離子交換樹脂在甜菜糖廠和甘蔗糖廠中的應(yīng)用

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1、離子交換樹脂在甜菜糖廠和甘蔗糖廠中的應(yīng)用制糖科技網(wǎng)(2004-02-1715:35:50)1、將糖汁高度提純甜菜糖廠都用碳酸法清凈，國外一些甜菜糖廠將二碳清汁(或其他物料)順序用陽離子樹脂和陰離子樹脂處理，將糖汁中的非糖份絕大部分除去。前面用強(qiáng)酸性陽離子樹脂(氫型)，如Duolite?C-25D，后面用弱堿性陰離子樹脂，如Duolite?ES340。如以CA代表糖汁中的鹽類(C與A分別代表其中的陽離子和陰離子)，則通過兩種樹脂時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：R-SO3H+CA─→R-SO3C+HAR-NR'2+HA

2、─→R-NR'2HA這兩個(gè)反應(yīng)式的左面第一項(xiàng)為樹脂(R表樹脂的骨架部分，R'代表胺基結(jié)合的碳?xì)浠?。在第一樹脂柱，樹脂的氫離子置換了溶液中的陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)，放出的氫離子使溶液pH大幅度下降。在第二樹脂柱，弱堿性樹脂再吸附除去陰離子和各種負(fù)電性物質(zhì)(Cl－、SO42－、負(fù)電色素等)，以及整個(gè)的酸性分子(硅酸及未離解的色素等)，使溶液pH升高至中性或微堿性。這種處理能除去多數(shù)鹽類和有機(jī)物的整體，提純效果最好。它的缺點(diǎn)是糖汁在第一柱變成酸性，pH很低，會(huì)增加蔗糖轉(zhuǎn)化損失(樹脂

3、也有催化蔗糖轉(zhuǎn)化的作用)，強(qiáng)酸性樹脂的再生也較困難(要用較多強(qiáng)酸)。為減少蔗糖轉(zhuǎn)化，糖汁進(jìn)入樹脂柱前要冷卻到15℃或以下，并要以較高的速度通過，縮短停留時(shí)間。一個(gè)糖廠將部分二碳清汁與煮煉的洗蜜混合到約30oBx，通過這種處理前后的糖汁質(zhì)量情況如下表。項(xiàng)目處理前處理后除去率%純度AP80.8～81.693.6～95.1－非糖份%蔗糖22.5～23.75.15～6.84?70.8～77.2有機(jī)氮%蔗糖1.17～1.380.29～0.3073.2～77.2總氨基氮%蔗糖0.24～0.390.0675.0～

4、80.7Ca%蔗糖0.08～0.090100Na%蔗糖0.89～1.00.03～0.0594.9～96.6K%蔗糖1.49～1.590.03～0.0497.4～98.0Cl%蔗糖0.90～1.010.0199.0色值IU(560nm)2340～252049～6497～98?pH?8.7～8.97.1～7.3－可見，這種方法對(duì)無機(jī)物的除去率極高，多數(shù)超過95%，對(duì)色素的除去也如此，對(duì)氮化合物的除去率也在70%以上。處理后的糖液可濃縮成高級(jí)糖漿產(chǎn)品或煮制精糖。物料在處理前的冷卻通常經(jīng)過三級(jí)，首先是用處理

5、后的冷汁與熱汁熱交換，回收部分熱能，然后用冷水冷卻，再用蒸汽噴射器抽到很高真空度，使糖汁自蒸發(fā)而降溫。日本一個(gè)甜菜糖廠將二碳清汁先冷卻到12℃，然后順序通過四種樹脂：強(qiáng)酸性陽樹脂，弱堿性陰樹脂，強(qiáng)堿性陰樹脂和弱酸性陽樹脂。所用的樹脂牌號(hào)為SK1B、WA30、PA310和WK10，均為日本Diaion的牌號(hào)，前三者為苯乙烯系，末者為甲基丙烯酸系。提純的效果很高。近年國內(nèi)有甜菜糖廠研究應(yīng)用離子交換樹脂對(duì)三砂糖(相應(yīng)于甘蔗糖廠的赤糖)的回溶糖漿進(jìn)行脫色，脫色率為35～66％。減少了該糖漿返回煮甲糖時(shí)帶入的

6、色素，相應(yīng)降低了白糖的色值。2、清汁用鈉型陽離子樹脂脫鈣鎂鹽歐美的部分甜菜糖廠使用鈉型陽離子樹脂處理二碳清汁，除去其中的鈣鎂鹽，以減少蒸發(fā)罐的積垢，這亦稱為糖汁的軟化。鈉型陽離子樹脂與糖汁中鈣鎂離子交換的性能較強(qiáng)，反應(yīng)式為：2(R-SO3Na)+Ca2+─→(R-SO3)2Ca+2Na+反應(yīng)后糖汁的鈣鎂離子減少，亦即降低了硬度，但增加了鈉離子；糖汁中的陰離子基本不變。前蘇聯(lián)奧特拉金(甜菜)糖廠從1964年開始用離子交換樹脂處理清汁。所用的樹脂為磺酸基鈉型陽離子樹脂，頭５年用的型號(hào)是AlassionC

7、S-H，以后為KY-2-8。配備４個(gè)樹脂柱，直徑2.3m，高4.8m，三個(gè)柱工作，一個(gè)再生和備用。用過的樹脂用鹽水再生。使用該裝置后，設(shè)備的積垢就很少，可以整個(gè)生產(chǎn)期(100多天)不停機(jī)洗罐。蒸發(fā)罐所用汽壓降低，煮糖速度加快，吸收較好，晶粒均勻一致，有明顯棱角，偽晶減少，產(chǎn)品質(zhì)量較好。在甜菜質(zhì)量不良或操作波動(dòng)時(shí)，工藝過程受影響較少。此外，如果將鈉型樹脂處理后的糖汁(清汁或糖漿)再用強(qiáng)堿性樹脂處理，可以使糖汁色值降低60～70%，純度提高，廢蜜產(chǎn)率降低用鈉型樹脂除鈣是有效的，其缺點(diǎn)是樹脂再生要用較多的

8、食鹽和水，并產(chǎn)生廢水要處理；鈉的造蜜能力高于鈣，增加糖蜜的含糖量。匈牙利制糖研究所提出一種改良的方法，用脫鈣后的清汁所得的糖漿來將使用過的樹脂再生(不用其他化學(xué)再生劑)，糖漿中的鈉轉(zhuǎn)回鈣，這樣糖漿中的無機(jī)物的組成大體與原來的清汁相同。此法實(shí)質(zhì)上是將清汁中的鈣越過蒸發(fā)罐直接轉(zhuǎn)到糖漿中。克拉維茨等研究了這種方法并評(píng)價(jià)了它的效果美國Amalgamated糖業(yè)公司的甜菜糖廠從1984年開始，將二次碳酸法的清汁用氫型弱酸性陽離子樹脂軟化。所用的樹脂柱體積較小，使清汁以高速(40