CN104388600A - 一种提高产率且降低白糖色值的制糖工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进的碱性亚硫酸法制糖工艺,具体涉及一种提高产率且降低白糖色值的制糖工艺。本发明通过在三个工艺点控制适当的酸碱度,而且改变传统方法中加入磷酸的时机。并且在磷酸反应一步增加了反应时间,使磷酸与清汁中的钙盐反应完全。实施本工艺方法所得到的清糖浆的色值可从2000IU降低为1700IU-1900IU,且提高了产率。
Description
技术领域
本发明属于制糖技术领域,涉及一种碱性亚硫酸法制糖工艺,具体涉及一种提高产率且降低白糖色值的制糖工艺。
背景技术
传统的亚硫酸法制糖工艺是:将中和汁pH值控制在6.8-7.2,加热到98-102℃后进入沉降器,把泥汁与清汁分离;清汁经过蒸发浓缩成锤度为60-65BX°左右的粗糖浆,在蒸发过程中粗糖浆pH值自然下降,下降幅度通常在0.4-0.8之间,至pH 6.3-6.8,而后进入糖浆上浮工序。
糖浆上浮工序是在粗糖浆中加入磷酸、石灰乳和絮凝剂,将pH值控制在6.0-6.5左右,利用磷酸与石灰乳产生的磷酸钙对糖浆中的杂质进行吸附,形成杂质和磷酸钙絮凝物,在气泡的作用下实现杂质颗粒与清糖浆的分离,清净后的糖浆被送入结晶工序。
传统亚硫酸法存在以下主要问题:
1、产率低
由于中和汁pH值接近中性(pH 6.8-7.2),因而澄清效率不高,且清汁经过蒸发阶段的高温浓缩,部分有机成分降解形成酸性物质,导致糖浆pH值下降(幅度在0.4-0.8),蔗糖在酸性条件下易分解,导致蔗汁纯度下降,增大了糖分损失。
2、提高产率则使白糖色值升高
为解决上述糖分损失问题,近年来出现了碱性亚硫酸法工艺,将中和汁pH值提高到7.8-8.2,接近pH8.2-8.4等电点,因而碱性亚硫酸法的清混汁纯度差和煮炼回收率得到较大幅度提高。
然而,由于清汁进入蒸发工序浓缩阶段后,蒸汽温度最高达到128-138℃,高温和碱性条件会使糖浆中的美拉德反应加剧,产生大量新色素,使白糖色值升高。
因而,碱性高温条件导致白糖色值增加,是采用碱性亚硫酸法提高煮炼收回率的最大障碍。
3、目前的糖浆上浮工序不能解决白糖纯度和降低色值的问题
目前糖浆上浮工序的磷酸与石灰加入点在粗糖浆阶段,而磷酸、石灰、杂质间的反应需要水介质条件下电离作用,产生酸、碱离子,由于糖浆经过浓缩后,水分含量已大为减少,糖浆浓度高、粘度大,澄清化学速度很慢,造成糖浆澄清效果不好。基于上述原因,现有糖浆上浮虽然能够降低糖浆混浊度、粘度、白糖二氧化硫,但在提高纯度、降低白糖色值方面作用很小。
4、目前亚硫酸法工艺的磷酸利用率不高
在亚硫酸法工艺中,添加磷酸和石灰形成的磷酸钙对降低白糖色值有显著作用,通常添加量为150-300ppm。目前的磷酸的添加点主要在压榨车间的混合汁箱,这个阶段的蔗汁由于含有大量蔗糠、泥沙、杂质,导致磷酸钙对色素的去除效率受到影响。
因此,在亚硫酸法制糖工艺中,需解决的问题是在不升高白糖色值的前提下,提高煮炼收回率,即,既提高白糖的产率且降低白糖色值。
发明内容
本发明的目的是改进传统的亚硫酸法制糖工艺,提供一种既能提高白糖产率,又能降低白糖色值的工艺方法。
本发明要解决的具体问题如下:
