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国内外糖液气浮清净技术的应用和发展 |
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国外部分 |
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国内外糖液气浮清净技术的应用和发展 |
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国内外制糖工业近代技术进步与发展的一个最重要方面，是糖液气浮清净技术的发展和提高。虽然早期的磷浮清净法在上世纪20年代已开始应用，但直至70年代初仍只用在炼糖厂中，效果不够好，且相当不稳定。70年代以后，由于开发了高效能的絮凝剂，大大提高了气浮分离过程的速度和效率，而且还研究成功了多种新的工艺流程，用于甘蔗糖厂和精炼糖生产。气浮清净技术的应用范围迅速扩大，清净效率亦高。这些技术在国内外都还在发展之中，潜力很大。本文对国内外这项技术的应用和发展情况，作一综合性的介绍与论述，具体分为国内和国外、用于糖浆和用于蔗汁等方面。 |
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国外部分 |
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磷浮法在国外最先用在炼糖厂，用于处理原糖的回溶糖浆，是炼糖厂的两种主要工艺方法之一(另一种为碳酸法)，在美国、澳大利亚和中南美等地的多个大型炼糖厂中广泛应用。 这种方法是在回溶糖浆中加入磷酸和石灰并加热，生成磷酸钙絮凝物来吸附糖浆中的部分色素和大分子胶体物质，并捕集各种悬浮微粒、然后在糖液中充入适量的微细的气泡，和加入高效能的絮凝剂，产生二次絮凝作用，形成比较粗大的絮剂物，将糖液中的微细气泡网络在内，形成比重低的絮凝物。它们在浮清器中向上浮起，逐渐在液面上形成较浓的浮渣，用拨桨撇除分离，液面下方就成为清糖浆。 例如，美国加利福尼亚和夏威夷糖业公司的crockett炼糖厂(日产糖4000吨)，原糖经蜜洗后回溶，糖浆浓度65ºbx，加磷酸按p2o5计为150～200mg/kgbx，加灰到ph7.2，用加压溶气法充气(压缩空气压力0.8mpa，溶气时间1～2分钟)。随后加入絮凝剂7mg/kgbx，再进入4个直径均为6m的浮清器。浮清糖浆再经过骨碳和离子交换树脂脱色，然后送去煮制精糖。浮渣用甜水洗糖后再浮升分离，二次浮渣加水洗糖后沉淀，沉淀物用吸滤机过滤除去。 应用磷浮法需要控制糖浆浓度、流量、药剂的加入和各项技术条件比较稳定，国外都配备自控仪表来管理。 磷浮法除去糖液中的不溶性杂质的效果较好，清液清亮透明，但对溶解性的杂质除去不多，色素的除去率约为30％。要进一步提高脱色率，可以在磷浮前的糖浆中加入脱色剂－－主要是阳离子表面活性剂(例如各种季铵盐例如二甲基双十八烷基代氯化铵)，它能够和部分带负电的高分子有色物结合凝聚，磷浮时一起除去。加入脱色剂量为原糖量的0.04～0.08%，总脱色率可提高到60％～70％。 |
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英国tate & lyle(国内译为塔特莱尔或泰莱)公司较早开发应用磷浮法处理蒸发糖浆，并在多个国家推广，美国和澳大利亚等国亦开发了几种略为不同的流程和设备。 榨蔗糖浆的磷浮法清净的基本流程如下：将糖浆加热到80～85℃，加入磷酸相当于200～300mgp2o5/kgbx，及加入糖化钙(代替石灰乳)中和，然后用加压溶气法或机械破碎法充气，再加入絮凝剂10～15mg/kgbx，即进入浮清器进行分离。生成的浮渣回流至混合汁中。 该系统配备完善的仪表自控装置，和用计量泵按比例加入各种药剂，使各项技术条件控制稳定。