Способ очистки сахаросодержащих растворов Советский патент 1992 года по МПК C13D3/04 

Изобретение относится к сахарному производству и может быть использовано при очистке сахарсодержащих -растворов известково-углекислотным способом.

В современном сахарном производстве при очистке сахарсодержащих растворов известково-углекислотным способом известен способ очистки, когда через раствор с температурой 80-85°С пропускается сату- рационный газ, насыщенный парами воды при температуре жидкости в мокрых пылеуловителях, т.е. 20-30°С.

Недостатком такого способа очистки является то, что в этом случае имеют место два соизмеримых встречно направленных массовых потока: диффузия молекул диоксида углерода из глубины пузыря к поверхности раздела фаз и диффузия паров воды от поверхности раздела фаз в сатурационный газ. .

Поскольку скорость диффузии компонентов зависит также от направления потоков других компонентов,.то при данном способе сатурации будет происходить замедление скорости абсорбции С02 (в силу встречного движения водяного пара), что выразится в уменьшении количества молекул С02, перешедших из газа в раствор, т.е. коэффициент использования диоксида углерода будет низкий и составляет, например, для аппаратов I сатурации 60-65%.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки сахарсодержащего раствора, заключающийся в насыщении сатурационного газа водяным паром до величины равновесного парциального давления (0,586-0,709)-105 Па при температуре сатурации 85-90°С.

Недостатком такого способа является то, что насыщение сатурационного газа водяным паром до равновесного парциального давления (0,586-0,709)-105 Па при температуре сатурации 85-90°С лишь устраняет встречно направленный поток водя(Л

G

vi

ю со

00 CJ

него пара в глубь пузыря, количество перенесенного С02 при этом в пределах газовой фазы к поверхности раздела определяется скоростью диффузии С02. Кроме того, сок в сатураторе будет охлаждаться вследствие потерь тепла в окружающую среду через корпус аппарата. Поэтому для осуществления дальнейшего процесса отстаивания и фильтрования сока требуется применять оборудование для его подогрева.

Цель изобретения - увеличение использования диоксида углерода за счет интенсификации массообмена, имеющего место при однонаправленной диффузии молекул диоксида углерода и паров воды.

Способ очистки сахарсодержащего i раствора предусматривает дефекацию, насыщение сатурационного газа водяным паром и сатурацию сока путем пропускания через него сатурационного газа.

Согласно изобретения насыщение сатурационного газа водяным паром проводят до достижения парциального давления водяных паров,равного (0,85-1,4) 105 Па, соответствующего температуре сатурационного газа95-110°С.

Способ очистки сахарсодержащих растворов заключается в следующем.

Сахарсодерж.ащий ; раствор подвергают дефекации посредством известкового молока в количестве 2,5-3,0% к массе свеклы. При этом происходят химические реакции разложения несахаров при высоких значениях рН, температуры и в течение длительного времени.

Для возможности вывода осажденных несахаров из раствора, проведения дополнительной физико-химической очистки адсорбцией, дефекованный раствор подвергают сатурации в аппаратах различной конструкции (барботажных, центробежных, распылительных и т.д.) путем пропускания через раствор газа (сатурационного), содержащего 25-30% диоксида углерода. Предварительносатурационный газ насыщают водяными парами до достижения равновесного парциального давления водяных паров в нем, равного(0,85-1,4)-105 Па, соответствующего температуре сатурационного газа 95-110°С,

Сахарсодержащим i раствором, являющимся обьектом обработки, может быть диффузионный сок, получаемый при переработке сахарной свеклы и содержащий 10- 12% сахара; к/Геровка сахара-сырца, содержащая 55-60% сахара, сок I . сатурации, направляемый для проведения процесса II сатурации.

В случае, если сок очищается от несахаров при помощи других методов (ионитная

очистка, ультрафильтрация, диализ, электроочистка) и в такой сок не вводят известковое молоко с целью проведения известково-углекислотной очистки, предло- женный способ очистки не работает.

Явление ускорения транспортировки одного вещества под воздействием спутно- го массового потока (Стефановский поток) известно в технике и используется в данном

случае для увеличения использования СОа, т.е. при сатурации по предлагаемому способу за время контакта фаз из газа в раствор переходит большее количество диоксида углерода, чем при сатурации по любому из

известных способов.

Кроме того, при прохождении сатурационного газа через сахарсодержащий раствор газ охлаждается, становится пересыщенным по водяным парам и в нем

образуются капельки воды с растворенным в нем диоксидом углерода, что также способствует более полному истощению сатурационного газа от С02.

