Спосіб зм’якшення водного цукровмісного розчину цукрового виробництва, спосіб добування цукру з такого розчину та установка для їх здійснення

1 .Способ умягчения водного сахаросодержаще го раствора са харного производства , преду сматривающий е го контактирование с катионообменной смолой в натриевой и/или калиевой фор ме для замены ионов кальция и/или магния на ио ны натрия и/или калия и получения содержащего их са харосодержащего раствора и регенера ции катионообменной смолы, отличающийся тем, что регенерацию смолы проводя т полученной в процессе хроматографического извле чения саха ра фракцией, содержащей наибольшее количест во ионов натрия и/или калия. 2. Спосо б по п. 1, отл ича ющийся тем, что во фракцию перед регенерацией катионообменной смолы вводят ионы натрия и/или калия. 3. Способ по п. 1, отл ичающийся тем, что фрак цию перед регенерацией катионообменной смолы концентрируют. 4.Способ извлечения сахара из водного сахаросодержащего раствора сахарного производства, предусматривающий его умягчение путем контактирования с катионообменной смолой в натриевой и/или калиевой форме для замены ионов кальция и/или магния в указанном растворе на ионы натрия и/или калия и получения содержащего их са харосодержащего раствора, хроматографическое разделение последнего на ионообменной смоле на две фракции, одна из которых обогащена сахаром, а другая -ионами натрия и/или калия, и регенерацию катионообменной смолы, содержа щей ионы кальция и/и ли магния после умягчения указанного раствора, отличающийся тем, что регенерацию проводят фракцией, обогащенной ионами натрия и/или калия, полученной в процессе хроматографического разделения водного сахаросодержащего раствора. 5. Способ по п. 4, отл ичающийся тем, что перед регенерацией катионообменной смолы фракцию концентрируют. 6. Способ по любому из пп. 4,5, отл ича ющийс я тем, что перед регенерацией во фракцию, обо га щенн ую ионами на трия и/или калия , вводя т до полнительное их количество. 7. Способ по любому из пп. 4-6 , отл ичающийся тем, что для хроматографического разделения са харосодержаще го раствора использ уют катионообменную смолу в натриевой и /или калиевой форме. 8. Установка для умягчения водного сахаросодер жаще го раствора са харно го про изво дства и из влечения из него са хара , включающая, по мень шей мере, одн у колонну с катионообменной смо лой в натриевой и/или калиевой форме для умяг чения сахаросодержащего раствора, снабженную тр убопроводами подачи последнего в нее и отво да умягченного раствора, подачи регенерирующе го раствора и его отвода из колонны, и , по мень шей мере, одну хроматогра фическ ую колонну, снабженную тр убопроводами подачи элюен та и умягченного водного са харосодержащего раство ра и о тво да фракци и, о бо га щен ной са харом , и фракции , о бога щенной ионами натрия и /или ка лия, отлича ющаяся тем, что она снабжена сред ством, сообщающим тр убопровод подачи регене рирующе го раствора в колонну с тр убопроводом отвода фракции, обога щенной на трием и/или ка лием, из хроматографической колонны. 9. У стано вка по п . 8 , отл ича ющаяс я тем , что средство, сообщающее тр убопровод подачи реге нерирующе го ра створа в колонн у с тр убопрово дом отвода фракции, обогащенной натрием и/или калием, из хроматографической колонны, включа ет устройство концентрирования регенерирующе го раствора. ГО 00 О 27814 Настоящее изобретение относится к сахарному производству и касается способа умягчения водного сахаросодержащего раствора сахарного производства, способа извлечения сахара из такого раствора, а также соответствующей установки для осуществления указанных способов. Таким сахаросодержащим раствором, требующим умягчения для дополнительного извлечения сахара, является, в частности, меласса. Как известно, мелассой называют остающуюся после стадии кристаллизации Сахаров патоку, из которой кристаллизовать сахар обычными методами уже не удается. Тем не менее, весьма желательно получи ть из мелассы дополнительное количество сахара, поскольку его содержание в мелассе довольно велико. Известные авторам и используемые в настоящее время во Франции и США те хнологии применяют