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        制糖生產(chǎn)過(guò)程中清汁pH值測(cè)定方法的探析

        2022-05-31 12:35:46
        廣西糖業(yè) 2022年2期
        關(guān)鍵詞:生產(chǎn)分析

        陳 俊

        (廣西來(lái)賓東糖桂寶有限公司,廣西 來(lái)賓 426137)

        0 前言

        甘蔗制糖是以甘蔗作為主要原料,經(jīng)過(guò)多種工序制成白砂糖、赤砂糖等產(chǎn)品的過(guò)程。甘蔗壓榨是將預(yù)處理的甘蔗原料利用壓榨機(jī)進(jìn)行壓榨,壓榨出來(lái)的蔗汁中含有很多雜質(zhì),必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾等工序?qū)ζ溥M(jìn)行處理后得到清汁[1]。清汁是澄清沉淀池出來(lái)的糖汁,其中pH值控制貫穿了整個(gè)生產(chǎn)的工藝流程,而澄清中和崗位對(duì)清汁pH值的控制是關(guān)鍵的控制指標(biāo)之一。因此,在生產(chǎn)中科學(xué)確定清汁的pH值指標(biāo)才能使澄清效果更加符合工藝要求?;?yàn)室采樣分析的pH值與澄清中和崗位分析的pH值,都與流程中的實(shí)際pH值有偏差,如果差值較大,操作工按照與實(shí)際相差較大的pH值進(jìn)行清汁崗位操作,那這段時(shí)間的清汁指標(biāo)就受到影響,甚至?xí)斐沙恋沓胤胖щy等生產(chǎn)故障,進(jìn)而影響下一工序的生產(chǎn)。因此在制糖生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制清汁pH值在指定范圍內(nèi),它是制糖生產(chǎn)中應(yīng)重視的重要環(huán)節(jié)之一。

        1 清汁pH值的測(cè)定

        一般糖廠對(duì)清汁進(jìn)行清凈處理并加入石灰是控制清汁pH值處于規(guī)定的指標(biāo)范圍的主要方法,清汁pH值的穩(wěn)定控制涉及到整個(gè)澄清工藝的穩(wěn)定,也是關(guān)鍵的控制指標(biāo)之一。

        1.1 測(cè)定清汁pH值的兩種方法

        在制糖生產(chǎn)過(guò)程中,測(cè)定清汁pH值主要有兩種方法,第一種方法是崗位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定分析,取一定量的清汁倒入兩支試管中,其中一支加入定量的溴龍溶液后充分搖勻,通過(guò)與化驗(yàn)室配制的不同pH值的“標(biāo)準(zhǔn)pH管”的顏色進(jìn)行比對(duì),根據(jù)比對(duì)試管中溶液顏色相近的“標(biāo)準(zhǔn)pH管”的pH值粗略判斷出清汁樣液的pH值,另外一支試管作配合觀察用;第二種方法是化驗(yàn)室采樣分析,清汁采樣后需冷卻至常溫,再用酸度計(jì)進(jìn)行測(cè)定,儀器直接測(cè)出其pH值。

        在這兩種方法中,崗位現(xiàn)場(chǎng)分析pH值時(shí),一般是在沉淀池放汁處采樣后,直接倒進(jìn)試管進(jìn)行分析試驗(yàn),通常不會(huì)考慮所取樣液的溫度問(wèn)題,也沒(méi)有測(cè)量分析比色時(shí)樣液的溫度,因此沒(méi)有進(jìn)行溫度校正。而化驗(yàn)室分析法雖然有溫度校正,但也僅僅是對(duì)用酸度計(jì)測(cè)定樣液pH值時(shí)的溫度校正,得到的是測(cè)定時(shí)該溫度下樣液的pH值,并不是樣液在生產(chǎn)中沉淀池內(nèi)約100℃高溫時(shí)的清汁pH值。在實(shí)際生產(chǎn)中,崗位分析所得的清汁pH值與化驗(yàn)室分析所得的pH值往往會(huì)有偏差,在廣西來(lái)賓東糖桂寶有限公司崗位分析的清汁pH值要比化驗(yàn)室分析的稍低,相差0.3左右,如表1所示。

