CN113976186B - 一种木糖母液离交系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种木糖母液离交系统，包括离交前罐、三个并联设置的离交阳柱、离交中转罐、碱液收集罐、混合器、三个并联设置的离交阴柱、色谱分离柱及后工序，以及连接以上各部件的管道和设置在管道上的阀门。本发明还公开一种使用该系统进行木糖母液离交方法。本发明由于在系统中设置了碱液收集罐和混合器，将回收离交阴柱再生处理后的废碱液与离交阳柱处理后的木糖母液物料进行混合，以调整和控制进入离交阴柱的混合物料的pH值，可提高离交的交换量，降低碱耗、纯化水及排污量，降低生产成本，回收离交阴柱再生碱液中的糖分色素；离交出料的pH值从2.5~3.0提升到了3.5~5.0，减少了酸性物料对设备的腐蚀，减少木糖在酸性环境下的异构问题。

Description

一种木糖母液离交系统及方法

技术领域

本发明属于木糖制备技术领域，特别涉及一种对木糖母液进行离交处理的系统及方法。

背景技术

木糖母液是玉米芯水解液提纯木糖后的副产品，其中的木糖质量纯度在45%~50%（木糖占物料中总糖的比例），由于木糖含量达不到结晶的要求，无法直接进行结晶，需要先经色谱柱进行分离，将纯度提升至70%以上，再通过结晶生产木糖。为了达到色谱进料滤速要求（防止杂质富集导致色谱柱的柱压增高），常选用碳酸法除杂来强化除杂效果。但碳酸法除杂在提高物料除杂效果的同时，也引入了大量的游离钙离子（钙离子浓度达1000ppm~3000ppm），导致木糖母液离交交换量低，再生频繁。此外，木糖母液中含有大量的带负电荷的色素物质，进入离交阴柱后被离交阴树脂吸附，在再生过程中被置换下来，进入碱液中。大量的含色素的碱液进入离交再生污水系统，不仅增加了生产的糖损，同时也提高了污水的处理难度。

目前关于离交工艺的研究较多，如公开号为CN112191281A的专利公开了一种提高木糖醇离交效率的系统及方法，利用离交柱刚运行时高pH物料和离交柱失效时低pH物料进料进行相互勾兑，从而降低离交阴柱的出料要求，提高离交的交换量。该方法虽然一定程度上能提高离交的交换量，但对交换量的提升取决于收集到的高pH物料量。而碳酸法处理的木糖母液，由于含有大量钙离子，经离交阳柱处理后置换出大量氢离子，使得离交阴柱的出料只有极少部分pH能达到6以上，所以采用该方法的提升效果不明显。此外，该方法未考虑离交阴柱对色素的吸附作用，在离交阴柱的再生过程中，未对色素进行回收利用，使得色素进入污水系统，增加了糖损耗。

综上，碳酸法除杂处理的木糖母液，在利用传统离交工艺处理时存在以下问题：1、离交交换量低，再生频繁，酸、碱、水耗高；2、排污量大，污水COD高，处理难度大；3、物料整体pH低，对设备腐蚀严重，影响下工序的离交交换量；4、离交阴柱吸附的色素无法回收，糖损耗大等问题。这些问题都有待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种木糖母液离交系统及方法，以达到提高离子交换量，减小排污量，提高物料整体pH值，回收色素，减小糖损等目标。

本发明是这样实现的，提供一种木糖母液离交系统，包括：

离交前罐，用于暂存待处理的经碳酸法除杂后的木糖母液，在其上设置进料管；

三个并联设置的离交阳柱，用于对离交前罐出料的木糖母液进行阳离子交换处理；

离交中转罐，用于分别暂存三个离交阳柱的出料；

碱液收集罐，用于分别回收三个离交阴柱再生过程中的废碱液，在其上设置补碱管；

混合器，用于混合碱液收集罐出料的碱液以及离交中转罐的出料；

三个并联设置的离交阴柱，用于对混合器出料的混合物料进行阴离子交换处理；

色谱分离柱及后工序，色谱分离柱用于对三个离交阴柱的出料进行色谱分离处理；以及，

连接以上各部件的管道和设置在管道上的阀门，在离交中转罐的进料管道上设置钙离子浓度监测装置，在混合器的出料管道上设置有用于监控混合物料pH值的在线pH计，在三个离交阴柱的出料管道上设置用于监控该出料pH值的pH监测装置。

