Способ получения винно-кислой извести

 

Использование в винодельческой промышленности Сущность изобретения: на химические реагенты воздействуют звуковым полем при частоте от 400 до 1200 Гц в 3 ступени в течение 10-15 мин, вводят их в поток винно-кислотного раствора одновременно с воздухом, затэм смесь гомогенизируют в слое из шарообразных частиц с диаметром 5-15 мм, тмогенизируют суспензию, подают на кристаллизацию восходящим потоком. При этом соотношении объем подаваемого воздуха к объему винно-кислотного раствора составляет 3-51, а объем слоя из шарообразных частиц к объему винно-кислотного раствора составляет 1:10-30 После кристаллизации выделяют винно-кислую известь , промывают ее, обезвоживают и сушат. 2 табл (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5! ) 5 С 1 2 G 1 /02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

С (ОО

О (21) 4921451/13 (22) 22,01.91 (46) 07.12.92. Бюл, ¹ 45 (71) Технологическо-конструкторский институт Научно-производственного объединения "Яловень" (72) П.И,Параска, Н.А. Гез, А.Ф,Солонарь, П.M.ÑMèðéîâ, Б.М.Барабой, Ф.И.Топор, С.Д.Ускату, Г.Г.Стурза и Ф.А,Цага (56) Авторское свидетельство СССР № 1154322, кл. С 12 G 1/02, 1985, Авторское свидетельство СССР

¹ 248609, кл. С 12 G 1/02, 1970.

Авторское свидетельство СССР

N 737445,,кл. С 12 G 1/02, 1980, Авторское свидетельство СССР

N 975792, кл. С 12 G 1/02, 1982, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИННО-КИСЛОЙ ИЗВЕСТИ

Изобретение относится к промышленной переработке винограда, в частности к технологии осаждения органических кислот и получения винно-кислой извести из вторичных продуктов переработки винограда.

Известен способ получения винно-кислой извести из вторичных продуктов переработки винограда — дрожжевой барды, предусматривающий разбавление барды водой, перемешивание, отстаивание, отделение осветленного винно-кислотного раствора и осаждение из последнего виннокислой извести путем введения хлористого кальция и мела, при этом хлористый кальций рассчитывают по соответствующей формуле, а осаждение и кристаллизацию проводят при 70-75 С (1).. Ы» 1779689 А1 (57) Использование: в винодельческой промышленности, Сущность изобретения: на химические реагенты воздействуют звуковым полем при частоте от 400 до 1200

Гц в 3 ступени в течение 10-15 мин, вводят их в поток винно-кислотного раствора одновременно с воздухом, затем смесь гомогенизируют в слое из шарообразных частиц с диаметром 5-15 мм, гомогенизируют суспензию, подают на кристаллизацию восходящим потоком. При этом соотношении объем подаваемого воздуха к обьему винно-кислотного раствора составляет 3-5:1, а объем слоя из шарообразных частиц к объему винно-кислотного раствора составляет 1 f0-30. После кристаллизации выделяют винно-кислую известь, промывают ее, обезвоживают и сушат. 2 табл, Недостатком известного способа является большой расход реагентов при получении винно-кислой извести, что связано с недостаточным контактированием химических реагентов с винно-кислыми соединениями. Дозирование химических реагентов во всем объеме осветленной барды приводит к их выпаданию в осадок без взаимодействия с винно-кислыми соединениями и образованию кристаллов винно-кислой извести. Добавляемый мел иэ-за низкой реакционной способности выпадает в осадок и снижает качество готового продукта. Низкореакционная способность мела связана с тем, что при хранении он адсорбирует из окружающей среды влагу и другие вещества и при растворении в воде и получении суспензии

1779689

50 образуется незначительное количество свободных ионов кальция, которые реагируют с получением винно-кислой извести.

Добавление мела в барду, по известному способу, после добавления хлористого кальция, рассчитанное по соответствующей формуле с избытком 30 для связывания всех виннокислых соединений, фактически приводит только к изменению величины рН среды.

