專利名稱：軟化含糖水溶液如糖汁或糖蜜的方法
技術領域：
本發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。
蔗糖和甜菜糖工業產生相當多量的被稱為糖廠糖蜜的非結晶糖汁。這種糖蜜中含相當多量的糖，因此通常將它進行適當的處理以便提取出其中所含的大部分糖。特別是這種處理包括將糖蜜進行離子排阻層析，使用Na-和/或K-型的強陽離子樹脂為固定載體。但是，因為糖廠糖蜜中含相當量的可溶性鎂和/或鈣鹽，在層析操作中所說的樹脂會負荷Ca2-和/或Mg2-離子，這就會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。這就導致了要消耗再生試劑并降低了生產能力。
因之曾建議，在將糖蜜進行層析之前，通過在Na-和/或K-型陽離子樹脂上進行離子交換的方法將溶于糖蜜中的鈣和/或鎂鹽除去。因為在此離子交換期間，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。該再生技術主要有兩個缺點它必須消耗再生劑(NaCl)并且產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在經濟上是不夠滿意的。
因此，本發明的目的是提供一種無上述缺點的軟化方法。這樣，本發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-離子并負荷了Na-和/或K-離子，另一方面使陽離子交換樹脂負荷了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產生并負荷了Na-和/或K-離子的廢液，這部分液體通常是要從糖廠排放的。因之和現有技術中的再生體系比較，本發明無需提供額外的再生劑并且是經濟的辦法。同時和公知的系統比較，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產生的液體。
按照本發明，在用于步驟(b)之前將液體(廢液)進行濃縮也是有利的。這是因為所述液體中Na-和/或K-離子的濃度越高，再生程度就越高。按照本發明，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，這樣能進一步改進再生的效果。
另外，步驟(a)中使用的陽離子交換樹脂優選使用Na-和/或K-型的強陽離子樹脂，產生用于步驟(b)中的液體(廢液)的層析操作優選使用Na-和/或K-型的強陽離子樹脂進行，并用水洗脫。尤其是被選擇的強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，用交聯劑如二乙烯苯交聯的樹脂，再將陽離子交換劑的基因例如強酸性的磺酸基接枝到上述母體上。特別優選的樹脂是IR200(商品名，Rohm and Hass公司銷售)。
本發明還涉及通過上述軟化方法得到的軟化糖汁。
本發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-離子并負荷了Na-和/或K-離子的軟化糖汁，另一方面，得到負荷了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。
還應提出的是，優選在用于步驟(ⅲ)之前將上述第一部分液體(廢液)進行濃縮，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選Na-和/或K-型的強陽離子樹脂，以及步驟(ⅱ)中的層析優選采用Na-和/或K-型的強陽離子樹脂并用水洗脫。所使用的強陽離子樹脂可以是上述軟化方法中已經述及的那些樹脂。
本發明還涉及上述回收方法中得到的富含糖的液體。
最后，本發明還涉及實現上述糖的回收方法所用的裝置，包括-至少一個含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備，提供再生液的設備，排出被軟化的糖汁水溶液的設備及排放廢棄的再生液的設備，以及-至少一個層析單元，它包括提供洗脫劑的設備，提供軟化單元得到的軟化糖汁水溶液的設備以及排放含Na-和/或K-離子并且不含糖的液體(廢液)的設備。
其特征在于，它還包括將上述提供再生液的設備連接到層析單元萃取設備的連接設備，值得指出的是，如果需要，所述的連接設備可以包括用于由所述萃取設備萃取上述液體(廢液)的濃縮單元。
本發明的其它目的及優點由下述并參照附圖
會看得更清楚，其簡單的流程圖表明了有關從糖廠糖蜜中回收糖的設備的一個具體方案的原理。
以該圖為例的設備顯而易見地包括兩個軟化單元1，2，每個單元為填充了Na-和/或K-型強陽離子樹脂(例如IR 200，Rohm and Haas公司)的柱子，每個柱子在其上部裝有導管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中所述的澄清法進行。至于稀釋，要達到稀釋后糖蜜中干物質含量為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鹽以及色素。
每個軟化柱1，2還在底部安裝有導管5，6，以便排出被軟化的糖蜜，導管5，6均連至一個三通閥7，從7伸出導管8，管8的自由端導入層析柱9的頂部。假如需要，在每個導管5，6中裝上循環泵10，11。最后，每個柱1，2的頂部安裝樹脂再生液供應管12，13，其底部安裝廢再生液排放管12a，13a，它們每個還裝有隔離閥12b，13b。
層析柱9含Na-和/或K-型強陽離子樹脂作為固定載體，洗脫液是水，它通過導管14提供至柱頂，柱9的底部有導管15，以便排放富含糖的液體(廢液)，以及導管16，以便排放貧糖的液體。
按照本發明，上述裝置還包括從排放導管16至導管12，13的提供廢液(再生液)的設備，這些設備包括(a)導管17，它的一端連至循環泵18的排出口，循環泵的進料口連至導管19，管19的自由端伸至接近桶20的底部，排放導管16的自由端導入桶20;
(b)濃縮單元21，安裝有待濃縮液的入口，并連接導管17;安裝對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導至桶25;以及(d)導管26上裝循環泵27，該管的一端接近桶25的底部，另一端連一個三通閥28，從28伸出導管29，管29連接導管12，導管30連接導管13。
