CN1451766A - 从糖汁中制造精制糖的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及从含有糖和杂质的糖汁例如甘蔗粗糖汁或甜菜粗糖汁中制造精制糖的方法，其包括以下操作：切向过滤该糖汁以得到杂质和滤液；软化该滤液以得到一软化的滤液；浓缩该软化的滤液以得到软化的糖浆；色谱法处理该软化的糖浆以得到富糖的提取液和富含杂质的提纯废液；以及两步或超过两步喷雾干燥该提取液进行结晶，得到精制糖和一种液体；其特征在于还包括以下操作：将上述液体与上述经过软化的糖浆混合，然后对两者一起进行色谱法操作。本发明还涉及实施上述方法的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种从糖汁例如甘蔗粗糖汁或制糖甜菜粗糖汁中制造精制糖的方法，本发明还涉及实施该方法的装置。
背景技术
目前，从甘蔗汁中制造精制糖(或白糖)包括确定数量的进行制糖的处理，然后是确定数量的进行精制的补充处理。
示意性地，制糖处理的主要步骤是，通过捣碎—压榨甘蔗或通过浸提制成粗糖汁提取糖；通过添加石灰澄清该汁，通过碳酸气中和后者的汁(在甜菜的情况下)以及渗滤被这样处理过的汁，浓缩所得到的汁，以及一般是三步的对糖进行结晶与分蜜，这将制成红糖和废糖蜜。
在精炼过程中，其中要对该红糖进行的操作主要有：消除晶体表面杂质的提纯步骤(用糖的饱和水溶液对晶体进行洗涤，然后分蜜)、对得到的糖进行溶解的步骤、净化的步骤、脱色的步骤、结晶的步骤和分蜜的步骤。为了使较高纯度的糖汁进行结晶，该最后的操作要比制糖的操作复杂得多，且需要两至三次喷雾干燥(jet)，最后一次喷雾干燥后的液体的糖纯度仍然很高，而其所溶解的糖要通过3或4个补充结晶步骤提取出来，所谓“低等产品”结晶导致成品是很深颜色的糖和一种废糖蜜，该深颜色的糖要重新从提炼的最初开始循环。我们注意到该产品的高粘度抑制着这种结晶，这种结晶在材料和能量消耗上都是昂贵的。
几年来，已经研究出了几种方法来提高制糖阶段的糖的质量。
因而，在美国专利US5 554 227中，Kwock等人提出了一种通过一系列用膜过滤、软化和净化的操作制出低色度即所谓SVLC“Super Very Low colour”(超级低色)的红糖的方法。这种方法可简化红糖的精炼，尤其是减少了精制和提纯的操作。它还可进行一种色谱法的步骤来回收糖和废糖蜜，并因而改善该制糖的提取产量。这种色谱法一般会造成两种产品，即一种富糖的提取物和一种含有杂质的待提纯糖。
在国际申请WO95/16 794中，Mc Kearny等人提出了在净化、软化和浓缩后以及结晶前用色谱法提纯甜菜汁的方法。该文件公开了一种纯度(糖相对于干材料的重量百分比)约为90％的糖汁，该色谱法可将该纯度增加到至少94％。这类糖汁的结晶分为3次喷雾干燥，提供了一种白糖和一种纯度约60％的废糖蜜。
但是，这种方法应用于甘蔗汁在经济上是不适当的。
事实上，由甘蔗汁制取白糖时，要求具有比甜菜糖汁更高纯度的糖汁，即纯度在94％～98％。在这种条件下，通过3次喷雾干燥进行结晶制取高产量的白糖是不可能的，因为为了保留成品糖的品质，在每次喷雾干燥时结晶不能超过现有糖的50％～60％。
解决这个问题的方法可以是通过2或3步所谓排干的喷雾干燥来延长结晶时间，这会造成在进行精炼时对低等产品反复结晶，这是我们尽力要避免的。
发明内容
因而本发明的目的在于以经济的方法解决上述问题，并为此提供一种从含有糖和杂质的糖汁例如甘蔗粗糖汁或甜菜粗糖汁中制造精制糖(或白糖)的方法，该方法的特征是其包括以下操作：
切向过滤该糖汁以得到杂质和滤液，
软化该滤液以得到一软化的滤液，
浓缩经过软化的滤液以得到软化的糖浆，
色谱法处理该软化的糖浆以得到富糖的提取液和富含杂质的提纯废液，
两步或超过两步喷雾干燥该提取液进行结晶，得到精制糖和一种液体，以及
