CN113617059A - 一种糖和无机盐的分离系统及方法 - Google Patents

一种糖和无机盐的分离系统及方法 Download PDF

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许云鹏
陈明清
於锦锋
吴培福
刘斌
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Abstract

本发明公开了一种糖和无机盐的分离系统，包括用于将糖和无机盐进行分离的连续离子分离系统、用于收集连续离子分离系统产生的无机盐溶液的储存罐、用于收集连续离子分离系统产生的糖液的糖液罐以及用于将无机盐溶液进行浓缩分离的膜分离系统。膜分离系统的进液端通过输料管与储存罐相连，输料管上设有输料泵。本发明还公开了一种糖和无机盐的分离方法，采用上述分离系统进行分离。本发明采用连续离子分离系统将糖和无机盐进行分离，并通过膜分离系统将分离出的无机盐溶液进行浓缩后再利用，有效节省了水的用量，减少了废水的排放，在实现提取工艺节能、减排、自动化生产的目的同时，缩短生产工艺周期，提高生产效率，减少产品的生产成本。

Description

一种糖和无机盐的分离系统及方法
技术领域
本发明属于分离技术领域，特别涉及一种糖和无机盐的分离系统及方法。
背景技术
现有技术中，含有糖和无机盐的溶液很难直接将糖和无机盐直接分离出来，往往需要通过中和、膜分离等多个工艺组合的形式实现糖和无机盐的分离，这无形中增大了生产成本，浪费了资源。目前的糖和无机盐的分离工艺一般都是采用阴阳树脂对糖液里面的阳离子和阴离子进行分段分离，离子交换树脂的再生在消耗大量水的同时还会产生酸、碱废水，造成水资源浪费，而且会带来环境压力。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种糖和无机盐的分离系统及方法，采用连续离子分离系统将糖和无机盐进行分离，同时采用膜分离系统将产生的无机盐溶液进行浓缩回用，减少水的用量并减少了废水的排放。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种糖和无机盐的分离系统，包括用于将糖和无机盐进行分离的连续离子分离系统、用于收集连续离子分离系统产生的无机盐溶液的储存罐、用于收集连续离子分离系统产生的糖液的糖液罐以及用于将无机盐溶液进行浓缩分离的膜分离系统。所述膜分离系统的进液端通过输料管与所述储存罐相连，所述的输料管上设有输料泵。
优选地，所述膜分离系统采用的膜为反渗透膜。采用反渗透膜分离可以得到纯水组分和无机物组分，如果采用纳滤或超滤，则会出现分离不彻底的情况发生，导致分离出的水中带有杂质，影响回用。
进一步地，所述的连续离子分离系统包括沿圆周方向均匀布设的至少2根树脂柱，每根树脂柱的内部填充有用于吸附无机盐的树脂填料。
优选地，所述的树脂填料为K+型色谱树脂填料。
进一步地，所述的连续离子分离系统包括24根树脂柱。所述的连续离子分离系统包括第一分离系统和第二分离系统，第一分离系统和第二分离系统均包括12根树脂柱。第一分离系统和第二分离系统均分为3个区域，每个区域组成如下：
吸附区：包含4根树脂柱，4根树脂柱分为串联连接的第一吸附区和第二吸附区，第一吸附区和第二吸附区分别包括相互并联连接的2根树脂柱，第一吸附区的顶部进液端连接进料管，第二吸附区的底部出液端通过管道连接至糖液罐。
洗糖区：包含4根树脂柱，4根树脂柱分为串联连接的第一洗糖区和第二洗糖区，第一洗糖区和第二洗糖区分别包括相互并联连接的2根树脂柱。第一洗糖区的顶部进液端通过管道与抽液泵的出口相连，抽液泵的进口通过管道与储存罐相连，第二洗糖区的底部出液端通过管道与进料管相连。
无机盐清洗区：包含依次串联连接的4根树脂柱，无机盐清洗区的进液端连接纯水管，出液端通过管道连接至储存罐。
其中，所述的吸附区、洗糖区和无机盐清洗区沿圆周方向依次排列。
本发明还公开了一种糖和无机盐的分离方法，采用上述所述的糖和无机盐的分离系统进行分离，包括如下步骤：
S1、将原料罐内的糖和无机盐的混合溶液泵入连续离子分离系统中，连续离子分离系统内部的树脂柱将混合溶液中的无机盐进行吸附，得到糖液并收集至糖液罐中。
