CS251067B2

CS251067B2 - Method of sugar juice purifying prepared by means of sugar-beet extraction

Info

Publication number: CS251067B2
Application number: CS82268A
Authority: CS
Inventors: Rud E Madsen; Werner K Nielsen; Steen Kristensen
Original assignee: Danske Sukkerfab
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1982-01-13
Publication date: 1987-06-11
Also published as: SE441932B; DD202179A5; FR2497827B1; SE8100186L; GB2090861B; YU6682A; AT381327B; ES8302781A1; FR2497827A1; GB2090861A; IT8219085A0; FI820077L; US4432806A; DE3200781A1; ATA8482A; BE891772A; PL130579B1; ES508695A0; NL8200129A; JPS57150400A

Description

Vynález se týká způsobu čištění cukrové šťávy, připravené extrakcí řepného materiálu, přičemž uvedený způsob zahrnuje mechanické oddělování nerozpuštěných složek z cukerné šťávy a následující oddělování vysokomiolekiilárních látek z takto získané vyčištěné cukerné šťávy.

Při výrobě cukru z cukrové řepy se tato řepa nejdříve rozřeže a takto získané řízky se extrahují horkou vodou, například vodou o teplotě 70 °C, přičemž se získá cukrová šťáva a jako· zbytek vytoužené řízky (kaše). Cukrová šťáva, která se potom v dalším oddělí od výše uvedené kaše, obsahuje kromě sacharózy i různé ^cukerné složky, jako jsou například organické a anorganické kyseliny, aminokyseliny, barviva a vysokomolekulární látky, jako jsou například protein a pektln.

Takto získaná cukerná šťáva se potom čistí za účelem odstranění necukerných složek.

Při běžném postupu podle dosavadního stavu techniky se čištění cukrové šťávy provádí přidáváním vápna (CaO) a kysličníku uhličitého (CO2), přičemž kysličník uhličitý se získá zahříváním vápence ve vápence za použití pevných paliv, jako je například uhelný materiál.

Přídavek vápna a kysličníku uhličitého se projeví ve vzniku kalu (sraženiny), který sestává z uhličitanu vápenatého a z části výše uvedených necukerných složek. V dalším postupu se kal odstraní filtrací, jako' například v rotačním vakuovém filtru. Takto získaný kal zbavený vody je možno případně použít jako materiál, který zlepšuje kvalitu půdy.

Filtrát; získaný shora uvedeným způsobem odstraněním kalu filtrací, stále ještě obsahuje určitý podíl vápna (CaO) a z tohoto důvodu je možno· tento materiál zpracovat přídavným množstvím kysličníku uhličitého a případně sody, přičemž hodnota pH se může rovněž upravit na 9,0 a 9,2 za vzniku dalšího· podílu kalu, který se v dalším postupu odstraní filtrací.

Takto získaný filtrát je možno zpracovat kysličníkem siřičitým (SOz) ještě předtím, wež se zpracuje obvyklým způsobem, to· znamená na formu krystalického· cukru.

V patentu Velké Británie č. 1 361 674 se uvádí způsob, při provádění kterého· se běžná metoda čištění cukerné šťávy nahradí čisticím postupem, při kterém po počátečním odstranění nerozpuštěného materiálu mechanickým způsobem, například běžnou filtrací, následuje stupeň, při kterém se cukerná šťáva potrubí ultrafiltraci. Tato ultrafiltrace se provede pomocí membrán takového typu, které umožňují průchod vody a molekul sacharózy, ale které zadržují vysokomolekulámí sloučeniny. Po· počáteční ultrafiltraci je možno k získanému koncentrátu přidat vodu a tato směs se dále podrobí další ultrafiltraci. Tento postup je možno případně opakovat.

V konečné fázi se · takto získané permeáty. podrobí jednostupňovému nebo vícestupňovému zpracování zahrnující chemické zpracování, běžným způsobem prováděnou filtraci, iontovou výměnu a jemnou filtraci. V souvislosti s těmito dodatečnými zpracováními se hodnota pH této cukerné šťávy upravuje na hodnotu v rozmezí od 6 do 11,5, například přídavkem vápna (CaO).