Скорость диффузии диоксида углерода

из глубины газовой фазы к поверхности раздела фаз определяется законом Фика.

N Odc/dy,

где N - плотность потока массы вещества; dc/dy - движущая сила процесса;

D - приведенный коэффициент диффузии С02.

В свою очередь приведенный коэффициент диффузии зависит от компонентного состава газа и в многокомпонентной газовой смеси рассчитывается по формуле

гч

e(yk/DliT)

где yk - молярные доли компонентов в газо- вой смеси;

Dik - коэффициенты диффузии для пары газов.

В случае, если через сахарсодержащий раствор с температурой 25°С продувают са- турационный газ, насыщенный парами воды, при 20°С (аналог) коэффициент диффузии равен

Веса 1,6-1.0 5м2/с. Если сатурационный газ насыщен пара- ми воды до величины равновесного парциального давления 0,586-Ю5 Па при температуре сатурационного газа 85°С, то численное значение коэффициента диффузии составляет Е),82-10 5м2/с,

что на 14 % больше, чем в первом случае.

Насыщение сатурационного газа парами воды до парциального давления 0,85-105 Па при температуре сатурационного газа

95°С позволяет получить коэффициент диффузии COg.

,95 10 5M2/c,

что на 7% больше, чем во втором случае и на 22% больше, чем в первом. Поскольку количество перенесенного С02 пропорционально коэффициенту диффузии, то достигается и более значительное истощение сатурационного газа от диоксида углерода в предлагаемом способе при прочих равных условиях.

Также следует отметить, что ускорение массообмена способствует образованию более пересыщенного раствора карбонатом кальция, что создает условия для зарожде- ния большего числа кристаллического Са СОз, обладающего и большей адсорбционной способностью. Поэтому можно получить соки лучшего качества.

Помимо этого, при контакте сока с па- ро-газовой смесью высокого потенциала происходит быстрый нагрев и коагуляция белков с захватом некоторого количества несахаров, что повышает качество сока.

Известен и применяется способ обра- ботки сока I сатурации паром. В этом случае наблюдается снижение потерь сахара в производстве, снижение количества про- моев, поступающих в сок. Кроме того, термическая обработка сока способствует уменьшению содержания общего количества растворимых и коагулируемых белков в соках за счет необратимой денатурации белков. Доброкачественность обработан ных паром соков выше, а их цветность ниже по сравнению с соками, обработанными по обычной схеме.

Поскольку по предлагаемой схеме очистки сатурационный газ содержит водяной пар высокого потенциала, то будет также наблюдаться благотворное влияние паров Н20 на качественные показатели обрабатываемого раствора, как и в случае обработки соков одним паром.

Насыщение сатурационного газа водя- ным паром до парциального давления 0,85-105 Па при температуре сатурационного газа 95°С выбирается из тех соображений, чтобы сахарсодержащий раствор, находящийся в сатураторе, не охлаждался вследствие потерь тепла через корпус аппарата и с уходящими газами в окружающую среду, т.е. потери тепла компенсируются теплотой конденсации дополнительно вводимого пара в сатурационный газ. Поэтому снижение температуры сахарсодержаще- го раствора и ухудшение условий сатурирования и последующих технологических операций (отстаивания) не произойдет. При выборе нижнего ограничения при насыщении сатурационного газа водяным паром были учтены все перечисленные факторы и граничным значением получения положительного эффекта оказалось парциальное давление водяного пара в сатурационном газеО,85«105Па.

При более низком давлении водяного пара в сатурационном газе температура сока в сатураторе будет ниже 85°С вследствие потерь тепла в окружающую среду через корпус аппарата и с уходящими газами. Поскольку при этом повышается вязкость раствора, то скорость отстаивания (фильтрования) такого раствора уменьшается, что приводит к увеличению количества отстойников (фильтров) при сохранении производительности или уменьшению производительности завода. Для фильтрования такой сок необходимо дополнительно подогревать в теплообменниках до оптимальной температуры 85-90°С. В случае, если парциальное давление водяных паров в сатурационном газе ниже 0,85 105Па, то понижается роль спутного потока водяного пара,снижа- ется скорость переноса СОз в жидкую фазу, следовательно и коэффициент использования СОа.

Если сатурационный газ насыщен парами воды до парциального давления сатурационного газа, под которым он поступает на сатурацию.,1,410 Па, то газ состоит из одного водяного пара и процесс сатурации происходить не будет.

