Способ получения винно-кислой извести

(5) 5 С ОБРЕТЕНИЯ САНИ АВТОРСКОМУ ЕЛЬСТВУ(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 1:10-30, После кристаллизации выделяют винно-кислую известь, промывают ее, обезвоживают и сушат, 2 табл,(21) 4921451/13(56) Авторское свидетельство СССРйг 1154322, кл. С 12 0 1/02, 1985,Авторское свидетельство СССРМ 248609, кл. С 12 О 1/02, 1970,Авторское свидетельство СССРМ 737445, кл, С 12 6 1/02, 1980,Авторское свидетельство СССРч. 975792, кл, С 12 6 1/02, 1982,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИННО-КИСЛОЙ ИЗВЕСТИ 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 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 винно- кислой 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). ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР50 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 О 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 винно- кислой 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 О. Процесс кристаллизации и образования винно-кислой извести длителен во времени ввиду образования большого количества мелкодисперсных кристаллов и отсутствия центров кристаллизации.8 процессе последовательноо 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 ф,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ 5 10 15 20 25 30 35 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-агеликоидальными 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 винно- кислой 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 15-20 О 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. а510 20 25 30 35 40 45 50 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 от 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 диссоциированных ионов кальция, до 177968920 25 30 35 40 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 (табл.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 из 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 за счет скоростного потока жидкости, суспензии химреагентов и 5 10 15 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 б 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 винно- кислотного 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 переме- шивания 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 непрерывногодействия. Это связано с резким расширением объема и торможением потока при подаче суспензии в восходящемпотоке. Все зто создает условия для быстрого роста кристаллов винно-кислой известибез перемешивания. Кристаллизация суспензии винно-кислой извести в реакторекристаллизаторе в восходящем потокеприводит к снижению потерь готового продукта с маточным раствором (табл,2).Предлагаемый способ осуществляютследующим образом.Осветленный винно-кислотный растворполучают одним из известных способов, например отстаиванием,Водную суспензию мела обрабатываютв 2 ступени при 400-1800 Гц в звуковом полегидроизлучателя. В отдельности готовятраствор хлористого кальция, затем смешивают с активированной суспензией мела ипроводят обработку в звуковом поле в однуступень. В поток осветленного винно-кислотного раствора вводят обработанную взвуковом поле суспензию мела и растворахлористого кальция и осуществляют гомогенизацию в слое насадки из шарообразныхпластмассовых частиц с диаметром 5-15 мм,находящихся в хаотическом движении, присоотношении их объема к обьему винно-кислотного раствора 1;10;30, Одновременно впоток жидкости подают воздух при соотношении его объема к объему винно-кислотного раствора 3:5:1, Образованную суспензиювинно-кислой извести подают восходящимпотоком в реактор-кристаллизатор, где осуществляют кристаллизацию - рост кристаллов без перемешивания механическойпропеллерной мешалкой. После кристаллизации декантируют маточный раствор, Разделяют суспензию винно-кислой извести,затем промывают водой, обезвоживают исушат.П р и м е р 1. В качестве винно-кислотного раствора используют осветленнуюконьячную барду, полученную путем осветления при 70-90 С с добавкой 2 г/л бентонита и 25 мг/л полиакриламида, 12 -нуюсуспензию мела, содержащую 97 основного вещества в количестве 100 л, обрабатывают в звуковом поле гидроизлучателя в2 ступени в течение 10 мин при частоте460 Гц, на второй - 3 мин при 783 Гц,Готовят отдельно 20 -ный раствор хлористого кальция с содержанием основноговещества 91,5 ф на 100 л. Затем обработанную суспензию мела и раствора хлористогокальция смешивают в соотношении 1:1 иподвергают обработке в звуковом поле водну ступень при частоте 1175 Гц в течение5 мин,В осветленную коньячную барду в количестве 10 м с начальной концентрациейвинно-кислых соединений 4,3 г/л (в пере 55 100Расход 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,П р и м е р 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 обьеме слоя шарообразных частиц с диаметром 10 мм при соотношении объема частиц к барде 10 1;10. Одновременно в поток барды подаютвоздух 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 восходящимпотоком в реактор-кристаллизатор ипроводят кристаллизацию (беэ перемеши 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 получениявиннокислой извести используют 2-3 реактора-кристаллизатора, полученную суспенэию виннокислой извести подают во второй аналогичный реактор-кристаллизатор, про цесс в котором проеодят подобно описанному.Влажный осадок винно-кислой известисушат 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;4 В пересчете на 100 - 45 ную винную кислоту выход винно-кислых36 100соединений составляет43где36 - полученная винно-кислая известь в пересчете на 100 -ную винную кислоту1779689 12 Таблица 1 Влияние гомогенизации в слое насадки на выход винно-кислых соединений Выход винно- кислой извести,% Со е жание винной кислоты,Обработка Время завершения кристал чдо осаждения после осаждения ПеремешиваниемешалкойСтатический смесительГомогенизациясмеси в слое насадки при соотношении обьемачастиц к обьемубарды 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 растворомступени в течение 10 мин, а гомогенизацию смеси осуществляют шарообразные частицы при соотношении слоев насадки к обьему барды 1:30 и соотношении воздуха к барде 5:1, в течение 60 сек. 5П р и м е р 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 цию смеси осуществляют при соотношении объема частиц к обьему барды 1:20 и соотношении воздуха к барде 4:1 в течение 50 сек.Предлагаемый способ позволяет уско рить процесс кристаллизации и получения винно-кислой извести в 2-3 раза, сократить расход химических реагентов на 20-25 О на единицу продукции,20Формула изобретения1, 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что воздействие звуковым полем осуществляют в 2-3 ступени с возрастанием частоты по ступеням.