Лабораторный-практикум-по-технологии-сахара. Практикум по технологии сахара утверждено научнометодическим советом итпм 28 декабря 2002 года

• Название: Практикум по технологии сахара утверждено научнометодическим советом итпм 28 декабря 2002 года
• Анкор: Лабораторный-практикум-по-технологии-сахара.doc
• Дата: 25.05.2018
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: Лабораторный-практикум-по-технологии-сахара.doc
• Тип: Практикум; #19632
• страница: 6 из 11

4.3. Определение цветности сахара-песка

Введение

Цветность сахара-песка является одним из важных показателей его качества и в основном определяется присутствием в кристаллах сахара продуктов карамелизации и щелочно-термического разложения редуцирующих веществ, меланоидинов и полифенольных комплексов. Все эти компоненты присутствуют в кристаллах сахара-песка в различном соотношении и оказывают суммарное влияние на его цветность. Характер включения красящих веществ в кристаллы сахара зависит от их химических свойств и технологических условий производства сахара-песка. Известно также, что между цветностью и зольностью сахара-песка имеется определенная взаимосвязь и чем выше цветность, тем выше его зольность. Этим, по-видимому, объясняется то, что основное количество красящих веществ, как и зольных элементов, содержится в пленке на кристаллах сахара.

Принципы измерения цветности растворов сахара-песка те же, что и темноокрашенных растворов. Однако этот анализ требует вы­сокой точности выполнения в виду незначительного содержания в са­харе-песке красящих веществ.

Так, например, при длине кюветы 1 см раствор сахара-песка концентрацией 50 %СВ поглощает всего 3 %падающего синего света, и даже небольшое помутнение, пузырек воздуха или загрязнение на ее стенке дают значительную ошибку измерения. Растворы сахара должны быть максимально концентрированными. Это всвою очередь затрудняетополаскивание кювет, а остатки воды, смешиваются с раствором, образуют полосы, рассеивающие свет.

Поэтому для определения цветности сахара-песка рекомендовано готовить растворы концентрацией 50 %по рефрактометру и анализи­ровать их в кювете длиной 5 см. Замер оптической плот­ности, обусловленной красящими веществами сахара, проводят при длине волны 420 нм, а присутствие взвешанных нерастворимых частиц по величине оптической плотности при 720 нм. При 720 нм /красный свет/ абсорбция света красящими веществами ничтожна.

Принцип метода анализа основан на определении оптической плотности раствора сахара-песка на фотоэлектроколориметре.

Реактивы:

- 0,1 н. раствор НСlили NаОН.

Приборы и материалы:

- фотоэлектроколориметр;

- рефрактометр;

- коническая колба вместимостью 250 см³.

Ход определения

100 г сахара-песка растворяют в 110 г дистиллированной во­ды, нагретой до 90 - 100° С в конической колбе вместимостью 250 см³.

Воду добавляют постепенно, перемешивая мягким покачиванием колбы до полного растворения сахара. Концентрация приготовленно­го раствора по рефрактометру должна быть 50 % ± 0,5 % сухих ве­ществ. Раствор фильтруют через бумажно-батистовый фильтр, или под разрежением /остаточное давление 8-15 кПа/ по методу ВНИИСП через 2 слоя батиста и фильтрационный тампон.

Первую порцию фильтрата /10-15 см³/ отбрасывают, а две пос­ледующие возвращают в воронку. Профильтрованный сахарный раствор доводят до рН 7  0,2, используя 0,1н. раствор HСlили NaОН, заливают в кювету длиной 5 см и помещают в кюветное отделение прибора.

В качестве эталона используют свежую дистиллированную воду, полученную с помощью дистиллятора Д-1 или других приборов с по­верхностью охлаждения, выполненной из стекла или нержавеющей ста­ли.

Оптическую плотность исследуемого сахарного раствора заме­ряют при длине волны 420 и 720 нм. После замера оптической плотности сахарного раствора уточняют его концентрацию. Для чего раствор берут на рефрактометрический анализ прямо из кюветы.

