Ионообменный способ комплексной переработки мелассы

 

Изобретение относится к ионообменному способу переработки мелассы на сахар, бетаин и глутаминовую кислоту. Раствор мелассы пропускают последовательно через сульфокислотный стиролдивинилбензольный гелевый катионит в Ca²⁺ форме, затем через сульфокислотный стиролдивинилбензольный пористый катионит в Ca²⁺ форме, а затем через высокоосновный анионит в OH^-- форме. Пористый катионит элюируют водой, выделяя бетаиновую фракцию. Анионит элюируют щелочным раствором с получением фракции, содержащей глутаминат натрия. Сахарную фракцию после очистки на анионите карбонизуют, отделяя осадок. Гелевый катионит регенерируют кальцийсодержащим раствором. Процесс реализуется в непрерывном режиме. 7 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области ионного обмена, в частности к ионообменной технологии разделения мелассы на ценные компоненты, такие как сахар, бетаин и глутаминовая кислота.

Известен способ выделения бетаина и сахарной фракции путем пропускания мелассы через хроматографическую колонну, заполненную сульфированной полистиролдивинилбензольной катионообменной смолой в Na⁺ форме с последующим элюированием ее водой и фракционным отбором. Одна из фракций, являющаяся отходом, выводится из процесса и используется в качестве кормового концентрата, одна из фракций является сахарной, одна из фракций бетаиновая и еще четыре фракции возвращаются в систему и объединяются с сырой мелассой. (Патент СССР N 1189334, В 01 Д 15/04, 1985).

Вышеописанный процесс реализован в периодическом режиме, является водо- и энергоемким и сопряжен с образованием большого количества сточных вод.

Известен ионообменный способ переработки мелассы, включающий пропускание раствора мелассы через сильнокислотный катионит в H форме, затем через анионит в OH форме с получением сахарной фракции, после чего катионит регенерируют серной кислотой с получением фракции, обогащенной бетаином, а анионит регенерируют раствором соды с получением фракции, содержащей соли пирролидонкарбоновой и глутаминовой кислот. (Г.Б. Аймухамедова, К.П. Захаров "Значение и методы получения глутаминовой кислоты, бетаина и их производных", Фрунзе, 1962, стр. 66).

Вышеописанный процесс также является периодическим, сопряжен с высоким расходом реагентов и образованием большого количества сточных вод.

Задачей настоящего изобретения является разработка бессточной и безотходной технологии ионообменной переработки мелассы на сахарную фракцию, фракцию, содержащую соли глутаминовой кислоты и бетаинсодержащую фракцию.

Поставленная задача решается описываемым способом комплексной переработки мелассы, включающим пропускание раствора мелассы последовательно через два катионита, вначале через сульфокислотный стиролдивинилбензольный гелевый катионит в Ca²⁺ форме, затем через сульфокислотный стиролдивинилбензольный пористый катионит в Ca²⁺ форме, затем через высокоосновный анионит в OH^- форме с получением сахарной фракции, которую подвергают углекислотной сатурации с отделением осадка, регенерацию гелевого катионита кальцийсодержащим раствором, элюирование водой пористого катионита с получением фракции, обогащенной бетаином и, возможно, последующим ее упариванием и элюирование анионита щелочным раствором с получением фракции, содержащей соли пирролидонкарбоновой и глутаминовой кислот. Кроме того, при элюировании пористого катионита водой дополнительно выделяют промежуточную кальцийсодержащую фракцию.

Поставленная задача решается также тем, что пропускание раствора мелассы через гелевый катионит в Ca²⁺ форме ведут со скоростью 5 6 м³/м²час при температуре 50 70^оС.

Через пористый катионит в Ca²⁺ форме раствор мелассы пропускают со скоростью 0,8 1 м³/м²час при температуре 88 92^оС с использованием предпочтительно противоточной ионообменной колонны. Через анионит в OH^- форме раствор пропускают со скоростью 2 3 м³/м²час при температуре 20 30^оС.

В качестве кальцийсодержащего раствора для регенерации гелевого катионита предпочтительно используют промежуточную кальцийсодержащую фракцию и/или сок 1 сатурации свеклосахарного производства.

