JP3568961B2 - 砂糖の脱色に使用されるイオン交換樹脂の再生のためのプロセス - Google Patents

Description

「水酸化カルシウムでアルカリ性にしたスクロース溶液中で塩化物塩を使用する、砂糖の脱色に使用されるイオン交換樹脂の再生のためのプロセス」
技術分野
本発明は、サトウキビ製糖工場もしくはビート製糖工場、精糖工場、又は、砂糖を使用する産業において砂糖溶液の脱色に使用されるイオン交換樹脂の再生のためのプロセスに係わる。
従来の技術
砂糖脱色樹脂の従来の再生プロセスでは、水酸化ナトリウムでアルカリ性にした10％塩化ナトリウム溶液を使用する。しかし、この再生プロセスは、上記樹脂からの色素除去の効率が低く、汚染された流出液を生じさせる。実際に、アルカリ性にした塩化ナトリウム溶液による上記樹脂の再生の結果として生じる塩流出液は、有機化合物と塩化ナトリウムとを高含量で含むので、環境汚染上の大きな問題である。
欧州特許公開EP−Ａ−０ 032 263は、水酸化カルシウム等のアルカリ土類水酸化物とスクロース等の二糖を使用する再生方法を開示している。この特許は、ビート精糖業における脱塩、pH補正、及び、二価カチオンによる一価カチオンの置換のための樹脂再生方法に係わる。この方法をアニオン樹脂に適用する場合の実施例が示されており、即ち、脱塩に関しては実施例XI、実施例XII、実施例XIIIが示され、pH補正に関しては実施例XIVが示されている。これらの実施例では、樹脂を水酸化物の形で使用する。本明細書で開示する特許の目的である砂糖脱色のためには、塩化物イオンがアニオン樹脂に対して高い親和力を有するので、塩化物の形で樹脂を使用する。更に、ヒドロキシルの形の樹脂を使用する場合には、処理した溶液のアルカリ度が増大し、ヘキソースのアルカリ分解反応によって発色する可能性がある。この事実は、還元糖がビート糖液の場合よりも多量に存在するサトウキビ製糖業において、更に明らかである。本明細書に示す特許で説明する方法には関連しない再生方法である、低濃度のジュースと水酸化ナトリウムとを使用して再生を行っている上記特許の実施例XVI及び実施例XVIIの場合のように、水酸化物の形の樹脂では、僅かな色素の除去しか得られない。水酸化カルシウムとスクロースを使用する特許公開EP−Ａ−0 032 263に開示されている方法は、再生剤溶液中で塩化物イオンを使用しないので、砂糖色素の除去の効率が低く、従って、本明細書に示す特許で提案しているように主に砂糖脱色剤として使用されるイオン交換樹脂を再生させるためには不適切なものとなる。
発明の開示
本明細書に開示する本発明人のプロセスでは、塩化カルシウム若しくは塩化ナトリウム又は別の塩化物（例えば、塩化カリウム）、又は、これらの塩化物の混合物を少量含む、水酸化カルシウムでアルカリ性にしたスクロース溶液を使用して、樹脂の再生を行う。
本発明のプロセスの利点は、従来の樹脂再生プロセスで生じるような汚染問題を発生させることなく、樹脂の再生から生じるスクロース含有溶液を製糖又は精糖に使用することが可能であることである。
この新たなプロセスは、次の利点を有する。
− 水酸化カルシウムの溶解度が溶液中のスクロース濃度の増大に応じて増大する。
− この新たなプロセスにおける再生化剤（regeneratingagent）の濃度は、従来の塩化ナトリウムによる再生に比較して著しく低い。
− この低い塩濃度では、イオン交換樹脂の目減り（shrink）は、従来の塩化ナトリウム再生の場合に比べて少ない。
− 二酸化炭素、炭酸ナトリウム、リン酸、又は、リン酸ナトリウムとの反応によって、流出液溶液からカルシウムイオンを除去するこが可能である。
− この新たな再生プロセスによって生じる、水酸化カルシウムを含むスクロース溶液を、製糖又は精糖における低純度の製品のための中和剤として使用することが可能である。
これらの事実を考慮し、本発明のプロセスに基づいて、水酸化カルシウムと少量の塩化物イオンとを含むスクロース溶液を使用することによって、樹脂を再生させることが可能であり、即ち、脱色段階後の樹脂に固着した色素の大部分を除去することが可能である。
この新たなプロセスで使用されるされるスクロース溶液は、溶液１リットル当たり100gから600gまでのスクロースを含み、且つ、溶液１リットル当たり5gから40gまでのCaOを含む水酸化カルシウムでアルカリ性にし、更に、塩化物イオン濃度が溶液１リットル当たり3gから30gまでであるような量で塩化カルシウム若しくは塩化ナトリウム又は別の塩化物（例えば、塩化カリウム）、又は、これらの塩化物の混合物を含む。
この新たな再生プロセスによって生じるスクロース溶液は、水酸化カルシウム、塩化物塩、及び、樹脂から除去した色素を含み、製糖プロセス又は精糖プロセスに直接そのまま戻すことも、又は、化学的処理後もしくはタンジェンシャル・フィルトレーション（tangential filtration）を経て精糖プロセス又は精糖プロセスに戻すことも可能である。
実際には、このスクロース溶液を精糖プロセス又は精糖プロセスで低生産ライン（low product line）内で使用する前にカルシウムを除去するために、又は、イオン交換樹脂再生剤溶液を調製するために、このスクロース溶液を、二酸化炭素、炭酸ナトリウム、リン酸又はリン酸ナトリウムで処理することが可能である。
或いは、上記スクロース溶液を製糖プロセス又は精糖プロセスで再使用する前に、このスクロース溶液から上記塩を除去するために、タンジェンシャル・フィルトレーション・プロセスを使用することも可能である。
本特許で説明する再生プロセスを使用して再生させるイオン交換樹脂は、砂糖脱色プロセス用の適切なカラム内に収容しなけらばならない。
脱色段階では、使用する装置に応じて上向き又は下向きの流れの形で砂糖溶液を樹脂カラム内に送り込む。
脱色段階後は、カラム内の砂糖溶液を水で転位させる。この手順中は、カラム流出液中のスクロース濃度が低下する。スクロース濃度が再生溶液中のスクロースと同一の値に達した時に、樹脂再生が始まる。樹脂再生のためには、水酸化カルシウムと、塩化ナトリウム若しくは塩化カルシウム又は他の塩化物とを含むスクロース溶液を、40℃から70℃までの温度で、１時間当たり樹脂1m³につき1m³から3m³までの流量で樹脂カラムに送り込む。この再生で使用する再生溶液の量は、上記カラム内の樹脂1m³当たり2m³から4m³までである。
この再生溶液を樹脂の中を通過させた後で、樹脂再生プロセスで一般的であるように、樹脂を水で洗浄し、空気で減圧し、再び洗浄する。
場合に応じて、通常の脱色樹脂で一般的であるように、酸再生（NaCl＋HCl）とアルカリ再生（NaCl＋NaOH）を行うことも可能である。
発明の好ましい実施様態
実験として、この新たな樹脂再生プロセスにより、当初塩化物形態の第四アンモニウムを有するスチレン性ジビニル−ベンゼン樹脂を再生した。１リットルのカラム内に入れたこの樹脂を、精糖プロセスで生じた炭酸塩化液体を脱色するために使用した。液体40BV（床体積（bed volume））後に、樹脂を洗浄し、この新たな樹脂再生プロセスで再生させた。10回の連続液体サイクルと再生の後でも、樹脂効力が、液体脱色率90％という高レベルに維持された。
この実験では、本発明の新たなプロセスによる樹脂再生から生じる溶液流出液を、ナノフィルトレーション（Nanofiltration）によって処理した。pH7.0で420nmで測定した場合に、色の90％以上が保持液（retentate）に分離したことが観察された。浸透液（permeate）を使用し、適切な量のスクロース、水酸化カルシウム、及び、塩化カルシウムを加えた後で、再生溶液を調製した。この浸透液で再生させた樹脂は、90％を上回る脱色効率を維持した。

