RU2390532C2

RU2390532C2 - Method of separating polydisperse solution of distillery stillage

Info

Publication number: RU2390532C2
Application number: RU2008129652/13A
Authority: RU
Inventors: Альберт Кайдарович Абинаев (RU); Альберт Кайдарович Абинаев; Анатолий Георгиевич Баканов (RU); Анатолий Георгиевич Баканов; Елена Львовна Тихонова (RU); Елена Львовна Тихонова
Original assignee: Альберт Кайдарович Абинаев; Анатолий Георгиевич Баканов; Елена Львовна Тихонова
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2010-05-27
Also published as: RU2008129652A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to processes of separating polydisperse systems through vibroacoustic effect. The method of separating polydisperse solution of distillery stillage involves coagulation of colloidal and dissolved substances of a dispersed phase and subsequent separation of the solid fraction of the formed product from the solution with separation of the liquid fraction of the dispersed medium. The dispersed phase is coagulated in two steps by applying energy of acoustic vibrations on the solution in at least two spectra in the 1-18 kHz range, providing weakening of surface tension of colloidal and dissolved substances, and in the 80-400 Hz range, increasing their amplitude of vibration. Before coagulation of the dispersed phase from the solution through evacuation, volatile aromatic substances are separated in form of a condensate, and before the second step for applying energy of acoustic vibrations the solution is dehydrated by 20-50% in vacuum drying conditions with extraction of the water condensate.

EFFECT: invention provides environmentally safe non-waste technology of processing distillery stillage and widens the range of processed products.

Description

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.The invention relates to processes for the separation of polydisperse systems by methods of vibroacoustic exposure and can be used in production processes for fractionation of colloidal and soluble organic and mineral substances in colloidal solutions, emulsions, suspensions, for example, for the neutralization and disposal of liquid industrial wastes and, in particular, waste alcohol production of stillage with obtaining a dry protein-vitamin feed product, surface-active substances (surfactants) in the form of aroma ble and other, non-odor carriers vinasse and purified water, suitable for technical purposes.

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).A known method of separating dispersed media and colloidal solutions, according to which the dispersed and colloidal particles are subjected to chemical coagulation with a silicon-containing flocculant, followed by separation of the solid fraction of the formed product from the solution and the separation of the liquid fraction of the dispersed medium (description of patent RU 2246447 IPC 7 C02F 1/56, B01D 21 / 01, 02.20.2005).

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.The disadvantage of this method is the use of a chemical reagent, which not only increases production costs, but also when used in technological processes, for example, food production reduces the biological value and environmental safety of the resulting products.

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).A known method of separating a dispersed medium in the form of alcohol stillage, providing for the removal of suspended, colloidal and dissolved organic and mineral impurities and volatile substances by physicochemical methods and the separation of the purified aqueous phase, in which coagulation of colloidal and dissolved substances is carried out with aluminum hydroxide, and the removal of organic mineral impurities reverse osmosis membranes with a pore diameter of not more than (10-15) × 10 ^-10 m (description to the patent of the Russian Federation 2128688, IPC 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.A disadvantage of the known technical solution is the use of expensive reagent and expensive equipment. In addition, the protein residue secreted due to the use of the chemical method of coagulation as livestock feed is unsafe. Removing volatile substances into the atmosphere leads to air pollution and reduces the environmental safety of the method.

Задача изобретения - разработка экологически безопасного и экономически выгодного способа сепарации полидисперсных растворов на основе виброакустических методов коагулирования дисперсной фазы коллоидных и растворенных веществ.The objective of the invention is the development of an environmentally safe and cost-effective method of separation of polydisperse solutions based on vibroacoustic methods for coagulating the dispersed phase of colloidal and dissolved substances.

Технический результат - упрощение процесса сепарации коллоидных растворов и, в частности, возможность создания экологически безопасной безотходной технологии переработки спиртовой барды и расширение ассортимента продуктов переработки.The technical result is a simplification of the process of separation of colloidal solutions and, in particular, the possibility of creating an environmentally friendly waste-free technology for processing distilled stillage and expanding the range of processed products.

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.The technical result is achieved by the fact that in the method of separation of a polydisperse solution of alcohol stillage, providing for the coagulation of colloidal and dissolved substances of the dispersed phase and the subsequent separation of the solid fraction of the formed product from the solution with the release of the liquid fraction of the dispersed medium, the coagulation of the dispersed phase is carried out in two stages by exposure to the solution with acoustic energy oscillations of at least two spectra, respectively, in the range of 1-18 kHz, providing a weakening of the surface tension of the particles to lloid and dissolved substances, and the range of 80-400 Hz, providing an increase in the amplitude of their vibrations, while before coagulating the dispersed phase from the solution by evacuation, volatile aromatic substances in the form of condensate are isolated, and before the second stage of exposure to the energy of acoustic vibrations, the solution is dehydrated by 20-50% under vacuum drying with the release of water condensate.

