专利名称：糖生产系统的制作方法
技术领域：
一般地，本发明涉及从得自植物原料的含蔗糖液体制造糖的系统。特别地，本发明涉及改变糖加工液体特性的糖加工液体调节器，以及利用具有改变的糖加工液体特性的糖加工液体制造糖的糖加工步骤。
背景技术：
蔗糖，C12H22O11，是一种二糖，它是连接一葡萄糖单糖和一果糖单糖的缩合分子。蔗糖在植物界的许多水果和蔬菜中天然存在，例如甘蔗、甜菜、甜高梁、桄榔或糖枫。植物产生的蔗糖量可以取决于许多因素，其中有遗传品系、土壤或施肥因素、生长期间的天气状况、植物疾病的发生率、成熟的程度、或收割与加工之间的处理。
蔗糖可以集中在植物的某些部分，例如甜菜的根部或甘蔗的茎部。可以收割整个植物或集中蔗糖的植物的一部分，并加工植物原料得到含一定量蔗糖的糖加工液体。实例参见P.W.van der Poel等人的“糖技术，甜菜和甘蔗糖生产(Sugar Technology，Beet and Cane SugarManufacture)”(1998)；R.A.McGinnis编辑的“甜菜糖技术(Beet-SugarTechnology)”，第三版(1982)；或James C.P.Chen，Chung Chi Chou的“甘蔗糖手册甘蔗糖制造商和化学家手册(Cane Sugar HandbookAManual for Cane Sugar Manufactures and Their Chemists)”，第12版(1993)；和美国专利第6,051,075；5,928,42；5,480,490号，在此引入各自的内容作为参考。
现参考作为非限制性例子的图1，可以将甜菜(1)切成称为“甜菜丝”(2)的薄片。可以将甜菜丝(2)引入糖加工液体流(4)经过的甜菜丝搅拌器(3)。甜菜丝(2)与甜菜丝搅拌器(3)中的糖加工液体流(4)呈逆流，穿过甜菜丝搅拌器(3)。甜菜丝(2)穿过甜菜丝搅拌器(3)时，甜菜丝(2)中的部分蔗糖转移到糖加工液体流(3)中。甜菜丝(2)和部分糖加工液体(4)可以转移到浸提器(6)第一末端处的甜菜丝浆入口(5)处，而浸出液(7)在浸提器第二末端(8)处的浸出液入口(8)处进入。甜菜丝(2)与浸出液流(8)呈逆流，穿过浸提器(7)。甜菜丝(2)的逆流浸提可以将高达约百分之九十八(98％)的蔗糖与多种来自甜菜丝(2)的其它物质一起转移。将甜菜丝(2)在甜菜丝浆出口(9)处从浸提器(6)转移到压浆机(10)中，在压浆机(10)中将液体从甜菜丝(2)中榨出。从甜菜丝(2)榨出的液体经常称为“甜菜废丝压榨水”(11)，pH值可以是大约5，在浸提器(6)的第二末端处的甜菜废丝压榨水入口(9)返回浸提器(6)，与浸出液(7)混合。来自浸提器(6)的糖加工液体流(4)(常称为“浸出汁”)令混合的浸出液(7)、压浆液(11)和其它可能引入浸提器(6)的液体返回到甜菜丝搅拌器(3)中。可以将来自浸提器(6)的糖加工液体流(4)分成两股或更多股液流，并且当其返回甜菜丝搅拌器(3)时，可以将其它液体混入糖加工液体流(4)。进入甜菜丝搅拌器(3)的糖加工液体流(4)，与甜菜丝(2)呈逆流穿过甜菜丝搅拌器(3)。从甜菜丝搅拌器(3)转移的糖加工液体(4)经常称为“原汁”。
有许多备选的从植物原料中转移含蔗糖液体的工艺。作为另一非限制性的例子(未图示)，一种甘蔗的浸提工艺采用了精制蔗糖片的移动床，经过浸提液喷射，将蔗糖(与多种其它物质一起)从植物原料转移到浸出液中。
作为第三个非限制性的例子，一种甘蔗的研磨工艺令甘蔗茎经过辊，从植物原料中榨出甘蔗汁。该工艺可以沿一系列压榨机重复数次，确保基本上去除了所有的甘蔗汁。
无论采用哪种工艺或方法从植物原料中转移蔗糖，产生的糖加工液体(4)中均含有蔗糖、非蔗糖物质和水。非蔗糖物质可以包括各种植物衍生物质和非植物衍生物质，包括但不限于不溶性物质，例如植物纤维、土壤颗粒、金属颗粒或其它碎屑；以及可溶性物质，例如肥料、蔗糖、蔗糖以外的糖类、有机和无机非糖、有机酸(如乙酸、L-乳酸或D-乳酸)、溶解气体(如CO2、SO2或O2)、蛋白质、无机酸、磷酸盐、金属离子(例如铁离子、铝离子或镁离子)或果胶；有色物质；皂角苷；蜡；脂肪；或树胶；关于它们的各有关或联合的部分、或其衍生物。
现在参考图2，向糖加工液体(4)中逐渐加入碱(13)，令pH从约5.5pH到约6.5pH之间的范围内升高至约11.5pH到约11.8pH之间的范围。pH升高使得某些非蔗糖物质能够保留在糖加工液体(4)中，以达到它们各自的等电点。该步骤经常称为“预加灰(preliming)”，可以在多室石灰混合器(14)中进行。术语“预加灰”并非要将向含蔗糖的糖加工液体(4)中加入碱的步骤，仅仅限制在那些称该加碱步骤为“预加灰”的工艺系统。相反地，应当理解在各种传统的汁液加工系统中，在随后的净化或提纯步骤之前，可能需要首先利用碱来提高pH或糖加工液体(4)。随后的净化和提纯步骤可以包括如美国专利第4,432,806、5,759,283号或类似专利所述的过滤步骤；如英国专利第1,043,102号或美国专利第3,618,589、3,785,863、4,140,541或4,331,483、5,466,294号或类似专利所述的离子交换步骤；如美国专利第5,466,294、4,312,678、2,985,589、4,182,633、4,412,866或5,102,553号或类似专利所述的色谱步骤；或如美国专利第4,432,806号或类似专利所述的超滤步骤；如美国专利第6,051,075号或类似专利所述的相分离；或者如美国专利第4,045,242号所述的向最终的碳酸饱充槽中加入活性物质的加工系统，均为“主加灰”和“碳酸饱充”的传统糖加工步骤的备选方案，在此引入各参考文献作为参考。
