JPS59179099A - 糖液の脱塩方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン交換膜電気透析装置における糖液の脱塩
方法に関する。

従来、糖液の脱塩方法としては、例えばイオン交換樹脂
、イオン交換膜、あるいは両者を組合せて用いる方法が
提案されている。このうちイオン交換膜を用いる糖液の
脱塩方法は、陰陽の電極間に陽イオン交換膜と陰イオン
交換膜とを配して、脱塩室および濃縮室を構成してなる
電気透析槽において実施される。即ち、このようなイオ
ン交換膜電気透析槽の脱塩室に糖液を、また濃縮室に電
解質を含有する液、例えば希薄食塩水を流通させながら
両極間に直流電圧を印加することによって、該糖液中に
存在する塩類（灰分）がイオンとしてイオン交換膜を透
過して濃縮液側に移行し脱塩処理される。

一般に製糖工業では糖液中に塩類（灰分）が多く存在す
ると、砂糖結晶化工程において砂糖結晶の成長が阻害さ
れ、また灰分に伴なって蔗糖が糖蜜側１に移行し、その
ため砂糖の回収率を低下させたり、あるいは廃糖蜜にお
いても移行した灰分によりニが味を生じ食用としての使
用が限定されるなどの悪影響がある。従ってこれらの障
害を除くため塩分の除去方法がいくつか研究され提案さ
れてきたが、除去能力、経済的な面で有効な手段が見い
出せないのが実状であった。しかるに近年、イオン交換
膜電気透析法による脱塩処理法がクローズアップされ、
製糖工業への適用の研究がさかんになってきたつしかし
ながらかかるイオン交換膜電気透析装置において糖液の
脱塩を実施してみると、該糖液中に含有されるイオン化
した有機性の汚染物質により、特に陰イオン交換膜が汚
染されて膜抵抗が、増加するなどの現象を生じる。この
ため、従来の糖液の透析法では摺電圧が上昇して透析エ
ネルギーの増大や安定した運転の継続が出来ず、かつイ
オン交換膜の使用期間が短かいなどの大きな欠陥を有し
ていた。

これらの対策として一般的なイオン交換樹脂、限外１過
、活性炭処理などにより糖液の前処理をおこなって不純
物を除去した後、電気透析する方法も提案されているが
、これら前処理を実施しても汚染物質の除去が不充分な
場合が多く、マた設備時、再生処理費など経済的に実用
上問題が多い。

さらに汚染されたイオン交換Ｈｐを薬液洗浄、逆通電処
理等により再生することも考えられるが、実際上、イオ
ン交換膜の完全な再生は（耐めて困ｆｔａである。例え
ば特公昭５６−３８１１９号には、糖液をイオン交換膜
電気透析により脱塩する方法において糖蜜な予め弱塩基
性陰イオン交換樹脂で処理することにより、汚染物質を
効果的に選択除去する糖蜜の精製法か提案されている。

しかしながら、この方法も工業的には弱塩基性陰イオン
樹脂による処理工程、その再生工程などの前処理を要す
るため脱塩工程を煩雑にする問題がある。

本発明者らは、上記の課題に鑑み、イオン交換膜電気透
析槽において糖の酸による転化分解における糖分損失を
極力回避し、糖液を効率よく脱塩する簡便な方法につい
て新、意研究を重ねた。その結果、イオン交換膜電気透
桶において糖液を脱塩する（で際し濃縮液に酸を添加し
、望ましくはそのｐｌｉを４以下に調整することにより
、陰イオン交換膜の汚染が防止され効率的脱塩が可能な
ることを知見し、本発明を提供するに至ったものである
。

本発明の効果が如何なる作用により発揮されるのか十分
には明確でないカベ濃縮液側に添加、存在する水素イオ
ンが陰イオン交換膜を通して脱塩室側に、拡散、透過す
るため、この水素イオンの透過により、脱塩液（糖液）
に接した陰イオン交換膜面ないしは界面において有機性
汚染物質の付着が防止抑１ワ１１され、ひいては摺電圧
の上昇が抑止されるものと推測している。したがって本
発明は、。

濃縮液側に酸を添加して濃Ｍ液７）ＩＩを一般に４以下
、特に３以下に調整するのが望ましい。用いる酸として
は一般に塩酸、敬酸、硝酸などの無機酸が好ましく、マ
た酢酸、クエン酸、プロピオン酸などの有機酸の使用も
可能である。ｅ′、給液としては一般に塩化ナトリウム
、塩化カリウムなどの電解質の水溶液が用いられるが、
そのほか酸の希釈水溶液をそのまま用いることも出来る
。かかる濃縮液は、濃縮液自体て酸を連続的または間げ
つ的に添加し７）Ｉ−１を４以下に調整してもよく、あ
るいは系外でｐＨ４以下に調整しながら電気透セ神ｉ”
ｉに給液してもよい。

