Спосіб очистки та знебарвлення цукрового соку

1 Спосіб очистки та знебарвлення цукрового соку шляхом його нагрівання, введення в сік попередньо обробленого сорбенту на основі природного глауконіту в КІЛЬКОСТІ 0,3-0,5% від маси соку, перемішування при температурі соку 90-95°С і наступного відділення сорбенту від соку фільтруванням, який відрізняється тим, що використовують попередньо підсушений фракціонований в межах 0,5-1 мм і термоактивований при 450-550°С глауконіт 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що термоактивацію глауконіту ведуть протягом 1 години Винахід відноситься до цукрової промисловості, точніше - до технології очищення цукрових соків і може бути використаний при доочищенні соку другої сатурації Він полягає у вилученні з соків нецукрових речовин (не цукрів) сорбцією шляхом застосування як сорбційного матеріалу термоактивованого природного дисперсного силікатного мінералу - глауконіту На даний час ВІДОМІ традиційні способи очищення цукрових соків з допомогою вапна і двоокису вуглецю, оксиду сірки, активного вугілля, ІОНІТІВ на основі іонообмінних смол, які дозволяють підвищити їх чистоту і зменшити кольоровість, викликану утворенням барвних речовин шляхом конденсації карбонільних сполук з амінокислотами і пептидами Але іонообмінні смоли дорогі, дефіцитні, їх використання пов'язане із складною та дорогою технологією очистки, ШКІДЛИВІ для навколишнього середовища СТІЧНІ води потребують хімічної обробки на спеціальних спорудах Використання активного вугілля поряд з покращенням якості цукру має і ІСТОТНІ недоліки, які полягають в тому, що цей спосіб має високу енергоємність, пов'язану з регенерацією, технологія очистки передбачає складне апаратурне и оформлення, активне вугілля також дефіцитне, що збільшує собівартість цукру Процес сульфатацм також традиційний у ВІТЧИЗНЯНІЙ цукровій промисловості, але його використання призводить до утворення СаБОз, що формує накип на трубопроводах, який важко видалити Використання вапна пов'язане з незначною адсорбційною здатністю частинок карбонату кальцію в цукровому соку, великими витратами енергії та ресурсів на приготування вапняного молока та сатураційного газу Пошук нових технологій необхідний ще й тому, що на Україні незначні запаси вапняку, придатного для термічного випалювання (обмеження склад - не менше 97% СаСОз, розмір шматків мінералу більше 10см) Відомий спосіб знебарвлення напівпродуктів цукрового виробництва, який передбачає застосування на дефекацій кисню повітря, причому на дефекацію задають хлорне вапно в КІЛЬКОСТІ 0,01 - 0,025%до маси соку [1] Одночасна обробка соку хлорним вапном і повітрям сприяє тому, що, в лужному середовищі під впливом ОНгруп йде інтенсивне руйнування, хромофорних систем в молекулах барвників з втратою забарвлення Цим способом можна досягнути зменшення забарвленості на 50% Недостатком способу являється те, що хлорне вапно, яксильний окислювач, може збільшувати продукти окислення і тим самим знизити вихід цукру Крім того, технологічний процес передбачає безперервне автоматичне дозування хлорного вапна, що ускладнює апаратурне оформлення ю (О о ю 50625 натрій Після ЦЬОГО СІК відфільтровують від сорбенту Недостатком цього способу являються значні витрати ХІМІЧНИХ реагентів на підготовку сорбента, збільшення втрат цукру в мелясі, тому ЯКІСТЬ що натрій сильніший мелясоутворювач, ніж Перспективною технологією вилучення з кальцій цукрових соків не цукрів являється використання сорбентів природного походження на основі Найбільш близьким за технічною суттю до мінералів і глинистих порід цеолітів, способу, що заявляється, є спосіб декальцинації монтморилонітів, гід росл юд, палигорскітів очищеного цукрового соку, в якому