术语“碱”包括应用任何能够升高汁液或糖加工液体(4)的pH的物质，包括但不限于应用石灰，或者应用来自利用石灰的工艺的底流，例如热加灰和碳酸饱充之后回收的碳酸钙泥浆(13)。术语“石灰”的应用典型地包括生石灰或通过在氧气中加热钙(通常以石灰石形式)以生成氧化钙(15)的氧化钙的特定应用。石灰乳是许多汁液加工系统所优选的，它由在石灰消和器(16)中生成的氢氧化钙(Ca(OH)2)在水中的悬浮液组成，氧化钙根据如下反应生成
术语“等电点”涉及糖加工液体(4)内溶解的或胶状的物质，例如蛋白质，具有零电势时的pH。当这样溶解的或胶状的物质达到它们指定的等电点时，它们可能在糖加工液体(4)中形成大量的固体颗粒、絮凝或絮状物。
向汁液中加入碳酸钙材料，可以进一步加强絮凝，在功能上形成固体颗粒或絮凝物在其上结合的核或基质。该工艺增加了颗粒的大小、重量或密度，因此促进了这样的固体颗粒或物质的过滤或沉淀，并将它们从汁液中去除。
传统的糖加工方法进一步提纯包括残余石灰、过量碳酸钙、固体颗粒、絮凝或絮状物的加工液体(4)，以稳定预加灰步骤中形成的絮状物或颗粒。冷主加灰步骤(图2中未显示)可以包括另外加入约占预加灰的糖加工液体(4)0.3-0.7wt.％(或取决于预加灰汁的质量而更多)的石灰，其在约30℃到约40℃之间的温度下进行。
冷主加灰汁接下来可以进行热主加灰(17)，以进一步降解转化糖和其它对该步骤不稳定的成分。热主加灰(17)可以包括进一步加入石灰(18)，以使得加灰汁的pH增加到约12pH到约12.5pH之间的水平。这导致了一部分不受先前加入的碱或石灰影响的可溶性非蔗糖物质开始分解。特别地，糖加工液体(4)的热主加灰(17)可以通过转化糖、氨基酸、酰胺和其它溶解的非蔗糖物质的部分分解来达到热稳定性。
在冷主加灰或热主加灰(17)之后，主加灰糖加工液体(4)可以经受一级碳酸饱充步骤(18)，其中二氧化碳气体(19)可以与主加灰糖加工液体(4)结合。二氧化碳气体(19)与主加灰汁中残余的石灰反应，生成碳酸钙沉淀(13)或泥浆。该程序不仅可以除去残余的石灰(典型地约为残余石灰的95wt.％)，而且表面活性碳酸钙沉淀(13)可以俘获大量残余溶解的非蔗糖物质。此外，碳酸钙沉淀(13)可以起到助滤剂的作用，将固体物质从主加灰(17)和碳酸饱充的汁液(18)中物理去除。
一级碳酸饱充步骤(18)得到的澄清的糖加工液体(4)，接下来可以经受另外的加灰步骤、加热步骤、二级碳酸饱充步骤(20)、上文所述的过滤步骤、膜超滤步骤、色谱分离步骤或离子交换步骤，或者其组合、变化或衍生，以进一步净化或提纯一级碳酸饱充步骤得到的汁液，得到称为“稀汁”的糖加工液体(4)。
现在参考图3，其提供了另一个非限制性的例子，“稀汁”可以通过部分水含量的蒸发增稠，以生成传统上称为“浓汁”的糖加工液体(4)。部分水含量的蒸发可以在多级蒸发器(21)中进行。
现在参考作为非限制性例子的图4，与其它糖加工液体(“稀汁”、离心洗涤液和糖浆)混合的增稠糖加工液体(4)或“浓汁”和产生的再熔(22)(23)较低级糖晶体转移到“一号糖浓缩罐(white.pan)”(24)中。在“一号糖浓缩罐”(24)中蒸去更多的水，直到条件适于蔗糖或糖晶体生长。由于可能难以令蔗糖或糖晶体生长良好，加入了一些蔗糖或糖的晶种，以引发晶体形成。晶体一旦生长，则生成的晶体和剩余的糖加工液体(4)的混合物可以在“色糖离心机(white centrifuge)”(25)中分离。将来自“一号糖浓缩罐”的增稠糖加工液体(4)转移到“高生料罐(high raw pan)”(26)中进行重结晶。“高生料罐”(26)中产生的“高生料糖晶体”通过“高生料离心机(high raw centrifuge)”(28)从增稠糖加工液体(4)中分离，并返回“高熔炉(high melter)”(22)与进入的“浓汁”混合，而来自“一号糖浓缩罐”(24)的增稠加工液体(4)在“低生料罐(low raw pan)”(29)中进行重结晶。“低生料罐糖晶体”(30)返回“低生料熔炉(low raw melter)”(23)与进入的“浓汁”混合。未进行重结晶的来自“低生料罐”(29)的剩余增稠糖加工液体(4)称为“糖蜜”。
来自“一号糖浓缩罐”(31)的糖晶体在“色糖离心机”中从增稠的糖加工液体中分离出来之后，可以对其进行洗涤(“白清洗(highwash)”)(32)，以产生希望的颜色。来自“色糖离心机”的“白清洗”中(32)含有大量蔗糖，并返回“高熔炉”(22)。然后将分离的蔗糖或糖的晶体(33)转移到糖干燥器(34)中产生糖晶体(33)，以得到希望的含水量。