将上述液体与该软化的糖浆混合，然后对两种混成的液体进行色谱法操作。
因此，根据本发明的方法不需要延长结晶，并回收了结晶的最后一次喷雾干燥产生的液体，与该浓缩操作得到软化的糖汁共同进行色谱法操作。
这将不再产生废糖蜜，糖汁中的非糖(杂质)在色谱法的提纯废液部分中已经消除了，且最后液体中的糖在所述色谱法的分级提取中得以回收，这增加了整体产量。
优选的，根据本发明的方法在进行切向过滤操作之前还包括对该糖汁进行一净化操作；这种净化操作消除了非溶解物质。
此外，该切向过滤操作最好从切向微滤、切向超滤或切向纳诺过滤中选择一种；这种过滤技术是靠合适的膜进行，在已有技术中是很公知的。
该软化操作优选包括通过离子(阳离子)交换树脂进行的离子交换操作，例如为Na+型。
我们注意到在对色谱法操作过程中产生的提取液进行结晶操作之前，我们对其进行一浓缩操作。
根据本发明的方法还包括在进行结晶操作之前对最好为浓缩的提取液进行去色操作；这种去色操作包括用吸附树脂处理所述提取液。
根据本发明，优选增加一个对用于软化操作中的离子交换树脂进行再生的操作，由色谱法操作时产生的提纯废液进行。
本发明此外还有一个目的在于用于实施上述方法的装置，该装置的特征在于其包括：
一糖汁源，
对该源提供的糖汁进行切向过滤的装置，该装置包括一滤液出口，
软化该滤液的装置，包括一软化滤液出口，
浓缩该软化滤液的装置，包括一糖浆出口，
该糖浆的色谱法装置，包括一提纯废液出口和一提取液出口，
该提取液的浓缩装置，包括一浓缩的提取液出口，
对该浓缩提取液进行两或多于两步喷雾干燥的结晶装置，包括结晶糖的排出装置和结晶最后的喷雾干燥产生的液体的排出装置，以及
将这种液体带到色谱法装置的顶部的装置。
上述装置还可包括对从该浓缩装置的浓缩提取液出口流出的浓缩提取液进行去色的装置。
最后，该软化装置优选包括一种离子交换树脂，其还包括将提纯废液带到该软化装置的顶部的装置，以便再生所述树脂。
附图说明
本发明的实施方式将在下文中参照唯一一张附图进行描述，其中：
图1是根据本发明的装置的示意性表示图。
具体实施方式
在该方法中进行操作的初端产品是例如通过捣碎—挤压甘蔗得到的甘蔗粗糖汁，这会导致产生纤维残留物(蔗渣)和粗糖汁；在其它方法中，可通过称为浸提的技术得到粗糖汁，包括通过用热水浸渍被切成段的甘蔗提取，这会导致产生残渣和粗糖汁。当然，该初端的粗糖汁也可是甜菜的粗糖汁。
该上述含有糖和非糖的粗糖汁可能需要净化。
这种净化的目的是消除悬浮着的大块固体物质。为了这个目的，该粗糖汁通过例如一间接的热交换器4被再加热到最佳为70～105℃后，被一循环泵1和一导管2带到一絮凝作用容器3的顶部。在该容器3中，它与存贮在容器5中且通过一循环泵6和一导管7带到容器3顶部的熟石灰悬溶液在激烈搅拌下混合。之后将絮凝剂，阳离子、阴离子或非离子型的表面活性剂，例如DEGREMONT公司的Sparan，加入到该用石灰处理过的汁液中。通常，该石灰的剂量为0.5～4g/l汁液，絮凝剂的量为1～10mg/kg待处理的汁液的干物。该用石灰处理过且加了絮凝剂的汁液通过一导管8带入一滗析池9中。
尽管在唯一的一张附图中并未表示出，但该池9的底部可设计安装一导管和一抽取泵，该泵用于将池9的圆锥形底部聚集的固体沉淀物泵入一过滤装置(例如旋转过滤器)，因而之后在该池9中得到了滤液。在该粗糖汁与絮凝剂接触30～120分钟后，该池9中的上清液(净化的液汁)由循环泵10提取到切向微滤、切向超滤或切向纳诺过滤装置11中。如果需要，从该池9排出的上清液可再被加热，以使装置11中的操作在约70℃～99℃的温度中进行，优选为95℃～99℃。在装置11中使用的膜可以是有机类或无机类的(例如TiO2或ZrO2)，并且相应的分子量截至阈值至少为1000，通过使用具有相应分子量300 000截至阈值的超滤膜以及细孔直径0.1μm的微滤膜可得到好的结果。因此，可使用例如法国TECH-SEP公司提供的KERASEP膜，或美国DOW公司的FIMTEC GR 90 PP。该净化液的切向循环速度由微滤、超滤或纳诺过滤组件的几何尺寸调整，可在2～9m/s数量级，优选为6m/s。这一循环速度由泵10控制，一些渗滤后的汁液通过返回管11a回到所述泵10的吸液口。
