Винная кислота (Н2С4Н4О6) — важнейший продукт переработки. В чистом виде она представляет собой прозрачные кристаллы без запаха и цвета, хорошо растворимые в воде, спирте, эфирах. Широко применяется в различных отраслях промышленности. Небольшая доза винной кислоты, добавленная при покраске текстильных изделий, предохраняет от обесцвечивания. Сегнетову соль (KNaC4H4O6) используют для изготовления пьезоэлементов и сегнетовых конденсаторов.
На большинстве заводов из вторичного сырья (выжимок, дрожжей, барды, осадков) вырабатывают полуфабрикат (ВКИ), который затем отправляют на специализированные заводы для очистки и изготовления винной кислоты.
Получение ВКИ из выжимок.
В выжимках винная кислота находится в виде смеси труднорастворимых соединений: кислого винно-кислого калия и винно-кислой извести, поэтому при экстрагировании прибегают к кислотному или содовому растворам. Полученный диффузионный сок осветляют отстаиванием или фильтрацией и направляют в реакторы-нейтрализаторы. На линии их должно быть не менее трех: один заполняют, во втором происходит осаждение, третий опорожняют.
Нейтрализуют диффузионный сок 10%-м известковым молоком при температуре не менее 45 °C. Предварительно вводят 20%-й водный раствор хлористого кальция (2 ... 3 кг/100 дал). Известковое молоко готовят из свежей 10%-й гашеной извести. Одну часть извести разводят в 12 частях воды. Негашеная известь должна быть белой, хорошо обоженной, без примесей песка и недопала, с низким содержанием железа и алюминия. Растворы хлористого кальция и известкового молока подают из мерных резервуаров при постоянном перемешивании и фильтрации через проволочное сито. Реакция протекает следующим образом:
18. Качественные показатели ВКИ
Наименование | Сорт | |
1-й | 2-й | |
Содержание, °/о массы винной кислоты, не менее | 48 | 40 |
Нерастворимые примеси, % | 8 | 15 |
Коэффициент загрязнения | 2 | 3 |
Влажность, не более, % | 3 | 3 |
pH | 6,5 | 6,5 |
Если для нейтрализации применяют только известковое молоко, выход ВКИ уменьшается на 35...40%, так как образовавшийся тартрат калия остается в растворе над осадком ВКИ и теряется при сливе жидкости:
Нейтрализацию проводят до слабокислой реакции (pH 6). При нейтральной реакции (pH 7) ВКИ загрязняется выпавшими из раствора солями железа, алюминия, фосфатами и пектиновыми веществами (табл. 18). Если известковое молоко введено в избытке, добавляют кислую барду или соляную кислоту, пока проба на синюю лакмусовую бумагу не даст розовый оттенок.
Окончание процесса определяют по щавелево-кислому аммонию (одну-две капли 10%-го раствора на 10 мл сока). Выпавший белый осадок показывает, что нейтрализация проведена правильно. Также используют pH-метр, универсальную индикаторную бумагу или бромкрезоловый зеленый индикатор. В нужный момент последний резко изменяет окраску от желтой до голубой.
После нейтрализации суспензию насосом подают в гидроциклон под давлением 0,3 МПа, где отделяют до 80% осадка ВКИ. Остальную часть задерживают в непрерывнодействующем декантаторе. В центрифуге ВКИ обезвоживают до влажности 30% и по конвейеру направляют на сушку. В паровой сушилке непрерывного действия при температуре 95 °C ВКИ высушивают до влажности 3%.
Готовый продукт укладывают в бумажные мешки, взвешивают и хранят в сухих помещениях. Сахаросодержащую жидкость из верхнего схода декантатора и фугат, образовавшийся после центрифугирования ВКИ, направляют в резервуары на брожение. Из бражки перегоняют спирт-сырец.
Получение ВКИ из коньячной барды.
Коньячная барда содержит единственное ценное вещество: винную кислоту (0,5%) в виде винного камня. Винно-кислых соединений в барде больше после перегонки в кубах со змеевиковым обогревом, чем после кипячения паром в колоннах с тарелками. При высокой температуре белковые соединения свертываются, поэтому барда всегда мутная. Ее удаляют на фильтр-прессах или фильтрах ФПАКМ.
Если наличие винной кислоты превышает 0,5%, то ее отделяют кислотным или щелочным способами (так же, как от выжимок). При меньшем количестве утилизируют только ионообменным способом.
Барду предварительно обрабатывают бентонитом (до 2 г/дм3) и полиакриламидом (5...10 мг/дм3). Затем жидкость отстаивают, фильтруют, нейтрализуют хлористым кальцием (0,5 кг/100 дал). После, непрерывно помешивая, доливают 6%-е известковое молоко до слабокислой реакции (по лакмусу). Температура нейтрализации не ниже 45...50°C. После нейтрализации ВКИ отстаивают 4...6 ч, промывают и сушат.
На Бельцком винно-коньячном комбинате ВКИ получают ионообменным способом на специальной установке (рис. 44). В нее входят следующие основные узлы: анионитовые колонки 4, реактор-нейтрализатор 5, центрифуга 6, шнек 7, сушилка 10. Анионитовые колонки (ионообменные фильтры) представляют собой вертикальные цилиндрические сосуды диаметром 620 мм. Они оборудованы дренажными устройствами в виде ложного днища, куда загружают набухшую смолу. Фильтры снабжены смотровыми окнами. Вверху расположен штуцер для подачи сырья, внизу подключен коллектор для отвода отработанной барды. Для непрерывности действия в блоке смонтировано три фильтра и один запасной.
Осветленную коньячную барду 1 температурой 35 °C последовательно пропускают через все колонки. Это позволяет полностью извлечь винную кислоту в процессе сорбции. Расход барды в одной колонке равен пяти-шести объемам анионита в час. При этом анионы кислот барды обмениваются на анионы хлора анионита.
После пересыщения анионита анионами винной кислоты первую колонку отключают и подключают запасную, продолжая извлечение. Насыщенную (отключенную) колонку промывают водой снизу вверх и готовят к десорбции. Десорбцию проводят 18%-м раствором хлористого натрия сверху вниз. Расход хлористого натрия в час составляет два объема на один объем анионита. Затем колонку включают в следующий цикл.
Элюат VI, полученный при десорбции анионита и содержащий винно-кислый и хлористый натрий, направляют в реактор- нейтрализатор, где при работающей мешалке его нагревают до температуры 60°C. Туда же тонкой струей подают 40%-й раствор хлористого кальция. После осаждения ВКИ жидкость поступает в очистные сооружения, осадок — в центрифугу для промывания водой, после его сушат при температуре не более 90 °C.
Насыщение колонки анионами контролируют автоматическим pH-метром на выходе барды. Конец реакции при осаждении ВКИ проверяют щавелево-кислым аммонием. Через каждые 30 циклов анионит в колонках обрабатывают 4%-м раствором едкого натрия (35 ч при температуре 70°C). Затем колонки промывают водой до слабощелочной реакции и обрабатывают раствором хлористого натрия. В результате анионит переходит из гидроксильной формы в солянокислую.
Солевой способ извлечения винной кислоты более целесообразен. Он исключает использование агрессивных растворов, увеличивает выход продукта и повышает его качество. Производительность установки достигает 3 м3/ч, цикл регенерации и промывки сокращается до 2 ч.
