Сорбційно-фільтраційний матеріал для очищення водно-спиртових сумішей

42905 Винахід відноситься дo технології вилучення токсичних речовин із водно-спиртових розчинів сорбцією і може бути використаний в лікеро-горілчаній промисловості. Відомий спосіб очищення водно-спиртових розчинів від багатоатомних спиртів, сивушних масел, оснований на використанні ферментних препаратів - b-фрукто-фуранози грибного або дріжджового походження [1]. Недоліком даного способу є тривалість витримки протягом 2-5 днів при температурі 2540°С, що значно збільшує витрати на очищення та знижує ефективність процесу. Відомий спосіб очищення харчового спирту за допомогою природного цеоліту (клиноптилоліту), котрий попередньо активують термічною обробкою при 300-350°С протягом 2 годин [2]. Недоліком даного способу є висока енергоємність процесу очищення завдяки витратам на попередню активацію цеоліту. Відоме застосування синтетичного цеоліту типу СаА(5а) для очищення етилового спирту [З]. При цьому можна одержати спирт високого ступеню чистоти. Недоліком такої очистки є висока вартість, яка пов'язана з високою вартістю виробництва синтетичного цеоліту. Відома технологія очищення водно-спиртової суміші за допомогою комбінованого сорбційнофільтраційного матеріалу, що містить сорбент і дрібнозернистий фільтруючий матеріал [4]. Як сорбент тут використовується вуглецевий залишок, що утворюється при згорянні подрібненого рослинного палива, а як дрібнозернистий фільтруючий матеріал - гравій, кварцовий пісок з розміром частинок 5 мм, або мармурова кришка. Недоліком такого матеріалу є його висока вартість, пов'язана з високою трудомісткістю виробництва вуглецевого залишку з заданими параметрами. Особливо складна технологія попередньої обробки рослинного палива (з подрібненої рослинної сировини екстрагують бензином смоляні речовини, потім сам бензин відганяють водяною парою, після чого знесмолені тріски спалюють при 900-1000°С в середовищі надлишку повітря). Найбільш близьким за складом та досягнутими результатами до сорбційно-фільтраційного матеріалу, що пропонується, є комбінований сорбційно-фільтруючий матеріал, який використовується для очистки водно-спиртової суміші при виробництві горілки [5]. Цей матеріал являє собою композицію, що складається з крупнозернистої фракції активованого вугілля, піску, наприклад, електрокорунду і волоконного матеріалу, наприклад, азбесту або суміші цього матеріалу з піском. Недоліком цього матеріалу є те, що окремі його компоненти застосовують окремо, що ускладнює технологічний процес очистки. Так, сорбційний компонент у вигляді крупнозернистої фракції активованого вугілля використовують для попередньої обробки водно-спиртової суміші, після чого його вилучають з цієї суміші і звільняють від рідкої фракції. Потім водно-спиртову суміш пропускають через пісок, після чого фільтрують її через третій компонент - волоконний матеріал, або суміш цього матеріалу з піском. Недоліком такого матеріалу є і те, що наряду з нейтральними компонентами (активоване вугілля, пісок), в ньому використовується канцерогенна речовина - азбест. Крім того, матеріал за прототипом недостатньо очищає водно-спиртові суміші від сивушних масел, ефірів, альдегідів, фенолів і важких металів. Задача, на вирішення якої направлений винахід, полягає в створенні композиційного сорбційнофільтраційного матеріалу (КСФМ) шляхом введення до його складу додаткових природних сорбентів для забезпечення високоефективної технології очищення водно-спиртових розчинів від вищевказаних шкідливих домішок при низьких трудо- і енерговитратах. Розроблений КСФМ дає можливість одержати технічний результат, що полягає в покращенні очистки водно-спиртових сумішей від шкідливих домішок і підвищенні ефективності технології. Для досягнення вказаного технічного результату у відомий композиційний сорбційно-фільтраційний матеріал, що застосовується для очистки водно-спиртової суміші і містить активоване вугілля та пісок, відповідно до винаходу, додатково введена гранітна і мармурова кришка в такому співвідношенні компонентів, мас.%: активоване вугілля - 60-70 гранітна кришка - 10-15 мармурова кришка - 10-15 пісок - 10-20, причому вугілля модифіковане іонами лужних та лужноземельних металів. Як активоване вугілля використовують окислені форми вуглецевих сорбентів, модифіковані іонами елементів першої та другої групи, наприклад, калію та кальцію. Модифікуючі метали складають 0,5-2 мас.