        表1 化驗(yàn)室與澄清中和崗位分析所得的pH值比對(duì)表

        1.2 酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償校正

        在化驗(yàn)室分析清汁pH值時(shí),一般是采用酸度計(jì)來(lái)測(cè)量樣液pH值,常用的酸度計(jì)雖然型號(hào)較多、結(jié)構(gòu)各異,但它們的測(cè)定原理相同。由于電極系統(tǒng)固有的不對(duì)稱電位、液體電位、環(huán)境溫度等因素影響,清汁pH值測(cè)得的顯示值與實(shí)際值有一定的偏差。

        為了減少清汁pH值的檢測(cè)誤差,pH值有一個(gè)溫度校正補(bǔ)償[2]。pH值的溫度補(bǔ)償包含三部分,一是電極斜率的溫度補(bǔ)償;二是樣液溫度補(bǔ)償;三是電極零點(diǎn)(包括測(cè)量電極和參比電極)的溫度補(bǔ)償。在實(shí)際操作中雖然溶液的溫度項(xiàng)和電極零度溫度項(xiàng)無(wú)法確定,但是引起的誤差很小,可以忽略不計(jì)。而pH值上設(shè)置的溫度補(bǔ)償只是補(bǔ)償電極的斜率項(xiàng),是將電極在標(biāo)定溫度下得到的斜率按能世特公式換算到當(dāng)前溫度下的斜率,從而得到當(dāng)前溫度下準(zhǔn)確的pH值,而pH值的溫度補(bǔ)償不是指測(cè)試時(shí)將樣液的pH值補(bǔ)償?shù)?5℃,而是指對(duì)電極的溫度補(bǔ)償。因?yàn)橐獪y(cè)量樣液的準(zhǔn)確pH值,應(yīng)確保樣液測(cè)量時(shí)和標(biāo)準(zhǔn)pH值緩沖液在同一溫度下校準(zhǔn),所以要進(jìn)行溫度補(bǔ)償和斜率補(bǔ)償[3]。

        因此測(cè)量時(shí)的溫度建議校準(zhǔn)在25℃左右,就是把清汁測(cè)定時(shí)的溫度校準(zhǔn)到與校準(zhǔn)酸度計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)緩沖劑溶液的溫度相一致,即化驗(yàn)室測(cè)量所得的pH值是樣品清汁在校準(zhǔn)該酸度計(jì)時(shí)所用標(biāo)準(zhǔn)緩沖劑同一溫度下的pH值,并非該清汁在生產(chǎn)中的真實(shí)pH值。

        2 溫度對(duì)pH值的影響

        由于同一溶液不同溫度時(shí)pH值不同,通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析其溫度在20~100℃之間時(shí),pH值與溫度的關(guān)系一般是線性關(guān)系。

        式中,pH為t溫度下清汁的pH值;△pH/△t為平均溫度常數(shù),它表示溫度每升高1℃所降低的平均pH值,該常數(shù)與清汁本身的特性有較大的關(guān)系,不同的地方不同的時(shí)段有一定的差別,一般亞硫酸法糖廠的△pH/△t值為0.005~0.009[2]。

        在生產(chǎn)中,清汁pH值往往要高于中和pH值約0.1~0.3,這主要與石灰乳的質(zhì)量和中和反應(yīng)設(shè)備有很大關(guān)系。清汁pH值的高低對(duì)色值有較大的影響,pH值低時(shí)過(guò)濾出的清汁顏色淺,pH值高時(shí)清汁的顏色深。因此生產(chǎn)時(shí),當(dāng)操作工發(fā)現(xiàn)清汁色值高,就做出降低pH值的錯(cuò)誤操作,影響后工序的指標(biāo)控制。其實(shí)清汁pH值在生產(chǎn)中不是一成不變的,不管清汁色值如何變化,建設(shè)把清汁pH值調(diào)到7.0,溫度調(diào)到20℃,才進(jìn)行對(duì)比,減少誤差。

