Применение костеугольной крупки и гранулированных углей связано с громоздким оборудованием и сложным процессом восстановления их адсорбционной способности.

Эффект обесцвечивания сиропов костеугольной крупкой достигает 30…45%. Также для обесцвечивания сиропов применяют иониты. Они позволяют повысить эффект обесцвечивания до 85…90%. Процесс регенерации ионитов прост, и эксплуатационные расходы при работе с ними меньше, чем при работе с крупкой и гранулированными углями.

При ионитной очистке сиропов резко сокращается производственная площадь для этого оборудования; достигается полная  механизация и автоматизация процесса очистки, чем облегчаются условия труда. 

Иониты – это полярные адсорбенты, которые обладаю способностью к обменной адсорбции катионов и анионов в растворе. Иониты разделяются на две группы:

• катиониты, способные заменять любой катион на ион водорода;
• аниониты, способные удалять из раствора кислоты, т.е. анионы и ионы водорода. В качестве катионов применяют синтетические смолы типа бакелита, получаемые из фенолов и формальдегида. Аниониты получают конденсацией анилина с альдегидами.

Иониты – твердые зернистые материалы белого, черного, коричневого или желтого цвета, слабо набухающие в воде и сахарных растворах и практически в них нерастворимые. Размер частиц ионитов 0,75…1,5 мм. Применение более мелких частиц ионитов затрудняет фильтрование сиропа через их слой. Плотность частиц ионитов около 1300 кг/м³, насыпная плотность – 500…700 кг/м³. Плотность анионитовых смол обычно на 15% меньше, чем катионитовых. Отработанные иониты легко регенерируются катиониты – растворами кислот и солей, аниониты – растворами едких щелочей и аммиака.

Иониты, применяемые для очистки сахарных растворов, должны иметь следующие свойства: слабо набухать в растворах, быть устойчивыми в кислых и щелочных средах, не растворяться в воде и сахарных растворах, хорошо адсорбировать красящие вещества, иметь высокую емкость поглощения несахаристых веществ, обладать достаточной механической прочностью, иметь форму и размеры частиц, обеспечивающих хорошее фильтрование сиропа через слой ионита высотой не менее 2,5 м.

Емкость поглощения ионитов (активность) – наиболее важный показатель, определяющий эффективность применения ионитов в сахарной промышленности. Чем выше емкость поглощения, тем больше сиропа можно очистить в течение одного цикла и  тем меньше получается промоя и меньше расходуется реактивов на регенерацию ионитов. Полной емкостью поглощения ионита называется количество катионов и анионов, поглощения ионита называется количество катионов и анионов, поглощенных 1 г ионита. Емкость поглощения выражается в миллиграмм-эквивалентах на 1 г абсолютно сухого ионита.

Длительность контакта ионита с обрабатываемым раствором обычно характеризуется удельной нагрузкой ионита [м³/м³·ч] – величиной, обратной скорости фильтрования:

S = V_p / V_иt     (10.2)

где  V_p  – объем профильтрованного раствора, м³; V_и  – объем ионита, м³; t – продолжительность фильтрования, ч

 

Скорость течения раствора (м/ч), отнесения к свободному сечению реактора, W=HS (Н – высота слоя ионита в реакторе, м) или:

W = HV_p  / V_иt     (10.3)

Из формулы (10.3) видно, что на адсорбционный эффект ионитной очистки оказывают влияние высота слоя ионита в фильтре и его геометрические параметры, определяющие скорость протекания раствора через ионита. На скорость протекания раствора, в свою очередь, оказывает влияние концентрация сухих веществ в обрабатываемом продукте. С понижением концентрации продуктов эффект их обесцвечивания возрастает.

Технические нормы для удельной нагрузки ионита и концентрации продуктов сахарорафинадного производства приведены в табл. 10.2.

 

10.2. Нормы удельной нагрузки ионита и концентрации продуктов сахарорафинадного производства

Показатель	Клерс	1-й рафинад- ный сироп	2-й рафинад-ный сироп	1-й продукто-вый сироп
Удельная нагрузка ионита, м3/(м3·ч)	1	1	1	1
Концентрация сухих веществ в обеспечиваемых продуктах, %;	62	65	65	61
Возможный эффект очистки	80	60	85	40

 

На сахарном заводе ионообменные смолы хранят в таре поставщика в отдельном сухом помещении склада, куда не поступают влагоемкие материалы. Иониты в процессе хранения не должны подвергаться воздействию высоких и низких температур, температура в помещении должна быть 5…8°С. Помещения для хранения ионитов лучше обогревать электроприборами или подогретым воздухом.

