Способ сорбционной очистки виноматериала и установка для его осуществления

 

Способ сорбционной очистки виноматериала от избыточного количества металлов включает пропускание виноматериала через фильтр, заполненный гранулированным фосфатом циркония в Na⁺ форме, последующую регенерацию сорбента сначала раствором соляной кислоты, затем умягченной водой и перевод сорбента в Na⁺ форму обработкой его раствором гидроксида натрия. Установка по сорбционной очистке виноматериала содержит напорный фильтр, заполненный сорбентом на основе фосфата циркония, напорный фильтр умягчения воды, насос подачи исходного виноматериала, емкость для раствора кислоты и емкость для раствора щелочи, соединенные трубопроводами с обоими фильтрами, трубопроводы подачи сжатого газа на оба фильтра и емкости. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 1 ил. 2 табл.

Изобретение относится к способам и устройствам для сорбционной очистки виноматериалов, вин, коньячных спиртов и виноградных соков от катионов металлов (Fe²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ и др.) и радиоактивных нуклидов (Сs¹³⁴, Cs¹³⁷, Sr⁹⁰ и др.) и может быть использовано в виноделии и пищевой промышленности.

В настоящее время в винодельческой промышленности очистка виноматериалов от ионов металлов проводится в основном порошкообразными сорбентами в статическом режиме последующим отстаиванием суспензии, либо механической фильтрацией на фильтр-прессах.

Так, например, известен способ очистки виноматериала путем перемешивания его с силикагелем с последующим отстаиванием и разделением фаз (патент США N 4.631.193, С 12 Н 1/02, 1986).

Известны аналогичные способы очистки виноматериалов с использованием в качестве сорбентов порошкообразных бентонита (патент США N 3958023. С 12 Н 1/04, 1976).

силикат магния (патент США N 3940498, С 12 Н 1/04, 1976).

смеси силикагеля с силикатом магния (патнт США N 4797294, С 12 Н 1/02, 1989).

модифицированного кизельгура (патент США N 5009906, С 12 Н 1/04, 1991).

Недостатком вышеуказанных способов является невысокая емкость используемых сорбентов по металлам, а также невозможность их использования в динамическом режиме, что снижает производительность процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки виноматериала, например, водки, включающий предочистку раствора активированным углем и очистку от ионов металлов с помощью ионообменной микропористой сульфополистирольной смолы с последующей ее регенерацией и переводом в Na-форму.

Это же техническое решение предусматривает использование установки для сорбционной очистки водки, которая содержит колонны для предочистки, заполненные активированным углем, соединенные трубопроводами через промежуточную емкость с колонной очистки, заполненной ионообменной смолой и содержащую трубопроводы отвода очищенного раствора и регенерационных стоков (патент США N 3914442, С 12 Н 1/04, 1975).

Недостатком указанного способа является применение для очистки полимерных ионообменных смол, связанные с опасностью вымывания из основ токсичных продуктов деструкции смол, а недостатком рекомендуемой установки является ее незамкнутость, т.е. невозможность использовать ее автономно.

Другим недостатком является невысокая степень очистки от тяжелых металлов и радионуклидов.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа и установки для сорбционной очистки виноматериалов, алкогольных напитков и виноградных соков от металлов и радионуклидов в потоке, которые могут работать с высокой производительностью в автономном режиме.

Поставленная задача решается описываемым способом сорбционной очистки виноматериала, включающим пропускание виноматериала через фильтр, заполненный гранулированным сорбентом на основе фосфата циркония в Na-форме, регенерацию сорбента путем последовательной обработки его вначале раствором соляной кислоты, а затем умягченной водой и перевод сорбента в Na⁺-форму обработкой его раствором гидроксида натрия.

Поставленная задача решается также описываемой установкой для сорбционной очистки виноматериала, содержащей напорный фильтр, заполненный сорбентом на основе фосфата циркония с трубопроводом подачи исходного виноматериала и трубопроводами отвода очищенного виноматериала и регенерационных стоков, напорный фильтр умягчения воды с гранулированным ионообменным материалом, соединенный трубопроводами с напорным фильтром с сорбентом на основе фосфата циркония, емкости для кислоты и щелочи, соединенные трубопроводами с обеими напорными фильтрами и дополнительные трубопроводы подачи газа на оба напорных фильтра и емкости для кислоты и щелочи.

Установка также содержит насос подачи исходного виноматериала, запорно-регулирующую арматуру. Кроме того, она содержит устройства для измерения и регулирования расхода виноматериала и реагентов и устройства для измерения перепада давления на фильтрах.

Установка дополнительно может быть снабжена фильтром очистки исходного виноматериала от взвесей и коллоидов, установленным перед напорным фильтром с сорбентом на основе фосфата циркония.