При ритмичной работе завода и оптимальной температуре сатурации и фильтрации 85°С, ненарушенной системе теплоизоляции и температуре окружающей среды 20°С достаточно обрабатывать сок сатурационным газом, парциальное давление паров воды в котором составляет 0.85-105 Па при температуре сатурационного газа 95°С. Тепловой потенциал конденсации пара и охлаждения конденсата будет использован на компенсацию потерь тепла с уходящими газами и через корпус аппарата в окружающую среду.

Особо благоприятно сказывается насыщение сатурационного газа парами воды до указанных пределов при проведении процесса сатурации в секционных аппаратах, начальной секцией которых являютсяраспы- лительные абсорберы, центробежные секции и т.д. В начальных секциях таких аппаратов при обычном способе сатурации, т.е. когда сатурационный газ не насыщен Н20, происходит очень интенсивное насыщение сатурационного газа парами воды, что препятствует абсорбции СОг. Поэтому роль начальных секций для высокого использования С02 снижается.

П р и м е р 1. (Известный). Диффузионный сок (,58: ,8; ,82) после преддефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем при 85°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировав- шим через слой воды при 30°С. Полученный газ характеризуется температурой 30°С и парциальным давлением водяных паров, равным 0,042-105Па. При сатурации пробы дефекованного сока таким газом до конечного значения рН сока I сатурации 10,0 коэффициент использования СОа составил 55%. Качественные показатели обработанного сока: ,06; ,9; ,0. Расход диоксида углерода на сатурацию поддерживался постоянным во всех дальнейших опытах и составлял 0,231 л/с.

П р и м е р 2. Диффузионный сок (,58; ,8; ,82) после преддефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2, затем при 85°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарбортировавшим через слой воды при 85°С. Полученный сатурэционный газ характеризуется температурой 85°С и парциальным давлением водяных паров, равным 0,578%10 Па. При сатурации пробы дефекованного сока таким газом до конечного значения рН сока I сатурации 10,0 коэффициент использования С02 составил 64,5%. Качественные показатели обработанного сока: ,07; ,,0.

П р и м е р 3. Диффузионный сок (,58; ,8; ,82) после преддефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем при 85иС подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшим через слой воды при 90°С. Полученный сатурационный газ характеризуется температурой 90°С и парциальным давлением водяных паров, равным 0,709-10 Па. При сатурации дефекованного сока таким газом до конечного значения рН сока I сатурации 10,0 коэффициент использования С02 составил 67%. Качественные показатели об- работанного сока ,07; ,8; ,0.

Примеры 2 и 3 характеризуют способ очистки сахарсодержащих растворов, предусматривающий дефекацию, насыщение сатурационного Газа водяным паром до величины равновесного парциального давления (0,586-0,709 105Па при температуре сатурации 85-90°С и сатурацию сока путем пропускания через сок сатурационного газа (прототип).

П р и м е р 4. Диффузионный сок (,58; ,8: ,82) после преддефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2, а

затем при 85°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшим через слой воды при 95°С. Полученный сатурационный газ характеризуется температурой 95°С и парциальным давлением во0 дяных паров, равным 0,850-10 Па. При сатурации пробы дефекованного сока при 85°С таким газом до конечного значения рН сока I сатурации 10,0 коэффициент использования С02 составил 69,5%, Качест5 венные показатели сока I сатурации: ,09; ,85; ,0.

П р и м е р 5. Диффузионный сок (,58; ,8; ,82) после преддефекации с ,8 в количестве 200 мл де0 фекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем подвергают сатурации при 85°С. Сатурационный газ получают путем смешения диоксида углерода и водяного пара давлением 1,4-10 Па .Полученный сатурационный

5 газ характеризуется температурой 110°С и парциальным давлением водяных паров 1,4ИО Па. При сатурации дефекованного сока при 85°С таким газом до конечного зна- чения рН сока I сатурации 10,0

0 коэффициент использования С02 составил 72,5%. Качественные показатели сока I сатурации: ,09; ,9; ,0.

Примеры 4 и 5 характеризуют способ очистки сахарсодержащих растворов, предус5 матривающий дефекацию, насыщение сатурационного газа водяным паром до величины равновесного парциального давления 0,85105 Па и 1,4.105 Па,соответствующего температуре сатурационного газа 95 и 1100С,

0 и сатурацию сока путем пропускания сатурационного газа через сок.

П р и м е р 6. Диффузионный сок (,58; ,8; ,82) после преддефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл де5 фекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем подвергают сатурации при температуре сока 85°С. Сатурационный газ получают путем барботажа диоксида углерода через слой воды при 94°С и он характеризу0 ется парциальным давлением водяных паров 0,815 105Па и температурой 94°С. При сатурации дефекованного сока при 85°С таким газом до конечного значения рН сока сатурации 10,0 коэффициент использования

5 СОа составил 68,5%. Качественные показатели сока I сатурации: ,07; ,8%;рН-10,0.