本発明の効果をさらに確実て発揮させるためには、濃縮
液のｐＨを脱塩液のｐＨより少くとも０．５以上低（望
ましくは２以上低く保持することが好ましい。脱塩処理
すべき糖液の８句、濃度、温度、ｐＨ等の条件により、
？Ａ’＜給液の最適７ｙＨ値は変化するが、濃縮液の７
）Ｈを一般に４以下にし、かつ、その濃縮液ｐＩｉ値を
脱塩ＷｐＨ値より０．５以上低く、望ましくは２以上低
くすることＫより、陰イオン交換膜の有機汚染による摺
電圧上昇を防止し、透析（４：・の安定運転の継続に好
結果をもたらす。

本発明においては濃縮液に酸を添加し、濃縮液の７）Ｈ
を４以下に桐整することにより、脱塩室側液（糖液）の
７）Ｈも影響をうけ若干低下する傾向にある。その結果
、糖液の電導度が上昇するため、眠気透析による脱塩効
率が向上する。このような脱塩室における糖蜜液のｐｌ
Ｉを低下させて処理する方法としては既に特公昭５６−
３９６３８号が提案されている。しかし特公昭５６−１
９６３８号に開示されている方法は脱塩側の糖蜜液に酸
を存在させて、ｐＨを０．５〜６．５に調整する方法で
あって、本発明の濃縮液側に酸を存在させて濃縮液の７
）Ｉｆ訓整をおごなう方法とは本質的に異なる。

一般に脱塩室の糖液のｐＨ調整に用いられた酸は、脱塩
処理後にアルカリ剤により中和され元のｐＨ値にもどさ
れる。従って、用整用の酸およびアルカリの消費量は、
処理コストの面から無視できない値になる。これに対し
、本発明におけるｐＨ４以下に調整した濃縮液は、脱塩
工程に於て縁返し使用しうるため、理論的にはＤ６５＞
縮減側からイオン交換膜を通して脱塩側の糖液に移行し
た酸のみが消費され、中和には該酸分に相当するアルカ
リ剤を要するのみである。従って、不発［すｊは酸の消
費量を必要最小限に節減することが可能になり、それに
応じて脱塩後の糖液な中和するに必要な中和剤も節減で
きろ。本発明で、脱塩処理により消費される酸使用量ば
、糖液の種’Ｚ（ｉ、脱塩率、ｐＨ値によりｐなるが一
般に糖液ｆｌ］９ノア７調、ｉ′Ｉｉ′ｉ法に比べて約
に一九　和１度に削減される。

また本発明によれＵ′、脱塩液の粘液に対して酸を直接
添加する態様でなく、濃縮液に必＊ｇ４　ｌ１ｉ４少限
の酸を用いることにより該糖液の転化分）ｒＩ・（を、
可及的に抑えることが出来る利点がある。Ｖ！ｆＪｉｌ
’ｌ、糖液の酸による加水分解を転化といい””＋’４
の損失になるが、この転化率は添加する酸のｆｊｉ’ｌ
、ｌ、♂、λ賊のｐＨ。

温度、濃度、接触時間／、ｃどによって異なる。例えば
、塩酸、硫酸などの無機駿の転化力は、クエン酸や酢酸
などの有機酸にくらべて数１０倍以上も強い。また糖液
温度を上昇することにより、第１図からも判るように、
糖液濃度を高（しても、該液の電導度を高めることがで
き、電気透析の効率の面からは非常にメリットが生じる
が、反面、糖液ｐＨが低い場合には糖液温度の上昇で糖
液の転化率は加速的に増大する傾向になるため、糖液の
ｐＨが低い条件での、高温の電気透析法を製糖工業にお
いて採用することは実用上困難である。上記のように、
糖液の７）Ｈが低下すると転化率は増大し糖の損失が生
じることになる。例えば７）Ｈ＝５．１、ＢＸ４０、温
度５０℃の廃糖蜜液を塩酸により７）ＩＩ調節し、２時
間後の糖の分解転化率はｐＨ二４．６．２でそれぞれ０
．１％、６．５チ、３．０係となり、糖液のｐＨを低下
させることは糖の分解を著しく促進させることがわかる
。このように糖の分解、転化率の面からみると、糖液の
７）Ｈ値をできるだけ高く維持して透析することが望ま
しく、高温透析では特に重要である。本発明は脱塩液の
ｐＨを本質的に低下させることなく、糖の転化防止の面
から非常に有効である。なお、本頼明において脱塩液、
即ち糖液側に酸を添加し７）Ｉｆ調整する方法をあわせ
て用いることは何ら妨げられず、糖の分解転化率、酸使
用量等からみて支障ない場合は適宜用いればよい。

