CN101805806B

CN101805806B - 一种强化蔗汁澄清方法

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Publication number: CN101805806B
Application number: CN2009103102152A
Authority: CN
Inventors: 黄永春; 李利军; 杨锋
Original assignee: Guangxi University of Science and Technology
Current assignee: Guangxi University of Science and Technology
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-11-23
Also published as: CN101805806A

Abstract

一种强化蔗汁澄清方法，包括：预灰、一次加热、CO2饱充、硫熏中和、二次加热和沉降工序，所述的CO₂饱充工序是在经过预灰、一次加热后的混合汁中通入CO₂与Ca(OH)₂、并将混合汁通往涡流反应装置中进行CO₂饱充反应，再将从涡流反应装置出来的蔗汁进行硫熏中和反应或加入部分未经CO₂饱充反应的混合汁一起进行硫熏中和反应；在CO2饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)₂的用量为蔗汁重量的0.05％左右，CO₂的用量与Ca(OH)₂用量的摩尔比为1∶1；在硫熏中和反应工序添加的SO₂、Ca(OH)₂的量为传统硫熏中和反应所需量的55~95％。该方法能提高蔗汁中和反应速度和反应程度，提高脱色效果、降低残硫量。

Description

一种强化蔗汁澄清方法

【技术领域】

本发明涉及一种制糖工艺方法，尤其涉及一种改进的蔗汁澄清工艺方法。

【背景技术】

白砂糖色值和含硫量是白砂糖最重要、技术难度最大的质量指标。糖厂的脱色是通过澄清工序完成的。目前糖厂最常用的澄清工艺主要是亚硫酸法和碳酸法。亚硫酸法澄清工艺中，通过添加SO₂、石灰乳和磷酸，形成亚硫酸钙沉淀和磷酸钙沉淀从而将糖汁中的胶体、色素吸附而除去。亚硫酸法的优点是工艺流程短、设备简单，投资少，但澄清效果不如碳酸法。碳酸法澄清工艺中，是通过添加CO₂、石灰乳，形成碳酸钙沉淀将糖汁中的胶体、色素吸附而除去。碳酸法在处理蔗汁过程中可取得较好的处理效果，其根本原因是碳酸钙的吸附能力比亚硫酸钙强。但碳酸法澄清工艺流程复杂、需要的设备较多，且石灰和CO₂用量大，投资较大，因而目前已逐渐被亚硫酸法取代。

开发一种兼有亚硫酸法和碳酸法两者的优点，同时又具有投资少的澄清新工艺，是制糖领域中比较关心的问题；为此，有关亚硫酸法和碳酸法相结合的蔗汁澄清工艺方法，相继有公开号为：CN1317577A、CN101280344A的专利技术公开，但这些方法仅仅是将两种方法简单地结合，还不能大大提高中和反应速度和反应程度，提高脱色效果。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是：提供一种兼有亚硫酸法和碳酸法两者的优点，同时又具有投资少、能提高中和反应速度和反应程度，提高脱色效果、降低残硫量之优点的一种强化蔗汁澄清方法，以解决上述已有技术存在的上述问题。

解决上述技术问题的技术方案是：一种强化蔗汁澄清方法，基于亚硫酸法和碳酸法，它是通过先将CO₂和Ca(OH)₂添加到蔗汁中、并在涡流反应装置中进行反应，产生纳米级的超细碳酸钙颗粒，将这些超细碳酸钙颗粒作为硫熏中和反应中SO₃ ^2-和Ca²⁺反应形成的CaSO₃的晶核，使在较低的过饱和度下形成CaSO₃沉淀的蔗汁澄清工艺方法。