使用糖化钙优于石灰乳，因为它是清液，无颗粒，反应速度快，容易计量和控制。它的配制方法是：在搅拌箱中放入一半体积的糖浆，1/4体积的石灰乳和1/4体积的水，搅拌约1小时，静置沉淀除去杂质后取清液应用。 这种处理的效果一般如下：糖浆浊度除去75～92%，粘度降低20～35%，色素除去12～17%，灰分降低15～20%。成品糖的浊度和不溶物含量大幅度下降，色值和灰分略为减低。这种方法的脱色效果不高，如在磷浮之前加入脱色剂(主要是季铵盐)，可提高脱色率，但成本较高。 |
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国外甘蔗糖厂普遍使用无滤布真空吸滤机，它的滤汁是混浊的，过去都回流到混合汁中，对生产有不良的影响。80年代英国泰莱公司开发了一种方法，将吸滤汁和蒸发糖浆磷浮的浮渣混合，再加入磷酸、充气和絮凝剂进行磷浮，得到的清汁直接入蒸发罐，不用再回流，所形成的浮渣则与沉淀器泥汁混合一起过吸滤机。这种方法可明显提高成品糖的质量。中南美国家的不少原糖厂，就利用这种方法和将原来的石灰法工艺改为低硫熏法，变为生产白糖，白糖的质量亦较好。此法亦称为blenco-directo法，在国外的名声颇大，为泰莱公司赢得了大量利润。 |
国内部分
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广东省的多个甘蔗糖厂在停榨期间炼糖，从1980年代初开始普遍使用磷浮法，初期的方法和情况与国外的接近。后顺德糖厂在1988年成功开发了一种新的、我国独创的亚硫酸－磷酸二次浮清法，效果大幅度提高，在多个糖厂炼糖时采用。90年代后由于甘蔗减少，广东不少过去的大糖厂已不再榨蔗。东莞、顺德、中山三个糖厂则转为专门加工进口原糖的炼糖厂，规模逐渐扩大，日处理量达到1500～2000 吨，成为东南亚规模最大的炼糖厂之一。它们的产品主要是外销的优级糖，色值一般低于60iu。 这种新磷浮法的主要优点是脱色率高，达到75～80％，超过国外磷浮法加高效脱色剂的脱色率。这种方法的流程和设备较简单，生产能力大，经过时间短，糖分损失少，收回率高，能耗和成本较低。是炼糖的较理想的澄清方法。它为广东的几个炼糖厂带来可观的经济效益。 这种新方法的工艺特点，是将磷浮和强硫熏相结合，先在微碱性下浮升分离一次，清糖浆再在中性下磷浮一次。其基本流程如下： |
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回溶糖浆 → 预加灰加磷酸 → 硫熏加灰 → 充气加絮凝剂 → 第一次浮清 → 清糖浆加磷酸中和→ 充气加絮凝剂 → 第二次浮清 → 清糖浆硫熏 → 煮炼 |
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此流程的主要技术条件：糖浆浓度(按清糖浆计)62～65ºbx，一次浮清前加磷酸p2o5300～350mg/kgbx，及经过两级硫熏加灰：一级加so20.6～1g/l, 加灰ph7.6～8.0，二级加so2连一级共计1.6～2g/l，加灰ph8.5～8.8，加热至75～85℃后入一次浮清器，所得清糖浆加磷酸中和，连前次加磷酸总量为500mg/kgbx，然后入二次浮清器，清糖浆ph6.5～6.8。两次浮清之前分别加絮凝剂15～20 和10～15mg/kgbx。 这种方法利用了强硫熏和在碱性下进行分离，大幅度地提高了脱色率，因而能够生产质量很好的优级糖，即使购入的原糖的质量相当差，也能全产优级糖。此法的第一次浮清及ph值控制是取得良好效果的关键。(参阅“炼糖二次浮清法”)。广西贵港甘化公司(覃塘)在90年代也曾使用这个方法炼糖。 |