さらに本発明者らは脱塩時の糖液の温度を高めることに
よって該糖液の希釈度を抑えたまま好ましい脱塩が達成
できることを見出した。第１図に示したように、糖液の
透析温度を維持することは糖液の電導度が著しく高（な
り、特に糖濃度が高い状態でも液室導度が高くなり脱塩
が容易になる。

即ち、従来、糖液の脱塩は、２０〜６５°Ｃの常温付近
での透析が一般的であったが、本発明では糖の転化率が
非常に低いため、例えば４５℃以上の高温下で、糖液な
イオン交換膜′屯気透析槽に供することが可能であり、
脱塩効率の向上を図ることが出来るとともに、透析槽内
における微生物の汚染（増殖）を防止することが出来る
。また高温下においては高濃度の糖液を透析槽に仕込む
ことが出来るため、電気透析による脱塩処理後の後工程
での濃縮エネルギー（主に蒸発工程での蒸気エネルギー
）カリ大小し、さらに糖液の粘度低下および高濃度液仕
込による単位固型分あたりの処理液量の減少によりポン
プ、＃σ拌機などの補機動力も大巾に減少されて、工業
的には極めて有利である。

したがって、本発明における糖液温度は、常温でももち
ろん適用可能であるが、高温にするほど望ましく、一般
に４５℃以上、特に５０℃以上が好適であり、５０〜７
０℃の範囲がよい。

本発明に供される糖液としては灰分（塩類）を含む糖液
であれば特に制限なく、例えば精製糖、甜菜糖、せ蔗糖
などの砂糖工業におゆる糖汁、糖蜜、洗糖蜜、廃糖蜜の
ほかせＢ澱粉などからの澱粉糖液にも適用可能である。

これら糖液は一般に水で希釈して所定の濃度でイオン交
換膜電気透析槽に供給されるが、本発明においては上記
したように高温下の電気透析が可能であるため、例えば
ＢＸ４０〜５０の高濃度の糖液な供給することが出来る
。

本発明のイオン交換膜電気透析槽は陰陽電極間に陰陽イ
オン交換膜をガスケットを介して交互に配列し、脱塩室
、濃縮室を構成してなるいわゆるフィルタープレス型電
気透析槽であればいずれの型式を使用できる。これらに
用いる陽イオン交換膜オ６よび陰イオン交換膜も一般の
市販品が特に制限なく使用できる。また電気透析法は回
分式、部分循環式、連続式いずれの方式も適用可能であ
り、処理量等の条件により適当に選択すればよい。さら
に透析槽への電流の印加方法も定電圧法、定電流法、脱
塩液電導度追従法など、いずれの方式も適用できるが、
電導度追従法が、経済的で好ましい場合が多い。また運
転電流密度は糖液の種知性状により種々異なるが、電流
密度’　（Ａ／ｄｍ２）、糖液電導度ｋ（グａ／ｃｍ　
ａｔ’１５℃）で表わした場合、ｉ／Ｉｃ＝Ｏ０Ｑ　１
〜１の範囲が好適である。

本発明において、透析槽に糖液を供給する前に予め該糖
液中に共存する不純物の除去あるいは脱色のために必要
に応じて、例えばプレコー）Ｉ濾過、限外ｒ過、精密ｒ
過、イオン交換樹脂処理、炭酸飽充処理、活性炭処理な
どを行うことは特に制限されない。

本発明により脱塩処理された糖液は従来法と同様に、そ
の用途に応じて一般にアルカリ添加、イオン交換＃ｉ脂
による中和、あるいは濃縮して性状および成分が調整さ
れる。

このように本発明によれば、イオン交換膜電気透析装置
において、濃縮液側に酸を添加し、膣液のｐＨを４以下
に調整するだけの簡便な方法罠より、イオン交換ＩＦＪ
の汚染が防止され、摺電圧の上昇を抑制し、また糖の分
解転化による糖の損失を最少に押えて、糖液の脱塩処理
をおこなうことができる。さらに本発明によれば、電気
透析による脱均処理が連続的な長期運転を可能にし、あ
るいはイオン交換膜の使用期間が長いなどの利点ばかり
でな（、高温下での透析を可能にし、電力、蒸気等の処
ア？エネルギーの低減、蔗糖の転化防止、使用記号の低
減、微生物増殖の防止など経済的な面で多くの効果が期
待できる。