для дополнительного извлечения сахара ионообменную хроматографию на соответствующи х колоннах, содержащих сильную катионообменную смолу в натриевой (Na+) или калиевой (К+) форме [1] Однако, поскольку меласса содержит значительные количества растворенных магниевых и/или кальциевых солей, то ка тион оо бмен ная смо ла в п ро це ссе хро матографии сахаросодержащего раствора, полученного из мелассы, заряжается ионами кальция (Са2+) и магния (Мд2+), и ее разделяющая способность сравнительно быстро падает. Периодическое прерывание процесса для регенерации катионообменной смолы представляет значительные неудобства и сопровождается расходованием регенерирующего агента и снижением производительности. Поэтом у пре дла гали удаля ть кальцие вые и/или магниевые соли из сахаросодержащего раствора посредством ионного обмена на катионообменной смоле, находящейся в калиевой и/или натриевой форме, до хроматографического извлечения сахара. Поскольку при этом ионы натрия и/или калия катионообменной смолы прогрессивно замещаются ионами кальция и/или магния раствора, катионообменная смола должна периодически подвергаться регенерации, которую обычно осуществляют с помощью раствора хлорида натрия. Однако, при этом расходуе тся регенерирующий агент (хлорид натрия), а в сточные воды попадает часть Сахаров. Таким образом, известная регенерационная система является не вполне удовлетворительной. В качестве прототипа заявляемого изобретения принят способ умягчения водного сахаросодержащего раствора сахарного производства, предусматривающий его контактирование с катионообменной смолой в натриевой и/или калиевой форме для замены ионов кальция и/или магния на ионы натрия и/или калия и получения содержащего их сахаросодержащего раствора и регенерации катионообменной смолы [2]. За прототип предлагаемого изобретения принят также способ извлечения сахара из водного сахаросодержащего раствора сахарного производства, предусматривающий е го умягчение путем контактирования с катионообменной смолой в натриевой и/или калиевой форме для замены ионов кальция и/или магния в указанном растворе на ионы натрия и/или калия и получения содержащего их сахаросодержащего раствора, хроматографическое разделение последнего на ионообменной смоле на две фракции, одна из которых обогащена сахаром, а другая - ионами натрия и/или калия, и регенерацию катионообменной смолы, содержащей ионы кальция и/или магния после умягчения указанного раствора [2]. Прототипом заявляемого изобретения является также установка для умягчения водного сахаросодержащего раствора сахарного производства и извлечения из него сахара, включающая, по меньшей мере, одну колонну с катионообменной смолой в натриевой и /или калиевой форме для умягчения сахаросодержащего раствора, снабженную трубопроводами подачи последнего в нее и отвода умягченного раствора, подачи регенерирующего раствора и его отвода из колонны, и, по меньшей мере, одну хроматографическую колонну, снабженную трубопроводами подачи элюента и умягченного водного сахаросодержащего раствора и отвода фракции, обогащенной, сахаром, и фракци и, обога щенной ионами натрия и/или калия [2] Недостатком известного способа умягчения сахаросодержащего раствора является необходимость применения регенерирующего смолу хлорида натрия, что существенно усложняет технологическую операцию умягчения. Кроме того, использующийся регенерирующий агент является источником ионов натрия, и для регенерирования такой катионообменной смолы, как, например, калиевая, непригоден, что сужает возможности известного способа в отношении арсенала используемых смол. Недостаток способа извлечения сахара из сахаросодержащего раствора, описанного в известном изобретении, заключается в сложности осуществления процесса регенерации катионообменной смолы, требующего присутствия хлорида натрия в качестве регенерирующего агента, что также усложняет производственный цикл. Недостаток известного устройства заключается в несовершенстве его конструктивного исполнения, выражающегося в отсутствии конструктивных средств, обеспечивающих возможность отвода фракции, обогащенной ионами натрия и/или калия, для дальнейшего