其具体技术方案是：一种强化蔗汁澄清方法，适用于碳酸法和亚硫酸法结合的澄清工艺，包括：预灰、一次加热、CO₂饱充、硫熏中和、二次加热和沉降工序，所述的CO₂饱充工序是在经过预灰、一次加热后的混合汁中通入CO₂与Ca(OH)₂，并将混合汁通往涡流反应装置中进行CO₂饱充反应，再将从涡流反应装置出来的蔗汁进行硫熏中和反应或加入部分未经通入CO₂与Ca(OH)₂的混合汁一起进行硫熏中和反应。

采用本发明的强化蔗汁澄清方法，具有以下有益效果：

(1)硫熏中和后经过沉降澄清得到的蔗汁中残留的SO₃ ^2-含量低，白砂糖成品中的残硫量亦低，大大提高了成品糖的质量。

硫熏中和后经过沉降澄清得到的蔗汁中SO₃ ^2-的含量，直接影响到白砂糖中二氧化硫的含量以及成品糖的质量。因此如何有效减少白砂糖中二氧化硫含量，是糖厂面临的一个重要问题，尤其在生产出现波动时更加容易产生二氧化硫含量超标的情况。本发明的实施，一方面使CO₂和Ca(OH)₂在涡流反应装置进行反应，涡流反应装置中产生强烈的湍流和摽栈瘮效应：湍流产生的机械冲击力及强的剪切作用使体系的扩散速率加快，混合均匀；摽栈瘮的聚能效应能给过饱和溶液提供能量，提高整个系统的振动能，在极小的空间和极短的时间内产生冲击波和射流，并且界面效应降低了结晶能，使CaCO₃沉淀生成速率提高几个数量级，在极短的时间内形成大量纳米级的颗粒；另一方面，这些纳米级CaCO₃颗粒作为晶核，结果使硫熏中和程序中，SO₃ ^2-和Ca²⁺过饱和溶液在介稳区(较低过饱和度)就可以实现CaSO₃沉淀的形成和长大，大大降低了清汁中残留的SO₃ ^2-的含量(和一般的硫熏中和方法相比，SO₃ ^2-残留量降低30％以上)，从而为最终降低白砂糖成品中的残硫量提供了必要条件。

(2)糖汁及白砂糖成品中残留的Ca²⁺含量低：

糖汁残留Ca²⁺含量高，一方面会导致产品灰分高，降低产品的质量，同时糖汁中无机物的含量高，会使造蜜率升高，糖分收回率降低；另一方面，糖汁中残留的Ca²⁺等无机盐，会使设备管道积垢严重，降低传热效率，增加能耗和降低生产效率。由于本发明方法不是简单的将碳酸法和亚硫酸法相叠加，它是通过先将CO₂和Ca(OH)₂添加到蔗汁中、并在涡流反应装置中进行CO₂饱充反应，产生纳米级的超细碳酸钙颗粒，将这些超细碳酸钙颗粒作为硫熏中和反应中SO₃ ^2-和Ca²⁺反应形成的CaSO₃的晶核，因此，在本发明的CO₂饱充工序，向混合汁中通入的CO₂和Ca(OH)₂的用量为蔗汁重量的0.01~0.099％，比普通的CO₂饱充工序中CO₂和Ca(OH)₂的用量少的多；在硫熏中和反应添加的SO₂、Ca(OH)₂的量也仅仅为传统硫熏中和反应所需量的55~95％；因此，本发明的实施，不仅使清汁中残留的SO₃ ^2-含量低，还大大降低了清汁中Ca²⁺的含量(和一般的硫熏中和方法相比，Ca^2+-残留量降低30％以上)，从而避免了由于蔗汁中残留Ca²⁺较多而导致的诸如产品灰分高、糖分收回率降低、增加设备管道的积垢等不利影响。