Výše uvedené postupy náležející do dosavadního· stavu techniky neposkytují ekonomicky přijatelný postup získávání cukerné šťávy, která by byla bezbarvá do· dostatečné míry, aby z ní bylo možno získat cukr o vysoké kvalitě to znamená bílý cukr Předpokládá se, že to je v důsledku určitého množství nízkomolekulárních barviv, které společně s molekulami prochází membránou a tím se během provádění ultrafiltrace dostanou i do permeátu.

Cílem uvedeného vynálezu je vyvinout způsob čištění cukerné šťávy, který by neměl výše uvedené nedostatky, a který by bylo možno realizovat jednodušším a levnějším způsobem než je tomu u dosud používaných čisticích metod používajících vápno.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že po mechanickém oddělení nerozpuštěných složek následuje chemické zpracování oxidačním činidlem, komplexotvorným činidlem .nebo· jejich směsí, šťáva takto zpracovaná s,e podrobí ultrafiltraci za vzniku permeátu a koncentrátu a permeát takto získaný se popřípadě nechá reagovat s vápnem za vysrážení kyselinových zbytků.

Chemické zpracovávání, při kterém se - převedou nízkomolekulární necukerné složky na vy^»o^^oj^^m^l(^]^i^]^(arní sloučeniny, má ten účinek, že barviva se převedou na sloučeniny, které mohou být během následně provedené ultrafiltrace snadno odděleny. Uvedenými · nízkomolekulárními sloučeninami jsou hlavně fenojické sloučeniny, jako například 3,4-dihydroxyfenylalanin. Přídavkem oxidačního činidla, jako je například peroxid vodíku, aerací cukerné šťávy nebo přídavkem komplexotvorného· činidla, jako je například chlorid železitý a síran hlinitý, ze kterých chlorid železitý je rovněž schopen působit jako oxidační činidlo, je možno dosáhnout toho účinku, že se zvýší molekulová hmotnost sloučenin, což je výsledkem polymerace.

Chemické zpracování se ve výhodném provedení podle uvedeného vynálezu provádí při teplotě pohybující se v rozmezí od 60 do· 70 °C. V některých případech může být vhodné upravovat hodnotu pH cukerné šťávy :na 6,8 až 7,2, což je možno dosáhnout účinkem bazického činidla, jako je například soda nebo hydroxid sodný, neboť tato úprava hodnoty pH promotuje polymeraci.

Převedením vysokO'molekulárních sloučenin, jako jsou například pektin a proteiny, na rozpustnou formu, se filtrační kapacita

25ϊΓ0ί6?7

č.. 1„ v& které' jsou- uvedeny; údaje; ae barvě získané: při: postupu·, s,- chemickým: zpnanovápoužité; ultrafilteačm' aparatury pni· provádění; následné ultrafiltrace- rovněž: zvýší.

Účinek chemického: zpracování, který; je uvažován, jako' vliv· na - barvu, cukerné šťávy, bude · patrný - z následující' tabulky,, tabulky ním cukerné - šťávy - a- bez, tohoto. - zpracování.

Tabu 1ka, 1

Pokus č.

Chemické' zpracovávání

Barva , podle - IC.UMSA

a

6· není použito

0,02% - H2O2, 80 °C · minut:

aerace· aerace -jt- 0,007%; H2O2 lOOjjpm- FeC13, 60 -°e 30· minut

Ю0 ·ppm.FeCh -j- aerace, 6Q%, 30 - minut

2-000—2’700

1300

1.450 1 300 í.a&O;

L050:

+ hodnoty , stanované. podle metody popsané SA Methoďs, Peterborough, England 1979.

F.

Schneiderem: , Sugar

Analysis,, ICUM-Jak je zcela zřejmé z výše uvedené tabulky č... 1·,. chemické· zpracování cukerné šťávy významně - zlepsujp barvu· Gjukeené.šfárvy.