Расчеты:

1.Цветность сахара-песка в физических единицах определяют
по формуле

Ц_сах.= ,

где Ц – цветность сахара-песка, ед. опт. плотности;

1000 – установочный коэффициент;

СВ – содержание сухих веществ в растворе, замеренное рефрактоматрически, %;

d – плотность раствора, г/см³;

b– длина кюветы,см;

D₄₂₀ – оптическая плотность раствора сахара, замеренная при длине волны 420 нм. Ее подставляют в формулу без корреляции, если оптическая плотность раствора при 720 нм равна нулю. Если D₇₂₀  0, но не превышает 0,02, то в формулу подставляют расчетную (скорректированную) оптическую плотность

D₄₂₀ = D’₄₂₀ – 1,81  D₇₂₀,

где D’₄₂₀ - оптическая плотность раствора, измеренная при длине волны 420 нм;

1,81 – коэффициент, показывающий зависимость между оптической плотностью раствора сахара – песка при длинах волн 420 и 720 нм,

(Если D₄₂₀  0,02, то значение D₄₂₀ уточняют по формуле

D₄₂₀ = (D’₄₂₀  D’’₇₂₀ - D’’₄₂₀  D’₇₂₀) / (D’’₇₂₀ - D’₇₂₀)

D’’₄₂₀ , D’’₇₂₀ - значения оптической плотности нефильтрованного раствора при 420 и 720 нм;

D’₄₂₀ , D’₇₂₀ - значения оптической плотности фильтрованного раствора при 420 и 720 нм;

2. Цветность сахара-песка, выраженную в условных единицах, подсчитывают по формуле

Ц = Ц_сах / 130,

где Ц - цветность сахара-песка, усл.ед.;

Ц_{сах -} цветность сахара-песка, ед. опт. плотности;

130 - эмпирический коэффициент.

Контрольные вопросы

1. Какие основные требования к качеству сахара-песка зафиксирова­ны в ГОСТ 21-94?

2. 
   Почему о качестве сахара-песка судят по совокупности ряда его
   показателей?
   
3. 
   Что такое органолептические показатели качества сахара-песка?
   
4. 
   Как редуцирующие вещества влияют на качество сахара?
   
5. 
   На каком принципе основан метод определения РВ в сахаре-
   песке?
   
6. 
   Что такое кондуктометрическая зола?
   
7. 
   На каком принципе основано определение кондуктометрической золы?
   
8. 
   Какиеприборы используют для определения кондуктометрической золы?
   
9. 
   Почему оптическую плотность сахара-песка замеряют при
   двух длинах волн: 420 и 720 нм?
   

10. В каких единицах выражают цветность сахара-песка?

Лабораторная работа № 5

Определение сорбционных свойств адсорбентов, используемых для очистки сахарсодержащих растворов

Введение

Совершенствование технологии сахарного производства тесно связано с решением проблемы повышения выхода и качества сахара-песка. При этом главной задачей является вывод несахаров из сахарсодержащих растворов.

Одним из направлений решения данной проблемы является их удаление адсорбционными методами. В основе этих методов лежат процессы поглощения несахаров из сахарсодержащих растворов углеродсодержащими адсорбентами (активные угли, сажа, осадок СаСО₃) и ионообменными смолами (аниониты, катиониты).

Вещества, которые адсорбируют на своей поверхности несахара (молекулы, ионы, атомы), принято называть адсорбентами, а адсорбируемые несахара адсорбтивами или адсорбатами.

Несмотря на то, что углеродсодержащие адсорбенты и ионообменные смолы выполняют подобные технологические задачи по извлечению из сахарных растворов тех или иных несахаров, механизм их действия и способы осуществления значительно отличаются. Так, если углеродсодержащие адсорбенты поглощают активными центрами своей развитой поверхности несахара без выделения взамен в раствор других химических веществ, то ионообменные смолы вступают в ионообменные реакции. В результате этих реакций из раствора в ионообменные смолы переходят одни ионы, а из ионообменных смол в сахарсодержащий раствор выделяются другие ионы, но в количествах строго эквивалентных друг другу. Однако между адсорбентами и ионитами нет строгой границы, так как многие адсорбенты обладают свойствами ионитов и адсорбентов.

