專利名稱：軟化含糖水溶液如糖汁或糖蜜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟化糖汁如糖廠糖蜜的方法，及將該方法用于回收含于上述糖汁中的糖。
蔗糖和甜菜糖工業(yè)產(chǎn)生相當(dāng)多量的被稱為糖廠糖蜜的非結(jié)晶糖汁。這種糖蜜中含相當(dāng)多量的糖，因此通常將它進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硪员闾崛〕銎渲兴拇蟛糠痔?。特別是這種處理包括將糖蜜進(jìn)行離子排阻層析，使用Na-和/或K-型的強(qiáng)陽離子樹脂為固定載體。但是，因?yàn)樘菑S糖蜜中含相當(dāng)量的可溶性鎂和/或鈣鹽，在層析操作中所說的樹脂會(huì)負(fù)荷Ca2-和/或Mg2-離子，這就會(huì)使其分離能力迅速降低。因此就必須周期性地間斷層析操作以便再生陽離子樹脂。這就導(dǎo)致了要消耗再生試劑并降低了生產(chǎn)能力。
因之曾建議，在將糖蜜進(jìn)行層析之前，通過在Na-和/或K-型陽離子樹脂上進(jìn)行離子交換的方法將溶于糖蜜中的鈣和/或鎂鹽除去。因?yàn)樵诖穗x子交換期間，陽離子樹脂上的Na-和/或K-離子逐步被糖蜜中的Ca2-和/或Mg2-離子所代替，上述樹脂必須周期性地再生，再生通常使用NaCl水溶液。該再生技術(shù)主要有兩個(gè)缺點(diǎn)它必須消耗再生劑(NaCl)并且產(chǎn)生含被損失的糖的廢水，因此使用NaCl水溶液的這種再生系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是不夠滿意的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種無上述缺點(diǎn)的軟化方法。這樣，本發(fā)明提出了一種采用陽離子交換樹脂軟化含糖的Ca2-和/或Mg2-離子的糖汁水溶液如糖廠糖蜜的方法以及上述樹脂再生的方法。它包括(a)軟化步驟，其中所述糖汁和所述Na-和/或K-型的陽離子交換樹脂接觸，一方面使被軟化的糖汁脫掉了Ca2-和/或Mg2-離子并負(fù)荷了Na-和/或K-離子，另一方面使陽離子交換樹脂負(fù)荷了Ca2-和/或Mg2-離子，以及(b)上述使用過的樹脂的再生步驟，該方法的特征是，再生步驟(b)包括將所述樹脂和從含糖和Na-和/或K-離子的被軟化過的糖汁水溶液中層析糖時(shí)分離得到的液體(廢液)接觸，所述液體含最初存在于被軟化的糖汁中的大量的Na-和/或K-離子。
很容易理解，本發(fā)明的再生步驟很巧妙地使用了一種在糖廠中很容易得到的液體，即從被軟化的糖汁中層析分離糖時(shí)產(chǎn)生并負(fù)荷了Na-和/或K-離子的廢液，這部分液體通常是要從糖廠排放的。因之和現(xiàn)有技術(shù)中的再生體系比較，本發(fā)明無需提供額外的再生劑并且是經(jīng)濟(jì)的辦法。同時(shí)和公知的系統(tǒng)比較，糖的損失也降低了。
步驟(b)中使用的液體(廢液)是利用了從由步驟(a)得到的軟化糖汁中層析分離糖時(shí)產(chǎn)生的液體。
按照本發(fā)明，在用于步驟(b)之前將液體(廢液)進(jìn)行濃縮也是有利的。這是因?yàn)樗鲆后w中Na-和/或K-離子的濃度越高，再生程度就越高。按照本發(fā)明，在所述樹脂于步驟(b)中和所述液體接觸之前，將Na-和/或K-離子加入到該液體中也是有利的，這樣能進(jìn)一步改進(jìn)再生的效果。
另外，步驟(a)中使用的陽離子交換樹脂優(yōu)選使用Na-和/或K-型的強(qiáng)陽離子樹脂，產(chǎn)生用于步驟(b)中的液體(廢液)的層析操作優(yōu)選使用Na-和/或K-型的強(qiáng)陽離子樹脂進(jìn)行，并用水洗脫。尤其是被選擇的強(qiáng)陽離子樹脂可以是任何由聚合物母體例如聚苯乙烯或聚丙烯酸酯型的母體，用交聯(lián)劑如二乙烯苯交聯(lián)的樹脂，再將陽離子交換劑的基因例如強(qiáng)酸性的磺酸基接枝到上述母體上。特別優(yōu)選的樹脂是IR200(商品名，Rohm and Hass公司銷售)。
