專利名稱：低溫磷浮法糖汁清凈處理新工藝及方法
技術領域：
本發(fā)明是涉及一種制糖工業(yè)中甘蔗壓榨汁或甜菜浸出汁(以下稱糖汁或蔗汁)清凈處理工藝及方法。
現(xiàn)有糖廠生產(chǎn)白糖的糖汁清凈處理是采用碳酸法或亞硫酸法工藝，它們都存在較大缺點，需要改進。
1.碳酸法生產(chǎn)的白糖質(zhì)量較高，但產(chǎn)生大量強堿性的濾泥(對甘蔗的重量百分比為9～10％，對甜菜8～10％)，無法利用，只能傾倒于山溝或大海中，嚴重污染環(huán)境。這已成為世界糖業(yè)界的難題，有些糖廠被迫停產(chǎn)或改變工藝。
碳酸法的流程見附


圖1。糖汁預加石灰乳到中性，加熱到約50℃，進入飽充罐大量加入石灰乳和通入二氧化碳，在強堿性下反應生成大量的碳酸鈣沉淀，它可吸附糖汁中所含的多種有機非糖物如蛋白質(zhì)、果膠、蔗蠟、淀粉及各種色素一起沉淀，并使糖汁中的硅、鎂、鋁、鐵等無機物形成氫氧化物(或鹽類)沉淀，用壓濾機將這些沉淀物除去，就得到淺色的清汁。將它加熱后再通入二氧化碳進行第二次飽充，使汁中過量的鈣離子形成碳酸鈣沉淀，過濾后再通入二氧化硫達到中性并稍為漂白，然后進入蒸發(fā)罐濃縮成糖漿，再在煮糖罐濃縮，使蔗糖成為晶體析出，用離心機排去母液和洗凈，得到相當純凈的晶體(含蔗糖超過99.7％)，干燥后裝包為成品。
碳酸法要除去較多的非糖物特別是色素，需要加入大量石灰。五十年代加灰量(以有效氧化鈣計算)對甘蔗比約1.3％，而現(xiàn)在多數(shù)廠提高到約2.2％，既增加了成本，又使濾泥量大幅度增加。一個日榨糖料數(shù)千噸的糖廠，每年產(chǎn)生濾泥達數(shù)萬噸。不少糖廠附近的山溝堆滿濾泥。下雨時雨水將強堿性的濾泥沖到河里，又造成水體的嚴重污染。
碳酸法濾泥的主要成份是碳酸鈣，但其中含有12～17％(以干固物計)的有機物，含氮量1～1.5％。多個糖廠曾試驗將少量濾泥與水泥廠的原料混合燒制水泥，但濾泥中的含氮物在焙燒時生成惡臭的氣體(類似燒動物尸體)，造成二次(大氣)污染，無法實行。又因碳酸法要在強堿性下反應，濾泥為強堿性，它與土壤混合會使土壤嚴重堿化(除了極少數(shù)強酸性土壤外)，對土質(zhì)十分有害。
曾經(jīng)研究將這種濾泥改性，但因數(shù)量很大，處理費用巨大而無法實行。
2.亞硫酸法工藝的基本流程見附圖2。糖汁預加石灰乳到中性及加磷酸，加熱到60～65℃，進入硫熏器通入二氧化硫并加石灰乳中和，隨后加熱到102℃，反應生成亞硫酸鈣和磷酸鈣沉淀，并吸附糖汁中部分有機和無機非糖物一起凝聚沉淀，在沉降器中自然沉降，放出上層清汁，底部的泥汁則經(jīng)過濾機回收其中的糖汁，濾泥則售給農(nóng)民做肥料(它含較多的氮、磷及大量有機物)。
亞硫酸法加入石灰量對甘蔗的重量比例約0.2％，生成沉淀物量比碳酸法少很多，沉淀物對非糖物的吸附除去效果遠不如碳酸法。雖然二氧化硫有一定的漂白作用，但清凈效果特別是脫色效果都遠低于碳酸法。因此，它生產(chǎn)的白糖質(zhì)量不如碳酸法，產(chǎn)品價格也較低。多數(shù)亞硫酸法糖廠為提高產(chǎn)品質(zhì)量，加入二氧化硫和磷酸量逐年增加。硫黃量對蔗比在五十年代約為0.05％，現(xiàn)已普遍提高到0.09～0.11％，磷酸用量也增加一倍以上。有些糖廠曾研究幾種改進的流程，但基本狀況變化不大。