Пример. Диффузионный сок (,58; ,8; .82) после преддефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2 а затем при температуре жидкости 85°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшим через слой воды температурой 96°С. Полученный сатурацион- 5 ный газ характеризуется парциальным давлением водяных паров 0,877-10 Па и температурой 96°С. При сатурации дефеко- ванного сока температурой 85°С таким газом до конечного значения рН сока I .. 10 сатурации 10,0 коэффициент использования С02 составил 69,5%. Качественные показатели сока I сатурации: ,09; ,85:рН 10,0.

ПримерВ. Диффузионный сок 15 (,58; ,8; СХ 10,82) после предде- фекации с рН 10,8 в количестве 200 мл де- фекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем при 85°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшим че- 20 рез слой воды при 100°С. Полученный сатурационный газ характеризуется температурой 100°С и парциальным давлением водяных паров, равным 1,01105 Па. При сатурации дефекованного сока температурой 25 85°С таким газом до конечного значения рН сока I сатурации 10,0 коэффициент использования С02 составил 71%. Качественные показатели сока 1-й сатурации .09; .9; .0.30

Осуществление способа очистки сахарсодержащего раствора при использовании сатурационного газа, насыщенного парами воды до парциального давления водяных паров, превышающего давление са- 35 турационного газа, под которым он поступает на сатурацию} 1,4/10 Па, невозможно, поскольку диоксид углерода в таком газе не присутствует (его парциальное давение 1,4-10 Па и. его доступ в аппарат пере- 40 крывается более высоким давлением водяного пара).

Осуществление способа очистки саха- рсодержащих растворов по предложенному методу позволяет уменьшить время 45 сатурации проб, диффузионного сока. Так при насыщении сатурационного газа парами воды до равновесного парциального дав- ления водяных паров 0,85-10 Па (соответствует температуре сатурационно- 50 го таза 95°С) происходит увеличение исользования С02 на 18.5% гто сравнению с аналогом (сатурационный газ насыщен па- рами воды до равновесного парциального давления 0,042 105Па, что соответствует 55 температуре газа 30°С), и использование С02 увеличивается на 2,5% при насыщении сатурационного газа водяным паром до величины 0,701-10 Па (соответствует температуре сатурационного газа 90°С).

Также видно некоторое улучшение качественных показателей соков, обработанных по предлагаемому способу, что подтверждается также промышленными испытаниями при обработке сока I сатурации паром,

Для подтверждения положительного эффекта, получаемого по предлагаемому способу очистки (увеличения коэффициента использования диоксида углерода), были проведены эксперименты на клеровке сахара-сырца, сока I сатурации.

ПримерЭ. Клеровку сахара-сырца (,4; ,0; ,8) после преддефе- кациис рН 10,8 в количестве 200 мл дефеку- ют известковым молоком до рН 12,2, а затем при температуре сахарсодержащего раствора 85°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшем через слой воды при 30°С. Полученный таким образом газ характеризуется температурой 30°Си парциальным давлением водяных паров, равным 0,042-105Па. При сатурации пробы раствора таким газом до конечного значения рН сока I сатурации 10,0 коэффициент использования СОа составил 43%. Качественные показатели обработанного сока: ,6; ,,0.

П р и м е р 10 (прототип). Клеровку саха- ра-сырца (,4; ,0, ,8) после преддефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком, до рН 12,2, а затем при температуре сахарсодержащего раствора 85 С подвергают сатурациидиоксидомуглерода,, пробарботировавшим через слой воды температурой 90°С, Полученный газ характеризуется температурой 90°С и парциальным давлением водяных паров, равным 0,709-105Па. При сатурации пробы раствора таким газом до конечного значения рН сока I сатурации 10,0 коэффициент использования С02 составил 51%. Качественные показатели обработанного сока: Де-91,6; ,0; рНМ О.О.

П р и м е р 11. Клеровку сахара-сырца (,4; ,0; ,8) после дефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем при температуре сахарсодержащего раствора 85°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшим через Слой воды при 95°С, Полученный газ характеризуется температурой 95°С и парциальным давлением водяных паров, равным 0,85«105 Па. При сатурации пробы раствора таким газом до конечного значения рН сока I сатурации 10,0 коэффициент использования диоксида углерода составил 54%. Качественные показатели обработанного сока: ,6; ,0; ,0.

