Способ очистки водно-спиртового раствора от альдегидов
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к ликероводочной отрасли, и может быть использовано при очистке водок от альдегидов. Водно-спиртовой раствор подвергают предварительной очистке на песочном, угольном и патронном фильтрах со скоростью 1,5 м/ч. Затем его пропускают через ионообменную смолу со скоростью 10-15 Оз/ч. В качестве смолы используют слабоосновный анионит в ОН-форме, содержащий функциональные группы в виде вторичных и/или первичных аминов. Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение качества водки и упрощение аппаратурной реализации способа. 2 ил., 5 табл.
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к ликеро-водочной отрасли, и может быть использовано при очистке водок от альдегидов.
В настоящее время в производственных процессах получения водки широко используется обработка водно-спиртовых растворов адсорбентами. Однако не во всех случаях применение этой технологии обеспечивает в конечном итоге получение спиртных напитков высокого качества.
Так, известен способ очистки водно-спиртовых растворов от альдегидов, сущность которого заключается в том, что при его реализации осуществляют смешивание обрабатываемого раствора с адсорбентом в рабочей камере, тангенциальный ввод полученной смеси в тот же раствор с адсорбентом, отделение обработанного напитка от смеси с циркуляцией и вводом ее в рабочую камеру со скоростью, обеспечивающей поддержание адсорбента в псевдокипящем состоянии и осветление обработанного раствора. При этом из смеси обрабатываемого раствора с адсорбентом (уголь БАУ-А) осуществляют отбор ее части, многократное смешивание этой части с частью необработанного раствора под вакуумом, циркуляцию и ввод смеси в рабочую камеру ведут с созданием отстойной зоны обработанного раствора в верхней части рабочей камеры, а осветление осуществляют посредством отстаивания и газоотделения с последующей фильтрацией.
В итоге очистки водно-спиртового раствора с помощью адсорбента содержание альдегидов в полученной водке "Русская" составило 2 мг/л, а ее дегустационная оценка достигла 9,6 баллов [1].
Главный недостаток этого способа заключается в сложности его аппаратурной реализации, поскольку установка, предназначенная для очистки водно-спиртового раствора, включает вакуумный смеситель, центробежные насосы, смесительную камеру, циркуляционный коллектор, фильтр, отстойник, фильтр-пресс и другие измерительные приборы вместо традиционно существующего оборудования более простой конструкции.
Существенным недостатком способа является также и необходимость непрерывной работы угольных фильтров в заданном режиме, так как даже рекомендуемое регламентом снижение производительности фильтров, например, в ночное время приводит к ухудшению качества водки за счет нарастания содержания альдегидов в водно-спиртовой смеси, а остановка на 2-3 суток - к возникновению неисправимого брака продукции.
Известен также способ очистки водно-спиртовых растворов, в частности водок, активированным углем, обработанным специальным реагентом, который стабилизирует содержание альдегидов на весь период остановки процесса. Способ предусматривает контактирование активированного угля с обрабатываемым водно-спиртовым раствором. Водно-спиртовой раствор при этом пропускают через фильтр предварительной очистки, угольную колонку и фильтр тонкой очистки [2]. Данный способ позволяет получать водку без изменения традиционной технологии.
Однако и этот способ имеет ряд недостатков, в частности при его реализации требуется химическая обработка активированного угля специальным реагентом, необходимо дополнительное время в течение 1-2 часов для подготовки угольного фильтра к остановке, а ввод в эксплуатацию угольного фильтра после остановки составляет несколько часов, причем при вводе необходимо доведение крепости сортировки до стандартной величины после прохождения ее через слой угля.
Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению по решаемой задаче и достигаемому техническому результату является способ очистки спирта-сырца, заключающийся в химической обработке спирта марганцовокислым калием в щелочной среде, пропускании через песчаный фильтр, макропористый угольный фильтр, разбавлении продукта до 60-70 об.%, ионообменной очистке с дополнительным разбавлением до 40-50 об.% и окончательной очистке на микропористом угольном фильтре. В результате получают водно-спиртовую смесь высокого качества, которую можно непосредственно использовать для приготовления алкогольных напитков [3]. Данный способ был принят за прототип.
К его недостаткам следует отнести необходимость химической обработки очищаемого продукта, применение ионообменных смол, обладающих низкой селективностью к альдегидам (ЭДЭ-10 П) и абсолютно не сорбирующих их (КУ-2), а также использование в схеме после ионообменных смол микропористого угольного фильтра, который при временной остановке технологического процесса будет приводить к нарастанию содержания альдегидов в очищенном растворе. Кроме того, описанный способ не позволяет решить задачу избирательного извлечения альдегидов из водно-спиртового раствора при неизменном содержании других компонентов и может привести к непрогнозируемому изменению органолептических показателей конечного продукта.
