Способ очистки сахаросодержащего раствора Советский патент 1992 года по МПК C13D3/14 

Изобретение относится к технологии очистки сахарсодержащих растворов и может быть использовано для совершенствования очистки соков, сиропа и клеровки сахарного производства.

Известен способ очистки сахарсодержащего раствора при помощи катионита КУ-2х2.

Однако использование катионита не обеспечивает требуемое качество очистки, а также приводит к удорожанию процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки сахарсодержащего раствора, предусматривающий контактирование его с ионообменным материалом на основе свекловичного жома в количестве 7- 10% к массе раствора при 60-80°С в течение 30-40 мин.

Недостатком известного способа является необходимость использования большого количества дорогостоящего формальдегида и концентрированной соляной кислоты, корродирующей аппаратуру и снижающей качество очистки.

Цель изобретения - повышение качества очищаемого раствора и удешевление процесса.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу очистки сахарсодержащего раствора, предусматривающему его контактирование с ионообменником на основе свекловичного жома в количестве 7-10 % к массе раствора при 60-80°С в течение 30- 40 мин, свекловичный жом перед контактированием с сахарсодержащим раствором выдерживают в течение 11-13 ч в 0,1-0,3 н.

1 СА) С 00 СЛ Ю

спиртовом растворе щелочи, после чего смешивают с 0,3-1,0 н. водным раствором соляной кислоты, перемешивают в течение 30-40 мин и промывают водой.

Способ осуществляют следующим образом.

Сахарсодержащий раствор, в качестве которого используют сульфитированный сок, сироп или клеровку свеклосахарного производства, контактируют с ионообмен- ником, полученным на основе свекловичного жома, в течение 30-40 мин при 60-80°С. Ионообменник берут в количестве 7-10% к массе раствора.

Перед контактированием сахарсодер- жащего раствора и жома последний выдерживают в течение 11-13 ч вначале в 0,1-0.3 н. спиртовом растворе щелочи, после чего смешивают с 0,3-1,0 н. водным раствором соляной кислоты, перемешивают в течение 30-40 мин и промывают водой.

Сущность указанной обработки жома состоит в следующем. Свекловичный жом содержит до 30% пектиновых веществ к массе сухих веществ, сообщающих ему ионообменные свойства вследствие наличия свободных карбоксильных групп (-СООН)

соосн.

соон

л(оЛ,°

он

Однако ионообменные свойства свекловичного жома невелики ввиду того, что часть карбоксильных групп пектина ( 40%) этирифицирована метиловым спиртом (-СООСНз) и не участвует в ионном обмене; не участвуют также в ионном обмене нейтрализованные металлом карбоксильные группы (-СООМ). Кроме того, пектиновые вещества, находящиеся в жоме, растворимы в виде и способны вымываться из него при ионообменных процессах. Следовательно, чтобы свекловичный жом мож- но было использовать в качестве ионообменника, нужно находящиеся в нем пектиновые вещества перевести в нераст- воримую форму и освободить карбоксильные группы. Увеличение ионообменной способности, а также нерастворимость получаемого ионообменника достигаются последовательной обработкой свекловичного жома 0,1-0,3 н. спиртовом раствором щелочи и 0,3-1,0 н. водным раствором соляной кислоты. В процессе обработки жома щелочью (0,1-0,3 н, NaOH в 80%-ном спирте) при комнаткой температуре происходит омыление этерифицироаанных групп пектина и перевод всех карбоксильных групп в солевую форму - пектат:

Соон соогщоооч

JS I 1.0

COO-JH-S ОООЧfoO COO COO

Ф Ё&СКХХ

OH

он

v / -f °и он он

Обработка жома щелочью в виде 0,1-0,3 н. спиртового раствора производится для того, чтобы не вымыть из жома пектиновые вещества при их щелочном омылении, так как натриевые, калиевые и аммониевые со- ли пектиновых веществ растворимы в воде, но нерастворимы в органических растворителях, В качестве спиртов могут быть использованы этиловый, а также метиловый или изопропиловый.

