе к повышенному пенению. Несахара ЖИВ практически полностью переходят в состав диффузионного сока, затрудняя его последующую физико-химическую очистку. Поэтому при возврате, жомопрессовой воды целесообразно не ограничиваться-; ее стерилизацией, а предусматривать очистку, освобождающую от нежелательных компонентов. 1.2 Микробиологическая загрязнённость жомопрессовой воды
Микроорганизмы, поступая на сахарные заводы вместе с сырьём, речноши прудовой водой, а также с воздухом, интенсивно развиваются на всех стадиях технологического процесса при температуре ниже 75 Є и в продуктах с содержанием сухих веществ менее 70 %, что приводит к значительным потерямі сахарозы-[8, 58, 72].
По данным В.31 Находкиной [72], потери сахарозы за счёт жизнедеятельности микроорганизмов от поступления свеклы на завод до получения белого сахара-песка достигают 13 % массы t сахарозы, содержащейся в исходном сырье. Наиболее благоприятные условия- дляфазвитшг инфекции в, свеклосахарном производстве создаются на.начальных этапах технологического процесса - при мойке и резке свеклы, в диффузионных аппаратах. Если в период роста и хранения свеклы наибольший вред наносят мицелиальные грибы, то» в процессе переработки потери сахарозы связаны с жизнедеятельностью»бактерий [10, 53, 58, 72, 101, 118]. Состав жомопрессовой воды и условия ее получения на жомовых прессах являются благоприятными для развития микроорганизмов.
Количество микроорганизмов в жомопрессовой воде зависит от соблюдения оптимального режима её очистки и возврата в диффузионный аппарат. Наибольшую опасность представляют: спорообразующие бактерии рода Bacillus - Вас. subtilis, Вас. stearothermophilus, Вас. coagulans, Вас. brevis, Вас. mesentericus, Вас. megatherium и дрожжи. Факультативный анаэроб Bacillus stearothermophylus, споры которого способны выживать при 120 С в течение 75 мин - очень сильный продуцент молочной кислоты, преобразующий в нее до 95 % сброженной сахарозы. Подкисление среды происходит также под воздействием маслянокислих и молочнокислых бактерий в результате образования ими соответствующих кислот. Значительное количество сахарозы в процессе диффузии потребляют осмофильные дрожжи рода Saccharomyces при снижении температуры сока до 30 — 32 С. В 1 см3 жомопрессовой воды может содержаться от нескольких тысяч до нескольких миллионов микроорганизмов [10, 30, 33, 53, 58, 72].
Таким образом, жомопрессовая вода является источником вторичного микробиологического и химического загрязнениядиффузионного сока. Возврат жомопрессовой воды на диффузию без- ее предварительной подготовки недопустим. Поэтому во всех способах подготовки жомопрессовойt воды, к возврату ее стерилизация обязательна. Известным способом стерилизации жомопрессовой воды является ее нагревание до температуры не ниже 90 С, что практически, обеспечивает необходимую степень стерилизации [10, 22, 53, 58," 44, 72]. Однако, как показывает практика, одна лишь термическая стерилизация жомопрессовой воды не обеспечивает необходимую степень ее подготовки к повторному использованию в диффузионном аппарате.
Определение микробиологической; зараженности воды
Если молекула белка электронейтральна, то при наличии в окружающей среде молекул с каким-то приоритетным по знаку потенциалом, общий "потенциал среды будет иметь также вполне конкретную величину. Это приведет к тому, что молекула белка начнет изменять свою объемную ориентацию, т.е. деформироваться [61]. Следует учесть, что исследуемые нами системы имеют избыток воды, в которых все молекулы очень подвижны.
По нашему мнению, коагуляция белковых молекул сопровождается их пространственными изменениями. Т.к. макромолекула состоит из большого количества молекулярных групп, несущих определенный по знаку и величине электрический заряд, то из этого следует предположить, что в ограниченном пространстве создается множество магнитных полей. И эти магнитные поля, созданные внутри самой молекулы, оказывают воздействие на нее, т.е. цепочки молекулярных связей начинают претерпевать некоторые изменения, вызванные электромагнитными силами, в связи с чем в белковых молекулах должны возникать внутренние напряжения. До определенного значения эти изменения не очень заметны, однако может наступить такое состояние, при котором изменения на молекулярном уровне могут быть критические, т.е. произойдет деформация пространственной формы молекулы, которая может не сопровождаться разрывом структурных связей в молекуле. Вполне вероятно, что при определенных условиях может произойти разрыв некоторых внутримолекулярных связей, в том числе ковалентных, что приведет к качественному переходу одного вещества в другое.