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广东省的甘蔗糖厂从1980年代开始应用磷浮法处理蒸发糖浆，中山、顺德、市头等厂都用得比较好。其基本方法和情况与国外的情况接近，有效地提高了白糖质量。在90年代初期，中山、顺德、紫坭、东莞等厂都曾在榨季期间大量(50％～100％)生产优级糖(色值约60iu)供出口，应用糖浆磷浮法是一项重要的措施(参阅“亚硫酸法生产优级糖”)。以后，广东湛江和粤北地区的几个糖厂亦应用了糖浆磷浮技术。 广东还有多个糖厂使用磷浮法处理赤砂糖的回溶糖浆，可除去它的大部分不溶性杂质和部分色素与胶体，提高白糖质量。有些厂还同时使用无机脱色剂提高澄清效果。 广西明阳糖厂在80年代也曾使用糖浆磷浮法，随后有多个糖厂进行试验研究。在90年代，东亚糖业公司的几个糖厂引进了英国的糖浆磷浮技术，最近云南瑞丽糖厂也引进了澳大利亚的这项技术。 糖浆磷浮法的设备较简单，但各项技术条件要稳定，特别是糖浆浓度、温度和流量稳定，加药剂量和ph值适当和稳定。如果用人工控制，必须有较高的管理水平和操作技术，否则技术条件波动大，清净效果就较差，甚至不能正常运行。国内有不少糖厂试用过这项技术，就因这个问题而停用。可以说，应用这种工艺的关键是控制。但配置完善的仪表自控装置的费用相当大，妨碍了它的推广。 |
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国内甘蔗糖厂大部分采用亚硫酸法，它的产品质量不够理想。多年来糖业界为改善这种情况做了大量的研究工作，一种较有效的方法是硫熏中和汁的碱性浮清法。 这种方法的前段和常规的亚硫酸法相同，混合汁加热硫熏后，加石灰乳到微碱性，ph8.2～8.6，然后加入絮凝剂，进入浮清器，蔗汁中的大量杂质即凝聚成团粒，由于硫熏时蔗汁已吸入大量气体生成很多气泡，这些凝聚物即与气泡一起上浮，形成浮渣而被撇去。得到的浮清汁加入磷酸中和，再经二次加热进入沉淀器。浮渣与沉淀器的泥汁可以分别过滤，或混合一起过滤。这个方法因为将硫熏后的蔗汁在微碱性下分离沉淀物，可除去较多的杂质和色素，蔗汁纯度上升较大，色值降低较多。而沉淀器因为进入的杂质量大幅度减少，沉淀较快，清汁的清度和质量较高。 这个方法是广州甘蔗糖业研究所在80年代开发的，先在广东的新宁糖厂和斗山糖厂、以后在海南、广西和湖南的多个糖厂使用，白糖的色值和不溶物都显著降低，有较好的效果。用这个方法，蔗汁在气浮之前没有加磷酸，只利用蔗汁原来所含的磷酸，而浮升分离要排除蔗汁中原有的大量杂质，技术上的难度较大。一些糖厂的浮升过程不稳定、或浮渣难处理、或因为蔗汁在碱性下经过时间长，引起还原糖分解，有机酸增加，导至清汁含钙量升高，蒸发罐积垢严重等，因而多数糖厂难以长期使用。产生这些问题的常见原因是硫熏抽吸产生的气泡过量和偏粗，致使浮升效果不够好，浮升时间较长，浮渣不够结实，体积偏大，已及控制不够稳定等。如果应用近几年掌握和积累的蔗汁气浮技术，采取适当措施，提高气泡的质量，加快气浮分离过程，缩短分离时间，消除浮清器的死角，缩小浮渣体积，相信能够较好地解决这些问题，使这个方法正常运行和取得更好的效果。 可以认为，这个方法是在原有亚硫酸法工艺和设备的基础上，改动不大而又能较显著地提高清汁和白糖质量的好方法。 |
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国内普遍使用有滤布的真空吸滤机，它的滤汁的质量要比沉淀器的清汁低相当多。如色值高于澄清汁10～17°st，浊度高30～40％，纯度低0.3～1.0度；滤汁中经常有一层雾状的微粒。如果滤布质量不好，滤汁的质量下降更多。这种情况对白糖质量有较大的不良影响。广东中山糖厂从1991年开始将滤汁进行磷浮处理。在滤汁中加入磷酸(p2o5400mg/l),并加石灰乳中和到ph7.1～7.3，再充气和加絮凝剂浮清，得到的清汁质量较好：色值降低约30%，纯度上升约0.8度，浊度降低50%～70%，还原糖和钙盐变化不大；糖浆和白糖质量也相应提高。它的效果与加入磷酸量有关，磷酸较多时的效果较好。 国内近年较多使用无滤布吸滤机，因滤网的孔径大，更多的杂质穿过滤网，滤汁很混浊，需要返回与混合汁一起再次澄清，这增加了物料和杂质的循环。最近广西一个糖厂将这种滤汁用磷浮法处理，滤汁纯度和清度都明显升高。 |