进一步地，在所述离交前罐的出料管道上设置第一离心泵，在离交中转罐的出料管道上设置第二离心泵。

进一步地，在碱液收集罐的出料管道上设置有用于监控碱液流量的流量计和用于调节碱液量的计量泵，计量泵分别与在线pH计、流量计互锁。

进一步地，在所述三个离交阳柱、三个离交阴柱以及离交中转罐内分别设置搅拌装置。

本发明是这样实现的，还提供一种木糖母液离交方法，所述方法使用如前所述的木糖母液离交系统，所述方法包括如下步骤：

步骤一、打开第一个离交阳柱的进出料管道上的阀门，将离交前罐内的木糖母液输送到第一个离交阳柱内进行阳离子交换处理，阳离子交换处理后的物料暂存在离交中转罐内；

步骤二、当钙离子浓度监测装置监测到步骤一交换后物料的钙离子浓度大于20ppm时，打开第二个离交阳柱的进出料管道上的阀门，关闭第一个离交阳柱的进出料管道上的阀门，切换使用第二个离交阳柱进行阳离子交换处理；然后对第一个离交阳柱进行再生处理，再生处理完成后，第一个离交阳柱处于待用状态；

步骤三、同时参照步骤一和步骤二的方法，切换使用第三个离交阳柱对木糖母液进行阳离子交换处理，且不断地循环切换三个离交阳柱；

步骤四、打开第一个离交阴柱的进出料管道上的阀门，将离交中转罐内的物料输送到混合器，同时将碱液收集罐中的碱液也输送到混合器，碱液与离交中转罐的出料在混合器中混合，碱液对流经离交中转罐的出料的pH值进行调配使其达到pH设定值，调配后的混合物料被输送到第一离交阴柱内进行阴离子交换处理，阴离子交换处理后的物料被输送到色谱分离柱及后工序处理；

步骤五、当pH监测装置监测到步骤四交换后物料的pH值等于pH设定值时，打开第二个离交阴柱的进出料管道上的阀门，关闭第一个离交阴柱的进出料管道上的阀门，切换使用第二个离交阴柱进行阴离子交换处理；对第一个离交阴柱进行再生处理，再生处理完成后，第一个离交阴柱处于待用状态，再生处理的废碱液输送到碱液收集罐中待用；

步骤六、同时参照步骤四和步骤五的方法，切换使用第三个离交阴柱对调配后的混合物料进行阴离子交换处理，且不断地循环切换三个离交阴柱。

进一步地，在步骤四和步骤五中，所述pH设定值为3.5~5.0。

进一步地，当所述碱液收集罐中的碱液量不足时，增加再生回收的废碱量或者从补碱管补充新碱。

与现有技术相比，本发明的木糖母液离交系统及方法，该系统包括离交前罐、三个并联设置的离交阳柱、离交中转罐、碱液收集罐、混合器、三个并联设置的离交阴柱、色谱分离柱及后工序，以及连接以上各部件的管道和设置在管道上的阀门。由于在系统中设置了碱液收集罐和混合器，将回收离交阴柱再生处理后的废碱液与离交阳柱处理后的木糖母液物料进行混合，以调整和控制进入离交阴柱的混合物料的pH值，而且还中和了离交阳柱出料中游离的部分氢离子，降低了离交阴柱处理负荷，提高了离交阴柱的交换量，从原先树脂体积的6~8倍提升至树脂体积的20倍，碱耗下降60%，纯化水消耗及排污量下降30%，极大地降低了生产成本。