Наиболее широко адсорбционные процессы практикуются в сахарорафинадном производстве, где основной задачей является выпуск сахара-рафинада более высокого качества, чем обычный сахар-песок, вырабатываемый сахарной промышленностью в соответствии с ГОСТ 21-94. Вместе с этим в настоящее время наработаны также способы использования углеродсодержащих адсорбентов для очистки продуктов свеклосахарного производства. Их применение для обесцвечивания сахарных растворов позволяет дополнительно повысить чистоту сиропа с клеровкой на 0,5-0,7%, уменьшить образование пены и время уваривания утфелей на 15-20%, улучшить качество сахара-песка и повысить его выход в среднем на 0,1% к массе сырья.

При выборе адсорбентов для красящих веществ сахарной и крахмалопаточной промышленности необходимо знать химический состав и технологические свойства сырья. Однако ни одна технологическая задача не может быть успешно решена без учета и знания свойств адсорбентов и адсорбатов.

Цель работы – изучение кинетики адсорбции красящих веществ сахарных растворов на активных углях.

5.1. Определение влияния СВ сахарных растворов на кинетику адсорбции красящих веществ на активном порошкообразном угле

Введение

Для адсорбционной очистки сахарсодержащих растворов в сахарном производстве применяют активные гранулированные угли типа АГ и АГС, а также порошковые угли типа карборафин, ОУЛ-А и другие. Имеются также предложения по использованию таких углеродсодержащих сорбентов, как ацетиленовая сажа АД-200, углеродистые волокна, лигниновая мука и мезопористые угли. Эти адсорбенты по сорбционной способности к красящим веществам можно расположить следующим образом: ОУЛ-А – карборафин – ацетиленовая сажа АД-200 – углеродистые волокна – лигниновая мука – мезопористые угли.

Углеродистым адсорбентам свойственна высокая пористость и поэтому они обладают большой адсорбционной поверхностью. Так, например, в 1 г активного гранулированного угля эта поверхность может достигать 500 – 600 м², а в 1 г порошкового угля – до 1400 м².

М.М.Дубинин предложил поры активных углей делить на три группы: микропоры, переходные поры и макропоры. Эффективные радиусы микропор оцениваются в пределах 1,2 – 2,5 нм, переходных – 710^-9 – 1,710^-8 м и макропор – 10^-7 – 10^-6 м.

Наиболее благоприятными для адсорбции красящих веществ сахарного производства являются переходные поры. Они занимают промежуточное положение между микро – и макропорами. Их эффективные радиусы находятся в пределах от 2  10^-9 до 20  10^-8 м.

Адсорбционные процессы характеризуются тремя стадиями: внешней и внутренней диффузией адсорбтива и непосредственно его адсорбцией. Стадия внешней диффузии заключается в том, что несахара диффундируют от основной массы растворенного вещества к наружной поверхности адсорбента. В стадии внутренней диффузии этот процесс продолжится внутри порового пространства адсорбента. В третьей стадии осуществляется адсорбция, при которой несахара (красящие вещества) притягиваются к поверхности пор под влиянием межмолекулярного взаимодействия.

Скорость процесса адсорбции определяется стадиями внешней и внутренней диффузии удаляемых из сахарсодержащего раствора несахаров.

Процесс сорбции адсорбирующейся молекулы можно условно разделить на ряд стадий: перенос молекулы из внешнего раствора к поверхности адсорбента (внешняя диффузия), собственно сорбция молекулы на адсорбенте, перенос молекул по порам угля (внутренняя диффузия).

Кинетика процесса адсорбции связана со скоростью диффузии адсорбата в контактирующих фазах и определяет время, в течение которого наступает состояние равновесия в системе «адсорбент - адсорбат».

Скорость диффузии во внешнем растворе определяется свойствами растворителя и растворенных в нем веществ, а скорость внутренней диффузии, в первую очередь, обусловлена доступностью поверхности адсорбента для молекул адсорбата. Как правило, для крупных молекул красящих веществ сахарного производства внутренняя диффузия является лимитирующей стадией всего процесса. В связи с этим одной из главных характеристик пригодности адсорбента к очистке сахарсодержащих растворов является время достижения состояния насыщения.