Известен способ получения суспензии винно-кислой извести, предусматривающий подачу винно-кислотного раствора под давлением в виде непрерывно движущейся струи, добавление кальцинированной соды и хлористого кальция в этот поток инжектированием, смешивание винно-кислого раствора и раствора химических реагентов, гомогенизацию смеси за счет гидравлических ударов и турбулизации потока, кристаллизацию винно-кислой извести с последующим отделением кристаллов от маточного раствора (2).

Несмотря на свои преимущества, способ имеет ряд существенных недостатков— низкий выход готовой продукции из-за больших потерь мелкодисперсных кристаллов с маточным раствором, Гомогенизация смеси под воздействием гидравлических ударов приводит к частичному разрушению центров кристаллизации, нарушению их структуры, вследствие чего замедляется процесс кристаллизации винно-кислой извести. Мелкодисперсные кристаллы виннокислой извести, образованные в процессе гомогенизации смеси, стабилизируются коллоидными веществами винной барды и частично уносятся с маточным раствором при разделении. Унос мелкодисперсных кристаллов винно-кислой извести с маточным раствором составляет 10-20%. Процесс кристаллизации и образования винно-кислой извести длителен во времени ввиду образования большого количества мелкодисперсных кристаллов и отсутствия центров кристаллизации.

8 процессе последовательного дозирования кальцинированной соды и хлористого кальция в непрерывно движущейся струе винно-кислотного раствора не происходит полная реакция взаимодействия с виннокислыми соединениями, вследствие чего часть кальцинированной соды связывается с хлористым кальцием с образованием карбоната кальция. Это снижает качество готовой продукции и перерасход химических реагентов, которые берутся избытке на

30,,, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ

40 получения суспензии винно-кислой извести, предусматривающий добавление в винно-кислый раствор химических реагентов — кальцинированной соды и хлористого кальция, гоМогенизацию смеси до степени сегрегации 10 и кристаллизацию винно-кислой извести при непрерывном перемешивании в режиме суспензирования (4).

Несмотря на свои преимущества, данный способ имеет ряд существенных недостатков. Гомогенизацию смеси до степени сегрегации 10 в статический смеситель с

-4 геликоидальными смесительными элементами не обеспечивает полного осаждения винно-кислых соединений, вследствие чего химические реагенты берутся в избытке на

20-30 . Статический смеситель с геликоидальными смесительными элементами обеспечивает только первоначальное смешивание компонентов, вследствие чего не ускоряется процесс кристаллизации виннокислой извести. Фактически химическая реакция получения и кристаллизации винно-кислой извести происходит в реактор-кристаллизаторе при перемешивании в режиме суспензирования. Это приводит к разрушению часть кристаллов, образованию мелкодисперсных кристаллов, которые стабилизируются коллоидами из-за прилипания к кристаллам винно-кислой извести, что увеличивает их унос при разделении суспензии. За счет проведения процесса кри- сталлизации при перемешивании в режиме непрерывного суспензирования при разделении кристаллов винно-кислой извести центрифугированием происходит потеря

15-20О стабилизированных мелкодисперсных кристаллов с фугатом, Низкая реакционная способность химических реагентов, недостаточная гомогенизация снижают выход целевого продукта.

Кроме того, процесс кристаллизации в режиме непрерывного суспензирования длителен во времени.