发明人发现,在亚硫酸法制糖工艺中,在不同的阶段控制好pH值对于产物的产量和品质具有至关重要的影响。在亚硫酸法制糖工艺中,硫熏中和pH值控制在碱性条件,有利于提高清汁纯度和煮炼收回率,降低吨糖成本。但高pH值、高温条件易使蔗汁中的杂质与蔗汁中的还原糖发生美拉德反应,形成新的色素,导致白糖色值升高。因此,亚硫酸法制糖生产中为了保证白糖的色值指标,以牺牲蔗汁纯度和煮炼收回率为代价,通常把中和汁pH值控制在接近中性的水平。
本发明通过研究,找到了解决白糖产率和品质这一对矛盾的方法:一是在三个工艺点控制适当的酸碱度,二是改变传统方法中加入磷酸的时机。
具体工艺流程为:
1)将蔗汁经中和反应后所得到的中和汁加热至95-105℃,送入沉降器进行液固分离,得到清汁;
2)在清汁中加入磷酸,并进行蒸发罐浓缩,得到粗糖浆;
3)在所得的粗糖浆中加入絮凝剂,经过上浮器进行浮清,得到清糖浆,进入结晶工序;
其特征是:
步骤1)中,中和汁在加热之前,应将pH值提高到7.6-9.0;
步骤2)中,清汁加入磷酸的时机,必须是在清汁蒸发浓缩之前;
步骤2)中,磷酸的加入量是将pH值降低到6.8-8.0;
步骤3)中,经过浮清的清糖浆,在结晶工工序前,pH值应控制在6.3-7.2。
更优选的方法是,步骤2)中,将加入磷酸后的清汁置于设置有搅拌器的反应器中进行反应10-120秒,搅拌速度为30-500转/分钟;然后将搅拌后的清汁送入清汁箱继续进行反应。反应时间5-30分钟,使磷酸与清汁中的钙盐反应完全。优选的反应时间是10-20分钟。
而现有工艺目前对清汁箱的停留时间不作控制,通常停留时间不足3分钟,由于磷酸与清汁中的钙盐反应不完全,导致蒸发罐积垢严重,降低蒸发效率。
上述步骤1)中所述控制中和汁的pH值,是通过加入石灰和二氧化硫,石灰用量根据所得到的pH和二氧化硫的硫熏强度设定值来控制;其中,石灰的量多将升高pH值,而二氧化硫的量多则降低pH值;
步骤3)中控制清糖浆的pH值,是通过加入石灰和磷酸,石灰和磷酸用量根据清糖浆设定的pH值控制;其中石灰的量多将升高pH值,磷酸的量多则降低pH值。
所述絮凝剂可采用本领域常用的絮凝剂,如聚丙烯酰胺、生物絮凝剂、聚合铝盐等。
絮凝剂的用量按本技术领域常用的量,达到保证得到清糖浆即可。
本发明的原理如下:
1、由于亚硫酸法是利用二氧化硫和石灰产生的亚硫酸钙对蔗汁中的杂质进行吸附,二氧化硫与石灰可以形成亚硫酸钙和亚硫酸氢钙,当pH值较低的情况下,亚硫酸氢钙比例高。由于亚硫酸氢钙的溶解度高于亚硫酸钙,会导致清汁中的钙盐含量升高和澄清效率降低,并在蒸发阶段时造成蒸发罐积垢严重,降低蒸发效率。
此外,蔗汁中杂质的两个等电点在pH8.2-8.4、pH10.5-11,当蔗汁pH值接近于该pH值范围时,杂质凝聚效率高,碳酸法制糖的一碳饱充和二碳饱充的pH值就分别采用上述两个等电点进行澄清。因而对于亚硫酸法的中和汁澄清阶段,高pH值较为有利。
但是,进入蒸发阶段后,由于蒸汽温度最高可达到128-138℃,远高于中和汁澄清时的温度,高温、高pH值条件下蔗汁中色素生成加剧,需要将蒸发过程中的清汁pH值降低下来,才能减少色值增加。由于酸性条件蔗糖易分解成还原糖,造成糖分损失,因此,pH值也不能控制太低,在甘蔗原料质量一般时,接近pH值中性是较有利的方案,如果甘蔗原料质量较高,pH值偏高也可以,目前有少数糖厂的清汁也能在pH值8.0左右进行蒸发操作。
鉴于上述理由,中和澄清、蒸发阶段两个工序的pH值控制存在矛盾。因而,在中和汁澄清完成后加入磷酸使清汁pH值降低,能够解决这个矛盾。
2、从糖浆上浮工艺角度看,传统糖浆磷浮法将磷酸添加点设置在锤度较高的粗糖浆阶段,会带来下列弊端:
