Теоретичні відомості

До складу мінеральних речовин сировини й продуктів цукробурякового виробництва входять солі кальцію, калію, натрію, магнію, заліза, алюмінію, сірчаної, соляної, фосфорної і деяких органічних кислот,а також сліди рідкісних та важких металів (Rb, Cs, V) [1,5].

У цукрових буряках міститься від 0,5 до 1,5 % мінеральних речовин, якісний і кількісний склад яких значно впливає на весь технологічний процес одержання цукру і на його якість.

Показником загального вмісту мінеральних речовин у продуктах є зола. Золою називають залишок, що одержують після повного спалювання органічних речовин досліджуваних продуктів.

Існують хімічні і електрометричні методи визначення золи [1].

До хімічних методів спалювання належать карбонатний, сульфатний методи і метод добавок.

Карбонатний метод полягає в повному сухому озоленні 1-2 г продукту без додавання будь-яких речовин і кількісному визначенні вмісту золи. Сухе озолення – тривалий і складний процес (5 год). Органічна частина речовини спалюється при температурі, що викликає плавлення карбонатів і хлоридів лугів. Плавлена маса обволікає поверхню продукту, перешкоджає доступу кисню і спалювання проходить складно й неповно. Тому краще використовувати методи спалювання за наявності реактивів, що діють як окисники і переводять всі неорганічні елементи у відповідні солі або змінюють фізичні властивості продукту так, що процес озолення прискорюється.

Сульфатний метод визначення золи, запропонований К.Шейблером і видозмінений Г.Райхе, полягає в тому, що речовину спалюють разом із сірчаною кислотою при t = 550°С і 650°С [1]. Сірчана кислота спочатку обвуглює продукт, а потім окиснює вуглець, що утворився, до СО, перетворюючись при цьому на сірчисту кислоту:

C + H₂SO₄ ® CO + SO₂ + H₂O.

Всі карбонати і хлориди перетворюються в сульфати, що не плавляться (температура плавлення СаSO₄ – 1450 °С). Тому спалювання проходить швидко, легко.

Молекулярна маса сульфатів більша, ніж карбонатів і хлоридів. Експериментально встановлено, що карбонатна зола становить 90% сульфатної. Тому для перерахунку сульфатної золи в карбонатну кількість сульфатної золи слід помножити на коефіцієнт 0,9.

Метод добавок полягає в озоленняі досліджуваних продуктів з додаванням інертних неплавких домішок. Дія домішок механічна – їх часточки змішуються із золою, перешкоджають обволіканню обвугленої маси, завдяки чому значно прискорюється процес спалювання (40…45 хв) [1,5]. Як добавки рекомендують застосовувати MgO, BaCO₃ i CaCO₃. Для обчислення масової частки карбонатної золи віднімають масу добавок.

Кондуктометричний метод визначення золи грунтується на вимірюванні питомої електричної провідності цукрових розчинів і є офіційно прийнятим Міжнародною комісією з уніфікованих методів аналізу цукрових продуктів [2,6].

Чиста вода та розчин сахарози майже не проводять електричного струму. Найменші домішки солей, кислот і лугів, що дисоціюють у воді на іони, посилюють електропровідність води. Тому електропровідність водних розчинів пропорційна концентрації наявних у ній іонів,яка залежить від концентрації електролітів, ступеня дисоціації і рухливості іонів. Для вимірювання кондуктометричної золи використовують кондуктометри, шкали яких проградуйовані в сименсах, або за вмістом золи типу КЛЗ-1, або КД-30, КЕЛ-1М, КЕЛ-1М2 (рис. 3.1).

Рис.3.1. Кондуктометри марок КЕЛ-1М (а) і КЕЛ-1М2 (б)

Вміст золи в продуктах цукрового виробництва коливається від 0,027…0,04 часток відсотка у білому цукрі до кількох відсотків у мелясі. Тому під час визначення кондуктометричної золи потрібно відповідно розбавляти розчини. В офіційному методі ICUMSA прийнято для визначення кондуктометричної золи застосовувати розчини білого цукру з вмістом 28% сухих речовин і інших продуктів цукробурякового виробництва, що містять 5 г сухих речовин в 100 см³ розчину [2,6].

Методи визначення калію, кальцію та магнію розділяються на хімічні і фізико-хімічні. До хімічних методів належить комплексометричний метод визначення кальцію та магнію, до фізико-хімічних – спектрофотометрія елементів кальцію, калію і натрію.Для визначення калію найбільш поширені методи осадження, фотометричний і колориметричний, що використовуються в бродильному виробництві для аналізу меляси, барди та дріжджів [5].

Комплексометричний метод визначення кальцію та магнію. Метод визначення вмісту солей кальцію і магнію полягає в утворенні внутрішньокомплексних сполук іонів металів із спеціальними комплексоутворювальними реагентами – комплексонами, до складу яких входять амінооцтові сполуки [5].

До важливих комплексонів належить динатрієва сіль етилендіаміно-тетраоцтової кислоти, що легко розчиняється у воді, відома під назвою трилон Б.

Реакція утворення розчинних у воді, але дуже міцних внутрішньо-комплексних сполук проходить за схемою:

NаOOCH₂C CH₂COOH

\ /

N—СH₂—СH₂—N + Ca²⁺®

/ \

HOOCH₂C CH₂COONa

--OOCH₂C CH₂COO

® Na⁺N—СH₂—СH₂—NNa⁺ + 2H⁺

OOCH₂C CH₂COO^---

Для зміщення реакції зліва направо потрібно нейтралізувати водень, що утворюється, надлишком лугу. Тому для створення більш стійкого комплексу титрування проводять у лужному середовищі за рН 8…10, яке створюють додаванням аміачного буферного розчину (суміш рівних об‘ємів 20 % NH₄Cl і 20 % NH₄OH). Кінець (повноту) комплексоутворення визначають за допомогою спеціальних органічних індикаторів, які належать до азобарвників: хромоген чорний, кислотний хромовий синій та кислотний хромовий темно-синій.

Недоліком запропонованих індикаторів є вплив домішок, що міститься у воді, на результати визначення. Наприклад, при наявності у розчині іонів Сu²⁺, точка еквівалентності не чітка. Шкідливий вплив іонів Сu²⁺ усувається додаванням кількох крапель 2 %-ного розчину Na₂S [1].

Комплексометричний метод визначення солей кальцію і магнію належать до експресних і широко використовується для визначення твердості води, а також у контролі цукробурякового і бродильного виробництв (аналіз барди).

У цукробуряковому виробництві розчинні солі кальцію утворюються під час дефекосатураційного очищення дифузійного соку й негативно впливають на такі технологічні процеси одержання цукру: спричиняють утворення осаду на поверхні нагрівання випарної станції, що призводить до зниження коефіцієнта теплопередачі; зростає тривалість уварювання утфелів, збільшується розкладання цукрози на верстаті, підвищується вихід меляси [7,8]. Тому точне визначення вмісту солей кальцію і магнію у соку ІІ сатурації має велике значення для контролю технологічного процесу цукробурякового виробництва.

Трилон Б вступає в реакцію комплексоутворення як із катіоном кальцію, так і з рядом інших катіонів (Mn²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺ і т. ін.) Оскільки в продуктах цукрового виробництва переважають катіони Ca²⁺ та Mg²⁺, то цим методом визначають їх загальний вміст, який виражають в умовних одиницях % СаО.

Комплексометричний метод належить до експресних і широко використовується для визначення жорсткості води, а також у контролі цукробурякового виробництва.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Аналіз одержання результатів. Висновки рекомендації.	\|	Завдання на виконання роботи

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.