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    膜分离技术在制糖工业上的应用


      膜分离技术在制糖工业上的应用
    1、超滤用于清净糖汁
    传统的工艺是加入石灰、SO2、磷酸等沉淀剂沉淀混合汁中的色素等杂质,但是其中的葡聚糖、淀粉、脂蜡非糖大分子难以除去,相比之下,采用超滤方法可以有效除去。将传统的清净工艺与超滤方法结合可以收到良好的效果。过滤之前,需要将悬浮物去掉,以免损坏滤膜。
    美国进行了多项研究,用陶瓷膜过滤器混合汁,过滤后糖汁锤度不变,色值降低20%,浊度减少90%,混浊物除去99.6%,此外,淀粉除去46%,葡聚糖除去77%。同时糖汁纯度提高,锤度基本不变,说明蔗糖没有损失。
    将经过超滤的糖汁进行后续的蒸发结晶实验对比,发现经过超滤的糖汁虽然没有加防垢剂,但是在蒸发罐内产生的积垢要少的多,这样在生产上可以减少清垢和能耗。膜处理的脱色效果超过了传统的结晶作用。这意味着采用膜过滤可能取代传统的混合汁澄清过程。
    丹麦试验将甜菜渗出汁加少量石灰中和并过滤除去不溶物后,用聚砜超滤膜在60~80℃和0.4-0.6MPa下过滤,滤汁纯度91.5-94.5%,色值1000-25001U,脱色率95%。用超滤膜处理糖浆,80℃,0.42MPa,糖浆为65°Bx,可除去色素30—50%,糖浆纯度提高1-15%。超滤膜的截留分子量较小者,脱色效果较高。
    我国制糖工作者详细研究了用超滤膜处理甘蔗糖厂不同蔗汁的效果。超滤膜的材质为聚醚砜,截留分子量分别为1万、2万和7万。处理的蔗汁分别为亚硫酸法糖厂的混合汁、中和汁和混合清汁(清汁和滤汁的混合物)。混合清汁用超滤膜处理后,色值降低30-38%,浊度降低40-57%,纯度上升0.5-0. 8%;混合汁用超滤膜处理后,色值降低81-84%,浊度降低96-97%,纯度上升16-19%。
    将不同截留分子量的超滤膜效果进行对比,分子量为1万的效果略优于7万者,滤汁质量稍高。这些数据还有两点值得注意:
    1)混合汁处理后的滤汁的色值和浊度都低于处理清汁者。这说明蔗汁在亚硫酸法处理过程中生成了分子量较低的、能通过超滤膜的有色物和浑浊物。
    2)蔗汁用超滤膜处理,纯度有所提高,但上升值不大。这是因为它除去的无机物不多,大部分无机物是低分子量的,它们是影响蔗汁纯度的主要因素。
    广东和广西的糖业界曾研究应用国产的PA微孔管过滤器处理蔗汁和糖浆,它是一个圆筒形容器,内装多条微孔过滤管,液体从外面通过它的微孔进人管内集中流出。过滤管是聚乙烯烧结微孔管,直径25mm,有不同型号,截留微粒的直径为0.1- 10 P m。曾试验过滤亚硫酸法糖厂的清汁(澄清汁与滤清汁的混合物),蒸发糖浆和炼糖厂的回溶糖浆(已加活性炭),都能将糖液中的不溶物除去大部分,色值略有降低,纯度略有提高。用于过滤清汁的过滤速度较高,过滤后用热水和压缩空气反洗可将沉淀物清除。用于过滤糖浆时的过滤速度较低,且较易被阻塞。
    2、超滤与高分子交换树脂的组合应用
    精炼糖的制造是采取将蔗糖回溶然后用活性炭、离子交换树脂等处理回溶糖浆,除去其中的杂质,然后再煮糖结晶得到精炼糖,该方法需要对树脂或者活性炭进行处理再生。
    将精炼糖厂的中间糖蜜稀释后用陶瓷膜(截留分子量30万)过滤。滤液浊度降低91%,色值降低14%,经过分析发现这种处理除去了绝大部分高分子物质和悬浮微粒,以后再用树脂就很少受污染,是离子交换法一种极好的前处理方法。
    将上述的膜滤前和膜滤后的糖液分别浓缩到高浓度再测定其粘度,在80°BX下,已滤糖液的粘度为500CP,而未滤者为1000CP前者低约一半;在84°BX下,两者的粘度分别为1700和2700CP已滤者低约37%。经过膜滤的糖液的粘度降低约相当于糖液浓度降低2°BX,因此可提高起糖分回收3—5%。这种膜过滤的余留液含有大量的糖分和浓集的杂质,可以加水稀释后再用膜过滤,将糖分收回。
    美国夏成夷糖业公司(H&CS)的Puunene糖厂和法国Annlexion公司合作。开发了一种将清汁超滤和软化相结合的系统,从1994年底开始使用;是世界上第一个在生产规模应用超滤的甘蔗糖厂,使用的效果较好。该糖厂用石灰法生产优质原糖(color sugar)。供其他糖厂制精炼糖。
    他们将石灰法的清汁先进行初滤,加热后进行超滤,超滤汁用树脂处理软化再入蒸发罐。它提高了产品糖的质量和收回率,减少了蒸发罐积垢和清洗所用药剂,并降低了汽耗。
    清汁先经良好的初滤除去蔗糠和悬浮物,以利于后面的处理。使用两台连续过滤机自动清除滤渣。超滤采用陶瓷膜元件,表面覆盖氧化ZrO2,末级超滤柱的残余液,集中了蔗汁中的绝大部分杂质,其体积约为进入蔗汁的10%。随使用时间延长,超滤膜逐渐被堵塞,压力差增大,当它达到可允许的最大值时,该生产线就自动停机进行清洗,间隔为24-48h,决定于所处理的蔗汁的质量。系统的清洗是自动进行的。先用热水、再用低浓度次氯酸钠的溶液,最后用磷酸冲洗,每次约2h。
    超滤汁的再用强酸性钾钠型阳离子树脂处理,超滤汁用泵压入树脂住的底部,向上通过树脂层从顶部排出。蔗汁中的钙镁离子被树脂的钾钠离子置换,树脂柱可使用8-10h,决定于蔗汁中的钙镁盐含量。树脂的再生是使用乙糖蜜,由于清汁中的钙镁被钾钠置换,该糖蜜中含钾钠较多而钙镁较少。将它通过上述的树脂,乙糖蜜中的钾钠可将树脂中的钙镁置换;使树脂恢复钾钠型,可以再用于将糖汁软化;钙镁则转入糖蜜中,将它煮制丙糖,因钾钠含量较低、造蜜作用较弱,可减少糖蜜含糖量。这种方法实质上是将清汁中原来的钙镁越过蒸发罐和煮制甲、乙糖的阶段,直接转移到乙糖蜜和丙糖膏中,总的灰分平衡情况没有改变,最终各成份的数量没有增减。此外还有盐水系统,必要时用盐水将树脂再生。
    3、纳滤膜回收离子交换过程的再生试剂和洗涤水
    精炼糖厂通常是使用离子交换树脂来脱色糖液,离子交换法虽然效果很好,但是再生溶液和洗涤水量大,并且含有大量的NaCl和有色物质,处理要消耗大量的药品和水,纳滤是目前解决这一问题的最佳方法。1994年法国的马赛糖厂就此进行了深入研究,实验效果良好。而后,纳滤装置于1997年在Saint-Louis炼糖厂投入实验使用,结果发现脱除盐分达到80~90%,减少排污量90%,收到了良好的效果。

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