використані Використання таких сорбентів обумовлено іонообмінні властивості природного дисперсного достатньо високою сорбційною ємністю, силікатного мінералу - глауконіту [5] Цей спосіб вибірковістю, кат іонообмінними властивостями включає нагрівання цукрового соку до 95°С, деяких з них введення в сік попередньо збагаченого в електромагнітному полі до чистоти 94 - 96% Відомий спосіб очищення цукровмісного сорбента на основі природного глауконіту розчину, що передбачає попередню дефекацію магнієвої форми в КІЛЬКОСТІ 0,3 - 0,5% від маси гідроксидом кальцію в КІЛЬКОСТІ 0,25 - 0,3% СаО до соку, інтенсивне перемішування при температурі маси буряків, основну дефекацію гідроксидом соку 90-95°С і відділення соку від сорбенту кальцію в КІЛЬКОСТІ 0,8 - 1,0% СаО, 1 сатурацію, фільтруванням Застосування цього способу фільтрування, 2 сатурацію та фільтрування [2] В дозволяє зм'якшити цукровий сік за рахунок обміну цьому способі на попередню дефекацію вводять ІОНІВ Са 2+ в соку, на іони Мд2+, розміщені в 0,4 - 0,5% до маси буряків адсорбент, який пустотах каркасу цього сорбенту Недоліком вводять також на 1 сатурацію в КІЛЬКОСТІ 1,5 способу є недостатнє зменшення кольоровості 2,6% Як адсорбент тут використовують мінерал соку, і висока вартість очистки через значні доломіт, оброблений в дезінтеграторі пальцьового витрати енергії на створення електромагнітного тилу до розмірів 10-20мкм Використання доломіту поля суттєво зменшує витрати вапна, але має свої недоліки Подрібнення доломіту до Задачею, на вирішення якої спрямований порошкоподібного стану потребує значних винахід, являється розробка ефективної і енерговитрат і ВІДПОВІДНОГО обладнання, яке економічної технологій очистки соку другої швидко зношується Це приводить до сатурації подорожчання процесу очистки Крім того, Розроблений для вирішення поставленої використання доломіту не забезпечує необхідної задачі спосіб очистки та знебарвлення цукрового якості очищеного соку, зокрема прийнятного соку дає можливість одержати технічний зменшення забарвленості Забарвленість за цим результат, що полягає в підвищенні якості очистки, способом зменшується всього на 5 - 8,5% зокрема зменшенні кольоровості соку за рахунок використання термоактивованого глауконіту, а Відомий також спосіб очищення цукристих також в більш економічній технології з меншими розчинів, що включає змішування сорбенту на енергетичними витратами основі монтморилонітових порід (бентонітових глин) з цукристим розчином, перемішування цієї Суть запропонованого способу полягає втому, суміші на протязі не менше як 5 хвилин і що у відомому способі очистки цукрового соку видалення з розчину твердої фази відстоєм, шляхом його нагрівання, введення в сік центрифугуванням або фільтрацією [3] Такий попередньо обробленого сорбента на основі сорбент одержують модифікацією монтморилоніту природного глауконіту в КІЛЬКОСТІ 0,3 - 0,5% від сірчанокислим алюмінієм та акустичними маси соку, переміщування суміші при температурі коливаннями на частотах 10 бОкГц у водному соку 90 - 95°С і наступного відділення соку від розчині Спосіб забезпечує достатню чистоту соку, сорбенту, ВІДПОВІДНО заявленому винаходу, ефект знебарвлення (зменшення кольоровості) використовують попередньо підсушений складає більш ніж 50% Сорбент очищає цукристі фракціонований в межах 0,5 - 1мм і розчини також від ІОНІВ важких металів, в тому термоактивований при 400 - 550°С глауконіт Як числі від радіонуклідів, та таких органічних сполук правило, термоактивацію глауконіту ведуть як пестициди, нітрати, нітрити Недоліком цього протягом 1 години способу являються великі енерговитрати для Аналіз свідомих технічних рішень в даній приготування сорбенту, необхідність спеціального