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5、磷浮法在碳酸法二碳饱充汁的应用 碳酸法澄清过程的二碳饱充汁，传统是用压滤机过滤，滤汁经硫漂到接近中性，再入蒸发罐。清汁硫漂可以降低ph值，但不能除去钙盐，脱色作用也很弱。最近的研究说明，如果将二碳饱充汁(未过滤)加入少量磷酸(p2o5200～300mg/l)及充气加絮凝剂上浮，可将清汁色值和含钙量降低30～40％(对比常规的硫漂清汁)，纯度略有上升，清汁的质量更高。其具体效果随加入磷酸量增大而升高。磷浮得到的浮清汁，ph值已较低，其后可以不用或减少硫漂。这种处理既可以进一步降低白糖的色值和二氧化硫含量，还可以显著地减少蒸发罐和煮糖罐的积垢。所需设备不多，成本不高，容易实行。磷浮产生的浮渣量很少，可以与一碳饱充汁混合一起过滤，也可回流到混合汁中。这个方法因浮渣量很少，浮清速度很快，浮清器要特殊设计。 |
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这是国内在90年代后期研究开发的新工艺，它用于亚硫酸法糖厂，利用酒精车间产生的二氧化碳对中间汁进行简化的碳酸法澄清，在广西昌菱糖厂生产上进行处理全部物料的试验，运行多日，除了部分设备未适应要求(如积垢多未有备用设备)外，整体运行基本正常，并由广西大学组织了查定。证明该法对提高糖汁质量和白糖质量有一定的效果。 中间汁澄清法是将蒸发过程的中间汁(五效蒸发的第三效出口的糖汁，35～42ºbx)抽出来进行澄清处理，然后返回后两效罐继续蒸发。国内外多个糖厂曾在生产上进行过中间汁碳酸法或中间汁亚硫酸法的试验，都可以提高澄清效果，但也有困难，未能长期应用。 中间汁碳酸磷浮法和以前试验的方法不同，它以酒精车间的二氧化碳为主澄清剂，加灰量比常规碳酸法低很多，饱充后用快速沉降器分离(不用全汁过滤)，然后再进行磷浮。经这些处理后，糖汁色值降低约一半，浊度除去超过80%，胶体除去超过60%，氧化钙、氧化镁和硫酸根除去25％～28%，清净效果相当好，白糖色值下降20～30iu。不过，由于流程较长和设备未完善，无长期使用(详见“碳酸磷浮法”)。 |
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7、低温磷浮法（另见“低温磷浮法”） |
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总的来说，我国糖业界对气浮清净新工艺的研究应用，初期是参考了外国经验的。后来对各项有关的工艺和设备的技术问题都进行了详细深入的研究，作了很多重大的改进，逐渐越出了原来的模式，在工艺流程与应用领域、充气方法与气泡控制、设备型式和结构方面都有很多新的创造，应用更广，效果更好。特别是我国独创的亚硫酸－磷酸二次浮清法对糖液的脱色率达到75%，超过了国外磷浮法再加高效脱色剂的水平，在几个炼糖厂使用取得很好的效益。我们开发的平流式快速浮清器，处理时间只需10分钟，比国外名家设计的设备快三倍多；我们的气泡制造和控制技术是一流的，为实现快速浮升打下了基础。我国还开发了多种气浮新工艺，都有很好的发展前景。我们在这个领域在国外发表的论文，得到了良好评价和高度重视。只要我们继续努力研究和实践，结合自控方面的改进，我国糖业界一定能够在这一领域取得更大成绩，在世界上居于前列。
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