本發(fā)明還涉及通過上述軟化方法得到的軟化糖汁。
本發(fā)明還涉及回收含于糖汁水溶液如糖廠糖蜜中的糖的方法，該糖汁主要含糖，Ca2-和/或Mg2-離子以及色素，該方法包括(ⅰ)軟化步驟，其中所述糖汁和Na-和/或K-型的陽離子交換樹脂接觸，一方面得到了脫掉了Ca2-和/或Mg2-離子并負(fù)荷了Na-和/或K-離子的軟化糖汁，另一方面，得到負(fù)荷了Ca2-和/或Mg2-離子的陽離子交換樹脂，以及(ⅱ)糖的分離步驟，包括將步驟(ⅰ)中得到的軟化糖汁進(jìn)行層析，得到的第一部分液體(廢液)中含較多的Na-和/或K-離子并不含糖，第二部分液體中含糖并且不含Na-和/或K-離子。
該方法的特征是，它還包括(ⅲ)再生步驟，包括將于步驟(ⅰ)中得到的負(fù)荷了Ca2-和/或Mg2-離子的陽離子交換樹脂和步驟(ⅱ)中得到的上述第一部分液體(廢液)接觸，一方面得到富含Ca2-和/或Mg2-離子的液體，另一方面得到Na-和/或K-型的再生了的陽離子交換樹脂。
還應(yīng)提出的是，優(yōu)選在用于步驟(ⅲ)之前將上述第一部分液體(廢液)進(jìn)行濃縮，以及在用于第(ⅲ)步驟之前將Na-和/或K-離子加入到上述第一部分液體中，以及用于步驟(ⅰ)的陽離子交換樹脂優(yōu)選Na-和/或K-型的強(qiáng)陽離子樹脂，以及步驟(ⅱ)中的層析優(yōu)選采用Na-和/或K-型的強(qiáng)陽離子樹脂并用水洗脫。所使用的強(qiáng)陽離子樹脂可以是上述軟化方法中已經(jīng)述及的那些樹脂。
本發(fā)明還涉及上述回收方法中得到的富含糖的液體。
最后，本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)上述糖的回收方法所用的裝置，包括-至少一個(gè)含Na-和/或K-型陽離子交換樹脂的軟化單元，它包括提供待軟化的糖汁水溶液的設(shè)備，提供再生液的設(shè)備，排出被軟化的糖汁水溶液的設(shè)備及排放廢棄的再生液的設(shè)備，以及-至少一個(gè)層析單元，它包括提供洗脫劑的設(shè)備，提供軟化單元得到的軟化糖汁水溶液的設(shè)備以及排放含Na-和/或K-離子并且不含糖的液體(廢液)的設(shè)備。
其特征在于，它還包括將上述提供再生液的設(shè)備連接到層析單元萃取設(shè)備的連接設(shè)備，值得指出的是，如果需要，所述的連接設(shè)備可以包括用于由所述萃取設(shè)備萃取上述液體(廢液)的濃縮單元。
本發(fā)明的其它目的及優(yōu)點(diǎn)由下述并參照附圖
會(huì)看得更清楚，其簡單的流程圖表明了有關(guān)從糖廠糖蜜中回收糖的設(shè)備的一個(gè)具體方案的原理。
以該圖為例的設(shè)備顯而易見地包括兩個(gè)軟化單元1，2，每個(gè)單元為填充了Na-和/或K-型強(qiáng)陽離子樹脂(例如IR 200，Rohm and Haas公司)的柱子，每個(gè)柱子在其上部裝有導(dǎo)管3，4，以便提供事先澄清并用去離子水稀釋過的糖廠糖蜜(糖汁水溶液)。澄清可用任何公知的方法，例如US-A-5110363中所述的澄清法進(jìn)行。至于稀釋，要達(dá)到稀釋后糖蜜中干物質(zhì)含量為10-70%(重量)較好。如此澄清并稀釋過的糖蜜主要含糖，鈉、鉀、鈣以及可能還有鎂的無機(jī)鹽以及色素。
