Sposób wytwarzania luźnej masy filtracyjnej

R ZEC ZPO SPO LITA
POLSKA
(12) OPIS PATENTOWY (19) PL
(21) Numer zgłoszenia:
306237
(11) 173537
(13) B1
( 5 1 ) IntCl6:
B01D 39/02
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(
(43)
5
4
)
(22) Data zgłoszenia
Sposób wytwarzania luźnej masy filtracyjnej
Zgłoszenie ogłoszono:
24.06.1996 BUP 13/96
(45)
PL 173537
B1
(57)
10.12.1994
O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.03.1998 WUP 03/98
(73)
(72)
Uprawniony z patentu:
Gonera Henryk, Łódź, PL
Gołdyń Piotr, Pabianice, PL
Twórcy wynalazku:
Henryk Gonera, Łódź, PL
Piotr Gołdyń, Pabianice, PL
1. Sposób wytwarzania luźnej masy filtracyjnej, przeznaczonej zwłaszcza do
wstępnego klarowania płynów spożywczych, znamienny tym, że suchą pilśń naturalnych
włókien celulozowych, samą lub z dodatkiem żywic kationowych i pomocniczych
substancji filtracyjnych, poddaje się działaniu sił udarowych, miażdżących i rozrywających, w dwóch, bezpośrednio po sobie następujących operacjach, z których
pierwsza obejmuje rozwłóknienie tej suchej pilśni, a druga mielenie, przy czym obie
te operacje przebiegają z równoczesnym sortowaniem.
Sposób wytwarzania luźnej masy filtracyjnej
Zastrzeżenia patentowe
1. Sposób wytwarzania luźnej masy filtracyjnej, przeznaczonej zwłaszcza do wstępnego klarowania płynów spożywczych, znamienny tym, że suchą pilśń naturalnych włókien
celulozowych, samą lub z dodatkiem żywic kationowych i pomocniczych substancji filtracyjnych, poddaje się działaniu sił udarowych, miażdżących i rozrywających, w dwóch, bezpośrednio po sobie następujących operacjach, z których pierwsza obejmuje rozwłóknienie tej
suchej pilśni, a druga mielenie, przy czym obie te operacje przebiegają z równoczesnym
sortowaniem.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pilśń włóknista zawiera włókna z trwale
osadzonymi na jej powierzchni żywicami kationowymi.
3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że żywice kationowe zostały
osadzone na włóknach w trakcie formowania pilśni.
4. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że żywice kationowe zostały
osadzone na włóknach w wyniku powierzchniowego nasycenia pilśni włóknistej.
5. Sposób według zastrz. 1 lub 4, znamienny tym, że jako żywicę kationową stosuje się
poliamido-poliamino-epichlorohydrynę.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włóknista pilśń została uformowana z
masy celulozowej o zawartości α-celulozy powyżej 90%.
*
*
*
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania z włókien celulozowych, luźnej masy
filtracyjnej, spełniającej rolę środka pomocniczego w procesie filtracji, zwłaszcza klarowania płynów spożywczych.
Pomocniczymi środkami filtracyjnymi nazywa się substancje mające zdolność zapobiegania lub zmniejszania blokowania porów warstwy filtracyjnej, które objawia się szczególnie w przypadku rozdzielania zawiesin o niewielkim stężeniu stosunkowo małych cząstek
zawieszonych w cieczy o dużej lepkości i występuje na przykład podczas oczyszczania
syropów cukrowych, wina, piwa, żelatyny, antybiotyków, gliceryny, rozpuszczalników, olejów transformatorowych, roztworów galwanicznych.
Używa się przy tym pras filtracyjnych, filtrów o komorach poziomych, filtrów płytowych i świecowych.
Znane jest stosowanie, jako substancji pomocniczych, materiałów o strukturze drobnoziarnistej, z których największe znaczenie ma ziemia okrzemkowa lub o strukturze
drobnowłóknistej, do których należą np. azbest i celuloza.
Dodanie do ziemi okrzemkowej materiałów włóknistych umożliwia wytwarzanie osadu o luźniejszej strukturze, zapobiega przenikaniu cząstek ziemi okrzemkowej przez pory
warstwy filtracyjnej i ułatwia oddzielenie od niej warstwy substancji pomocniczej.