 

Схема ионитной  очистки рафинадных сиропов

Первый рафинадный сироп из клеровочной мешалки (рис. 10.6) поступает в напорный 2, затем механические фильтры 3. После механического фильтрования сироп направляется в сборник 10. Второй рафинадный и 1-й продуктовый сироп, не требующие механического фильтрования, поступают в сборник 10, минуя механические фильтры.

Из сборника 10 сироп насосом 11 через гребенку 7 подается в ионитные реакторы 8. Фильтровать сироп можно через один или два реактора одновременно. Схема также позволяет фильтровать сироп последовательно через два реактора. Для контроля за работой реакторов, в гребенках 6 и 7 установлены термометры, манометры и пробоотборники. Среднюю скорость фильтрования определяют по расходомеру, установленному на сборнике 10.

Реакторы, сборники 4, 5 и 10 и механические фильтры покрыты слоем изоляции.

 

Рис. 10.6. Технологическая схема очистки сиропа ионитами:

1 – клеровочная мешалка; 2 – сборник; 3 – фильтры; 4, 5 – сборники промоев; 6 , 7 – распределительные гребенки; 8 – реакторы; 9 – войлочные фильтры; 10 – сборник; 11, 14, 15 – насосы; 12 – мешалка; 13 – ловушка

 

Сироп, вода и регенерирующие растворы поступают в реактор через гребенки 6 и 7 и соответствующие патрубки. Иониты загружают в реактор через специальный люк.

Работа ионитных реакторов складывается из следующих операций:

• рабочий цикл – фильтрование сиропа сверху  вниз через слой ионита;
• высолаживание – вытеснение сиропа из слоя ионита конденсатом по окончании цикла фильтрования;
• взрыхление – интенсивная промывка ионита в реакторе током воды снизу вверх;
• регенерация – прохождение через ионит сверху вниз регенерирующих растворов (NaOH, NH₄OH);
• промывка ионита водой сверху вниз для вытеснения остатков регенерирующих растворов.

На основании проведенных опытов со 2-м рафинадным сиропом установлено, что с увеличением высоты загрузки ионита в реакторе при сохранении одной и той же удельной нагрузки единицы объема реактора эффект осветления возрастает. Особенно это заметно при переходе от высоты слоя 0,5 к высоте 1,0 м. при выборе слоя ионита в реакторе необходимо учитывать гидродинамические условия фильтрования через слой.

С увеличением скорости фильтрования сиропа через слой ионита эффект осветления уменьшается и резко снижается количество объемов сиропов, обрабатываемых одним объемом ионита.

Наилучшие результаты обесцвечивания сиропа ионитами марки АВ-16Г получены при скорости фильтрования 1 м³/(м³·ч). При этом количество сиропа, прошедшего 1 м³ объема ионита, составляет 125 м³.

Общий расход ионитов для обесцвечивания рафинадных и продуктовых сиропов составляет около 0,015% к массе рафинада.

 

Конструкция реакторов

В технологическую схему очистки сиропов ионитами включено несколько реакторов. Реактор (рис. 10.7) состоит из цилиндрического корпуса 5 диаметром 2000 мм, верхнего 2 и нижнего 9 днищ. На нижнем днище установлена дренажная система 14, состоящая из труб с колпачками 18. Дренажные трубы соединены с нижней отводной трубой 15, по которой удаляются сиропы, промои и растворы при регенерации ионитов.

 

Рис. 10.7. Реактор:

1 – серьга; 2 – верхнее днище; 3 – труба для растворов; 4 – указатель уровня; 5 – корпус; 6 – труба для подвода раствора; 7 – манометр; 8 – вентиль; 9 –нижнее днище; 10 – стойка; 11 – сборник; 12 – штуцер для гидравлической выгрузки ионита; 13 – труба радиальная; 14 – дренажная система; 15 – отводная труба; 16 – труба для отвода промывных вод; 17, 20 – люки; 18 – колпачки; 19 – труба для подвода промывных вод

 

Растворы для регенерации ионитов подводятся по трубе 3, которая в верхней части соединена с радиальными трубами 13, в которых проделаны отверстия для выхода растворов. Назначение радиальных труб – равномерно распределять растворы по сечению реактора. Промывные воды подводятся в реактор по трубе 19, а отводятся по трубе 16.

Промывные воды и регенерирующие растворы направляются в сборник 11. Давление растворов и сиропов контролируют при помощи манометров 7. На корпусе реактора предусмотрены смотровые окна, позволяющие наблюдать за состоянием ионитов в период их разрыхления. Ревизию и ремонт распределительных систем внутри реактора производят через верхний 20 и нижний 17 люки.

В реактор загружают около 1570 кг ионита (по сухому веществу). После подготовки и работы в течение заданного времени иониты регенерируют щелочью и аммонием.