использования последней в качестве регенерирующего агента. В известном изобретении указанная фракция не была востребованной и сливалась как отходы. В основу изобретения поставлена задача упрощения способа умягчения водного сахаросодержащего раствора сахарного производства путем использования обогащенной ионами натрия и/или калия фракции для регенерации катионообменной смолы, что обеспечивает поступление полученной после хроматографического разделения фракции, обогащенной ионами натрия и/или калия, к обедненной в процессе контактирования с сахаросодержащим раствором смоле, увеличивает концентрацию ионов натрия и/или калия в регенерирующем растворе, и тем самым интенсифицирует процесс регенерации катионообменной смолы без необходимости использования хлорида натрия как регенерирующего агента. 27814 В основу изобретения поставлена также задача повышения эффективности осуществления способа извлечения сахара из сахаросодержащего раствора сахарного производства путем применения в качестве регенерирующего агента полученной при хроматографическом разделении сахаросодержащего раствора фракции, имеющей повышенное содержание ионов натрия и/или калия, что обеспечивает поступление упомянутой фракции к обедненной в процессе контактирования с сахаросодержащим раствором смоле, увеличивает концентрацию ионов натрия и/или калия в регенерирующем растворе, и тем самым интенсифицирует процесс регенерации катионообменной смолы без необходимости использования хлорида натрия как регенерирующего агента. В основу изобретения поставлена также задача усо вер шенство вания констр укции установки для умягчения водного сахаросодержащего раствора сахарного производства и извлечения из него сахара путем оснащения ее средством, обеспечивающим подачу обогащенного ионами натрия и/или калия раствора к емкости со смолой, подвергаемой регенерированию, что обеспечивает поступление полученной после хроматографического разделения фракции, обогащенной ионами натрия и/или калия, к обедненной в процессе контактирования с сахаросодержащим раствором смоле, увеличивает концентрацию ионов натрия и/или калия в регенерирующем растворе, и тем самым интенсифицирует процесс регенерации катионообменной смолы без необходимости использования хлорида натрия как регенерирующе го агента. Поставленная задача достигается за счет того, что в способе умягчения водного сахаросодержащего раствора сахарного про-изводства, предусматривающем его кон-тактирование с катионообменной смолой в натриевой и/или калиевой форме для замены ионов кальция и/или магния на ионы натрия и/или калия и получения содержащего их са харосодержащего раствора и регенерации катионообменной смолы, согласно изобретению регенерацию смолы проводят полученной в процессе хроматографического извлечения сахара фракцией, содержащей наибольшее количество ионов натрия и/или калия, причем во фракцию перед регенерацией катионообменной смолы вводят ионы натрия и/или калия, а также концентрируют ее. Поставленная задача достигае тся также за счет того , что в способе извлечения сахара из водного сахаросодержащего раствора сахарного производства, предусматривающем его умягчение путем контактирования с катионообменной смолой в натриевой и/или калиевой форме для замены ионов кальция и/или магния в указанном растворе на ионы натрия и/или калия и получения содержащего их сахаросодержащего раствора, хроматографическое разделение последнего на ионообменной смоле на две фракции, одна из которых обога щена са харом, а др угая - ионами натрия и/или калия, и регенерацию катионообменной смолы, содержащей ионы кальция и/или магния после умягчения указанного раствора, согласно изобретению регенерацию проводят фракцией, обога щенной ионами н атр ия и /и ли ка лия, полу ченной в процессе хроматографического разделения водного сахаросодержащего раствора, причем перед регенерацией катионообменной смолы фракцию концентрируют. Кроме того, перед регенерацией во фракцию, обогащенную ионами натрия и/или калия, вводят дополнительное их количество, а для хроматографического разделения сахаросодержащего раствора используют катионообменную смолу в натриевой и/или калиевой