从上述非限制性的例子可以理解，通过提纯来自植物材料的含蔗糖的液体，可以产生许多类型的糖加工液体和糖加工产品。包括残余植物材料的固体；净化、提纯或精练期间从糖加工液体中分离的固体；含糖或蔗糖的汁液；结晶的糖或蔗糖；来自糖或蔗糖结晶的母液；工艺系统的副产品；及其各种组合、变化或衍生，均具有杂质，其含量与它们的生产中采用的工艺步骤相符，或与生产的产品的类型或种类的传统标准相符，产品包括但不限于含有废植物材料的动物饲料，例如废甜菜丝、果肉或甘蔗渣或其它从加工液体中分离的固体或汁液；固体燃料，可以将其燃烧以产生用于电力产品的蒸汽，或产生可以返回糖加工系统的低压蒸汽，或产生低级热量；糖浆，其范围从例如出售给工业用户的纯蔗糖溶液到含有调味剂和色素的处理糖浆，或是例如黄糖浆的含有某些转化糖以防止蔗糖结晶的糖浆；将结晶的蔗糖或糖的所有或任何部分去除得到的糖蜜，或是从糖蜜衍生的产品，其一个例子为糖浆(treacle)；从糖蜜中蒸馏出的醇；通过使用二氧化硫(SO2)作为漂白剂亚硫酸化产生的直接白糖(blanco directo)或种植糖(plantation sugar)；通过将含蔗糖或糖的汁液煮沸直至基本干燥而产生的juggeri或粗糖；从熔化精制白糖得到的或从可以进一步脱色的糖浆得到的汁糖(juice sugar)；单次结晶的蔗糖，其在英国或其它欧洲地区经常称为“非精制糖”，或在北美天然食品工业称为“脱水甘蔗汁”，以描述一种以最小程度的加工所生产的自由流动的单结晶蔗糖；精甘蔗(milled cane)；德麦拉拉红糖(demerara)；黑砂糖；rapedura；红沙糖；turbina；蔗糖可以约占94-98％的原糖，其差额为糖蜜、灰分和其它微量元素；例如超细粒状的精制糖，其质量为基于美国软饮料产业协会(National Soft Drink Association)规定的“装瓶物(bottlers)”质量，水白色，蔗糖至少占99.9％；特制白糖，例如细白砂糖、糖粉、方糖或防腐糖(preserving sugar)；可以通过将精制白糖与糖蜜一起喷射并混合制造的红糖，其可以依据糖蜜的特性为浅色或深色的红糖；或通过将粒状糖在磨粉机中研磨成粉制成的各种精细程度的糖粉(powered sugar)，其可以进一步含有玉米淀粉或其它防止结块的化学品。
这一名单并非要限定从植物材料中得到的含蔗糖液体或者随后在提纯期间产生的糖加工液体生产的产品，而是要举例说明可以通过传统的糖加工系统生产的众多不同的产品，糖加工系统包括但不限于上文所述的糖加工系统，以及其它没有明确描述但是基于待加工的植物原料的类型或最终得到的产品从上文的描述中自然理解的糖加工系统。糖加工系统包括多种单个成分或工艺步骤的变化和组合，其可以导致相同或类似或不同的糖加工产品和副产品。应当理解为本发明可以用于每种类型或种类的糖加工系统，不论本文是否确切地还是固有地描述。
从糖加工系统衍生的产品具有全球竞争的贸易市场。由于糖和糖加工系统副产品的市场非常巨大，即使是糖或副产品成本的微小降低也可以产生充分的和理想的金钱节约。尽管这一强劲的贸易动机已与至少1000年糖生产的漫长历史相结合，尤其是从甜菜生产糖的商业工艺系统已经建立了100年，关于糖的生产仍然保留着未解决的重大问题。
与糖的生产有关的一个重大问题可能是糖加工液体中有机酸和无机酸的量。当植物细胞汁(3)中含有足够的阳离子时，氢氧根离子(OH-)可以起到阴离子的作用，使得二氧化碳(CO2)以碳酸根离子(CO3)-2或碳酸氢根离子HCO3-的形式溶解在汁液(3)中。HCO3-的离解提供了很弱的酸。然而，当汁液(3)含有的阳离子的数目不足以使得溶解的CO2形成碳酸根或碳酸氢根离子时，导致了二氧化碳和碳酸H2CO3之间的平衡。碳酸在处理糖加工液体(4)的pH范围中能够起到强酸的作用。
类似地，二氧化硫(SO2)或亚硫酸氢铵(NH4HSO3)可以引入糖加工液体(4)中，以控制、降低或消除微生物活性、蔗糖水解、转化糖的形成、或蔗糖的损失，或是将pH调节得更低。而且，当糖加工液体(4)含有足够的阳离子，例如钙离子时，能够得到例如亚硫酸钙的亚硫酸盐。然而，当汁液含有的阳离子的数目不足以使得溶解的二氧化硫(SO2)形成亚硫酸盐时，导致了二氧化硫(SO2)、亚硫酸(H2SO3)、和硫酸(H2SO4)之间的平衡。硫酸和亚硫酸同样能够起到强酸的作用。
另外，植物正常生长期间能够产生其它的无机和有机酸，并且微生物活动产生了其它酸，这些酸包括但不限于乙酸；碳酸；丙酸；丁酸；戊酸；磷酸；盐酸；硫酸；亚硫酸；柠檬酸；草酸；琥珀酸；富马酸；乙醇酸；吡咯烷酮-羧酸；甲酸；丁酸；马来酸；3-甲基丁酸；5-甲基己酸；己酸；或庚酸，其单独地或以各种组合和浓度存在。
糖加工液体(4)内含有的无机酸和有机酸降低了糖加工液体的pH，必须用碱来中和。糖加工液体(4)中有机酸或无机酸的浓度越高，将石灰混合器(14)或随后的提纯步骤之前的其它步骤中汁液的pH升高到希望的值所需的碱量则越大。
如上文所讨论，可以向糖加工液体(4)中加入氧化钙(15)或氢氧化钙来升高pH，使得某些溶解的物质作为固体、絮凝或絮状物从溶液中脱离。典型地，氧化钙通过石灰石的煅烧获得，它是一种将石灰石在氧气的存在下在窑炉中加热直到二氧化碳释放出来而得到氧化钙的工艺。煅烧可能是造价昂贵的，因为它需要购买窑炉、石灰石和例如煤气、石油、煤、焦炭或类似物的燃料，燃烧燃料以将窑炉的温度升高到足以从石灰石中将二氧化碳释放出来。还必须与从石灰石煅烧期间排出的窑气中洗涤某些窑气体和颗粒的设备一起，提供向窑炉中传送石灰石和燃料以及从窑炉中取出生成的氧化钙的辅助设备。
另外，在传统的糖加工系统中，煅烧产生的氧化钙必须转化为氢氧化钙以备使用。这又牵涉到购买将氧化钙减小为合适大小的颗粒以及将这些颗粒与水混合产生氢氧化钙的设备。
