Способ очистки и разделения дисперсных сред и коллоидных растворов

Изобретение предназначено для очистки дисперсных сред и коллоидных растворов и может быть использовано для очистки растительных, минеральных и синтетических масел, отчистки сахарных растворов, подготовки и очистки сточных вод, а также во всех производствах, где требуется очистка растворов от дисперсных и коллоидных частиц. Способ включает обработку кремнийсодержащим флокулянтом и последующее отделение образовавшегося продукта. Для осуществления способа в качестве флокулянта используют кремнийорганическое соединение общей формулы:

значение индексовp=(1-8); к,l=(0-1); m=(0,05-0,5); n=(0,0-0,8);сумма индексовk+l+m+n=1,активные группы иJ=Li; Na; К; Cs,комплексообразователи:M=J; R₆, G=Cl; Br; I,значение радикалов:R₁, R₂, R₃=СН₃; С₂Н₅; С₃Н₇; С₄Н₉; С₆Н₅; O[SiO₂]_qOJ, где q=1-9, R₄, R₅=CH₃; С₂Н₅; С₃Н₇; С₄Н₉; С₆Н₅; С₃Н₅; С₃Н₄F₃; С₃Н₄Cl₃; C₃H₈N, R6, R7, R₈=Н; СН₃; С₂Н₅; С₃Н₇;

Кроме того, для очистки сахаросодержащих растворов обработку флокулянтом целесообразно вести в присутствии СаО. Способ обеспечивает упрощение и повышение эффективности процесса очистки при понижении температуры и времени очистки. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к химической технологии очистки растворов, содержащих дисперсные и коллоидные частицы, и может быть использовано для очистки растительных, минеральных и синтетических масел, отчистки сахарных растворов, подготовке и очистке сточных вод, а также во всех производствах, где требуется очистка растворов от дисперсных и коллоидных частиц.

Известен способ очистки отработанных смазочных масел путем нагревания их, отгонки воды и легких фракций от регенерируемого масла, обработкой последнего растворителем с последующей вакуумной разгонкой выделенного масла, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют полиметилсилоксан при объемном соотношении растворителя и масла 2-10:1 и обработку проводят при 15-50°С, давлении 1,0-1,5 кгс/см², вакуумную разгонку проводят в тонкопленочном испарителе при 240-350°С и давлении 2-20 мм рт.ст. (RU 2061741 C1, 10.06.1996).

Недостатком способа является его ограниченная применимость, только для отработанных смазочных масел, высокая стоимость из-за затрат, связанных с необходимостью применения высоких температур, давления, вакуума и дорогостоящего полиметилсилоксана, используемого в качестве растворителя, то есть полиметилсилоксана в несколько раз больше, чем отработанного масла.

В этом способе используется принцип различной растворимости масла и примесей, входящих в его состав, однако очевидно, что таким способом отработанное масло от всех примесей очистить невозможно. Именно этим и объясняется необходимость вакуумной перегонки целевого продукта. Кроме того, применение этого способа возможно только для низкомолекулярных полиметилсилоксанов, которые могут быть перегнаны в вакууме.

Ближайшим аналогом предложенного способа является способ очистки кислых растворов от кремния, включающий обработку их при перемешивании кремнийсодержащим веществом и последующее отделение образовавшегося продукта от раствора, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего вещества используют кремнийорганический флокулянт, выбранный из соединений класса органосиликонатов щелочных металлов или металлоорганосиликонатов щелочных металлов и их смесей. Объемное отношение обрабтываемый раствор:флокулянт 1:0,0001-0,015. Способ отличается тем, что в соединениях класса органосиликонатов или металлоорганосиликонатов органическими радикалами являются метил, этил, пропил, изопропил, винил или фенил, металл выбран из ряда алюминий, цинк или магний, а щелочными металлами являются натрий или кальций (RU 2077506 С1, 20.04.1997).

Недостатком способа является его ограниченная применимость только для очистки кислых водных растворов от кремния методом, вызывающим полимеризацию кремниевой кислоты.

Технический результат изобретения заключается в упрощении и повышении эффективности процесса очистки растворов от различных дисперсных и коллоидных частиц, понижении температуры и времени очистки.

Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки и разделения растворов, содержащих дисперсные и коллоидные частицы, предусматривает применение высокомолекулярного кремнийорганического флокулянта, содержащего в обрамлении силоксановой цепи функциональные группы, обеспечивающие его применение в различных средах, и способных образовывать с поверхностью частиц устойчивые связи, общей формулы:

где - индексы р=(1-8); к,l=(0-1); m=(0,05-0,5); n=(0,0-0,8); при этом сумма k+l+m+n=1.