每個(gè)軟化柱1，2還在底部安裝有導(dǎo)管5，6，以便排出被軟化的糖蜜，導(dǎo)管5，6均連至一個(gè)三通閥7，從7伸出導(dǎo)管8，管8的自由端導(dǎo)入層析柱9的頂部。假如需要，在每個(gè)導(dǎo)管5，6中裝上循環(huán)泵10，11。最后，每個(gè)柱1，2的頂部安裝樹脂再生液供應(yīng)管12，13，其底部安裝廢再生液排放管12a，13a，它們每個(gè)還裝有隔離閥12b，13b。
層析柱9含Na-和/或K-型強(qiáng)陽離子樹脂作為固定載體，洗脫液是水，它通過導(dǎo)管14提供至柱頂，柱9的底部有導(dǎo)管15，以便排放富含糖的液體(廢液)，以及導(dǎo)管16，以便排放貧糖的液體。
按照本發(fā)明，上述裝置還包括從排放導(dǎo)管16至導(dǎo)管12，13的提供廢液(再生液)的設(shè)備，這些設(shè)備包括(a)導(dǎo)管17，它的一端連至循環(huán)泵18的排出口，循環(huán)泵的進(jìn)料口連至導(dǎo)管19，管19的自由端伸至接近桶20的底部，排放導(dǎo)管16的自由端導(dǎo)入桶20;
(b)濃縮單元21，安裝有待濃縮液的入口，并連接導(dǎo)管17;安裝對(duì)于濃縮期間被分離出的水的出口22，出口23用于排出濃縮液，該出口安裝有排放泵24;
(c)出口23導(dǎo)至桶25;以及(d)導(dǎo)管26上裝循環(huán)泵27，該管的一端接近桶25的底部，另一端連一個(gè)三通閥28，從28伸出導(dǎo)管29，管29連接導(dǎo)管12，導(dǎo)管30連接導(dǎo)管13。
濃縮單元可以是能在減壓下操作的蒸發(fā)器，它可以是本技術(shù)領(lǐng)域公知的單或多降浮標(biāo)式蒸發(fā)器(falling float evaporator)。此時(shí)，出口22排放蒸發(fā)中形成的濃縮物。
該裝置操作如下在第一個(gè)循環(huán)中，閥7置于使導(dǎo)管8和導(dǎo)管5及6連接的位置，泵10，11，18及24開啟，泵27關(guān)閉，閥12b，13b和28關(guān)閉。
澄清并稀釋的糖蜜(干物質(zhì)重10-70%)通過導(dǎo)管3和4加入柱1和2，在柱中進(jìn)行陽離子交換，放于該柱中樹脂中的Na-和/或K-離子逐漸被存在于糖蜜中的Ca2-和/或Mg2-離子代替。其結(jié)果，糖蜜中含有了Na-和/或K-離子并且脫出了Ca2-和/或Mg2-離子，而樹脂上富含了Ca2-和/或Mg2-離子并脫去了Na-和/或K-離子。
然后，從柱1，2出來的糖蜜通過導(dǎo)管5，6，泵10，11，閥7和導(dǎo)管8加入到層析柱9中。在柱9中糖蜜由于樹脂的作用被分離，通過導(dǎo)管14提供水作為洗脫液。
第一部分洗脫液(廢液)，不含糖但含鈉和/或鉀鹽及色素，通過導(dǎo)管16排放并注入到桶20中。第二部分洗脫液，它不含鈉和/或鉀鹽但含糖，通過導(dǎo)管15排出。
與此同時(shí)或者隨后，桶20中回收的廢液通過導(dǎo)管19，泵18和導(dǎo)管17送至蒸發(fā)器21中。由上述單元21得到的濃縮了的廢液(優(yōu)選含10-70%重的干物質(zhì))通過導(dǎo)管23和泵24排出，注入到桶25中。
在第二個(gè)循環(huán)中，柱1和2之一中的離子交換樹脂被再生(例如柱1中的樹脂)。為此，停止加糖蜜進(jìn)行軟化，關(guān)閉泵10，閥7置于只連接導(dǎo)管8和6的位置，閥12b打開，閥28放置到僅連接導(dǎo)管26和29的位置，打開泵27。
在該狀態(tài)下，來自桶25的濃縮廢液通過導(dǎo)管26，29和12加入到柱1中。在柱1中，含Na-和/或K-離子的濃縮廢液通過柱1中的樹脂，并將它再生。所述濃縮廢液中的Na-和/或K-離子逐漸代替樹脂中的Ca2-和/或Mg2-離子。在通過樹脂后，含Ca2-和/或Mg2-離子的濃縮廢液然后通過導(dǎo)管12a排放。
