利用鍋爐煙道氣分段式碳酸飽充生成碳酸鈣澄清粗糖液的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種工業化制糖及環保領域，特別涉及一種利用鍋爐煙道氣分段式碳酸飽充生成碳酸鈣澄清粗糖液的方法。
【背景技術】
[0002]制糖行業在我國是涉及國計民生的重要行業，也是我國食品工業重點發展的九大行業之一。糖是絕大多數食品的原料，價格波動對CPI影響很大，為此，國家自1991年開始專門建立了食糖戰略儲備，保障食糖安全。糖料是世界農業的大宗經濟作物之一，也是我國農業僅次于棉花、食用油料的大宗經濟作物，我國是世界第三大產糖國和第二大食糖消費國。糖業也是拉動欠發達地區經濟建設、4000萬糖農脫貧致富的重要產業。糖業的發展是關系欠發達地區經濟發展、脫貧、生活水平提高和社會安定的大問題。
[0003]制糖行業同時是我國廢棄物排放量最大的食品行業，2012/2013榨季排放煙道氣1100億標準立方，二氧化碳2600萬噸。我國甘蔗糖廠多數采用亞硫酸法制糖工藝，由于亞硫酸對色素的還原漂白作用不穩定，糖品久放返色，灰分、不溶物雜質含量高，產品含硫量在20mg/kg以上(國家標準GB317-2006規定一級白砂糖含硫量彡30mg/kg)，與發達國家精制糖品含硫量小于6mg/kg的標準尚有很大差距，影響糖品安全。重污染、產品質量差等已成為影響甘蔗制糖行業生存與可持續發展的瓶頸問題。
[0004]原糖溶解的或從甜菜或甘蔗等原料中提取的粗糖液含有2-20%的雜質，制糖企業利用傳統的碳酸飽充工藝澄清的糖液經過結晶操作單元所得糖產品，其純度高、色澤低。而傳統碳酸飽充工藝中用到的澄清劑二氧化碳主要是通過在石灰窯內煅燒石灰石制備得到。此外，煅燒制得的二氧化碳除一部分被作為澄清劑使用外，其余全部排向大氣。另一方面，制糖企業的鍋爐燃燒煤、原油、天然氣、廢棄纖維等燃料后，經過簡單的水膜洗除塵除渣處理，煙氣仍然含有0)2和N 2及O 2等氣體成分，其中CO 2的含量為7-12% (體積百分比)，直接排放到大氣，既浪費資源又污染環境。因此如何充分資源化循環利用煙道氣中二氧化碳，是目前制糖企業需要解決的一個重要科技問題。
[0005]發達國家糖廠由于采用節能高壓鍋爐，煙道氣二氧化碳含量在14%以上，煙道氣精制糖漿已廣泛應用于采用原糖作原料的精煉糖廠。將低濃度煙道氣用于難度更大的一步法耕地白糖生產，加之國內大部分糖廠為80年代中低壓鍋爐，煙道氣二氧化碳濃度只有7-12%,且波動大、吸收率低，影響制糖工藝經濟及穩定運行。
[0006]自發現制糖澄清工藝碳酸飽充法以來，人們對其應用及相關研宄已有100多年的歷史。應用鍋爐煙道氣澄清糖液已吸引了業內人士的廣泛關注。中國發明專利ZL201410088309.0權利要求2和6中公布了利用0)2制備碳酸氫鈣與單寧反應澄清糖液。中國發明專利ZL 201210458659.2公布了一種鍋爐煙氣的二氧化碳吸收、活化方法及其應用。專利US2005229813A1權利要求中提及了粗甘蔗汁加入蔗糖鈣，通過通入二氧化碳生成碳酸鈣澄清糖液。上述專利技術主要利用的是蔗糖鈣與二氧化碳反應或者在糖液中過飽充氫氧化鈣與氫氧化鈣反應制備碳酸鈣，工藝復雜，成本高，且不能保證加入碳酸氫鈣量的穩定性和可控性，還不能解決應用鍋爐煙道氣飽充澄清糖液過程中存在二氧化碳純度低、濃度波動大和吸收率低等共性關鍵問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，提供一種解決應用鍋爐煙道氣中二氧化碳制備碳酸鈣澄清糖液過程存在的純度低、濃度波動大和吸收率低等關鍵問題，提供一種節約能源、成本低、經濟效益好、環保效果好的利用鍋爐煙道氣分段式碳酸飽充生成碳酸鈣澄清粗糖液的方法。
[0008]本發明通過下述技術步驟實施:
[0009]利用鍋爐煙道氣分段式碳酸飽充生成碳酸鈣澄清粗糖液的方法，包括下述步驟:
[0010](I)在酸性的粗糖液中加入溫度為25_45°C的飽和碳酸氫鈣溶液，攪拌混合；所述飽和碳酸氫鈣溶液通過5-10° Be的氫氧化鈣乳液中通入過量的含0)2的鍋爐煙道氣至pH值下降為6.0-6.9制得；
[0011](2)將質量濃度為10-30%的蔗糖一鈣溶液加入到步驟(I)得到的混合溶液體系中，攪拌反應時間2-10min后，加熱反應物體系溫度至55-90 °C ；
[0012](3)將步驟(2)加熱的反應物體系泵入氣-液反應器，同時通入鍋爐煙道氣飽充調整反應物體系pH值至8.2-10.6 ；
