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低温磷浮法及其应用 |
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| 展望 | ||
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本流程和所用设备有如下的主要特点: 1、全部设备都是根据新工艺的要求专门设计的新式设备,效率高、体积小。因此,处理过程的时间很短,蔗汁通过全流程的时间只约12分钟。 2、关键性的浮清器,是最新式的平流式浅层快速浮清器,蔗汁在其中经过的时间只约10分钟,比传统的糖液气浮分离所用的浮清器所需时间缩短一半以上。 3、粗泡分离器能自动将蔗汁中的较粗的气泡(直径>0.1mm)分离出来,防止了粗泡对浮升过程的扰动,并使浮渣紧密结实而易于流动和输送。 4、制泡机内部装有30件具有锋利刀刃的切削刀,高速运转,将粗泡及蔗汁破碎成为含大量很微细气泡的混合物。气泡数量易控制。 5、蔗汁在全系统内是自行流动的,中间无需调节,各项设备的操作管理都很方便。各种药剂的加入用计量泵和仪表控制,可直接观察和调节它们的加入量。岗位人员只需巡回检查,需要时进行调节,无需固定在设备旁边操作。 一个日榨5000吨甘蔗的糖厂,需用的主要设备如下: 1、反应器,2 台,15 m3; 2、制泡机,2 台,11kw 2930 r/min; 3、粗泡分离器,15 m3; 4、浮清器,3 台,长方形,宽3.8m,长5.6 m,深0.55m; 5、絮凝剂溶解器,1套。 碳酸法糖厂应用低温磷浮法能够彻底解决它的滤泥严重污染环境的问题,并大幅度减少加灰量和滤泥生成量。在广西南宁糖纸厂和贵糖集团制糖厂的使用情况都证明了这一点。 碳酸法清净效率高、产品质量好,但它的加灰量很大(对甘蔗比2%或以上),生成大量强碱性的滤泥(对甘蔗比9%~10%)。这种滤泥是无法利用的:它与土壤混合会使土壤严重碱化,对土质十分有害,故不能作肥料(只有极少数强酸性的土壤例外);它又含有不少的有机物特别是含氮物,堆存时会分解放出臭气,难以处理;它在高温下分解放出恶臭的气体,故又不能用于烧制水泥。国内多个糖厂曾试验将它掺合在水泥原料中灼烧,所得的水泥质量没有问题,但造成严重的空气污染,不能实行。这大量的工业垃圾,被丢弃在山沟(或大海)中,造成严重的环境污染。随着社会对环境保护的要求越来越高,碳酸法的滤泥污染问题更加突出。国内已有多个碳酸法甘蔗糖厂,因为这个问题而被迫改用亚硫酸法,放弃了得来不易的白糖质量好的优势。 将低温磷浮法和碳酸法相结合,生成的两种滤泥,都是可以再利用的二次资源。蔗汁先用低温磷浮法除去大量的有机非糖分,形成的滤泥(以干固物计)含有机物77%~79%,五氧化二磷5.1%~6.9%,氮1.5%~2.4%(折算为粗蛋白质约10%),含钾0.4%~0.6%(由专业机构分析的结果),是很好的有机肥料。浮清汁再进行碳酸饱充,此时生成的沉淀物和滤泥的主要成分是碳酸钙(超过80%),以及硅、镁、铝、铁等的氢氧化物或它们的复合物,有机物很少,灼烧时不产生臭味,完全可用作制造水泥的原料,或其他工业的填充料,不再是废弃物。一个年榨50万吨甘蔗的碳酸法糖厂,每年可得到有机肥料近万吨和水泥原料约2万吨。这样就形成了良性的生态循环,符合绿色产业的要求,经济效益和社会效益都很大。 