Активность адсорбента зависит от размера молекул адсорбтива, если размер его пор лимитирует внутреннюю диффузию молекул несахаров. С повышением температуры, вследствие теплового движения молекул, адсорбция уменьшается, поэтому адсорбционное равновесие системы необходимо рассматривать при постоянной температуре.

С увеличением концентрации сухих веществ (СВ) сахарного раствора, а значит и его вязкости, процесс внешней диффузии должен замедляться и увеличиваться время достижения состояния равновесия. Если сахароза не сорбируется активным углем, то увеличение ее концентрации (СВ) приведет к снижению лишь кинетических свойств системы и не повлияет на ее сорбционные свойства. Напротив, сорбируемость сахарозы на активном угле, наряду с ухудшением кинетических свойств, приведет также и к уменьшению величины равновесной адсорбции несахаров (красящих веществ).

Цель анализа – определить адсорбционную способность различных активных углей.

Принцип анализа основывается на определении времени достижения состояния равновесия (насыщения адсорбента красящими веществами) и соответствующей насыщению величины адсорбции красящих веществ в зависимости от концентрации сахарозы. При этом особое внимание следует уделить интервалу СВ в пределах 40-55%.

Реактивы:

- 1,0 н. раствор кислоты (HCl);

- 1,0 н. раствор щелочи (NaOH).

Приборы и материалы:

- рН-метр;

- водяная баня, желательно со встряхивателем;

- колбы вместимостью 250 см³ с обратным холодильником;

- аналитические весы;

- фотоэлектроколориметр или цветомер;

- воронка Бюхнера;

- перлит;

- х/б вата.

Подготовка эксперимента

1. Приготовление сахарсодержащих растворов. Около 50 г свеклосахарной мелассы разбавляют 800 см³ дистиллированной водой, нагретой до 80-100ºС. Полученный раствор фильтруют через слой перлита, равномерно намытый на воронку Бюхнера. Для этого на перфорированную поверхность воронки кладут кружок из фильтровальной бумаги и слой ваты, предварительно смоченной водой. В отдельной емкости отвешивают 0,5 – 0,7 г перлита и, добавляя к нему дистиллированную воду, готовят суспензию. Суспензию наливают на фильтрующую поверхность воронки Бюхнера под небольшим разрежением, контролируя равномерность образуемого на ней слоя перлита. Намытый таким образом фильтрующий слой осторожно промывают дистиллированной водой из расчета 100-150 см³ так, чтобы не образовывать в нем «промоин». Промывание осадка перлита ведется до исчезновения мутности в промывной воде.

Чтобы исключить повреждение фильтрующего слоя перлита вначале заполняют воронку Бюхнера раствором мелассы и лишь, потом подключают разрежение.

Фильтрованный раствор охлаждают, доводят 1,0 н. раствором кислоты или щелочи до рН 6,5 – 7,0 и определяют в нем оптическую плотность на фотоколориметре при светофильтре λ –560 нм и длине кюветы 10 мм. Затем водой или мелассой доводят его оптическую плотность до 1,2 – 1,3. После чего, добавляя сахар - рафинад, готовят на его основе растворы ( 400 см³) разной концентрации по сухим веществам (СВ, %). Доводят содержание сухих веществ сахарсодержащего раствора до нужного значения, контролируя концентрацию СВ по рефрактометру.

Массу добавляемого рафинада рассчитывают по упрощенной формуле, полученной из материального баланса по сухим веществам

,

где m – масса сахара-рафинада, г;

V – объем начального раствора, см³;

СВ₁, СВ₂ - концентрация сухих веществ, соответственно, исходного и конечного растворов, %.

d₁, d₂ - соответственно плотность исходного и конечного раствора, г/ см³, (определяется по таблице П.М.Силина в зависимости от содержания СВ);

Приготовленные растворы являются исходными для проведения экспериментов.

Определение влажности активного угля

Для получения сопоставимых результатов в расчетах необходимо использовать активный уголь, высушенный до постоянной массы.

Поэтому заблаговременно необходимо определить влажность исследуемого угля.

Приборы и материалы:

- сушильный шкаф;

- аналитические весы;

- эксикатор;

- стеклянные бюксы;

- активный уголь.