Целью изобретения является снижение расхода химических реагентов и ускорение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения винно-кислой извести, предусматривающем введение в поток винно-кислотного раствора химических реагентов, их гомогенизацию и кристаллизацию винно-кислой извести, согласно изобретению, химические реагенты обрабатывают в звуковом поле при частоте 400-1200 Гц в 3-х ступенях, вводят их в поток одновременно с воздухом, гомогенизацию осуществляют в слое из шарообразных частиц с диаметром 5-15 мм. а

1779689

10

35

45

55 гомогенизированную суспензию подают на кристаллизацию восходящим потоком, при этом соотношение объемов воздуха и шарообразных частиц к объему винно-кислотного раствора соответственно составляет

3-5:1 и 1:10-30.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается QT известного тем, что химические реагенты обрабатывают в звуковом поле при частоте 400-1200 Гц в 1-3 ступенях, вводят их в поток одновременно с воздухом, гомогенизацию осуществляют в слое из шарообразных частиц с диаметром 5-15 мм, а гомогенизированную суспензию подают на кристаллизацию восходящим потоком, при этом соотношение объемов воздуха и шарообразных частиц к объему винно-кислотного раствора соответственно составляет 3-5:1 и 1:10-30. Таким образом заявляемый способ соответствует критерию "Новизна".

Известен способ обработки многокомпонентной жидкости при перегонке в звуковом поле в присутствии шарообразных частиц для получения спирта (3), В известном способе звуковое поле поддерживает в колебательном движении взаимодействующие фазы (пар — жидкость), а шарообразные частицы ускоряют процесс разделения системы на две фазы — спирт и барду. Звуковые колебания ускоряют удаление спирта, который легче испаряется с поверхности шарообразных пластмассовых частиц, повышают производительность перегонного аппарата.

При этом частицы заменяют колпачки или тарелки в перегонном аппарате, т,е. служат как разделительные элементы многокомпонентной системы.

Слой из шарообразных частиц в предлагаемом способе проявляет новые свойства, а именно ускоряет процесс кристаллообразования за счет быстрого роста кристаллов на поверхности насадки из шарообразных частиц, при этом насадка играет роль затравки — внесение чужеродных центров кристаллизации.

Звуковые колебания в предлагаемом способе проявляют свойства расщепления веществ до коллоидного и молекулярного состояния. Новые свойства звукового поля состоят в повышении реакционной способности суспенэии и растворов химических реагентов, так как химические реагенты расщепляются до ионов, которые мгновенно реагируют в растворе с получением винно-кислой извести, Именно эти новые свойства, которые проявляет звуковое поле, позволяют получить новый положительный эффект — сократить расход химических реагентов и повысить полноту осаждения винно-кислых соединений. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решенич критерию "существенные отличия", Обработка растворов химических реагентов, в частности суспензии мела, в звуковом поле приводит к повышению активности за счет увеличения дисперсности и растворимости, в частности ионов кальция, реакционной способности, что ускоря. ет процесс получения винно-кислой извести и сокращает расход химических реагентов.

Активацию целесообразно осуществить в

1-3 ступени в звуковом поле, При обработке до 1-ой ступени не достигается полного перехода реагирующих веществ в активном растворяемом состоянии из-за неполного растворения и диспергирования химических реагентов до состояния коллоидной дисперсности и истинного раствора. При количестве ступеней выше 3-х активность не повышается. а происходит только перерасход электроэнергии и снижается производительность процесса.

Обработка растворов химических реагентов в звуковом поле приводит к повышению их реакционной способности, вследствие чего происходит мгновенная реакция образования винно-кислой извести и химические реагенты не остаются в избытке в маточном растворе. Воздействие звукового поля на растворы и суспензии химических реагентов приводит к расщеплению и диссоциации молекул, повышению дисперсности, вследствие чего растворы приобретают новые свойства. Именно новые свойства растворов ускоряют реакцию образования винно-кислой извести и позволяют провести реакцию при минимальных расходах химических реагентов.

