Способ очистки сахаросодержащего раствора

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 13 0 3/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4730813/13 (22) 22.08.89 (46).07.06;92. Бюл. М 21 (71) Республиканский проектно-технологический институт "Киргиза гротехп роект" (72) Г..В. Кощиева, Н. П. Шелухина и M. Н. Барка (53) 664 1.038(088.8) (56) Журавлева 3. Д„Гончарова К, П. и др.

Опыт очистки сока на Отрадинском сахарном заводе. — Научн.-техн. реферативный сб. Сахарная промышленность. ЦНИИТЭИПищепром, 1976, вып, 3, с. 14-15, Шелухина Н. П., Кощиева Г, В. Ионообменные свойства свекловичного жома. — Сахарная промышленность, 1984, М 8, с.

27-.28. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ САХАРСОДЕРЖАЩЕГО РАСТВОРА

Изобретение относится к технологии очистки сахарсодержащих растворов и может быть использована 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 привадит к удорожанию процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки сахарсодержащего раствора, предусматривающий контактирование его с ионаобменным материалом на основе свекловичною жома в количестве 710% к массе раствора при 60-80 С в течение 30-40 мин.

«Ы«1738859А1

1 (57) 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 3 очищаемого раствора, который контактируют с ним 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 3040 мин, свекловичный жом перед контактированием с сахарсодержащим раствором выдерживают в течение 11-13 ч в 0,1-0,3 н.

1738859

15 массе раствора

25

ОЧ

ОН ОН

55 о 750 — <000

ОИ и 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 ионообменником, полученным на основе свекловичного жома, в течение 30 — 40.мин при 60 — 80 С, Ионообменник берут в количестве 7-10 к

Перед контактированием сахарсодержащего 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 307ь пектиновых веществ к массе сухих веществ, сообщающих ему ионообменные свойства вследствие наличия свободных карбоксильных групп (— СООН)

C0OI-I СОО

CÍ> СООТГ 30 о л/ „ о

Однако ионообменные свойства свекловичного жома невелики ввиду того, что часть карбоксильных групп пектина (40%) этирифицирована метиловым спиртом (— СООСНз) и не участвует в ионном 40 обмене; не участвуют также в ионном обмене нейтрализованные металлом карбоксильные группы (-СООМ). Кроме того, пектиновые вещества, находящиеся вжоме, растворимы в виде и способны вымываться из него при ионообменных процессах. Следовательно, чтобы свекловичный жом можно было испольэовать в качестве ионообменника,.нужно находящиеся в нем пектиновые. вещества перевести в нерастворимую 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 í, МаОН в 80 -ном спирте} при комнатной температуре происходит омыление этерифицированных групп пектина и перевод всех карбоксильных групп в солевую форму — пектат:

Ооон соо"- н сооч сооо соо соо о он . он о он „-о он он о он он

Обработка жома щелочью в виде 0,1-0,3 н. спиртового раствора производится для того, чтобы не вымыть иэ жома пектиновые вещества при их щелочном омылении, так как натриевые, калиевые и аммониевые соли 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, переходлит в нерастворимую в воде пектовую кислоту. соо 0011 СООТГ СОО о 3 О рн он ОН 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. оон соон

1738859

По степени ионизации полученный ионообменник относится к слабокислотным катионитам, так как содержит слабодиссоциированные карбоксильные группы (-СООН). Он обладает способностью к обмену катионов (в том числе и Нионов) своих ионогенных групп — CQQH u — ОН на катиониты растворенных солей;

С о Н <ос—

О +

О

О, Π— «О V ,!

ОН 0Н

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 среде. 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 ионитом. Так, обменная емкость этого катионита по ионам свинца может достигать 7-8 мгэкв/г, что согласуется с данными об избирательности пектинсодер>кащих материалов по отношению к поливалентным, особенно тяжелым, металлам.

При использовании полученног0 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 мелассообразователем.

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

РСОΠ— Н РСООН, где Р— остаток пектина. Он нетоксичен и устойчив к щелочно-земельным основаниям и особенно к кислотам. Разложение ионообменника по гликозидным связям может происходить лишь при длительном его кипячении с растворами серной кислоты.

П р и и е р 1. 100 г свекловичного жома измельчают до величины частиц 3 мм, заливают 1000 мл 0,2 н. К0Н в 80%-ном изопропиловом спирте и выдерживают 12 ч при комнатной температуре. Затем раствор сли5 вают, смешивают жом с 1000 мл 0 5 í. HzS

04 и перемешивают в течение 30 мин, Кислоту отфильтровывают и тщательно промы- . вают жом дистиллированной водой. Спирт после нейтрализации регенерируют.