Решить задачу по устранению недостатков существующего способа при сохранении традиционной технологии фильтрации водок стало возможным за счет введения на заключительной стадии дополнительной операции, которая позволяет уменьшить содержание альдегидов до уровня не более 1,5 мг/л безводного спирта. Указанная выше операция необходима после снижения производительности или полной остановки угольного фильтра.
Технический результат изобретения - упрощение аппаратурной реализации способа и повышение качества водки обеспечивается тем, что при регламентном снижении производительности или остановке процесса очистки водно-спиртового раствора его подвергают дополнительному пропусканию через слабоосновный анионит в ОН-форме со скоростью 10-15 Оз/ч, где Оз - объем раствора, равный объему загрузки смолы, причем в качестве слабоосновного анионита используют анионит в ОН-форме с функциональными группами в виде вторичных и/или первичных аминов. Из всех слабоосновных анионитов наиболее оптимальным является ионит Purolite A-830 [4].
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить из-за наличия в отличительной части формулы новых неизвестных признаков соответствие критерию изобретения "новизна".
Сущность предлагаемого изобретения также не является очевидной, поскольку введение в отличительную часть его формулы такого признака как дополнительное пропускание водно-спиртового раствора через слабоосновный анионит в ОН-форме со скоростью 10-15 Оз/ч приводит к появлению неизвестной ранее совокупности признаков с получением новых технических результатов - упрощению аппаратурной реализации способа, уменьшению содержания альдегидов в растворе до величины не более 1,5 мг/л и дополнительному положительному эффекту в виде повышения в конечном итоге качества выпускаемой водки.
Неочевидность данного технического решения подтверждается также тем, что примененные слабоосновные аниониты не предназначены для селективного извлечения альдегидов из водно-спиртовых и спиртовых растворов. Традиционными (паспортными) задачами данного ряда сорбентов (ионитов) являются: деминерализалия воды с высоким солесодержанием, селективное удаление сульфатов, очистка сточных вод, выделение нитратов и сульфатов из технологических растворов и конденсатов, процессов получения азотсодержащих удобрений.
Однако при разработке данного способа установлено, что именно эти слабоосновные аниониты являются наиболее эффективными для извлечения альдегидов из водно-спиртовых растворов, что связано с их аномально высоким поглощением по механизму хемосорбции. Средне- и сильноосновные аниониты обладают низкой емкостью по альдегидам, проскок которых наблюдается в первых же пробах фильтрата.
Эти обстоятельства позволяют утверждать, что предлагаемое техническое решение обладает "изобретательским уровнем".
Промышленная применимость предлагаемого изобретения не вызывает сомнения, так как способ реализуется с помощью известного оборудования.
Способ очистки водно-спиртовых растворов от альдегидов осуществляется с помощью устройства, схема которого изображена на фиг.1.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Из напорных чанов водно-спиртовой раствор поступает на песчаные фильтры предварительной фильтрации (форфильтры) (1) для освобождения от взвешенных частиц, не осевших при отстаивании в напорных чанах. С форфильтров раствор направляется на фильтры с активированным углем (2). Очищенный активированным углем раствор освобождается от механических примесей угля фильтрацией через керамические или патронные фильтры (3). Далее настоящий способ предлагает использовать анионитовый фильтр (4) периодического действия, который встраивается в существующую технологическую схему и позволяет повысить качество и безопасность готового продукта, снижая содержание альдегидов. В качестве загрузки анионитового фильтра использованы слабоосновные аниониты в ОН-форме. Необходимым условием при выборе ионообменной смолы является наличие в структуре элементарного звена вторичных и/или первичных аминогрупп. Для сравнения сорбционной способности испытанных ионитов в таблице 1 приведены значения их динамической емкости до проскока альдегида (объем загрузки лабораторной колонки смолой - 15 мл, скорость пропускания 15 Оз/ч (4 м/ч), концентрация ацетальдегида в исходном растворе 20 мг/л). Как видно из таблицы 1, наиболее эффективными ионитами для селективного извлечения альдегидов являются Purolite A-830, Relite MG1 и АН-221. Типовые физико-химические и технологические характеристики ионитов приведены в таблицах 2, 3 и 4. Наивысшим значением динамической емкости обладает анионит Purolite A-830, поэтому дальнейшие эксперименты проводились с его использованием.