Время обработки в звуковом поле составляет 10-15 мин. Это связано с диспергированием, растворением вещества и образованием химических активных центров. Для приведения вещества в химически активное состояние растворения и диспергирования необходимо преодолеть энергетический барьер, вследствие которого происходит разрушение твердых тел. Обработка по ступеням с возрастающей частотой звукового поля от 400 до 1200 Гц позволяет на каждой ступени переходить своей энергетический барьер для диспергирования и образования химически активных центров, которые стабильны определенное время и быстро взаимодействуют с винно-кислотными соединениями, В результате обработки в звуковом поле возрастает количество активных диссоциирîванных ионов кальция, до1779689

20

30

45

50 стигнув максимум после обработки суспензии в 3 ступени в течение 10-15 мин, При обработке мела в одной ступени количество активных реакционноспособных ионов кальция составляет всего лишь 30-40% от общей массы. При обработке в 2-3 ступени количество активных ионов кальция в растворе достигает 95-98 при времени обработки 15 мин. Повышение времени обработки не повышает активности суспензии, Обработку на первой ступени проводят при частоте звукового поля 400-500 Гц, на второй 600-800 Гц, на третьей ступени при

900-1200 Гц.

Гомогенизация смеси активированных химических реагентов в слое насадки из шарообразных частиц, находящихся в хаотическом движении, повыша Ет полноту осаждения виннокислых соединений и ускоряет процесс кристаллообразования (га бл.1).

Это связано с тем, что кроме эффекта перемешивания при хаотическом движении частиц образуются микрозоны пересыщения — образование повышенных концентраций реагирующих веществ, что интенсифицирует процесс кристаллообраэования винно-кислой извести. Кроме того, сами шарообразные частицы служат центрами кристаллизации для роста кристаллов винно-кислой извести. За счет хаотического движения кристаллы винно-кислой извести при достижении определенных размеров отрываются от шарообразных пластмассовых частиц и уносятся с потоком жидкости в виде суспензии. Наличие слоя насадки из шарообразных пластмассовых частиц, хаотически движущихся под воздействием потока основного продукта и воздуха, приводит к образованию большого количества центров кристаллизации из-за большой удельной поверхности контакта с гомогенизируемой смесью, Это исключает добавление в винно-кислотном растворе центров кристаллизации для интенсификации процесса кристаллообразования, Изготовление шарообразных частиц иэ пластмассы, в частности полиэтилена высокого давления, создает оптимальные условия для гомоге низа ции смеси под воздействием скоростного потока жидкости и воздуха, Кроме того, изготовление частиц из пластмассы не приводит к прилипанию кристаллов к их поверхности, Гомогенизацию смеси проводят в слое насадки из шарообразных частиц с диаметром 5-15 мм, находящихся в хаотическом движении. Условия гомогенизации — хаотическое движение частиц эа счет скоростного потока жидкости, суспензии химреагентов и потока воздуха. Концентрация шарообразных частиц в момент обработки гомогенизатора составляет 1:10-30 по объему (т.е. на 1 л частиц 10-30 л винно-кислотного раствора). При соотношении меньше 1:10 эффект гомогенизации и роста кристаллов незначительный. При соотношении выше 1:30 образованное количество кристаллов снижает хаотическое движение частиц и скорость потока жидкости. Гомогенизация смеси в слое насадки из пластмассовых частиц ускоряет процесс кристаллизации винно-кислой извести. На практике опытами доказано, что наиболее оптимальным является d частиц шара 5-15 мм.

Указанные выше факторы позволяют достичь нового положительного эффекта в процессе гомогенизации смеси — образования центров кристаллизации в слое насадки из шарообразных пластмассовых частиц и создания микрозон пересыщения — сближение и удаление шарообразных частиц в процессе хаотического движения.

Гомогениэация смеси в слое насадки ускоряет процесс кристаллизации винно-кислой извести.