10 Получают ионообменник, представляющий собой частицы серого цвета и имеющий статическую обменную емкость по 0,1 н, СаС!2 3,0 мг-экв/г и по 0,1 н. СНзСООИа 5,0 мг-экв/г. Набухаемость ионообменника

15 300%, 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

20 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 те25 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%).

30 Одновременно получают ионообменник из жома того же качества.

100г свекловичного жома заливают 500 . мл формалина, 150 мл концентрированной .

HCI и выдерживают полученную смесь пр»

35 комнатной температуре 72 ч. После этого полученный продукт отмывают водой и обрабатываютт 2 ч также при комнатной температуре 5%-ным ИНз (соотношение компонентов 1:10) в течение 2 ч. Затем ионо40 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 про45 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 .

50 Пример 2, 100 r свекловичного жома измельчают до размера частиц 2 мм, заливают1000мл0,1 í. NaOH в70%-номизопропиловом спирте и выдерживают 12 ч при комнатной температуре. Раствор сливают, смешивают жом с 1000 мл 0,3 н. НО 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-форме. Его использ.уют для очистки сульфитированного сока того же качества. К

100 мл сока прибавляют 8 г ионообменника

1738859 и выдерживают при 70 С, перемешивая, 40 мин и анализируют. Получают сок с рН 8,4;

Дб 86,6%; PB 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. НО в виде водного раствора и перемешивают 30 мин. Получают

4 ионообменник с теми же показателями, что . и в примере 1. При очистке сульфитированного сока того же качества, что и в примере

1 (рН 8,8, содержание солей Са 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%.

Пример 4. Способ осуществляют аналогично предыдущему примеру, но используют для получения ионообменникэ 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. HCi (водный раствор), При очистке полученным ионообменником сульфитированного сока используют 8 r его на 100 мл сока. Очищенный сок имеет рН

8,1; Дб 87,1%; РВ 0,076% к массе СВ, а степень умягчения составляет всего 52,3%.

Пример 5. Способ осуществляют тэк же, как и в предыдущем примере, но используют для выдерживэния с жомом вначале

0,4 н. раствор МэОН в 90%-НоМ изопропиловом спирте, а затем применяют 1, i н. водный раствор HCi.

Ионообменнэя 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%.

П р и и е.р 5. К 100 мл сульфитировэнного сока прибавляют 7% ионообменника в

Na-форме. Ионообменник получают так же, как в примере 2, но после смешивания жома .и 0,3 í. fCI смесь перемешивают в течение

40 мин, Очищенный сок имеет рН2о 8,51%;

Дб 86,8%; PB 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 11 ч.

К 100 мл сиропа с рН 9,00 прибавляют

10% ионитэ и обрабатывают при 80 С в течение 40 мин при перемешивании. Затем сироп отфильтровывают и анализируют.

Очищенный сироп имеет, pHzo 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, 5 как и в предыдущем примере, но выдерживают жом со спиртовым раствором щелочи в течение 13 ч. Берут клровку сахара-сырца, имеющую показатели: рН2о 8,60; Дб 91,0%;

РВ 0,075% к массе СВ, содержание солей

10 кальция 0,600% к массе СВ, К 100 мл клеровки сахара-сырца прибавляют 7% ионообменника и контактируют при 60 С в течение 30 мин. Раствор отфильтровывают и анализируют. Получают очи15 щенную клеровку с рН о 8,40; Дб 91,1%; РВ

0,080% к массе СВ. Снижение,цветности клеровки составило 20,1%, степень ее умягчения 49,8%.

Способ очистки сахэрсодер>кащего рас20 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 коли25 чества ионита более 10%, например до 11%, не увеличивает степень умягчения и качест.: во очистки раствора. Оптимальная температура обработки 60 — 80 С, При температуре ниже 60 С степень умягчения несколько

30 снижается. Увели .ение температуры выше

80 С приводит к меньшему снижению цветности, Оптимальная длительность обработки 30 — 40 мин. При длительности менее 30 мин,.например 20 мин, степень умягчения

35 раствора снижается, а при длительности более 40 мин — не у зличивэется.

Пс сравнению с ионообменником íà основе свекловичного жома, обработанного формальдегидом в среде концентрировэн40 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

45 80%, повышается качество очищенного раствора и отпадает необходимость применения антикоррозионной аппаратуры.

Формула изобретения

Способ очистки сахарсодержащего рас50 твора, предусматривающий его контактирование с ионообменником на основе свекловичного жома в количестве 7-10% к массе раствора при 60-.80 С в течение 3040 мин, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью

55 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 «0,1-0.3 н.

1738859

Составитель А. Гаврилов

Редактор В. Петраш Техред М.Моргентал Корректор А. Осауленко

Заказ 1978 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский «омбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 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,