CN106277429A - 从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法及装置，其中方法包括：步骤（1）离子交换处理；步骤（2）再生废液杂质过滤；步骤（3）再生废液纳滤膜过滤；以及步骤（4）浓缩液干燥。本发明的从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法及装置可有效降制糖企业的低污水处理量及处理成本，显著提高制糖企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及制糖废液回收利用技术领域，尤其是涉及一种从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法及装置。
背景技术
抗氧化剂是指能够阻缓以至消除某些氧化作用的物质。近年来大量医学研究证明，人体的多种疾病和过早衰老，是由于体内过多的氧自由基(游离基)将正常细胞氧化破坏造成。抗氧化剂能够消除这些氧自由基，阻缓氧化反应，因而有良好的保健、防衰老和减少疾病的作用。甘蔗中含有的色素多酚类物质具有很高的抗氧化活性，从离子交换树脂再生脱色液中提取具有高附加值的抗氧化活性物，同时回收再生剂循环利用，既有利于减少废液排放、降低废液后处理的难度，又回收了大量高附加值产物，给精制糖厂带来一定的经济和社会效益，也解决了阻碍精炼糖厂可持续发展的技术问题。离子交换树脂废液经纳滤技术处理后，一方面能得到高附加值的色素，另一方面能让脱色液重复利用，基本达到了零排放，解决了精炼糖厂再生脱色液处理的难题。甘蔗中的色素物质具有良好的抗氧化活性，甘蔗提取物具有良好的稳定性，石灰澄清、长时间加热都基本不影响其抗氧化能力；其抗氧化能力与其色值特别是多酚类色素物质密切相关。相比于其它植物，从甘蔗制糖过程中提取抗氧化物质有以下优点：1、甘蔗在很多地方大量种植，价廉易得；2、采用吸附树脂从甘蔗制糖过程中提取抗氧化活性物质，可将抗氧化活性物质的提取与制糖工艺相结合，抗氧化活性物质提取的同时不影响蔗糖的生产，而其它植物如茶叶提取茶多酚，苹果中提取苹果多酚，在提取天然抗氧化活性物质后只能废弃。因此从甘蔗制糖过程中提取抗氧化活性物质具有更广阔的前景。
常规的精制糖厂是以原糖为原料，经典的精炼加工包括蜜洗、清净、脱色、结晶等单元过程。虽然结晶过程也可以分离非糖分，但只是将非糖份转移到糖蜜中，脱色工艺是在生产过程中实际除去非糖分的最后阶段，影响最终产品色泽。脱色方法一般使用离子交换树脂脱色。但离子交换树脂脱色的主要缺点是再生盐溶液的处理，随着环保意识的提高，近几年，离子交换树脂再生废水的处理技术已成为研究的技术热点。各种处理技术应势而生，但主要还是集中在废水处理的技术上，而处理后回收利用的研究还比较少。再生废水主要为原糖中的有机色素与微量的蔗糖，COD 含量高，不仅处理困难，即使处理后可达标排放，但造成了浪费。如何充分利用资源，减少排放，又能提高精制糖厂经济效益，是目前亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种既有利于减少精制糖离交废液排放、降低废液后处理的难度，又回收了大量高附加值产物的从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法；与此同时本发明还提供了一种从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的装置。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法，其包括以下步骤：
步骤（1）离子交换处理：用离子交换树脂对收集的甘蔗澄清汁进行脱盐、脱色，待离子交换树脂吸附能力饱和后，使用质量浓度0.5-2.5%的NaOH溶液和质量浓度1-10%的NaCl溶液的混合液，对离子交换树脂进行洗脱再生，获得含不溶性固体、酸根离子、碱和盐的暗褐色不透明再生废液；
步骤（2）再生废液杂质过滤：采用300目的过滤器滤除再生废液中的不溶性杂质；
步骤（3）再生废液纳滤膜过滤：采用纳滤膜对滤去杂质的再生废液进行过滤，所选用纳滤膜为亲水性膜，膜材料为PES，截留分子量为500-1000 Da；纳滤膜过滤时的操作温度为0-45℃，操作压力0-7.0MPa，pH为3-12；纳滤结束后得到的透过液直接用于洗脱再生的用水及设备洗涤用水；收集未透过纳滤膜的浓缩液备用；
