Optymalizacja warunków fizyko chemicznych w czasie procesu sporządzania mleka wapiennego z użyciem roztworów słodkich szczególnie pod względem zmniejszenia lub wyeliminowania możliwości osadzania się osadów w instalacjach dozowania do procesu produkcyjnego Radosław Gruska (PŁ), Mirosław Koszałko (KSC) Zakopane, 12 13 maj, 214
Cel pracy Głównym celem pracy była próba określenia optymalnych warunków sporządzania mleka wapiennego z użyciem roztworów słodkich ze zwróceniem uwagi na możliwość osadzania się osadów w instalacjach dozowania mleka do procesu produkcyjnego. KSC PŁ Zakopane 214 2
Plan badań Pracę podzielono na dwie części: 1. Badania oraz obserwacje w Cukrowni Werbkowice. 2. Analizy prowadzone w Zakładzie Cukrownictwa Politechniki Łódzkiej. KSC PŁ Zakopane 214 3
Badania w cukrowni Cukrownia do sporządzania mleka wapiennego nie używała czystej wody, natomiast używała roztworów słodkich (wysłodów) pochodzących z pierwszego i drugiego cyklu prac pras filtracyjnych. W razie braku dostatecznej ilości roztworów słodkich brakującą ilość medium zastępowano sokiem po dekantatorze. KSC PŁ Zakopane 214 4
Badania w cukrowni Roztwory do otrzymywania mleka wapiennego. Sok Wysłody po I cyklu Wysłody po II cyklu Bx [%] Ck [%] Cz [%] Bx [%] Ck [%] Cz [%] Bx [%] Ck [%] Cz [%] Średnia 17,32 16,13 93,8 14,19 13,2 93,6 11,67 1,77 92,25 Ck = 16, 13%, 38 + 13, 2%, 31 + 1, 77%, 31 = 13, 56% Bx = 17, 32%, 38 + 14, 19%, 31 + 11, 67%, 31 = 14, 6% KSC PŁ Zakopane 214 5
Badania w cukrowni Mleko wapienne gęstość mleka wapiennego: od 1,21 do 1,22 kg/dm 3 (25,5 do 26,2 stopni Bé), średnia ogólna zawartość wapnia: 18,97 g CaO/1 cm 3, lepkość dynamiczna: ok 29 cp (,3 Pa s). KSC PŁ Zakopane 214 6
Badania w cukrowni Lepkość Lepkość dynamiczna jest miarą wewnętrznego oporu ośrodka podczas przepływu i wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania: μ = τ γ lepkość w 25 C: μ = Pa s = kg m s = 1 P (Puaz) woda:,89 cp (8,9 1 4 Pa s) gliceryna (ρ = ok 1,26 g/cm 3 ): 934 cp (934 1 3 Pa s) alkohol etylowy: 1,7 cp (1,7 1 3 Pa s) roztwór sacharozy (47 48 Bx, ρ = 1,21 g/cm 3 ): ok. 9,5 cp. KSC PŁ Zakopane 214 7
Badania w cukrowni Lepkość KSC PŁ Zakopane 214 8
Średnia lepkość, cp 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Badania w cukrowni Mleko wapienne (chłodzenie) 29 22 22 18 19 21 39,1 48,2 52,8 59,7 67, 83,6 Średnia temperatura pomiaru, C KSC PŁ Zakopane 214 9
Średnia lepkość, cp Badania w cukrowni Mleko wapienne (podgrzewanie) 45 4 35 375 375 375 3 25 246 2 15 1 5 21 39, 56,8 62,5 69,3 77,5 85,1 32 Średnia temperatura pomiaru, C KSC PŁ Zakopane 214 1
Otrzymywanie Struktura cząstek Badania w cukrowni Właściwości koloidów liofobowych i liofilowych Właściwość Koloidy liofobowe Koloidy liofilowe metodami dyspersji lub kondensacji przeważnie agregaty zwykłych cząsteczek można otrzymać przez zwykłe rozpuszczanie makrocząsteczki, czyli cząsteczki - olbrzymy Stężenie fazy rozproszonej na ogół nieznaczne może być duże Ruchy Browna występują wyraźnie często bardzo niewyraźne Efekt Tyndalla wyraźny niewyraźny Barwa układu często zabarwione najczęściej bezbarwne Ładunek elektryczny cząstki są zawsze naładowane ładunek nieznaczny lub brak ładunku Lepkość nieznaczna znaczna Tworzenie piany nie tworzą piany łatwo tworzą pianę Pęcznienie nie pęcznieją pęcznieją zwiększając objętość Tworzenie galaret nie tworzą galaret łatwo tworzą galarety Wrażliwość na działanie elektrolitu Wrażliwość na działanie środków dehydratujących koagulacja pod wpływem małych stężeń elektrolitu nieznaczna, występująca przy dużych stężeniach mała wrażliwość; pod wpływem dużych stężeń elektrolitu następuje wysalanie znaczna przy dużych stężeniach Charakter koagulacji nieodwracalna odwracalna KSC PŁ Zakopane 214 11