Радикалы: R₁, R₂, R₃=СН₃; С₂Н₅; С₆Н₅; С₃Н₇; С₄H₉;

O-[SiO₂]_qOJ, где q=1-9

R₄, R₅=СН₃; С₂Н₅; С₆Н₅; С₃Н₇; С₄Н₉; С₃H₄F₃; С₃Н₅;

С₃Н₄Сl₃; С₃Н₈N.

R₆, R₇, R₈=H; СН₃; С₂Н₅; С₃Н₇; С₃Н₅.

J=Li; Na; К; Cs.

Активные группы и М=J; R₆.

комплексообразователи: G=Сl; Br; I.

Кремнийорганический флокулянт (КОСП), содержащий в качестве одного из радикалов соединение комплексной природы, четвертичную аммониевую соль, обеспечивает синергизм межмолекулярных взаимодействий дисперсных коллоидных частиц, снижение величины градиента потенциала электрических зарядов, разрушение структурно-механических барьеров на поверхности частиц. Физико-химические свойства дисперсной фазы определяют состав КОСП. Тип углеводородного радикала (R_i), количество звеньев (k, l, m, n, q), группы М и J подбираются расчетным путем в указанном диапазоне их изменения как по химическому составу радикалов, так и по значениям индексов промежуточных звеньев силоксановой цепи. При использовании кремнийорганического флокулянта (КОСП) для очистки растительных масел, полученных методом прессования, удаление коллоидных слизей с мелкодисперсными частицами шрота и гидратируемых фосфатидов происходит в широком интервале температур (от 0°С до 90°С). Поэтому процесс очистки можно вести без нагревания, при этом в зависимости от исходного кислотного числа прессового или экстрагированного масла рассчитывается состав и количество компонентов в структуре КОСП с целью обеспечения полной конверсии карбоновых кислот в соли, преобразования растворенных в масле фосфатидов в нерастворимые соединения и их последующее удаление в виде осадков.

Для очистки растительных масел значение “р” может находиться в интервале (2-6), группы М и G подбираются в зависимости от типа исходного сырья и молекулярного состава очищаемой жидкости, например для подсолнечного масла М=Na, или одно из значений R₆, a G=I. Остальные коэффициенты индексов могут быть: к=(0,7-0,9); l=(0,1-0,2); m=(0,0-0,1); n=(0,0-0,3); q=(1-9). Применение КОСП обеспечивает полную очистку масел, его хорошую фильтруемость, получение масла с кислотным числом до 0,6 мг КОН на грамм масла, что соответствует гидратированному рафинированному маслу.

Отработавшие трансмиссионные и моторные масла могут быть очищены от мелкодисперсных примесей масляных нагаров, полимеризованных частиц, металлических частиц и других образований, препятствующих дальнейшему использованию масел. Последовательное применение двух разных КОСП позволяет удалить примеси в виде осадка, очищая масло до первоначальной оптической прозрачности. Рекомендуемые параметры индексов к=(0,75-0,95); l=(0,05-0,2); m=(0,05-0,1); n=(0,0-0,25); р=(3-5); q=(1-4) для полимеров, которые могут быть использованы для очистки отработавших и моторных масел.

Сахаросодержащие растворы могут быть очищены по этому способу в одну или две стадии в присутствии СаО или без него при следующих значениях индексов к=(0,0-0,1); l=(0,4-0,8); m=(0,05-0,1); n=(0,0-0,5); р=(2-4). Преимущества способа: исключение из технологического цикла СаО, уменьшение количества осадка, повышение выхода сахара за счет снижения потерь. Предложенный способ позволяет проводить очистку сахаросодержащих растворов с низкой доброкачественностью (содержанием сахарозы менее 80%) и повышенной цветностью. Кроме того, в результате полного или частичного отказа от проведения стадий технологического процесса очистки сахаросодержащего раствора, таких как дефекация, сатурация, сульфитация, отпадает необходимость использования оборудования для проведения этих процессов, в результате чего уменьшаются энергозатраты и снижается расход используемых материалов.

Пример 1. К 1 кг растительного масла, полученного методом холодного прессования при температуре 20°С, добавляют при перемешивании 40 мл 2%-ного раствора КОСП, при следующих значениях индексов к=0,8; l=0,15; m=0,05; q=3,5, р=3. Причем R₁=O-[SiO₂]_qONa, R₂=R₃=C₂H₅. Значение радикала R₁ не является структурной формулой, а соответствует данным элементного анализа вещества, полученного при взаимодействии SiO₂ с NaOH при повышенной температуре и последующей реакцией с этоксисилильной группой. Смесь перемешивают в течение 20 минут, затем фильтруют или центрифугируют для отделения образовавшегося осадка. Очищенное масло имеет кислотное число менее 0,6 мг КОН на грамм масла, что соответствует гидратированному рафинированному маслу, т.е. конечному высококачественному продукту. В отличии от существующих технологий и известного способа конечный продукт был получен при температуре 20°С за 20 минут в одну стадию, что сильно снижает энергозатраты, упрощает сам технологический процесс и его аппаратурное оформление.

