Сахарная промышленность относится к старейшим областям применения активного угля. В конце XVIII века началось про­изводство сахарозы из сахарной свеклы (последствия военных Действий и оккупации территории Европы армией Наполеона).

К этому времени была обнаружена обесцвечивающая способ­ность древесных углей при обработке сиропов из сахарного тростника. Однако наилучшие результаты давал костяной уголь, открытый к 1811 г., поскольку он обладал не только адсорбцион­ной способностью, но, благодаря присутствующим в нем фосфа­там, оказывал также коагулирующее действие на белки, содер­жащиеся в соке сахарного тростника.

В начале XX века в производстве сахарозы стали широко применяться порошковые угли, полученные активированием Химическими реактивами или водяным паром и обладающие Высокой осветляющей способностью. До недавнего времени эта технология была основной в сахарной промышленности. Однако В последнее время на первый план выдвинулось осветление Других Сахаров (см. раздел 8.2.2); это наглядно видно на

5* 131

Примере американского рынка. Ниже показано использование активного угля для осветления сахара в США[3], 1000 т/год:

1962 г. 1963 г. 1972 г. 1976 г.

Сахароза

Из сахарной свеклы из сахарного тростника Другие сахара (глюкоза, фрукто­за)

Суммарное количество угля

Доля использования активного — 30% — 26%

Угля в США

При использовании порошковых углей в огромных количе­ствах, характерных для производства сахара, большое значе­ние имеет одновременное развитие техники фильтрования и под­готовка соответствующих вспомогательных фильтрующих средств. Активные угли используются главным образом на по­следней стадии подготовки, при так называемом рафинировании. В этом случае нагретые и предварительно осветленные раство­ры тростникового сахара обрабатываются в противотоке порош­ковым углем и кизельгуром (в качестве вспомогательного фильтрующего средства). Отработанная на этой стадии фильт­ровальная лепешка вновь суспендируется и используется для предварительной очистки. Хотя при такой технологии возмож­на значительная экономия угля, в других производствах она не получила распространения.

При рафинировании сахарозы используется в основном про­цесс перемешивания сахарного сиропа с порошковым активным углем при рН ж 7 и максимальной температуре 80 °С; навес­ка угля составляет около 0,2 % от массы сахарозы, время кон­такта 15—20 мин. Наряду с перемешиванием применяются также системы со слоевыми фильтрами и комбинации обоих вариантов. При слоевом фильтровании процесс можно вести в противотоке, при этом через фильтр пропускают вначале предварительно очищенный раствор продукта, а затем исход­ный неочищенный раствор. Однако в большинстве случаев, как и при перемешивании, необходимо поддерживать фильтрую­щую способность смеси уголь/кизельгур последующими добав­ками кизельгура. Для слоевого фильтрования необходимы широкопористые активные угли, которые оказывают быстрое действие, т. е. проявляют свою адсорбционную способность за короткое время контакта.

Хотя в прошлом активный уголь использовался почти ис­ключительно для обработки густых сиропов, исследования по рафинированию сахара в Польше показали, что можно обра­батывать и жидкие сиропы. Поскольку в таких разбавленных растворах адсорбционное равновесие устанавливается быстрее, время контакта с активным углем может сократиться и крис-
таллизуемость улучшится [2]. Благодаря этому уменьшаются потери сахара в мелассе.

К веществам, придающим окраску мелассе, относятся кара­мельные пигменты, продукты разложения моносахаридов и продукты конденсации с аминокислотами. Для удаления этих веществ, отличающихся большими размерами молекул, исполь­зуются в основном крупнопористые типы активных углей. Активные угли для осветления сахарозы должны также иметь нейтральную реакцию для уменьшения вероятности расщепле­ния (инверсии) дисахаридов.

Наряду с адсорбцией красителей активные угли удаляют из сиропов коллоидные вещества и комплексообразователи, при этом катионы железа, алюминия, кальция и магния переходят в нерастворимую форму и частично осаждаются на активном угле.

Нагревая материал, содержащий целлюлозу, с серной кис­лотой можно получить активный уголь с остаточными сульфо — группами, которые сохраняются и во влажном состоянии. Подобный продукт с катионообменными свойствами был впер­вые применен в 1934 г. в сахарной промышленности и получил название «коллактивит». Хотя на рынке он продержался не­долго, однако способствовал разработке эффективных регене­рируемых обесцвечивающих смол. В результате в Западной Европе они почти полностью вытеснили порошковый уголь из процессов получения сахарозы из сахарной свеклы, однако при переработке сахарного тростника активный уголь еще широко используется во многих странах. Большую роль в выборе тех­нологии играют также экономические факторы.

В последние двадцать лет многие сахарорафинадные заводы перешли от процессов обесцвечивания сиропов на костяном порошковом угле к процессам с использованием зерненого угля. Благодаря повышению скорости фильтрования увеличи­вается срок службы активного угля. Для достижения удовлет­ворительной степени обесцвечивания необходимо время кон­такта от 3 до 4 ч, а температура всей системы должна под­держиваться около 80 °С.

Вновь создаваемые сахарорафинадные заводы, на которых сразу планируется применение зерненого активного угля, имеют адсорбционные колонны диаметром до 3 м и высотой 6—7 м. Иногда для поддержания постоянного значения рН использу­ются также смеси активного угля с магнезитом. Кроме адсор­беров с неподвижным слоем применяются и адсорберы с дви­жущимся слоем. Фильтруемый раствор подается снизу вверх, а в нижней части аппарата периодически загружается отрабо­танный уголь; одновременно через верх колонны продолжает поступать свежий или реактивированный уголь.

Во всех процессах с зерненым углем отработанный уголь вначале промывается и освобождается от сахара, содержащего­ся в порах, а затем транспортируется в реактивирующую установку, основной составной частью которой является много­полочная печь. В большинстве случаев необходимо до или пос­ле реактивирования удалять из угля неорганические примеси по­средством кислотной обработки.