[0013](4)過濾，收取濾過清液；
[0014]以有效成分CaO計，所述加入飽和碳酸氫鈣溶液加入量為粗糖液質量的
0.4-1.5%，所述加入蔗糖一鈣溶液加入量為飽和碳酸氫鈣溶液質量的1-1.1倍。
[0015]為進一步實現本發明目的，優選地，所述的酸性的粗糖液是指用5-10° Be的石灰乳或質量濃度為8-12%的磷酸調節粗糖液pH值為6.0-6.9。
[0016]優選地，粗糖液是混合汁經氣浮工藝技術處理后的糖液或原糖與水按質量比1:4-1:1溶解的糖液。
[0017]優選地，所述蔗糖一鈣溶液為氫氧化鈣乳液與粗糖液中蔗糖在pH值為10.5-11.0的條件下反應生成。
[0018]優選地，步驟(2)加熱反應物體系溫度至60_70°C。
[0019]如圖1所示，本發明先用煙道氣過飽充Ca (OH) 2乳液生成的飽和Ca (HCO 3)2溶液加入粗糖液，然后再加入用部分Ca (OH) 2乳液與部分粗糖液中蔗糖反應制備成高度溶解分散的蔗糖一鈣(C12H21O11 -CaOH)溶液，通過碳酸氫鈣與蔗糖一鈣反應先生成大量碳酸鈣吸附粗糖液中的非糖分雜質后，最后只是調整性的少量通入含0)2的鍋爐煙道氣與未反應的蔗糖一鈣中有效CaO反應生成碳酸鈣。該體系可將煙道氣的波動性和純度低問題，在澄清工藝體系外解決。
[0020]本發明與現有技術相比具有如下優點和效果:
[0021](I)本發明利用蔗糖一鈣(C12H21O11 -CaOH)具有高度分散性的特點，非常有利于增大與煙道氣中二氧化碳的接觸面積，縮短碳酸飽充時間，解決了二氧化碳吸收率低的問題。
[0022](2)本發明通過加入溫度25-45°C條件下的飽和Ca (HCO3)2溶液，可保證有效CaO加入糖液中的穩定性和可控性，避免Ca (HCO3)2在稍高溫度(大于50 °C)條件下易分解成碳酸鈣和二氧化碳，因分解生成的碳酸鈣的表面特性不利于吸附粗糖液中雜質。
[0023](3)本發明用鍋爐煙道氣分段式工藝碳酸飽充可制備質量優的碳酸鈣，能有效吸附粗糖液中的非糖分雜質，工藝過程簡單。
[0024](4)本發明可減少石灰窯所用石灰石的運輸量和存儲場地，減少粉塵排放量，環保效果好，能降低企業成本，提高經濟效益。
[0025](5)本發明可減少鍋爐煙道氣中CO2排放量，對保護生態環境、充分利用資源具有重要意義。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明鍋爐煙道氣分段式碳酸飽充生成碳酸鈣澄清粗糖液的工藝流程示
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[0027]圖2為實施例4中利用鍋爐煙道氣分段式碳酸飽充生成的碳酸鈣形貌的掃描電子顯微鏡圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0029]實施例1
[0030]鍋爐煙道氣取自糖廠的燃煤、纖維素和木質素混合的鍋爐，二氧化碳含量7-12%(體積百分比)。
[0031]粗糖液:由甘蔗混合汁經氣浮工藝技術處理后得濃度為18° Bx的粗糖液；用濃度為6± 1° Be的石灰乳調節粗糖液pH至6.8±0.1。
[0032]制備飽和碳酸氫鈣溶液:由6±1° Be的氫氧化鈣乳液中通入過量的含CO2的鍋爐煙道氣至pH值下降至6.8 ±0.1而制得。
[0033]制備蔗糖一鈣溶液:由氫氧化鈣乳液與蔗糖在pH值為10.6±0.1的條件下反應生成。
[0034]取18° Bx的粗糖液1000g，在粗糖液中加入溫度為26±1°C條件下的含15g有效CaO的飽和碳酸氫鈣溶液，攪拌混合，然后加入質量濃度為30± I %的含16gCa0的蔗糖一鈣溶液，攪拌反應時間1min后，加熱反應物體系溫度至55 ± I °C后泵入常規的氣-液反應器，同時通入鍋爐煙道氣調整反應物體系pH至10.2±0.1 ;過濾，收取濾過清液。根據國際標準ICUMSA中的測定方法檢測主要清凈參數，結果表明:粗糖液處理前純度為83.5% (重量百分比)，粗糖液處理后濾過清液純度為85.7% (重量百分比)，提高純度差為85.7-83.5=2.2AP ;粗糖液處理前色值為8700 IU56tol,粗糖液處理后濾過清液色值為110 O IU56tlnm，脫色率為(8700-1100)/8700X 100%= 87.3% ;處理前渾濁度:1200BTU ;處理后濾過清液渾濁度:60BTU，渾濁度去除率:(1200-60)/1200X 100%= 95.0%