СПОСОБ ОЧИСТКИ ДИФФУЗИОННОГО СОКА Российский патент 2006 года по МПК C13D3/00 C13D3/02 

Изобретение относится к сахарной промышленности. Известен способ очистки диффузионного сока, предусматривающий прогрессивную преддефекацию в две стадии с промежуточным отделением осадка путем отстаивания преддефекованного сока с рН 9,5-10,0 в отстойнике, дефекацию, 1 сатурацию, фильтрацию, П сатурацию и фильтрацию отсатурированного сока (Штангеев В.О., Кобер В.Т., Белостоцкий Л.Г. и др. Современные технологии и оборудование свеклосахарного производства. Ч.1, Киев, "Цукор Украiни", 2003. - С.236-238).

Недостатком способа является неполное отделение осадка до основной дефекации и недостаточно высокий эффект очистки сока.

Ближайшим аналогом предложенного способа является способ очистки диффузионного сока, предусматривающий прогрессивную преддефекацию диффузионного сока с введением раствора полиакриламида при достижении рН сока 9,5-10,0 в количестве 0,09-0,011% к массе сока, преддефекованный сок отстаивают, при этом осветленный сок направляют на основную дефекацию, а отделенный преддефекованный осадок смешивают с рециркулирующей суспензией осадка 1 сатурации, вводят в смесь 0,1-0,3% СаО и сатурируют до рН 10,0-10,2 с последующей фильтрацией, полученный фильтрат направляют на основную дефекацию, а осадок выводят из процесса, затем осуществляют 1 сатурацию, фильтрацию сока 1 сатурации, П сатурацию и рециркуляцию суспензии осадка 1 сатурации (RU 2105817 С1, С 13 D 3/02, 27.02.98).

Недостатками способа являются низкий эффект очистки и повышенная цветность очищенного сока. Недостатком способа является также то, что данный способ не дает возможности выделить отдельно преддефекационный осадок с незначительным количеством извести и использовать его ценные кормовые свойства.

Технический результат данного изобретения заключается в повышении эффекта очистки диффузионного сока и уменьшении цветности очищенного сока.

Технический результат достигается в предложенном способе, предусматривающем преддефекацию диффузионного сока, отделение осадка от преддефекованного сока, дефекацию, сатурацию и фильтрацию отсатурированного сока тем, что при достижении рН сока 9,5-10,5 на преддефекации осуществляют его нагревание до 70-85°С, подают во флотатор и выдерживают в течение 7-10 мин для флотации осадка газом, выделившимся из сока. Сок направляют на дефекацию, а сок с осадком разделяют при помощи мембраны из высокопористого керамического материала на основе кварцевых волокон пористостью 70-80% до образования на ее поверхности слоя осадка. Фильтрованный сок направляют на дефекацию.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят преддефекацию диффузионного сока путем подщелачивания его известковым молоком в преддефекаторе и при достижении рН 9,5-10,0 сок нагревают до 70-85°С (на 10-15°С выше исходной температуры).

Нагревание преддефекованного сока с рН 9,5-10,0, как установлено, снижает устойчивость коллоидной системы диффузионного сока. При этом подщелачивание до указанных значений рН обеспечивает образование осадка, состоящего из кальциевых солей органических кислот, а также части белковых и пектиновых веществ. Поскольку предложенный способ не предусматривает возврат сока 1 сатурации или суспензий, осадок имеет небольшую плотность и может флотировать. Помимо этого подщелачивание сока до значений рН 9,5-10,0 позволяет сохранить отрицательный электрокинетический потенциал образующегося осадка, что необходимо для его последующего отделения.

Установлено, что указанные диапазоны рН и температуры позволяют снизить устойчивость белковых веществ и ряда других несахаров, насытить за счет снижения растворимости газов объем сока достаточным количеством микропузырьков, которые затем обеспечат флотацию осадка.

При нагревании сока до 70-85°С происходит флотация большей части осадка. Для завершения этого процесса предусмотрена выдержка сока в течение 7-10 мин. Она необходима для снижения растворимости газов и проведения флотации осадка за счет выделения из сока газов, растворенных в нем при осуществлении диффузионного процесса и отделения пульпы.

Отделение осадка ведут во флотаторе, состоящем из двух секций. В первой из них проводят выдержку сока, о которой сказано выше. Во второй секции сок и флотировавший осадок разделяются, причем непрерывно отделяют 70-90% сока из нижней части флотатора и подают на основную дефекацию. Сок с отделившимся при флотации осадком (30-10%) направляют на фильтрование. Выделенный осадок относится к сильно гидратированным осадкам, фильтрование которых на обычных фильтрующих перегородках неэффективно. Поэтому согласно предложенному способу отделение осадка от сока ведут на мембранном фильтре с мембраной из высокопористого керамического материала на основе кварцевых волокон пористостью 70-80% до образования на поверхности мембраны слоя осадка толщиной 5-8 мм.

Использование высокопористых керамических материалов (ВКМ) на основе кварцевых волокон для отделения образующегося осадка объясняется следующим.

Появившиеся в последнее время новые материалы открывают возможности изменения традиционных технологий, в том числе и разделительных процессов при переработке растительного сырья. Особенностью отделения осадков в сахарном производстве с использованием такого материала является возникновение сил отталкивания между фильтрующей перегородкой и образующимся гель-слоем из задерживаемых частиц.

Возникающий эффект отталкивания частиц и формирования их слоя на поверхности фильтрующей перегородки (мембраны) объясняется следующим. На волокнах из чистого аморфного кварца при комнатной температуре образуется "силоксановая" (Si-O-Si) поверхность. Свободные валентности молекул на этой поверхности реагируют с водой таким образом, что в результате поверхность становится покрытой "силанольными" (Si-OH) группами.

