JP3220198B2 - 濾過助剤 - Google Patents

濾過助剤

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睦弘 伊藤
伸樹 渡辺
咲雄 高橋
裕二 高橋
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Fuji Silysia Chemical Ltd
Kirin Brewery Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、濾過助剤に関するもの
であり、詳しくは、特定のシリカゲルを主成分とする濾
過助剤に関するものである。
【0002】
【従来の技術】濾過助剤は、スラリー中の固体またはコ
ロイド状物質などを吸着または包合させることにより、
濾過抵抗を減じ、濾材の目詰りを防止し、高清澄度の濾
液を得るなどの目的で使用されるものである。
【0003】そして、濾過助剤は、例えば、プリコート
法においては、濾材の上に、通常、その厚さが1〜2mm
程度のケーキ層を形成して用いられ、スラリー中の固体
などは、該ケーキ層にて分離される。従来、濾過助剤と
しては、ケイソウ土、パーライト、セルローズ等各種の
ものが使用されている。しかし廃棄処理が困難等の欠点
があった。さらに水可溶性タンパク質が保存中オリとな
って析出するが、これら清澄度の妨げとなる水可溶性物
質を取り除くことは困難であった。
【0004】
【発明が解決すべき課題】本発明は、上記のような従来
の濾過助剤とは異なり、比較的大きな細孔容積と比表面
積とを有し、安全性が高く、廃棄処理がしやすく、しか
も、水可溶性タンパク質等の吸着能力を有し、安定した
ケーキ層を形成し得る新規な濾過助剤の提供を目的とす
るものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】しかして、本発明の上記
目的は、粒子径が約5〜100μm、細孔容積が約0.
2〜1.5ml/g、比表面積が約100〜1,000m2
/gであり、薄片状、鱗片状または棒状のシリカゲルを
主成分とすることを特徴とする濾過助剤により容易に達
成される。
【0006】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
濾過助剤は、シリカゲルよりなるが、該シリカゲルは、
粒子径、細孔容積および比表面積の各物性値と外観形状
によって特徴付けられる。即ち、本発明で使用するシリ
カゲルは、約5〜100μmの粒子径、約0.2〜1.
5ml/gの細孔容積、約100〜1,000m2/gの比
表面積を有し、薄片状、鱗片状または棒状の外観形状を
有する。
【0007】上記のような比較的大きな細孔容積と比表
面積とを有する薄片状、鱗片状または棒状のシリカゲル
は、新規であり、濾過助剤として従来のものと遜色のな
い効果を発揮すると共に、その特異的な外観形状によ
り、安定したケーキ層を形成し得るという特徴を有す
る。ここにシリカゲルの形状の最短長、中間長さ、最長
長を、x:y:z:とすると、薄片状とは、x:y:z
が1:3以上:5以上の場合であり、鱗片状とは、x:
y:zが1:2以上:3以上の場合であり、棒状とは、
x:y:z:が1:1以上:3以上の場合である。
【0008】粒子径を5μmより小さくすると、濾過抵
抗が大きく必要な濾過流量がとれなくなり、100μm
より大きくなると、沈降速度が大きくなり濾材へのケー
キ付着が不均一となり又、粒子が大きいため十分な濾過
作用が得られない。細孔容積が、0.2ml/g以下だと
比重が大きく沈降速度が早いためケーキ付着性が不均一
となる。細孔容積1.5ml/g以上のものは、これ以上
大きくなると強度が弱くなる可能性がありケーキ層とし
て好ましくない。比表面積と前述の細孔容積との関係よ
り、平均細孔径が算出される。
【0009】
【数1】
【0010】この平均細孔径は濾過原液中の混濁物を吸
着濾過する場合に大きく影響し、比表面積が100m2
/g〜1,000m2 /g,細孔容積0.2ml/g〜
1.5ml/gで平均細孔径8〜600オングストロー
ムとなり、この比表面積内が好ましい。特に300m2
/g〜1,000m2 /gの比表面積内が好ましい。3
00m2 /g以上では細孔径は200オングストローム
以下となり、濾過原液中の混濁物をよりよく吸着する。
また、シリカゲルの形状は薄片状、鱗片状又は棒状であ
る事が必要である。これ以外の形状例えば破砕状シリカ
ゲル又は球状シリカゲルであるとケーキ付着強度がな
く、濾材からのずり落ち等の問題が生じる。
【0011】本発明で使用するシリカゲルは、例えば、
ケイ酸ゾルを凍結することにより、晶析したゾル溶媒結
晶の結晶面同志の間隙にケイ酸ゾルを析出させて薄片
状、鱗片状または棒状の凍結シリカヒドロゾルを得、該
凍結シリカヒドロゲルを解凍したのち、水熱重合を行
い、乾燥することにより、製造することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。 実施例1 ケイ酸ソーダと過剰硫酸との反応で得られたpH値3.
