專利名稱：一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制糖工藝方法，尤其涉及一種改進的制糖澄清工藝方法。
背景技術：
白砂糖色值和含硫量是白砂糖最重要、技術難度最大的質量指標。糖廠的 脫色是通過澄清工序完成的。在目前最普遍采用的亞硫酸法澄清工藝中，通過
添加S02、石灰乳和磷酸，形成亞硫酸鈣沉淀和磷酸鈣沉淀從而將糖汁中的膠
體、色素吸附而除去。因而，亞硫酸鈣沉淀和磷酸鈣沉淀對膠體色素的吸附能
力直接影響到澄清脫色效果。另一方面，由于S02和石灰的加入，增加了蔗汁
中的so,和c^+含量，在后續(xù)的中和反應中，反應速度及反應程度將直接影響 到清汁中so,和c,的殘留量，并最終影響到成品白砂糖的含硫量、灰分含量
以及設備管道的積垢情況等。
雖然亞硫酸法澄清工藝有著悠久的歷史，工藝已相當成熟，但是，制糖生
產過程中的硫熏中和反應還普遍存在不少問題，主要表現在以下幾個方面(l) 蔗汁吸收S02速度慢且不充分；(2)石灰乳與S02反應不夠完全；(3)亞硫
酸轉沉淀顆粒不結實，粒度不均勻。
上述情況會造成如下危害(l)后續(xù)工序蔗汁pH波動，影響糖汁質量；(2) 清汁中S02殘留量大，最終導致成品白砂糖中含硫量高，使白砂糖降級；(3) 糖汁殘留鈣鹽含量高，導致產品灰分高、設備管道積垢嚴重；(4)糖汁中無機 物的含量高，從而使造蜜率升高，糖分收回率降低；(5)石灰與S02反應不完 全，造成硫熏強度低，S02得不到充分利用，硫磺用量大；(6)由于CaS03顆 粒不結實，吸附和沉降性能下降，脫色效果差。
眾所周知脫色效果受到亞硫酸鈣沉淀的吸附性能及沉淀顆粒密度即致密
程度的影響，而S02殘留則是未參與反應的S02或S032、實質上是由中和反
應程度和速度決定的，因而，若能夠在特定的條件下，加快中和反應速度和加 大反應程度，并使沉淀顆粒結實致密，就能夠達到提高脫色率、降低糖汁中 S02殘留量的雙重效果。因此，如何提高中和反應速度和反應程度，是提高脫
色效果、降低殘硫量的關鍵，亦是目前制糖澄清工藝過程中亟待解決的技術問 題。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能提高中和反應速度和反應程度， 提高脫色效果、降低殘硫量的強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法，以克服 上述采用亞硫酸法澄清工藝進行制糖生產過程中硫熏中和反應存在的技術問 題，消除其產生的危害。
解決上述技術問題的技術方案是一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝 方法，采用亞硫酸法澄清工藝，除包括常規(guī)的預灰、 一次加熱、硫熏中和、二 次加熱和沉降工序外，該方法還包括一個強化硫熏中和反應工序，所述強化硫 熏中和反應工序是對硫熏中和后的蔗汁進行超聲波強化處理，即將硫熏中和 后的蔗汁通過超聲波處理器，對流動的蔗汁施加超聲波場能。
本發(fā)明的進一步技術方案是該強化硫熏中和反應工序設置在硫熏中和工 序之后、二次加熱工序之前或是設置在二次加熱工序之后、沉降工序之前。
硫熏中和反應的方法的化學原理如下
在蔗汁的硫熏中和過程中，SO^和C^+的化學反應式如下 S032-(aq)+Ca2+(aq) # CaS03(s) (溶液中的離子) (沉淀)
在一定條件下，蔗汁中的S0,和C反應生成CaS03沉淀，同時CaS03沉 淀中的SOf和C^+在水分子的作用下，也可不斷地從晶體表面溶解進入溶液 中，即CaS03與溶液中的SO,和Ca"之間存在一平衡，該溶液即為CaS03的飽 和溶液，此時，[S032T[Ca2+]=~ (CaS03)。要使溶液中的SO,和Ca"反應生 成CaS03沉淀，必須滿足[S032-].[Ca2+]〉 &p (CaS03)，艮卩8032-和。&2+濃度的乘 積要大于一臨界值&p (CaS03)。實際上，在飽和濃度條件下，溶液并不能自 發(fā)地析出沉淀或晶體，只有在SO,和Ca^過飽和度(常以過飽和系數表示)超 過一定限度后，過飽和溶液才會開始析出沉淀并不斷長大。而能夠析出晶體或 沉淀所要求的過飽和系數的大小受到多種因素的影響，如有無攪拌、攪拌強度 大小、有無晶種、晶種大小與多寡、有無冷卻及其速度快慢等，即在不同條件 下，析出CaS03所要求的臨界過飽和系數是不相同的。
