JPS60227700A - 糖液の濃縮方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カンショ糖、テンサイ糖、ブドウ糖工業等の
製糖業における糖液を濃縮する方法に関する。

従来、糖蜜や砂糖の原料糖は、例えば、サトウキビ、テ
ンサイ等の圧搾汁液を約１００℃の温度で加熱し、石灰
乳を加えて不純物を沈澱させ、これを濾別した後、多重
効用缶によって、糖度１２〜１４６Ｂｘから６０〜７０
’Ｂｘまで濃縮している。

また、ブドウ糖工業においても、例えば、デンプンの加
水分解によって得たブドウ糖を上記と同様に多重効用缶
にて糖度７２〜７５’Ｂｘまで濃縮している。

このような従来法による糖液の濃縮には多大のエネルギ
ーを必要とするので、近年、省エネルギーの観点から、
逆浸透膜を用いて糖液を濃縮する所謂膜濃縮法が提案さ
れるに至っている。しかしながら、糖液の逆浸透濃縮に
よれば、濃縮倍率が大きくなるにつれて、濃度分極によ
って膜近傍の浸透圧が極端に高くなり、処理に数十ｋｇ
／ｃＪの高圧を必要とし、従って、膜処理の過程におい
て膜表面にゲル層が発生し、或いは膜が目詰りして、膜
透過水量が経時的に著しく低下する。従って、従来、膜
濃縮によれば、糖度が約３６°Ｂｘまでの濃縮が限界と
されている。また、このように高圧で処理するために、
膜面に汚染物が強固に付着し、その洗浄が容易ではない
。一方、膜表面におけるゲル層の発生や膜の目詰りを少
しでも避けようとすれば、粘性の高い糖液を膜面に対し
て大きい流速にて供給しなければならず、動力費用が嵩
む問題を生じる。

更に、例えば、テンサイ糖の場合は、テンサイ根を細切
りし、温湯にてショ糖を浸出させ、これを濃縮、結晶化
させるが、逆浸透膜は一般に耐熱性に劣るために、上記
浸出液を膜濃縮するときは、浸出液を一旦常温付近まで
冷却する必要があり、そのために余分の装置や費用を要
する。

本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意研究し
た結果、低エネルギー費用にて、高い濃縮倍率まで効率
よく糖液を濃縮することができ、糖液が高温で得られる
場合は、糖液が高温であることを利用し、これを駆動力
とする膜処理によって、温度が高いままに、濃縮効率を
高く保持しつつ、糖液を高濃縮する方法を見出して、本
発明に至ったものである。

本発明による糖液の濃縮方法は、水蒸気は透過させるが
、水は透過させない疎水性重合体多孔質膜の一面側に所
定の高温の糖液を接触させ、この糖液から水蒸気を発生
させ、これを上記多孔質膜　−の他面側に透過させ、冷
却して凝縮させることを特徴とする。

本発明の方法において、ｗ４液とは原料植物からの圧搾
搾汁液、例えば、カンショやテンサイの圧搾搾汁液、カ
エデやヤシ等から得られる糖汁、デンプンを加水分解し
て得られるデンプン糖液のほか、精製糖製造工程におけ
る活性炭処理やイオン交換処理によって生じる廃糖液を
含む。

本発明の方法において、糖液から発生し、疎水性重合体
多孔質膜を透過した水蒸気を冷却し、凝縮させるために
、次のいずれかの方法によることができる。

その第１は、水蒸気は透過させるが、水は透過させない
疎水性重合体多孔質膜の一面側に所定の高温の糖液を接
触させ、この重合体膜の他面側に膜面から適宜の間隔を
おいて所定の低温に保持した伝熱壁を設け、上記糖液か
ら発生し、重合体膜を透過した水蒸気を上記伝熱壁土で
冷却し、凝縮させて擬縮水を得る一方、糖分は膜を透過
しないので、これを糖液中に濃縮するのである。ここに
、糖液が常温で得られるときは、水蒸気を発生し得る程
度の温度に糖液を加熱し、また、糖液が高温で得られる
ときは、必要に応じて、温度を適宜に調整し、高温のま
ま、上記多孔質膜の一面側に接触させる。

第２は、疎水性重合体多孔質膜の一面側に上記のように
所定の高温の糖液を接触させ、他面側には所定の低温の
冷却媒体、例えば、冷却水を接触させることにより、糖
第から発生し、重合体を透過やた水蒸気を直接に冷却媒
体にて冷却して凝縮させ、これを冷却媒体中に得る一方
、糖液を上記と同様に濃縮するのである。