广西自治区经贸委在2002年组织了多位制糖专家对南宁糖纸厂使用低温磷浮法的效果进行了鉴定,肯定了这种方法“对治理碳酸法糖厂的滤泥严重污染问题提供了一种好的解决方法,有良好的社会效益和显著的环保效益……,可在碳酸法糖厂推广使用”。 在上述两个糖厂生产运行的情况说明,此系统的工艺和设备运行情况相当稳定。在浮清器的入口处可以清楚看到,混合汁中的各种杂质凝聚状况良好,杂质颗粒比较紧结而稳固,尺寸多数在1mm上下,颗粒与汁液的分界明显,颗粒外的汁液清晰透明;这些颗粒很快地向上浮起,迅速在液面上形成一层浮渣,它逐渐向出口移动,越来越浓稠密集,呈黑褐色,厚度为2~30mm。在操作控制和技术条件正常时,浮清器极少“反底”,浮清汁质量良好,基本清晰、纯度比混合汁提高1.0~1.5度,含钙量较低,还原糖变化不大。汁的颜色为黄带浅褐色,类似淡茶,只稍深于亚硫酸法清汁(因未经硫熏或碳酸饱充),而比石灰法的清汁浅很多,色值约为100ºst。 在生产上应用低温磷浮法,必须注意杀菌消毒。因为混合汁中总有数量较多的细菌,它们在低温下容易繁殖。因此,一方面要注意尽可能缩短所经过的时间和减少设备的死角,同时也要使用高效的杀菌剂。我们在混合汁中加入杀菌剂(广州糖业研究所的wfb型糖用杀菌剂),数量为每吨蔗汁10g(10ppm)。由于蔗汁中的细菌较多积聚在蔗渣糠中,故要求混合汁要经过较密的曲筛过滤:在经过使用铜筛条的曲筛后,再用装15~20目尼龙网的曲筛过滤,减少蔗汁中蔗糠的含量。 浮清器排出浮渣的处理是很重要的问题。由于絮凝和浮升的效果好,浮渣浓度高,含泥量达10%~12%,远高于一般的泥汁(它们的含泥量只约5%),因此浮渣量比一般的泥汁量少得多,只约为混合汁量的5%~8%。这就较便于处理。两个糖厂都使用压滤机将它过滤。贵糖的情况较好:将浮渣在箱中打蒸汽加热到55~60℃,然后泵到压滤机过滤,过滤良好,约1小时滤泥满框。经水洗和打气后停机卸泥。机内滤泥充满而结实,比较干,粘性不大(比亚硫酸法滤泥粘性小),绝大部分在拉开滤板时能自行从滤布上脱落。滤泥水分约65%,干滤泥转光度3~6%。过滤汁的清度和纯度都好,可以和浮清汁混合一起到后工序。用一台150m2的压滤机可以处理日榨1000吨混合汁的浮渣(但需两台压滤机轮换使用)。对于榨量为5000吨的糖厂,浮渣过滤需要用7台150m2的压滤机。但南糖的浮渣过滤稍为困难,滤泥糖份较高。这可能与离心泵的型式参数有关。 经过低温磷浮法处理除去大量杂质后,碳酸法清净就不需要加很多的石灰,可以减少石灰用量40%~50%,使加灰量由目前的2~2.2%的水平降低到1~1.3%。例如,在南糖的多次室内试验,用这一新工艺得到的浮清汁、一碳饱充清汁及常规方法的一碳饱充清汁的质量的平均结果如下表。
注:浮清汁加灰量1.4%。 |
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这些数据说明,混合汁经低温磷浮法处理后,一碳饱充加灰量可以大幅度降低,清净效果包括清汁纯度和色值都可达到目前常规碳酸法的水平。这样,石灰用量、碳酸法清净的成本和滤泥产量都大大降低。该厂试验在浮清汁饱充加灰量不同时,所得清汁的质量对比如下表。