传统工艺系统中关于碱的使用的另一个问题是，加灰和碳酸饱充步骤中形成的沉淀、絮状物和碳酸钙的处理。当糖加工系统采用一个或多个碳酸饱充步骤(18)(20)净化或提纯汁液时，经常被称为“泥浆”、“废石灰”或“碳酸饱充石灰”(13)的碳酸钙或其它形成的盐的量，将与糖加工液体(4)中加入石灰(15)的量成比例。简单来说，糖加工液体(14)中加入的石灰(15)的量越大，则碳酸饱充步骤期间形成的“废石灰”(13)的量也越大。可以使得“废石灰”(13)在碳酸饱充槽(18)(20)的底部沉降，形成有时称为“石灰泥”的物质。“石灰泥”或“废石灰”(13)可以通过旋转真空过滤器(34)或平板框架压出机分离。形成的产品随后称为“石灰饼”(35)。石灰饼(35)或石灰泥在很大程度上可以是碳酸钙沉淀，但是也可能含有糖、其它有机或无机物质、或者水。这些分离的沉淀几乎总是与其它工艺系统废料分开处理，例如可以用水打成浆并泵入沉降池或用堤围起来的区域，或者转移至废物填注池。
另外可选地，可以重新煅烧碳酸饱充石灰、石灰泥或石灰饼。但是，重煅烧窑炉以及重新煅烧废石灰(13)的外围设备的成本比煅烧石灰石的窑炉可能要昂贵得多。而且，重新煅烧的“碳酸饱充石灰”的质量可能与煅烧的石灰石有所不同。煅烧石灰石的纯度与重新煅烧的碳酸饱充石灰相比，可能为92％比77％，这仅仅举一个例子。同样，中和汁液中等量水合氢离子所需的重煅烧石灰的量可能也相应地更高。而且，废石灰中的二氧化碳含量可能比石灰石中高得多。同样地，不仅生产重煅烧石灰可能造价昂贵，而且它还可能需要使用大得多的气体管道和转移重新煅烧废石灰产生的CO2的设备、更大的移动重煅烧石灰的输送设备、更大的碳酸饱充槽等等。不论废石灰(13)(35)是否在沉降池、废物填注池中处理，还是回收，特定工艺系统中使用的石灰(15)的量越大，通常处理废石灰的造价也越高。
传统糖加工系统的另一重大问题可能是糖加工系统中处理量的日益降低，其对应于处理糖加工液体(4)时石灰(15)用量的日益增加。该问题一方面可能是生产或向糖工艺步骤提供石灰(15)的量或速度有限。如上文所讨论，糖加工系统中石灰石作为碱使用之前必须加以煅烧以产生氧化钙(15)。产生的石灰(15)量可能受石灰石的有效性、窑炉生产量、燃料有效性、或其它因素的限制。使石灰(15)提供给糖加工系统的速度可能基于石灰生产设备的大小、种类或量、可用的人工、或类似因素而变化。该问题另一方面可能是糖加工系统中石灰(15)的用量可能成比例地降低糖加工系统中糖加工液体(4)的可用体积。例如石灰(15)的碱的增加使用也可能要求使用更大的保护区域、导管等以维持相同体积汁液的处理量。
传统糖加工系统的另一重大问题可能是糖加工液体(4)中的石灰盐，其不会在预加灰(123)、主加灰(17)和碳酸饱充(18)(19)步骤期间沉淀，但是仍然必须在从“稀汁”中蒸发水之前将其从糖加工液体(4)中去除，以防止或降低蒸发器中水垢的形成。例如，草酸的钙盐草酸盐经常形成水垢的主要成分，在碳酸饱充之后保留在糖加工液体(4)中。但是，“稀”或“浓”的糖加工液体可以含有充足的钙以在水被蒸发时迫使草酸盐脱离溶液。从设备表面去除水垢的工艺可能是造价昂贵的，包括但不限于由于生产速度下降和效率损失的费用，或者由于设备有效寿命降低的费用。
为了在蒸发步骤(21)之前去除石灰盐以实现蒸发器(21)中水垢沉积的降低，糖加工液体(4)可以经过离子交换器(34)，它令钙离子结合到离子交换树脂上，以交换而释放出两分子钠离子，钠离子转移到糖加工液体(4)中(某些传统工艺体系在蒸发之前并不去除石灰盐)。通过用例如氢氧化钠溶液或硫酸溶液的再生剂(35)对柱子进行定期清洗，释放结合在离子交换树脂上的钙离子，再生剂取决于交换树脂的类型。废再生剂(35)主要由溶液中的钙离子和氢氧根离子组成(当氢氧化钠溶液用作再生剂时)，其pH值高，可以被石灰混合器(14)回收以补充到石灰乳(18)。这可以是一个优势，降低了令石灰混合器(14)中糖加工液体(4)的pH增加以达到11.5到11.8的pH范围所需的石灰乳(18)量。但是，当石灰盐增加时，产生的废再生剂(35)的量也会增加，并可能导致在平衡石灰混合器(14)以连续操作中的问题。石灰混合器(14)中碱度和pH的改变可以导致非蔗糖物质和高级石灰盐不好去除，反过来需要更频繁的离子交换器再生。所有这些均增加了糖生产的成本。
传统糖加工系统的另一重大问题可能是糖加工液体(4)中其它有机化合物的量。这些有机化合物可以包括但不限于乙醛；乙醇；丙酮；二甲基硫醚；2-丙烯腈；乙酸甲酯；异丙醛；2-甲基丙醛；2-甲基丙烯醛；2-甲基-2-丙醇；丙腈；1-丙醇；2-丁酮；2，3-丁二酮；乙酸乙酯；2-丁醇；丙酸甲酯；2-丁醛；3-甲基丁醛；3-甲基-2-丁酮；乙酸异丙酯；2-甲基丁醛；1-丁醇、2-丁烯腈；2-戊酮；2，3-戊二酮；丙酸乙酯；乙酸丙酯；3-甲基丁腈；甲基异丁基酮；2-甲基-2-丁醛；3-甲基-1-丁醇；丙酸异丙酯；乙酸异丁酯；2-甲基-3-戊醇；2，3-己二酮；2-己酮；丁酸乙酯；乙酸丁酯；4-甲基戊腈；2-己醛；乙酸3-甲基-1-丁酯；3-庚酮；2-庚酮；5-庚烯-2-酮；庚醛；3-辛烯-2-酮；2-庚醛；3-辛酮；丁酸丁酯；2-甲氧基-3-异丙基吡嗪；2-甲氧基-3-(1-甲基丙基)吡嗪；醇；醛；酮；挥发性酸；一氧化碳；二氧化碳；二氧化硫；酯；腈；硫化物；吡嗪。