本発明の方法においては、上記重合体多孔質膜は、糖液
に対して疎水性であり、更に水自体は透過させないが、
水蒸気は透過させる性質を有することが必要である。従
って、かかる疎水性重合体多孔質膜は、通常、０．０５
〜５０μｍ、好ましくは０．１〜１０μｍ程度の微孔を
有し、且つ、多孔度が５０％以上であることが好ましい
。また、膜厚は特に制限されるものではないが、通常、
１〜３００μｍ１好ましくは５〜５０μｍ程度である。

従って、本発明においては、かかる重合体膜として、ポ
リテトラフルオロエチレン樹脂のようなフッ素系樹脂か
らなる多孔質膜が、疎水性であると共に耐熱性にすぐれ
るために特に好ましく用いられる。また、例えば、フッ
化ビニリデン樹脂やエチレン−テトラフルオロエチレン
共重合樹脂等のようなフッ素系樹脂の溶液又は溶融液を
押出成形して得られる多孔質膜も好ましく用いられる。

しかし、例えばポリスルホンやセルロース樹脂のような
親水性樹脂からなる多孔質膜でも、表面にフッ素系樹脂
やシリコーン樹脂等の撥水性樹脂を被覆して疎水性の多
孔質表面を付与するときは、これら樹脂膜も使用するこ
とができる。

次に、本発明の方法を実施するのに好適な装置について
、図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は上記第１の方法を実施するために好
適な装置の一例を示す。

即ち、外管１内には上記したような疎水性重合体多孔質
膜よりなる膜管２が同軸的に配設されており、外管と膜
管との間に高温の糖液のための原液通路３が形成されて
いる。従って、外管は保温性を有することが好ましく、
例えば樹脂より形成される。原液通路３には糖液の導入
管４及び導出管５が接続され、必要に応じてこれら管路
に設けた加熱器６により加熱されて、所定の温度に保持
された糖液が上記管４及び５にて原液回路に循環して流
通される。糖液は、弁７を備えた＃ｉ液供給管８から適
宜に原液回路に補充され、また、図示しないが、排出管
により必要に応じて原液回路から一部が排出される。

膜管２の内側には、更にこれと同軸的に伝熱管９が配設
され、前記膜管との間に蒸気拡散空間１０を有するよう
に適宜の間隔がおかれている。蒸気拡散空間は、水蒸気
の凝縮効率の点からは狭い方が好ましいが、余りに狭く
するときは、却って凝縮液の流通抵抗となので、通常、
０．２〜３顛程度が好適である。伝熱管は伝熱性の高い
材料、例えば金属からなる薄肉管である。この伝熱管に
は冷却媒体のための導入管１１及び導出管１２が接続さ
れ、例えば冷却水のような冷却媒体が伝熱管内に循環し
て流通される。また、蒸気拡散空間には膜管を透過し、
伝熱管にて冷却され、凝縮した凝縮水の導出管１３が接
続されている。

尚、膜管を構成する前記多孔質膜は、一般に強度が小さ
いので、図示しないが、適宜の支持体上に支持されて形
成されているのが好ましい。このような支持体は、重合
体膜を補強すると共に、水蒸気を透過させることができ
れば足り、例えば、ポリアミドからなる織布又は不織布
や、セラミック製の多孔質管が好適に用いられる。

また、装置は、第３図に示すように、外管１内に複数の
膜管２が配設され、各膜管が内部に伝熱管９を有すると
共に、外管と各膜管との間の空間が原液通路３であるよ
うに構成されていてもよい。

第４図及び第５図は、本発明の方法において、特に好適
に用いることができる装置を示し、第１図と同じ部材に
は同じ参照番号が付されている。

即ち、外管１内に膜管２が同軸的に配設されており、外
管と膜管との間に原液通路３が形成されている点は、前
記した第１図の装置と同じであるが、この装置において
は、膜管２の内側にこれに接してスペーサ１４が配設さ
れ、更に、このスペーサの内側にこれに接して伝熱管９
が配設されている。

即ち、スペーサは伝熱管によって冷却されるので、スペ
ーサ自体が冷却された蒸気拡散空間を形成しでいると共
に、凝縮水の通路を形成する。従って、原液から発生し
、膜管を透過した蒸気は、このスペーサ及び伝熱管にて
冷却され、スペーサは凝縮した凝縮水の導出管１３に連
通されている。

このスペーサは、膜管を透過した蒸気が伝熱管まで透過
し得るように多孔質であると共に、伝熱壁によって冷却
されて凝縮した水が少なくとも所定方向に通液性を有す
ることが必要であり、更に、熱伝導性にすぐれているこ
とが好ましい。図示した装置においては、スペーサは生
じた凝縮水が鉛直方向に流下し得るように、スペーサは
少なくとも鉛直方向に通液性を有することが必要である
。