По данным разных исследователей, концентрация Si-OH-групп на сглаженной, непористой поверхности кремнезема составляет 4-5 групп на 1 нм², в результате поверхность оказывается отрицательно заряженной. При нагревании образца до температуры 120-150°С эти группы сохраняются. При нагреве до более высокой температуры заряд исчезает, но при остывании на воздухе или в растворе он появляется вновь. Величина заряда поверхности микроволокон чистого кварца может составлять 50 мВ и более.

В результате взаимодействия отрицательно заряженной фильтрующей поверхности и отрицательно заряженного слоя задерживаемых частиц возникает отталкивающая сила, не позволяющая частицам приблизиться к порам мембраны. Имеющиеся материалы позволяют вести процесс с высокой скоростью фильтрования (0,8-1,2 м³/м² час) при перепаде давления 0,1 МПа.

Как известно, вещества коллоидной дисперсности диффузионного сока обладают отрицательным электрокинетическим потенциалом. Отрицательный заряд сохраняется при добавлении к соку небольшого количества извести. Предложенный способ эффективен при очистке диффузионного сока различного качества, если образующийся осадок будет иметь отрицательный знак электрокинетического потенциала.

При недостаточно полном удалении мезги из диффузионного сока ее частицы не прилипают к поверхности мембраны и не засоряют ее. По-видимому в этих условиях частицы мезги сохраняют отрицательный заряд. Они накапливаются в слое образующегося осадка, улучшая его структуру, и затем удаляются из технологического процесса.

Очистка соков свеклосахарного производства с помощью уже известных мембран, в том числе и керамических, не применяется из-за быстрой закупорки их пор задерживаемыми частицами и трудностей с последующей их регенерацией.

Использованный в данном способе материал мембран обладает уникальными свойствами: высокой пористостью и отрицательным электростатическим зарядом на поверхности тонких кварцевых нитей, из которых состоит ее фильтрующая перегородка. Пористость применяемой в способе мембраны более чем в 10 раз выше пористости выпускаемых промышленностью мембран. Например, при плотности мембраны 400 кг/м³ ее пористость составляет 76%.

Пример 1.

Диффузионный сок прогрессивно подщелачивают известью в преддефекаторе до достижения рН 9,5. Преддефекованный сок нагревают в подогревателе до 80°С. Далее сок выдерживают в течение 10 мин для снижения растворимости газов и проведения флотации осадка во флотаторе. Затем 80% осветленного сока подают на дефекацию и 1 сатурацию. Сок фильтруют, а осадок обессахаривают на вакуум-фильтре. Проводят П сатурацию и контрольную фильтрацию.

Остальное количество сока с осадком подают в сборник и затем в фильтр, представляющий собой желоб, стенка которого является мембраной, выполненной из высокопористого керамического материала на основе кварцевых волокон пористостью 76%. Желоб устанавливают под углом 2° к горизонтальной плоскости для движения по нему осадка под действием силы тяжести.

На поверхности мембраны образуется слой осадка толщиной 6 мм, при этом скорость фильтрования составляет 0,9 м³/м² ч. Осадок из желоба поступает в сборник, а осветленный сок направляют на дефекацию.

В очищенном соке определяют показатели его качества. Результаты приведены в таблице.

Одновременно проводят очистку диффузионного сока согласно известному способу. В очищенном соке определяют чистоту, цветность и содержание солей кальция.

Использование предложенного способа по сравнению с прототипом позволяет повысить эффект очистки в среднем на 6-8%, улучшить фильтрационные и седиментационные характеристики сока 1 сатурации: повысить в 1,2 раза скорость отстаивания сока 1 сатурации и снизить его объем на 20-22%; снизить цветность очищенного сока на 8-11%, а содержание солей кальция в нем на 17-20%.

ТаблицаВид сокаПоказателиОчистка по прототипуОчистка по предложенному способуДиффузионный сокСВ, %12,512,5 Ч, %86,786,7Преддефекованный сокрН₂₀11,011,1 Скорость отстаивания, см/мин4,8- Объем осадка, %24,218,8Сок 1 сатурацииСкорость   отстаивания, см/мин3,63,9 Объем осадка, %25,418,4Сок П сатурацииРН₂₀9,279,25 Содержание   солей Са, % СаО0,0380,030 РВ, % к массе сока0,1300,018 Цветность, усл.ед18,616,8 Ч, %89,690,3

Изобретение относится к сахарной промышленности. Способ предусматривает его преддефекацию до достижения рН сока 9,5-10,5, нагревание сока за 70-85°С и подачу во флотатор. Сок выдерживают в последнем 7-10 мин для флотации осадка газом, выделившимся из сока. Затем его направляют на дефекацию. Сок с осадком разделяют при помощи мембраны из высокопористого керамического материала на основе кварцевых волокон пористостью 70-80% до образования на ее поверхности слоя осадка и фильтрованный сок направляют на дефекацию. Дефекованный сок сатурируют и фильтруют. Изобретение обеспечивает повышение эффекта очистки диффузионного сока и уменьшение его цветности. 1 табл.

Способ очистки диффузионного сока, предусматривающий его преддефекацию, отделение осадка от преддефекованного сока, дефекацию, сатурацию и фильтрацию отстатурированного сока, отличающийся тем, что при достижении рН сока 9,5-10,5, на преддефедкации осуществляют его нагревание до 70-85°С, подают во флотатор и выдерживают в течение 7-10 мин для флотации осадка газом, выделившимся из сока, при этом сок направляют на дефекацию, а сок с осадком разделяют при помощи мембраны из высокопористого керамического материала на основе кварцевых волокон пористостью 70-80% до образования на ее поверхности слоя осадка и фильтрованный сок направляют на дефекацию.