某些有机化合物可以是高度有色的或者是有色化合物的前体，其可以在预加灰(14)和热主加灰(17)期间糖加工液体(4)的pH和温度升高时产生。上述每天处理约8,500吨切片甜菜的糖加工系统，具有的稀汁颜色为约4,000标准基单位(reference base unit，RBU)，最终制造出颜色约43 RBU的白糖。为了达到至少40 RBU的“标准”白糖色度，必须调整“色糖离心洗涤”(32)，以使得“一号糖浓缩罐”糖晶体(33)的颜色从43 RBU变为40 RBU。调整离心洗涤(32)以降低色度也将糖(33)的生产量降低了约0.65吨/小时。
传统糖加工系统的另一重大问题可能是糖加工液体(4)的纯度低，纯度以糖对糖加工液体(4)的全部干固体的百分比表示。典型地，糖加工液体(4)中全部干固体相对于糖加工液体(4)中蔗糖量的浓度越高，所需的糖加工液体(4)则越少，全部干固体包括任何上述的物质或其它物质。可以理解的是，任何全部干固体相对于糖加工液体(4)中蔗糖的降低，为随后的提纯产生了相对较好的汁液。
糖加工液体(4)中的可溶性非蔗糖物质可以干扰随后的加工或提纯步骤，或对生产的糖或其它产品的质量或数量产生不利影响。估计平均每磅可溶性非蔗糖物质令生产的糖的量降低了一磅半。同样地，可能希望将这些可溶性非蔗糖物质全部或部分地从糖加工液体(4)中分离出来或除去。例如，上述糖加工系统中，稀汁颜色约为2,500 RBU，当“稀汁”纯度约为92.00时，每小时可以生产约57吨30 RBU的白糖。如果可以将“稀汁”纯度增加到约92.40，白糖的产量可以增加0.54吨/小时。
本发明提供了涉及解决上述每个问题的设备和方法的糖加工系统。
发明内容
因此，本发明的一个广义目标可以是提供一种糖加工系统。
该广义目标的第一个方面可以是提供完整的、包括设备和方法的糖加工系统，以从含蔗糖的液体或糖加工液体生产产品。该广义目标的第二个方面可以是提供与传统的糖加工系统方法相兼容的糖加工液体的调节设备和方法。关于第二个方面，本发明可以独立地或相结合地提供方法步骤或设备，其可以进一步增加、代替或修改传统方法和设备，用于处理糖加工液体或其它含蔗糖液体。
本发明的第二个广义目标可以是降低从糖加工液体或其它含蔗糖的液体生产产品的成本。本发明该目标的一个方面可以是增加糖加工液体的处理量，它可能整体或部分地受碱的利用率所限制，例如石灰石的利用率降低，或者将石灰石转化为氧化钙产量的短缺，或类似因素。本发明该目标的另一方面可以是通过降低例如石灰的碱的量提供成本的节约，将含蔗糖的液体或汁液加工成产品必须使用碱。本发明该目标的第三个方面可以是降低产生的废料的量，例如降低废石灰的量。
本发明的第三个广义目标可以是提供经调节的糖加工液体，其特征是对于后续的处理或提纯步骤来说更合乎需要，或是从每吨植物原料产出更大量的糖。本发明该目标的一个方面可以是提供经调节的糖加工液体，相对于蔗糖浓度，其非蔗糖物质的量或者浓度降低。经调节的糖加工液体中下列物质的浓度降低，有机或无机酸(例如乙酸、D-乳酸、L-乳酸、丙酸、柠檬酸、盐酸、硫酸、或类似物)、挥发性有机化合物(例如醇)、溶解的气体(例如CO2或SOs)、氨、或类似物。本发明该目标的第二个方面可以是提供根据本发明处理之后具有较高pH值的经调节的糖加工液体(不论在处理之前是否向汁液中加入碱)。本发明该目标的第三个方面可以是提供具有较高pH的经调节的糖加工液体，即使在根据本发明的处理之前加入一定量的例如石灰的碱、或来自汁液传统加工的底流、或类似物时。本发明该目标的第四个方面可以是提供产生水合氢离子能力降低的经调节的糖加工液体。本发明该目标的第六个方面可以是提供经调节的糖加工液体，其需要较少的碱以将pH升高到希望的值，等电聚焦溶解的物质，在传统工艺系统中进行预加灰或主加灰步骤，降解转化糖，或相反地从含蔗糖的液体或汁液生成产品。本发明该目标的第七个方面可以是提供根据本发明处理之后具有更高氧化物质浓度的经调节的糖加工液体。本发明该目标的第八个方面可以是提供经调节的糖加工液体，其一经加入石灰并随后加入二氧化碳生成糖加工液体，该糖加工液体与未根据本发明处理的相同汁液比较，相对于蔗糖浓度的溶解固体的浓度更低。
本发明的第四个广义目标可以是提供降低汁液中非蔗糖物质的量或浓度的方法和设备，该汁液通过例如压榨、研磨或浸提的传统汁液提取程序从植物原料中得到。本发明该目标的一个方面可以是提供一种方法，以降低未加入碱、加入碱之前或加入碱之后的糖加工液体中非蔗糖物质的量或浓度。本发明该方面的第二个方面可以是提供一种调节糖加工液体的方法，该方法可以在加入碱之前、之后或与之一起使用以降低非蔗糖物质的量或浓度。本发明该目标的第三个方面可以是提供一种辅助降低含蔗糖的液体或汁液中非蔗糖物质的量或浓度的方法。本发明该目标的第四个方面可以是提供一种与传统的汁液净化或提纯方法兼容的降低糖加工液体或汁液中非蔗糖物质的方法，其中传统方法包括但不限于上文所述的预加灰、主加灰、离子交换或过滤。
本发明的第五个广义目标可以是提供各种将一定量具有所需分压的气体注入、引入从植物原料得到的糖加工液体，或者否则与之混合的设备。本发明该目标的一个方面可以是提供一种将气体混合物引入糖加工液体中以提供具有所需分压的糖加工液体与气体的混合流的设备。
本发明的第六个广义目标可以是提供各种设备和方法，从而增加与具有所需分压的气体或希望的气体混合物混合的糖加工液体界面面积，以影响非蔗糖物质从糖加工液体中传质。
本发明的第七个广义目标可以是提供各种设备和方法，以分离或除去与非蔗糖物质的蒸汽压、或者糖加工液体中含有或溶解的气体的分压部分或完全平衡的气体混合物。
本发明的第八个广义目标可以是提供各种氧化汁液内非蔗糖物质的设备和方法。