之后从该装置11出来的滤液(渗透液)通过一导管12流入一贮存容器13，并从该容器中通过一泵14带到一软化柱15的顶部，该软化柱填充有阳离子交换树脂，尤其是Na+或K+型的强阳离子树脂，例如Rhom和Haas公司的树脂。这种柱在其顶部具有一连接进行加压的泵14的滤液入口16，在其下部具有一流出软化过的滤液的导管17(Ca2+和/或Mg2+的含量在10～50ppm)，进入该柱顶部的该滤液中的离子Ca2+和/或Mg2+在该滤液通过该柱的过程中被保留在该树脂中，以置换出这种树脂中的Na+和/或K+。
然后通过该导管17排出的软化滤液流入一容器18中，该滤液由一泵19从该容器18中抽取到一浓缩装置20中，该浓缩装置20例如可以是一种蒸发器，例如一浮落式蒸发器。之后在该装置20的出口获得的糖汁被一泵21带到一色谱法装置22中。这种装置可以是包含由Na+和/或K+型强阳离子树脂构成的固定载体的柱，该树脂例如可以是DOW公司的DOWEXC356，洗脱液体是通过一导管23从该柱顶部注入的水。这同一个柱22在其底部具有一导管24，它流出第一排出液(提纯废液)，贫糖且富含Na和/或K盐，并排放到第一选定位置，还有一导管25，它流出第二排出液(提取液)，富糖且贫含Na和/或K盐，并排放到第二选定位置。所述来自该导管24的提纯废液被容纳于一贮存池26。由于所述提纯废液富含Na+和/或K+离子，所以它可优选用作该软化柱15的再生液。为了该目的，容纳在该贮存池26中的该提纯废液可被泵27带到该软化柱15的顶部。当我们希望再生填充该柱15的树脂时，就可以使用回路26-27，该提纯废液用作再生液的原因是其Na+和/或K+离子的含量高。为此目的，只需要停转泵14，开启泵27并将导管17流出的流出液从该池18移到另一个池中。
至于来自导管25的提取液，它被带入一浓缩装置28，该浓缩装置28例如可与上述提到的浓缩装置20为同样类型。
我们注意到色谱法装置22可变型为成序列的模拟移动层类型。
如果我们希望，从装置28流出的浓缩提取液可被一泵29带一去色装置30中，该去色装置可包括一装有吸附材料的柱，该吸附材料例如为兽骨黑、活性炭或去色树脂，该树脂例如为氯离子型强阴离子树脂，例如Rhom和Haas公司的IRA900型树脂。在该柱30中，该去色最好在热的情况下进行，例如在80℃。该吸附材料的性质和数量将被选定用于获得结晶白糖。
之后该经过去色的提取液被带到一多步喷雾干燥结晶装置31中，在所示装置中为三步喷雾干燥。
更准确地说，该装置31包括三个结晶步骤32、33、34，分别相应于上述提到的三次喷雾干燥。在每个步骤中制成结晶糖，该糖通过分蜜与液体分开。该结晶的糖通过由相应于附图标记35表示的排出装置排出。
此外经过第三次喷雾干燥步骤34得到的液体通过该导管36经一循环泵37带到位于泵21和色谱法装置22之间的某一点，以便与来自浓缩装置20的糖汁混合；一在该回路中可能具有的液体贮存池(未画出)使因步骤34产生的液体被带入色谱法装置22。
根据本发明，在上述描述的装置中实施该方法的过程中制得的不同液体的蔗糖纯度(由蔗糖与干物质之比的百分数表示)以及色度(由单位ICUMSA表示)如下：
| 干物质(％) | 蔗糖纯度(％) | 色度(ICUMSA) | |
| 净化的汁 | 100 | 90 | 10000 |
| 糖汁(来自浓缩装置20) | 100 | 90 | 10000 |