另一方面，從以上中和反應的化學原理可以看出，無論在什么條件下，蔗
汁中總是存在未反應的SO,和C,，即體系中scV-和c^+是無法消失的，但可
以通過特定的方法，使CaS03晶體析出或長大所要求的SO^和Ca"濃度降低， 即在較低的SO,和C^+濃度條件下便能夠充分的析出沉淀，或使晶體繼續(xù)長
大，從而保持蔗汁殘留的so^-和c^+在最低的限度。這就是提高脫色效果，減
少糖汁中S02或SO,、 (^2+的有效途徑，本發(fā)明即是根據硫熏中和反應的方法 的化學原理，對硫熏中和后的蔗汁進行超聲波強化處理，強化蔗汁中SO,和 C,反應生成CaS03沉淀的過程，使得SC^和C +在比較低的濃度條件下能夠 充分反應析出CaS03沉淀，從而降低澄清汁中殘留的SO^和C^含量，降低成 品 白砂糖的殘留硫含量。
因此，本發(fā)明之一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法相對于現有技
術的有益效果是
(1) 殘留的SOf含量低。
硫熏中和后經過沉降澄清得到的蔗汁中so卩'的含量，直接影響到白砂糖中
二氧化硫的含量。本發(fā)明的實施，使硫熏中和反應體系在超聲場作用下，超聲 空化的聚能效應能給過飽和溶液提供能量，提高整個系統(tǒng)的振動能，在極小的 空間和極短的時間內產生沖擊波和射流，并且界面效應降低了結晶能，使沉淀
的生成和長大速率提高幾個數量級，結果是SO^和(^2+過飽和溶液在介穩(wěn)區(qū) (較低過飽和度)就可以實現CaS03沉淀的形成和長大，大大降低了溶液體 系中SO,的含量(和無超聲波強化相比，降低10% 80%)，從而為最終降低 白砂糖成品中的殘硫量提供了必要條件。
(2) 殘留的Ca"含量低。
本發(fā)明的實施，由于超聲場使得SOf和(^2+過飽和溶液在介穩(wěn)定區(qū)就可 以實現CaS03沉淀的形成和長大，大大降低了溶液體系中<^2+的含量(和無 超聲波強化相比，降低10%~80%)，從而避免了由于蔗汁中殘留(^2+較多而導 致的諸如產品灰分高、糖分收回率降低、增加設備管道的積垢等不利影響。
(3) 反應速度快，沉淀顆粒結實，吸附性能好。
在制糖澄清過程，主要是靠SO,和(^2+反應形成CaS03沉淀以及PO戶'和 Ca^反應形成Ca3(P04)2沉淀從而將糖汁中的膠體、色素吸附而除去。亞硫酸 鈣沉淀和磷酸鈣沉淀對膠體色素的吸附能力直接影響到澄清脫色效果，而沉淀 顆粒的結實程度，即密度大小又直接影響到其沉降性能。在超聲條件下，由于 "空化"作用等效應，使得反應體系具有良好的混合作用，加速反應離子的充 分接觸，從而使得反應速度加快，同時使得生成的CaS03沉淀顆粒結實，沉
降速度快，泥汁體積少，過濾性能好。另一方面，由于反應速度快，形成的沉 淀顆粒表面新鮮，顆粒對蔗汁中膠體、色素等雜質的吸附能力強，提高了蔗汁
的澄清脫色效果。此外，SO^和C反應形成CaS(V沉淀的反應速度快，會 使得S02吸收充分，提高S02的利用率；同時，S02的快速穩(wěn)定吸收還會使體 系pH維持穩(wěn)定，避免由于局部過酸使蔗糖轉化，造成蔗糖損失，或局部過堿 會使還原糖分解，影響蔗汁質量。 (4)產生的沉淀顆粒均勻。 SO,和(^2+反應形成CaS03沉淀顆粒的大小均勻性影響到顆粒在沉降器 中沉降的穩(wěn)定性及均衡性。如果顆粒不均勻，會造成沉降器中沉降不均勻，一 部分區(qū)域沉降過快，而另一些區(qū)域沉降過慢，嚴重時還可能使沉降器中出現對 流翻滾情況，造成沉降效果變差，降低清凈效率。因而，CaS03沉淀顆粒大小 均勻性是保證或提高沉降效果從而提高清凈效率的關鍵因素之一。本發(fā)明的實 施，使得硫熏中和反應體系在超聲場的作用下，SO,和(^2+反應形成CaS03 沉淀顆粒尺寸范圍分布較窄，顆粒均勻，增加了蔗汁澄清過程的穩(wěn)定性，提高 了澄清效果。