П р и м е р 12. Клеровку сахара-сырца (,4: ,0; ,8) после дефекации с рН 10,8 в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем при температуре сахарсодержащего рас- твора 85РС подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшим через -слой воды температурой 100°С. Полученный газ характеризуется температурой 100°С и парциальным давлением водяных паров 1.0Ы05Па. При сатурации пробы раствора таким газом до конечного значения рН сока I . сатурации 10.0 коэффициент использования С02 составил 55%.

Примеры 11 и 12 выполняют по предла- гаемому способу очистки клеровки сахара- сырца. Вследствие ускорения массопередачи СОа за счет однонаправленного спутного потока водяного пара происходит увеличение использования диоксида углерода на 11% по сравнению с аналогом и на 3% по сравнению с прототипом. Поскольку вязкость обрабатываемого раствора выше, чем дефекованного сока, получаемого при переработке сахарной свеклы, коэффициент использования С02 имеет меньшее численное значение.

Пример 13.Сок I сатурации(,0 .,0) в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2. а затем при температуре сахарсодержащего раствора 90°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарбортировавшим через слой воды температурой 30°С. Такой газ характеризуется температурой 30°С и пар- циальным давлением водяных паров 0,042 «105Па. При сатурации пробы раствора таким газом до конечного значения рН 9,0 коэффициент использования СО2 составил 45%.

Л ример 14. Сок сатурации(,0; .Св . 12-0) .0) в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем при температуре сахарсодержащего раствора 90°С подвергают сатурации ди- оксидом углерода, пробарботировавшим через слой воды при 90°С. Такой газ характеризуется температурой 90°С и парциальным давлением водяных паров 0,709 Ю Па. При сатурации пробы раствора таким газом до конечного значения рН сока 9,0 коэффициент использования С02 составил 53%.

П р и м е р 15. Сок I .сатурации(,0 ,,0) в количестве 200 мл дефе- куют известковым молоком до рН 12,2, а затем при температуре сахарсодержащего раствора 90°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшим через слой воды при 95°С. Такой газ характеризуется температурой 95°С и парциальным давлением водяных паров 0,85 105Па. При сатурации пробы раствора таким газом до конечного значения рН 9,0 коэффициент использования С02 составил 55%.

Пример 6. Сок I сатурации (,0; ,,0) в количестве 200 мл дефекуют известковым молоком до рН 12,2, а затем при температуре сахарсодержащего раствора 90°С подвергают сатурации диоксидом углерода, пробарботировавшим через слой воды при 100°С. Такой газ характеризуется температурой 100°С и парциальным давлением водяных паров 1,0110 Па. При сатурации пробы раствора таким газом до конечного значения рН 9,0 коэффициент использования С02 составил 55%.

Примеры 13, 14 характеризуют выполнение способа очистки сока I сатурации по аналогу и прототипу соответственно. Примеры 15, 16 выполняют по предлагаемому способу при температуре газа 95 и 100°С. Коэффициент использования С02 при этом возрастает на 10% по сравнению с аналогом и на 2% по сравнению с прототипом.

Таким образом, применение предлагаемого способа очистки сахарсодержащих растворов от несахаров будет способствовать увеличению степени использования диоксида углерода из сатурационного газа, что позволит: во-первых, уменьшить нагрузку на газовые насосы, поскольку для проведения очистки сахарсодержащих растворов от несахаров и достижения оптимального значения рН сока I. сатурации потребуется меньшее количество сатурационного газа, следовательно уменьшаются затраты электроэнергии на сжатие газа; во- вторых, уменьшение концентрации неиспользованного диоксида углерода после процесса сатурации будут способствовать меньшему загрязнению воздушного бассейна С02.

Формула изобретения Способ очистки сахарсодержащих растворов, предусматривающий дефекацию, насыщение сатурационного газа водяным паром и сатурацию сока путем пропускания через него сатурационного газа, отличающий с я тем, что, с целью повышения коэффициента использования диоксида углерода, насыщение сатурационного газа водяным паром проводят до достижения парциального давления водяных паров, равного 0,85 10J-1,4«105 Па, соответствующего температуре сатурационного газа 95-110°С.

Изобретение относится к сахарному производству и может быть использовано при очистке сахарсодержащих растворов известково-углекислотным способом. Цель изобретения - повышение коэффициента использования диоксида углерода. Способ очистки сахарсодержащего раствора предусматривает дефекацию, насыщение сату- рационного газа водяным паром и сатурацию сока путем пропускания через него сатурационного газа. Насыщение последнего водяным паром проводят до достижения парциального давления водяных паров, равного 0,85105-1,4.-105 Па, соответствующего температуре сатурационного газа 95-110°С.