一旦再生完成，柱2中樹脂再生的第三循環(huán)即開始，并在柱1中恢復(fù)軟化操作。這包括停止向柱2提供糖蜜，打開閥13b，通過調(diào)節(jié)閥28連接導(dǎo)管26和導(dǎo)管30，通過調(diào)節(jié)閥7的位置連接導(dǎo)管8和5，恢復(fù)向柱1提供糖蜜。
第二和第三循環(huán)以均勻的間隔時(shí)間被重復(fù)。
作為情況應(yīng)注意，在軟化操作中，澄清并稀釋的糖蜜(10-70%干物質(zhì)重)通過柱1，2的流速可以是每小時(shí)0.1-5倍樹脂床體積，在再生操作中，再生液(桶25中的濃縮廢液，含10-70%重量干物質(zhì))通過柱1，2的流速可以是每小時(shí)0.1-5倍樹脂床體積。這些速度根據(jù)所用液體中干物質(zhì)的含量來選擇。因此糖蜜中干物質(zhì)含量越高，糖蜜通過樹脂柱1，2進(jìn)行軟化操作的流速則越低。同樣，再生液(濃廢液)中干物質(zhì)含量越高，所述液體通過柱1，2的流速則應(yīng)越低。
同時(shí)，再生液的溫度應(yīng)被調(diào)節(jié)，以使再生操作的液體有適當(dāng)?shù)恼扯?依賴于干物質(zhì)含量，溫度可以在20-70℃范圍。
還應(yīng)指出，若需要的話，可將Na-和/或K-離子(例如以NaCl和/或KCl形式)加到例如在桶25中的濃廢液中。
還應(yīng)指出，若需要的話，被加入的全部或某些NaCl和/或KCl可以通過將用于再生或從導(dǎo)管12a和/或13a得到的濃廢液進(jìn)行重結(jié)晶來回收。
本發(fā)明的操作實(shí)施例1.軟化操作-待軟化的糖蜜干物質(zhì)重15%，以Ca2-離子表示的相對(duì)于干物質(zhì)的硬度為12000ppm;
-軟化樹脂IR 200，Rohm and Hass公司產(chǎn)品(交換容量為1eq/l);
-溫度40-80℃;
-糖蜜流速，每小時(shí)兩倍軟化樹脂床體積，糖蜜流過2.5小時(shí)后樹脂就飽和了;
-被軟化的糖蜜以Ca2-離子表示的相對(duì)于干物質(zhì)的平均硬度為2000ppm。
2.層析操作-層析樹脂Dowex C 356，Dow公司產(chǎn)品，-溫度約80℃;
-被軟化的糖蜜流速每小時(shí)層析樹脂床體積的0.03倍-洗脫水流速每小時(shí)層析樹脂床體積的16倍;
-廢液干物質(zhì)含量4%(重量)3.廢液濃縮操作-濃縮設(shè)備降浮標(biāo)式蒸發(fā)器(蒸發(fā)溫度為80℃);
-濃縮后干物質(zhì)含量，以重量計(jì)為30%;
4.再生-溫度25℃-濃縮廢液流速每小時(shí)軟化樹脂體積的0.45倍，通過相應(yīng)于流速0.34倍樹脂體積的濃廢液后再生即完成。
5.水淋洗軟化樹脂-水流速每小時(shí)2倍樹脂床體積;
-時(shí)間1小時(shí)
權(quán)利要求
1.用陽離子交換樹脂軟化含糖和Ca2-和/或Mg2-離子的糖汁水溶液如糖廠糖蜜的方法以及上述樹脂的再生方法，包括(a)軟化步驟，其中使所述糖汁和Na-和/或K-型上述陽離子交換樹脂接觸，一方面得到不含Ca2-和/或Mg2-離子且含Na-和/或K-離子的軟化糖汁，另一方面得到負(fù)荷了Ca2-和/或Mg2-離子的陽離子交換樹脂，以及(b)上述用過樹脂的再生步驟，該方法的特征是再生步驟(b)包括將所述樹脂和從含糖和Na-和/或K-離子的被軟化的糖汁水溶液中層析糖時(shí)分離得到的液體接觸，所述液體含有最初存在于被軟化的糖汁中的大量的Na-和/或K-離子。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(b)中使用的液體是從步驟(a)中得到的被軟化的糖汁中層析糖時(shí)分離出的液體。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在步驟(b)中使用之前將液體濃縮。