步骤（4）浓缩液干燥：真空冷冻干燥处理得到浓缩液，真空冷冻干燥参数为：真空度2.5-3.5Pa，冷阱温度－50-－80℃，干燥时间3-8h，获得水分含量低于3%的抗氧化剂。
优选的是，所述步骤（1）中洗脱再生获得的再生废液透光率不大于85%。
优选的是，所述纳滤膜采用碟管式膜组件。
一种实现上述方法的装置，包括用于容纳洗脱再生所获得废液的废液罐，通过管道与废液罐连接的循环储料罐，入水口通过管道与循环储料罐连接的加压泵，通过管道与加压泵出水口连接的纳滤膜净水器，通过管道与纳滤膜净水器的浓缩液出口连接的浓缩液收集罐，通过管道与浓缩液收集罐连接的真空冷冻干燥机，通过管道与纳滤膜净水器的透过液出口连接的清洗罐，进水口通过管道与清洗罐连接的常压泵，一端通过管道与常压泵出水口连接，另一端通过管道连接于循环储料罐上部的列管式加热器；所述废液罐和循环储料罐之间的管道上设置有第一阀门，所述循环储料罐和加压泵之间的管道上设置有第二阀门。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明既有利于减少精制糖离交废液排放、降低废液后处理的难度，又回收了大量高附加值产物，给精制糖厂带来一定的经济和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明装置的结构简图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法，流程图如图1所示，其包括以下步骤：
步骤（1）离子交换处理：用离子交换树脂对收集的甘蔗澄清汁进行脱盐、脱色，待离子交换树脂吸附能力饱和后，使用质量浓度0.5-2.5%的NaOH溶液和质量浓度1-10%的NaCl溶液的混合液，对离子交换树脂进行洗脱再生，获得含不溶性固体、酸根离子、碱和盐的暗褐色不透明再生废液；
步骤（2）再生废液杂质过滤：采用300目的过滤器滤除再生废液中的不溶性杂质；
步骤（3）再生废液纳滤膜过滤：采用纳滤膜对滤去杂质的再生废液进行过滤，所选用纳滤膜为亲水性膜，膜材料为PES，截留分子量为500-1000 Da；纳滤膜过滤时的操作温度为0-45℃，操作压力0-7.0MPa，pH为3-12；纳滤结束后得到的透过液直接用于洗脱再生的用水及设备洗涤用水；收集未透过纳滤膜的浓缩液备用；
步骤（4）浓缩液干燥：真空冷冻干燥处理得到浓缩液，真空冷冻干燥参数为：真空度2.5-3.5Pa，冷阱温度－50-－80℃，干燥时间3-8h，获得水分含量低于3%的抗氧化剂。
所述步骤（1）中洗脱再生获得的再生废液透光率不大于85%。
所述纳滤膜采用碟管式膜组件。
实施例一
一种从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法，其包括以下步骤：
步骤（1）离子交换处理：用离子交换树脂对收集的甘蔗澄清汁进行脱盐、脱色，待离子交换树脂吸附能力饱和后，使用质量浓度0.5-2.5%的NaOH溶液和质量浓度1-10%的NaCl溶液的混合液，对离子交换树脂进行洗脱再生，获得含不溶性固体、酸根离子、碱和盐的暗褐色不透明再生废液；
步骤（2）再生废液杂质过滤：取50L的再生废液，设备滤除再生废液中的不溶性杂质；
步骤（3）再生废液纳滤膜过滤：采用纳滤膜对滤去杂质的再生废液进行过滤，所选用纳滤膜为亲水性膜，膜材料为PES，截留分子量为500-1000 Da；纳滤膜过滤时的操作温度为0-45℃，操作压力0-7.0MPa，pH为3-12；纳滤结束后得到的透过液为42.25L，直接用于洗脱再生的用水及设备洗涤用水；收集未透过纳滤膜的浓缩液7.75L备用；整个纳滤浓缩过程无相变，操作简单，所得浓缩液质量较好，其中甘蔗抗氧化活性物质浓缩倍数达6-8倍；每次实验结束后，用清水和适当的清洗剂洗净设备；
步骤（4）浓缩液干燥：真空冷冻干燥处理得到浓缩液，真空冷冻干燥参数为：真空度2.5-3.5Pa，冷阱温度－50-－80℃，干燥时间3-8h，获得水分含量低于3%的抗氧化剂。
其中抗氧化剂活性成分主要是甘蔗中的多酚类色素物质。经初步处理得到的甘蔗抗氧化剂提取物可以用于饲料强化剂和橡胶、塑料制品的抗氧化剂。进一步处理后可用于食品添加剂或开发成保健品及化妆品的添加剂。