(3)反应速度快，沉淀颗粒结实，吸附性能好：

在制糖澄清过程，主要是靠SO₃ ^2-和Ca²⁺反应形成CaSO₃沉淀、或者CO₃ ^2-和Ca²⁺反应形成CaCO₃沉淀以及PO₄ ^3-和Ca²⁺反应形成Ca₃(PO₄)₂沉淀从而将糖汁中的胶体、色素吸附而除去。亚硫酸钙沉淀或者碳酸钙和磷酸钙沉淀对胶体色素的吸附能力直接影响到澄清脱色效果，而沉淀颗粒的结实程度，即密度大小又直接影响到其沉降性能。本发明的实施，在涡流条件下由于高度湍流和摽栈瘮效应的作用产生的超细碳酸钙具有较大的比表面积，吸附作用较大，因此它也能有效地吸附蔗汁中的胶体和色素；另一方面，超细碳酸钙的晶核作用使胶体物质和其它非糖分形成大颗粒沉淀物，更有利于沉淀物的沉降，并提高了蔗汁的沉降速度。

(4)产生的沉淀颗粒均匀：

SO₃ ^2-和Ca²⁺反应形成CaSO₃沉淀颗粒的大小均匀性影响到颗粒在沉降器中沉降的稳定性及均衡性。如果颗粒不均匀，会造成沉降器中沉降不均匀，局部沉降过快，而局部沉降过慢，严重时还可能使沉降器中出现对流翻滚情况，造成沉降效果变差，降低清净效率。因而，CaSO₃沉淀颗粒大小均匀性是保证或提高沉降效果从而提高清净效率的关键因素之一。本发明的实施，在涡流条件下由于高度湍流和摽栈瘮效应的作用产生的超细碳酸钙作为CaSO₃沉淀的晶核，使CaSO₃沉淀形成速度快，颗粒尺寸范围分布较窄，颗粒均匀，增加了蔗汁澄清过程的稳定性，提高了澄清效果。

综上所述，本发明的实施，使SO₃ ^2-和Ca²⁺的浓度在比常规情况下低得多时，即过饱和系数很小时，便能够形成较多的沉淀，使SO₃ ^2-和Ca²⁺的反应更加充分，同时反应速度大大加快，使沉淀颗粒比常规情况下更加大且致密，结果一方面使得糖汁中残留的SO₃ ^2-、Ca²⁺降低，提高成品白砂糖的质量以及糖分收回率，减少管道积垢情况；另一方面又使得CaSO₃具有更强的脱色能力而使得澄清效果更加显著。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种强化蔗汁澄清方法的技术特征作进一步的说明。

【附图说明】

图1：本发明实施例一之一种强化蔗汁澄清方法的工艺流程框图；

图2：本发明实施例二之一种强化蔗汁澄清方法的工艺流程框图。

【具体实施方式】

实施例一：

一种强化蔗汁澄清方法，基于亚硫酸法和碳酸法，它是通过先将CO₂和Ca(OH)₂添加到蔗汁中、并在涡流反应装置中进行反应，产生纳米级的超细碳酸钙颗粒，将这些超细碳酸钙颗粒作为硫熏中和反应中SO₃ ^2-和Ca²⁺反应形成的CaSO₃的晶核，使在较低的过饱和度下形成CaSO₃沉淀的蔗汁澄清工艺方法。

其具体工艺过程包括：预灰、一次加热、CO₂饱充、硫熏中和、二次加热和沉降工序(参见图1)，所述的CO₂饱充工序是在经过预灰、一次加热后的全部混合汁中通入CO₂与Ca(OH)₂、并将混合汁通往涡流反应装置中进行CO₂饱充反应，再将从涡流反应装置出来的蔗汁进行硫熏中和反应；在CO₂饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)₂的用量为蔗汁重量的0.05％，CO₂的用量与Ca(OH)₂用量的摩尔比为1∶1；硫熏中和反应添加的SO₂、Ca(OH)₂的量为传统硫熏中和反应所需量的55~90％。

