4.04.2016

Usuwanie osadów z powierzchni grzejnej wyparki.

Gdy powierzchnia grzejna wyparki zarośnie osadem, wtedy jest utrudniona wymiana ciepła w wyparce (więcej ciepła musimy dostarczyć do wyparki, aby usunąć (odparować) taką samą ilość wody z soku. Osad taki należy wtedy usunąć. Usuwanie osadów z powierzchni grzejnej wyparki odbywa się za pomocą środków chemicznych.

Utworzony na powierzchni grzejnej wyparki siarczan wapnia usuwa się za pomocą gorącego roztworu sody:

CaSO₄ + Na₂CO₃ -> CaCO₃ + Na₂SO₄

A utworzony w tej reakcji węglan wapniowy oraz CaCO₃ wytrącony na powierzchni grzejnej wyparki podczas zatężania soku można usunąć za pomocą HCl.

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂CO₃

Usuwanie osadów z powierzchni grzejnej wyparki za pomocą HCl i Na₂CO₃ odbywa się podczas procesu „wygotowania wyparki.

SOK GĘSTY – otrzymany jest w procesie zatężania (zagęszczania) soku rzadkiego w aparatach wyparnych.

Skład soku gęstego różni się nieznacznie (poza zawartością wody) od składu soku rzadkiego w przypadku, gdy sok rzadki jest sokiem termostabilnym (odpornym na działanie wysokiej temperatury), czyli zawiera niewiele inwertu i amidów.

Gdy sok rzadki jest termolabilny (zawiera stosunkowo dużo inwertu i amidów), wtedy w wyparce zachodzą w znacznym stopniu reakcje rozkładu inwertu i amidów: powstają wówczas kwasy organiczne i związki barwne oraz ulatnia się z soku amoniak. Będzie następował duży przyrost zabarwienia soku podczas zatężania, spadek wartości pH i obniżenie alkaliczności soku. Wtedy skład soku gęstego będzie się znacznie różnił od składu chemicznego soku rzadkiego.

Rozpuszczalność sacharozy

Sok gęsty opuszczający wyparkę ma temperaturę 90°C i zawiera około 65% suchej substancji. W tej temperaturze jest roztworem nienasyconym, czyli z takiego roztworu nie można wykrystalizować sacharozy. Dlatego należy odparować dalsze ilości wody z soku, aby osiągnąć stan nasycenia, a następnie stan przesycenia roztworu, w którym sacharoza może dopiero wykrystalizować (warniki).

Rozpuszczalność związku (np. sacharozy) – wyraża liczbowo skład roztworu nasyconego tego związku, np. roztworu nasyconego sacharozą.

r=(ilość sacharozy/ilość wody) roztwór nasycony w temp. T, Cz=100%

$$r = \left( \frac{\text{Ck}}{W} \right)nas.;T,\ Cz = 100\%$$

g sacharozy/ g wody

Rozpuszczalność sacharozy w czystym roztworze zależy od temperatury.

Temperatura, ºC	Rozpuszczalność g cukru/g wody
20	około 2
100	4,6

Stężenie nasyconych roztworów sacharozy (rozpuszczalność sacharozy) w funkcji temperatury.

Rozpuszczalność sacharozy w roztworach technicznych (R) – (nieczystych) – definiuje się tak samo, jak w roztworach czystych z zaznaczeniem czystości roztworu, czyli jest to stosunek zawartości sacharozy (cukru) do zawartości wody w roztworze nasyconym, technicznym (nieczystym) o czystości Cz i w temperaturze T.

$$R = \left( \frac{\text{Ck}}{W} \right)nas.,\ T,\ Cz$$

Rozpuszczalność sacharozy w roztworach technicznych (nieczystych) będzie zależała od temperatury i od zawartych w nich niecukrów (Nc), czyli od czystości $\left( Cz = \frac{Ck \bullet 100}{\text{Bx}} = \frac{Ck \bullet 100}{\text{Ck}} + Nc \right)$.

Rozpuszczalność sacharozy w roztworach technicznych

Temperatura, ˚C	Czystość, Cz = 100%	Czystość, Cz = 60%
30	2,18	2,37
80	3,80	5,72

Rozpuszczalność sacharozy w roztworów technicznych
w funkcji temperatury i czystości.

Rozpuszczalność sacharozy w roztworze technicznym – typowa mieszanina niecukrów.

Większość niecukrów (typowa mieszanina niecukrów) występuje zazwyczaj w sokach cukrowniczych, dodana w małej ilości, zmniejsza rozpuszczalność sacharozy.

