CN105002307A

CN105002307A - 离子交换纤维高效脱色无硫无磷制糖新工艺

Info

Publication number: CN105002307A
Application number: CN201410506166.0A
Authority: CN
Inventors: 周定怀; 黄健泉; 谢军年; 郑斌; 梁建斌
Original assignee: Guangxi Huazheng Technology Co Ltd
Current assignee: Guangxi Huazheng Technology Co Ltd
Priority date: 2014-09-28
Filing date: 2014-09-28
Publication date: 2015-10-28

Abstract

本发明的离子交换纤维高效脱色无硫无磷制糖新工艺，包括如下步骤：1)、压榨、筛滤、预灰、第一次加热、加石灰乳、第二次加热；然后2)沉降、三级筛滤；然后3)阴离子交换纤维脱色、阳离子交换纤维脱盐和阴离子交换纤维脱色；4)第三次加热、蒸发、煮糖、分蜜和干燥，得成品。本发明的新工艺，利用离子交换纤维的优势，实现无硫无磷，工艺简单，提高糖汁的质量指标，产品质量好，而且节约能源，减少环境污染。

Description

离子交换纤维高效脱色无硫无磷制糖新工艺

技术领域

本发明涉及制糖工艺，具体是离子交换纤维高效脱色无磷无硫制糖新工艺。

背景技术

甘蔗制糖工艺主要包括亚硫酸法、碳酸法，90％以上糖厂采用亚硫酸法生产一级白砂糖和优级白砂糖。无论采用哪种方法，都需要加入澄清剂和其它的一些成分来除去大量的色素、胶体、非糖份等杂质。现在普遍使用的澄清剂、絮凝剂等清净剂为石灰、亚硫酸钙、磷酸钙、过磷酸钙、磷酸、二氧化硫、二氧化碳等等，通过这些成分的沉淀、絮凝、络合等各种作用将色素、胶体、非糖份等杂质除去，处理后清汁色值在1500IU～2000IU以内。这些处理方式会产生大量滤泥，排出硬度高的废水，还会使蒸发罐、煮糖罐产生大量的积垢，通常需要轮换清洗；另外沉淀还存在后反应，二氧化硫会残留，蔗汁总磷酸值也容易超标，使得产品不符合白砂糖国家标准(GB317-2006)的规定。

近年来，为解决上述问题，人们都在进一步改进工艺、开发少硫少磷工艺，甚至研发无硫无磷工艺。

离子交换工艺是现代提纯分离的重要化工单元，在制糖生产中主要应用于原糖回溶、离子交换脱色二步法制备精制糖，所采用的材料为离子交换树脂。

离子交换纤维是一种新型的离子交换材料，区别于离子交换树脂颗粒状交换材料主要是在表面进行交换，因而比离子交换树脂具有交换速度快、再生快、脱色能力强等优点。应用离子交换纤维高效脱色制备精制糖的新工艺是在原有工序基础上增加了使用离子交换纤维对清汁进行脱色的工序，从而实现了一步法制备精制糖，取得了精制糖生产技术上的突破。

目前的包括使用离子交换树脂和离子交换纤维的离子交换法，可以实现少硫少磷，但实际上，传统的澄清剂、絮凝剂等清净剂中的含硫含磷成分在生产过程中会促使色素氧化而使颜色加深，酸根离子和金属离子也会被离子交换纤维所交换，反而增加交换负担。

发明内容

本发明的目的是发挥离子交换纤维的优势，克服已有技术的不足，提出离子交换纤维高效脱色无硫无磷制糖新工艺。

本发明的离子交换纤维高效脱色无硫无磷制糖新工艺，包括如下步骤：

1)、压榨、筛滤、预灰、第一次加热、加石灰乳、第二次加热；然后

2)沉降、三级筛滤；然后

3)阴离子交换纤维脱色、阳离子交换纤维脱盐和阴离子交换纤维脱色；

4)第三次加热、蒸发、煮糖、分蜜和干燥，得成品。

本发明还可以做下述改进。

在步骤1)，筛滤的筛孔为100～120目。

在步骤2)，三级筛滤的筛孔依次为：80～120目、180～220目、280～320目。

在步骤3)，阴离子交换纤维的湿视密度为0.15～0.25g/cm³，全交换容量≥3.0毫克当量/克，阳离子交换纤维的湿视密度为0.15～0.38g/cm³，全交换容量≥4.0毫克当量/克。