实施例二：

一种强化蔗汁澄清方法，其基本原理同实施例一，所不同之处在于：它只是将一部分经过预灰、一次加热后的混合蔗汁进行CO₂饱充工序处理，即：CO₂饱充工序是在经过预灰、一次加热后的一部分混合汁中通入CO₂与Ca(OH)₂，并将混合汁通往涡流反应装置中进行CO₂饱充反应，然后将该部分经过在涡流反应装置中进行CO₂饱充工序处理后的蔗汁与另一部分只经过预灰、一次加热后而未经过CO₂饱充工序处理的混合汁混合在一起进行硫熏中和反应；其具体工艺过程参见图2；在硫熏中和工序，经过CO₂饱充工序处理部分的量与未经过CO₂饱充工序处理部分的量的比例以重量份数计算为：1∶2，在CO₂饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)₂的用量为蔗汁重量的0.07％，CO₂的用量与Ca(OH)₂用量的摩尔比为1∶1；硫熏中和反应添加的SO₂、Ca(OH)₂的量为传统硫熏中和反应所需量的60~95％。

作为本发明实施例二的一种变换，在硫熏中和工序，经过CO₂饱充工序处理部分蔗汁的量与未经过CO₂饱充工序处理部分蔗汁的量的比例可以增减，可以是：1∶1、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6或1∶7，甚至更多，一般以重量份数计算为：1∶1～9中的任何一个数值。

本发明各实施例中，所述的涡流反应装置是一种能够产生强的机械冲击力及强的剪切力、并能够产生空化作用的高速涡流反应装置，例如：涡流反应器或涡流泵。

本发明各实施例中，磷酸的添加方式和添加时间、数量与普通的亚硫酸法澄清工艺中相同，此处不再赘述。

作为本发明实施例一、实施例二的一种变换，在CO2饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)₂的用量还可以增加或减少，一般Ca(OH)₂的用量为蔗汁重量的0.02~0.099％，当CO2饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)₂的用量减少，则在硫熏中和反应添加的SO₂、Ca(OH)₂的量就增加，若当CO2饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)₂的用量增加，则在硫熏中和反应添加的SO₂、Ca(OH)₂的量就减少，一般在硫熏中和反应中添加的SO₂、Ca(OH)₂的量为传统硫熏中和反应所需量的55~95％，参见附表一：强化蔗汁澄清方法中，添加的CO₂和Ca(OH)₂以及SO₂、Ca(OH)₂用量一览表；而且，根据需要，还可以增加或减少。

由于在不脱离本发明的精神或必要特征的情况下，本发明强化蔗汁澄清方法中，添加的CO₂和Ca(OH)₂以及SO₂、Ca(OH)₂用量并不受限于前面的文字或后附表中的数字说明，而应在所附权利要求书中限定的精神和范围内进行广泛的解释，因此所有落入权利要求书的范围或此范围的等效范围内的变化和修改均应包含在所附权利要求书中。

附表一：

本发明强化蔗汁澄清方法中，添加的CO₂和Ca(OH)₂

以及SO₂、Ca(OH)₂用量变化一览表

上表中：T：通入涡流反应装置中的混合蔗汁重量；

P：传统硫熏方法添加的SO₂和Ca(OH)₂用量。

Claims

1.一种强化蔗汁澄清方法，适用于碳酸法和亚硫酸法结合的澄清工艺，包括：预灰、一次加热、CO₂饱充、硫熏中和、二次加热和沉降工序，其特征在于：所述的CO₂饱充工序是在经过预灰、一次加热后的全部混合汁中通入CO₂与Ca(OH)₂，并将混合汁通往涡流反应装置中进行CO₂饱充反应，再将从涡流反应装置出来的蔗汁进行硫熏中和反应；

在CO₂饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)₂的用量为蔗汁重量的0.01~0.099%，CO₂的用量与Ca（OH）₂用量的摩尔比为1：1。

2.根据权利要求1所述的一种强化蔗汁澄清方法，其特征在于：所述的涡流反应装置是一种能够产生强的机械冲击力及强的剪切力、并能够产生空化作用的高速涡流反应装置。