1)糖浆上浮工艺是在蔗汁中加入磷酸和石灰乳,利用磷酸钙对杂质的吸附作用形成磷酸钙和杂质絮凝物,经过上浮器实现杂质与清糖浆的分离。而磷酸在水介质中电离为三级,即H3PO3可电离为H2PO3 -,HPO3 -2、PO3 -3,完全电离过程需要较长时间才能保证效果,因而在制糖生产中需要将磷酸提前加入。
而在现有糖浆上浮工艺中,磷酸添加点放在粗糖浆阶段,从添加到进入上浮器中仅有不足10分钟,这导致澄清化学反应不充分。
2)蔗汁中有无机杂质和有机杂质,无机杂质随着蒸发过程中水分不断减少逐渐析出,而有机杂质间由于有互溶作用,在糖浆浓度高时杂质溶解度增大,杂质颗粒不易析出。
3)糖浆粘度高,磷酸、石灰、杂质间澄清化学反应速度很慢,澄清效果不好。
基于上述原因,现有糖浆上浮工艺的有机杂质去除率不高,许多糖厂仅在白糖混浊度和二氧化硫偏高时才使用,在一般情况下基本处于设备关闭状态。
本发明的有益效果是:
1、解决了澄清工艺要求高pH值和蒸发工艺需要中性pH值的矛盾,即保证较高的澄清效率,又避免了蒸发过程中高温、高pH值时色素生成。
2、与传统糖浆磷浮工艺相比,将磷酸提前到清汁阶段添加,利用蔗汁低锤度条件下磷酸电离效果好、粘度低、澄清化学反应速度快的优势,保证了有机杂质的去除率。同时,在粘度高的糖浆阶段进行上浮处理,使无机杂质有效去除,最大限度地提高亚硫酸法澄清效率。
3、由于清汁的杂质、蔗糠、泥砂等物质已经去除,磷酸能够更好地与清汁中的色素进行脱色反应,因而可以显著提高清汁脱色率,并提高磷酸的利用效率。
4、本工艺方法所得到的清糖浆的色值可从2000IU降低为1700 IU-1900IU,清汁混合汁纯度差由0.73AP提高为1.35AP-2.12AP,清糖浆、清汁纯度差由-0.05AP提高为0.16AP-0.52AP。
以下是本发明方法的实施例及用传统方法做的对比例的数据对比
表1实施例与对比例比较
有关产率提高的说明
由于高纯度的糖浆在结晶时可减少废蜜带走的糖分损失,因而在其它条件不变的前提下,清糖浆纯度与产糖率正相关。根据制糖生产经验数据,清糖浆纯度每提高1AP,吨甘蔗的产糖率提高0.25%,即百万吨甘蔗可多产白糖2500吨。表1及以下实施例中所述的清汁、清糖浆纯度提高,表明废蜜量减小,因而提高了产糖率。
清汁混合汁纯度差,及清糖浆、清汁纯度差的提高,表明制糖澄清效率的提高,即在入榨甘蔗含糖分不变的条件下,清汁、糖浆中杂质减少,从而使结晶时废蜜量减少,产糖率得到提高。
附图说明
图1是本发明操作流程及所用设备的示意图。
具体实施方式
以下实施例中,除特别说明的,按以下设备和方法进行。
1、所用的设备
中和汁pH值控制采用在线pH值控制器;
沉降器为多尔沉降器;
磷酸反应系统由磷酸添加管、磷酸添加执行器、反应器、pH值采样器、控制器组成;其中,pH值采样器测量出的pH值经过A/D转换为数字信号,传输到控制器,控制器对执行器发出信号,控制磷酸添加执行器开度从而控制磷酸加入量;
糖浆上浮系统由加热器、磷酸石灰添加系统、制泡机、絮凝反应器、浮清器和自控系统组成;
所述清汁箱安装有液位自动控制装置,可根据所需反应时间调节清汁在箱中的液位。
2、所用方法
中和汁的制备方法是:蔗汁(锤度16-18BX°)泵送入硫熏中和反应器,加入石灰乳(6-8°Bé),每次中和反应的硫熏强度根据具体情况而定;
清糖浆色值用GB317-2006白砂糖方法测定;以pH(7.00±0.02)缓冲溶液溶解样品,经膜过滤后,在420nm波长条件下测量溶液的吸光系数,将吸光系数的数值乘以1000,即为国际糖品统一分析委员会(ICUMSA)色值,结果定为ICUMSA单位(IU)