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.The essence of the method lies in the fact that colloidal solutions are a microheterogeneous system in which the energy spent on emulsification processes is distributed in the form of a free surface of energy on globules. A condition for the destabilization of a disperse system is a decrease in the interface of discrete phases, which can be achieved by increasing the size of suspended particles. Vibroacoustic processing of colloidal solutions by at least two vibration sources emitting acoustic waves in the ranges of (1-18) kHz and (80-400) Hz, respectively, allows us to transfer colloidal and dissolved substances into the suspended category for their reliable separation from the dispersed medium. For each polydisperse solution, the choice of acoustic vibration frequencies from the above ranges is established experimentally based on the physicochemical properties of the dispersed phase and the dispersed medium.

Ниже приводится пример осуществления способа в процессе безотходной утилизации спиртовой барды, фугат которой является комбинированным коллоидным раствором.The following is an example of the method in the process of non-waste disposal of alcohol stillage, the centrate of which is a combined colloidal solution.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

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.The initial bard at a temperature of 90-100 ° C is subjected to preliminary separation into a solid fraction with the allocation of cake and a liquid fraction in the form of a centrate. As a separator, a self-cleaning filter system or a decanter with a centrifuge cleaning up to 0.1 mm can be used. The centrate is fed from the separator into a vacuum system, where volatile aromatic substances are removed from it and removed to a collector in the form of surfactant condensate, which can be implemented, for example, in medicine and the pharmaceutical industry. The removal of surfactants leads to a decrease in the surface tensile forces of the colloidal components and destabilization of the dispersed phase of the centrate.

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.Next, the centrate is sent to the first stage of coagulation in a hydrodynamic unit with a vibrator tuned to emit two frequencies in the acoustic range, respectively, f ₁₁ = 2 kHz, f ₂₁ = 120 Hz. The frequency f _{11 was} established experimentally from the condition that provides the effect of weakening the surface tension of colloidal particles of amino acids and nitrogen in dissolved form, the second frequency is an increase in the amplitude of their linear vibrations, increasing the likelihood of contact with each other, association, enlargement. As a result, after the first stage of vibroacoustic treatment in the selected modes, colloidal and soluble substances are coagulated and the centrate is converted into a heterogeneous dispersed system with a particle size of suspension of 50-100 microns, i.e. suspension.

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.Before the second stage of vibroacoustic processing, in order to increase the efficiency of the coagulation process, the suspension obtained is vacuum dried with the selection of moisture in the form of water condensate and the remnants of volatile aromatic substances, maintaining the vacuum in the vacuum system (-0.8) - (- 0.9) atm and the temperature of the centrate 72-85 ° C. Water condensate is collected in a water tank. Simultaneously with the process of vacuum extraction of moisture in an amount of up to 20-50%, there are phenomena of coarsening of particles of the dispersed system of the centrate to a size of 100-200 microns.

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.After taking the moisture, the centrate is sent for vibroacoustic treatment to a hydrodynamic unit with a vibrator tuned to emit frequencies f ₁₂ = 1.8 kHz and f ₂₂ = 100 Hz, at which further coarsening of the suspended particles of the dispersed centrate system to sizes 200-400 microns.

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.Then the final stage of separation of the centrate occurs with the separation of the solid fraction in the form of a protein product and the separation of the purified aqueous phase with a residual content of not more than 0.05-0.08 g / l of a dispersed phase measuring no more than 5 μm, which after antibacterial treatment can be used for technical goals.

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.Thus, the claimed method allows for the implementation of non-waste environmentally friendly and cost-effective technology for the disposal of alcohol stillage with the receipt of such products as dry food for farm animals, surfactants and purified water for technical purposes.

Claims

A method of separating a polydisperse solution of alcohol stillage, which involves coagulation of colloidal and dissolved substances of the dispersed phase and subsequent separation of the solid fraction of the formed product from the solution with the separation of the liquid fraction of the dispersed medium, characterized in that the coagulation of the dispersed phase is carried out in two stages by exposing the solution to the energy of acoustic waves, according to at least two spectra, respectively, in the range of 1-18 kHz, providing a weakening of the surface tension of colloidal and dissolved particles substances, and the range of 80-400 Hz, providing an increase in the amplitude of their vibrations, while before coagulating the dispersed phase from the solution by evacuation, volatile aromatic substances in the form of condensate are isolated, and before the second stage of exposure to acoustic vibration energy, the solution is dehydrated by 20-50% under vacuum drying with the release of water condensate.