V následující tabulce, tabulce č. 2, jsou uvedeny vlastnosti cukerné šťávy, získané po různých druzích ní a- ultrafiltraci.

chemického zpracováTa trubka

Chemické zpracování	Průtokové množství [l/m2/h při 80 °C)	o+	Barva podle ICUMSA+ +	Invertní. Ga0 cukr⁺⁺'⁺
0,2% H2O2, 80 °C	asi	45	91,9	1544	0,5—1 0,025
aerace	asi	47	92)2	3 100	0,5—1 0,025
100 ppm FeClk 20 -°C		47	91,7	2 726	0,5—1 0,025
100 ppm FeC13 + 0,024%
H2O2, pH = 6,5—6;7,
20 °C		51,9	90,7	1989	0,5—1 0,025
100 ppm FeCls + 0,024%
H2O2, pH = 7,0, 20 °C		67,9	92,7	2 567	0,5—1 0,025

+0 = čistota, tj. poměr množství cukru k sušině· vyjádřený v %, stanovený- na základě' indexů lomu, + + stanoveno-m&todou·· popsanou F·. Schneiderem: Sugar Analysis, ICUMSA Methods, Peterborough, , England 1979, + + + koncentrace invertního cukru v % vztaženo· na obsah sušiny, stanovená na základě indexů - lomu.

Jak je patrné z uvedené tabulky č. 2, je průtokové množství značně zvýšeno, jestliže hodnota pH cukerné šťávy se zvýší z hodnoty v rozmezí ' od- 6,5- · do - 6,7 na · 7,0;

Ultrafiltrace se ve výhodném provedení podle uvedeného; · vynálezu - provádí při ' teplotě v rozmezí - od* 80’ do 90 °C ’ a - za · tlaku v rozmezí od 0,1 do · 1 MPa. Membrány· použité- v tomto- procesu, například membrány vyrobené- z polymerů, mají' takové vlastnosti, že umožňují průchod nízkomolekulárních sloučenin, jako jsou sacharóza, glukóza, fruktóza, anorganické a organické kyseliny a - -aminokyseliny, přičemž vysokomolek-ulární látky, jakoi jsou pektin, proteiny; de-xtra ny a vyso-komole.kulá-rní' barviva, - jsou zadržovány.

Při obvyklém provedení ultrafiltrace chemicky zpracované - cukerné šťávy se - 90 -až 95 %- hmotnostních- cukerné'- šťávy· odvede ve formě permeátu. Ve· výhodném- provedení podle- uvedeného·- vynálezu se přidává promývací ’ voda v - takovém množství, že celkové· množství - permeátu- odpovídá - množství zpracovávané cukerné - šťávy. Z výše uvedeného· - je- patrné, že - je- výhodlm&přiďáva vodu buďto· kontinuálním způsobem, nebo- - vsázkovým- způsobem- ke- koncentrátu v okamžiku, kdy hlavní podíl- cukerné šťávy, to - známe ‘ 510 6 7 ná 90 % objemových, byl odveden během ultrafiltrace jako permeát, a dále koncentrovat zředěný koncentrát ultrafiltrací. Koncentrát uvedený výše obsahuje as’ 5 % celkového· množství zpracovávané šťávy, obvykle obsahuje asi 3,5 až asi 4,0 % celkového množství cukru z řepného materiálu, a obsah cukru v koncentrátu je asi 50 až 60 procent, vztaženo na celkové množství’sušiny (znamená to· tedy, že koncentrát má čistotu v rozmezí od 50 do 60).

Jak je patrné z výše uvedené tabulky č. 2, má cukerná šťáva (permeát) odvedená během ultrafiltrace v podstatě stejné vlastnosti, pokud se týče barvy a čistoty, jako· cukrová šťáva získaná běžným čisticím postupem. Čištěná šťáva obsahuje určitý podíl organických a anorganických kyselin, které se mohou podle výhodného· provedení podle uvedeného· vynálezu vysrážet přídavkem vápna v malém množství, odpovídající například množství CaCO3, které je ekvivalentní 0,03 až 0,06 % hmotnostním řepného materiálu. Po. přidání vápna se vytvoří sraženina sestávající ze solí kyseliny fosforečné, kyseliny mléčné a kyseliny citrónové.

