超声强化亚硫酸与氢氧化钙中和反应及其在蔗汁澄清中应用的研究

论文摘要

蔗汁的澄清是糖厂处理成本高、技术难度大的工序，其效果的好坏是白砂糖产品质量和产量的主要决定因素，如何提高成品糖的质量及简化流程一直是制糖界研究的热点。蔗汁的澄清工艺主要有石灰法、碳酸法、亚硫酸法等，其中亚硫酸法是目前普遍采用的方法，该方法澄清效果较好，工艺流程简单，但也常常存在白砂糖二氧化硫残留量偏高等问题，影响成品糖质量，降低了制糖企业的市场竞争力。本文通过引入超声波强化澄清硫熏过程，以期提高蔗汁的澄清效果，降低二氧化硫残留量，主要研究内容有：（1）研究超声波功率、作用方式、作用时间等因素对水溶液中亚硫酸与氢氧化钙中和反应析出沉淀的影响。结果表明超声作用的最佳方式是开始滴加石灰乳中和之时，最适功率为200 W，在此条件下Ca2+残留量和SO32-残留量与无超声波作用相比分别相对降低9％和47％．（2）通过记录亚硫酸钙沉淀过程溶液电导率变化，进行一级反应动力学方程的拟合，并研究了超声作用和无超声作用下晶核生成以及晶体长大过程的动力学方程，得出最佳超声条件作用下晶核生成速率常数K=0．4115s-1，无超声条件作用下晶核生成速率常数K=0．1892 s-1．超声作用下成核的速率常数远大于无超声成核速率常数，超声作用能缩短溶液中晶体的成核诱导期，加速晶核的生长速度。超声作用下晶体长大的速率常数K=0．0024 s-1，虽然小于无超声作用下晶粒长大速率常数K=0．0141 s-1，但是晶核生成速率却比无超声成核速率大很多，两者综合作用的结果仍体现为结晶过程总速率的增加。（3）通过研究超声波功率、作用方式、作用时间等因素对蔗汁硫熏中和反应的影响，得出在反应前期和反应过程两个阶段外加超声作用可以减少Ca2+、SO2含量，反应后期外加超声作用会增加含量。超声作用最佳功率是300 W，最佳作用阶段是在中和反应过程中。在超声最佳条件相对于没有超声作用下的Ca2+含量相对降低了4％，SO2含量相对降低21．4％。（4）研究了在不同功率的超声波作用下蔗汁的简纯度、色值的变化。实验结果表明，其中色值与无超声条件下相比平均相对降低了8．4％，简纯度平均相对升高了0．73％。超声波作用有助于色值的降低和简纯度的提高，提高蔗汁澄清的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 蔗汁澄清工艺简介
• 1.1.1 石灰法
• 1.1.2 亚硫酸法
• 1.1.3 碳酸法
• 1.1.4 其他辅助澄清工艺
• 1.2 超声波原理和应用
• 1.2.1 超声波作用原理
• 1.2.2 超声波作用设备
• 1.2.3 超声波在防除积垢中的应用
• 1.2.4 超声波在强化沉淀结晶中的应用
• 1.3 本课题的研究意义、目的和内容
• 1.3.1 课题的意义
• 1.3.2 课题的目的
• 1.3.3 课题研究主要内容
• 第二章 超声波对亚硫酸钙溶液中和反应的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 原料与试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.1.3 测定方法
• 2.1.4 实验步骤
• 2.1.5 实验条件的确定
• 2.2 结果与讨论
• 2+残留量的影响'>2.2.1 不同超声功率和作用方式对Ca²⁺残留量的影响
• 3^2-残留量的影响'>2.2.2 不同超声功率作用方式对SO₃^2-残留量的影响
• 3^2-残留量的影响'>2.2.3 不同超声方式作用SO₃^2-残留量的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 亚硫酸钙沉淀动力学的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 原料与试剂
• 3.1.2 仪器
• 3.1.3 测定方法
• 3.1.4 试验步骤
• 3.2 结果与讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 超声波强化蔗汁澄清过程硫熏中和反应的研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 原料与试剂
• 4.1.2 仪器
• 4.1.3 测定方法
• 4.1.4 试验步骤
• 4.2 结果与讨论
• 2+含量的影响'>4.2.1 超声作用对蔗汁硫熏中和反应Ca²⁺含量的影响
• 2含量的影响'>4.2.2 超声作用对蔗汁硫熏中和反应SO₂含量的影响
• 2+和SO₃^2-影响的比较'>4.2.3 超声作用在水溶液和蔗汁下对Ca²⁺和SO₃^2-影响的比较
• 4.3 本章小结
• 第五章 超声波对蔗汁色值和简纯度的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 原料与试剂
• 5.1.2 仪器
• 5.1.3 测定方法
• 5.1.4 试验步骤
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 超声对色值变化的影响
• 5.2.2 超声对简纯度变化的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文