Do niedawna, jako główną substancję włóknistą, stosowano do tego celu azbest. Zakaz
stosowania azbestu z powodu jego rakotwórczego działania, spowodował potrzebę poszukiwania materiałów zastępczych i zwiększył znaczenie włókien celulozowych, stosowanych
dotychczas w mieszaninie z włóknami azbestowymi, z dobrym skutkiem synergetycznym, co
wynika z komplementarnego charakteru włókien azbestowych i włókien celulozowych.
Włókna azbestowe wykazują w zawiesinie wodnej, w szerokim zakresie pH, dodatni,
przeciwny w stosunku do włókien celulozowych, ładunek elektrokinetyczny.
Ponadto włókna azbestowe, w odróżnieniu od włókien celulozowych, nie wykazują
tendencji do pęcznienia.
173 537
3
Celem wynalazku jest opracowanie takiej techniki obróbki włókien celulozowych,
która nada im cechy mieszaniny włókien azbestowych i celulozowych, czyli, przede wszystkim silnie rozwiniętą powierzchnię, a także jednoczesną obecność ośrodków o dodatnim
i ujemnym potencjale elektrokinetycznym, zawierającej cząstki dające się łatwo i w sposób
jednorodny rozprowadzić w cieczy.
Znane jest w papiernictwie rozwijanie powierzchni włókien celulozowych przez ich
mielenie w zawiesinie wodnej, ale metoda ta nie pozwala na osiągnięcie założonego
wyżej celu, ponieważ jednocześnie z fibrylacją zewnętrzną, czyli rozszczepianiem ścianki
komórkowej włókien na fibryle, zachodzi tam fibrylacja wewnętrzna, związana z silnym
wchłanianiem wody. Powoduje to niepożądany wzrost oporów przepływu warstwy
filtracyjnej, utworzonej z tych włókien.
W sposobie według wynalazku rozwinięcie powierzchni włókien, zapewniające
nadanie im pożądanej charakterystyki filtracyjnej, osiąga się w drodze specjalnej obróbki
mechanicznej oraz, w przypadku potrzeby nadania włóknom dodatkowych własności
niezbędnych przy filtracji płynów spożywczych - wstępnej obróbki chemicznej.
W sposobie według wynalazku suchą pilśń naturalnych włókien celulozowych, samą
lub z dodatkiem żywic kationowych i pomocniczych substancji filtracyjnych, poddaje się
działaniu sił udarowych, miażdżących i rozrywających, w dwóch, bezpośrednio po sobie
następujących etapach. W pierwszym dokonuje się operacji rozwłókniania, czyli rozdrobnienia suchej pilśni na pojedyncze włókna lub ich pęczki. Drugi etap obejmuje operację
mielenia. Następuje tu pożądane rozwinięcie powierzchni włókien. Zarówno rozwłóknianie
jak i mielenie przebiegają z równoczesnym sortowaniem.
Mechaniczną obróbkę prowadzi się w urządzeniu działającym na zasadzie młyna
młotkowego. Znane jest stosowanie młynów młotkowych do rozdrabniania np. minerałów.
Przeznaczona do obróbki, sposobem według wynalazku, włóknista pilśń ma postać
wstęgi lub arkuszy. Formuje się ją z mas celulozowych, znanymi metodami papierniczymi.
Do rozmaitych zastosowań wytworzonej z niej masy filtracyjnej pożądana jest
obecność ośrodków o różnych potencjałach elektrokinetycznych.
Według wynalazku zastosowano do tego celu żywice kationowe, które powinny być
trwale osadzone na włóknach pilśni. Jeżeli żywice te wprowadzane są podczas procesu
formowania pilśni, zostają osadzone na wszystkich włóknach. Taką pilśń stosuje się na masę
filtracyjną, od której wymaga się wyłącznie dodatniego lub obojętnego potencjału elektrokinetycznego.
Jeżeli wymagane jest, aby masa filtracyjna zawierała tylko część włókien z silnymi
ośrodkami dodatnimi lub jednocześnie, dodatnie i ujemne potencjały elektrokinetyczne, jak
to ma miejsce w przypadku płynów spożywczych, żywice osadza się na włóknach w wyniku
powierzchniowego nasycenia już uformowanej włóknistej pilśni.
Jako żywicę kationową najlepiej jest w tym przypadku stosować poliamido-poliamino-epichlorohydrynę.