3.七十年代以來，國內(nèi)外糖業(yè)界都大力研究磷浮法，但均是用于處理糖漿(濃度約60％，其數(shù)量較小且其中雜質(zhì)相當少)，并都是在70℃以上進行，基本流程見附圖3。方法是在糖漿中加入工業(yè)磷酸0.04～0.06％，加石灰乳到中性，反應生成磷酸鈣沉淀，可將糖漿中的懸浮微粒和一些色素吸附，再充入微細的空氣泡和加入絮凝劑(聚丙烯酰胺)，進入浮清器。糖漿中的沉淀物凝聚并與氣泡一起向上浮起，得到清淅的糖漿，浮渣則稀釋過濾回收其中的糖份。我國加工進口的粗糖(如古巴糖)也有用此法，將粗糖回溶成糖漿后進行清凈處理。這種處理一定要在較高溫度下進行，以加速化學反應，并都是用于處理濃糖液，它的數(shù)量較小，便于應用上浮法。
八十年代以后廣東研究開發(fā)了將磷浮法和亞硫酸法或碳酸法結合的方法，都是用于處理糖漿。也有個別糖廠試驗將蔗汁在60～65℃通入二氧化硫和加石灰乳后進行充氣上浮，以及將蔗汁過濾澄清后在80℃加磷酸和石灰乳再實行充氣上浮?，F(xiàn)行的所有的上浮處理都必須在較高溫度下進行。
綜上所述，糖汁的清凈處理方法雖經(jīng)過研究改進，但碳酸法的濾泥污染問題和亞硫酸法產(chǎn)品質(zhì)量不理想的問題仍然存在，未能解決。
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有生產(chǎn)工藝存在的濾泥污染環(huán)境或產(chǎn)品質(zhì)量不理想等問題，使濾泥變成優(yōu)質(zhì)肥料或可再利用的材料。
為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明申請人對糖汁清凈處理的原理和方法進行了大量研究，創(chuàng)新發(fā)明了低溫磷浮法糖汁清凈處理的新工藝，其要點是在現(xiàn)行的碳酸法或亞硫酸法處理之前，將糖汁先進行一次低溫磷浮法處理先在低溫(20～60℃)下加入磷酸及其他輔助藥劑，加灰中和，充氣及加絮凝劑，使糖汁中的大量非糖物包括蛋白質(zhì)、果膠、蔗蠟、淀粉以及混雜的蔗渣糠、泥沫凝聚除去。這樣，其后的清凈處理就比較容易，所用的藥劑可大幅度減少，清凈效果提高。而且濾泥分成兩種，一種是以有機物和磷酸鈣為主，是優(yōu)質(zhì)的有機肥料，另一種主要是無機物碳酸鈣或亞硫酸鈣，都可以再利用，將污染物變?yōu)橛杏玫馁Y源。
低溫磷浮法是和傳統(tǒng)的觀念與方法不同的。以前所用的各種糖漿或糖汁上浮清凈法全部都是在60～85℃進行，而且主要用在雜質(zhì)比較少的糖漿中。本發(fā)明申請人提出用低溫處理，是由于發(fā)現(xiàn)了在高溫下糖汁中的多種非糖物會發(fā)生有害的物理化學變化蔗蠟與蔗脂部分在55℃以上熔融、分散到水中形成深色的乳濁液，并使糖汁過濾困難；淀粉在60℃以上的熱水中吸水糊化，隨后分散形成很粘稠的膠體溶液；蔗渣糠中所含的果膠和一些多糖類物質(zhì)，原來只是一些混雜物，但在高溫下會逐漸溶解或水解后溶入糖汁中；蔗汁中的多種酚類物受熱時會分裂或縮合形成更深色的物質(zhì)。這些變化大量增加了糖汁中溶解分散的非糖份，降低糖汁質(zhì)量，并增加清凈處理的困難。
過去的糖汁清凈方法絕大多數(shù)都要使用高溫，主要是為了使蛋白質(zhì)凝結，將細菌殺滅，和加速各種化學反應；碳酸法的第一次飽充不用高溫，但要強堿性才能達到這些目的。按傳統(tǒng)的處理方法，如果不用高溫又不用強堿性，是不可能使雜質(zhì)凝結分離的。但本發(fā)明申請人經(jīng)過大量的實驗研究而創(chuàng)造的新方法加入適量的磷酸和石灰、并加少量的甲醛殺菌和促進蛋白質(zhì)凝結(甲醛大部分一起沉淀，微量的殘留物亦在其后的高溫蒸發(fā)時除去)，采用良好的充氣技術生成微細而數(shù)量適當?shù)目諝馀?，和使用高效的絮凝劑，可以在短時間內(nèi)將糖汁中的上述有機物凝結和除去，得到清淅的色澤較淺的糖汁。這就消除了上述高溫下的不良反應，使清凈處理得到很大改善。