表中数据说明,在浮清汁的一碳饱充加灰量降低时,清汁质量稍有降低,但差别不大。而常规碳酸法在加灰量降低时,其清净效果是大大降低的。这种不同是因为浮清汁中的非糖分已大为减少。在生产控制中,可以根据对清汁的质量要求来适当控制加灰量。两个糖厂在生产上使用这个方法时,一碳饱充的加灰量都由原来的2.1%降低到1.3%,清净效率和产品质量大体上保持不变。 碳酸饱充生成的滤泥,含碳酸钙83%,碳酸镁2%,有机物很少,烧灼时没有臭味,是制造水泥的良好原料,也可以再加工成为其他填充剂。 在生产成本方面,应用新方法的成本增加包括:所用药剂、电费和工人费用等;而节约的费用包括:减少石灰石和焦炭的用量,因加灰量减少、清汁锤度较高而减少蒸发罐用汽,以及减少滤泥处理费用等。据南糖的测算,前者平均每吨甘蔗为1.79元,后者稍高一些,两者大体持平。据贵糖的测算,前者对每吨糖为15.8元,后者大体相等。因此,应用这个方法并不增加糖厂的成本。 碳酸法的滤泥污染是世界性的糖业技术难题,我们在解决这个难题的路上已经走出了成功的一大步,为根本消除碳酸法的滤泥严重污染问题、变工业废料为有用资源打下了基础。它既保持了碳酸法产品质量优良和清净效率高的优点,又可以将碳酸法的加灰量和滤泥量减少约 1/3,和将滤泥转变为两种不同成分和可以再利用的资源性物质。 我国多数甘蔗糖厂应用亚硫酸法。这种方法工艺与设备较简单,但澄清效果不高,白糖质量不够好,特别是难以适应制造高级饮料和食品的要求。如果蔗汁先经过低温磷浮处理,浮清汁再进行亚硫酸法澄清,就能够大幅度提高澄清效果和产品质量,并能从根本上消除亚硫酸法经常出现的沉淀和过滤困难等问题,减少蒸发罐的积垢,大大改善澄清与煮炼过程。 低温磷浮处理除去了大量的有机非糖份,并消除了它们在高温下的不良反应,蔗汁再经硫熏中和及二次加热,生成的沉淀物主要是结实的亚硫酸钙等无机物,很少松散的有机物和蔗糠。它的形态与原来的亚硫酸法的沉淀物大不相同,颗粒近似球形,较细而结实、比重高、基本上没有难沉淀的低比重的悬浮物。加入微量的絮凝剂后,它们沉降得很快,极少分散悬浮的微粒,也很少浮泡或浮渣,清汁清晰,有良好的光泽,泥汁体积大为减少,只为全汁的6%~10%,过滤速度很快。清汁含钙量低于普通亚硫酸法,cao%bx为0.35%~0.4%,纯度比普通亚硫酸法清汁高约1度。因沉淀量少,沉淀和过滤设备的体积与面积都可以大幅度减少。 这个方法在广西一个糖厂运行了约一个月。日处理量约5000吨,使用三台上述规格的浮清器。蔗汁浮升情况大体正常,清汁基本清亮,但色泽变动较大,随甘蔗的情况、加入磷酸量和ph值而变,蔗汁质量好、加磷酸较多和ph值稳定时,浮清汁色泽较浅,色值低于100ºst;但如蔗汁质量较差(特别是处理霜冻蔗),或加入磷酸量偏低,或ph值波动大,则浮清汁带红色,色值110~130ºst。浮清汁的纯度比混合汁上升较小,只为0.5~1.0。浮渣比较浓,全部浮渣和后面连续沉淀器的全部泥汁混合,用两台无滤布真空吸滤机(55m2)过滤可以过完,滤泥水分约70%,转光度则随洗水量变化,可以降到很低(如3%)。但是过滤汁非常混浊,带黑色,纯度大幅度下降。发现这个问题以后,就把滤汁再加少量磷酸、石灰乳和充气、加絮凝剂进行第二次磷浮,用一台浮清器。得到的浮清汁清亮、色浅(比沉淀器清汁),纯度亦上升回复至正常数值。 使用低温磷浮法后,蔗汁硫熏中和生成的沉淀物转变为接近白色(原来为褐黑色),连续沉淀器放清汁比较快而畅顺,清汁透明度提高,色泽也较浅。该段时间的白糖色值,从日报来看多数是110~130iu,比常规流程有所降低。 低温磷浮法是我国开发成功的制糖新工艺。经过数个单位几年的努力,已经取得了丰富的实践经验,也发现了一些需要改进之处。只要继续努力,低温磷浮法一定能够取得更好和全面的效果。 应用低温磷浮法,还有多项新的具有良好开发价值和发展前景的领域。 (1)从滤泥中提取高档的有效成分,提高糖厂的经济效益 糖厂每年排出大量的滤泥,碳酸法滤泥严重污染环境,亚硫酸法滤泥也只能作为低级的肥料,以很低的价格送售给农民。其实,滤泥中含有大量宝贵的资源,只是由于滤泥中的杂质过多,很难提取和利用这些成分。应用低温磷浮法,滤泥的数量较少,有害的杂质少得多,为提取和充分利用甘蔗中的这些宝贵资源提供了很有利的条件。 滤泥中的有效资源主要有如下几类: 1、蛋白质:甘蔗中含有相当多的蛋白质,新鲜甘蔗压榨汁含蛋白质约为干固物总量的0.3%~0.4%。一个年榨50万吨甘蔗的糖厂,混合汁中的蛋白质约有200多吨!这些蛋白质在澄清过程中大部分凝结,转入到滤泥中。亚硫酸法糖厂的滤泥(以干物计)含蛋白质约4%,低温磷浮法的滤泥含蛋白质约10%。国内在1950年代后期就曾研究过从滤泥中提取蛋白质,但提取物的质量不够好。近年毛里求斯等国亦对此课题进行研究,有新的进展。 2、蔗蜡:这是一种高级的植物蜡,存在于甘蔗皮的表面上,它的数量与甘蔗的品种和生长条件有关。压榨时进入混合汁中的蔗蜡,大部分转到滤泥中。国内外都有糖厂从滤泥中提取蔗蜡,再提纯制成不同质量档次的产品出售。由于成本较高,未有大的发展。近期由于发现蔗蜡中含有极为宝贵的成分,许多单位进行开发,在互联网上有许多求购蔗蜡的信息。 3、高级生物成分:甾醇、磷脂和28烷醇等。它们在自然界中比较稀少,但在甘蔗中相当丰富,很有提取利用的价值。它们都是具有良好生物功能和医药价值的高级有机物。特别是28烷醇,国内外近期都在大力研究开发,在互联网上有非常多的报道和资料。28烷醇可以增强包括心肌在内的肌肉功能,保护心脏和肝脏,和促进高血脂症的脂质分解,有多种重要功能。广东省食品研究所最近已成功地从甘蔗滤泥中提取出28烷醇和制成产品,销往国外。这是一种前景很好的高新技术产品。 (2)制糖工艺的重大变革 我国甘蔗糖厂大部分采用亚硫酸法工艺。随着社会的不断进步,这种方法越来越难以跟上形势的发展,需要进行重大的改造。低温磷浮法为此提供了良好的条件,蔗汁经过低温磷浮法除去大量杂质以后,进一步的清净处理就容易得多,可能采用多种不同的方案,例如下述的两种方法: 1、在低温磷浮的浮清汁中加入少量的无机脱色剂和(或)活性炭,过滤后得到浅色的清汁,然后蒸发煮糖,不再使用传统的二氧化硫或二氧化碳,清汁和白糖的质量都会比较高,设备的积垢大大减少,但成本可能较高。关键在于无机脱色剂和活性炭的价格。可以通过具体的试验解决这个问题。 2、低温磷浮法以后用中间汁碳酸磷浮法处理。中间汁碳酸磷浮法在广西昌菱公司糖厂生产试验有良好的效果(参阅碳酸磷浮法):中间汁的色值降低约一半,浊度除去大部分,胶体除去2/3,cao、mgo、so4 等除去约1/4。但由于流程较长,后来停止应用。如果混合汁的处理改用低温磷浮法(不再用亚硫酸法),浮清汁升温后进入蒸发罐,中间汁用碳酸磷浮法处理,总的流程不长。将澄清的重点放在中间汁澄清,利用酒精发酵的二氧化碳进行简化的碳酸法,总的清净效果可接近常规的碳酸法,提高产品质量和煮炼收回率的效果就更大。设备增加不多,澄清剂的总费用接近常规的亚硫酸法。 作者相信,近年将会陆续开发出多种新的蔗汁清净方法,效果好,流程短,设备紧凑,成本低,积垢少,基本摆脱现行澄清方法的落后面貌。可以预期,以低温磷浮法为基础结合新的清净方法,将成为21世纪糖汁清净方法的主要形式,引导制糖工艺的巨大变化和进步。
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