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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 + HA R-NR2 + HA ─→ R-NR2HA 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+、Ca2+、Mg2+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－、SO42－、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 75.0～80.7 Ca % 蔗糖 0.08～0.09 0 100 Na % 蔗糖 0.89～1.0 0.03～0.05 94.9～96.6 K % 蔗糖 1.49～1.59 0.03～0.04 97.4～98.0 Cl % 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