Доэирование воздуха в потоке виннокислотного раствора приводит к вытеснению образованного углекислого кальция, что снижает количество образованной пены, Кроме того, поток воздуха создает кипящий слой шарообразных пластмассовых частиц и интенсифицирует процесс перемешивания винно-кислотного раствора и химических реагентов. При соотношении воздуха меньше 3 к одному объему барды не создаются оптимальные условия для гомогенизации и хаотического движения шарообразных частиц, так как определенная часть частиц не участвует в процессе гомогенизации из-эа замедленного их движения, На частицах остается часть винно-кислой извести, что затрудняет процесс гомогенизации, При соотношении воздуха больше

5:1 к объему барды нарушается хаотическое движение частиц из-за выноса их потоком смеси. Кроме того, наблюдаются частичные потери жидкости с пузырьками воздуха, При подаче суспензии винно-кислой извести в реактор-кристаллизатор восходящим потоком образуется нижняя зона пересы щения, что приводит к росту кристаллов. Скорость потока суспензии винно-кислой извести от турбулентного режима в слое насадки шарообразных пластмассовых частиц, находящихся в хаотическом движении, падает до ламинарного в кристаллизатор непрерывного действия. Это связано с резким расширением объема и торможением потока при подаче суспензии в восходящем

1779689

10 потоке. Все зто создает условия для быстрого роста кристаллов винно-кислой извести без перемешивания. Кристаллизация суспензии винно-кислой извести в реакторекристаллизаторе в восходящем потоке приводит к снижению потерь готового продукта с маточным раствором (табл.2).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Осветленный винно-кислотный раствор получают одним из известных способов, например отстаиванием, Водную суспензию мела обрабатывают в 2 ступени при 400-1800 Гц в звуковом поле гидроизлучателя. В отдельности готовят раствор хлористого кальция, затем смешивают с активированной суспензией мела и проводят обработку в звуковом поле в одну ступень. В поток осветленного винно-кислотного раствора вводят обработанную в звуковом поле суспензию мела и раствора хлористого кальция и осуществляют гомогенизацию в слое насадки из шарообразных пластмассовых частиц с диаметром 5-15 мм, находящихся в хаотическом движении, при соотношении их объема к обьему винно-кислотного раствора 1;10;30. Одновременно в поток жидкости подают воздух при соотношении его объема к объему винно-кислотного раствора 3:5:1, Образованную суспензию винно-кислой извести подают восходящим потоком в реактор-кристаллизатор, где осуществляют кристаллизацию — рост кристаллов без перемешивания механической пропеллерной мешалкой. После кристаллизации декантируют маточный раствор, Разделяют суспензию винно-кислой извести, затем промывают водой, обезвоживают и сушат.

Пример 1. В качестве винно-кислотного раствора используют осветленную коньячную барду, полученную путем осветления при 70-90 С с добавкой 2 г/л бентонита и 25 мг/л полиакриламида. 12 -ную суспензию мела, содержащую 97% основного вещества в количестве 100 л, обрабатывают в звуковом поле гидроизлучателя в

2 ступени в течение 10 мин при частоте

460 Гц, на второй — 3 мин при 783 Гц, Готовят отдельно 20 -ный раствор хлористого кальция с содержанием основного вещества 91,5% на 100 л. Затем обработанную суспензию мела и раствора хлористого кальция смешивают в соотношении 1:1 и подвергают обработке в звуковом поле в одну ступень при частоте 1175 Гц B течение

5 мин, В осветленную коньячную барду в количестве 10 м с начальной концентрацией винно-кислых соединений 4,3 г/л (в пере50

36 — полученная винно-кислая известь в пересчете на 100%-ную винную кислоту

Расход осаждающих веществ на 1 кг винно-кислой извести в пересчете на 100%ную винную кислоту составляет, кг: мел технический (11,6:36)-0,32, хлористый кальций технический (14,4:36)-0,40, Пример 2, Способ осуществляют аналогично примеру 1, только обработку химических реактивов — мела и хлористого кальция осуществляют в звуковом поле в 3 счете на винную кислоту) и температурой

58 С вводят раствор химических реагентов, обработанных в звуковом поле, и осуществляют гомогенизацию в слое насадки

5 из шарообразных пластмассовых частиц, находящихся в хаотическом движении. Гомогенизацию осуществляют при объеме слоя шарообразных частиц с диаметром 10 мм при соотношении объема частиц к барде

10 1:10. Одновременно в поток барды подают воздух при соотношении 3:1 (т.е. 3 объема воздуха к одному объему барды). Гомогенизацию осуществляют в течение 40 с, Расход барды, химреактивов и воздуха определяют

15 с помощью ротаметров, Расход химических реагентов составляет соответственно мела — 116 кг, хлористого кальция — 14,4 кг.