以下、実施例でもって具体的に説明する。

実施例１ 精糖工場の２番蜜（Ｂ、Ｙ２Ｏ）を上水にてＢＸ４５に
希釈した糖液を、被脱塩処理液として電気透析法にて脱
塩処理をおこなった。

電気透析装置としては徳山朝達（株）ｒ：＋ａＴＳ−２
２゜型を用いて、陽イオン交換膜はネオセブタＣＬ−２
５Ｔ、陰イオン交換膜はネオセブタＡＦＮの有効通電面
積２ｄｍ”のものを２０対使用した。脱塩方法は回分式
脱塔法を用い、バッチ機りの糖液の仕込量は８１、透析
温胚は５０℃±２℃に設足した。

ダ１給液は０．２Ｎの食塩水を用い表１に示す各実験条
件の７ＪＨ値に塩酸を添加して調節した。添加した塩酸
濃度は、設定ｐＨ値に応じて１〜５Ｎの範囲のものを適
宜使用した。電流の印加力法は脱塩液の電導度に従って
電流値を設定する、’ｊｊｊ流−電導度の追従方式を用
い、全脱塩過程においてｉ／に＝０．１５　（ｉ−電流
密ＩＵＡ／ｄｍ’、ｋ−脱塩液室導度ｍｓ　／　ｃｍ　
）とした。また脱塩液および涙給液の膜面流速は各々６
　ｃｍ／ｓｅｃであった。表１に示すようにＡ１．２．
６．４．５．６は濃縮液をｐＨ調節しており実施例で、
７危７は脱塩ｆ夜側をｐＨ調節した比較例である。実験
結果かられかるように、婿給液を塩酸添加により７３Ｈ
調節をおこない、特ＫｐＨ値を４以下にて透析した時は
ＭＷ３分損失も少なく膜抵抗の上昇もほとんどなく安定
した運転ができた。しかるに比較例の＆７に示すように
脱塩液側に酸を添加して７）Ｈ調節を実施した場合は、
蔗糖の酸分解損失が大きく経済的に非常に不利である。

なお電気透析中におげろ脱塩側から濃縮側への蔗糖分漏
出は０，１％（対蔗糖分）前後と僅少であった。

実施例２ せ蔗糖工場のケーンシラツブ（ＢＸ６５）を上水にてＢ
Ｘ４５に希釈した糖液を実施例１と同様の条件で、脱塩
処理した。結果を表１に示す。

、ｖｌ、９は実施例で濃縮液側をｐＨ調節した場合、＆
１０はｐＨ，’Ａ節なしの比較例である。

実施例３ ￥流側１の結果に基づき、精糖工場の２番蜜にて繰返し
実験を行ない、イオン交換膜のライフテ実施例 精糖工場の２番蜜を上水にてＢＸ４５に希釈し、＃縮室
液を塩酸にてｐＨ１，５に調整した上で、徳山１達（株
）製の電気透析装置ＴＳ−２２０型にて、３ｍｓ／ｃｍ
　まで脱塩する実験を繰返し行ない、６ザイクル毎にＣ
ＩＰ洗浄（アルカリ塩酸洗浄）を行なった。

その結果、第１サイクル目の脱塩終了時の膜抵抗は４１
．４ΩＣη７２　　で、５０サイクル目のそれは４１、
′ΩＣｍ’更に１００サイクル目は４２．。Ωｃｍ”と
殆んど膜抵抗の上昇（即ち膜汚染）は認められず、而も
、電流効率は伺れも９１Ｌ８８φ及び８８チと良好であ
った。又、高温下（５０°Ｃ）で電気透析を行なったた
めに、イオン交換膜面の菌そうも発生せず、微生物増殖
は完全に回避できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は廃糖蜜の各温度における濃度と電導度の関係を
示す。 特許出願人　　伊藤忠製糖株式会社 特許出願人　徳山曹達株式会社 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）糖液をイオン交換膜電気透析装置において脱塩処理
   するに際し、濃縮液に酸を添加することを特徴とする糖
   液の脱塩方法。 ２）＠縮液のｐＨを４以下に調整する特許請求の範囲第
   １項記載の脱塩方法。