在步骤3)，离子交换纤维交换柱采用不锈钢柱，离子交换纤维交换装填高径比为：0.25～20，离子交换纤维装填密度为：80～120g/ml，入料PH为6～8，脱色的温度为25～100℃，脱色时糖汁流速为10～100ml/min。

作为优选方案，在步骤3)，离子交换纤维交换装填高径比为：10～15，入料PH为6.8～7.4，脱色的温度为65～80℃，脱色时糖汁流速为40～60ml/min。

本发明还包括在步骤3)之前进行预处理，包括：先经过孔径1～10μm的过滤器过滤，再经过纤维过滤器过滤；纤维过滤器中的纤维与步骤3)所用的离子交换纤维相同。糖汁中的泥、蔗渣等物质会附在纤维表层上，使纤维结块，胶体物质会附在纤维的表层上以阻碍色素的交换及再生，所以交换前必须将泥、蔗渣、胶体物质等除去。

由于经过从压榨到脱色完成后的清汁纯度一般只有86～88％，用低纯度物料煮制高纯度精制糖，是很困难的，因此需要用高纯度底料来煮制精制糖。所以，为了制备精制糖或者高质量白砂糖，也为了节省能源和缩短煮糖时间，本发明进一步，还包括在步骤4)煮糖时，用一级或优级或精制白砂糖作底料以提高纯度到90％～97％。即在清汁中加入一级或优级或精制白砂糖，将总的纯度提高到90％～97％。这样就可以顺利地制得符合要求的精制糖。

本发明在进行脱色后，符合精制糖要求的清汁按照步骤工序转入后续处理，同时为了进行生产衔接，还需要对使用一段时间后的离子交换纤维进行再生。因而本发明更进一步，还包括使用NaCl溶液或NaCl+HCl的组合溶液对第二级阳离子交换纤维再生，使用NaCl溶液和/或CaCl₂溶液对第一级、第三级阴离子交换纤维进行再生；

其中，NaCl溶液浓度为5～15％，组合溶液浓度为5～15％NaCl+1％HCl，CaCl₂溶液浓度为1～10％，再生时的温度为20～90℃，再生时间为20～60分钟，再生液的流向与糖汁流向相反。

作为优选，NaCl溶液浓度为8～12％，CaCl₂溶液浓度为3～5％，再生时的温度为70～80℃。

本发明证实，NaCl+HCl的组合再生效果最好，单纯用NaCl再生或者用其它组合进行再生其效果都比用NaCl+HCl的再生效果差。再生时加入NaCl后，首先排出黄色的色素，加入盐酸后，立即有大量的黑色素排出，纤维立即变白，这说明纤维的再生效果明显，吸附的色素很容易洗脱。

本发明中的脱色方法与过程以及装备、装配方式等均与ZL201110391576.1公开的相同，即：离子交换纤维交换柱预热或清洗完成后泵入清汁，依次经过第一级阴离子交换纤维脱色、第二级阳离子交换纤维脱盐、第三级阴离子交换纤维脱色，糖汁自下而上依次通过每个交换柱，脱色后的清汁达到精制糖清汁质量指标进入后续工序。

在解决纤维泄漏的问题以及解决交换柱的均匀性问题等方面也相同：在每节交换纤维中的上下各安装一块80目的不锈钢板，内衬一块120目的不锈钢网，在所有出口处内衬一块100目的不锈钢筛网，每节柱子安装时保证平稳。纤维的安装采用湿态装填，装填时压平压紧。

在本发明的工艺中，压榨、预灰、第一次加热、加石灰乳、第二次加热、沉降、第三次加热、蒸发、煮糖、分蜜和干燥等工序的操作都可以采用现有技术的方法，并且执行现有技术的工艺条件。

本发明的离子交换纤维高效脱色无硫无磷制糖新工艺，与传统的亚硫酸法、碳酸法工艺的区别比较见表1。

表1

亚硫酸法中用石灰+二氧化硫进行清净，又叫硫熏中和。由上表可知，本发明的新工艺没有亚硫酸法中的硫熏中和步骤与蒸发后的硫熏，也没有碳酸法工艺的一碳饱充(清净时石灰+二氧化碳)、二碳饱充，以及对二碳清汁进行硫熏、蒸发后的硫漂。因而根本就没有硫、磷的存在，是完全彻底的无硫无磷制糖新工艺。

