【2017年整理】离子交换树脂在甜菜糖厂和甘蔗糖厂中的应用.doc

离子交换树脂在甜菜糖厂和甘蔗糖厂中的应用制糖科技网 (2004-02-17 15:35:50)1、将糖汁高度提纯 甜菜糖厂都用碳酸法清净，国外一些甜菜糖厂将二碳清汁(或其他物料)顺序用阳离子树脂和阴离子树脂处理，将糖汁中的非糖份绝大部分除去前面用强酸性阳离子树脂 (氢型)，如 Duolite C-25D，后面用弱碱性阴离子树脂，如 Duolite ES340如以 CA 代表糖汁中的盐类 (C 与 A 分别代表其中的阳离子和阴离子 )，则通过两种树脂时发生如下反应： R-SO3H + CA ─→ R-SO3C + HAR-NR'2 + HA ─→ R-NR'2HA 这两个反应式的左面第一项为树脂(R 表树脂的骨架部分，R'代表胺基结合的碳氢基) 在第一树脂柱，树脂的氢离子置换了溶液中的阳离子 (K+、Na +、Ca 2+、Mg 2+等)，放出的氢离子使溶液 pH 大幅度下降在第二树脂柱，弱碱性树脂再吸附除去阴离子和各种负电性物质(Cl － 、SO 42－ 、负电色素等)，以及整个的酸性分子 (硅酸及未离解的色素等)，使溶液pH 升高至中性或微碱性这种处理能除去多数盐类和有机物的整体，提纯效果最好。

它的缺点是糖汁在第一柱变成酸性，pH 很低，会增加蔗糖转化损失 (树脂也有催化蔗糖转化的作用)，强酸性树脂的再生也较困难 (要用较多强酸) 为减少蔗糖转化，糖汁进入树脂柱前要冷却到 15℃或以下，并要以较高的速度通过，缩短停留时间 一个糖厂将部分二碳清汁与煮炼的洗蜜混合到约 30ºBx，通过这种处理前后的糖汁质量情况如下表 项 目 处 理 前 处 理 后 除 去 率%纯度 AP 80.8～81.6 93.6～95.1 －非糖份 % 蔗糖 22.5～23.7 5.15～6.84 70.8～77.2有机氮 % 蔗糖 1.17～1.38 0.29～0.30 73.2～77.2总氨基氮 % 蔗糖 0.24～0.39 0.06 75.0～80.7Ca % 蔗糖 0.08～0.09 0 100Na % 蔗糖 0.89～1.0 0.03～0.05 94.9～96.6K % 蔗糖 1.49～1.59 0.03～0.04 97.4～98.0Cl % 蔗糖 0.90～1.01 0.01 99.0色值 IU(560nm) 2340～2520 49～64 97～98 pH 8.7～8.9 7.1～7.3 －可见，这种方法对无机物的除去率极高，多数超过 95%，对色素的除去也如此，对氮化合物的除去率也在 70%以上。

处理后的糖液可浓缩成高级糖浆产品或煮制精糖 物料在处理前的冷却通常经过三级，首先是用处理后的冷汁与热汁热交换，回收部分热能，然后用冷水冷却，再用蒸汽喷射器抽到很高真空度，使糖汁自蒸发而降温 日本一个甜菜糖厂将二碳清汁先冷却到 12℃，然后顺序通过四种树脂：强酸性阳树脂，弱碱性阴树脂，强碱性阴树脂和弱酸性阳树脂所用的树脂牌号为 SK1B、WA30、PA310 和 WK10，均为日本 Diaion 的牌号，前三者为苯乙烯系，末者为甲基丙烯酸系提纯的效果很高 近年国内有甜菜糖厂研究应用离子交换树脂对三砂糖(相应于甘蔗糖厂的赤糖)的回溶糖浆进行脱色，脱色率为 35～66％减少了该糖浆返回煮甲糖时带入的色素，相应降低了白糖的色值 2、清汁用钠型阳离子树脂脱钙镁盐 欧美的部分甜菜糖厂使用钠型阳离子树脂处理二碳清汁，除去其中的钙镁盐，以减少蒸发罐的积垢，这亦称为糖汁的软化钠型阳离子树脂与糖汁中钙镁离子交换的性能较强，反应式为： 2(R-SO3Na) + Ca2+ ─→ (R-SO3)2Ca + 2Na+ 反应后糖汁的钙镁离子减少，亦即降低了硬度，但增加了钠离子；糖汁中的阴离子基本不变 前苏联奥特拉金( 甜菜)糖厂从 1964 年开始用离子交换树脂处理清汁。

所用的树脂为磺酸基钠型阳离子树脂，头５年用的型号是 Alassion CS-H，以后为 KY-2-8配备４个树脂柱，直径 2.3m，高 4.8m，三个柱工作，一个再生和备用用过的树脂用盐水再生使用该装置后，设备的积垢就很少，可以整个生产期(100 多天)不停机洗罐蒸发罐所用汽压降低，煮糖速度加快，吸收较好，晶粒均匀一致，有明显棱角，伪晶减少，产品质量较好在甜菜质量不良或操作波动时，工艺过程受影响较少此外，如果将钠型树脂处理后的糖汁 (清汁或糖浆 )再用强碱性树脂处理，可以使糖汁色值降低 60～70%，纯度提高，废蜜产率降低 用钠型树脂除钙是有效的，其缺点是树脂再生要用较多的食盐和水，并产生废水要处理；钠的造蜜能力高于钙，增加糖蜜的含糖量匈牙利制糖研究所提出一种改良的方法，用脱钙后的清汁所得的糖浆来将使用过的树脂再生(不用其他化学再生剂)，糖浆中的钠转回钙，这样糖浆中的无机物的组成大体与原来的清汁相同此法实质上是将清汁中的钙越过蒸发罐直接转到糖浆中克拉维茨等研究了这种方法并评价了它的效果美国 Amalgamated 糖业公司的甜菜糖厂从 1984 年开始，将二次碳酸法的清汁用氢型弱酸性阳离子树脂软化。