混汁简纯度、清汁简纯度和清糖浆简纯度用GB317-2006白砂糖旋光光度法测定,测定仪器有装有可调整分析器的检糖器、单色光源钠光、标准石英校准管、旋光观测管(200±0,02mm)等。
实施例1
说明:本实施例中,糖浆上浮部分采用传统工艺,也加磷酸、石灰,即有两个磷酸添加点)
蔗汁中和反应的硫熏强度控制为22-25cc,将中和汁pH值控制为7.6;
中和汁被泵加热至95-98℃后,进入沉降器液固分离。蔗汁在沉降器内的停留时间为80-90分钟;
杂质沉淀在泥汁中,送入吸滤机过滤。过滤后的滤清汁经澄清后,与沉降器出来的清汁形成混合清汁(锤度14-17BX°,注:由于泥汁过滤时需要洗水,会导致滤清汁锤度有所降低)
经曲筛过滤掉蔗糠后,进入磷酸反应系统。加入磷酸,磷酸添加量为:使清汁pH值降低至6.8。
加入磷酸后的清汁进入带搅拌器的反应器中进行反应,反应时间设置为,10秒,搅拌速度设置为30转/分钟;然后将搅拌后的清汁送入清汁箱进行辅助反应;反应时间设置为5分钟,使磷酸与清汁中的钙盐反应完全。避免由于磷酸与清汁中的钙盐反应不完全,导致蒸发罐积垢严重,降低蒸发效率。
清汁经过蒸发浓缩至64-68BX°后成为粗糖浆,粗糖浆的pH值6.5左右。为了将去除杂质,需将粗糖浆送入糖浆上浮系统进行浮清。
添加磷酸、石灰形成磷酸钙对杂质进一步吸附形成颗粒物,通过溶气并加入絮凝剂,将杂质颗粒浮到上浮器液面上部,经刮板刮除,清糖浆通过浮清器下端的管道排出,被送入结晶工段。(注:该步骤采用现有糖浆上浮工艺和设备,加入磷酸和石灰的目的是为了精确控制清糖浆至所需pH值。)
糖浆上浮所添加的絮凝剂量为7ppm,清糖浆的pH值控制在6.3,磷酸添加50-100ppm,石灰乳根据控制pH值所需的量而定。
采用该方案后,清糖浆色值由实施前的2000IU降低为1900IU,对照样的混合汁纯度为85.80,清汁纯度为86.53AP,清混汁纯度差为0.73AP,清糖浆纯度为86.48AP,清糖浆、清汁纯度差为-0.05AP。
实施方案1的清汁纯度为87.15,清混汁纯度差提高至1.35AP,清糖浆纯度为87.31AP,清糖浆、清汁纯度差为0.16AP。
实施例2
说明:实施例2的中和澄清部分同实施例1,仅加热温度、反应时间、pH值等具体参数有变化。与实施例1不同之处是粗糖浆的pH值降的较低,因而糖浆上浮部分只加石灰,不加磷酸。
蔗汁(锤度16-18BX°)通过泵送入硫熏中和反应器,加入石灰乳(6-8°Bé),硫熏强度控制为25-27cc,中和汁pH值控制为8.2,中和汁pH值控制采用人工控制;中和汁被泵送入加热器加热至98-102℃后,进入沉降系统液固分离,沉降器采用单层快速沉降器,蔗汁在沉降器中水力停留时间控制在50-60分钟,杂质沉淀在泥汁中送入吸滤机过滤,滤清汁与沉降器清汁形成的混合清汁锤度(14-17BX°)经曲筛过滤掉蔗糠后,进入磷酸反应系统,加入磷酸将清汁pH值降低至7.2,磷酸添加量根据pH值控制需要而定。
加入磷酸后的清汁进入带搅拌器的反应器中进行反应,反应时间设置为120秒,搅拌速度设置为200转/分钟;加入磷酸后的清汁被送入清汁箱进行辅助反应;清汁箱内安装有固定式挡板维持箱体液位高度,在清汁流量恒定时,清汁在箱内的停留时间固定设置为10分钟,使磷酸与清汁中的钙盐反应完全。