0、ゾル濃度13.0重量%のケイ酸ゾル(反応ゾル)
を原料ケイ酸ゾルとし、凍結温度を−20℃で急速冷凍
し、凍結ゲル化を行った。
【0013】次いで、凍結装置より、回収された凍結シ
リカヒドロゲルを加熱容器内に収容して解凍し、水熱重
合を行った。次いで、回収したシリカヒドロゲルをフラ
シュドライヤーにより含水量6.0重量%まで乾燥して
シリカゲルを得た。
【0014】得られたシリカゲルは、粒子径20.3μ
m、細孔容積が0.3ml/g、比表面積436m2/gで
あり、鱗片状であった。次にこのシリカゲルを濾過助剤
として使用し、濾過テストを行なった。 実験方法 キャンドルフィルターを使用して、各サンプルのプリコ
ートを行い、その時の清澄性、ケーキ付着性、濾過圧力
を通水時、停止時、水抜き時において観察する。 操作手順 (1)図1の2、3、5閉の状態で1、4のバルブを開
き、フィルターを洗浄する。 (2)十分に洗浄後4を閉じ、3を開きカラム中のエア
ーがなくなるまで、水を満たした後1、3を閉じる。 (3)タンクに一定量の水を満たし7−閉、6−開、5
−開、4−閉、3−閉、1−閉、2−開の状態で水を循
環する。(カラム圧力を背圧弁で0.5Kg/cm2に調
節。) (4)タンクの水に各サンプルを混ぜてプリコートを行
う。 (5)40分間、水の循環を行った後にポンプを止め、
5、2のバルブを閉じる 。(6)5分間静置観察する。(この時圧力は0.3Kg
/cm2 になる。) (7)3を開きカラム内残圧を抜く。 (8)4を開きカラム内の水を抜く。
【0015】装置概要 カラム部(材質 PVC,一部透明PVC) 内径 − 105mm 内高 − 715mm 内容積 − 5850ml チャンバー(材質 SUS304) 内容積 − 2350ml キャンドルフィルター(材質 SUS) フィルター本数 − 1本 フィルタータイプ − ワイヤー 濾過部長さ − 500mm 目開き 50μm 濾過部外径 − 30mm 濾過面積 − 0.0471m2 ポンプ流量 − 1360ml/min 背圧弁設定 − 0.5Kg/cm2 プリコート流量 − 1730l/h・m2 比較例1 市販のシリカゲル(平均粒子径13.0μm、表面積6
00m2/g、細孔容積1.30ml/g、形状:破砕)を
用いて実施例1同様に濾過テストを行なった。 比較例2 市販のケイソウ土を用いて実施例1同様に濾過テストを
行なった。 比較例3 比較例2のケイソウ土のかわりに別のケイソウ土を用い
て行なった。 比較例4 実施例1の品物を分級して平均粒子径5.0μmのもの
を得、濾過テストを行なった。
【0016】実施例1及び比較例1〜4の結果を表1に
示す。
【0017】
【表1】
【0018】表1において、清澄性及びDarcyは次
のようにして測定した。 清澄性 濾過助剤スラリーをカラム内に追液後、カラム内の濁り
がなくなり清澄になるまでの時間を示す。早く清澄にな
った方がよい。 Darcy(濾過特性) 6.0cmφ×25cm high の325meshのステンレス濾
過面を持つカラムにサンプル20g/500ml水のスラリ
ーを投入し、40cmHgで吸引した時の上部スラリー35
0mlから100mlに減少した濾過時間よりDARCY係
数を算出する。
【0019】
【数2】
【0020】DARCYは数値が大きいほど濾過性が良
い事を示す。実施例1の本発明品は、濾過ケーキ層が十
分に形成され差圧も小さく強度もあり、現在多く使用さ
れているケイソウ土以上の性能を有していた。比較例1
ではケーキがずれ落ち差圧も高く不十分であった。比較
例2、3ではケーキずり落ちと表面粒子の落下があっ
た。比較例4では差圧が大きく使用不可となった。
【0021】実施例2 実施例1において、凍結温度を約−50℃で急速冷凍
し、凍結条件を変更した他は、実施例1と同様にしてシ
リカゲルを得た。得られたシリカゲルは、細孔容積0.
