способ сепарации полидисперсного раствора спиртовой барды

Формула изобретения

Способ сепарации полидисперсного раствора спиртовой барды, предусматривающий коагуляцию коллоидных и растворенных веществ дисперсной фазы и последующее отделение твердой фракции образовавшегося продукта от раствора с выделением жидкой фракции дисперсной среды, отличающийся тем, что коагуляцию дисперсной фазы проводят в два этапа воздействием на раствор энергией акустических колебаний, по меньшей мере, двух спектров соответственно в диапазоне 1-18 кГц, обеспечивая ослабление поверхностного натяжения частиц коллоидных и растворенных веществ, и диапазоне 80-400 Гц, обеспечивая увеличение амплитуды их колебаний, при этом перед коагуляцией дисперсной фазы из раствора вакуумированием выделяют легколетучие ароматические вещества в виде конденсата, а перед вторым этапом воздействия энергией акустических колебаний раствор обезвоживают на 20-50% в условиях вакуумной сушки с выделением водного конденсата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессам разделения полидисперсных систем методами виброакустического воздействия и может быть использовано в производственных процессах при фракционировании коллоидных и растворимых органических и минеральных веществ в коллоидных растворах, эмульсиях, суспензиях, например, для обезвреживания и утилизации жидких отходов промышленного производства и, в частности, для отхода спиртового производства барды с получением сухого белково-витаминного кормопродукта, поверхностно-активных веществ (ПАВ) в виде ароматических и иных, являющихся носителями запаха барды, и очищенной воды, пригодной на технические цели.

Известен способ разделения дисперсных сред и коллоидных растворов, согласно которому дисперсные и коллоидные частицы подвергают химической коагуляции кремнийсодержащим флокулянтом с последующим отделением твердой фракции образовавшегося продукта от раствора и выделением жидкой фракции дисперсной среды (описание к патенту RU 2246447 МПК 7 C02F 1/56, B01D 21/01, 20.02.2005).

Недостатком известного способа является использование химического реагента, что не только повышает производственные затраты, но и при использовании в технологических процессах, например, пищевого производства снижает биологическую ценность и экологическую безопасность получаемых продуктов.

Известен способ разделения дисперсной среды в виде спиртовой барды, предусматривающий удаление взвешенных, коллоидных и растворенных органических и минеральных примесей и легколетучих веществ физико-химическими методами и выделение очищенной водной фазы, при котором коагуляцию коллоидных и растворенных веществ проводят гидроксидом алюминия, а удаление органических минеральных примесей обратноосмотическими мембранами с диаметром пор не более (10-15)×10^-10 м (описание к патенту РФ 2128688, МПК 7 C12F 3/10).

Недостатком известного технического решения является использование дорогостоящего реагента и дорогостоящего оборудования. Кроме того, выделяемый белковый остаток вследствие использования химического метода коагуляции в качестве корма для скота является небезопасным. Удаление легколетучих веществ в атмосферу приводит к загрязнению воздушного пространства и снижает экологическую безопасность способа.

Задача изобретения - разработка экологически безопасного и экономически выгодного способа сепарации полидисперсных растворов на основе виброакустических методов коагулирования дисперсной фазы коллоидных и растворенных веществ.

Технический результат - упрощение процесса сепарации коллоидных растворов и, в частности, возможность создания экологически безопасной безотходной технологии переработки спиртовой барды и расширение ассортимента продуктов переработки.

Технический результат достигается тем, что в способе сепарации полидисперсного раствора спиртовой барды, предусматривающем коагуляцию коллоидных и растворенных веществ дисперсной фазы и последующее отделение твердой фракции образовавшегося продукта от раствора с выделением жидкой фракции дисперсной среды, коагуляцию дисперсной фазы проводят в два этапа воздействием на раствор энергией акустических колебаний, по меньшей мере, двух спектров соответственно в диапазоне 1-18 кГц, обеспечивая ослабление поверхностного натяжения частиц коллоидных и растворенных веществ, и диапазоне 80-400 Гц, обеспечивая увеличение амплитуды их колебаний, при этом перед коагуляцией дисперсной фазы из раствора вакуумированием выделяют легколетучие ароматические вещества в виде конденсата, а перед вторым этапом воздействия энергией акустических колебаний раствор обезвоживают на 20-50% в условиях вакуумной сушки с выделением водного конденсата.