% від маси вугілля при співвідношенні лужні : лужноземельні метали 1:1. Концентрація окислених груп вугілля може становити 10-15 мас.%. Як природний сорбент використовують суміш частинок граніту, мармуру та піску розміром 1-3 мм. Використання модифікованого активованого вугілля виключає можливість вилучення поташу із зольної частини вугілля спиртовою сумішшю, що попереджує появу осадку в вигляді карбонату кальцію. Крім того, активоване вугілля в окисленій формі має поглинальну здатність в 5-6 разів вищу, ніж вугілля типу БАУ. Використання фільтруючих матеріалів типу граніту та мармуру дозволяє додатково знизити твердість води, що досягається більш високими величинами дзета-потенціалу в порівнянні з чистим піском. Це сприяє кращому очищенню водно-спиртових сумішей від сивушних масел. В запропонованому матеріалі, крім застосування нового різновиду активованого вугілля, як сорбційного матеріалу, відмінними від прототипу ознаками у всіх випадках виконання матеріалу є використання нових різновидів природних сорбентів, що приводить до підвищення ступеню очищення водно-спиртових сумішей від шкідливих домішок. Таким чином, запропоноване технічне рішення відповідає критерію винаходу "новизна". 42905 Аналіз відомих способів очищення водно-спиртових сумішей показав, в деяких сорбційних матеріалах застосовуються такі ж речовини, як і в запропонованому матеріалі, а саме - вугілля, мармур, пісок. Однак їх використання у відомих технологіях очищення водно-спиртових сумішей не приводить до таких результатів, які досягнуті в запропонованому рішенні, а саме - високий ступінь очищення, а також низькі витрати енергії і коштів завдяки використанню дешевих природних сорбентів. Залежність відрізняючих ознак і одержаного результату з літератури невідома. Це дає можливість зробити висновок про творчий характер розробки, тобто відповідність запропонованого рішення критерію "винахідницький рівень". Технологія очищення за допомогою запропонованого матеріалу здійснюється таким чином. Водно-спиртову суміш безперервним потоком подають на фільтрацію. Фільтрацію здійснюють через сорбційний матеріал, який є сумішшю активованого вугілля та природних сорбентів - граніту, мармуру та піску. Сорбційний фільтраційний матеріал в колоні розміщений пошарово: активоване вугілля (половина) граніт мармур активоване вугілля (половина) пісок. Фільтрацію здійснюють із швидкістю 60 дал/годину. Очищену суміш відводять на подальші технологічні операції. Приклад На фільтрацію подають водно-спиртову суміш. Фільтрацію здійснюють через комбінований вуглецьмінеральний сорбент, розташований в колоні. Вміст токсичних речовин у вихідній (неочищеній) водноспиртовій суміші: сивушні масла - 0,49 мас.% альдегіди - 0,72 об.% ефіри - 50,0 мг/л Дані ефективності очищення за допомогою запропонованого матеріалу в порівнянні з відомим наведено в табл. 1. Ефективність очищення води для водно-спиртової суміші від іонів домішкових металів приведено в табл. 2. Із табл. 1, 2 видно, що запропонований матеріал дозволяє підвищувати якість очищення водно-спиртової суміші. В табл. 3 наведені дані дослідів, які характеризують вплив складу сорбційно-фільтраційного матеріалу на ступінь очищення водно-спиртової суміші. Джерела інформації 1. А.с. CPCP № 766159, кл. С12Н1/00, бюл. № 27, 23.07.1983 р. 2. А.с. CPCP № 872546, кл. С12Н1/04, бюл. № 38, 15.10.1981 p. 3. А.с. CPCP № 357218, кл. С12Н1/04, бюл. № 33, 25.01.1973 р. 4. А.с. CPCP № 1182073, кл. С12Н1/04, бюл. № 36, 30.09.1985 р. 5. А.с. CPCP № 626119, кл. С12Н1/04, бюл. № 36, 25.09.1978 р. - прототип. 42905 Таблиця 1 Показник Неочищена водно-спирт. суміш Ступінь очищення Незадовільн. через запропонований матеріал Нормальний Міцність 94 95,6 94,0 Фурфурол 3,9 0 Сліди Альдегіди, об.% 0,72 0,006 0,04 Сивушні масла, мас.% 0,49 0 0,37 39 11,4 30,9 50 12,8 27,9 Смак та запах Загальна кислотність (на оцтову кислоту), мг на 1 л абсолютного спирту Ефіри (в перерахунку на оцтово-етиловий), мг на 1 л абсолютного спирту через відомий матеріал Незадовільний Таблиця 2 Елемент Ступінь очистки (%) запропонований спосіб прототип Кальцій 98 90 Кремній 98 89 Залізо 95 88-90 Хлор 95 90 Фенол 94 85-90 Свинець 95 85 Мідь 98 90 42905 Таблиця 3 Вплив складу сорбційног о матеріалу на ефективніс ть очищення водноспиртової суміші від ефірів та сивушних масел