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可见,这种方法对无机物的除去率极高,多数超过95%,对色素的除去也如此,对氮化合物的除去率也在70%以上。处理后的糖液可浓缩成高级糖浆产品或煮制精糖。
物料在处理前的冷却通常经过三级,首先是用处理后的冷汁与热汁热交换,回收部分热能,然后用冷水冷却,再用蒸汽喷射器抽到很高真空度,使糖汁自蒸发而降温。
日本一个甜菜糖厂将二碳清汁先冷却到12℃,然后顺序通过四种树脂:强酸性阳树脂,弱碱性阴树脂,强碱性阴树脂和弱酸性阳树脂。所用的树脂牌号为sk1b、wa30、pa310和wk10,均为日本diaion的牌号,前三者为苯乙烯系,末者为甲基丙烯酸系。提纯的效果很高。
近年国内有甜菜糖厂研究应用离子交换树脂对三砂糖(相应于甘蔗糖厂的赤糖)的回溶糖浆进行脱色,脱色率为35~66%。减少了该糖浆返回煮甲糖时带入的色素,相应降低了白糖的色值。
2、清汁用钠型阳离子树脂脱钙镁盐
欧美的部分甜菜糖厂使用钠型阳离子树脂处理二碳清汁,除去其中的钙镁盐,以减少蒸发罐的积垢,这亦称为糖汁的软化。
钠型阳离子树脂与糖汁中钙镁离子交换的性能较强,反应式为:
2(r-so3na) + ca2+ ─→ (r-so3)2ca + 2na+
反应后糖汁的钙镁离子减少,亦即降低了硬度,但增加了钠离子;糖汁中的阴离子基本不变。
前苏联奥特拉金(甜菜)糖厂从1964年开始用离子交换树脂处理清汁。所用的树脂为磺酸基钠型阳离子树脂,头5年用的型号是alassion cs-h,以后为ky-2-8。配备4个树脂柱,直径2.3m,高4.8m,三个柱工作,一个再生和备用。用过的树脂用盐水再生。使用该装置后,设备的积垢就很少,可以整个生产期(100多天)不停机洗罐。蒸发罐所用汽压降低,煮糖速度加快,吸收较好,晶粒均匀一致,有明显棱角,伪晶减少,产品质量较好。在甜菜质量不良或操作波动时,工艺过程受影响较少。此外,如果将钠型树脂处理后的糖汁(清汁或糖浆)再用强碱性树脂处理,可以使糖汁色值降低60~70%,纯度提高,废蜜产率降低
用钠型树脂除钙是有效的,其缺点是树脂再生要用较多的食盐和水,并产生废水要处理;钠的造蜜能力高于钙,增加糖蜜的含糖量。匈牙利制糖研究所提出一种改良的方法,用脱钙后的清汁所得的糖浆来将使用过的树脂再生(不用其他化学再生剂),糖浆中的钠转回钙,这样糖浆中的无机物的组成大体与原来的清汁相同。此法实质上是将清汁中的钙越过蒸发罐直接转到糖浆中。克拉维茨等研究了这种方法并评价了它的效果
美国amalgamated糖业公司的甜菜糖厂从1984年开始,将二次碳酸法的清汁用氢型弱酸性阳离子树脂软化。所用的树脂柱体积较小,使清汁以高速(40~100bv/h)通过树脂柱,以减少糖汁在酸性下的时间。汁温稍高于80℃,防止细菌的活动。所处理的清汁应当完全没有悬浮物,防止悬浮物堵塞树脂床。在新树脂刚入汁时,清汁ph值急速下降,一小时后降至ph4~5,随后又逐渐上升到7~8。这是因为新树脂中的氢置换了清汁中的各种金属离子,故ph下降较大;在树脂中的钾钠量增大后,它又可与汁中的钙镁置换,此时ph很少下降。最初得到的酸性汁要立即加氧化镁或碳酸钠中和,后来的汁就不需要。由于糖汁通过速度很快,蔗糖的转化相当少。弱酸性阳离子树脂在由氢型转变为一价金属离子型时,体积膨胀较大;但它再转变为二价金属离子型时,体积略为收缩。