Stwierdzono, że włókna celulozowe nie ulegają zmianom chemicznym, natomiast
żywice, dzięki odmiennym ładunkom, tworzą na ich powierzchni cieniutką błonkę, łączącą
włókna zarówno w stanie suchym jak i mokrym. Błonka ta utrudnia przenikanie wody w
głąb włókien, zmniejszając tym samym ich zdolność pęcznienia, a więc i odkształcania się
pod wpływem ciśnienia w procesie filtracji. Żywice stosuje się w stanie częściowo
skondensowanym, w postaci roztworu koloidalnego, który ulega adsorpcji na włóknach
i w czasie suszenia pilśni szybko utwardza się, dzięki procesowi polikondensacji.
Według wynalazku, przeznaczona do obróbki włóknista pilśń może zawierać
również dodatek pomocniczych substancji filtracyjnych, drobnoziarnistych, takich jak
ziemia okrzemkowa lub perlit i/lub włókien pochodzenia mineralnego, za wyjątkiem azbestu.
Uzyskany produkt ma postać lekkiego, zwartego puchu, który można również mieszać
ze środkami pomocniczymi dopiero u użytkownika. Jednak dodanie tych środków do pilśni
eliminuje tę dodatkową czynność i ułatwia stosowanie pomocniczego środka filtracyjnego.
Dodatek żywic, osadzonych trwale na włóknach pilśni umożliwia zastosowanie
uzyskanej z niej luźnej masy do filtracji zawiesin o niewielkim stężeniu stosunkowo małych
4
173 537
cząstek zawieszonych w cieczy o dużej lepkości, w tym płynów spożywczych. Masa
odznacza się dużą jednorodnością i daje się łatwo rozprowadzać w cieczy.
Przy przeznaczeniu do filtracji płynów spożywczych korzystne jest aby włóknista pilśń
została uformowana z masy celulozowej o zawartości a celulozy powyżej 90% wagowych,
ze względu na wymagania wysokiej czystości chemicznej.
Przydatność masy według wynalazku do wstępnej filtracji płynów, zwłaszcza spożywczych potwierdzono w szeregu badań przeprowadzonych m. in. przez Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego w Warszawie.
P r z y k ł a d . Włóknistą wstęgę o gramaturze około 500 g/m2, uformowaną techniką
papierniczą z wodnej zawiesiny bielonych mas celulozowych, sosnowej i bukowej, o łącznej
zawartości a celulozy wynoszącej 90%, poddano powierzchniowemu nasyceniu, w prasie
rotograwiurowej, wodnym roztworem zawierającym 12% kationowej żywicy poliamidopoliamino-epichlorohydrynowej typu Kymene 558 firmy Hercules. Ilość naniesionego roztworu wynosiła 40 g/m2, co odpowiada 1% zawartości żywicy w stosunku do masy włókien.
Nasyconą wstęgę suszono w suszami konwekcyjnej w temperaturze 120°C, a następnie
składowano w ciągu kilku dni w celu zapewnienia warunków dla pełnej kondensacji żywicy
i trwałego jej związania z włóknami. Po tym czasie wstęgę rozwłókniano i mielono w młynie
młotkowym z dwiema strefami roboczymi.
W pierwszej strefie następowało rozdrobnienie doprowadzanej w sposób ciągły wstęgi
na płatki i rozbijanie ich na oddzielne włókna lub drobne pęczki włókien przechodzące do
drugiej strefy przez ruszt z otworami o średnicy 4 mm. W drugiej strefie dokonywano
mielenia samych włókien na cząstki przechodzące przez ruszt o otworach mniejszych niż w
pierwszej strefie. Zużycie energii wyniosło około 0,5 kWh/kg. Uzyskano masę w postaci
lekkiego, zwartego puchu, dającą się łatwo doprowadzać do stanu jednorodnej zawiesiny.
Tak przygotowana masa luźnych włókien nadaje się do klarowania płynów spożywczych, co
potwierdzają wyniki przedstawione w poniższej tabeli.
Tabela
Wariant filtracji
Klarowność filtratu
(jednostki NTU)
Wydajność filtracji
(1/hm 2)
Wariant I
- bez udziału masy
- z 10% udziałem masy
7,1
7,2
1785
3 387
Wariant II
-bez udziału masy
- z 10% udziałem masy
9,5
7,7
2 222
Wariant III
- bez udziału masy
- z 10% udziałem masy
10,5
11,4
2 368
10 000
7 962
Wariant I = Filter Celi (ziemia okrzemkowa bardzo drobna)
Wariant II = Hyflo Super Celi i Filter Celi (ziemia okrzemkowa średnio drobna i
ziemia bardzo drobna, zmieszane w stosunku 1:1
Wariant III = Filter Celi i Hyflo Super Celi, zmieszane w stosunku 1:3
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 2,00 zł