S2、采用无机盐水溶液将步骤S1中吸附完无机盐的树脂柱进行洗糖，将树脂柱内的残留糖分洗出，洗出的糖液返回原料罐中。
S3、利用纯水将步骤S2中洗糖完成的树脂柱内的无机盐冲洗出来并收集至储存罐中。
S4、将储存罐内的无机盐溶液泵入膜分离系统中进行浓缩处理，得到纯水和无机酸浓缩液，回用于连续离子分离系统。
其中，所述步骤S1中，混合溶液的折光率为5～20Brix，电导率为15～60ms/cm。
本发明具有如下有益效果：1、打破传统制糖工艺中的中和-提取工艺，不但用物理法将两种物质分开，还将副产物再处理后，回收资源，将有效的资源重新利用，更加经济、环保；2、可以有效节省水的使用，减少废水排放；3、减少设备投资，减小占地面积；4、缩短生产工艺周期，节省时间，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的糖和无机盐分离系统的示意图。
图2为连续离子分离系统的示意图。
主要组件符号说明：1、连续离子分离系统；101、第一分离系统；102、第二分离系统；11、进料管；12、抽液泵；13、纯水管；2、储存罐；3、糖液罐；4、膜分离系统；40、反渗透膜；5、输料管；6、输料泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种糖和无机盐的分离系统，包括用于将糖和无机盐进行分离的连续离子分离系统1、用于收集连续离子分离系统1产生的无机盐溶液的储存罐2、用于收集连续离子分离系统1产生的糖液的糖液罐3以及用于将无机盐溶液进行浓缩分离的膜分离系统4。膜分离系统4的进液端通过输料管5与储存罐2相连，输料管5上设有输料泵6。
优选地，膜分离系统4采用的膜为反渗透膜40。采用反渗透膜40分离可以得到纯水组分和无机物组分，如果采用纳滤或超滤，则会出现分离不彻底的情况发生，导致分离出的水中带有杂质，影响回用。
如图2所示，连续离子分离系统1包括沿圆周方向均匀布设在圆形转盘上的24根树脂柱，每根树脂柱的内部填充有用于吸附无机盐的K+型色谱树脂填料，转盘每步进一次，树脂柱的位置跟随切换一次，本实施例以树脂柱逐一向左切换为例。连续离子分离系统1包括第一分离系统101和第二分离系统102，第一分离系统101包括12根树脂柱(1-12#)，第一分离系统101分为3个区域，每个区域组成如下：
吸附区：包含4根树脂柱(9-12#)，4根树脂柱分为串联连接的第一吸附区(9#、10#)和第二吸附区(11#、12#)，9#树脂柱和10#树脂柱的顶部进液端连接进料管11，11#树脂柱和12#树脂柱的底部出液端通过管道连接至糖液罐3。
洗糖区：包含4根树脂柱(5-8#)，4根树脂柱分为串联连接的第一洗糖区(5#、6#)和第二洗糖区(7#、8#)，5#树脂柱和6#树脂柱的顶部进液端通过管道与抽液泵12的出口相连，抽液泵12的进口通过管道与储存罐2相连，7#树脂柱和8#树脂柱的底部出液端通过管道与进料管11相连。
无机盐清洗区：包含依次串联连接的4根树脂柱(1-4#)，1#树脂柱的进液端连接纯水管13，4#树脂柱的出液端通过管道连接至储存罐2。
第二分离系统102均包括12根树脂柱(13-24#)，第二分离系统102分为3个区域，每个区域组成如下：
吸附区：包含4根树脂柱(21-24#)，4根树脂柱分为串联连接的第一吸附区(21#、22#)和第二吸附区(23#、24#)，21#树脂柱和22#树脂柱的顶部进液端连接进料管11，23#树脂柱和24#树脂柱的底部出液端通过管道连接至糖液罐3。
洗糖区：包含4根树脂柱(17-20#)，4根树脂柱分为串联连接的第一洗糖区(17#、18#)和第二洗糖区(19#、20#)，17#树脂柱和18#树脂柱的顶部进液端通过管道与抽液泵12的出口相连，抽液泵12的进口通过管道与储存罐2相连，19#树脂柱和20#树脂柱的底部出液端通过管道与进料管11相连。
无机盐清洗区：包含依次串联连接的4根树脂柱(13-16#)，13#树脂柱的进液端连接纯水管13，16#树脂柱的出液端通过管道连接至储存罐2。
本发明还提供一种糖和无机盐的分离方法，采用上述糖和无机盐的分离系统进行分离，包括如下步骤：
第一步、将原料罐内的糖和无机盐的混合溶液泵入连续离子分离系统1中，连续离子分离系统1内部的树脂柱将混合溶液中的无机盐进行吸附，得到糖液并收集至糖液罐3中。