本发明还可应用于糖醇生产企业中离交含钙污水的处理。

附图说明

图1为本发明的木糖母液离交系统一较佳实施例的结构原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1所示，本发明木糖母液离交系统的较佳实施例，图中的箭头所示示意的是该系统中物料的流动方向，物料包括木糖母液、碱液等。所述系统包括：离交前罐1、三个并联设置的离交阳柱2、3和4、离交中转罐5、碱液收集罐6、混合器7、三个并联设置的离交阴柱8、9和10、色谱分离柱及后工序11，以及，连接以上各部件的管道和设置在管道上的阀门。在每个离交阳柱和离交阴柱的进出料端分别设置的阀门为气动阀。

在离交中转罐5的进料管道上设置钙离子浓度监测装置（图中未示出），在混合器7的出料管道上设置有用于监控混合物料pH值的在线pH计12，在三个离交阴柱8、9和10的出料管道上设置用于监控该出料pH值的pH监测装置（图中未示出）。在所述离交前罐1的出料管道上设置第一离心泵13，在离交中转罐5的出料管道上设置第二离心泵14。在碱液收集罐6的出料管道上设置有用于监控碱液流量的流量计15和用于调节碱液量的计量泵16。计量泵16分别与在线pH计12、流量计15互锁，如图中虚线所示。在线pH计12和流量计15分别控制计量泵16的运转。

其中，离交前罐1，用于暂存待处理的经碳酸法除杂后的木糖母液，在其上设置进料管17。三个并联设置的离交阳柱2、3和4，用于对离交前罐1出料的木糖母液进行阳离子交换处理。离交中转罐5，用于分别暂存三个离交阳柱2、3和4的出料。碱液收集罐6，用于分别回收三个离交阴柱8、9和10再生过程中的废碱液，在其上设置补碱管18。混合器7，用于混合碱液收集罐6出料的碱液以及离交中转罐5的出料。三个并联设置的离交阴柱8、9和10，用于对混合器7出料的混合物料进行阴离子交换处理。色谱分离柱及后工序11，色谱分离柱用于对三个离交阴柱8、9和10的出料进行色谱分离处理。

在所述三个离交阳柱2、3和4，三个离交阴柱8、9和10，以及离交中转罐5内分别设置搅拌装置（图中未示出）。

本发明还公开一种木糖母液离交方法，所述方法使用如前所述的木糖母液离交系统，所述方法包括如下步骤：

步骤一、打开第一个离交阳柱2的进出料管道上的阀门，将离交前罐1内暂存的待处理的经碳酸法除杂后的木糖母液输送到第一个离交阳柱2内进行阳离子交换处理，阳离子交换处理后的物料暂存在离交中转罐5内。

步骤二、当钙离子浓度监测装置监测到步骤一交换后物料的钙离子浓度大于20ppm时，打开第二个离交阳柱3的进出料管道上的阀门，关闭第一个离交阳柱2的进出料管道上的阀门，切换使用第二个离交阳柱3进行阳离子交换处理。然后对第一个离交阳柱2进行再生处理，再生处理完成后，第一个离交阳柱2处于待用状态。第一个离交阳柱2再生处理的污水排至污水站处理。

步骤三、同时参照步骤一和步骤二的方法，切换使用第三个离交阳柱4对木糖母液进行阳离子交换处理，且不断地循环切换三个离交阳柱2、3和4直至作业完成，每个离交阳柱再生处理的污水排至污水站处理。

具体地，当钙离子浓度监测装置监测到经第二个离交阳柱3交换后物料的钙离子浓度大于20ppm时，打开第三个离交阳柱4的进出料管道上的阀门，关闭第二个离交阳柱3的进出料管道上的阀门，切换使用第三个离交阳柱4进行阳离子交换处理。对第二个离交阳柱3进行再生处理，再生处理完成后，第二个离交阳柱3处于待用状态。

具体地，当钙离子浓度监测装置监测到经第三个离交阳柱4交换后物料的钙离子浓度大于20ppm时，打开第一个离交阳柱2的进出料管道上的阀门，关闭第三个离交阳柱4的进出料管道上的阀门，切换使用第一个离交阳柱2进行阳离子交换处理。对第三个离交阳柱4进行再生处理，再生处理完成后，第三个离交阳柱4处于待用状态。

步骤四、打开第一个离交阴柱8的进出料管道上的阀门，将离交中转罐5内的物料输送到混合器7，同时将碱液收集罐6中的碱液也输送到混合器7，碱液与离交中转罐的出料在混合器7中混合，碱液对流经离交中转罐5的出料的pH值进行调配使其达到pH设定值。调配后的混合物料被输送到第一离交阴柱8内进行阴离子交换处理，阴离子交换处理后的物料被输送到色谱分离柱及后工序11处理。

步骤五、随着离交过程的持续，第一个离交阴柱8的出料的pH值将由高逐渐变低，出料的酸性越来越强。当pH监测装置监测到步骤四交换后物料的pH值下降到接近或等于pH设定值时，打开第二个离交阴柱9的进出料管道上的阀门，关闭第一个离交阴柱8的进出料管道上的阀门，切换使用第二个离交阴柱9进行阴离子交换处理。对第一个离交阴柱8进行再生处理，再生处理完成后，第一个离交阴柱8处于待用状态，再生处理的废碱液输送到碱液收集罐6中待用。

步骤六、同时参照步骤四和步骤五的方法，切换使用第三个离交阴柱10对调配后的混合物料进行阴离子交换处理，且不断地循环切换三个离交阴柱8、9和10直至作业完成。每次离交阴柱再生处理的废碱液输送到碱液收集罐6中待用。

具体地，当pH监测装置监测到经第二个离交阴柱9交换后物料的pH值下降到接近或等于pH设定值时，打开第三个离交阴柱10的进出料管道上的阀门，关闭第二个离交阴柱9的进出料管道上的阀门，切换使用第三个离交阴柱10进行阴离子交换处理。对第二个离交阴柱9进行再生处理，再生处理完成后，第二个离交阴柱9处于待用状态，再生处理的废碱液输送到碱液收集罐6中待用。

具体地，当pH监测装置监测到经第三个离交阴柱10交换后物料的pH值下降到接近或等于pH设定值时，打开第一个离交阴柱8的进出料管道上的阀门，关闭第三个离交阴柱10的进出料管道上的阀门，切换使用第一个离交阴柱8进行阴离子交换处理。对第三个离交阴柱10进行再生处理，再生处理完成后，第三个离交阴柱10处于待用状态，再生处理的废碱液输送到碱液收集罐6中待用。

具体地，在步骤四、步骤五和步骤六中，所述pH设定值为3.5~5.0。

当所述碱液收集罐6中的碱液量不足时，增加再生回收的废碱量或者从补碱管18补充新碱。

本发明的木糖母液离交系统由于在该系统中增添了碱液收集罐6和混合器7，离交再生次数少，离交阴柱再生碱液的回收使碱液中的糖分得以回收，离交糖损减少1%，碱液中色素得以重新回收，回收的色素经色谱分离后进入副产品中，提高了企业经济效益。离交出料的pH值从原先的2.5~3.0左右提升到了3.5~5.0，减少了酸性物料对设备的腐蚀，同时还减少了木糖在酸性环境下的异构问题。另一方面，离交阴柱再生碱液的回收利用，提高了离交阴柱的出料pH，减少了物料中的氢离子，提升了下工序离交阳柱的氢离子利用率，正好抵消引入钠离子的副作用，因此该方法在提升离交阴柱交换量的同时不会对下工序的离交工艺产生副作用。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种木糖母液离交系统，其特征在于，包括：

离交前罐，用于暂存待处理的经碳酸法除杂后的木糖母液，在其上设置进料管；

三个并联设置的离交阳柱，用于对离交前罐出料的木糖母液进行阳离子交换处理；

离交中转罐，用于分别暂存三个离交阳柱的出料；

碱液收集罐，用于分别回收三个离交阴柱再生过程中的废碱液，在其上设置补碱管；

混合器，用于混合碱液收集罐出料的碱液以及离交中转罐的出料；

三个并联设置的离交阴柱，用于对混合器出料的混合物料进行阴离子交换处理；

色谱分离柱及后工序，色谱分离柱用于对三个离交阴柱的出料进行色谱分离处理；以及，

连接以上各部件的管道和设置在管道上的阀门，在离交中转罐的进料管道上设置钙离子浓度监测装置，在混合器的出料管道上设置有用于监控混合物料pH值的在线pH计，在三个离交阴柱的出料管道上设置用于监控该出料pH值的pH监测装置。

2.如权利要求1所述的木糖母液离交系统，其特征在于，在所述离交前罐的出料管道上设置第一离心泵，在离交中转罐的出料管道上设置第二离心泵。

3.如权利要求1所述的木糖母液离交系统，其特征在于，在碱液收集罐的出料管道上设置有用于监控碱液流量的流量计和用于调节碱液量的计量泵，计量泵分别与在线pH计、流量计互锁。

4.如权利要求1所述的木糖母液离交系统，其特征在于，在所述三个离交阳柱、三个离交阴柱以及离交中转罐内分别设置搅拌装置。

5.一种木糖母液离交方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1至4中任意一项所述的木糖母液离交系统，所述方法包括如下步骤：

步骤一、打开第一个离交阳柱的进出料管道上的阀门，将离交前罐内的木糖母液输送到第一个离交阳柱内进行阳离子交换处理，阳离子交换处理后的物料暂存在离交中转罐内；

步骤二、当钙离子浓度监测装置监测到步骤一交换后物料的钙离子浓度大于20ppm时，打开第二个离交阳柱的进出料管道上的阀门，关闭第一个离交阳柱的进出料管道上的阀门，切换使用第二个离交阳柱进行阳离子交换处理；然后对第一个离交阳柱进行再生处理，再生处理完成后，第一个离交阳柱处于待用状态；

步骤三、同时参照步骤一和步骤二的方法，切换使用第三个离交阳柱对木糖母液进行阳离子交换处理，且不断地循环切换三个离交阳柱；

步骤四、打开第一个离交阴柱的进出料管道上的阀门，将离交中转罐内的物料输送到混合器，同时将碱液收集罐中的碱液也输送到混合器，碱液与离交中转罐的出料在混合器中混合，碱液对流经离交中转罐的出料的pH值进行调配使其达到pH设定值，调配后的混合物料被输送到第一离交阴柱内进行阴离子交换处理，阴离子交换处理后的物料被输送到色谱分离柱及后工序处理；

步骤五、当pH监测装置监测到步骤四交换后物料的pH值等于pH设定值时，打开第二个离交阴柱的进出料管道上的阀门，关闭第一个离交阴柱的进出料管道上的阀门，切换使用第二个离交阴柱进行阴离子交换处理；对第一个离交阴柱进行再生处理，再生处理完成后，第一个离交阴柱处于待用状态，再生处理的废碱液输送到碱液收集罐中待用；

步骤六、同时参照步骤四和步骤五的方法，切换使用第三个离交阴柱对调配后的混合物料进行阴离子交换处理，且不断地循环切换三个离交阴柱。

6.如权利要求5所述的木糖母液离交方法，其特征在于，在步骤四和步骤五中，所述pH设定值为3.5~5.0。

7.如权利要求5所述的木糖母液离交方法，其特征在于，当所述碱液收集罐中的碱液量不足时，增加再生回收的废碱量或者从补碱管补充新碱。