4.按照權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于在所述樹脂和所述液體于步驟(b)中接觸之前，將Na-和/或K-離子加到所述液體中。
5.按照權(quán)利要求1，2，3或4的方法，其特征在于步驟(a)中使用的陽離子交換樹脂是Na-和/或K-型強(qiáng)陽離子樹脂，以及產(chǎn)生步驟(b)中使用的液體的層析操作是用Na-和/或K-型強(qiáng)陽離子樹脂進(jìn)行，并用水洗脫。
6.按照權(quán)利要求1-5中的任何一項(xiàng)的方法得到的軟化糖汁。
7.從主要含糖，Ca2-和/或Mg2-離子，色素的糖汁水溶液如糖廠糖蜜中回收糖的方法，包括(ⅰ)軟化步驟，其中所述糖汁和Na-和/或K-型陽離子交換樹脂接觸，一方面得到脫掉了Ca2-和/或Mg2-離子并負(fù)荷了Na-和/或K-離子的軟化糖汁，另一方面得到負(fù)荷了Ca2-和/或Mg2-離子的陽離子交換樹脂，以及(ⅱ)糖的分離步驟，包括將步驟(ⅰ)中得到的軟化糖汁進(jìn)行層析，得到的第一部分液體中含較多的Na-和/或K-離子不含糖，第二部分液體中含糖并且不含Na-和/或K-離子，該方法的特征是，它還包括(ⅲ)再生步驟，包括將于步驟(ⅰ)中得到的負(fù)荷了Ca2-和/或Mg2-離子的陽離子交換樹脂和步驟(ⅱ)中得到的所述第一部分液體接觸，一方面得到負(fù)荷了Ca2-和/或Mg2-離子的液體，另一方面得到Na-和/或K-型的再生好的陽離子交換樹脂。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于將所述的第一部分液體在用于步驟(ⅲ)之前進(jìn)行濃縮。
9.按照權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于在用于步驟(ⅲ)之前將Na-和/或K-離子加入到上述第一部分液體中。
10.按照權(quán)利要求7，8或9的方法，其特征在于用于步驟(ⅰ)中的陽離子交換樹脂是Na-和/或K-型強(qiáng)陽離子樹脂，以及步驟(ⅱ)中的層析采用Na-和/或K-型強(qiáng)陽離子樹脂進(jìn)行，并用水洗脫。
11.按照權(quán)利7-10中的任何一項(xiàng)的方法得到的含糖液體。
12.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求7-10中任意一項(xiàng)方法的裝置，包括-至少一個(gè)其中含Na-和/或K-型陽離子交換樹脂的軟化單元(1，2)，它包括提供待軟化的糖汁水溶液的設(shè)備(3，4);提供再生液的設(shè)備(12，13)，排出軟化了的糖汁水溶液的設(shè)備(5，6)以及排出廢再生液的設(shè)備(12a，13a)，以及-至少一個(gè)層析單元(9)，包括提供洗脫液的設(shè)備(14)，提供于軟化單元(1，2)中得到的軟化糖汁水溶液的設(shè)備(8)，排放含Na-和/或K-離子不含糖的液體的設(shè)備(16)，其特征在于，它還包括連接所述再生液提供設(shè)備和層析單元萃取設(shè)備的連接設(shè)備(17-30)。
13.按照權(quán)利要求12的裝置，其特征在于所述的連接設(shè)備中包括濃縮單元(21)。
全文摘要
本發(fā)明涉及軟化糖汁如糖廠糖蜜的方法，及將該方法用于回收含于上述糖汁中的糖。
文檔編號(hào)C13B20/14GK1111678SQ9410656
公開日1995年11月15日 申請(qǐng)日期1994年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月11日
發(fā)明者M·薩思卡, X·蘭克里農(nóng) 申請(qǐng)人:阿普勒松, 路易斯安那州立大學(xué)及農(nóng)機(jī)學(xué)院監(jiān)理會(huì)