Сущность изобретения состоит в том, что обязательным условием успешного хроматографического разделения мелассы на ценные компоненты является предварительная корректировка ионного состава мелассы, поскольку в ней содержатся ионы К⁺ и Na⁺, снижающие эффективность разделения. В связи с этим предусмотрена стадия пропускания раствора мелассы с относительно высокой скоростью через гелевый катионит в Ca²⁺ форме. Регенерация гелевого катионита может быть проведена промежуточной кальцийсодержащей фракцией и/или соком 1 сатурации свеклосахарного производства, которые содержат кальцийсодержащие соединения, что приводит к экономии реагентов и созданию бессточной схемы.

Разделение мелассы на сахарную и несахарную фракции осуществляется на пористом катионите в Ca²⁺ форме, предпочтительно помещенном в противоточный аппарат, например, U образной формы. Раствор мелассы пропускают снизу вверх одной ветви колонны, а из ее верхней части отводят сахарную фракцию, из нижней части колонны периодически перегружают часть отработанного катионита, которая в другой ветви колонны элюируется водой, пропускаемой сверху вниз. Отмытый катионит возвращают в первую ветвь колонны, осуществляя таким образом непрерывный процесс.

При элюировании катионита, предпочтительно горячей водой, вытесняется раствор мелассы из межзеренного пространства и возвращается в первую ветвь колонны на разделение. При элюировании также образуются промежуточная фракция, обогащенная кальциевыми солями карбоновых и аминокислот и красящими веществами (кальцийсодержащая фракция), и фракция, обогащенная бетаином (бетаиновая фракция). В бетаиновой фракции содержится до 50% бетаина, поступившего с мелассой с доброкачественностью по бетаину 90% и практически отсутствует сахар.

Как показали наши исследования, основное количество глутаминовой кислоты, присутствующей в мелассе находится в сахарной фракции. Для ее выделения раствор пропускают через высокоосновный анионит в OH^- форме. При этом сахарная фракция осветляется и подщелачивается. Далее ее подвергают углекислотной сатурации, отделяют осадок CaCO₃. Доброкачественность сахарной фракции повышается до 92 93% что позволяет получить из нее как жидкий, так и кристаллический сахар. Задержанная анионитом пирролидонкарбоновая кислота элюируется затем щелочным раствором, при этом в первой же фракции вымывается до 90% пирролидонкарбоновой кислоты в виде ее натриевой соли, которая известным методом, например, щелочным гидролизом, переводится в глутаминат натрия, а после подкисления раствора последнего образуются кристаллы глутаминовой кислоты.

Оптимальные параметры процесса подобраны опытным путем. Осуществление способа вышеописанным образом позволило провести хроматографическое разделение мелассы на ценные компоненты в непрерывном режиме без образования токсичных отходов и неутилизируемых сточных вод.

Ниже приводится наилучший пример реализации способа, не ограничивающий объем настоящего изобретения.

П р и м е р. 1000 кг мелассы, содержащей 52,4% сахара, 85,6% сухих веществ с доброкачественностью 61,2% разбавляют водой в 2 раза, фильтруют и направляют в ионообменную колонну, заполненную гелевым катионитом КУ-2х8 в Ca²⁺ форме. Раствор пропускают со скоростью 5,5 м³/м²ч при t 60^оС.

Раствор мелассы собирают в промежуточную емкость, из которой насосом подают на хроматографическое разделение в нижнюю часть, например, левой ветви U образной противоточной колонны, заполненной пористым катионитом КУ-23х6 в Ca²⁺ форме. Раствор пропускают со скоростью 0,9 м³/м²ч при t 90^оС. При этом из верхней части левой ветви колонны выводят раствор, а в правую ветвь колонны сверху вниз подают воду (3600 кг) при t90^оС для элюирования пористого катионита, отбирая при этом фракцию, содержащую бетаин и промежуточную кальцийсодержащую фракцию.

Полученную бетаиновую фракцию в количестве 1900 кг с содержанием сухих веществ 1,97% в том числе: Ca²⁺ 1,1 г/л, Bet 1,77% и Glu 0, подвергают упариванию до получения кристаллического бетаина.