При последующей обработке кислотой пектат, нерастворимый в спирте, переход- лит в нерастворимую в воде пектовую кислоту.

соои

Ц © 0сооч

и

еоох

,н, он

После обработки щелочью и кислотой и промывки жом приобретает свойства, которые позволяют использовать его в качестве ионообменника. Обменная емкость его по- вышается вследствие перевода всех карбоксильных групп (как -СООМ, так и -СООСНз) в свободную форму. Нерастворимость в воде достигается превращением пектиновых веществ в пектовую кислоту. Полученный ионообменник представляет собой твердое практически нерастворимое в воде вещество органического происхождения, являющееся высокомолекулярным соединением с пространственной структурой. Конкретно ионит можно считать гетерополисахаридом, который на надмолекулярном уровне представляет собой природный полимер целлюлозы, гемицеллюлозы и пектовой кислоты. Так как ионообменные свойства этого продукта обеспечиваются наличием пектовой кислоты по типу ионогенных групп, он является поликислотой или катионитом. При этом содержание поликислоты достигает 20-25% от веса ионообменника.

СООН соон С°ОН

о,.оПо степени ионизации полученный ионообменник относится к слабокислотным катионитам, так как содержит слабо- диссоциированные карбоксильные группы (-СООН). Он обладает способностью к обмену катионов (в том числе и Н- ионов) своих ионогенных групп -СООН и -ОН на катиониты растворенных солей:

COONcoo q

А/КЧ J-Q

О toM ) i/jV

онон

Обменная емкость катионита колеблется в пределах 3-5 мг-экв/г в зависимости от рН, температуры и длительности контакта с очищаемым сахарсодержащим раствором. Так как катионит относится к слабокислотному типу, максимальная обменная емкость его проявляется в щелочной среде, в которой степень диссоциации карбоксильных групп выше, чем в нейтральной ср.еде. Оптимальная длительность контакта ионита с раствором 24 ч. Оптимальная температура сорбции 18-20°С. Обменная емкость ионита, полученного по предлагаемому способу, зависит также от типа катионита растворенной соли, находящейся в контакте с иони- том. Так, обменная емкость этого катионита по ионам свинца может достигать 7-8 мг- экв/г, что согласуется с данными об избирательности пектинсодержащих материалов по отношению к поливалентным, особенно тяжелым, металлам.

При использовании полученного ионообменника поглощение ионов из растворов сопровождается строго эквивалентным вытеснением подвижных ионов катионита.

При этом отпадает необходимость использования для умягчения соков в свеклосахарном производстве растворов соды , являющихся сильным мелассообразовате- лем.

Предлагаемый ионообменный материал может быть подвергнут регенерации, как и любые другие карбоксильные катиониты, действием 5%-ных растворов кислот согласно реакции

РСООН+, РСООН,

где Р - остаток пектина. Он нетоксичен и устойчив к щелочно-земельным основаниям и особенно к кислотам. Разложение ионооб- менника по гликозидным связям может происходить лишь при длительном его кипячении с растворами серной кислоты.

Пример 1.100 г свекловичного жома измельчают до величины частиц 3 мм, заливают 1000 мл 0,2 н. КОН в 80%-ном изопропиловом спирте и выдерживают 12 ч при комнатной температуре. Затем раствор сливают, смешивают жом с 1000 мл 0,5 н. HaS 04 и перемешивают в течение 30 мин. Кислоту отфильтровывают и тщательно промывают жом дистиллированной водой. Спирт после нейтрализации регенерируют.

0 Получают ионообменник, представляющий собой частицы серого цвета и имеющий статическую обменную емкость по 0,1 н. CaCl2 3,0 мг-экв/г и по 0,1 н. СНзСООМа 5,0 мг-экв/г. Набухаемость ионообменника

5 300%, термостойкость 120°С, рК 5,9.