所用的树脂柱体积较小，使清汁以高速(40 ～100BV/h) 通过树脂柱，以减少糖汁在酸性下的时间汁温稍高于 80℃，防止细菌的活动所处理的清汁应当完全没有悬浮物，防止悬浮物堵塞树脂床在新树脂刚入汁时，清汁 pH 值急速下降，一小时后降至 pH4～5，随后又逐渐上升到 7～8这是因为新树脂中的氢置换了清汁中的各种金属离子，故 pH 下降较大；在树脂中的钾钠量增大后，它又可与汁中的钙镁置换，此时 pH 很少下降最初得到的酸性汁要立即加氧化镁或碳酸钠中和，后来的汁就不需要由于糖汁通过速度很快，蔗糖的转化相当少弱酸性阳离子树脂在由氢型转变为一价金属离子型时，体积膨胀较大；但它再转变为二价金属离子型时，体积略为收缩清汁通过树脂柱后含钙量近于零，经过数小时或更长时间后，树脂的性能耗尽，出汁含钙量升高，就停用和进行再生树脂使用的周期时间决定于入汁的含钙量，最短为４小时，最长达 30 小时该厂装有三个树脂柱，树脂的平均工作寿命超过 594 周期树脂的再生使用稀硫酸，弱酸性树脂的再生是较易的，所需的再生剂量只需超过理论值 10%，再生就相当完全再生末期稍为过量的酸的洗液，加入甜菜渗出用水中以调节 pH 值，不用废弃。

使用这个方法后，蒸发罐和煮糖罐的积垢很少，传热性能和处理量明显提高，汽耗降低；糖蜜易于回收蔗糖 3、Quentin 法 欧洲的甜菜糖厂普遍应用 Quentin process(昆廷法)，用镁置换中级糖蜜(纯度 70～75%)中的钾和钠由于镁的造蜜作用比钾和钠低很多( 蔗糖在含镁溶液中的溶解度低于在含钾钠溶液中的溶解度 )，这种置换可降低糖蜜的含糖量在钾钠盐被置换一半时，最终糖蜜纯度由 57%降低到 51%糖的产量相应提高，约为甜菜的 0.5% 应用这个方法有一个前提，就是要有价廉的镁化合物欧洲和美国都有盐矿化工厂排出的富含氯化镁的废水将它通过钠型强酸性阳离子交换树脂，就得到镁型的树脂将糖厂的中级糖蜜稀释和加热到 68～70ºBx，85～90℃，通过镁型树脂，糖蜜中的钾钠就被树脂中的镁置换，置换率约 50%糖液通过树脂柱的速度约为 2BV/h，树脂的交换容量可以利用到 80%以上糖液通过树脂时的 pH 值不能高于 9.0，以免形成氢氧化镁沉淀将树脂污染由于糖液浓度高，要使用大孔树脂树脂柱通过糖液后，用约 25ºBx 的甜水将内部的残留糖液推出，再用水洗，得到的甜水为 5～10ºBx，用于将糖蜜稀释。

树脂的再生是使用富含氯化镁的废水，因树脂对镁的吸附比钾钠强，再生较容易 4、甘蔗糖厂的清汁处理 国内外甘蔗糖厂在生产上还很少直接应用离子交换树脂，主要原因是甘蔗汁含高分子物质较多，容易堵塞树脂的孔道，降低它的性能，而且甘蔗糖厂的清汁色泽深、灰分高，用树脂处理的负担很大，技术难度较大虽然如此，国内外都有对这一课题进行研究 云南省轻工研究所和曲溪糖厂曾进行了大量的研究工作，测试了多种树脂在这个领域的应用性能和效果，选定了较好的工艺方案和树脂品种；并在工厂中装设了小型设备进行连续的试验清汁顺序经过三个树脂柱，第 1、3 柱装苯乙烯系强碱阴离子树脂(南开 D-290)，第２柱装丙烯酸系弱酸阳离子树脂(南开 D-151)D-290 树脂原是氯型，使用前应先用碳酸氢铵处理，使其转变成为碳酸氢型(HCO 3－ )，它与糖汁中的阴离子交换而放出 HCO3－ ，使 pH 值略上升(至 pH8)第２柱树脂是氢型，它放出 H+与糖液中的阳离子交换，使 pH 下降至 pH3～4而放出的 H+则与 HCO3－ 结合成为碳酸 H2CO3，自行分解出 CO2 排走酸性汁通过第３柱时 pH 值再上升，当达到所要求的最终 pH 值时，可将少量酸性汁不入第３柱，直接与经过第３柱的汁混合。

控制这部分清汁的数量即可得到所需的 pH 值连续几天运行的结果，清汁纯度为 92.9(比处理前清汁提高 6.1)，钙镁盐总量 0.01～0.02% ，色值 4～10ºSt，清净效果很好 D-290 树脂用 NaCl 再生，再用 NH4HCO3 转型；D-151 则直接用 HCl 再生 【关闭窗口】。