содержание   ..  60  61  62  63  64  65 

Теоретические предпосылки и сущность процесса обработки водно-спиртовых растворов активированным углем. Факторы, влияющие на эффективность обработки. Регенерация активного угля. Способы регенерации, их оценка и контроль технологических параметров. Снижение расхода пара и повышение эффективности регенерации.

Сортировка, приготовленная смешиванием спирта и воды, является полупродуктом производства. Только после обработки активным углем она приобретает вкус и аромат, характерные для водки.

Активные угли представляют собою пористые сорбенты с сильно развитой удельной поверхностью. В настоящее время их получают из древесного угля-сырца, специальных сортов каменного угля, полукокса и торфа. Исходный уголь подвергают термической обработке при температуре до 800°С в промышленных печах, термической обработке в токе водяного пара, а при использовании торфа – химической активации.

В водочном производстве применяют березовый активный уголь марки БАУ, получаемый по второму способу. Уголь-сырец содержит в своих порах значительное количество смол и других тяжелых продуктов пиролиза. В процессе активации они выгорают, вследствие чего внутренняя поверхность угля увеличивается во много раз.

Каркас древесных углей состоит из очень мелких кристаллитов с графитовой решеткой, сложенных в тонкие пленки. Кристаллиты содержат не больше 200 атомов углерода и в угле, полученном при температуре обжига до 1000°С, их величину не удается определить. При температуре 1000°С кристаллиты имеют размер 10-7 см. Пограничные атомы кристаллитов имеют свободные валентности, способные насыщаться, например, кислородом.

В активных углях различают три разновидности пор: макропоры, переходные поры и микропоры, которые отличаются механизмом сорбции паров и газов.

Макропоры – это наиболее крупные поры. У них очень большой верхний предел радиуса кривизны (около 2000 нм), нижний предел – около 100 нм. Заполнения их вследствие капиллярной конденсации паров не происходит. Удельный объем макропор находится в интервале 0,2—0,8 см³/г, удельная поверхность 0,5-2 м²/г. Следовательно, адсорбция на поверхности макропор не представляет практического интереса. Их поверхность равноценна поверхности непористых углеродных сорбентов с близкой химической природой, а сами поры выполняют роль каналов для проникновения веществ вглубь сорбента.

Переходные поры значительно меньше макропор, радиус их кривизны от 1,5 до 100 нм, т.е. он значительно больше, чем размеры адсорбируемых молекул. Удельный объем переходных пор сравнительно невелик – от 0,02 до 0,10 см³/г, удельная поверхность от 20 до 70 м²/г. Заполнение объема этих пор уже возможно капиллярной конденсацией паров. При давлениях (концентрациях) ниже соответствующих капиллярной конденсации на поверхности переходных пор может происходить адсорбция паров.

Микропоры – самые мелкие поры активных углей, имеющие радиус меньше 1,5 нм, соизмеримый с размером адсорбируемых молекул. В отличие от первых двух видов нор, в микропорах весь объем пор представляет пространство, в котором проявляется адсорбционное поле, поэтому представление о послойном заполнении и о поверхности микропор теряет физический смысл. Удельный объем микропор активных углей 0,20-0,60 см³/г. Таким образом, микропорам принадлежит определяющая роль в процессах адсорбции.

Согласно ГОСТ 6217-52 активный уголь марки БАУ имел следующие показатели (в %):

По дополнительному соглашению уголь марки БАУ для ликеро-водочной промышленности поставляется с активностью по хлору не менее 40%.

Нормируется масса 1 л угля, которая должна быть не больше 220 г (при определении без уплотнения).

Хороший активный уголь при кипячении с ректификованпым спиртом, при настаивании водно-спиртовой смеси и раствора едкой щелочи не должен их окрашивать и придавать посторонние вкус и запах.

Для обработки сортировок могут быть использованы гранулированные активные угли, полученные на основе полукокса и торфа.

Упаковывают уголь в деревянные, фанерные ящики или бочки, выложенные внутри плотной бумагой, и в трехслойные бумажные мешки. Хранение и перевозка активного угля совместно с веществами, выделяющими в атмосферу газы и пары, не допускаются.

Перечисленные выше технические показатели активного угля марки БАУ не полностью отвечают требованиям водочного производства. Так, для различных способов обработки сортировки необходим уголь неодинакового зернения, а для некоторых из них – даже порошкообразный. Приведенный гранулометрический состав угля пригоден только для так называемого динамического способа обработки, когда сортировка проходит через толстый неподвижный слой угля в колонках. Для обработки сортировки взвешенным углем размер его зерен должен быть 0,2-0,4 мм.

Физическая адсорбция вызывается межмолекулярными, или вандерваальсовыми силами, и происходит главным образом в микропорах активного угля. Чем выше молекулярная масса примеси, тем выше энергия адсорбции.

Кроме физической адсорбции, уголь обладает химической сорбцией, или хемосорбцией. При хемосорбции углем кислорода происходит образование окислов основного характера, которые образуют основания при взаимодействии с водой. Гидроокислительные ионы удерживаются полярными зарядами активного угля, образуя двойной электрический слой. Затем адсорбирование оснований происходит преимущественно сорбцией кислот. Схематично хемосорбция: С-ОН+Ме+А=>С-А+Ме+ОН. Химические реакции относятся к окислительно-восстановительным: спирт-альдегит-кислота-сложные эфиры. Вновь образованные кислоты вступают в реакцию со спиртами, образуются сложные эфиры, которые оказывают благоприятное влияние на вкус и аромат готового продукта. В водках были идентифицированы сложные эфиры: каприновый, энаитовый, пелангортовый и др, т.е. высокомолекулярные сложные эфиры.