Ионит Purolite A-830 представляет собой макропористую слабоосновную анионообменную смолу, обладающую акриловой матрицей с функциональной группой на основе полиаминов.
Определена оптимальная рабочая скорость потока через ионит (фиг.2). Она составляет 10-15 Оз/ч. При увеличении скорости выше 15 Оз/ч возрастает проскок по альдегидам. Так как анионитовый фильтр включается в существующую фильтрационную систему, необходимо, чтобы с одной стороны не изменялась установленная скорость фильтрации через угольные колонны (не более 60 дал/ч), а с другой стороны не происходило превышение рабочей скорости потока в анионитовом фильтре при оптимальной величине (15 Оз/ч). При сохранении приведенных выше параметров рассчитан минимальный объем ионита для загрузки ионообменной колонны, который составляет 40 л. Минимальная высота загрузки ионообменной смолы 700 мм. Площадь сечения фильтра 0,0571 м2. Минимальный диаметр фильтра 270 мм. При очистке водок с содержанием альдегидов около 20 мг/л безводного спирта (как правило, такая концентрация альдегидов образуется при остановке производства на выходные), ресурс работы загрузки для данного анионитового фильтра составляет 2000 дал водно-спиртовой смеси. Предлагаемый способ не требует сложного аппаратурного обеспечения и может быть легко применен к классической технологической схеме.
Пример 1
Водно-спиртовой раствор с концентрацией альдегидов 20 мг/л безводного спирта проходит предварительную фильтрацию на песчаном, угольном и патронном фильтрах со скоростью 1,5 м/ч. Затем раствор пропускают через анионит со скоростью 15 Оз/ч (4 м/ч). Процесс сорбции проводят при температуре 20
С на лабораторной колонке диаметром 0,83см со слабоосновным анионитом Purolite A-830 в ОН-форме объемом 15 мл. На выходе из колонки собирают фракции по 50 мл, которые анализируют методом газожидкостной хроматографии. Содержание альдегидов на выходе из колонки не превышает 1,5 мг/л безводного спирта. Емкость анионита Purolite А-830 по альдегиду составляет 3,6 мг/мл смолы (см. таблицу 1).
Пример 2
Процесс проводят с предварительной фильтрацией на песчаном, угольном и патронном фильтрах со скоростью 1,5 м/ч, а затем на пилотной установке в колонне диаметром 57 мм со слабоосновным анионитом Purolite А-830 в ОН-форме объемом 2 л. Через ионит со скоростью 10 Оз/ч (8 м/ч) пропускают 160 л водки с концентрацией альдегидов 8,9 мг/л безводного спирта. После прохождения водно-спиртовой смесью анионитового фильтра содержание альдегидов в продукте существенно ниже ПДК (ГОСТ 51355-99), что подтверждается данными газожидкостной хроматографии (см. таблицу 5). При этом использовано только около 5% от полного ресурса колонны. Также происходит улучшение органолептических показателей, так как содержание альдегидов придает продукту резкий горьковатый привкус. Полученный готовый продукт получил высший дегустационный бал качества, равный 9,66.
Как следует из таблицы 5, содержание альдегида в растворе в результате осуществления способа снижено до 0,8 мг/л безводного спирта, что является определяющим для изготовления высококачественного конечного продукта, причем это стало возможным за счет встраивания в классическую технологическую линию всего лишь одного анионитового фильтра, без принципиального изменения ее конструкции.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации № 2031932 от 27.03.95, кл. С 12 Н 1/04. Способ очистки напитков адсорбентом и установка для его осуществления.
2. Тараканов П.А., Степанов В.И. Способ временных остановок угольных колонок без потерь. Специализированный информационный бюллетень. "Ликероводочное производство и виноделие". № 39 (27) 2002, с.8-9.
3. Заявка Российской Федерации № 94026331 от 27.07.94, кл. С 12 Н 1/04. Способ очистки спирта-сырца для приготовления алкогольных напитков (прототип).
4. Каталог ионитов. М.: Изд-во НИИПМ им. Г.С. Петрова, 1994, 20 с.
Формула изобретения
Способ очистки водно-спиртового раствора от альдегидов, включающий фильтрацию раствора от взвешенных частиц, последующее пропускание его через активированный уголь и ионообменную смолу, отличающийся тем, что пропускание раствора через ионообменную смолу осуществляется со скоростью 10-15 Оз/ч после предварительной фильтрации на керамических или патронных фильтрах, а в качестве ионообменной смолы используют слабоосновный анионит в ОН-форме, содержащий функциональные группы в виде вторичных и/или первичных аминов.
