膜分離技術(shù)在制糖工業(yè)上的應(yīng)用

　　膜分離技術(shù)在制糖工業(yè)上的應(yīng)用
1、超濾用于清凈糖汁
傳統(tǒng)的工藝是加入石灰、SO2、磷酸等沉淀劑沉淀混合汁中的色素等雜質(zhì)，但是其中的葡聚糖、淀粉、脂蠟非糖大分子難以除去，相比之下，采用超濾方法可以有效除去。將傳統(tǒng)的清凈工藝與超濾方法結(jié)合可以收到良好的效果。過濾之前，需要將懸浮物去掉，以免損壞濾膜。
美國(guó)進(jìn)行了多項(xiàng)研究，用陶瓷膜過濾器混合汁，過濾后糖汁錘度不變，色值降低20%，濁度減少90%，混濁物除去99.6％，此外，淀粉除去46％，葡聚糖除去77％。同時(shí)糖汁純度提高，錘度基本不變，說明蔗糖沒有損失。
將經(jīng)過超濾的糖汁進(jìn)行后續(xù)的蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過超濾的糖汁雖然沒有加防垢劑，但是在蒸發(fā)罐內(nèi)產(chǎn)生的積垢要少的多，這樣在生產(chǎn)上可以減少清垢和能耗。膜處理的脫色效果超過了傳統(tǒng)的結(jié)晶作用。這意味著采用膜過濾可能取代傳統(tǒng)的混合汁澄清過程。
丹麥試驗(yàn)將甜菜滲出汁加少量石灰中和并過濾除去不溶物后，用聚砜超濾膜在60～80℃和0.4－0.6MPa下過濾，濾汁純度91.5－94.5％，色值1000－25001U，脫色率95％。用超濾膜處理糖漿，80℃，0.42MPa，糖漿為65°Bx，可除去色素30—50％，糖漿純度提高1－15％。超濾膜的截留分子量較小者，脫色效果較高。
我國(guó)制糖工作者詳細(xì)研究了用超濾膜處理甘蔗糖廠不同蔗汁的效果。超濾膜的材質(zhì)為聚醚砜，截留分子量分別為1萬、2萬和7萬。處理的蔗汁分別為亞硫酸法糖廠的混合汁、中和汁和混合清汁（清汁和濾汁的混合物）。混合清汁用超濾膜處理后，色值降低30－38％，濁度降低40－57％，純度上升0.5－0. 8%；混合汁用超濾膜處理后，色值降低81－84％，濁度降低96－97％，純度上升16－19%。
將不同截留分子量的超濾膜效果進(jìn)行對(duì)比，分子量為1萬的效果略優(yōu)于7萬者，濾汁質(zhì)量稍高。這些數(shù)據(jù)還有兩點(diǎn)值得注意：
1）混合汁處理后的濾汁的色值和濁度都低于處理清汁者。這說明蔗汁在亞硫酸法處理過程中生成了分子量較低的、能通過超濾膜的有色物和渾濁物。
2）蔗汁用超濾膜處理，純度有所提高，但上升值不大。這是因?yàn)樗�除去的無機(jī)物不多，大部分無機(jī)物是低分子量的，它們是影響蔗汁純度的主要因素。
廣東和廣西的糖業(yè)界曾研究應(yīng)用國(guó)產(chǎn)的PA微孔管過濾器處理蔗汁和糖漿，它是一個(gè)圓筒形容器，內(nèi)裝多條微孔過濾管，液體從外面通過它的微孔進(jìn)人管內(nèi)集中流出。過濾管是聚乙烯燒結(jié)微孔管，直徑25mm，有不同型號(hào)，截留微粒的直徑為0.1－ 10 P m。曾試驗(yàn)過濾亞硫酸法糖廠的清汁（澄清汁與濾清汁的混合物），蒸發(fā)糖漿和煉糖廠的回溶糖漿（已加活性炭），都能將糖液中的不溶物除去大部分，色值略有降低，純度略有提高。用于過濾清汁的過濾速度較高，過濾后用熱水和壓縮空氣反洗可將沉淀物清除。用于過濾糖漿時(shí)的過濾速度較低，且較易被阻塞。
2、超濾與高分子交換樹脂的組合應(yīng)用
精煉糖的制造是采取將蔗糖回溶然后用活性炭、離子交換樹脂等處理回溶糖漿，除去其中的雜質(zhì)，然后再煮糖結(jié)晶得到精煉糖，該方法需要對(duì)樹脂或者活性炭進(jìn)行處理再生。