Молекулы с большой молекулярной массой могут иметь слабо выраженную поляризацию. Они могут быть в целом нейтральны или нести какой-либо заряд, как например белки - отрицательный. Но внутри самой молекулы имеются заряженные радикалы (ветви, домены), на которые оказывает влияние внешнее магнитное поле. Ещё один важный фактор, определяющий поведение молекул компонентов системы в условиях магнитной обработки - наличие большого количества поляризованных молекул воды, входящих в гидратную оболочку веществ жомопрессовой воды. При установлении оптимальных параметров воздействия магнитного поля на жомопрессовую воду (индукция магнитного поля 0 25 Тл, продолжительность обработки 4,5 - 5,5 с) происходят колебания молекул ВМС, нарушение гидратной оболочки - часть молекул воды будет вытеснена- из ее первичного слоя- повысится доступность молекул ВМС для-взаимного соприкосновения друг с другом и другими молекулярными соединениями, что позволит формировать крупные агломераты ВМС.
При менее продолжительном- воздействии магнитных полей на жомопрессовую воду молекулы воды не успевают «вытесняться» из гидратной оболочки ВМС и их коагуляция не завершается.
При более продолжительном воздействии магнитных полей на жомопрессовую воду происходит частичное растворение образовавшегося осадка ВМС.
При продолжительности магнитной обработки до 4,5 с происходит уменьшение массовой доли общего азота и увеличение чистоты получаемого диффузионного сока, а более 7 с — незначительное увеличение массовой доли общего азота и уменьшение чистоты получаемого диффузионного сока, однако качественные показатели сока выше в сравнении с классическим способом подготовки жомопрессовой воды.
Непременным условием работы непрерывно действующих диффузионных установок с нормативными потерями сахарав жоме и отбором диффузионного сока является возврат на диффузию жомопрессовой воды. Типовым решением предусматривается возврат ее в диффузионную установку после термической стерилизации. Однако такой способ ее может вызвать ухудшение качества диффузионного сока [43, 59, 116,121].
Известно, что в процессе диффузии под воздействием относительно высокой температуры.часть нерастворимого протопектина клеточных стенок (с сопутствующими ему примесями - арабаном, галактаном) переходит в-растворимый пектин. Часть их из вскрытых клеток на поверхности стружки экстрагируется в диффузионный сок. Процесс этот тем интенсивнее, чем продолжительнее пребывание стружки в аппарате и хуже качество свекловичной стружки. Поэтому возврат в диффузионную установку неочищенной жомопрессовой воды с высоким содержанием гидратопектина приведёт к накоплению его в диффузионном соке [9, 42,43].
Положительное влияние на качество диффузионного сока оказывает присутствие в питательной воде солей двух- и трёхвалентных металлов, в. частности кальция и алюминия. Переход нерастворимого протопектина в растворимый гидратопектин связан с частичной деэтерификацией его при длительном воздействии относительно высокой температуры. В присутствии избытка указанных катионов такая деэтерификация пектина не будет связана с переходом в раствор, поскольку немедленно образуются нерастворимые пектаты, по крайней мере, на внешней поверхности стружки.
Сравнительно малая концентрация ионов в обычной питательной воде не исключает возможности накопления растворимых пектинов в клеточном соке. Поэтому целесообразно возвращаемую жомопрессовую воду подвергать химической очистке, что хорошо совмещается с необходимостью создания благоприятных условий среды для диффузионного процесса [42,43]. Очистка жомопрессовой воды сводится к воздействию на ее компоненты тех же катионов: А1 — в виде сернокислого глинозёма (А12(804)з), Са2+ - в виде гипса (CaS04x2H20) в условиях обработки импульсным магнитным полем.
Применение сульфата алюминия в условиях импульсной магнитной обработки жомопрессовои воды
Создание слабощелочной реакции среды ЖПВ и импульсная магнитная обработка (проба № 3) обеспечили в сравнении с контрольной (проба № 1) снижение количества мезофильно аэробных и факультативно-анаэробнах., микроорганизмов в 466 раза, слизеобразующих - в 241 раза; колонии термофильных, форм микроорганизмов, плесневых грибов и осмофильных. дрожжейбылиуничтожены полностью.
В пробе (№ 2), очищенной суспензией сока II сатурации; было»выявлено= снижение количества-МАФАнМ в 133 раза, слизеобразующих — в 69 раз; количество плесневых грибов уменьшилось в 100 раз, осмофильных дрожжей - в 150 раз по сравнению с контролем.
Средние-результаты микробиологических исследований диффузионных соков представлены в табл. 31.
Меньшей обсеменённостью обладали пробы полученного диффузионного сока с применением экстрагента пробы № 3,. в которой количество МАФАнМ снизилось примерно в 16 раз по сравнению с контрольной. Выявлено полная инактивация термофильных, слизеобразующих форм микроорганизмов, отсутствие роста в образцах плесневых грибов.и осмофильных дрожжей.