6ml/g、比表面積が300m2/gであり、棒状であっ
た。これを濾過助剤として用いたところ、実施例1と同
様に良好な結果が得られた。 実施例3 実施例1と同様の方法にて表2に示すシリカゲルA,B
を製造した。
【0022】
【表2】
【0023】次にこのシリカゲルを濾過助剤として使用
し、図2の装置により濾過テストを行った。 実験方法 キャンドルフィルター2を使用して、次の方法によりシ
リカゲルA,Bを用い、プリコート及びビール除菌濾過
時の圧力損失、ケーキ付着性などの濾過特性とビール中
のタンパク質の吸着能を調べた。 (1)系内洗浄後、カラム内に水を満たす。 (2)ドージングタンクに濾過助剤(シリカゲルA)を
投入し、水で溶いた後、系内循環(V3,5,7,10
開、濾過ポンプP1)により1回目のプリコートを行
う。 (3)プリコート1回目終了後、同様に濾過助剤(シリ
カゲルA,B)をプリコートする。 (4)プリコート終了後、ボディフィード用濾過助剤
(シリカゲルA,B)を投入し、水で溶く。 (5)一定圧(2kg/cm2 )で未濾過ビールを濾過機に
導入(V3,4,7,12開、濾過ポンプP1)し、同
時にボディフィードを開始し(V8,9開、ドージング
ポンプP2)濾過開始点とする。 (6)一定流量(0.5kl/hr/m2)で濾過し、濾過機
内が完全にビールに置換された後、ビール採取を行う。 (7)濾過終了後、カラム内残圧を抜き(V2開)、排
液する(V6開)。 装置概要 カラム部(材質 耐圧ガラス) 内径 − 196mm 内高 − 930mm キャンドルフィルター(材質 SUS) フィルター本数 − 3本 フィルタータイプ − 焼結金属 濾過部長さ − 500mm 濾過部外径 − 30mm 濾過面積(3本) − 0.219m2 蛋白吸着能測定方法 ビールの混濁性向は本来経時変化を見る必要があるが、
他に以下に述べる硫酸アンモニウムによる塩析滴定法
[SASPL値(Saturated ammonium sulfate perticip
ation limit) ]によりある程度の予測ができる。次に
SASPL測定法について述べる。
【0024】安定化処理していない若ビールにケイソウ
土を加え一旦濾過し、酵母などの挟雑物を除去する。次
にシリカゲルを添加しマグネチックスターラーで所定時
間攪拌する。攪拌後速やかに膜濾過を行ない、シリカゲ
ルをビールから除去し、その濾液ビールの飽和流安沈澱
限界値SASPL値を硫酸アンモニウムによる塩析滴定
により求める。
【0025】次にこのSASPL値を使いビール安定化
効果の評価を蛋白吸着能SI(%)とし次式に示す。 蛋白吸着能=(S−B)/(C−B)×100 S:安定化能を測ろうとする試作シリカゲルでビールを
処理した時のSASPL B:未処理ビールのSASPL C:標準シリカゲルでビールを処理したSASPL SASPL,SI値共に数値が大きいほど蛋白吸着能は
高いことを示す。
【0026】ここに標準シリカゲルとしては富士デヴィ
ソン化学(株)製「サイロピュート」を用いた。 比較例5 表2に示す市販の濾過助剤であるセルロースA,ケイソ
ウ土B,C,シリガケルC(蛋白吸着能を有する)を用
いて実施例3同様に濾過テストを行った。尚、プリコー
ト1回目にはセルロースA、2回目にはケイソイ土B,
C、ボディフィードにはケイソウ土B,C,シリカゲル
Cを使用した。一般に、プリコート層の強度を高めるた
めにセルロース、目的とする濾過精度と濾過速度を得る
ために数種のケイソウ土、及びビールの混濁安定性を向
上させるためにシリカゲルCを使用する。 結果 実施例3及び比較例5の結果を次に示す。
【0027】シリカゲルA,Bを使用した場合と、セル
ロースA,ケイソウ土B,C,シリカゲルCを使用した
場合を比較すると、圧力損失、ケーキ付着性、ケーキ強
度など濾過特性においてほぼ同様の優れた結果が得られ
た。また、濾過後のビール品質においてもシリカゲル
A,B使用による影響は全く認められない。
【0028】蛋白吸着用シリカゲル標準品の蛋白吸着能
を100%として、蛋白吸着能を表2に示す。シリカゲ
ルCに加えて、シリカゲルA,Bには蛋白吸着性が認め
られたが、他の助剤には認められなかった。
【0029】
【効果】以上詳述した通り、本発明の濾過助剤は、特別
な物性を有するシリカゲルを有効成分とするものであ
る。そのため優れた濾過性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1における実験方法を示した説明図で
ある。
【図2】 実施例3における実験方法を示した説明図で
ある。
【符号の説明】
1,2,3,4,5,6,7 弁 V 弁 P ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 伸樹 宮崎県日向市大字日知屋字木原16303− 3 富士デヴィソン化学株式会社 テク ニカルセンター内 (72)発明者 高橋 咲雄 神奈川県横浜市鶴見区生麦1−17−1 麒麟麦酒株式会社内 (72)発明者 高橋 裕二 神奈川県横浜市鶴見区生麦1−17−1 麒麟麦酒株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 20/00 - 20/34 B01D 39/00 - 39/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒子径が約5〜100μm、細孔容積が
    約0.2〜1.5ml/g、比表面積が約100〜1,0
    00m2/gであり、薄片状、鱗片状または棒状のシリカ
    ゲルを主成分とすることを特徴とする濾過助剤。
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