離子交換樹(shù)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(shù)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(guó)外一些甜菜糖廠將二碳清汁(或其他物料)順序用陽(yáng)離子樹(shù)脂和陰離子樹(shù)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(yáng)離子樹(shù)脂(氫型)，如Duolite?C-25D，后面用弱堿性陰離子樹(shù)脂，如Duolite?ES340。如以CA代表糖汁中的鹽類(lèi)(C與A分別代表其中的陽(yáng)離子和陰離子)，則通過(guò)兩種樹(shù)脂時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：R-SO3H+CA─→R-SO3C+HAR-NR'2+HA─→R-NR'2H

2、A這兩個(gè)反應(yīng)式的左面第一項(xiàng)為樹(shù)脂(R表樹(shù)脂的骨架部分，R'代表胺基結(jié)合的碳?xì)浠?。在第一樹(shù)脂柱，樹(shù)脂的氫離子置換了溶液中的陽(yáng)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(shù)脂柱，弱堿性樹(shù)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(lèi)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(shù)脂也有催化蔗糖轉(zhuǎn)化的作用)，強(qiáng)酸性樹(shù)脂

3、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(shù)脂柱前要冷卻到15℃或以下，并要以較高的速度通過(guò)，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(guò)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0.24～0.390.0675.0～80.7Ca%蔗糖0.08～0.090100Na%蔗糖

4、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(jiàn)，這種方法對(duì)無(wú)機(jī)物的除去率極高，多數(shù)超過(guò)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(guò)三級(jí)，首先是用處理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

5、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(guò)四種樹(shù)脂：強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂，弱堿性陰樹(shù)脂，強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂和弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂。所用的樹(shù)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(guó)內(nèi)有甜菜糖廠研究應(yīng)用離子交換樹(shù)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)帶入的色素，相應(yīng)降低了白糖的色值。2、清汁用鈉型陽(yáng)離子樹(shù)脂脫鈣鎂鹽歐美的部分甜菜糖廠使用鈉型陽(yáng)離

6、子樹(shù)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(chēng)為糖汁的軟化。鈉型陽(yáng)離子樹(shù)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(kāi)始用離子交換樹(shù)脂處理清汁。所用的樹(shù)脂為磺酸基鈉型陽(yáng)離子樹(shù)脂，頭５年用的型號(hào)是AlassionCS-H，以后為KY-2-8。配備４個(gè)樹(shù)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(guò)的樹(shù)脂

7、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(guò)程受影響較少。此外，如果將鈉型樹(shù)脂處理后的糖汁(清汁或糖漿)再用強(qiáng)堿性樹(shù)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(shù)脂除鈣是有效的，其缺點(diǎn)是樹(shù)脂再生要用較多的食鹽和水，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

8、來(lái)將使用過(guò)的樹(shù)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(wú)機(jī)物的組成大體與原來(lái)的清汁相同。此法實(shí)質(zhì)上是將清汁中的鈣越過(guò)蒸發(fā)罐直接轉(zhuǎn)到糖漿中?？死S茨等研究了這種方法并評(píng)價(jià)了它的效果美國(guó)Amalgamated糖業(yè)公司的甜菜糖廠從1984年開(kāi)始，將二次碳酸法的清汁用氫型弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂軟化。所用的樹(shù)脂柱體積較小，使清汁以高速(40