清汁经过蒸发浓缩至60-65BX°后成为粗糖浆,粗糖浆的pH值自然降低至6.3-6.5左右,送入糖浆上浮系统进行浮清。
糖浆上浮系统由加热器、石灰乳添加系统、制泡机、絮凝反应器、浮清器和自控系统组成(注:由于粗糖浆的pH值比设定的pH值低,需再添加石灰调节升高pH值),糖浆通过溶气并加入絮凝剂,将杂质颗粒浮到上浮器液面上部,经刮板刮除,清糖浆通过浮清器下端的管道排出,被送入结晶工段。
注:这个步骤加入石灰的目的是为了精确控制清糖浆至所需pH值,如果粗糖浆pH值稳定、并且不需要调节,也可不添加石灰。
糖浆上浮所添加的絮凝剂量为8ppm,清糖浆的pH值控制在6.7。
采用该方案后,清糖浆色值由实施前的2000IU降低为1900IU,对照样的混合汁纯度为85.80,清汁纯度为86.53AP,清混汁纯度差提高0.73AP,清糖浆纯度为86.48AP,清糖浆、清汁纯度差为-0.05AP。
实施方案2的清汁纯度为87.31AP,清混汁纯度差为1.51AP,清糖浆纯度为1.63AP,清糖浆、清汁纯度差提高幅度为0.12AP。
实施例3
说明:实施例3方法的区别是:清汁中既加磷酸又加石灰,糖浆上浮部分只加絮凝剂,不加磷酸、石灰)
蔗汁(锤度16-18BX°)泵送入硫熏中和反应器,加入石灰乳(6-8°Bé),硫熏强度控制为22-25cc,中和汁pH值控制为7.8,中和汁pH值控制采用在线pH值控制器;中和汁被泵送入加热器加热至98-102℃后,进入多尔沉降器进行液固分离,蔗汁水力停留时间为90-100分钟,杂质沉淀在泥汁中,送入吸滤机过滤,滤清汁与沉降器清汁形成的混合清汁锤度(14-17BX°)经曲筛过滤掉蔗糠后,进入磷酸反应系统,将磷酸加入值固定设定在150ppm,并通过控制石灰乳加入量调节清汁pH值至7.6。(注:这个方式是将磷酸添加过量,再加入些石灰乳进行中和,使清汁达到要求的pH值)
通过pH值采样器得到的pH值经过A/D转换为数字信号,传输到控制器,控制器对变频泵发出信号,通过控制泵转速控制石灰乳加入量,达到控制清汁pH值的目的;加入磷酸后的清汁进入带搅拌器的反应器中进行反应,反应时间设置为,100秒,搅拌速度设置为400转/分钟。
加入磷酸后的清汁被送入清汁箱进行辅助反应;清汁箱安装有液位自动控制装置,可根据液位变化调节清汁在箱中的反应时间,反应时间设置为20分钟,使磷酸与清汁中的钙盐反应完全。
清汁经过蒸发浓缩至60-65BX°后成为粗糖浆,粗糖浆的pH值自然降低至6.8-7.2左右,粗糖浆送入糖浆上浮系统进行浮清。
糖浆上浮系统由加热器、制泡机、絮凝反应器、浮清器和自控系统组成(注:不加石灰乳和磷酸),糖浆溶气后加入絮凝剂,将杂质颗粒浮到上浮器液面上部,经刮板刮除,清糖浆通过浮清器下端的管道排出,被送入结晶工段。
糖浆上浮所添加的絮凝剂量为6ppm,清糖浆的pH值控制在7.0(与粗糖浆pH值相同)。
采用该方案后,清糖浆色值由实施前的2000IU降低为1700IU,对照样的混合汁纯度为85.80,清汁纯度为86.53AP,清混汁纯度差提高0.73AP,清糖浆纯度为86.48AP,清糖浆、清汁纯度差为-0.05AP。
实施方案3的清汁纯度为87.62AP,清混汁纯度差为1.82AP,清糖浆纯度为88.02AP,清糖浆、清汁纯度差提高幅度为0.4AP。
实施例4
说明:实施例4是的中和澄清pH值最高的例子,糖浆上浮部分只加磷酸,即有两个磷酸添加点