Очистка ЖПВ суспензией сока ІГ сатурации способствует в полученном диффузионном соке по сравнению с контролем. снижению количества МАФАнМ в 8 раз, слизеобразующих — в 13 раз, количество осмофильных дрожжей осталось неизменным. Рост термофильных форм микроорганизмов и плесневых грибов не наблюдался.
Создание слабощелочной среды (рН 8,8 - 9,2) ЖПВ внесением 0,5 % к массе воды суспензии сока П сатурации и обработка в импульсном магнитном поле приводит к существенному снижению общего количества микроорганизмов. Внесение раствора серной кислоты для снижения рНдо слабокислой среды (5,7 — 6,0) перед направлением экстрагента на диффузию способствует дополнительному подавлению микробиологической- активности в ЖИВ,, уменьшая при этом обсеменённость получаемого диффузионного сока.
Сравнивая полученные данные по микробиологическим исследованиям сахарсодержащих растворов, можно сделать вывод о наибольшей эффективности комбинированной физико-химической очистки ЖПВ с применением суспензии сока II сатурации. Такой способ подготовки обеспечивает снижение микробиологической загрязнённости (количество МАФАнМ) экстрагента в 6,3 раз больше, по сравнению с применением в условиях импульсной магнитной обработки раствора сульфата алюминия, и в 33,3 раза - с применением раствора серной кислоты в условиях ИМП: В1 отличие от комбинированной очистки ЖПВ с другими реагентами, такой вариант исключает присутствие в полученном диффузионном соке слизеобразующих форм микроорганизмов и осмофильных дрожжей.
Обеспечение отсутствия роста термофильных форм микроорганизмов и плесневых грибов в получаемых диффузионных соках при использовании физико-химической очистки со всеми тремя химическими реагентами является значительным, так как уничтожаются активные продуценты органических кислот, газов и других продуктов метаболизма.
Для оптимизации параметров обработки жомопрессовой воды в импульсном магнитном поле проводили исследования по взаимодействию влияющих на этот процесс факторов. Для этого бьши применены математические методы планирования. Математическое описание данного процесса может быть получено эмпирически. При этом его математическая модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментальных данных.
Последний фактор обусловлен существенным влиянием степени прессования на состав несахаров и остаточное содержание избыточной влаги в прессованном жоме, кроме того- от него зависит качество получаемой жомопрессовой воды. Параметры Х3 выбраны с учётом технических возможностей конструкций прессов, применяемых на современных сахарных заводах.
Все эти факторы совместимы и некоррелируемы между собой. Пределы измерения исследуемых факторов приведены в таблице 32.
Выбор интервалов изменения входных факторов обусловлен технологическими условиями проведения процесса очистки жомопрессовой воды. Критериями оценки (выходные факторы) влияния различных факторов на процесс очистки были выбраны: Yi - чистота жомопрессовой воды, % Y2 116 массовая доля общего азота в жомопрессовой воде, мг/см ; Y3 — чистота диффузионного сока, %; и Y4 - эффект очистки на диффузии, %. Выбор-выходных факторов обусловлен их наибольшей значимостью и определения эффективности процесса очистки жомопрессовой воды.
Опыты проводили по следующей методике: получали на специальных. ножах свекловичную стружку толщиной 2 мм, длина, 100- г стружки» 12 м, содержание брака 3 %, которую помещали в лабораторную диффузионную. батарею. Осуществляли диффузионный противоточный процесс в течение, 60 мин, при температуре 70 - 72 С, путем отвода диффузионного сока и подачи питательной воды. На лабораторном прессе получали жомопрессовую воду при следующих величинах давления в.зоне прессования: 1,0; 1,5; 2,0; 3,5; 4,0 МПа. Далее жомопрессовую воду подвергали очистке1 в импульсном магнитном поле. Параметры импульсного магнитного поля- изменяли в-следующих интервалах:
Затем проводили процесс экстракции сахарозы из свекловичной-стружки. В качестве питательной воды- для диффузионного- процесса использовали полученную ЖПВ, предварительно смешав её с подкисленной водопроводной водой. Экстрагирование сахарозы из свежей свекловичной стружки проводили при температуре 70 — 72 С и продолжительности 60 мин, рН питательной воды -5,7 - 6,0, соотношение ЖПВ : водопроводная вода : свекловичная стружка = 0,5 : 0,5 :1. Полученный диффузионный сок анализировали.
Для исследования было применено центральное композиционное ротатабельное униформпланирование, и был выбран полный факторный эксперимент 2. Порядок опытов рандомизировали посредством таблицы случайных чисел, что исключало влияние неконтролируемых факторов на результаты эксперимента. Опыты в каждой точке матрицы дублировали для повышения.точности.