下面，結合附圖和實施例對本發(fā)明之一種強化硫熏中和反應的制糖澄清 工藝方法的技術特征作進一步的說明。


圖1:本發(fā)明實施例一之一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法的工 藝流程框圖2:本發(fā)明實施例二之一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法的工 藝流程框圖3:本發(fā)明實施例一強化硫熏中和反應工序采用的管式超聲波處理器結 構示意圖4:圖3的A-A剖視圖5:本發(fā)明實施例二強化硫熏中和反應工序采用的另一種型式的管式超 聲波處理器結構示意圖6:徑向陣式超聲波處理器結構示意圖； 圖7:平行板式超聲波處理器結構示意圖。 圖中
1、 5—傳輸電纜，2—置于管道外壁兩側的超聲波換能器，3、 4—管式超聲波處理器的管道，6—置于管道中的超聲波換能器，7—徑向陣式超聲波處理 器之置于管道外壁四周的超聲波換能器，8—徑向陣式超聲波處理器的管道， 9—平行板式超聲波處理器的超聲波換能器，IO—上蓋板，ll一下蓋板。
具體實施例方式
實施例一
一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法，采用亞硫酸法澄清工藝，包 括預灰、 一次加熱、硫熏中和、強化硫熏中和反應、二次加熱和沉降工序(參 見圖1)，強化硫熏中和反應工序是將硫熏中和后的蔗汁通過超聲波處理器， 對流動的蔗汁施加超聲波場能，對已經進行了硫熏中和反應的蔗汁進行超聲波 強化處理，超聲波的強度是0.8W/cm2，超聲波強化處理的時間為20s，本實施 例采用的超聲波處理器是管式超聲波處理器，該管式超聲波處理器包括管道 3，置于管道3外壁兩側的超聲波換能器2，將超聲波換能器2與超聲波發(fā)生 器連接的傳輸電纜l (參見圖3、圖4)，將經過硫熏中和反應后的蔗汁通過該 管式超聲波處理器，超聲波換能器2對硫熏中和反應后的蔗汁施加超聲波場 能，使之強化硫熏中和反應——也即強化蔗汁中SO,和C反應生成CaS03 沉淀的過程；其余的預灰、 一次加熱、硫熏中和工序、二次加熱和沉降工序的 工藝過程與常規(guī)采用亞硫酸法澄清的制糖澄清工藝方法相同，此處不再贅述。
實施例二
一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法，采用亞硫酸法澄清工藝，包 括預灰、 一次加熱、硫熏中和、二次加熱、強化硫熏中和反應和沉降工序(參 見圖2)，其預灰、 一次加熱、硫熏中和、二次加熱和沉降工序的工藝過程與 常規(guī)釆用亞硫酸法澄清的制糖澄清工藝方法相同，所述的強化硫熏中和反應工 序是將硫熏中和反應后經過二次加熱工序后、進入沉降工序前的蔗汁進行超聲 波強化處理，超聲波的強度是0.8W/cm2，超聲波強化處理的時間為40s，本實 施例的強化硫熏中和反應工序采用的超聲波處理器是圖5所示的另一種型式 的管式超聲波處理器，該管式超聲波處理器包括管道4，置于管道4中部的超 聲波換能器6，將超聲波換能器6與超聲波發(fā)生器連接的傳輸電纜5 (參見圖 5 )，將經過硫熏中和反應、并經過二次加熱后的蔗汁通過該管式超聲波處理器， 超聲波換能器6對硫熏中和反應后的流動蔗汁施加超聲波場能，使之強化硫熏 中和反應——即強化蔗汁中SO,和C^+反應生成CaS03沉淀的過程。
作為本發(fā)明實施例一、二的一種變換，所述的超聲波處理器除釆用管式超
聲波處理器外，也可以采用如圖6所示的徑向陣式超聲波處理器或如圖7所示 的平行板式超聲波處理器或其他形式的放置有超聲波換能器的管道或容器作 成的超聲波處理器，將經過硫熏中和反應后的蔗汁通過超聲波處理器，超聲波 處理器的超聲波換能器對硫熏中和反應后的流動蔗汁施加超聲波場能，使之強 化硫熏中和反應——即強化蔗汁中SO,和C^+反應生成CaS03沉淀的過程。