R<r

Po przekroczeniu minimalnej rozpuszczalności wraz ze zwiększeniem stężenia niecukrów następuje wzrost rozpuszczalności sacharozy. Przy pewnym stężeniu niecukrów rozpuszczalność sacharozy w roztworach technicznych równa się rozpuszczalności sacharozy w czystym roztworze (R=r, punkt M). Dalsze zwiększanie stężenia niecukrów w roztworach powoduje gwałtowny wzrost rozpuszczalności sacharozy (R>r).

Niecukry zwiększające i zmniejszające rozpuszczalność sacharozy

Niecukry, np. KCl w każdym stężeniu zwiększają rozpuszczalność sacharozy.

Niecukry np. inwert w każdym stężeniu zmniejszają rozpuszczalność sacharozy.

Zmiany rozpuszczalności sacharozy spowodowane obecnością niecukrów.

R<r R=r R>r

W technologii cukru wprowadzono pojęcie: współczynnik nasycenia (Wn) – który wskazuje ile razy rozpuszczalność sacharozy w roztworze technicznym (nieczystym, nasyconym) jest większa, równa lub mniejsza od rozpuszczalności sacharozy w roztworze czystym (nasyconym).

$$W_{n} = \frac{R}{r}\ \left( temp.,\ T \right)$$

Gdzie

$${R = \left( \frac{C_{k}}{W} \right)\text{nas.\ }\left( \text{techniczny} \right)\backslash n}{r = \left( \frac{C_{k}}{W} \right)\text{nas.\ }\left( \text{czysty} \right)}$$

Sacharoza może tworzyć roztwory przesycone.

Roztwór przesycony – wtedy, gdy więcej sacharozy rozpuściło się niż w roztworze nasycony.

Stan przesycenia – nadwyżka sacharozy w roztworze w stosunku do zawartości sacharozy w roztworze nasyconym.

Współczynnik przesycenia Wp

Czyste roztwory sacharozy $Wp = \frac{H}{r}\ \left( temp.,\ T \right),\ gdzie\ H = \left( \frac{\text{Ck}}{W} \right)przes.\ \ ;r = \left( \frac{\text{Ck}}{W} \right)\text{nas.}$

Techniczne roztwory sacharozy $Wp = \frac{H}{R}\left( temp.\ T,\ Cz \right),\ gdzie\ H = \left( \frac{\text{Ck}}{W} \right)przes.\ \ ;R = \left( \frac{\text{Ck}}{W} \right)\text{nas.\ }$

ROZTWORY PRZESYCONE

Wp > 1,  gdy H > R(tech),  lub H > r (czysty)

Wp = 1,  gdy H = R(tech),  lub H = r (czysty) ∖ nWp < 1,  gdy H < R (tech),  lub H < r (czysty)

Krystalizacja sacharozy

Samorzutne powstawanie zarodków krystalicznych w nieruchomym roztworze wymaga przypadkowego spotkania i połączenia od 80 do 200 cząsteczek sacharozy.

Strefy równowagi roztworu sacharozy

• Strefa metastabilna (Wp>1 do około 1,2) – wprowadzone do roztworu kryształy rosną, ale nie powstają nowe zarodki krystalizacji.

• Strefa pośrednia (Wp>1,2 do 1,4 – 1,6) – wprowadzone do roztworu kryształy indukują wytwarzanie nowych zarodków krystalizacji.

• Strefa labilna (Wp>1,4-1,6) – samorzutnie powstają zarodki krystalizacji po pewnym czasie wyczekiwania.

Technika krystalizacji cukru

Zgodnie z występowaniem trzech stref przesycenia w technologii cukru stosuje się trzy sposoby wytwarzania zarodków krystalizacji na początku gotowania waru, czyli tzw. „zarabiania cukrzycy”.

1) Zarabianie cukrzycy w strefie labilnej

a. metoda wyczekiwana (metoda przestarzała) – polega na zagęszczaniu soku do silnego stanu przesycenia tak, że powstają samorzutnie zarodki krystalizacji.

b. metoda „przez wstrząs” – nieco niższe przesycenie, jak w metodzie wyczekiwania. Polega ona na doprowadzeniu do warnika roztworu nienasyconego („dociąg”) lub powietrza. Wtedy następuje samorzutne powstawanie zarodków krystalizacji (nukleacja).

2) Zarabianie cukrzycy w strefie pośredniej

Metoda częściowego szczepienia – polega na wprowadzeniu porcji cukru (np. cukru pudru) lub tzw. zaszczepki (drobne kryształy zawieszone w roztworze alkoholu izopropylowego).

3) Zarabianie cukrzycy w strefach metastabilnych

Metoda całkowitego szczepienia polega na wprowadzeniu zarodków krystalizacji (zaszczepki) w liczbie równej liczbie kryształów, jaką ma zawierać cukrzyca po ugotowaniu.

∖n