Claims (6)

1. 水酸化カルシウムでアルカリ性にしたスクロース溶液を使用する、砂糖脱色イオン交換樹脂の再生のためのプロセスであって、前記溶液１リットル当たり100gから600gまでのスクロース、および前記溶液１リットル当たり5gから40gまでのCaOの量となる水酸化カルシウムを含み、且つ、塩化物イオン濃度が前記溶液１リットル当たり3gから30gまでであるような量で塩化カルシウム、塩化ナトリウム若しくは塩化カリウム、又は、これら化合物の混合物を含む糖溶液を使用して再生を行うことを特徴とする前記プロセス。
2. 前記樹脂の再生を、40℃から70℃までの温度で１時間当たり前記樹脂1m³につき1m³から3m³までの再生溶液の流量で行うことを特徴とする請求項１に記載の砂糖脱色イオン交換樹脂の再生のためのプロセス。
3. 前記再生溶液を、前記樹脂1m³につき2m³から4m³までの量で前記樹脂中を通過させることを特徴とする請求項１又は２に記載の砂糖脱色イオン交換樹脂の再生のためのプロセス。
4. この再生プロセスによって生じる流出液を、直接そのまま又は前処理後に、製糖プロセス又は精糖プロセスで使用することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の砂糖脱色イオン交換樹脂の再生のためのプロセス。
5. この再生プロセスによって生じる流出液を、二酸化炭素、炭酸ナトリウム、リン酸又はリン酸ナトリウムによるカルシウム沈殿により処理し得ることを特徴とする請求項４に記載の砂糖脱色イオン交換樹脂の再生のためのプロセス。
6. 前記再生からの流出液中の色素をタンジェンシャル・フィルトレーションで分離させ、その結果として、製糖プロセス又は精糖プロセスで使用する上記色素を多く含む保持液と、再生溶液を調製するために使用することが可能な浸透液とを得ることが可能であることを特徴とする請求項４に記載の砂糖脱色イオン交換樹脂の再生のためのプロセス。