本發(fā)明所述的管式、平行板式或徑向陣式超聲波處理器都是公知的超聲波 處理器。
作為本發(fā)明實施例一、實施例二的一種變換，在強化硫熏中和反應工序中 對硫熏中和后的蔗汁進行超聲波強化處理的超聲波的強度可以增大或減小，一 般的取值范圍是0.5 W/cm2 10 W/cm2。
作為本發(fā)明實施例一、實施例二的又一種變換，在強化硫熏中和反應工序 中，所述的超聲波強化處理的時間也可以增加或減少， 一般的取值范圍是 ls 300s。
權利要求
1、一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法，采用亞硫酸法澄清工藝，包括預灰、一次加熱、硫熏中和、二次加熱和沉降工序，其特征在于該方法還包括一個強化硫熏中和反應工序，所述的強化硫熏中和反應工序是對硫熏中和后的蔗汁進行超聲波強化處理，即將硫熏中和后的蔗汁通過超聲波處理器，對流動的蔗汁施加超聲波場能。
2、 根據權利要求1所述的一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法， 其特征在于該強化硫熏中和反應工序設置在硫熏中和工序之后、二次加熱工 序之前。
3、 根據權利要求1所述的一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法， 其特征在于該強化硫熏中和反應工序設置在二次加熱工序之后、沉降工序之目IJ。
4、 根據權利要求l 、 2或3所述的一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工 藝方法，其特征在于在強化硫熏中和反應工序中，所述對硫熏中和后的蔗汁 進行超聲波強化處理的超聲波的強度是0.5 W/cm2 10 W/cm2。
5、 根據權利要求l 、 2或3所述的一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工 藝方法，其特征在于在強化硫熏中和反應工序中，所述的超聲波強化處理的 時間為ls 300s。
6、 根據權利要求4所述的一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法， 其特征在于在強化硫熏中和反應工序中，所述的超聲波強化處理的時間為 ls 300s。
7、 根據權利要求1 、 2或3所述的一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工 藝方法，其特征在于所述的超聲波處理器是管式、平行板式或徑向陣式超聲 波處理器。
8、 根據權利要求6所述的一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法， 其特征在于所述的超聲波處理器是管式、平行板式或徑向陣式超聲波處理器。
全文摘要
一種強化硫熏中和反應的制糖澄清工藝方法，采用亞硫酸法澄清工藝，包括預灰、一次加熱、硫熏中和、二次加熱、沉降以及強化硫熏中和反應工序，所述強化硫熏中和反應工序是對硫熏中和后的蔗汁進行超聲波強化處理，即將硫熏中和后的蔗汁通過超聲波處理器，對流動的蔗汁施加超聲波場能；該強化硫熏中和反應工序設置在硫熏中和工序之后、二次加熱之前或是在二次加熱之后、沉降工序之前；所述對硫熏中和后的蔗汁進行超聲波強化處理的超聲波的強度是0.5W/cm²～10W/cm²；強化處理的時間為1s～300s。該方法能提高蔗汁中和反應速度和反應程度，提高脫色效果、降低殘硫量。
文檔編號A23L1/09GK101356958SQ20071005289
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權日2007年7月30日
發(fā)明者劉正西, 李利軍, 鋒 楊, 藍勝宇, 黃永春 申請人:廣西工學院;柳州市易普科化工技術開發(fā)有限責任公司