форме. Поставленная задача решается также за счет того, что установка для умягчения водного сахаросодержащего раствора сахарного производства и извлечения из него сахара, включающая, по меньшей мере, одну колонну с катионообменной смолой в натриевой и/или калиевой форме для умягчения сахаросодержащего раствора, снабженную тр убопроводами подачи последнего в нее и отвода умягченного раствора, подачи регенерирующего раствора и его отвода из колонны, и, по меньшей мере, одну хроматофафическую колонну, снабженную тр убопроводами подачи элюента и умягченного водного са харосодержащего раствора и отвода фракции, обогащенной сахаром, и фракции, обогащенной ионами натрия и/или калия, согласно изобретению, снабжена средством, сообщающим тр убопровод подачи, регенерирующего раствора в колонну с тр убопроводом отвода фракции, обогащенной натрием и/или калием, из хроматографической колонны, причем это средство включает устройство концентрирования регенерирующего раствора. Далее полученный после хроматографии раствор, вытекающий из колонны и обогащенный ионами калия и/или натрия, называется "фракцией" или "элюированной фракцией", чтобы избежать путаницы с сахаросодержащим раствором, направляемым на хроматографию. Изобретение позволяет, во-первых, рационально использовать вытекающую из хроматографической колонны фракцию, которую ранее сливали в сточные воды, во-вторых, устранить необходимость подачи специального регенерирующего агента типа хлорида натрия и в-третьих, обеспечить дополнительный выход сахара. Желательно, чтобы катионообменная смола представляла собой сильную катионообменную смолу в натриевой и/или калиевой форме, а также желательно, чтобы обога щенную ионами калия и/или натрия смолу получали из хроматографической колонны, содержащей сильную катионообменную смолу в натриевой и/или калиевой форме, при элюировании водой. В качестве сильной катионообменной смолы можно выбрать, помимо прочего, любую смолу с полимерной матрицей, например, полистирольного или полиакрилатного типа, сшитой сшивающим агентом, таким, как дивинилбензол, причем к упомянутой матрице сшиваются катионообменные группы, например, сильнокислые группы сульфоновой кислоты. Особый интерес представляет смола IR 200 фирмы "Ром энд Хаас". Далее изобретение поясняется вариантом его выполнения, в котором показана работа установки для умягчения и извлечения Сахаров из сахаросодержа ще го раство ра, со ссылкой на сопро вож 27814 дающий чертеж, на котором представлена схема установки по изобретению. Установка по изобретению содержит известные умягчающие установки 1,2, каждая из которых включает в себя колонну с сильной катионообменной смолой в натриевой и/или калиевой форме, например смолу IRR 200 фирмы "Ром энд Хаас". У каждой колонны, в ее верхней части, имеется трубопровод 3,4 для подачи водного сахаросодержащего раствора, например, мелассы, предварительно осветленной и разбавленной деионизированной водой. Осветление может быть осуществлено любым известным способом. Разбавление проводят так, чтобы содержание сухо го ве щества в растворе соста вляло от 10 до 70 вес.%. Раствор мелассы, подвергнутый такому осветлению и разбавлению, в основном содержит сахара, минеральные соли натрия, калия, кальция и, возможно, магния и окрашивающие вещества. Каждая умягчающая колонна 1,2 также снабжена у ее дна трубопроводом 5,6 для отвода умягченного сахаросодержащего раствора, которые идут к трехходовому крану 7, о т которого отходит тр убопровод 8, другой конец которого подсоединен к верхней части хроматографической колонны 9. При необходимости, на каждом трубопроводе 5,6 могут быть установлены циркуляционные насосы 10,11. Верхняя часть каждой колонны 1,2 снабжена трубопроводом 12,13 для подачи регенерационной жидкости, а нижняя часть снабжен трубопроводом, 14 и 15 для отвода отработанной регенерационной жидкости, причем на каждом тр убопроводе имеется о тсекающий клапан 16 и 17. Хроматографическая колонна 9 относится по своему типу к колонне, содержащей неподвижный носитель, включающий в себя сильную катионообменную смолу в на триевой и /или калиевой форме, причем элюирующей жидкостью является