Исследование влияния способа подготовки экстрагента на структуру свекловичной ткани
Анализ этих уравнений позволяет выделить факторы, наиболее влияющие" на рассматриваемый процесс. Например, чистота жомопрессовой воды (4.1), полученной при величине давления в зоне прессования» 3,0МПа добавлении суспензии сока П сатурации в количестве 0,5 % к массе воды, обработке ее в импульсном магнитном поле в течение 6 с, значении магнитной индукции 0,20 Тл составит 75,833-%. Давление в зоне прессования является более значимым фактором, по сравнению с остальными - больший коэффициент по модулю перед Х3 равный 2,882, далее по значимости идет «продолжительность магнитной обработки», коэффициент перед Xi равен 1,840. Увеличение этих параметров приводит к снижению чистотьь очищенной жомопрессовой воды знак - «-» у коэффициентов, стоящих перед Xi и Х3. Увеличение индукции магнитной обработки и количества вносимой суспензии сока II сатурации приведёт к повышению показателя чистоты ЖИВ — знак «+» перед Х2 и Х4.
Уравнения регрессии (4.2; 4.3), описывающих изменения выходных параметров эффектов очистки диффузионного сока и ИУО - Y2 и Y3 соответственно - имеют подобную значимость факторов. Наиболее значимый — Х4 - количество вносимого химического реагента. Ранее было установлено, что использование суспензии сока II сказывается не только на качественных показателях очищенной ЖПВ, но и диффузионного сока, вследствие обеспечения наименьшего перехода несахаров из свекловичной стружки в процессе диффузии. Использование жомопрессовой воды в качестве экстрагента, полученной при величине давления в зоне прессования 3,0 МПа и очищенной при добавлении суспензии сока II сатурации в количестве 0,5 % к массе воды и обработке ее в ИМП (т = 6 с, In = 0,20 Тл) обеспечит эффект очистки на диффузии равный 16,37 % (4.2) и эффект ИУО - 38,55 % (4.3).
Увеличение давления в зоне прессования при получении ЖПВ и продолжительности магнитной обработки приведут к снижению выходных параметров Y2 и Y3 знак - «-» у коэффициентов, стоящих перед Xi и Х3. Увеличение индукции магнитной обработки и количества вносимой суспензии сока II сатурации приведёт к повышению этих выходных параметров — знак «+» перед Хг и Х4.
Выход жомопрессовой воды при величине давления вазоне прессования 3,0 МПа, из обессахаренной свекловичной стружки, полученной) в процессе диффузии, где экстрагент подвергался комбинированной физико-химическош очистке (расход суспензии сока П сатурации 0,5 % к массе воды, обработкам ИМП: т = 6 с, In = 0;20 Тл) составит 56,70 % к массе жома. Давление в зонеь прессования является значимым» фактором, по сравнению с остальными — больший коэффициент по модулю перед Х3 равный 0,921. Увеличение этого фактора приведёт к повышению выхода ЖПВ - знак «+» перед Х3.
Таким образом, в результате выполнения серии опытов,. получены экспериментальные данные о влиянии факторов и построена математическая модель процесса, позволяющая рассчитать чистоту жомопрессовой воды, эффект очистки на диффузии и на станции дефекосатурации, выход жомопрессовой воды.
Был проведен выбор оптимальных условий процесса комбинированной физико-химической очистки жомопрессовой воды с использованием метода Харрингтона. Задача оптимизации процесса очистки жомопрессовой-воды с применением суспензии сока II сатурации в условиях импульсной магнитной обработке заключалась в поиске условий, при которых выходные параметры (Yi - Y4) достигают максимального значения.
Полученные уравнения регрессии (4.1 — 4.4) были использованы для решения задачи оптимизации процесса данной очистки. Частные функции имеют вид: dl = ехр [- ехр (- 8,784 + 0,134 Yj)], (4.9) d2 = ехр [- ехр (- 19,119 + 1,239 Y2)], (4.10) d3 = ехр [- ехр (- 45,575 - 1,216 Y3)], (4.11) 153 d4 = exp [- exp (- 30,950 + 0,560 Y4)]. (4.12) Значения частных функций желательности для всех точек плана, определенные по этим формулам с помощью программы MS Excel, приведены в таблице 43.
Значения частных функций и обобщённой функции желательности каждого опыта Оптимальным сочетанием входных факторов исследуемого процесса следует считать то, при котором полученный результат обобщенной функции желательности D имеет наибольший результат.
Для оптимизации процесса очистки жомопрессовой воды с применением суспензии сока П сатурации в условиях импульсной магнитной обобщенная функция желательности имеет максимально значение в опыте 20 и составляет 0,786. На основании этого результата оптимальным сочетанием входных факторов исследуемого процесса следует считать проведение комбинированной физико-химической очистки жомопрессовой воды при следующих условиях:
