JP3592452B2

JP3592452B2 - 混床式の糖液精製装置

Info

Publication number: JP3592452B2
Application number: JP22266396A
Authority: JP
Inventors: 友二浅川; 伸浅野
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2016-08-23
Also published as: JPH1057100A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、糖液を脱塩脱色する糖液精製装置に関するものであり、さらに詳しくは強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を用いる混床式の糖液精製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
糖液を精製する場合、炭酸飽充、粒状活性炭濾過、骨炭濾過等の精製工程の後処理としてイオン交換処理が行われている。イオン交換処理には、脱色を目的としたイオン交換処理と脱塩を目的としたイオン交換処理がある。
【０００３】
脱塩を目的としたイオン交換処理には、糖液を強塩基性アニオン交換樹脂の単床で処理した後、弱酸性カチオン交換樹脂の単床で処理して脱塩する二床式精製装置を用いるリバース処理と、糖液を強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を用いた混床式精製装置で処理して脱塩する混床式処理がある。
【０００４】
リバース処理は工業的に広く使用されているが、処理純度が充分でないという問題点がある。一方、リバース処理に比べて、混床式処理は再生の操作が複雑であるが、高純度の糖液が得られる点で、糖液の精製処理として優れた方法である。
【０００５】
混床式の糖液精製装置におけるイオン交換樹脂の再生方法としては、以下のような方法がある（特開平２−２９８３５８号）。
【０００６】
すなわち、混床塔で糖液処理を終了した後、弱酸性カチオン交換樹脂を下層に、強塩基性アニオン交換樹脂を上層に分離し、上層の強塩基性アニオン交換樹脂および下層の弱酸性カチオン交換樹脂の双方に塩酸水溶液等の酸再生剤を一貫して通薬し強塩基性アニオン交換樹脂の回生と弱酸性カチオン交換樹脂の再生を同時に行った後、上層の強塩基性アニオン交換樹脂に水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤を通薬し同時に混床塔の下部から水を上向流で通水し、両樹脂の分離境界面に敷設したコレクタより再生廃液を排出して強塩基性アニオン交換樹脂を再生した後、両樹脂を混合し混床を形成させる方法である。
【０００７】
このような混床式の糖液精製装置では、糖液処理の過程において弱酸性カチオン交換樹脂は、遊離形からＮａ形、Ｃａ形等の塩形へのイオン交換の進行に伴って次第に膨潤し、再生処理によって収縮し、膨潤が解消される。そのため、混床式の糖液精製装置におけるコレクタの位置は、塩酸を両樹脂に一貫して通薬して弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形となって収縮した時の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面、すなわち、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である場合の分離境界面にコレクタがくるように設定されている。
【０００８】
なお、上記の再生方法は、再生処理毎に強塩基性アニオン交換樹脂にも塩酸が通薬されるので、弱酸性カチオン交換樹脂の再生処理と同時に強塩基性アニオン交換樹脂が回生される利点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の再生方法において、混合状態の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を分離するには、糖液や食塩水を用いて両樹脂の比重差を利用して分離するが、この際に両樹脂の境界面がきれいに形成されず、両樹脂が混ざり合った混合層が形成される場合があった。
【００１０】
図３は従来の混床式糖液精製装置の構成を示すもので、１は糖液精製装置であり、その下部にはイオン交換樹脂を支持するための支持床８が敷設されている。
図３に示したように、従来の混床式糖液精製装置ではコレクタ２は弱酸性カチオン交換樹脂に酸再生剤を通薬して遊離酸形とした時の弱酸性カチオン交換樹脂４と強塩基性アニオン交換樹脂３との分離境界面７に設置されている。ところが、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を再生工程において比重差を利用して分離する際に、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂が混ざり合った混合層５が形成されることが多々ある。
【００１１】
混合層５が形成されると、上層の強塩基性アニオン交換樹脂３を例えば水酸化ナトリウム水溶液を用いて再生する際に、コレクタ２上部の混合層に存在する弱酸性カチオン交換樹脂が強塩基性アニオン交換樹脂の再生剤である水酸化ナトリウムと接触してＮａ形となる。このＮａ形の弱酸性カチオン交換樹脂が存在したまま、糖液を通液すると、Ｎａ^＋イオンがはずれて、処理糖液がアルカリ性となり、塩類と色素がリークして、処理糖液の純度が低下してしまう。そのため、樹脂を分離する際に混合層が形成された場合は、分離境界面がきれいに形成されるまで再度分離操作を行う必要があった。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、混床式の糖液精製装置における再生工程の混合樹脂分離操作の際に強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂の混合樹脂層が形成されても、糖液の処理において塩類と色素のリークすることのない混床式の糖液精製装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、コレクタの位置を分離境界面の上部に位置するように設定すればよいことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を充填し、弱酸性カチオン交換樹脂を再生して遊離酸形にした後に、強塩基性アニオン交換樹脂を再生する混床式の糖液精製装置において、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である時の上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面を含む両イオン交換樹脂の混合樹脂層より上部に、再生廃液を排出するコレクタを設置することを特徴とする混床式の糖液精製装置に関するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、再生工程の樹脂分離の際に境界面に混合層が形成された場合であっても、分離境界面の上部にコレクタを設置した混床式の糖液精製装置を用いることにより、処理糖液の品質を安定化するものである。
【００１６】
本発明の混床式糖液精製装置において、再生工程の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂との分離後に弱酸性カチオン交換樹脂層に酸再生剤を通薬した後の状態を図１に示す。再生処理にあたって、混床式糖液精製装置１内の混合樹脂は比重差を利用して上層の強塩基性アニオン交換樹脂３と下層の弱酸性カチオン交換樹脂４に分離されるが、両樹脂の境界面に強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂が混合した混合樹脂層５が形成される。
【００１７】