当然，贯穿说明书和附图的其它部分公开了本发明的更多目标。
图1图示了浸提和压榨甜菜丝得到原汁的传统工艺系统。
图2图示了提纯原汁的传统工艺系统，该原汁从图1所示的甜菜丝的浸提和压榨得到。
图3图示了从通过图2所示的提纯系统生产的稀汁中蒸发水的传统工艺系统。
图4图示了从图3所示的蒸发系统所产生的浓汁结晶的传统工艺系统。
图5提供了糖加工系统发明的通风室和真空室组件的特定实施方式的图。
图6图示了根据本发明的提纯方法。
图7图示了根据本发明的蒸发方法。
图8图示了根据本发明的蔗糖结晶的方法。
具体实施例方式
从以下关于本发明的方法和设备的描述可以理解，本发明提供了一种糖加工系统，其调节糖加工液体以改变各种影响生产的糖的质量和数量的糖加工液体的特性。
现在主要参考图5，本发明的一个非限制性实施方式，其可以用于从甜菜(从其它种类植物原料得到的其它糖加工液体)生产糖，可以包括从甜菜丝搅拌器(3)接收糖加工液体(4)的通风室(36)。例如泵或重力的糖加工液体转移工具(40)使得糖加工液体(4)以希望的体积和压力从甜菜丝搅拌器(3)转移到通风室(36)中(步骤1020)。通风室(36)可以配置为提供一个边界受通风室(36)内部构造限制的保护区(37)。一定量的糖加工液体(4)可以经过保护区(37)，同时一定量的至少一种气体(38)经过保护区(37)(步骤1130)。通过使一定量的至少一种气体(38)(多种气体的混合物或所需分压的多种气体)与一定量糖加工液体(4)同时经过保护区(37)，使得可从糖加工液体(4)转移的物质随着一定量气体(38)向平衡移动(步骤1140)。经过保护区的气体(38)量可以从经过保护区(37)的糖加工液体(4)的量中分离(步骤1150)，并能从通风室(38)中转移(步骤1080)。
可转移的非蔗糖物质在气体(38)的量和糖加工液体(4)之间分布(步骤1030)。同样地，一部分可转移的非蔗糖物质将会转移到气体(38)的量，并从通风室(36)中转移(步骤1080)，而某一部分非蔗糖物质将会保留在糖加工液体(4)中，如步骤(1040)和步骤(1050)所示。从糖加工液体(4)中转移一部分非蔗糖物质的过程导致了一定的热量从糖加工液体(4)中损失(步骤1160)。
术语“糖加工液体”应当理解为广义地包括任何含蔗糖的液体，而不论其得到的方式，或蔗糖与非蔗糖物质或水的比例，其可以依赖于植物原料的质量或种类、与植物原料有关的物质、或用于加工植物原料的方法或步骤，以不同的比例存在。同样地，术语“糖加工液体”可以用作通用术语，以识别通过研磨或压榨步骤从多种植物原料得到的含蔗糖的液体；通过将植物原料与其它液体一起浸提从多种植物原料得到的含蔗糖的液体；由对研磨或浸提所得到的液体进行净化或提纯的各种蔗糖生产工艺步骤，得到或导致的含蔗糖的液体；或者糖生产工业中所采用的技术术语所特别定义的含蔗糖的液体，例如“原汁”、“浸出汁”、“浸出液”、“加灰汁”、“稀汁”、“浓汁”、“碳酸饱充汁”、或类似物。
术语“气体”广义地包括且不限于纯气体，如氧气、氮气、氦气、臭氧、二氧化碳、氖气、氪气；或气体的混合物，如空气、大气气体、大气、臭氧含量高于大气的气体混合物、氧气含量高于大气的气体混合物、氮气含量高于大气的气体混合物、过氧化氢含量高于大气的气体混合物、二氧化碳含量高于大气的气体混合物、氩气含量高于大气的气体混合物、氦气含量高于大气的气体混合物、氪气含量高于大气的气体混合物、臭氧含量低于大气的气体混合物、氧气含量低于大气的气体混合物、氮气含量低于大气的气体混合物、过氧化氢含量低于大气的气体混合物、二氧化碳含量低于大气的气体混合物、氩气含量低于大气的气体混合物、氦气含量低于大气的气体混合物、氪气含量低于大气的气体混合物、或类似气体混合物；或者经过一个或多个过滤器以降低或基本消除非生物微粒或生物粒子(如细菌、病毒、花粉、微植物群或动物群、或者其它病原体)的气体或气体混合物；经过化学涤气器、或者要不然经过处理产生希望的浓度或浓度范围的分压气体的气体或气体混合物；或其组合或变化。
响应气流的气体过滤器(未显示)可以包括高效微粒空气过滤器或超低洩漏空气过滤器，或其它类型的大微粒或细微粒过滤器。例如，可以将未过滤的气体或气体混合物吸入一级预过滤器，如果需要的话，接下来通过二级预过滤器，然后通过气流发生器(7)。预过滤的气体混合物接下来可以流过气体过滤器(高效微粒空气过滤器、或超低洩漏空气过滤器，或其它类型的过滤器)。当使用高效微粒空气过滤器时，产生的过滤的气体或过滤的气体混合物可达到99.99％不含小至约0.3微米的微粒，当使用超低洩漏空气过滤器时，可达到99.99％不含小至约0.12微米的微粒。
再次主要参考图5，传送到糖加工液体(4)流中的气体量(步骤1130)可以通过气体入口(39)而转移，气体入口(39)终止于单个或多个孔元件(图5中未显示)。气流发生器(40)可以调节为产生足够的气压，以将至少一种气体(38)所需的量输送到经过保护区(37)的糖加工液体(4)流当中。
经过保护区的糖加工液体(4)流可以是糖加工液体的连续流，或者响应于糖加工液体流调节工具，例如与糖加工液体转移工具(40)相耦合的阀门、可变限流器、或调节器(机械或电子的)，由此可以建立糖加工液体(4)的连续、间歇或脉冲流，以增加或降低糖加工液体(4)流在保护区(37)中保留的持续时间。