Полученный ионообменник в калиевой форме используют для очистки сахарсодер- жащего раствора. Сульфитированный сок до очистки имел показатели: рН 8,8; Дб

0 86,5%; РВ 0,077% к массе сухих веществ; содержание солей кальция 0,310% к массе сухих веществ К 100 мл сульфитированного сока добавляют 8 г ионообменника и выдерживают при 70°С при перемешивании в те5 чение 40 мин. Затем сок отделяют от осадка и анализируют. Получают сок с рН 8,4; Дб 86,6%; РВ 0,074% к массе СВ. Содержание солей кальция 0,061% к массе СВ (степень умягчения 80,2%).

0 Одновременно получают ионообменник из жома того же качества.

ЮОг свекловичного жома заливают 500 мл формалина, 150 мл концентрированной HCI и выдерживают полученную смесь при

5 комнатной температуре 72 ч. После этою полученный продукт отмывают водой и обрабатывают 2 ч также при комнатной температуре 5%-ным МНз (соотношение компонентов 1:10) в течение 2 ч. Затем ионо0 обменник промывают водой.

К 100 мл сульфитированного сока с содержанием сухих веществ 10,0%, рН 9,32, доброкачественностью 85,6% прибавляют 8,5 г полученного ионита в Na-форме и про5 изводят контактирование при 60°С и перемешивании в течение 40 мин. Затем сок отделяют от остатка фильтрованием. Очищенный сок имеет рН 9,27; Дб 86,2%, степень умягчения 70%.

0 П р и м е р 2. 100 г свекловичного жома измельчают до размера частиц 2 мм, заливают 1000 мл 0,1 H.NaOH в70%-номизопро- пиловом спирте и выдерживают 12 ч при комнатной температуре. Раствор сливают,

5 смешивают жом с 1000мл 0,3 н. HCI и перемешивают в течение 30 мин. Массу отфильтровывают и промывают жом водой.

Получают ионообменник с теми же показателями, что и в примере 1, но в N а-фор- ме. Его используют для очистки сульфитированного сока того же качества. К 100 мл сока прибавляют 8 г ионообменника

и выдерживают при 70°С, перемешивая, 40 мин и анализируют. Получают сок с рН 8,4; Дб 86,6%; РВ 0,074% к массе СВ, степень умягчения сока составляет 80,2%.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но используют 0,3 н. раствор NaOH в 60%-ном изопропиловом спирте, контактируют жом с этим раствором 12 ч при комнатной температуре. Затем жом смешивают с 1,0 н. HCI в виде водного раствора и перемешивают 30 мин. Получают ионообменник с теми же показателями, что и в примере 1. При очистке сульфитирован- ного сока того же качества, что и в примере 1 (рН 8,8, содержание солей Са2+ 0,310% к массе СВ) получают сок с показателями: рН 8,4; Дб 86,7%; РВ 0,075% к массе СВ, степень умягчения сока составляет 80,1%.

П р и м е р 4. Способ осуществляют аналогично предыдущему примеру, но используют для получения ионообменника запредельные значения концентраций растворов. 100 г свекловичного жома измельчают до размеров 3 мм и заливают 1000 мл 0,05 н. NaOH в 50%-ном изопропиловом спирте. Затем жом обрабатывают 0,2 н. НС (водный раствор),

При очистке полученным ионообменни- ком сульфитировачного сока используют 8 г его на 100 мл сокз. Очищенный сок имеет ph 8,1; Дб 87,1%; РВ 0,076% к массе СВ, а степень умягчения составляет всего 52,3%.

Пример 5. Способ осуществляют так же, как и в предыдущем примере, но используют для выдерживания с жомом вначапе 0,4 н. раствор NaOH в90%-номизопропчло- вом спирте, а затем применяют 1,1 н. водный раствор HCI.

Ионообменная способность жома, последовательно обработанного спиртовым раствором щелочи и водным раствором соляной кислоты, максимальна при концентрации щелочи 0,1-0,3 н. и кислоты 0,3-1,0 н., а спирт 60-80%.