勿論、スペーサは多孔質膜又は伝熱管表面に、又はこれ
らの両者に予め接合されていてもよい。

上記スペーサとしては、例えば、１０〜１０００メツシ
ユの天然又は合成の繊維、例えば、ポリエチレン、ポリ
エステル、ポリアミド等の繊維からなる織布、不織布、
炭素繊維布、金属網等が好ましく用いられる。スペーサ
の厚みは特に制限されるものではないが、余りに厚いと
きは、却って蒸気の凝縮効率を低下させるので、通常、
５１１以下、特に０．２〜３Ｈの範囲が好ましい。即ち
、厚みの小さいスペーサを用いることにより、蒸気拡散
空間の間隔を小さくすることができると同時に、水蒸気
の凝縮効率及び凝縮水の取得速度を高めることができる
。

原液通路３には糖液の導入管４及び導出管５が接続され
、必要に応じてこの管路に加熱器６が備えられる。糖液
が、弁７を備えた糖液供給管８がら原液回路に補充され
るのは、前記装置と同じである。また、伝熱管には前記
と同様に、冷却媒体のための導入管１１及び導出管１２
が接続され、冷却媒体が伝熱管内に循環して流通される
。

第１図に示した第１の装置においては、所定の温度の糖
液は、原液通路３に導入され、糖液より発生した水蒸気
は膜管２を透過して蒸気拡散空間０ １０に至り、伝熱管９の表面上で冷却されて凝縮水を生
じ、伝熱管表面を流下して凝縮水導出管１３より装置外
に導かれる。原液中の糖分は膜管により透過を阻止され
、糖液中にン農縮される。この装置によれば、糖液を濃
縮すると共に、凝縮水として実質的に純水を得ることが
できる。

第４図に示した装置によれば、糖液より発生した水蒸気
は膜管２を透過し、スペーサ及び伝熱管によって冷却さ
れ、凝縮して、スペーサを流下して凝縮水導出管１３よ
り装置外に導かれる。

第６図及び第７図は前記した第２の方法を実施するのに
好適な装置の一例を示し、第１図と同じ部材には同じ参
照番号が付されている。

外管１内には前記したような疎水性重合体多孔質膜より
なる膜管２が同軸的に配設されて、外管と膜管との間に
原液通路３が形成され、この原液通路に所定の高温の糖
液が流通され、膜管内には冷却媒体、例えば、冷却水が
流通される。即ち、糖液と冷却媒体は上記膜管を介して
接触される。

原液通路３には糖液を流通させるための導入管４冊 及び導出管５が接続され、同様に、膜管２にも冷却媒体
を流通させるための導入管１１及び導出管１２が接続さ
れている。

この第２の装置によれば、糖液より発生し、膜管壁を透
過した水蒸気は、冷却媒体、例えば、冷却水にて直ちに
冷却されて凝縮し、冷却水中に回収される。前記したと
同様に、必娑に応じて糖液は糖液供給管８より補充され
つつ、加熱器６にて加熱されて、管路４及び５により原
液回路を循環され、また、冷却媒体は、必要に応して冷
却媒体回路に設けた冷却器１４により所定の温度に冷却
されつつ、冷却媒体回路を循環され、その一部は凝縮水
と共に取出管１５から装置外に取り出される。

この装置によれば、膜管壁を介して所定の高温の糖液と
冷却媒体とが直接に接触されるので、糖液から発生した
水蒸気は直ちに冷却媒体により冷却されて凝縮し、冷却
媒体中に回収される。従って、水蒸気の透過速度が大き
いのみならず、膜管と伝熱壁との間に蒸気拡散空間を設
けた装置より２ も小型化し得、単位体積当りの有効膜面積が大きいので
、効率よく糖液の濃縮を行なうことができる。

図示しないが、装置は、複数の膜管が外管内に収容され
、各膜管内に冷却媒体が循環され、外管内において膜管
外の空間が原液通路をなすように形成されていてもよい
。

尚、上記したいずれの装置の場合についても、糖液を外
管と膜管との間の原液通路３に流通させ、膜管内に冷却
媒体を流通させるとして本発明の詳細な説明したが、し
かし、原液通路に冷却媒体を流通させ、一方、冷却媒体
通路に糖液を流通させてよいのは勿論である。

また、スペーサを有するときは、多孔質膜と伝熱壁とが
共に薄いスペーサに接触し、且つ、一定の極めて小さい
間隔にて平行に配設されており、しかも、スペーサ自体
も低温の伝熱壁によって冷却されており、しかも、多孔
質膜と伝熱壁との間には直接の接触部分がなく、糖液か
らの水蒸気の発生が妨げられないので、濃縮を効率よく
行なう３ ことができる。