至于某些通风室的实施方式，糖加工液体分布元件(41)可以将糖加工液体(4)分流，以产生多股经过保护区(37)的液流。至于某些糖加工液体分布元件(41)(由37709 Schoolcraft Road，Livonia，Michigan的BEX Incorporated生产的喷嘴作为一个非限制性的例子)，多股糖加工液体(4)的液流可以导向以会集于一点，在此于保护区(37)中将液流进一步分散。可以将糖加工液体(4)流进一步分流，产生许多经过保护区(37)的小滴。可以理解的是，由汁液分布元件(41)产生的小滴越小(不论个别地或平均地)，存在输送到保护区(37)内的至少一种气体(38)量的糖加工液体(4)的累积表面积则越大。可以理解的是，可以对气体(38)的量、糖加工液体(4)的量、糖加工液体(4)的分散模式、累积表面积的量和热损失(步骤1160)加以调整，以建立起可转移的非蔗糖物质随着气体(38)量向平衡移动的速率(步骤1140)。通风室出口处接收的糖加工液体(4)(步骤1050)可以具有各种改变的糖加工液体的特性，以得到某些如下文所述的后续加工步骤中所希望的效果。
再次主要参考图6，本发明的一个非限制性实施方式可用于从甜菜生产糖，其可以包括独立于通风室(36)或与之结合来调节糖加工液体(4)的真空室(42)。引入到真空室(42)中的糖加工液体(4)，可以经过减压区(43)，该减压区(43)用降压工具(44)降低真空室中气体分压(步骤1090)而产生。真空室(42)中气体分压的降低可以增加非蔗糖物质的蒸汽压(某些非蔗糖物质在上文描述为有机和无机物质)(步骤1170)。通过增加可转移的非蔗糖物质的蒸汽压，一定量的非蔗糖物质可以从糖加工液体(4)中分离出来(步骤1080)，并从真空室中转移(步骤1110)。一部分非蔗糖物质返回糖加工液体(步骤1070)，并且经调节的糖加工液体从真空室中转移(步骤1100)。真空室出口处接收的糖加工液体(步骤1100)可以具有各种改变的糖加工液体的特性，以得到某些如下文所述的后续加工步骤中所希望的效果。
以对通风室(36)所述方式的类似方式，可以将真空室(42)中的糖加工液体流分散或进一步分流，以增加抽气区(43)内在降低的气体分压上可以发生作用的糖加工液体(4)的表面积。真空室(42)，无论是单室还是串行或并行的多个真空室，均可以独立于通风室使用，或者与通风室或多个通风室串行或并行使用，以对糖加工液体进行调节。
通过对糖加工液体(4)进行调节可以改变的第一个糖加工液体(4)的特性可以是pH，调节可以通过通风室(36)、或真空室(42)、或二者各种结合或变化的各种实施方式来进行。糖加工液体(4)的pH可以增加约0.01pH单位、约0.05pH单位、约0.1pH单位、约0.2pH单位、约0.3pH单位、约0.4pH单位、约0.5pH单位、约0.6pH单位、约0.7pH单位、约0.8pH单位、约0.9pH单位、约1.0pH单位、约1.1pH单位、约1.2pH单位、约1.3pH单位、约1.4pH单位、约1.5pH单位、约1.6pH单位、约1.7pH单位、约1.8pH单位、约1.9pH单位、或者约2.0pH单位。
糖加工液体的pH在预加灰(13)之前增加，可以影响糖加工液体(4)对诸如石灰(15)的碱的需求，以达到必要或希望的pH、水合氢离子浓度、或酸度，这是与未调节的糖加工液体(4)或传统处理的糖加工液体(4)相比较的。根据本发明对糖加工液体(4)进行调节之后加入的石灰量可以大大地减小，用以建立希望的pH值，例如约11.0到约12.0之间，或11.5到约12.5之间，或用于“预加灰”、“主加灰”、“中灰”的pH范围，或者建立对应于糖加工液体(4)中任何特定非蔗糖物质的等电点的pH值，或是将汁液的酸度或碱度调节到希望的浓度所要求的pH值。作为非限制性的例子，如上文所述调节过的糖加工液体(4)可以表现出高达30％的石灰需求量的降低。现在主要参考图2，如果可以获得石灰需求量降低30％的话，则可以做到每天节省$708.00(200天的生产期即为$141,163.00)。
通过对糖加工液体(4)进行调节可以改变的第二个糖加工液体(4)的特性可以是颜色，调节可以通过通风室(37)、或真空室(43)、或二者各种结合或变化的各种实施方式来进行。重要的是，即使“稀汁”颜色的微小降低也可以大大增加从一吨甜菜或甘蔗，或是从每单位加工液体(4)生产的白糖(33)量。
在本发明的某些实施方式中，糖加工液体(4)或糖(33)中产生颜色的物质可以在经过通风室(36)或真空室(42)时从糖加工液体(4)流中转移(步骤1150、1040、1060和1070)。将这些生色物质除去则相应地降低了经调节的糖加工液体(4)中产生的颜色量，给出了一种在后续的糖工艺步骤中颜色更少的经调节的糖加工液体(3)，并可以导致糖晶体(33)(27)(30)中较少的颜色。在这一方面现在参考一个非限制性的例子，即表4的实施例4，当糖加工液体(4)流经过通风室(36)的保护区(37)时，可以将例如2，3-丁二酮和2-丁酮的生色物质从其中去除。已知这些物质在汁液中产生颜色，且将其去除可以降低汁液的颜色和糖(33)的颜色。
在本发明的其它实施方式中，根据本发明对糖加工液体(4)进行调节，可以氧化糖加工液体(4)中含有的某些物质的分子结构。在糖加工液体(4)或生成的糖(33)中，某些物质相应的氧化形式可以产生更少的颜色或不产生颜色。作为一个非限制性的例子，伯醇可以转化为相应的醛或羧酸。