        通常情況下,清汁pH值控制為微堿性,對(duì)清汁質(zhì)量能起到較好的保護(hù)作用,可提高煮煉收回。廣西來(lái)賓東糖桂寶有限公司曾做過(guò)溫度與pH值的關(guān)系比對(duì)實(shí)驗(yàn),清汁的溫度常數(shù)在0.010~0.016之間,即清汁的溫度每降低1℃其pH值就升高0.010~0.016,如表2所示,其中檢測(cè)時(shí)沉淀池清汁溫度為100℃。表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表3所示的實(shí)際生產(chǎn)中清汁經(jīng)蒸發(fā)后的粗糖漿的pH值相近,即按表2中△pH/△t計(jì)算的沉淀池的平均pH值=7.78-0.01309×(100-25)=6.80,與實(shí)測(cè)粗糖漿平均pH值6.86非常接近,其中不考慮清汁在蒸發(fā)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)造成的pH值變化,清汁及粗糖漿pH值均為化驗(yàn)室將樣品冷卻到25℃左右時(shí)測(cè)得。

        表2 溫度對(duì)pH值影響的化驗(yàn)結(jié)果

        表3 2021/2022年榨季某時(shí)段的清汁與粗糖漿pH值的比對(duì)

        在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)清汁蒸發(fā)濃縮成粗糖漿后的pH值降低較多,一般認(rèn)為是清汁在蒸發(fā)過(guò)程中糖分轉(zhuǎn)化和還原糖分解等造成pH值的降低,而很可能是進(jìn)蒸發(fā)罐時(shí)清汁的實(shí)際pH值偏低。因此,各糖廠要根據(jù)自身實(shí)際情況制定合理指標(biāo);管理上要求崗位工每隔半小時(shí)自檢清汁pH值并做好記錄,繪制曲線圖,以便分析指標(biāo)偏離原因并及時(shí)糾正;化驗(yàn)室每隔兩個(gè)小時(shí)采樣分析清汁pH值一次,保證指標(biāo)在受控范圍內(nèi);出現(xiàn)較大偏離時(shí),及時(shí)組織技術(shù)人員進(jìn)行沉降查定,查找原因[4]。

        3 糖廠清汁pH值指標(biāo)的確定

        在實(shí)際生產(chǎn)中,為保證工藝要求,清汁的pH值應(yīng)該以化驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn),因?yàn)榛?yàn)室是用儀器分析得到的pH值,可以避免或減少中和崗位人為比對(duì)分析的誤差,更具代表性。

        在生產(chǎn)過(guò)程中,為確保制糖工藝的正常,生產(chǎn)管理部門在榨季期間均給澄清中和崗位下達(dá)pH值控制指標(biāo),一般是7.0~7.2,這個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的是生產(chǎn)流程中清汁的實(shí)際pH值,即沉淀池中的pH值;因此,生產(chǎn)管理部門應(yīng)該根據(jù)清汁在流程中的溫度,通過(guò)化驗(yàn)比對(duì)分析,找出不同的清汁在不同時(shí)段的平均溫度常數(shù),進(jìn)行檢測(cè)溫度與實(shí)際溫度的清汁pH值校正,得到實(shí)際的清汁pH值與化驗(yàn)室分析的pH值之間的偏差值;再根據(jù)流程中的實(shí)際清汁pH值,確定化驗(yàn)室或中和崗位的pH值后,下達(dá)符合崗位分析條件時(shí)的指標(biāo)。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        制糖生產(chǎn)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性較大,清汁pH值一旦出現(xiàn)較大的偏差,其他相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)浮動(dòng),不但影響了正常的生產(chǎn),也很難保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此在制糖生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)不同工序的糖汁(如預(yù)灰汁、清汁、清糖漿等)下達(dá)pH值控制指標(biāo)時(shí),生產(chǎn)人員應(yīng)根據(jù)其所處流程溫度的不同,找出崗位化驗(yàn)的pH值以及流程中實(shí)際pH值的關(guān)系,再根據(jù)工藝需要的校正后pH值,確定合適的崗位pH值控制指標(biāo),為制糖過(guò)程指標(biāo)的準(zhǔn)確控制提供了指導(dǎo)。

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