Способы обработки сортировки активированным углем.

Периодический способ осуществляется в сортировочных, которые после смешивания спирта с водой вносят определенное количество активированного угля из расчета 2 кг на 1000 дал водки. Суспензию перемешивают один час. 2 часа суспензия находится в покое, после ее декантируют (сливают), направляют в напорный сборник, выдерживают 2 часа, фильтруют и розлив. При обработке следующей партии активированный уголь вносят 1 кг на 1000 дал.

Непрерывные способы:

- динамический (более распространенный) используют оборудование, угольные колонны диаметром 700, высотой 1200. Давление, на которое расчитана колонна 0,07 МПа. В начале, первую порцию удаляют в брак. Затем пропускают сортировку на фильтрование в непрерывном потоке снизу вверх. Скорость фильтрования для получения высокосортных водок 40 дал в час на свежем угле, и снижается до 30 дал в час на регинерированном угле. Отработанный уголь отправляют на предприятие «Пермь-сорбент». Ресурсность угольной колонны от 15 до 100 тыс. дал. На величину угольной колонны влияет: активность угля, скорость подачи сортировки, количество последовательно соединенных батарей. При динамическом способе используется фильтрационная батарея, состоящая из: напорного сборника, песочного фильтра (фор-фильтра), угольной колонны (2-3-х последовательно соединенных). По сравнению с периодическим способом применение динамического способа способствует повышению качества спирта и понижению потерь спирта. Минусом является недостаточная производительность колонны, неравномерность обработки сортировки. Используется зерненный уголь, загружается в объеме 1,6 м³;

- обработка сортировки во взвешанном слое угля. Этот способ позволяет в 3-4 раза сократить продолжительность контактирования сортировки с углем без ухудшения качества водки, устранить основной недостаток динамического способа – неравномерность обработки сортировки по объему угля. При этом способе интенсификация процесса достигается в результате повышения скорости прямого обтекания зерен угля, т.е. конвективной диффузии. Основной аппарат – контактор (от 3 до 4 последовательно). Он используется вместо угольной колонны. Его высота 3,5 м, диаметр 0,7 м. В верхней части установлен сепаратор диаметром 1,2 м и высотой 0,4 м. Коническое днище – увеличение критической скорости. Сортировка поступает в контактор снизу, по цилиндрической части, попадает в сепаратор и выводится в другой контактор. После контактора фильтрование от дисперсных частиц угля проводят в 2 стадии. Из-за увеличения поперечного сечения сепаратора по сравнению с цилиндрической частью корпуса скорость потока снижается и фракции угля (более крупные) опускаются в нижнюю часть. Контроль осуществляется за счет смотрового стекла. Контакторы заполняются углем на 60%. Сортировка подается со скоростью превышающей критическую, уголь взрыхляется и увеличивается до объема контактора. Частицы угля приобретают хаотическое и поступательное движение. Подъем частиц происходит по центру контактора, а опускание по переферии. Интенсификации масообмена способствует турбулентный режим и малый объем зерен угля. Фильтрование проводят сначало на рамных фильтрах,а затем на песочных. В рамных фильтрах устанавливается прямоугольные рамки имеющие проволочный каркас, на которые укладываются сетки с ячейками. Отвод фильтрата осуществляется сверху. С помощью насоса на сетки намывается слой осадка (фильтрующий слой), состоящий из мелкозернистого угля. Производительность установки 500 дал/ч. Одна установка, состоящая из 4-х контакторов заменяет 10 колон, работающих по динамическому способу. Минусы: управление процесса, затраты на фильтрование;

- обработка сортировки активированным углем в потоке. Установка состоит из: основного аппарата-адсорбера с рабочей камерой и внешним циркуляционным контуром, напорного сборника, фор-фильтра. Суть: обработка сортировки в потоке заключается в непрерывном введении в сортировку активированного угля, циркуляции суспензии в адсорбенте, с формированием зон активного перемешивания, умеренного перемешивания и зон застоя. Продолжительность 1 ч, при t=10-15ºС, расход активного угля 0,7-1,2 кг/10 дал, размер угля 0,2-0,5.

Регенерация активного угля. Способы регенерации, их оценка и контроль технологических параметров. Снижение расхода пара и повышение эффективности регенерации. Регенерация активированного угля

Активированный уголь подвергается регенерации, удалению примесей из пор при высокой температуре (800ºС) в специальных печах. Термическая регенерация активированного угля удовлетворяет требованиям защиты окружающей среды, мининизируя отходы, уменьшая выбросы СО₂ и способствуя рациональному использованию природных ресурсов. Регенерация повышает экономичность использования активированного угля. Если регенерировать под вакуумом, то снижаются энергозатраты, т.е. чем глубже вакуум, тем ниже температура необходимая для регенерации.

Регенерация на водяном пару. При этом уголь сначала медленно в течение нескольких минут разогревают до 800ºС, а затем остужают, пропуская водяной пар. Нагрев происходит благодаря пропусканию электрического тока через массу угля.

Аналогичное многообразие приемов имело место и при восстановлении активных свойств отработанного угля. В частности, регенерацию угля на водочных заводах проводили следующими способами: восстановление в патронах Ершова, установленных в газоходе котельной при температуре 70ºС (40% заводов); восстановление в топке паровых котлов в момент остановки их на ночь при температуре 400ºС (12% заводов); восстановление в специальных печах разных конструкций при температуре 120-400ºС.

содержание   ..  60  61  62  63  64  65