області, опублікованих в доступних джерелах обладнання для розмелювання мінералу в пил інформації, дозволяє зробити висновок про (частинки сорбенту мають розмір менше 0,2мкм по відсутність в них сукупності ознак, схожих на масі не менше 90%), а також для обробки його ІСТОТНІ відрізняючи ознаки запропонованого акустичними коливаннями способу і признати заявлене рішення відповідаючи критерію "новизна" При цьому в рішеннях, які Відомий спосіб зм'якшення цукрових соків з містять окремі вказані ознаки, проявляються ІНШІ використанням клиноптилоліту в Na-формі [4] властивості, які не приводять до результатів, Підготовка цього неорганічного природного досягнутих в заявленому рішенні, а саме - висока сорбенту полягає в обробці його розчинами якість очистки при більш економній технології соляної кислоти і гідроксиду натрію При цьому Залежність відрізняючих ознак і одержаного сорбент переходить в Na-форму Потім таким результату з літератури невідома Це дає чином оброблений клиноптилоліт вводять у можливість зробити висновок про творчий цукровий сік, перемішуючи суміш, В процесі характер розробки, тобто ВІДПОВІДНІСТЬ заявленого іонообміну солі кальцію соку замінюються солями процесу Через внесення в сік хлорного вапна в ньому збільшується вміст солей кальцію, тобто збільшується жорсткість соку, що погіршує його 50625 можливість здійснення заявленого способу рішення критерію винахідницький рівень Приклад 1 Підсушений і просіяний до розмірів Запропоновану технологію здійснюють таким частинок 0,5 - 1,0мм глауконіт активували в печі чином Природний дисперсний мінерал глауконіт при температурі 100°С протягом 1 години для кращої сипучості підсушують у сушильній Підготовлений таким способом сорбент вводили у камері, а потім просіюють на класифікаторі для КІЛЬКОСТІ Зг в підігрітий до 95°С фільтрований одержання потрібної фракції розміром 0,5 - 1мм цукровий сік після 2-ої сатурації об'ємом 1л З Після ЦЬОГО В печі проводять термоактивацію допомогою мішалки цю суміш інтенсивно глауконітового піску при температурі від 400 до перемішували 10 хвилин, після чого сік 550°С, переважно при температурі 500°С протягом відфільтровували від сорбенту Визначали ЯКІСНІ 1 години Підготовлений таким способом глауконіт показники очищеного соку, які становили чистота вводять у нагрітий до 90-95°С цукровий сік в 95% , кольоровість - 730ум од , ефект КІЛЬКОСТІ 0,3 - 0,5% від маси соку, інтенсивно знебарвлення - 21,1% перемішуючи суміш на протязі 10 хвилин Потім очищений і знебарвлений сік відфільтровують від Приклади 2-8 Досліди проводили у тих же сорбенту і відводять на подальші технологічні умовах, що і в прикладі 1, за винятком операції температури активації глауконіту Результати ДОСЛІДІВ наведені в таблиці Нижче наведені приклади, які підтверджують Таблиця Показники Приклади 1 2 3 4 5 6 7 8 (неактивований глауконіт) Контрольна проба соку (без сорбенту) Відомий спосіб (прототип) Техніко-економічні показники обробки і застосування сорбенту ТемпераТемпература Витрати Час тура активації сорбенту контакту, обробки сорбента % хвилин соку °С ,°С 100 90-95 0,3 10 200 90-95 0,3 10 300 90-95 0,3 10 400 90-95 0,3, 10 500 90-95 0,3 10 600 90-95 0,3 10 700 90-95 0,3 10 20 90-95 0,3 10 ЯКІСНІ показники цукрового соку після П сатурації Чистота, % КольороЕфект вість, знебарви-лення ум один % 93 0,3 На фіг 1 і 2 зображені графіки залежності кольоровості (забарвленості) очищеного після 2-ої сатурації соку від температури активації глауконіту і ефекту знебарвлення від цієї ж температури Вихідний (необроблений сорбентом) цукровий сік має високу забарвленість і становить приблизно 925умовн одиниць При внесенні в сік природного (не обробленого термічне) глауконіту і