Sposób wytwarzania luźnej masy filtracyjnej
Transkrypt
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