При выполнении данного анализа в предварительно взвешенный стеклянный бюкс берут около 1 г активного угля. Точность взвешивания на аналитических весах составляет 0,002г. Взвешенный бюкс с углем помещают в сушильный шкаф при температуре 105-110ºС и сушат в течение одного часа с открытой крышкой бюкса. После чего бюкс закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Анализ для установления влажности активного угля проводят параллельно в двух бюксах.

Расчеты:

Содержание влаги (Х) в процентах вычисляют по формуле

,

где m – масса бюкса с крышкой, г;

m₁ - масса бюкса с крышкой и навеской до высушивания, г;

m₂ – масса бюкса с крышкой и навеской после высушивания, г.

Допускаемые расхождения между результатами 2-х параллельных опытов не должны превышать 0,4%.

Проведение эксперимента по определению кинетики адсорбции красящих веществ

Ход определения

Полученные растворы с оптической плотностью 1,2 –1,3 и разным содержанием СВ заливают в 2 колбы, вместимостью 250 см³. Объем раствора в каждой колбе составляет по 200 см³.

На бумажном фильтре с погрешностью не более 0,01 г взвешивают около 1 г активного угля.

Затем 2 колбы с анализируемым раствором и снабженные обратными холодильниками помещают в водяную баню с температурой 80ºС - 85ºС.

После чего в первую вносят навеску угля массой 1 г и засекают время. В процессе адсорбции колбы периодически встряхивают.

Через определенные промежутки времени из обеих колб одновременно отбирают по 10-15 см³ сахарсодержащего раствора, фильтруют через бумажный фильтр, охлаждают и замеряют его оптическую плотность. Замеры рекомендуется проводить через 5, 10, 20, 30, 60 мин после начала процесса, а затем через каждые 20 –30 мин до достижения состояния равновесия. Обесцвечивание прекращают, если рассчитанные величины адсорбции двух смежных проб отличаются не более чем на 3-5%. По полученным анализам рассчитывают величину адсорбции.

Поскольку в процессе нагревания возможно образование новых красящих веществ, то при расчете величины адсорбции за Д_н необходимо брать оптическую плотность раствора в колбе без адсорбента.

Экспериментальные данные и результаты вычисления записывают в представленную ниже табл. 5.1.
Таблица 5.1

СВ раствора, %	Навеска угля, m, г	Время контакта сорбента с раствором, мин	Оптическая плотность D по истечении времени 		Текущее значе-ние адсорб-ции, а	Равно-весное значение адсорб-ции, а	Степень завер-шения процес-са адсорб-ции, F
			Dк	Dн
1	2	3	4	5	6	7	8

Рекомендуемые значения сухих веществ: 40; 45; 50; 55; 60; 65%. По полученным данным для каждого значения СВ строят графики а_ =ƒ(τ) и F=ƒ(τ).

Имея указанные графики для всех значений СВ, строят зависимости а_=ƒ(СВ) и τ_равн= ƒ(СВ), где τ_равн - время достижения состояния насыщения при данном СВ (время, соответствующее а_).

Расчеты:

Величину адсорбции рассчитывают по формуле



где а_ - величина адсорбции, достигнутая к моменту времени τ;

D_н - оптическая плотность раствора до адсорбции (оптическая плотность раствора без обработки активным углем по истечении τ_мин нагревания, как и в опыте с адсорбентом);

D_к - оптическая плотность раствора, обработанного активным углем, по истечении τ_мин контакта сорбента с раствором;

m_с - навеска сорбента, в пересчете на сухой активный уголь, г, рассчитывают по формуле

,

где m_вл - масса влажного сорбента, г;

х – влажность сорбента, %.

Степень завершения процесса адсорбции F рассчитывают по формуле

,

где а_ - текущее значение адсорбции;

а_ - равновесное значение адсорбции.

5.2. Определение влияния СВ сахарных растворов на характер изотермы адсорбции их красящих веществ

Введение

Сорбируемость вещества на адсорбенте характеризуется графиком, называемым изотермой адсорбции. Изотерма адсорбции устанавливает зависимость между концентрацией адсорбируемого вещества в растворе и на адсорбенте при установившемся равновесии в системе.