| 带到色谱法装置顶部的液体(糖汁和液体的混合物) | 114 | 89.7 | 10000 |
| 提取液 | 102 | 98.2 | 2000 |
| 提纯废液 | 12 | 17.0 | - |
| 液体(来自步骤34) | 14 | 87.8 | 10000 |
| 结晶糖 | 88 | 100 | ≤200 |
上述数字表明，根据本发明的方法和装置能够得到高质量的结晶糖；事实上，尽管标准色度是1000ICUMSA，但是根据本发明我们制出的糖的色度小于200ICUMSA，如果增加去色率，甚至会小于100ICUMSA，如果我们在装置30内进行脱色，得到更低色度的糖也是可能的(＜50ICUMSA)。
此外，与传统的制糖相比，根据本发明的方法可使进入结晶车间的糖的提取率从88％提高到超过96％。
Claims (12)
1、从含有糖和杂质的糖汁例如甘蔗粗糖汁或甜菜粗糖汁中制造精制糖的方法，其包括以下操作：
切向过滤该糖汁以得到杂质和滤液，
软化该滤液以得到一软化的滤液，
浓缩该软化的滤液以得到软化的糖浆，
色谱法处理该软化的糖浆以得到富糖的提取液和富含杂质的提纯废液，以及
两步或超过两步喷雾干燥该提取液进行结晶，得到精制糖和一种液体，
其特征在于还包括以下操作：
将上述液体与上述经过软化的糖浆混合，然后对两者一起进行色谱法操作。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：在进行切向过滤操作之前还包括对该糖汁进行一净化操作。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：该切向过滤操作可从切向微滤、切向超滤或切向纳诺过滤中选择一种。
4、如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：该软化操作包括通过离子交换树脂进行的离子交换操作。
5、如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：还包括在进行结晶操作之前对该提取液进行浓缩操作，以得到一浓缩的提取液。
6、如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：在进行结晶操作之前还包括对该提取液进行去色操作。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于：该去色操作包括用吸附树脂处理所述提取液。
8、如权利要求6或7所述的方法，其特征在于：该去色操作是对所述浓缩过的提取液加以实施。
9、如权利要求4～8之一所述的方法，其特征在于：其进一步包括一个对用于软化操作中的离子交换树脂进行再生的操作，该操作是通过在色谱法操作时产生的提纯废液进行。
10、用于实施上述权利要求之一所述的方法的装置，特征在于包括：
一糖汁源，
对该源提供的糖汁进于切向过滤的装置，该装置包括一滤液出口，
软化该滤液的装置，包括一软化滤液出口，
浓缩该软化滤液的装置，包括一糖浆出口，
该糖浆的色谱法装置，包括一提纯废液出口和一提取液出口，
浓缩该提取液的装置，包括一浓缩提取液的出口，
对该浓缩提取液进行两或多于两步喷雾干燥的结晶装置，包括结晶糖的排出装置和结晶最后的喷雾干燥产生的液体的排出装置，以及
一将这种液体带到色谱法装置的顶部的装置。
11、如权利要求10所述的装置，其特征在于：其还包括对从所述浓缩装置的浓缩提取液出口流出的浓缩提取液进行去色的装置。
12、如权利要求10或11所述的装置，其特征在于：所述软化装置包括离子交换树脂，且还包括将所述提纯废液带到所述软化装置的顶部的装置，以便再生所述树脂。
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