Сущность способа заключается в том, что коллоидные растворы представляют собой микрогетерогенную систему, в которой энергия, затраченная на процессы эмульгирования, распределяется в виде свободной поверхности энергии на глобулах. Условием дестабилизации дисперсной системы является уменьшение поверхности раздела дискретных фаз, которое может быть достигнуто увеличением размера взвешенных частиц. Виброакустическая обработка коллоидных растворов, по меньшей мере, двумя источниками колебаний, излучающих акустические волны в диапазонах соответственно (1-18) кГц и (80-400) Гц, позволяет перевести коллоидные и растворенные вещества в категорию взвешенных для уверенного их отделения от дисперсной среды. Для каждого полидисперсного раствора выбор частот акустических колебаний из вышеуказанных диапазонов устанавливается экспериментально исходя из физико-химических свойств дисперсной фазы и дисперсной среды.

Ниже приводится пример осуществления способа в процессе безотходной утилизации спиртовой барды, фугат которой является комбинированным коллоидным раствором.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную барду при температуре 90-100°С подвергают предварительному разделению на твердую фракцию с выделением кека и жидкую фракцию в виде фугата. В качестве разделителя может использоваться система самоочищающихся фильтров или декантер с очисткой фугата до 0,1 мм. Из разделителя фугат подают в вакуумную систему, где из него удаляют легколетучие ароматические вещества и выводят их в сборник в виде конденсата ПАВ, который может быть реализован, например, в медицине и фармацевтической промышленности. Удаление ПАВ приводит к снижению поверхностных сил натяжения коллоидных компонентов и дестабилизации дисперсной фазы фугата.

Далее фугат направляют на первый этап коагуляции в гидродинамическую установку с вибратором, настроенным на излучение двух частот в акустическом диапазоне соответственно f₁₁=2 кГц, f₂₁=120 Гц. Частота f₁₁ устанавливалась экспериментально из условия, обеспечивающего воздействием ослабление поверхностного натяжения коллоидных частиц аминокислот и азота в растворенной форме, вторая частота - увеличение амплитуды их линейных колебаний, повышая вероятность контактов между собой, объединение, укрупнение. В результате после первого этапа виброакустической обработки в выбранных режимах коллоидные и растворимые вещества коагулируются и фугат преобразуется в неоднородную дисперсную систему с размером частиц взвеси 50-100 мкм, т.е. суспензию.

Перед вторым этапом виброакустической обработки для повышения эффективности процесса коагуляции осуществляют вакуумную сушку полученной суспензии с отбором влаги в виде водного конденсата и остатков легколетучих ароматических веществ, поддерживая разрежение в вакуумной системе (-0,8)-(-0,9) атм и температуру фугата 72-85°С. Водный конденсат собирают в сборнике воды. Одновременно с процессом вакуумного отбора влаги в количестве до 20-50% происходят явления укрупнения частиц дисперсной системы фугата до размера 100-200 мкм.

После отбора влаги фугат направляют для виброакустичекой обработки в гидродинамическую установку с вибратором, настроенным на излучение частот f₁₂=1,8 кГц и f₂₂=100 Гц, при которых происходит дальнейшее укрупнение взвешенных частиц дисперсной системы фугата до размеров 200-400 мк.

Затем происходит завершающий этап разделения фугата с отделением твердой фракции в виде белкового продукта и выделением очищенной водной фазы с остаточным содержанием не более 0,05-0,08 г/л дисперсной фазы размером не более 5 мкм, которая после антибактериальной обработки может использоваться на технические цели.

Таким образом, заявленный способ позволяет реализовать безотходную экологически безопасную и экономически выгодную технологию утилизации спиртовой барды с получением таких продуктов утилизации, как сухой корм для сельскохозяйственных животных, ПАВ и очищенную воду для технических целей.