Графическая зависимость адсорбции от равновесной концентрации адсорбтива при постоянной температуре описывается уравнением Фрейндлиха

А =   С^1/n ,

где А – масса вещества, адсорбированного единицей массы адсорбента;

 и 1/n – константы адсорбции, характерные для данного процесса, их значения находят по эмпирическим данным или определяются из графика, построенного в логарифмической форме уравнения

Lg А = lg  + 1/n lg C.

На ординате прямой данного графика отсекается отрезок lg  , а тангенс угла наклона прямой к абсциссе дает величину 1/n.

С – равновесная концентрация вещества, установившаяся после адсорбции.

При небольших концентрациях масса адсорбированного вещества пропорциональна его концентрации в растворе, что выражается начальной частью изотермы адсорбции. А в концентрированных растворах, когда поверхность адсорбента насыщается адсорбированным веществом (конец изотермы адсорбции), наступает предел адсорбции и дальнейшее увеличение его концентрации в поверхностном слое становится невозможным. Поэтому начало и конец изотермы адсорбции близки к прямой линии и здесь уравнение Фрейндлиха не всегда применимо.

Присутствие сахарозы будет оказывать влияние на сорбируемость красящих веществ на активном угле.

Цель анализа - определить характер влияния концентрации сахарозы на сорбируемость красящих веществ активным углем.

Приборы и материалы:

- фотоколориметр или цветомер;

- рН-метр;

- водяная баня, снабженная встряхивателем;

- колбы вместимостью 250 см³ с обратным холодильником;

- вата хлопчатобумажная;

- перлит;

- активный уголь;

- свеклосахарная меласса.

Ход определения

Приготовление растворов. При проведении опытов для каждого значения СВ необходимо приготовить ряд растворов с последовательно уменьшающейся оптической плотностью от максимально- до минимально- возможной. Их готовят путем последовательного разбавления наиболее окрашенного исходного раствора. Для его получения свеклосахарную мелассу разбавляют горячей дистиллированной водой до нужного значения СВ (объем раствора не менее 300 см³). Затем раствор фильтруют через слой перлита (как проводили в разделе 5.1.). Из полученного объема отбирают 200 см³, добавляют 100 см³ дистиллированной воды и, вводя в раствор мелассы сахар-рафинад, доводят его СВ до нужного значения по рефрактометру (ориентировочное количество сахара-рафинада рассчитывают по формуле, приведенной в разделе 5.1.).

Таким же образом получают остальные растворы (всего 4-5 шт.). В растворах измеряют оптическую плотность, которую записывают в табл. 5.2.

Ход определения

Предварительно отвешивают на фильтрованной бумаге (лучше фольге) около 1 г активного угля с известной влажностью. Количество таких навесок должно соответствовать количеству приготовленных проб сахарсодержащих растворов с различной оптической плотностью. Массу навесок активного угля записывают в табл. 5.2 с точностью до 0,01 г. Приготовленные растворы объемом 100 см³ переводят в колбы вместимостью 250 см³, которые затем закрывают пробками с обратными холодильниками и помещают в водяную баню температурой 80 - 85 ºС. По истечении 10 мин в колбы вносят навески активного угля и снова помещают в водяную баню на время, достаточное для достижения состояния адсорбционного равновесия. Данное время зависит от СВ раствора и определяется кинетикой адсорбции их красящих веществ (см. раздел 5.1.). По истечении данного времени колбы извлекают из водяной бани и измеряют объем их раствора. Если за счет испарения объем раствора уменьшился, то его доводят дистиллированной водой до 100 см³ и фильтруют. Фильтрат охлаждают до 20 ºС и затем на фотоэлектроколориметре или цветомере замеряют его оптическую плотность.
Расчеты:

Величину адсорбции (а) рассчитывают по формуле

,

где D_н, D_к - начальная и конечная оптическая плотность сахарного раствора, ед. опт. плотности;

m_с - навеска активного угля в пересчете на сухой, г.

Результаты измерений и расчетов заносят в табл. 5.2.

Таблица 5.2

СВ, %	Объем раствора, см3	Масса адсорбента mс, г	Оптическая плотность		Величина адсорбции, а
			Начальная Dн	Конечная Dк
1	2	3	4	5	6

Рекомендуемые значения сухих веществ: 40; 45; 50; 55; 60; 65%.