На чертеже изображена схема предложенной установки.

Установка содержит напорный фильтр 1 с загрузкой сорбента на основе фосфата циркония 2 и трубопроводом очищенного виноматериала 3; насос 4 для подачи исходного виноматериала, соединенный трубопроводом 5 с фильтром 1; бак 6 раствора соляной кислоты, соединенный трубопроводами 7 и 8 с верхней гребенкой 9 фильтра 1; бак 10 раствора гидроксида натрия, соединенный трубопроводами 11, 7 и 8 с верхней гребенкой 9 фильтра 1; напорный фильтр 12 умягчения воды с ионообменной загрузкой 13 и трубопроводом подачи питьевой воды 14, соединенный снизу трубопроводами 15, 11, 7 и 16 с нижней гребенкой 17 фильтра 1 и сверху через гребенку 18 трубопроводами 19, 15 и 11 с нижней частью бака раствора щелочи 10 и нижней частью бака раствора кислоты 6; трубопроводы подачи сжатого газа, соединенные, с одной стороны, с верхними гребенками 9 и 18 фильтров 1 и 12 и верхними частями баков 6 и 10, с другой стороны, с нижней гребенкой 17 фильтра 1 и нижними частями фильтра 12 и баков 6 и 10; трубопроводы отвода регенерационных растворов соединенные с нижними частями фильтров 1 и 2; трубопроводы сдувки газа, соединенные с верхними частями фильтров 1 и 12 и баков 6 и 10.

Установка работает следующим образом.

Исходный виноматериал при помощи насоса 4 по трубопроводу 5 поступает под давлением в напорный фильтр 1. Очищенный виноматериал по трубопроводу 3 отводят в бак очищенного виноматериала. Установка работает в режиме очистки до насыщения сорбента катионами металлов, после чего насос отключают. Оставшийся в фильтре 1 виноматериал вытесняют сжатым газом в бак очищенного виноматериала.

Далее проводят регенерацию сорбента. В бак 6 заливают концентрированную соляную кислоту и подают снизу умягченную воду из фильтра 12 до получения нужной концентрации. В бак 6 снизу подают сжатый газ для перемешивания раствора и отводят газ через сдувку 20. Приготовленный раствор соляной кислоты сжатым газом направляют на фильтр 1 через гребенку 9 и после прохождения фильтра регенерационный раствор через нижнюю грбенку 17 сбрасывают в бак-нейтрализатор.

Фильтр 1 промывают умягченной водой из фильтра 12 через гребенку 9 и промывные воды направляют в бак-нейтрализатор.

В баке 10 готовят раствор NaOH. В бак 10, в верхний загрузочный люк, засыпают гранулированный NaOH и подают снизу в необходимом количестве умягченную воду из фильтра 12, перемешивают раствор сжатым газом, который подают снизу и отводят сверху через сдувку 21. Приготовленный раствор щелочи подают сжатым газом через верхнюю гребенку 9 в фильтр 1. Одновременно через нижнюю гребенку 17 поступает сжатый газ для перемешивания раствора и сорбента, который отводится через сдувку 22.

После завершения перевода сорбента в Na⁺-форму водный раствор из фильтра 1 через гребенку 17 вытесняют сжатым газом в бак-нейтрализатор и установка вновь готова для проведения цикла сорбции.

П р и м е р ы 1 и 2. Способ сорбционной очистки виноматериалов осуществляли на установке, включающей напорный фильтр, загруженный гранулированным фосфатом циркония, центробежный насос для подачи виноматериала, запорную и регулирующую арматуру. Напорный фильтр представлял собой цилиндрическую колонну с внутренним диаметром 40 см и высотой 80 см, изготовленную из титана. В верхней и нижней частях колонны смонтированы дренажные колпачки шириной щели 0,2 мм. Объем загруженного в фильтр сорбента был равен 48 л. Гранулированный фосфат циркония имел следующие основные характеристики: размер гранул 0,4-2,0 мм, атомное отношение P/Zr 2,0, механическая прочность гранул 150±50 кг/см².

Через фильтp сорбентом на основе фосфата циркония в направлении "снизу-вверх" центробежным насосом подавали исходный виноматериал с объемной скоростью 20 колоночных объемов в час. После прохождения фильтра виноматериал направляли в бак очищенного виноматериала. В исходном и очищенном виноматериалах определяли концентрацию железа, кальция, калия и меди с использованием стандартных методик. В примере N 1 в качестве очищаемого виноматериала использовали белое сухое вино "Рислинг Тамани". В примере N 2 обработке подвергали красное сухое вино "Каберне Тамани".

Основные физико-химические показатели виноматериалов приведены в табл. 1.