Пример 2. К 1 кг отработанного трансмиссионного масла, нагретого до температуры 80°С, при перемешивании добавляют 30 мл 2,5% КОСП при следующих значениях индексов к=0,75; l=0,05; m=0,1; n=0,1; р=3; q=2,5. Смесь перемешивают 20 минут после чего при перемешивании добавляют 10 мл 5% КОСП при следующих значениях индексов l=0,7; m=0,1; n=0,2; р=3. G=Br, J=К, R₂=R₃=R₄=СН₃, R₅=С₃Н₄F₃. Смесь перемешивают 10 минут, добавляют 0,1 мл ортофосфорной кислоты для нейтрализации среды и отправляют на фильтрацию или центрифугирование. После отделения осадка удаляют легкокилящие вещества на тонкопленочном испарителе при температуре 80-90°С и остаточном давлении 5-10 мм рт.ст. Очищенное масло представляет собой прозрачную вязкую жидкость без механических примесей и неприятного запаха. В отличии от известного способа такая технология не требует использования в количествах, превышающих исходный объем очищаемого масла специальных растворителей, что сильно сокращает время процесса и энергозатраты. Кроме того, на завершающей стадии нет необходимости в высокой температуре, что положительно сказывается на качестве очищенного масла.

Пример 3. Очистка сахаросодержащих водных растворов. По предлагаемому способу очистки клеровки сахара-сырца, тростниковый сахар-сырец, содержащий сахарозу /Сх/ - 97,5%; сухие вещества /СВ/ - 99,5% и имеющий доброкачественность /Дб/ - 98,1%, подают в клеровочную мешалку одновременно с промоем от фильтрационного осадка, имеющим концентрацию СВ=17%. Получают клеровку с содержанием СВ=51,5%; Дб=98,0% и рН=7,1. В клеровку добавляют флокулянт КОСП в количестве 5×10^-5 частей на одну часть сахара-сырца, 0,2% СаО. Смесь перемешивают в течение 10 минут без нагревания (при технологической температуре 20-80°С). Полученный осадок отфильтровывают. Очищенная клеровка имеет хорошую фильтруемость и следующие параметры: СВ=51,9%; Сх=51,1%; Дб=98,4%; рН=8,2. Эффект обесцвечивания составил 91%. КОСП использовался при следующих значениях коэффициентов: к=0,05; l=0,65; m=0,1; n=0,2; p=3; q=4; G=I; M=Na; R₂=R₃=R₄=СН₃; R₅=С₃Н₈N. Преимуществом этого способа является исключение из технологического цикла СаО, снижение количеств флоккулирующих и коагулирующих веществ, уменьшение количества осадка, а следовательно, снижение потерь сахарозы.

По сравнению с известным способом применение КОСП позволяет существенно упростить технологический процесс очистки дисперсных сред и коллоидных растворов, повысить его эффективность, снизить энергозатраты и расход необходимых реагентов, уменьшить количество промышленных отходов и потерь целевого продукта.

1. Способ очистки растворов, содержащих дисперсные и коллоидные частицы, включающий обработку их при перемешивании кремнийсодержащим веществом и последующее отделение образовавшегося продукта от раствора, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего вещества используют кремнийорганический флокулянт общей формулы:

значение индексов p=(1-8); к, l=(0-1); m=(0,05-0,5); n=(0,0-0,8);

сумма индексов k+l+m+n=1;

активные группы и J=Li, Na, К, Cs;

комплексообразователи: M=J, R₆;

G=Cl, Br, I;

значение радикалов: R₁, R₂, R₃=СН₃; С₂Н₅; С₃Н₇; С₄Н₉; С₆Н₅; O[SiO₂]_qOJ,

где q=1-9;

R₄, R₅=CH₃; С₂Н₅; С₃Н₇; С₄Н₉; С₆Н₅; С₃Н₅; С₃Н₄F₃;

С₃Н₄Сl₃; C₃H₈N;

R₆, R₇, R₈=Н; СН₃; С₂Н₃; С₃Н₇.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку сахаросодержащего раствора ведут в присутствии СаО.