Badania w cukrowni Cukrzany C 12 H 22 O 11 + [CaOH] + + OH - C 12 H 22 O 11 [CaOH] + H 2 O KSC PŁ Zakopane 214 12
Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna (warunki): czysta woda (wodociągowa), modelowe roztwory sacharozy (6, 8, 1, 12, 14 %), wysłody z cukrowni Werbkowice I, II, III, wapno z cukrowni, wapno : roztwór (1 : 4; 1 : 5; 1: 6), temperatura gaszenia: 7, 8, 9 C, czas gaszenia: 1 15 min. KSC PŁ Zakopane 214 13
Udział wapna wolnego w wapniu ogólnym, % Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystą wodą 1 proporcja 1 : 4 proporcja 1 : 5 proporcja 1 : 6 9 8 7 71 85 83 84 85 81 76 77 75 6 5 4 3 2 1 7 8 9 Początkowa temperatura gaszenia, C KSC PŁ Zakopane 214 14
Lepkość, cp Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystą wodą 6 5 4 proporcja 1 : 4 proporcja 1 : 5 proporcja 1 : 6 433 445 444 39 392 396 333 341 341 3 2 1 7 8 9 Początkowa temperatura gaszenia, C KSC PŁ Zakopane 214 15
Badania w laboratorium PŁ % Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 5 1 45 9 4 8 g CaO/1 cm 3 35 3 25 2 15 ogólna zawartość wapnia zawartość wolnego wapna udział wolnego wapna w wapniu ogólnym, % 7 6 5 4 3 1 2 5 1 6 8 1 12 14 Zawartość sacharozy w roztworze do gaszenia, % KSC PŁ Zakopane 214 16
Lepkość mleka wapiennego, cp Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 3 6% sacharozy 25 2 8% sacharozy 1% sacharozy 12% sacharozy 14% sacharozy 196 251 15 1 5 54 77 76 39 6 7 8 9 1 Początkowa temperatura gaszenia wapna, C KSC PŁ Zakopane 214 17
Lepkość mleka wapiennego, cp Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 3 25 6% sacharozy 8% sacharozy 63% 2 1% sacharozy 12% sacharozy 5% 15 14% sacharozy 29% 4% 3% 1 19% 5 13% 2% 6 7 8 9 1 Początkowa temperatura gaszenia wapna, C KSC PŁ Zakopane 214 18
Lepkość mleka wapiennego, cp 45 4 35 Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 6% sacharozy 3 25 2 15 1 5 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Temperatura mleka wapiennego, C KSC PŁ Zakopane 214 19
Lepkość mleka wapiennego, cp 45 4 Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 6% sacharozy 35 3 8% sacharozy 25 2 15 1 5 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Temperatura mleka wapiennego, C KSC PŁ Zakopane 214 2
Lepkość mleka wapiennego, cp 45 4 35 Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 6% sacharozy 8% sacharozy 3 1% sacharozy 25 2 15 1 5 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Temperatura mleka wapiennego, C KSC PŁ Zakopane 214 21
Lepkość mleka wapiennego, cp 45 4 Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 6% sacharozy 8% sacharozy 35 3 1% sacharozy 12% sacharozy 25 2 15 1 5 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Temperatura mleka wapiennego, C KSC PŁ Zakopane 214 22
Lepkość mleka wapiennego, cp 45 4 35 3 Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 6% sacharozy 8% sacharozy 1% sacharozy 12% sacharozy 14% sacharozy 25 2 15 1 5 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Temperatura mleka wapiennego, C KSC PŁ Zakopane 214 23