图2所示从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的装置，包括用于容纳洗脱再生所获得废液的废液罐1，通过管道与废液罐1连接的循环储料罐3，入水口通过管道与循环储料罐3连接的加压泵5，通过管道与加压泵5出水口连接的纳滤膜净水器6，通过管道与纳滤膜净水器6的浓缩液出口连接的浓缩液收集罐7，通过管道与浓缩液收集罐7连接的真空冷冻干燥机8，通过管道与纳滤膜净水器6的透过液出口连接的清洗罐9，进水口通过管道与清洗罐9连接的常压泵10，一端通过管道与常压泵10出水口连接，另一端通过管道连接于循环储料罐3上部的列管式加热器11；所述废液罐1和循环储料罐3之间的管道上设置有第一阀门2，所述循环储料罐3和加压泵5之间的管道上设置有第二阀门4。
使用时，各部件之间用卫生级不锈钢管道连接，连接方式采用快装卡箍连接。精制糖离交废液先从废液罐中进入循环储料罐备用，废液罐与循环储料罐之间设有第一阀门。循环储料罐中废液通过加压泵输送至纳滤膜净水器进行浓缩处理。浓缩液从滤膜净水器一侧的浓缩液出液口流出进入浓缩液收集罐，透过液经纳滤膜净水器另一侧的透过液出口进入清洗罐，并根据需要由常压泵抽取经列管式换热器进入循环储料罐循环浓缩使用。纳滤膜净水器所选用的纳滤膜为亲水性，膜材料为PES。纳滤膜采用碟管式膜组件，截留分子量为500-1000 Da。纳滤膜净水器浓缩过程采用一级一段式的循环模式。操作温度为0-45℃，操作压力0-7.0MPa，pH为3-12。纳滤膜净水器配置有简易控制台，控制台上设置有在线温度检测器、在线pH检测器和在线压力检测器。系统运行时，启动控制箱运行按钮，系统设计的程序自动运行，通过变频器调节电机转速，提高纳滤膜前压力，同时通过第二阀门来调节纳滤膜后压力，达到一定平稳运行的状态。需要清洗时，将清洗罐中的水通过管道送入纳滤膜净水器中进行清洗即可。浓缩液经真空冷冻干燥机处理得到抗氧化剂。真空冷冻干燥参数为:真空度2.5-3.5Pa，冷阱温度-40—-80℃，干燥时间3-5h，产品水分含量1-3%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1）离子交换处理：用离子交换树脂对收集的甘蔗澄清汁进行脱盐、脱色，待离子交换树脂吸附能力饱和后，使用质量浓度0.5-2.5%的NaOH溶液和质量浓度1-10%的NaCl溶液的混合液，对离子交换树脂进行洗脱再生，获得含不溶性固体、酸根离子、碱和盐的暗褐色不透明再生废液；
步骤（2）再生废液杂质过滤：采用300目的过滤器滤除再生废液中的不溶性杂质；
步骤（3）再生废液纳滤膜过滤：采用纳滤膜对滤去杂质的再生废液进行过滤，所选用纳滤膜为亲水性膜，膜材料为PES，截留分子量为500-1000 Da；纳滤膜过滤时的操作温度为0-45℃，操作压力0-7.0MPa，pH为3-12；纳滤结束后得到的透过液直接用于洗脱再生的用水及设备洗涤用水；收集未透过纳滤膜的浓缩液备用；
步骤（4）浓缩液干燥：真空冷冻干燥处理得到浓缩液，真空冷冻干燥参数为：真空度2.5-3.5Pa，冷阱温度－50-－80℃，干燥时间3-8h，获得水分含量低于3%的抗氧化剂。
2.根据权利要求1所述从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法，其特征在于：所述步骤（1）中洗脱再生获得的再生废液透光率不大于85%。
3.根据权利要求1所述从精制糖离交废液中提取抗氧化剂的方法，其特征在于：所述纳滤膜采用碟管式膜组件。
4.一种实现权利要求1-3所述方法的装置，其特征在于：包括用于容纳洗脱再生所获得废液的废液罐，通过管道与废液罐连接的循环储料罐，入水口通过管道与循环储料罐连接的加压泵，通过管道与加压泵出水口连接的纳滤膜净水器，通过管道与纳滤膜净水器的浓缩液出口连接的浓缩液收集罐，通过管道与浓缩液收集罐连接的真空冷冻干燥机，通过管道与纳滤膜净水器的透过液出口连接的清洗罐，进水口通过管道与清洗罐连接的常压泵，一端通过管道与常压泵出水口连接，另一端通过管道连接于循环储料罐上部的列管式加热器；所述废液罐和循环储料罐之间的管道上设置有第一阀门，所述循环储料罐和加压泵之间的管道上设置有第二阀门。
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