清汁通过树脂柱后含钙量近于零,经过数小时或更长时间后,树脂的性能耗尽,出汁含钙量升高,就停用和进行再生。树脂使用的周期时间决定于入汁的含钙量,最短为4小时,最长达30小时。该厂装有三个树脂柱,树脂的平均工作寿命超过594周期。树脂的再生使用稀硫酸,弱酸性树脂的再生是较易的,所需的再生剂量只需超过理论值10%,再生就相当完全。再生末期稍为过量的酸的洗液,加入甜菜渗出用水中以调节ph值,不用废弃。使用这个方法后,蒸发罐和煮糖罐的积垢很少,传热性能和处理量明显提高,汽耗降低;糖蜜易于回收蔗糖。
3、quentin法
欧洲的甜菜糖厂普遍应用quentin process(昆廷法),用镁置换中级糖蜜(纯度70~75%)中的钾和钠。由于镁的造蜜作用比钾和钠低很多(蔗糖在含镁溶液中的溶解度低于在含钾钠溶液中的溶解度),这种置换可降低糖蜜的含糖量。在钾钠盐被置换一半时,最终糖蜜纯度由57%降低到51%。糖的产量相应提高,约为甜菜的0.5%。
应用这个方法有一个前提,就是要有价廉的镁化合物。欧洲和美国都有盐矿化工厂排出的富含氯化镁的废水。将它通过钠型强酸性阳离子交换树脂,就得到镁型的树脂。将糖厂的中级糖蜜稀释和加热到68~70ºbx,85~90℃,通过镁型树脂,糖蜜中的钾钠就被树脂中的镁置换,置换率约50%。糖液通过树脂柱的速度约为2bv/h,树脂的交换容量可以利用到80%以上。糖液通过树脂时的ph值不能高于9.0,以免形成氢氧化镁沉淀将树脂污染。由于糖液浓度高,要使用大孔树脂。树脂柱通过糖液后,用约25ºbx的甜水将内部的残留糖液推出,再用水洗,得到的甜水为5~10ºbx,用于将糖蜜稀释。
树脂的再生是使用富含氯化镁的废水,因树脂对镁的吸附比钾钠强,再生较容易。
4、甘蔗糖厂的清汁处理
国内外甘蔗糖厂在生产上还很少直接应用离子交换树脂,主要原因是甘蔗汁含高分子物质较多,容易堵塞树脂的孔道,降低它的性能,而且甘蔗糖厂的清汁色泽深、灰分高,用树脂处理的负担很大,技术难度较大。虽然如此,国内外都有对这一课题进行研究。
云南省轻工研究所和曲溪糖厂曾进行了大量的研究工作,测试了多种树脂在这个领域的应用性能和效果,选定了较好的工艺方案和树脂品种;并在工厂中装设了小型设备进行连续的试验。清汁顺序经过三个树脂柱,第1、3柱装苯乙烯系强碱阴离子树脂(南开d-290),第2柱装丙烯酸系弱酸阳离子树脂(南开d-151)。d-290树脂原是氯型,使用前应先用碳酸氢铵处理,使其转变成为碳酸氢型(hco3-),它与糖汁中的阴离子交换而放出hco3-,使ph值略上升(至ph8)。第2柱树脂是氢型,它放出h+与糖液中的阳离子交换,使ph下降至ph3~4。而放出的h+则与hco3-结合成为碳酸h2co3,自行分解出co2排走。酸性汁通过第3柱时ph值再上升,当达到所要求的最终ph值时,可将少量酸性汁不入第3柱,直接与经过第3柱的汁混合。控制这部分清汁的数量即可得到所需的ph值。连续几天运行的结果,清汁纯度为92.9(比处理前清汁提高6.1),钙镁盐总量0.01~0.02%,色值4~10ºst,清净效果很好。
d-290树脂用nacl再生,再用nh4hco3转型;d-151则直接用hcl再生。
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