Промежуточную кальцийсодержащую фракцию в количестве 1700 кг, содержащую сухих веществ 19,3% в том числе: Ca²⁺ 10 г/л, сах. 6,12% Glu 0,34% Bet 1,64% далее подают на регенерацию гелевого катионита, использованного для ионообменной корректировки мелассы. Отработанный регенерационный раствор может использоваться в качестве кормового концентрата.

Выведенный после хроматографического разделения на пористом катионите КУ-23х6 раствор в количестве 2000 кг, содержащий сухих веществ 24,4% в том числе: сах. 21% Ca²⁺ 3 г/л, Glu 1,93% Bet 0, направляют на колонну с высокоосновным анионитом AB-17х8 в OH форме и пропускают через колонну со скоростью 2,5 м/м час при t 25^оС. После пропускания через анионит сахарная фракция имеет pH 12, доброкачественность 92% Ca²⁺ 3,0 г/л, Bet 0, Glu 0,18% Далее раствор подвергают углекислотной сатурации, подавая CO₂ в количестве 5,6 кг, фильтруют, отделяют осадок CaCO₃ в количестве 18,6 кг и получают 1987 кг товарной сахарной фракции с доброкачественностью 93,1% содержащей сухих веществ 22,7% в том числе: сах. 21,1% Сa²⁺ 0,1 г/л, Glu 0,18% Анионит элюируют, подавая 1740 кг 1,5 н раствора NaOH при t 60^оС с отбором первой фракции в количестве 580 кг, содержащей соли пирролидонкарбоновой и глутаминовой кислот при содержании Glu 5,86% NaOH 3,76% и возвратом 1160 кг щелочного раствора для элюирования анионита в следующем цикле.

Далее анионит промывают водой, которую затем используют для приготовления щелочного раствора, а глутаминовую фракцию подвергают щелочному гидролизу, упариванию, нейтрализации с получением концентрата глутамината натрия, содержащего 30,8% последнего.

Как видно из приведенного примера, предлагаемая технология хроматографического разделения мелассы позволяет реализовать непрерывный процесс с невысоким расходом реагентов, исключить образование неутилизируемых отходов, при этом выделить из мелассы 80% сахара, 46% бетаина, 76% глутамината натрия.

Процесс реализуется на простом оборудовании и характеризуется невысокими энергозатратами.

Формула изобретения

1. ИОНООБМЕННЫЙ СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МЕЛАССЫ, включающий пропускание раствора мелассы через сильнокислотный катионит и через анионит в ОН-форме с получением сахарной фракции, элюирование катионита с получением фракции, обогащенной бетаином, элюирование анионита щелочным раствором с получением фракции, содержащей соли пиролидонкарбоновой и глутаминовой кислот, отличающийся тем, что раствор мелассы пропускают последовательно через два катионита, вначале через сульфокислотный стиролдивинилбензольный гелевый катионит в Са-форме, затем через сульфокислотный стиролдивинилбензольный пористый катионит в Са-форме, в качестве анионита используют высокоосновной анионит в ОН-форме, причем после пропускания через него раствора выходящую сахарную фракцию подвергают углекислотной сатурации с отделением осадка, при этом элюирование пористого катионита проводят водой с выделением бетаиновой фракции, а гелевый катионит подвергают регенерации кальцийсодержащим раствором.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделенную бетаиновую фракцию дополнительно упаривают.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при элюировании пористого катионита водой дополнительно выделяют промежуточную кальцийсодержащую фракцию.

4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего раствора для регенерации гелевого катионита используют промежуточную кальцийсодержащую фракцию и/или сок I сатурации свеклосахарного производства.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропускание раствора мелассы через гелевый катионит в Са-форме ведут со скоростью 5 6 м³/м² ч при 50 70^oС.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропускание раствора мелассы через пористый катионит в Са-форме ведут со скоростью 0,8 1 м³/м² ч при 88 92^oС.

7. Способ по пп.1 и 6, отличающийся тем, что раствор мелассы пропускают через пористый катионит в Са-форме в противоточной колонне.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что через анионит раствор пропускают со скоростью 2 3 м³/м² ч при 20 30^oС.