本發(fā)明低溫磷浮法糖汁清凈新工藝及方法其特征1.在于其工藝流程(見附圖4)，即在糖廠現(xiàn)用的糖汁碳酸法或亞硫酸法處理的前段，即糖汁預加石灰乳到pH7.0，加熱至40～60℃后，插入低溫磷浮法處理工藝，在該溫度下加入工業(yè)磷酸(對糖汁重量比為0.05～0.1％)及少量甲醛(50～150ppm)，加石灰乳至糖汁酸堿度呈中性，反應生成磷酸鈣沉淀，再充入適量微細的空氣泡并加絮凝劑(聚丙烯酰胺)，糖汁進入浮清器，汁中的蔗渣糠、蔗蠟、淀粉以及部分其他的有機和無機的非糖物凝聚在一起，形成浮渣而被撇除，得到基本清淅和純度較高的清汁，浮渣則通過過濾機回收其中的清糖汁，濾渣(即濾泥)經(jīng)化學分析，含磷酸鈣約10％，粗蛋白約10％，總有機物60～70％，是優(yōu)質(zhì)的有機肥料。
其特征2.前項清汁接著用糖廠現(xiàn)有的碳酸法或亞硫酸法處理，因經(jīng)過前項處理已除去了大量雜質(zhì)特別是有機膠體物質(zhì)，此級處理所需加入的澄清劑(石灰乳、二氧化碳)和脫色劑(二氧化硫)量可減少40～60％。所產(chǎn)生的濾泥的主要成份是碳酸鈣(或亞硫酸鈣)，還有少量的硅、鎂、鋁、鐵等的化合物和少量的有機物。這種濾泥可用作燒制水泥的原料及其他用途。
其特征3.本發(fā)明的新工藝接著用糖廠現(xiàn)有的清凈方法，清凈效果顯著提高，糖汁純度高，色值低，適于生產(chǎn)優(yōu)級白糖，而且能減少蒸發(fā)罐等設備的積垢，提高傳熱性能和降低能耗。
其特征4.本發(fā)明的新工藝方法可與糖廠現(xiàn)有的不同流程配套應用，原有的設備可充分利用，只需作一些改進和增加少量設備(如浮清器和充氣設備)，投資不大，便于實施和推廣。
本發(fā)明低溫磷浮糖汁清凈新工藝方法，經(jīng)廣東省科技情報研究所查新，結論是“未發(fā)現(xiàn)國內(nèi)有與本項目相同的低溫磷浮法糖汁清凈處理工藝的文獻報道?！?見本件所附查新報告復印本，編號200360)本發(fā)明的實施例如下實施例一、低溫磷浮法與原有碳酸法工藝結合，但大幅度減少加灰量蔗汁(或甜菜汁)預加灰至中性，加熱到40～55℃，加入工業(yè)磷酸0.05～0.08％，甲醛50～150ppm，加灰中和后充入適量微細的氣泡，隨即加入絮凝劑(聚丙烯酰胺)，進入浮清器，汁中的雜質(zhì)凝聚并與氣泡一起向上浮起，將浮渣撇出用壓濾機過濾回收其中的糖汁，與上項浮清器放出的清汁混合，接原有的碳酸法流程處理，但將加灰量減少40～60％，以減少濾泥量。磷浮過濾的濾泥售給農(nóng)民作肥料，碳酸法的濾泥則與水泥廠的原料混合燒制水泥。
實施例二、低溫磷浮法與改進的碳酸法工藝結合，進一步提高清汁質(zhì)量按實施例一將蔗汁經(jīng)低溫磷浮處理，得到的清汁先按碳酸法的前半段進行一次和二次飽充、過濾(或快速沉降)，但不用傳統(tǒng)的清汁硫漂，改用加少量工業(yè)磷酸(約0.015％)進行氣浮，將糖汁進一步脫色和除鈣，清凈效果更好。濾泥與實施例一相同，兩種都可再利用。
實施例三、低溫磷浮法與簡化的碳酸法工藝結合，縮短流程按實施例一進行低溫磷浮和一碳飽充處理，但不用傳統(tǒng)的二碳飽充和過濾，直接進行清汁磷浮，從而大大縮短處理時間和減少所用設備。