перемішуванні суміші кольоровість зменшується у незначній мірі і становить біля 840ум одиниць (ефект знебарвлення - всього 9,2%) Це свідчить про те, що пористість мінералу мало розвинута, а отже і невелика сорбіційна здатність по відношенню до не цукрів, які спричинюють забарвлення При термоактивацм в межах 100 200°С із глауконіту випаровується зв'язана вода і відкриваються нові пори Обробка соку таким сорбентом знижує кольоровість до 617ум один, (ефект знебарвлення складає 33,3%) При температурі активації мінералу 200 - 400°С молекули води, що залишилися в структурі глауконіту, розпадаються на поверхневі гідроксильні групи (ОН), утворюючи нові валентні зв'язки Поряд з фізичною адсорбцією 15 730 617 470 377 329 347 405 840 21,1 33,3 49,2 59,2 64,4 62,5 56,2 95 20 95 95 95 95 95 95 95 95 925 0 95 840 9,2 9,2 відбуваються у розчині цукру і процеси хемосорбції, загальна сорбційна ємність зростає, досягаючи свого максимуму в діапазоні активації 450 - 550°С При подальшому зростанні температури активації аж до 700°С вигорають гідроксильні групи, збільшується КІЛЬКІСТЬ макропор, загальна сорбційна ємність знижується Ефективність очистки цукрового соку від барвних речовині такими сорбентами менша Це відображено на графіку (фіг 1) зростанням кольоровості Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваним технічним результатом полягає в наступному Сорбентом, який вводиться в цукровий сік для його очистки, являється природ -ний дисперсний мінерал глауконіт, у сфері обмінной ємності якого зосереджені, в основному, іони магнію, розміщені в порожнинах каркасу цього сорбенту При заміні солей кальцію, які знаходяться в соку, солями магнію втрати цукру в мелясі не збільшуються, тому що Мд2+ слабший мелясоутворювач, ніж Са2 Для зм'якшення очищеного соку, його доочистки і знебарвлення сорбент використовують 50625 у КІЛЬКОСТІ 0,3 - 0,5% від маси соку Визначено, що цієї КІЛЬКОСТІ достатньо для обміну відомого вмісту ІОНІВ Са 2+ в соку на іони Мд2+ що містяться у мінералі Якщо взяти КІЛЬКІСТЬ сорбенту меншу ніж 0,3% , то ефект іонного обміну не досягається При КІЛЬКОСТІ сорбенту більшій ніж 0,5% погіршуються фільтраційні показники соку і крім того, це економічно невигідно Очистку соку сорбентом ведуть при температурі 90 - 95°С, при якій очищений сік поступає на випарну установку Зниження температури соку пов'язане з енергетичними витратами При температурі, вищій ніж 95°С, сік закипить і сахароза буде розкладатися Що стосується фракційного складу, то розмір частинок сорбенту, менший ніж 0,5 мм, збільшує енерговитра-ти на подрібнення при незмінній якості соку, а при розмірі, більшому від 1,0мм, зменшується питома поверхня частинок, внаслідок чого падає сорбційна ємність 8 цукрового соку крім іонообміну значну роль відіграє і фізична сорбція, тобто за рахунок пористості сорбційного матеріалу Такий адсорбент в порівнянні з синтетичним дешевший і, крім того, на Україні є значні родовища глауконіту Джерела використаної інформації 1 Патент України № 10263 А, кл C13D 3/08, опубл в бюл №4 за 1996 р 2 Патент України № 35456,А, кл C13D 3/00, опубл в бюл №2 за 2001 р 3 Патент України № 24219 А, кл C13D 3/00, опубл в бюл №5 за 1998 р 4 Бобрівник Л Д , Микал Т , Фельдман А , Митченко Т, Технологія процесу зм'якшення соку П сатурації бурякоцукрового виробництва клиноптилолітом , "Харчова і переробна промисловість", 1993, №2, с 9 -10 5 Патент України №10424 А, кл C13D 3/14, опубл в бюл №4 за 1996 р -прототип В даному способі очистки і знебарвлення Початкова код&оро&ість -915 ум оЗ го° Ж° 300° 400° 500" 800° 780° Температуре активами то' гов' зоо' w° SOB Температура активам t°C Фіг 2 глауконіті/ ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71