V případě, že se šťáva zahřeje na teplotu asi 100 °C, přejdou vysrážené soli do sedimentu a hodnota pH šťávy se stabilizuje, nebo! aminokyseliny, jako je například glutamin a asparagin, se zmýdelní. Usazené soli se odstraní, ve výhodném provedení dekantací, v zahušťovacím zařízení nebo filtrací. Takto zísakná cukerná šťáva se potom zpracuje kysličníkem siřičitým ještě předtím, než se podrobí dalším obvyklým zpracováváním.

V následující tabulce č. 3 jsou uvedeny obvyklé hodnoty získané čištěním cukrové šťávy postupem podle uvedeného vynálezu a obvyklým postupem podle dosavadního stavu techniky používající přídavku vápna.

Tabulka 3

Způsob podle uvedeného vynálezu

Obvyklý čisticí postup s přidáváním vápna

Zředěná šťáva, množství vztažené na hmotnost řepného materiálu

Hodnoty týkající se zředěné šťávy Obsah sušiny (Bx hodnota) stanovený na základě indexů lomu

Obsah cukru

Q+

Barva podle ICUMSA+ '

Invertní cukr, vztaženo na obsah sušiny

CaO (%)

Hodnota pH

Další hodnoty:

Spotřeba CaO vzhledem ke hmotnosti řepného· materiálu

Spotřeba FeCh

Spotřeba SOs

Spotřeba NaaCOs

asi 120 %	asi 120 %
13—15	13—15
12—14 %	12—14 %
92—93	92—93
2 000—3 000	1 300—2 500
0,5—1 %	0,01—0,05 %
asi 0,017	0,004
asi 9	asi 9
0,05	2—3 %
100 ppm	—
150 g S/Mg řepy	150 g S/Mg řepy
—	500 g/Mg řepy

+Q = čistota, tj. poměr množství cukru k sušině v °/o, stanovený na základě indexů lomu.

+ + stanoveno metodou popsanou F.Schneiderem: Sugar Analysis, ICUMSA Methods, Peterborough, England 1979.

Jak je patrné z hodnot uvedených v tabulce č. 3, je spotřeba CaO a z toho vyplývající spotřeba vápence a uhelného materiálu značně menší v postupu podle uvedeného vynálezu než u obvyklého čisticího postupu podle dosavadního stavu techniky, používajícího přídavku vápna. Z toho vyplývá, že výdaje na vápenku, zařízení na manipulaci a spalování uhelného· materiálu, na tanky na vápna a na filtry může aplikace postupu podle vynálezu značně snížit.

Výše uvedené snížení provozních nákladů odpovídá nákladům na chemikálie potřebné pro chemické zpracovávání, například na peroxid vodíku a/nebo chlorid železitý, a na energii nutnou k provozu ultrafiltrační aparatury, která se používá v postupu podle uvedeného vynálezu. Ovšem zmenšení nákladů na zařízení je značně vyšší než jsou přídavné výdaje na ultrafiltrační zařízení, srážecí tank a filtr nebo zahušťovací zařízení, které se používají v postupu podle uvedeného· vynálezu, neboť náklady na zařízení v prostupu čištění šťávy podle uvedeného vynálezu tvoří pouze 50 až 60 % nákladů na

5 í. O 6 7 zařízení než je tomu u běžně používaných zařízení na čištění šťávy.

Kromě toho· je nutno· uvést, že postup podle uvedeného vynálezu má tu výhodu ve srovnání s běžným čistícím postupem podle dosavadního stavu techniky, že koncentrát získaný po ultrafiltraci může být použit daleko ekonomičtějším způsobem, to' znamená jako· melasovitý materiál využitelný jako krmivo pro¹ dobytek, zatímco kal získaný podle běžného čisticího postupu je vhodný pouze jako materiál zlepšující kvalitu půdy.

Postup podle uvedeného vynálezu bude detailněji ilustrován pomocí dále uvedených příkladů provedení.