По полученным данным для каждого значения СВ строят графики изотермы адсорбции a=ƒ(D_к).

Пользуясь методом наименьших квадратов с помощью ЭВМ по данным D_к и а получают уравнение изотермы адсорбции вида а = К Dⁿ_к ,

где k, n - эмпирические коэффициенты.

По расчетным данным строят графики.

Далее строят графики зависимостей коэффициентов k, n от СВ сахарных растворов: k=ƒ(CB); n=ƒ(CB) и методом наименьших квадратов рассчитывают соответствующие уравнения этих зависимостей.

Контрольные вопросы

1. Какие адсорбенты используют в сахарном и крахмалопаточном производствах?

2. С какой целью используют адсорбенты в сахарном и крахмалопаточном производствах?

3. На каком принципе основано удаление несахаров из сахарсодержащих растворов с использованием адсорбентов?

4. Чем обусловлена сорбционная способность углеродсодержащих адсорбентов?

5. Какими стадиями обуславливается скорость процесса адсорбции?

6. Что такое кинетика адсорбции и что она определяет?

7. Что такое состояние равновесия в системе «адсорбент - адсорбат»?

8. От чего зависит активность адсорбента?

9. Что такое степень завершения процесса адсорбции и как ее рассчитывают?

10. Что такое изотерма адсорбции и для чего ее следует определять?

11. Каким уравнением описывают изотерму адсорбции и что характеризуют его константы?

12. Почему для каждой концентрации СВ сахарного раствора следует строить графики изотермы адсорбции?
Лабораторная работа № 6

Определение обменной емкости ионитов, применяемых для очистки сахарных растворов

Введение

Ионный обмен представляет собой стехиометрическое замещение: в обмен на каждый эквивалент одного иона, поглощенного из раствора, ионообменная смола отдает в раствор один эквивалент другого иона с зарядом того же знака. Ионный обмен является обратимым химическим процессом и осуществляется с помощью ионообменных смол. Ионообменные смолы представляют собой адсорбенты, в которых к матрице органического полимера привиты ионообменивающие группы. Их поверхность может иметь отрицательный или положительный заряд. В первом случае иониты адсорбируют только катионы с заменой любого из них на ион водорода. Они имеют кислый характер и называются катионитами. Другие иониты, имеющие основной характер, называются анионитами.

В зависимости от химического состава и степени диссоциации катиониты делятся на сильнокислые и слабокислые, а аниониты на сильноосновные и слабоосновные. Кроме того, существуют амфотерные иониты, способные осуществлять одновременно катионный и анионный обмен.

В сахарной промышленности ионообменные смолы применяют для деионизации, обесцвечивания соков и сиропов с клеровкой перед кристаллизацией. В производственных условиях ионный обмен проводится в динамическом режиме путем пропускания сиропа через реактор, заполненный ионообменной смолой.

В инструкции по химико-техническому контролю и учету сахарного производства рекомендуется методика определения неучтенных потерь сахара на диффузионной установке ускоренным методом ВНИИСП на основе использования колонок с катионообменными смолами.

К основным показателям ионитов для очистки сахарсодержащих растворов относят их обменную емкость, влагоемкость, константы ионизации и селективности, набухание, механическую прочность и термическую устойчивость.

Обменная емкость ионитов – величина непостоянная и зависит от условий их эксплуатации и метода расчета. Различают статическую, динамическую и полную (общую) емкость ионитов.

Статическая обменная емкость характеризуется количеством ионов, поглощенных ионитом в условиях равновесия. Динамическая (рабочая) обменная емкость определяется пропусканием раствора определенной концентрации с постоянной скоростью через колонку с ионитом. При этом определяют ту часть обменных ионов, которая в данных конкретных условиях принимает участие в ионном обмене. Полная обменная емкость (Е) определяет содержание в ионите всех активных групп, при которых имеются обменные ионы. Она не зависит от природы этих групп и природы обменных ионов. Величина Е является постоянной и выражается в мг-экв на 1 г сухого ионита.

6.1. Определение полной обменной емкости катионита