また、図示した装置はいずれも、原液通路又は冷却媒体
通路が環状に形成されているが、膜管に代わる平板状の
膜壁と伝熱管に代わる平板状の伝熱壁とを、その間に蒸
気拡散空間を設けて、或いは設けることなく、少なくと
も一組を対向して配設し、前記外管に相当する適宜の容
器内に各通路を封入し、各通路に原液又は冷却媒体の循
環のための回路を接続すれば、前記した各装置に対応し
て、断面が方形の原液通路及び冷却媒体通路を有する装
置を得ることができる。更に、上記膜壁と伝熱壁とをス
ペーサを介して接触させて配設すれば、ｑ７ｉ、図に対
応した装置を得ることができる。

このような装置も、本発明の方法を実施するのに好適に
用い・護ることは明らかであろう。

以上のように、本発明の方法は、所定の高温の糖液を疎
水性重合体多孔質膜に接触させ、この糖液より発生して
膜を透過した水蒸気を冷却し、凝縮させることにより、
糖液を濃縮すると共に凝縮水を得るものである。従って
、本発明の方法によ４ れば、前記したような圧力差を駆動力とする逆浸透法と
異なり、温度を駆動力としているためＱこ加圧を必要と
しないうえに、疎水性の膜を使用するので、膜の目詰り
や濃度分極がなく、従って、低エネルギー費用にて糖液
を高い濃縮倍率まで効率よく濃縮することができる。勿
論、高圧処理をしないために、膜表面に汚染物が付着し
た場合にも、水、温湯、酸やアルカリ水溶液等によって
簡単に洗浄除去することができる。更に、糖液がその製
造工程から高温で得られる場合には、糖液を高い温度の
ままで膜濃縮することができる。

以下に本発明の実施例を挙げる。

実施例 第４図に示したように、直径４０鶴の合成樹脂製外管内
に、多孔質ポリアミド織布にて裏打ちされたポリテトラ
フルオロエチレン多孔質膜からなる直径２５闘の膜管を
同軸的に配設し、更にこの膜管内面にスペーサとして厚
みＱ、　５　ｍｍの多孔質ポリアミド織布を重ね、この
スペーサの内面にこれと接触させて直径２３龍のステン
レス鋼製伝熱管５ を配設して、装置を構成した。尚、上記多孔質膜は平均
孔径０．２μｍの微孔を有し、多孔度８０％であって、
装置における有効膜面積は２４０ｃＪであった。

細裂したカンショを圧搾して得られた糖液を約１００℃
の温度に加熱し、石灰乳を加えてｐｎ　７゜２として、
糖液中の不純物を連続沈澱槽にて沈澱除去した。

上記装置において、温度２０°Ｃの冷却水を伝熱管内に
流通すると共に、上記上澄を６０℃に加熱し、その５ｐ
を原液通路に循環供給し、濃縮した。

糖液の濃縮に伴う糖度と共に凝縮水の取得速度を第８図
に示す。

比較のために、圧力が２０　ｋｇ　／　ｃＪの条件下で
３．５％食塩水溶液に対する食塩除去率２９％、透水速
度０．８３ｍ／ｎ（・日の逆浸透膜を備えた膜モジュー
ルにて、温度３０℃、圧力２０ｋｇ／ｃＪ、膜面流速２
ｍ／秒の条件で、上記と同じ糖液を濃縮した。結果を第
８図に示す。この比較例によれば、透水速度が著しく小
さく、しかも、２倍濃縮の段６ 階で実質的に処理が不可能となることが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施例するのに好適な装置の一
例を示す縦断面図、第２図は第１図において線Ａ−Ａ線
に沿う断面図、第３図は別の装置を示す断面図、第４図
は本発明の方法において特に好適に用いることができる
別の装置を示す縦断面図、第５図は第４図において線Ｂ
−Ｂ線に沿う断面図、第６図は更に別の装置を示す縦断
面図、第７図は第６図において線Ｂ−Ｂ線に沿う断面図
、第８図は本発明の方法による糖液の濃縮倍率と凝縮水
取得速度との関係を比較例と共に示すグラフである。 ■・・・外管、２・・・膜管、３・・・原液通路、９・
・・伝熱管、１０・・・蒸気空間、１３・・・凝縮液導
出管、１４・・・スペーサ。 特許出願人　日東電気工業株式会社 代理人　弁理士　牧　野　逸　部 ７ 第６図 仕度（’Ｕ３ｘ　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水蒸気は透過させるが、水は透過させない疎水性
   重合体多孔質膜の一面側に所定の高温の糖液を接触させ
   、この糖液から水蒸気を発生させ、これを上記多孔質膜
   の他面側に透過させ、冷却して凝縮させることを特徴と
   する糖液の濃縮方法。