另外，亚硫酸法和碳酸法使用硫熏、硫漂等方法降低色值，只是一种漂白效果，色基仍然还残留在糖中，时间久了依然会返黄。而本发明中的离子交换纤维对色素的去除原理不是暂时抑制，而是从根本上去除生色基，所以这样得到的色值低的糖产品长期储存不会变色。

与原有工艺亚硫酸法和碳酸法相比，本发明的工艺减少了硫熏中和工序、一碳饱充、、二碳饱充、硫熏、硫漂等独立操作单元，而使用连续化的离子交换，减短了流程，简化了控制，提高了生产效率。

从疲劳试验结果看，阴离子交换纤维在使用310次以后交换容量下降7.3％，这说明阴离子交换纤维的使用寿命大于310次，同时阳离子交换纤维在使用400以后交换容量和出厂时交换容量也一样，无下降，阳离子交换纤维在使用寿命大于400次，这说明离子交换纤维耐用性好，用于处理甘蔗糖厂清汁完全可使用2个榨季，完全满足实际生产要求。

实践证明，相对于二步法而言，本发明的方法节省回溶和二次蒸发结晶过程，可吨糖节省能耗160元，节省标煤0.15吨，对于一家日产300吨糖的小型糖厂而言，每日可节省标煤45吨，每榨季可节省标煤4500吨；对于一家600吨糖的中型糖厂，每榨季可节省标煤近1000吨；而对于对于一家1000吨糖的中型糖厂，每榨季可节省标煤近1500吨；对于整个产糖大省广西而言，如年产100万吨精制糖，每年可节省标煤近15万吨，直接节省1.8亿元能源消耗；同时减轻大气治理、脱硫脱硝的压力。

另一方面，二步法中应用到碳充工序，会产生碱性滤泥，无法综合利用，需要填埋，而本工艺不使用碳充工序，无碱性滤泥处理，有利于减少污染物处理，保护环境。

本工艺具有如下特点：

(1)抛弃硫熏中和、硫熏、硫漂工艺，不使用磷酸以及磷酸钙、过磷酸钙，因而根本就没有硫、磷的存在，是完全彻底的无硫无磷制糖新工艺。

(2)离子交换纤维对色素的去除效果不是暂时抑制，而是从根本上去除生色基，得到的色值低的糖产品长期储存不会变色。

(3)离子交换纤维对清汁的脱色效果相当明显，脱色清汁上乘、稳定。

(4)离子交换纤维交换速度快，能满足糖厂大规模生产需求。离子交换纤维交换容量大，可以满足脱除糖汁中大量而高浓度色素的需求。

(5)离子交换纤维使用寿命长，可使用2个榨季，能满足糖厂榨季要求。

(6)离子交换纤维再生容易，再生时间短，效果好。

(7)对清汁的适应性强，能满足糖厂生产波动的需求。

(8)工艺设备简单、性能可靠，具有一定灵活性能满足工艺要求。

(9)使用连续化的离子交换，减短了流程，简化了控制，提高了生产效率。

(10)使用连续化的离子交换，减短了流程，简化了控制，提高了生产效率。

(11)节约能源：节能省煤减轻大气治理、脱硫脱硝的压力。糖业是耗能大户，目前我国将节能提到重要的地位。本工艺从甘蔗直产精制糖，比传统制糖工艺需回溶煮成原糖(所耗蒸气约18～20％对蔗比)。

(12)提高糖厂产品的品质：通过本工艺所生产的清汁完全可以直接用于生产精制糖，而我国大多数糖厂只能生产优级糖和一级糖，不能制精制糖，通过该工艺后实现甘蔗糖厂一步法制精制糖可以整体提升制糖行业产品品质，增加我国制糖业在国际上的竞争力，同时必将带来良好的经济效益。

综合而言，本发明的离子交换纤维高效脱色无硫无磷制糖新工艺，利用离子交换纤维的优势，实现无硫无磷，工艺简单，提高糖汁的质量指标，产品质量好，而且节约能源，减少环境污染。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