Пример 5. К 100 мл сульфитирован- ного сока прибавляют 7% ионообменника в Na-форме. Ионообменник получают так же, как в примере 2, но после смешивания жома и 0,3 н. ИС смесь перемешивают в течение 40 мин. Очищенный сок имеет рН20 8,51 %; Дб 86,8%; РВ 0,080%; степень умягчения составляет 79,8%.

Пример 6. Ионообменник получают из жома так же, как в примере 3, но выдерживают в спиртовом растворе щелочи 11ч.

К 100 мл сиропа с рН 9,00 прибавляют 10% ионита и обрабатывают при 80°С в течение 40 мин при перемешивании. Затем сироп отфильтровывают и анализируют. Очищенный сироп имеет рНао 8,52, Дб

89,5% (исходная 89.2%), степень умягчения

70,1%. В результате очистки ионообменником снижение цветности составляет 19,2%.

Пример 7. Ионообменник получают,

как и в предыдущем примере, но выдерживают жом со спиртовым раствором щелочи в течение 13ч. Берут клровку сахара-сырца, имеющую показатели: рНао 8,60; Дб 91,0%; РВ 0,075% к массе СВ, содержание солей

0 кальция 0,600% к массе СВ.

К100 мл клеровки сахара-сырца прибавляют 7% ионообменника и контактируют при 60°С в течение 30 мин. Раствор отфильтровывают и анализируют. Получают очи5 щенную клеровку с рН2о8,40; Д691.1%; РВ 0,080% к массе СВ. Снижение,цветности клеровки составило 20,1 %, степень ее умягчения 49,8%.

Способ очистки сахарсодержащего рас0 твора характеризуется использованием ионообменника из свекловичного жома в количестве 7-10%. При обработке меньшим количеством, например 6%, степень умягчения снижается в 1,5 раза. Увеличение коли5 чества ионита более 10%, например до 11%, не увеличивает степень умягчения и качесг- во очистки раствора. Оптимальная температура обработки 60-80°С. При температуре ниже 60°С степень умягчения несколько

0 снижается. Увеличение температуры вс,:ше 80°С приводит к меньшему снижению цветности. Оптимальная длительность обработки 30-40 мин. При длительности менее 30 мин, например 20 мин, степень умягчения

5 раствора снижается, а при длитепьности более 40 мин - не узэлич ивается

Пс сравнению с ионообменником на основе свекловичного жома, обработанного формальдегидом в среде концентрирован0 ной соляной кислоты и обеспечивающего степень умягчения 70%, применение для этой цели ионообменника, полученного по предлагаемому способу, более эффективно, так как степень умягчения возрастает до

5 80%, повышается качество очищенного раствора и отпадает необходимость применения антикоррозионной аппаратуры. Формула изобретения Способ очистки сахарсодержащего рас0 тзора, предусматривающий его контактиро- всние с ионообменником на основе свекловичного жома в количестве 7-10% к массе раствора при 60-80°С в течение 30- 40 мин, отличающийся тем. что, с целью

5 повышения качества очищенного раствора и удешевления процесса путем образования в ионообменнике пектовой кислоты, свекловичный жом перед контактированием с сахарсодержащим раствором выдерживают в течение 11-13 ч в 0,1-0.3 н.

спиртовом растворе щелочи, после чего соляной кислоты, перемешивают в течение смешивают с 0.3-1,0 н. водным раствором 30-40 мин и промывают водой.

Изобретение относится к технологии очистки сахарсодержащих растворов и может быть использовано для совершенствования очистки соков, сиропа и клеровки сахарного производства. Целью изобретения является повышение качества очищенного раствора и удешевление процесса. Способ предусматривает контактирование очищаемого сахарсодержащего раствора с ионообменником на основе свекловичного жома. Жом перед контактированием выдерживают в течение 11-13 ч в 0,1-0,3 н, спиртовом растворе щелочи, а затем смешивают с 0,3-1,0 н. водным раствором соляной кислоты в течение 30-40 мин и промывают водой. Ионообменник, содержащий пектовую кислоту, берут в количестве 7-10% к массе очищаемого раствора, который контактируют с ним при 60-80°С в течение 30-40 мин. сл с