вода, подаваемая в верхнюю часть колонны через трубопровод 18. Нижняя часть колонны 9 снабжена трубопроводом 19 для удаления фракции, обогащенной сахарами, и трубопроводом 20 для удаления фракции, бедной сахарами, но обогащенной ионами натрия и/или калия. Установка по изобретению также содержит средство подачи регенерационной жидкости из удаляющего трубопровода 20 в тр убопроводы 12, 13. Это средство включает в себя: a) трубу 21, один из концов которой подсоеди нен к выходному патрубк у циркуляционного насо са 22, заборник которого подсоединен к трубопро воду 23, свободный конец которого опущен почти до дна емкости 24, к которой подведен свободный конец удаляющего тр убопровода 20; b) выпарное устройство 25 концентрирования регенерирующего раствора, снабженное входным патрубком для подачи жидкости, которую требует ся концентрировать, подсоединенным к трубе 21, отво дящим патр убком 26 для воды , о тде ляемой при концентрировании жидкости, и о тводя щим патр убком 27 для концентрированной жидкости, причем патрубок 27 снабжен удаляющим насосом 28; c) емкость 29, к которой направлен отводящий патрубок 27, и d) трубу 30, содержащую циркуляционный на сос 31 , причем о дин из концов тр убопрово да 30 размещен вблизи дна емкости 29, а другой ее ко нец проходит к трехходовом у клапану 32, от кото рого отходят тр убопровод 33, соединенный с тру бопроводом 12, и трубопровод 34, соединенный с трубопроводом 13. Устройство концентрирования может представлять собой испаритель, работающий при пониженном давлении. Это устройство может представлять собой однокорпусный или многокорпусный выпарной аппарат с падающей пленкой, хорошо известный в данной области техники. В случае использования такого устройства через отводящий патрубок 26 отводят конденсат, образующийся при упаривании. Установка работает следующим образом. В первом цикле трехходовый кран 7 устанавливают в такое положение, в котором трубопровод соединен с трубопроводами 5 и 6, при этом циркуляционные насосы 10,11,22 и 28 работают, насос 31 выключен. Осветленн ую и разбавленную мелассу с содержанием сухи х ве ществ о т 10 до 70 вес.%, используемую в качестве сахаросодержащего раствора для извлечения сахара, подают через трубопроводы 3 и 4 в колонны 1 и 2, в которых раствор претерпевает катионный обмен, в процессе которого ионы натрия и/или калия смолы в колоннах постепенно замещаются ионами кальция или магния из раствора. При этом раствор обогащается ионами натрия и/или калия и обедняется ионами кальция и/или магния, тогда как смола обогащается ионами кальция и/или магния и обедняется ионами натрия и/или калия. Затем раствор из колонн 1,2 через трубопроводы 5,6, насосы 10,11, трехходовый кран 7 и трубопровод 8 поступает в хроматографическую колонну 9. Здесь раствор подвергается разделению под воздействием смолы, причем в качестве элюирующей жидкости используют воду, подаваемую через трубопровод 18. Первые элюированные фракции, обедненные сахаром и обогащенные солями натрия и/или калия и окрашивающими веществами, удаляют по трубопроводу 20 в емкость 24. Последующие фракции, обедненные натриевыми и/или калиевыми солями и обогащенные сахарами, удаляют через трубопровод 19. Одновременно или впоследствии, собранные в емкости 24 фракции через трубопровод 23, насос 22 и трубу 21 подают в- выпарное устройство 25. Концентрированный, предпочтительно до содержания сухи х ве ществ от 10 до 70 вес. % раствор, полученный в выпарном устройстве 25, удаляют из него через отводящий патрубок 27 с помощью насоса 28 и сливают в емкость 29. Во втором цикле ионообменную смолу одной из колонн 1 и 2 регенерируют, например, смолу колонны 1. Для этого перестают подавать на умягчение сахаросодержащий раствор, насос 10 выключают, трехходовый кран 7 устанавливают в 27814 положение, в котором трубопровод 8 соединен только с трубопроводом 6, трехходовый клапан 32 находится в таком положении, в котором трубопровод 30 соединен только с трубопроводом 33, и насос 31 включают. При этом концентрированный раствор из емкости 29 по трубопроводам 30, 33 и 12 поступает в колонну 1, в которой этот раствор, обогащенный ионами натрия и/или