Образованную суспенэию винно-кислой извести в слое насадки из шарообразных

20 пластмассовых частиц в процессе гомогенизации химических реагентов и винно-кислотного раствора подают восходящим потоком в реактор-кристаллизатор и проводят кристаллизацию (беэ перемеши25 вания), После заполнения реактора-кристаллизатора декантируют жидкость с осадка виннокислой извести, потом осадок смешивают с водой, промывают и обеэвоживают на трехкаскадном декантаторе. Для

30 обеспечения поточности способа получения виннокислой извести используют 2-3 реактора-кристаллизатора, полученную суспенэию виннокислой извести подают во второй аналогичный реактор-кристаллизатор, про35 цесс в котором проеодят подобно описанному.

Влажный осадок винно-кислой извести сушат в паровых сушилках до постоянного веса. Высушенную винно-кислую известь

40 затаривают в крафт-мешки и взвешивают.

Получают 68,7 кг винно-кислой извести, содержание винной кислоты определяют методом Гольденберга по ОСТУ 18-82-72, оно равно 52,4%. В пересчете на 100 45 ную винную кислоту выход винно-кислых

36 . 100 соединений составляет

43 где

1779689

Таблица 1

Влияние гомогенизации в слое насадки на выход винно-кислых соединений

Выход виннокислой извести, Со е жание винной кислоты, Обработка

Время завершения кристал., ч до осаждения после осаждения

Перемешивание мешалкой

Статический смеситель

Гомогенизация смеси в слое насадки при соотношении объема частиц к объему барды 1:10, диамет части 10 мм

4,2

2,10

50,2

8,0

4,2

1,44

65,8

3,0

4,2

0,75

82,1

0,5

Таблица 2

Влияние способа подачи суспензии винно-кислой извести на унос кристаллов отработанным маточным раствором ступени в течение 10 мин, а гомогенизацию смеси осуществляют шарообразные частицы при соотношении слоев насадки к объему барды 1:30 и соотношении воздуха к барде 5:1, в течение 60 сек. 5

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1, только обработку химических реактивов мела и хлористого кальция осуществляют в звуковом поле в течение 12 мин в три ступени, а гомогениза- 10 цию смеси осуществляют при соотношении объема частиц к объему барды 1:20 и соотношении воздуха к барде 4: t в течение

50 сек.

Предлагаемый способ позволяет уско- 15 рить процесс кристаллизации и получения винно-кислой извести в 2-3 раза. сократить расход химических реагентов на 20-25о на единицу продукции, 20

Формула изобретения

1. Способ получения винно-кислой извести, предусматривающий введение в поток винно-кислотного раствора химических реагентов, гомогенизацию смеси, подачу гомогенизированной смеси на кристаллизацию винно-кислой извести и выделение винно-кислой извести, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода химических реагентов и ускорения процесса, перед введением в поток на химические реагенты воздействуют звуковым полем при частоте от 400 до 1200 Гц в течение 10-15 мин, вводят их в поток одновременно с воздухом, гомогенизацию смеси проводят в слое из шарообразных частиц с диаметром 5-15 мм, а подачу гомогенизированной смеси на кристаллизацию осуществляют восходящим потоком, при этом соотношение объемов воздуха и шарообразных частиц к объему винно-кислотного раствора устанавливают в пределах 3-5:1 и 1:10-30.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие звуковым полем осуществляют в 2-3 ступени с возрастанием частоты по ступеням.