Příklad 1

Podle tohoto příkladu provedení se difúzní šťáva v množství 213 litrů zfiltruje na filtru o· rozměru -ck asi 20 ,<am. V tomto stup ni se odstraní zbytky vytoužených řízků, písek, kaménky a hlína, atd. K získané šťávě se přidá 100 ppm chloridu železitého a 0,024procentní peroxid vodíku pri teplotě 20 ' C. Takto zpracovaná šťáva se potom zpracuje zahříváním na teplotu 80 °C, přičemž potom následuje ultrafiltrace v DDS zařízení. Tato ultrafiltrace se provede při průměrném tlaku 0,45 MPa a při teplotě 80 °C pomocí DDS GR61P -membrán. Hodnota pH difúzní šťávy se upraví na asi 7 pomocí hydroxidu sodného a tato· hodnota pH se během ultrafiltrace udržuje. Po· odvedení 170 litrů permeátu se koncentrát společně se 40 litry vody jemně zfiltruje a získá se tím další podíl permeátu, takže celkové množství permeátu činí 230 litrů. Množství koncentrátu je 13 litrů. Průměrná kapacita během ultraf ’ ltrace je

69,9 1/m² . h. Analýzou permeátu a koncentrátu byly získány následující hodnoty:

	Bx hodno-ta	Obsah cukru (%)	Q	Barva podle ICUMSA	CaO (%)	Invertní cukr	pH
Permeát	12,6	11,68	92,7	2 567	0,024	asi 1 %	7,1
Koncen-
trát	11,2	5,72	51,1				7,2

Množství (kg)

230

V další fázi se k permeátu přidá asi 0,05 proč. CaO za účelem úpravy hodnoty pH na 8,8. Cukrová šťáva se potom zahřeje na 100 stupňů Celsia. Tato teplota 100 °C se potom udržuje po dobu 15 minut, přičemž potom se vzniklá sraženina odstraní filtrací. Analýza vytvořeného kalu ukázala, že během vápnění se vysrážely různé vápenaté a stejně jako orsoli fosforečnanů kyselin, jako jsou například kyhořečnaté ganických selina citrónová, kyselina mléčná -a kysel na octová.

Po- dokončení vápnění se přidá 600 miligramů NazSCú na kilogram šťávy, přičemž vznikne zředěná šťáva rakteristikách:

o- následujících chaBx Obsah Q hodnota cukru (%) (%)

Zředěná šťáva 13,6 12,40 91,2

Barva CaO (%) Invertní podle cukr

ICUMSA

PH

795 0,017 asi 1 %

9,00

Po odpaření v laboratorním odpařováku se získá zahuštěná charakteristikách:

šťáva o následujících

Bx Obsah Q hodnota cukru (%) (%)

Barva CaO (%) Invertní podle cukr

ICUMSA pH

Koncentrovaná šťáva 70,4

65,45

92,96 3 338 0,071

1,47 %

Příklad 2

Podle tohoto- provedení se 250 litrů difúzní šťávy zfiltruje -na filtru o rozměru ok asi 20 ^m. K takoo< získané zfiltrované šťávě se potom přidá 100 ppm chloridu železitého •a -0,024% peroxid vodíku při teplotě 20 °C, a takto zpracovaná šťáva se potom zahřeje na teplotu 80 'C a podrobí se ultrafiltraci v DDS ultrafiltrační aparatuře za pomoci DDS

GR61P membrán při průměrné hodnotě tlaku 0,45 MPa a při teplotě 80 °C. Hodnota pH difúzní šťávy -se potom upraví na 6,5 až 6,7 pomocí hydroxidu sodného a tato hodnota pH se potom udržuje během provádění ulirafiltrace. Po· oddělení 210 litrů permeátu se koncentrát společně se 40 litry vody podrobí jemné filtraci, čímž se v další fázi získá další množství permeátu, takže celkové

2:5^1 ΟΈ : 7 množství permeátu činí 270 litrů. Celkové množství koncentrátu je - 20 litrů. Průměrná kapacita během - ultrafiltrace- je. 51,9'1/m²'. h.