將精煉糖廠的中間糖蜜稀釋后用陶瓷膜（截留分子量30萬）過濾。濾液濁度降低91％，色值降低14%，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)這種處理除去了絕大部分高分子物質(zhì)和懸浮微粒，以后再用樹脂就很少受污染，是離子交換法一種極好的前處理方法。
將上述的膜濾前和膜濾后的糖液分別濃縮到高濃度再測(cè)定其粘度，在80°BX下，已濾糖液的粘度為500CP，而未濾者為1000CP前者低約一半；在84°BX下，兩者的粘度分別為1700和2700CP已濾者低約37％。經(jīng)過膜濾的糖液的粘度降低約相當(dāng)于糖液濃度降低2°BX，因此可提高起糖分回收3—5％。這種膜過濾的余留液含有大量的糖分和濃集的雜質(zhì)，可以加水稀釋后再用膜過濾，將糖分收回。
美國(guó)夏成夷糖業(yè)公司（H＆CS）的Puunene糖廠和法國(guó)Annlexion公司合作。開發(fā)了一種將清汁超濾和軟化相結(jié)合的系統(tǒng)，從1994年底開始使用；是世界上第一個(gè)在生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)用超濾的甘蔗糖廠，使用的效果較好。該糖廠用石灰法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)原糖（color sugar）。供其他糖廠制精煉糖。
他們將石灰法的清汁先進(jìn)行初濾，加熱后進(jìn)行超濾，超濾汁用樹脂處理軟化再入蒸發(fā)罐。它提高了產(chǎn)品糖的質(zhì)量和收回率，減少了蒸發(fā)罐積垢和清洗所用藥劑，并降低了汽耗。
清汁先經(jīng)良好的初濾除去蔗糠和懸浮物，以利于后面的處理。使用兩臺(tái)連續(xù)過濾機(jī)自動(dòng)清除濾渣。超濾采用陶瓷膜元件，表面覆蓋氧化ZrO2，末級(jí)超濾柱的殘余液，集中了蔗汁中的絕大部分雜質(zhì)，其體積約為進(jìn)入蔗汁的10％。隨使用時(shí)間延長(zhǎng)，超濾膜逐漸被堵塞，壓力差增大，當(dāng)它達(dá)到可允許的最大值時(shí)，該生產(chǎn)線就自動(dòng)停機(jī)進(jìn)行清洗，間隔為24－48h，決定于所處理的蔗汁的質(zhì)量。系統(tǒng)的清洗是自動(dòng)進(jìn)行的。先用熱水、再用低濃度次氯酸鈉的溶液，最后用磷酸沖洗，每次約2h。
超濾汁的再用強(qiáng)酸性鉀鈉型陽離子樹脂處理，超濾汁用泵壓入樹脂住的底部，向上通過樹脂層從頂部排出。蔗汁中的鈣鎂離子被樹脂的鉀鈉離子置換，樹脂柱可使用8－10h，決定于蔗汁中的鈣鎂鹽含量。樹脂的再生是使用乙糖蜜，由于清汁中的鈣鎂被鉀鈉置換，該糖蜜中含鉀鈉較多而鈣鎂較少。將它通過上述的樹脂，乙糖蜜中的鉀鈉可將樹脂中的鈣鎂置換；使樹脂恢復(fù)鉀鈉型，可以再用于將糖汁軟化；鈣鎂則轉(zhuǎn)入糖蜜中，將它煮制丙糖，因鉀鈉含量較低、造蜜作用較弱，可減少糖蜜含糖量。這種方法實(shí)質(zhì)上是將清汁中原來的鈣鎂越過蒸發(fā)罐和煮制甲、乙糖的階段，直接轉(zhuǎn)移到乙糖蜜和丙糖膏中，總的灰分平衡情況沒有改變，最終各成份的數(shù)量沒有增減。此外還有鹽水系統(tǒng)，必要時(shí)用鹽水將樹脂再生。
3、納濾膜回收離子交換過程的再生試劑和洗滌水
精煉糖廠通常是使用離子交換樹脂來脫色糖液，離子交換法雖然效果很好，但是再生溶液和洗滌水量大，并且含有大量的NaCl和有色物質(zhì)，處理要消耗大量的藥品和水，納濾是目前解決這一問題的最佳方法。1994年法國(guó)的馬賽糖廠就此進(jìn)行了深入研究，實(shí)驗(yàn)效果良好。而后，納濾裝置于1997年在Saint-Louis煉糖廠投入實(shí)驗(yàn)使用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脫除鹽分達(dá)到80~90%，減少排污量90%，收到了良好的效果。