Lepkość mleka wapiennego, cp 45 4 35 3 25 Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi 9-93% 9-93% 6% 6% sacharozy 8% sacharozy 1% sacharozy 12% sacharozy 14% sacharozy 2 15 1 5 1% 5% 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Temperatura mleka wapiennego, C KSC PŁ Zakopane 214 24
Lepkość mleka wapiennego, cp Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna wysłodami 25 2 I cykl II cykl ok. 6% Ck ok. 5% 15 III cykl 1 ok. 1% Ck ok. 25% 5 ok. 14% Ck ok. 5% 6 7 8 9 1 Początkowa temperatura gaszenia wapna, C KSC PŁ Zakopane 214 25
Lepkość mleka wapiennego, cp Badania w laboratorium PŁ Lepkość mleka wapiennego, cp Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi Gaszenie wapna wysłodami 3 25 2 I cykl 6% sacharozy ok. 14% Ck 3 II cykl ok. 1% Ck 1% sacharozy 251 25 III cykl ok. 6% Ck 14% sacharozy 196 2 215 15 122 1 77 54 76 5 49 39 39 6 7 8 9 1 Początkowa temperatura gaszenia wapna, C 15 133 1 14 82 4 5 36 2 22 21 6 7 8 9 1 Początkowa temperatura gaszenia wapna, C KSC PŁ Zakopane 214 26
Lepkość mleka wapiennego, cp Badania w laboratorium PŁ Gaszenie wapna wysłodami 25 2 14% sacharozy 1% sacharozy 6% sacharozy ok. 4% ok. 52% 15 1 5 ok. 1% 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Temperatura podgrzewanego mleka wapiennego, C KSC PŁ Zakopane 214 27
Lepkość mleka wapiennego, cp Badania w laboratorium PŁ Lepkość mleka wapiennego, cp Gaszenie wapna czystymi roztworami słodkimi Gaszenie wapna wysłodami 45 4 35 373 375 6% sacharozy 45 1% sacharozy 4 14% sacharozy 35 14% sacharozy 1% sacharozy 6% sacharozy 3 24 25 2 15 1 5 19 2 4 6 8 1 Temperatura mleka wapiennego, C 3 25 27 2 156 15 1 48 5 2 4 6 8 1 Temperatura mleka wapiennego, C KSC PŁ Zakopane 214 28
Lepkość mleka wapiennego, cp Badania w laboratorium PŁ Reologia mleka wapiennego 4 35 375 y = 12,43x -1,28 3 R² =,9993 25 2 15 1 5 77,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Prędkość liniowa wrzeciona wiskozymetru, m/min KSC PŁ Zakopane 214 29
Wnioski 1. Podczas gaszenia wapna należy zachować następującą proporcję: nie więcej niż 1 część wagowa wapna palonego na 5-6 części wagowych roztworu. 2. W przypadku użycia roztworów słodkich o zawartości sacharozy do 8 1%, gaszenie wapna należy prowadzić w temperaturze poniżej 8 C. KSC PŁ Zakopane 214 3
Wnioski 3. Użycie roztworów słodkich o zawartości sacharozy powyżej 1% pozwala na gaszenie wapna mediami o temperaturze przekraczającej 8 C, bez ryzyka nadmiernego wzrostu lepkości mleka wapiennego. 4. Mleko wapienne przygotowane z użyciem roztworów słodkich o zawartości sacharozy powyżej 1% nie powinno być ochładzane do temperatury poniżej 6 C i ponownie podgrzewane. KSC PŁ Zakopane 214 31
Wnioski 5. W przypadku konieczności transportu mleka wapiennego przygotowanego z roztworów słodkich, podczas którego może wystąpić wychłodzenie medium do temperatury poniżej 6 C, należy zadbać o należytą izolację instalacji transportującej. KSC PŁ Zakopane 214 32
Wnioski 6. W momencie kontaktu z bryłami wapna, podczas stosowania roztworów słodkich o zawartości sacharozy do 1%, powinny one mieć temperaturę poniżej 8 C. 7. Nie jest wymagane aby roztwory słodkie o zawartości sacharozy powyżej 1%, w momencie kontaktu z bryłami wapna, miały temperaturę poniżej 8 C. W tym przypadku, bez ryzyka nadmiernego wzrostu lepkości mleka wapiennego, można je podgrzewać nawet do 9 C. KSC PŁ Zakopane 214 33