Analýzy permeátu - a koncentrátu ukázaly následující charakteristiky:

	Bx hodnota (%)	Cbsah cukru ('%)	Q	Barva podle ICUMSA	CaC (%)	Invertní cukr	pH	Množství (kg)
Permeát	14,5	13,15	90,7	1989	0,029	asi 1 %	6,6	270
Koncen-
trát	12,0	6,95	57,9				6,7	20

V dalším postupu - se k permeátu přidá 0,05 % CaO, čímž se dosáhne - hodnoty - pH 8,8 a šťáva se potom zahřeje -na - teplotu 100 °C. Tato- teplota- 100 -°C se- - potom - udržuje po dobu 15 minut, přičemž potom se tak to - vytvořená sraženina odstraní filtrací. K takto získanému filtrátu se potom přidá 600 miligramů NazSCh - na kilogram šťávy, čímž vznikne zředěná šťáva, která má následující charakteristiky:

	Bx hodnota (%)	Obsah cukru (%)	Q	Barva podle ICUMSA	CaC (%)	Invertní cukr	pH
Zředěná šťáva	14,8	13,55	91,6	2 500	0,020	asi - 1 %	8,6

Po- odpaření v laboratorním odparováku se získá zahuštěná šťáva, která -má dující charakteristiky:

násleBx Cbsah Q hodnota cukru (%) (»%J

Barva CaC (·% ] Invertní pH podle cukr

ICUMSA

Zahuštěná šťáva 70,3 64,62 91,9

336 0,078- 1,6 % - 8,9

Příklad 3

Podle tohoto příkladu provedení se 220 kilogramů difúzní šťávy, -která má Bx hodnotu 15,4 %, která odpovídá - obsahu - sušiny

33,8 kilogramu, koncentraci cukru 13]65 %, což odpovídá množství cukru 30,0 kilogramů - a čistotu Q o hodnotě- 88,64, oož - -odpovídá obsahu necukerných složek 3,8 kilogramu, zpracuje stejným způsobem jako v příkladu 1. Během - ultrafiltrace se přidá 11 kilogramů vody. Po- ultrafiltraci se získá 220 kilogramů ultrafialové difúzní - šťávy, která - má hodnotu - Bx 14,4 %, což odpovídá obsahu sušmy 31,7 kilogramu, koncentraci cukru 13,21 °/o, což odpovídá 29,0 kilogramům cukru - a - čistota Q je 91,50, což -odpovídá 2,7 kilogramu -necukerných složek, -a dále 11,0 kilogramům promytého koncentrátu, jehož hodnota Bx je 19,1 °/o, což odpovídá 2,10 kilogramu sušiny, koncentrace cukru je 9,05 proč., což odpovídá 1,00 kilogramu cukru a hodnota- čistoty Q je 47,4, což odpovídá 1,10 kilogramu necukerných složek.

Claims

PREDMET

1. Způsob čištění cukerné šťávy připravené extrakcí repného materiálu, přičemž uvedený způsob zahrnuje mechanické oddělení nerozpuštěných složek z cukerné šťávy a následující oddělování vysokomolekulárních složek z takto· získané šťávy, vyznačující se tím, že se na cukernou šťávu po mechanickém oddělení nerozpuštěných · složek působí oxidačním činidlem, komplexotvorným činidlem nebo jejich směsí, šťáva takto zpracovaná se podrobí ultrafiltraci, vytvoří se permeát a koncentrát a permeát takto získaný se popřípadě nechá reagovat s vápnem a vysráží se kyselinové zbytky.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se působí oxidačním činidlem, komplexotvorným činidlem nebo jejich směsí při teplotě v rozmezí 60 až 70 °C.
3. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se před nebo během působení oxidačním činidlem, koouplexotvorným čini dlem nebo jejich směsí upraví hodnota pH šťávy na hodnotu v rozmezí od 6,8 do 7,2.
4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se ultrafiltrace provádí při teplotě v rozmezí od 80 do 90 °C.
5. Způsob podle bodu 4, vyznačující se tím, že se voda přidává ke koncentrátu kontinuálně nebo po· částech, přičemž se během ultrafiltrace odvede hlavní podíl šťávy jako permeát, a takto' získaný zředěný koncentrát se dále koncentruje ultrafiltraci.
6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se k ultrafiltrované šťávě přidá vápno a takto získaná sraženina anorganických a/nebo organických kyselin se oddělí.
7. Způsob podle bodu 6, vyznačující se tím, že se směs ultrafiltrované šťávy a vápna zahřeje na teplotu 100 °C.
8. Způsob podle bodu 6, vyznačující se tím, že se ultraflltrovaná šťáva zpracuje po oddělení sraženiny kysličníkem siřičitým.