図１に示したように、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である時の両イオン交換樹脂の分離境界面７を含む混合樹脂層５の上部に設置されたコレクタ２を有する糖液精製装置を用いることにより、混合樹脂層５に含まれている弱酸性カチオン交換樹脂に、強塩基性アニオン交換樹脂の再生剤である水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が接触することがないので、混合樹脂層５に含まれている弱酸性カチオン交換樹脂がＮａ形等の塩形となることがなく、そのため再生後の糖液処理に際して塩類と色素がリークすることがない。
【００１８】
本発明において、コレクタ２の位置は弱酸性カチオン交換樹脂４が遊離酸形である時の分離境界面７を含む混合樹脂層５の上部になるように設定する必要があるが、通常は分離境界面７より、上層の強塩基性アニオン交換樹脂の層高（Ｈａ）の５〜１０％分上部に設置すればよい。コレクタ２を強塩基性アニオン交換樹脂の層高（Ｈａ）の１５％を超えた位置に設置すると、コレクタ２の下方に存在する強塩基性アニオン交換樹脂３は再生時にアルカリ再生剤と接触することなく塩形のまま残留することになるので再生工程終了後の樹脂中に未再生のアニオン交換樹脂が多く存在することになってその分糖液の処理工程において処理量が減少するとともに、処理糖液のｐＨが低下し過ぎるので好ましくなく、また１％未満では強塩基性アニオン交換樹脂３を再生する際に、再生剤であるアルカリ剤と接触する弱酸性カチオン交換樹脂の量が多くなって所期の目的を達成できないので好ましくない。
【００１９】
コレクタ２の位置を決める際の基準面となる、分離境界面７とは、上述のごとく弱酸性カチオン交換樹脂４が遊離酸形である時に強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂とに完全に分離した時の両樹脂層が接する面を意味し、通常は糖液精製装置の設計時に定められる。また、分離境界面７からの距離を決めるための基準となる強塩基性アニオン交換樹脂の層高（Ｈａ）とは、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂が完全に分離された場合のＣｌ形（基準形）の強塩基性アニオン交換樹脂の層高を意味する。
【００２０】
図２に本発明の混床式の糖液精製装置を用いて、糖液の精製処理および再生工程を実施する場合の一例を示す。図２（ａ）は強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂との混合樹脂９が充填された混床式の糖液精製装置１の上部から原料の糖液を通液し、糖液精製装置１の下部から精製糖液を回収する工程を示すものである。
【００２１】
上記の糖液の精製処理を終了後、糖液精製装置１内のイオン交換樹脂を再生するには、まず混合樹脂を比重分離等の操作により上層の強塩基性アニオン交換樹脂３と下層の弱酸性カチオン交換樹脂４とに分離する（図２（ｂ））。
【００２２】
弱酸性カチオン交換樹脂４は、前述のごとく糖液の処理過程において、イオン交換の進行により、体積が５０〜１００％程度膨潤するため、糖液処理終了直後の強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂の分離境界面は、図２（ｂ）に示したごとくコレクタ２の上部に存在する。
【００２３】
次いで、図２（ｃ）に示したように糖液精製装置１の上部に設置したディストリビュータ６より塩酸等の酸再生剤を通薬し、上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の弱酸性カチオン交換樹脂の双方に一貫通薬し、糖液精製装置１の下部から排出する。酸再生剤の通薬により、下層の弱酸性カチオン交換樹脂４が再生され、体積が収縮し、その結果、両イオン交換樹脂の分離境界面はコレクタ２の下方に位置するようになる。なお、酸再生剤の通薬により上層の強塩基性アニオン交換樹脂３に吸着された有機酸等の不純物が取り除かれて強塩基性アニオン交換樹脂３が回生される。
【００２４】
その後、強塩基性アニオン交換樹脂３を再生するが、強塩基性アニオン交換樹脂３の再生は、図２（ｄ）に示したように、ディストリビュータ６より水酸化ナトリウム等のアルカリ再生剤を通薬し、同時に、水を糖液精製装置１の下部から通水し、糖液精製装置１の中間部のコレクタ２よりアルカリ再生剤の廃液と水を排出する。
【００２５】
先の図１に詳しく示したように、両イオン交換樹脂の分離境界面７を含む混合樹脂層５の上部にコレクタ２が設置されているため、たとえ分離境界面７付近に混合樹脂層５が形成されていたとしても強塩基性アニオン交換樹脂３の再生時に混合樹脂層内に存在する弱酸性カチオン交換樹脂にアルカリ再生剤が接触することがなく、弱酸性カチオン交換樹脂がＮａ形等の塩形になることがない。
【００２６】
なお、上述の例では分離操作終了後、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂とに酸再生剤を一貫して通薬する再生方法について説明したが、本発明装置の再生方法はこれに限定されず、例えば分離操作を行なう前の混合状態のイオン交換樹脂層に酸再生剤を通薬し、しかる後に分離操作を実施してもよいし、また、分離操作終了後、糖液精製装置１の下部より酸再生剤を通薬するとともに再生排液をコレクタ２から排出することによってまず弱酸性カチオン交換樹脂４のみを再生し、次いで、上部のディストリビュータ６よりアルカリ再生剤を通薬するとともに再生廃液をコレクタ２から排出することによって強塩基性アニオン交換樹脂３を再生するようにしてもよい。
【００２７】
【実施例】
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００２８】
実施例１
強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライトＩＲＡ−４０２ＢＬ」、ロームアンドハース社製）３Ｌと弱酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライトＩＲＣ−７６」、ロームアンドハース社製）１．５Ｌを、図１に示したような混床式の糖液精製装置に充填した。実施例１の糖液精製装置では、コレクタの位置を上層の強塩基性アニオン交換樹脂（Ｃｌ形）の層高の１０％分分離境界面より上部に設置した。
【００２９】
原糖液の純度および糖液処理の処理条件を、表１に示す。糖液処理後の再生は以下のように行った。
【００３０】
まず、混合樹脂を飽和食塩水により、分離し、糖液精製装置上部のディストリビュータより３．５％の塩酸を４．５Ｌ通薬し、糖液精製装置の下部より排出した。続いて、４．０％の水酸化ナトリウム溶液６．０Ｌを上記ディストリビュータより通薬し、同時に水を糖液精製装置の下部から通水し、コレクタより排出した。更にこの後、糖液精製装置の上部及び下部から洗浄水を通水し、洗浄水をコレクタから排出して再生処理を完了した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
比較例１
コレクタの位置を分離境界面に位置するように設置した図３に示したような従来の糖液精製装置を用いた他は、実施例１に準じて、糖液の処理および再生処理を行った。
【００３３】
比較例２
コレクタの位置を上層の強塩基性アニオン交換樹脂（Ｃｌ形）の層高の２０％分分離境界面より上部に設置した他は、実施例１に準じて、糖液の処理および再生処理を行った。
【００３４】
実施例１および比較例１、２の混床式の糖液処理装置を用いて、糖液処理および再生処理を５サイクル行ったときの、５サイクル目の糖液処理における処理糖液のｐＨ、電気伝導率および色価を測定した。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
なお、糖液の色価は、４２０ｎｍと７２０ｎｍの吸光度（ＯＤ）を５ｃｍｃｅｌｌを用いて測定し、下記の計算方法で算出した。
【００３７】
【数１】