калия, проходит через смолу колонны 1 и регенерирует ее, при атом ионы натрия и/или калия раствора постепенно замещают ионы кальция и/или магния ионообменной смолы. Концентрированный раствор, который после прохождения колонны обога щен ионами кальция и/или магния, затем отводят по трубопроводу 14. Завершив регенерацию смолы, проводят третий цикл с регенерацией смолы колонны 2, возобновляя при этом операции по умягчению сахаросодержащего раствора в колонне 1. Для это го прекраща ют подачу са харосодержащего раствора в колонну 2, открывают трубопровод 13, соединяют трубопровод 30 с трубопроводом 34, устанавливая в надлежащее положение трехходовый клапан 32, соединяют трубопровод 8 с трубопроводом 5, устанавливая в соответствующее положение трехходовый кран 7, и возобновляют подачу сахаросодержащего раствора в колонну 1. Второй и третий циклы повторяют затем с постоянной периодичностью. Следует заметить, что при проведении умягчения сахаросодержащего раствора с содержанием сухих ве ществ от 10 до 70 вес.% скорость его потока через каждую из колонн 1,2 может составлять от 0,1 до 5 объемов смолы в час, а при проведении регенерации расход регенерационной жидкости, в качестве которой используют концентрированный раствор из емкости 29, содержащий от 10 до 70 вес.% сухи х веществ, через каждую из колонн 1,2 может составлять также от 0,1 до 5 объемов смолы в час. Величину расхода (скорость потока) выбирают в зависимости от содержания сухи х ве ществ в жидкости. Чем выше содержание сухи х веществ, тем ниже скорость потока через колонны 1, 2 при операции умягчения. Аналогично, чем выше содержание сухих веществ в регенерационной жидкости, тем ниже скорость ее потока через колонны 1, 2 при операции регенерации. Кроме того, температура регенерационной жидкости должна быть такой, чтобы вязкость жид кости была приемлемой для проведения операции регенерации смолы, температура регенерационной жидкости может составлять от 20 до 70°С в зависимости от содержания сухи х ве ществ. При необходимости, ионы натрия и/или калия, например, в виде хлорида натрия и/или хлорида калия, могут добавляться в концентрированный регенерационный раствор, например, в емкость 29. Кроме того, весь добавленный хлорид или его часть может быть при необходимости извлечена перекристаллизацией концент-рированного регенерационного раствора, взятого из трубопровода 14 и/или 15. Пример осуществления изобретения Умягчают раствор мелассы, содержащий 15 вес.% сухи х веществ, жесткость раствора составляет 12 0 00 частей на ми ллион ча стей (12000 ррт) ионов кальция из расчета по сухому веществу, в качестве умягчающей ионообменной смолы используют смолу IR R 200 фирмы "Ром энд Хаас" с обменной способностью 1 экв/л. Умягчение проводят при температуре от 40 до 80°С со скоростью потока, составляющей 2 объема смолы в час. Насыщение смолы наступает после пропускания через нее сахаросодержащего раствора в течение 2,5 часа. Умягченный раствор имеет среднюю жесткость 2 000 ррт ионов кальция из расчета по сухому веществу. Хроматографию умягченного сахаросодержащего раствора проводят на смоле Доуэкс С 356 фирмы "Доу" при температуре 80°С, скорости потока раствора около 0,03 объема смолы в час и скорости потока элюирующей воды 16 объемов смолы в час. Содержание сухи х ве ществ в обедненной сахаром фракции составляет 4 вес.%. Концентрирование полученной фракции производят на испарителе с падающей пленкой при температуре испарения около 80°С. Содержание сухи х ве ществ в растворе после концентрирования составляет 30 вес.%. Операцию регенерации проводят при 25°С и скорости потока концентрированного раствора 0,45 объема смолы в час. Регенерацию завершают после прохождения через колонну концентрированного раствора в объеме, соответствующем 0,34 объема смолы при указанной скорости потока. Промывку умягчающей смолы осуществляют водой со скоростью потока 2 объема смолы в час, в течение одного часа. 27814 24 s 31 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до друку________ 2001 р. Формат 60x84 1/8. Обсяг _____ обл.-вид.арк. Тираж 50 прим. Зам. ______ УкрІНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22