實施例四、低溫磷浮法與亞硫酸法工藝結合，提高亞硫酸法的清凈效果按實施例一進行低溫磷浮法處理，隨后再通過原有亞硫酸法流程，可以顯著提高清汁和白糖的質(zhì)量，減少蒸發(fā)罐積垢，提高熱能利用率；消除亞硫酸法糖廠時常出現(xiàn)的澄清困難問題，并可將硫黃用量減少40～60％。
實施例五、低溫磷浮法與中間汁碳酸法結合，根本改革亞硫酸法工藝按實施例一進行低溫磷浮處理，清汁加熱后入蒸發(fā)罐的前三效濃縮，成為濃度約40％的中間汁，抽出來進行簡化的碳酸法處理，再經(jīng)過磷浮，得到的清汁再入后二效蒸發(fā)罐濃縮成為糖漿。這種方法可用于原有的亞硫酸法糖廠，根本解決亞硫酸法糖廠清凈效果和產(chǎn)品質(zhì)量不佳的問題，且硫黃用量可減少約90％。
權利要求
1.一種低溫磷浮法糖汁清凈新工藝及方法，其特征在于該工藝流程及方法如下在糖廠現(xiàn)用的糖汁碳酸法或亞硫酸法處理的前段，即糖汁預加石灰乳到pH7.0、加熱到40～60℃后，插入本低溫磷浮法清凈處理工藝，在該溫度下加入工業(yè)磷酸(對糖汁重量比為0.04～0.1％)及少量甲醛(50～150ppm，作殺菌劑)，加入石灰乳至糖汁呈中性，反應生成磷酸鈣沉淀，再充入適量微細的空氣泡，隨后加絮凝劑(聚丙烯酰胺)，進入浮清器，糖汁中的蔗渣糠、蔗蠟、淀粉以及部分其他有機非糖物凝聚一起，上升成為浮渣而被撇除，得到基本清淅和純度較高的清汁，浮渣經(jīng)過濾機回收其中清汁，濾渣即濾泥，經(jīng)化學分析，它含磷酸鈣約10％，粗蛋白約10％，總有機物60～70％，為優(yōu)質(zhì)的有機肥料。
2.根據(jù)權利要求1.所述的低溫磷浮糖汁清凈新工藝及方法，其特征在于前項清汁接著用糖廠現(xiàn)有碳酸法或亞硫酸法處理生產(chǎn)白糖，因糖汁中大量有機雜質(zhì)已被除去，此級處理所需加入的清凈劑(石灰乳、二氧化碳)和脫色劑(二氧化硫)的量可減少40～60％，處理所得的糖汁純度高、色值低，適于生產(chǎn)優(yōu)級白砂糖。而濾泥的主要成份是碳酸鈣(或亞硫酸鈣)和少量的硅、鎂、鋁、鐵的化合物和很少量的有機物，可用作燒制水泥的原料或其他用途。
3.根據(jù)權利要求1.或2.所述的新工藝及方法，其特征在于能減少蒸發(fā)罐等設備的積垢，提高傳熱效能，降低能耗。
4.根據(jù)權利要求1.或2.所述的新工藝及方法，其特征在于能與糖廠現(xiàn)有的不同工藝流程結合應用，糖廠原有的設備可以充分利用，或只要對原有設備作適當改進，增加少量設備(如浮清器和充氣設備)，即可實施，所需投資不多，便于推廣應用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低溫磷浮糖汁清凈新工藝方法,可用在制糖工業(yè)中提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善生產(chǎn)過程,并將造成污染的濾泥轉變?yōu)榭稍倮玫馁Y源。其特征是在糖廠現(xiàn)有糖汁清凈工藝的前段,即糖汁預灰預熱后,加入磷酸、少量甲醛、石灰,充入微細氣泡和加絮凝劑,進入浮清器,各種不溶性雜質(zhì)形成浮渣被撇除,得到清汁,浮渣用過濾機過濾,濾泥是優(yōu)質(zhì)的有機肥料,清糖汁接著按糖廠原有流程處理,再產(chǎn)生的濾泥可用于燒制水泥或其他用途。
文檔編號C13B20/00GK1268577SQ0011423
公開日2000年10月4日 申請日期2000年4月29日 優(yōu)先權日2000年4月29日
發(fā)明者霍漢鎮(zhèn) 申請人:霍漢鎮(zhèn)