蔗汁(锤度16-18BX°)泵送入硫熏中和反应器,加入石灰乳(6-8°Bé),硫熏强度控制为26-30cc,中和汁pH值控制为9.0,中和汁pH值控制采用在线pH值控制器;中和汁被泵送入加热器加热至98-102℃后,进入快速沉降系统液固分离,蔗汁在沉降器中的水力停留时间40-50分钟。杂质沉淀在泥汁中,送入吸滤机过滤,清汁经曲筛过滤掉蔗糠后,进入磷酸反应系统,加入磷酸将清汁pH值降低至8.0,根据设定pH值需要控制磷酸添加量。
加入磷酸后的清汁进入带搅拌器的反应器中进行反应,反应时间设置为,120秒,搅拌速度设置为500转/分钟。
加入磷酸后的清汁被送入清汁箱进行辅助反应;清汁箱安装有液位自动控制装置,可根据液位变化调节清汁在箱中的反应时间,反应时间设置为30分钟,使磷酸与清汁中的钙盐充分反应。
清汁经过蒸发浓缩至67-70BX°后成为粗糖浆,粗糖浆的pH值自然降低至7.4-7.5左右,粗糖浆送入糖浆上浮系统进行浮清。
糖浆上浮系统由加热器、磷酸添加系统、制泡机、絮凝反应器、浮清器和自控系统组成(注:不加石灰乳),糖浆溶气后加入絮凝剂,将杂质颗粒浮到上浮器液面上部,经刮板刮除,清糖浆通过浮清器下端的管道排出,被送入结晶工段。
糖浆上浮所添加的絮凝剂量为8ppm,清糖浆的pH值控制在7.2。
采用该方案后,清糖浆色值由实施前的2000IU降低为1900IU,对照样的混合汁纯度为85.80,清汁纯度为86.53AP,清混汁纯度差提高0.73AP,清糖浆纯度为86.48AP,清糖浆、清汁纯度差为-0.05AP。
实施方案3的清汁纯度为87.92AP,清混汁纯度差为2.12AP,清糖浆纯度为88.44AP,清糖浆、清汁纯度差提高幅度为0.52AP。
对比例(现有技术)
按与实施例方法基本相同。
但各个阶段的有关参数按现有技术进行,如步骤1)中和汁加热前pH值7.2,步骤2)清汁pH值7.2(不加磷酸),步骤3)浮清的清糖浆pH值6.5(磷酸添加量为150ppm,石灰乳添加量根据pH值确定),
因此结果(清糖浆色值、清汁混合汁纯度差、清糖浆、清汁纯度差)也有明显区别。
具体详见前述表1。
Claims (5)
1.一种提高产率且降低白糖色值的制糖工艺,流程为:
1)将蔗汁经中和反应后所得到的中和汁加热至95-105℃,送入沉降器进行液固分离,得到清汁;
2)所述清汁中加入磷酸,进入蒸发罐浓缩,得到粗糖浆;
3)在所得的粗糖浆中加入絮凝剂,经上浮器进行浮清,得到清糖浆,进入结晶工序;
其特征是:
A步骤1)中,中和汁在加热之前,应将pH值提高到7.6-9.0;
B步骤2)中,清汁加入磷酸的时机,必须是在清汁蒸发浓缩之前;
C步骤2)中,磷酸的加入量是将pH值降低到6.8-8.0;
D步骤3)中,经过浮清的清糖浆,在结晶工工序前,pH值应控制在6.3-7.2。
2.权利要求1所述的方法,在步骤1)中提高中和汁的pH值,是通过加入石灰和二氧化硫实现,且石灰用量根据所得到的pH和二氧化硫的硫熏强度控制。
3.权利要求1所述的方法,在步骤3)中控制清糖浆的pH值,是通过加入石灰和磷酸;且石灰和磷酸用量根据清糖浆设定的pH值进行调整控制。
4.权利要求1-3任一所述的方法,步骤2)中,将加入磷酸后的清汁置于设置有搅拌器的反应器中进行反应10-120秒,搅拌速度为30-500转/分钟;然后将搅拌后的清汁送入清汁箱继续进行反应,反应时间为5-30分钟,使磷酸与清汁中的钙盐反应完全。
5.权利要求4所述的方法,所述反应时间是10-20分钟。
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