【００３８】
表２に示した結果から明らかなように、実施例１の糖液精製装置は、従来の比較例１の糖液精製装置に比べて、処理糖液の性状が安定しており、電気伝導率の結果から、塩のリークが少なく、また色価の結果から色素のリークが少ないことが認められた。
【００３９】
また、比較例２の糖液精製装置は、電気伝導率や色価の面では実施例１の場合とほぼ同じであるが、得られる処理糖液のｐＨが実施例１に比べて低いという難点がある。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の混床式の糖液精製装置を用いることにより、たとえ再生工程の混合樹脂分離操作の際に強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂の混合層が形成されても、再生後の糖液の処理において塩類と色素がリークすることがないため、糖液の精製を安定して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の実施形態を示すもので、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂に分離したときの状態を示す図。
【図２】（ａ）から（ｄ）は、本発明装置を用いた、糖液処理と再生工程のフローを示す図。
【図３】従来装置を示すもので、強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂に分離したときの状態を示す図。
【符号の説明】
１混床式の糖液精製装置
２コレクタ
３強塩基性アニオン交換樹脂
４弱酸性カチオン交換樹脂
５混合樹脂層
６ディストリビュータ
７分離境界面
８支持床
９混合樹脂
Ｈａ強塩基性アニオン交換樹脂の層高

Claims

強塩基性アニオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を充填し、弱酸性カチオン交換樹脂を再生して遊離酸形にした後に、強塩基性アニオン交換樹脂を再生する混床式の糖液精製装置において、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である時の上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面を含む両イオン交換樹脂の混合樹脂層より上部に、再生廃液を排出するコレクタを設置することを特徴とする混床式の糖液精製装置。
コレクタを、弱酸性カチオン交換樹脂が遊離酸形である時の上層の強塩基性アニオン交換樹脂と下層の弱酸性カチオン交換樹脂との分離境界面より、上層の強塩基性アニオン交換樹脂の層高の５〜１０％分上部に設置することを特徴とする請求項１記載の混床式の糖液精製装置。