濃縮單元可以是能在減壓下操作的蒸發器，它可以是本技術領域公知的單或多降浮標式蒸發器(falling float evaporator)。此時，出口22排放蒸發中形成的濃縮物。
該裝置操作如下在第一個循環中，閥7置于使導管8和導管5及6連接的位置，泵10，11，18及24開啟，泵27關閉，閥12b，13b和28關閉。
澄清并稀釋的糖蜜(干物質重10-70%)通過導管3和4加入柱1和2，在柱中進行陽離子交換，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出來的糖蜜通過導管5，6，泵10，11，閥7和導管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，通過導管15排出。
與此同時或者隨后，桶20中回收的廢液通過導管19，泵18和導管17送至蒸發器21中。由上述單元21得到的濃縮了的廢液(優選含10-70%重的干物質)通過導管23和泵24排出，注入到桶25中。
在第二個循環中，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，停止加糖蜜進行軟化，關閉泵10，閥7置于只連接導管8和6的位置，閥12b打開，閥28放置到僅連接導管26和29的位置，打開泵27。
在該狀態下，來自桶25的濃縮廢液通過導管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管12a排放。
一旦再生完成，柱2中樹脂再生的第三循環即開始，并在柱1中恢復軟化操作。這包括停止向柱2提供糖蜜，打開閥13b，通過調節閥28連接導管26和導管30，通過調節閥7的位置連接導管8和5，恢復向柱1提供糖蜜。
第二和第三循環以均勻的間隔時間被重復。
作為情況應注意，在軟化操作中，澄清并稀釋的糖蜜(10-70%干物質重)通過柱1，2的流速可以是每小時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)通過柱1，2的流速可以是每小時0.1-5倍樹脂床體積。這些速度根據所用液體中干物質的含量來選擇。因此糖蜜中干物質含量越高，糖蜜通過樹脂柱1，2進行軟化操作的流速則越低。同樣，再生液(濃廢液)中干物質含量越高，所述液體通過柱1，2的流速則應越低。
同時，再生液的溫度應被調節，以使再生操作的液體有適當的粘度;依賴于干物質含量，溫度可以在20-70℃范圍。
還應指出，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管12a和/或13a得到的濃廢液進行重結晶來回收。
本發明的操作實施例1.軟化操作-待軟化的糖蜜干物質重15%，以Ca2-離子表示的相對于干物質的硬度為12000ppm;
-軟化樹脂IR 200，Rohm and Hass公司產品(交換容量為1eq/l);
-溫度40-80℃;
-糖蜜流速，每小時兩倍軟化樹脂床體積，糖蜜流過2.5小時后樹脂就飽和了;
-被軟化的糖蜜以Ca2-離子表示的相對于干物質的平均硬度為2000ppm。
2.層析操作-層析樹脂Dowex C 356，Dow公司產品，-溫度約80℃;
-被軟化的糖蜜流速每小時層析樹脂床體積的0.03倍-洗脫水流速每小時層析樹脂床體積的16倍;
-廢液干物質含量4%(重量)3.廢液濃縮操作-濃縮設備降浮標式蒸發器(蒸發溫度為80℃);
-濃縮后干物質含量，以重量計為30%;
4.再生-溫度25℃-濃縮廢液流速每小時軟化樹脂體積的0.45倍，通過相應于流速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2倍樹脂床體積;
-時間1小時
權利要求
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分離出的液體。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，在步驟(b)中使用之前將液體濃縮。
4.按照權利要求1-3中的任何一項的方法，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-型強陽離子樹脂，以及產生步驟(b)中使用的液體的層析操作是用Na-和/或K-型強陽離子樹脂進行，并用水洗脫。
6.按照權利要求1-5中的任何一項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-離子并負荷了Na-和/或K-離子的軟化糖汁，另一方面得到負荷了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)之前進行濃縮。
9.按照權利要求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-型強陽離子樹脂，以及步驟(ⅱ)中的層析采用Na-和/或K-型強陽離子樹脂進行，并用水洗脫。
11.按照權利7-10中的任何一項的方法得到的含糖液體。
12.實現權利要求7-10中任意一項方法的裝置，包括-至少一個其中含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備(3，4);提供再生液的設備(12，13)，排出軟化了的糖汁水溶液的設備(5，6)以及排出廢再生液的設備(12a，13a)，以及-至少一個層析單元(9)，包括提供洗脫液的設備(14)，提供于軟化單元(1，2)中得到的軟化糖汁水溶液的設備(8)，排放含Na-和/或K-離子不含糖的液體的設備(16)，其特征在于，它還包括連接所述再生液提供設備和層析單元萃取設備的連接設備(17-30)。
13.按照權利要求12的裝置，其特征在于所述的連接設備中包括濃縮單元(21)。
全文摘要
本發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C13B20/14GK1111678SQ9410656
公開日1995年11月15日 申請日期1994年6月10日 優先權日1993年6月11日
發明者M·薩思卡, X·蘭克里農 申請人:阿普勒松, 路易斯安那州立大學及農機學院監理會