第二步、采用无机盐水溶液将吸附完无机盐的树脂柱进行洗糖，将树脂柱内的残留糖分洗出，洗出的糖液返回原料罐中。
第三步、利用纯水将洗糖完成的树脂柱内的无机盐冲洗出来并收集至储存罐2中。
第四步、将储存罐2内的无机盐溶液泵入膜分离系统2中进行浓缩处理，得到纯水和无机酸浓缩液，回用于连续离子分离系统1。
重复上述步骤，使得进料液连续不断地实现糖盐分离。
本发明的连续离子分离系统1的进料为糖液(可为多糖或单糖)，其中成分为糖、无机盐、有机酸、无机酸、色素等。含糖量以折光率为5～20Brix，无机物以电导率表征为15.0～60ms/cm。经过连续离子分离系统1进行分离后，得到的糖溶液的折光率为5～20Brix，得到的无机盐混合溶液的电导率为8～40ms/cm。将无机物混合溶液再泵入膜分离系统2中进行浓缩分离，可以达到回收20～80％的水返回生产使用，而浓缩液中的无机物因为还含有大量的无机酸，可以继续返回生产使用。本发明将连续离子分离系统1和膜分离系统2有机的结合起来，充分互补，打破传统的工艺中的酸碱中和、分离浓缩，使得制糖工艺更环保且更经济。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种糖和无机盐的分离系统，其特征在于：包括用于将糖和无机盐进行分离的连续离子分离系统、用于收集连续离子分离系统产生的无机盐溶液的储存罐、用于收集连续离子分离系统产生的糖液的糖液罐以及用于将无机盐溶液进行浓缩分离的膜分离系统，所述膜分离系统的进液端通过输料管与所述储存罐相连，所述的输料管上设有输料泵。
2.如权利要求1所述的一种糖和无机盐的分离系统，其特征在于：所述膜分离系统采用的膜为反渗透膜。
3.如权利要求1所述的一种糖和无机盐的分离系统，其特征在于：所述的连续离子分离系统包括沿圆周方向均匀布设的至少2根树脂柱，每根树脂柱的内部填充有用于吸附无机盐的树脂填料。
4.如权利要求3所述的一种糖和无机盐的分离系统，其特征在于：所述的树脂填料为K+型色谱树脂填料。
5.如权利要求3所述的一种糖和无机盐的分离系统，其特征在于：所述的连续离子分离系统包括24根树脂柱，所述的连续离子分离系统包括第一分离系统和第二分离系统，第一分离系统和第二分离系统均包括12根树脂柱，第一分离系统和第二分离系统均分为3个区域，每个区域组成如下：
吸附区：包含4根树脂柱，4根树脂柱分为串联连接的第一吸附区和第二吸附区，第一吸附区和第二吸附区分别包括相互并联连接的2根树脂柱，第一吸附区的顶部进液端连接进料管，第二吸附区的底部出液端通过管道连接至糖液罐；
洗糖区：包含4根树脂柱，4根树脂柱分为串联连接的第一洗糖区和第二洗糖区，第一洗糖区和第二洗糖区分别包括相互并联连接的2根树脂柱，第一洗糖区的顶部进液端通过管道与抽液泵的出口相连，抽液泵的进口通过管道与储存罐相连，第二洗糖区的底部出液端通过管道与进料管相连；
无机盐清洗区：包含依次串联连接的4根树脂柱，无机盐清洗区的进液端连接纯水管，出液端通过管道连接至储存罐。
6.如权利要求5所述的一种糖和无机盐的分离系统，其特征在于：所述的吸附区、洗糖区和无机盐清洗区沿圆周方向依次排列。
7.一种糖和无机盐的分离方法，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的糖和无机盐的分离系统进行分离，包括如下步骤：
S1、将原料罐内的糖和无机盐的混合溶液泵入连续离子分离系统中，连续离子分离系统内部的树脂柱将混合溶液中的无机盐进行吸附，得到糖液并收集至糖液罐中；
S2、采用无机盐水溶液将步骤S1中吸附完无机盐的树脂柱进行洗糖，将树脂柱内的残留糖分洗出，洗出的糖液返回原料罐中；
S3、利用纯水将步骤S2中洗糖完成的树脂柱内的无机盐冲洗出来并收集至储存罐中；
S4、将储存罐内的无机盐溶液泵入膜分离系统中进行浓缩处理，得到纯水和无机酸浓缩液，回用于连续离子分离系统。
8.如权利要求7所述的一种糖和无机盐的分离方法，其特征在于：所述步骤S1中，混合溶液的折光率为5～20Brix，电导率为15～60ms/cm。
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