按照图1的工艺流程进行。

一、压榨：甘蔗压榨指标控制与传统工艺相同。

二、澄清：

1、筛滤：筛孔为100目；

2、预灰调节蔗汁pH范围为6.4～7.2；

3、一次加热温度为60～70℃；

4、加石灰乳调节糖汁pH范围为7.0～8.0；

5、第二次加热温度100～103℃；

6、沉降：澄清汁转入下道工序；泥汁由真空吸滤处理，滤出的澄清汁转入下道工序，滤泥作废弃物处理；

7、三级筛滤：过滤分为80目、200目、300目三步过滤。

三、脱色：

1、预处理，包括：先经过孔径10μm的过滤器过滤，再经过纤维过滤器过滤；

2、选用聚丙烯(PP)离子交换纤维，是以聚丙烯(PP)纤维为基体，通过辐照接枝后引入季胺基制备的离子交换纤维；阴离子交换纤维的湿视密度为0.15～0.25g/cm³，全交换容量≥3.0毫克当量/克，阳离子交换纤维的湿视密度为0.15～0.38g/cm³，全交换容量≥4.0毫克当量/克。

离子交换纤维交换柱采用不锈钢柱，离子交换纤维交换装填高径比为：14.5，离子交换纤维装填密度为：100g/ml，入料PH为6.8～7.4，脱色的温度为65～80℃，脱色时糖汁流速为50ml/min。

在每节交换纤维中的上下各安装一块80目的不锈钢板，内衬一块120目的不锈钢网，在所有出口处内衬一块100目的不锈钢筛网，每节柱子安装时保证平稳。纤维的安装采用湿态装填，装填时压平压紧。

3、脱色后清汁达到的技术指标如表2所示。

表2

序号	项目名称	指标
			1	重力纯度/(％)	≥85
2	重力纯度差/(％)	≥1
			3	pH值	7.0～8.0
4	温度/(℃)	70～80
			5	混浊度/(MAU)	≤20
6	钙盐/(％OBX)	0.072
			7	脱钙率/(％)	≥84
8	蔗糖分/(％)	与清汁蔗糖分基本持平
			9	还原糖/(％)	略低于清汁还原糖分
10	色值	≤200IU
			11	脱色率(％)	≥84％

4、再生：使用10％NaCl+1％HCl的组合溶液对第二级阳离子交换纤维再生，使用5％CaCl₂溶液对第一级、第三级阴离子交换纤维进行再生；再生时的温度为70℃，再生时间为每柱30分钟，再生液的流向与糖汁流向相反。再生率≥90％。

四、成糖：第三次加热与蒸发与传统工艺相同；糖浆色值为200～400IU。

煮糖：加入一级或优级或精制白砂糖，将总的纯度提高到90％～97％。糖膏色值为300～500IU。

分蜜与干燥与传统工艺相同。

成品糖的质量检测结果见表3

表3

标准要求按照GB317-2006。

Claims

1.离子交换纤维高效脱色无硫无磷制糖新工艺，包括如下步骤：

2)沉降、三级筛滤；然后

4)第三次加热、蒸发、煮糖、分蜜和干燥，得成品。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤1)，筛滤的筛孔为100～120目。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤2)，三级筛滤的筛孔依次为：80～120目、180～220目、280～320目。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤3)，阴离子交换纤维的湿视密度为0.15～0.25g/cm³，全交换容量≥3.0毫克当量/克，阳离子交换纤维的湿视密度为0.15～0.38g/cm³，全交换容量≥4.0毫克当量/克。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤3)，离子交换纤维交换柱采用不锈钢柱，离子交换纤维交换装填高径比为：0.25～20，离子交换纤维装填密度为：80～120g/ml，入料PH为6～8，脱色的温度为25～100℃，脱色时糖汁流速为10～100ml/min。

6.根据权利要求1或5所述的工艺，其特征在于：在步骤3)，离子交换纤维交换装填高径比为：10～15，入料PH为6.8～7.4，脱色的温度为65～80℃，脱色时糖汁流速为40～60ml/min。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：还包括在步骤3)之前进行预处理，包括：先经过孔径1～10μm的过滤器过滤，再经过纤维过滤器过滤；纤维过滤器中的纤维与步骤3)所用的离子交换纤维相同。

8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：还包括在步骤4)煮糖时，用一级或优级或精制白砂糖作底料以提高纯度到90％～97％。

9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：还包括使用NaCl溶液或NaCl+HCl的组合溶液对第二级阳离子交换纤维再生，使用NaCl溶液和/或CaCl₂溶液对第一级、第三级阴离子交换纤维进行再生；

NaCl溶液浓度为5～15％，组合溶液浓度为5～15％NaCl+1％HCl，CaCl₂溶液浓度为1～10％，再生时的温度为20～90℃，再生时间为20～60分钟，再生液的流向与糖汁流向相反。

10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于：NaCl溶液浓度为8～12％，CaCl₂溶液浓度为3～5％，再生时的温度为70～80℃。