Объем пропущенного белого вина "Рислинг Тамани" через фильтр составил 7,2 м³ или 150 колоночных объемов. После этого осуществляли регенерацию сорбента. Фильтр с сорбентом промывали умягченной водой объемом 150 литров. Через фильтр с сорбентом с объемной скоростью 4 колоночных объема в час пропускали 100 литров 1 моль/л раствора соляной кислоты и регенерат направляли в бак-нейтрализатор. Далее сорбент переводили в Na⁺-форму обработкой его 50 литрами 0,5 моль/л раствора гидроксида натрия.

После завершения процесса регенерации на фильтр с сорбентом, как в примере 1, подавали красное сухое вино "Каберне Тамани". Объем пропущенного красного сухого вина составил 6,5 м³ или 135 колоночных объемов, после чего проводили регенерацию сорбента аналогично примеру 1.

В табл. 2 приведены результаты испытаний сорбционной очистки виноматериалов.

Из табл. 2 следует, что обработка виноматериалов по предложенному способу позволяет удалить из виноматериалов избыточные количества железа, кальция и калия, что улучшает качество вина и существенно повышает его стойкость против металлических помутнений. Испытания также показали, что обработка по данному способу не приводит к появлению посторонних оттенков в букете и вкусе. Обработанные образцы виноматериалов по органолептической оценке находятся на уровне контрольных.

Таким образом, предлагаемый способ и установка позволяют эффективно использовать их в винодельческой промышленности для сорбционной переработке вин, виноматериалов, коньяков, виноградных соков и других алкогольных напитков от избыточных содержаний катионов различных металлов, что улучшает качество конечного продукта. С одной стороны, предложенное решение позволяет повысить стабильность вина от помутнений кристаллического (из-за калия и кальция и металлического, из-за железа, меди и др.) характера за счет уменьшения концентраций металлов на стадии доочистки вина перед его разливом. С другой стороны, его использование дает возможность существенно снизить концентрацию токсичных и тяжелых металлов, всегда присутствующих в вине (свинец, кадмий, ртуть, медь и др. а также радиотоксичных нуклидов (например, ¹³⁷Cs, ⁶⁰Co) ввиду высокой селективности фосфата циркония в качестве сорбционной загрузки.

Установка компактна и автономна благодаря наличию узла регенерации и может быть установлена непосредственно в цехах винодельческих заводов. Кроме того, ее можно использовать в водоподготовке пиво-безалкогольного производства для получения технологической воды с низкой жесткостью и лучшими показателями качества.

Формула изобретения

1. Способ сорбционной очистки виноматериала, включающий пропускание виноматериала через фильтр, заполненный гранулированным сорбентом, последующую регенерацию сорбента и перевод сорбента в Na⁺-форму, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют фосфат циркония в натриевой форме, регенарцию сорбента проводят путем последовательной обработки его вначале раствором соляной кислоты, а затем умягченной водой, а перевод сорбента в Na⁺-форму осуществляют обработкой его раствором гидрооксида натрия.

2. Установка для сорбционной очистки виноматериала, содержащая фильтрующее устройство, заполненное гранулированным сорбентом, трубопроводы подачи исходного виноматериала и трубопроводы отвода очищенного виноматериала и регенерационных стоков, отличающаяся тем, что в качестве фильтрующего устройства она содержит напорный фильтр, заполненный сорбентом на основе фосфата циркония, и дополнительно содержит напорный фильтр умягчения воды с гранулированным ионообменным материалом, соединенный трубопроводами с напорным фильтром с сорбентом на основе фосфата циркония, емкость для кислоты и емкость для щелочи, соединенные трубопроводами с обоими напорными фильтрами и дополнительные трубопроводы подачи сжатого газа и сдувки газа на оба напорных фильтра и емкости для кислоты и щелочи.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что напорный фильтр с сорбентом на основе фосфата циркония через нижнюю гребенку для подачи газа и выводы регенерационных растворов соединен трубопроводами с нижней частью напорного фильтра умягчения воды и параллельно с нижней частью бака раствора кислоты и нижней частью бака раствора щелочи.

4. Установка по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что напорный фильтр с сорбентом на основе фосфата циркония через верхнюю гребенку подачи газа соединен трубопроводами с нижней частью бака раствора кислоты и нижней частью бака раствора щелочи.

5. Установка по пп.2 4, отличающаяся тем, что напорный фильтр умягчения воды через верхнюю геребенку соединен трубопроводами с нижней частью бака раствора кислоты и нижней частью бака раствора щелочи.

6. Установка по пп.2 5, отличающаяся тем, что она содержит насос подачи исходного виноматериала и запорно-регулирующую арматуру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3