对于本发明的某些实施方式，可以对气体(38)的量或气体的分压进行调节，以包括或增加输送至通风室(36)的保护区(37)的气体(38)中氧化剂的量，所述氧化剂包括但不限于氧气、臭氧、过氧化物、除去某些气体分压的空气、或者一定量能够将伯醇转化为相应的醛或羧酸的氧化剂。独立的氧化剂流发生器(45)可以用于将氧化剂分散在经过保护区(37)的糖加工液体(4)流中。
现在参考图2和图6，可以对根据本发明的糖加工系统与传统的糖加工系统进行比较。每小时处理约335吨甜菜丝(2)的传统糖加工系统(见图1)在经过二级碳酸饱充(20)之后可以具有颜色约3,414 RBU的“稀汁”(见图2)。根据本发明处理相同吨数甜菜丝的糖加工系统进一步包括通风室(37)和真空室(42)，在经过二级碳酸饱充(20)后可以产生颜色约2,911 RBU的“稀汁”(见图6)。在这些条件下，传统的糖加工系统最终得到颜色为37 RBU的白糖(见图4)，而根据本发明的糖加工系统最终得到颜色为34 RBU的白糖。在上文所述的传统糖加工系统中，糖加工液体的颜色每增加500-1000 RBU，颜色大于3,000RBU的“稀汁”在糖损失、糖回收和能量方面可以导致高达每天$12,000.00的损失。
作为另外的例子，传统的糖加工系统以每天约8,500吨切片甜菜运行，稀汁颜色大约为4,000 RBU，最终生产的白糖颜色约为43 RBU。为了达到40 RBU的“标准”白糖颜色，必须对离心洗涤程序进行调节，以降低糖终端糖的回收。这便导致了更多的糖被洗出并最后进入糖蜜，使糖产量降低了约0.65吨/小时。
此外，“色糖离心机”(25)中对糖晶体(33)的离心洗涤(32)或更长的离心洗涤导致了更低的糖终端产量，并降低了糖加工液体(4)的处理量。而且，糖加工液体颜色的降低可以导致更低颜色的糖蜜脱糖，提取产率增加。
通过对糖加工液体(4)进行调节可以改变的第三个糖加工液体(4)的特性可以是石灰盐的浓度，调节可以通过通风室(36)，或真空室(42)，或二者各种结合或变化的各种实施方式来进行。由于根据本发明对糖加工液体(4)进行调节除去了某些阴离子，“原汁”形成极少的带入碳酸饱充步骤(18)(19)中的石灰盐。如上文所述，由于这些盐在糖加工液体(4)中的溶解度，石灰盐在预加灰(14)、主加灰(17)或碳酸饱充(18)(19)步骤中可能不会沉淀出来。
当石灰盐没有在蒸发器(21)之前除去时，当水从糖加工液体(4)中除去时，石灰盐沉淀便可以在蒸发器(21)的表面上形成。由于完成工序涉及到人工和设备，煮沸蒸发器(21)除去水垢可能是费用昂贵的。从蒸发器和相关设备中除去水垢还能够导致糖加工生产期增加数天。
石灰盐或石灰盐交换时的钠盐将蔗糖带入糖蜜。例如，通过离子交换将石灰盐从糖加工液体(4)中除去并在再生期间用相应的钠盐取代时(钠盐如上文所述回收进入加灰步骤)，每磅钠盐可以将约0.9磅到约1.5磅之间的蔗糖带入糖蜜。如果将石灰盐降低百万分之25，则每天额外生产的糖(33)(每天8,000吨的甜菜切片速度下约为0.56吨)价值约$246.40，如果每百重量为$22.00的话。石灰盐降低百万分之200时，相同的工艺系统每天可以节约大约$2000.00。
此外，当百万分之一份的石灰盐降低时，相应的用于使离子交换树脂重生的苛性碱也会降低。对于以每天8,000吨的甜菜切片速度产生的糖加工液体(4)来说，根据本发明石灰盐的降低达到25ppm，则相应的苛性碱的降低节约大约$142.00。如果石灰盐的降低达到200ppm，则相同的系统可以节省大约$2,000.00。
而且，离子交换树脂更为频繁的再生进一步减缓了传统糖加工系统的糖终端。
通过对糖加工液体(4)进行调节可以改变的第四个糖加工液体(4)的特性可以是纯度，可以调节通风室(36)、或真空室(42)、或二者各种变化或结合来进行。百分比纯度涉及糖加工液体中蔗糖的量与糖加工液体中可溶性非蔗糖物质的量的比例。
如上文所述，根据本发明对“原汁”进行调节时，挥发性无机物质和有机物质的量可以大大降低。通过将这些非蔗糖物质转移到大气中(步骤1080和1100)，其降低可以在约0.2％到约0.4％的范围内提高来自甜菜丝搅拌器的糖加工液体(4)的纯度，并在约0.15％到约0.35％的范围内提高稀汁的纯度。这一纯度的提高对应于每吨切片甜菜丝生产的糖(33)增加了约1磅到3磅之间。对于根据本发明的糖加工系统来说，若切片速度为每天8000吨，可以做到每天节约大约$1,500.00到约$5,000.00。
此外，在根据本发明的糖加工系统中，于更大的处理量也可以达到相同的稀汁纯度。糖加工液体(4)中的胶体微粒或其它微粒可以被离子的表面静电吸附所污染。该一级吸附层可以极大提高表面电荷(表面电势)。该表面电荷可以在两个微粒彼此靠近时导致存在于它们之间的斥力，还可以将补偿离子吸引到微粒附近。
因此，胶体或其它微粒的带电荷表面可以带有相关的“离子云”，其伸展到糖加工液体(4)中，距离微粒一定的距离以平衡表面电荷。微粒周围这一离子云的厚度决定了两个微粒在开始受到排斥力之前能够彼此接近的程度。该“离子云”的大小取决于表面电荷的数量和溶液中电解质的浓度，而表面电荷的数量取决于吸附离子的溶液浓度。
微粒周围整个离子云定义的体积，与微粒滑移面定义的体积是不同的。补偿离子层的厚度是使得其含有足够的补偿离子以“平衡”表面电荷所需的微粒周围的溶液层厚度，而滑移面则涉及随微粒移动的溶剂/离子膜的厚度。
ζ电势(x)是存在于“滑移面”的电势，“滑移面”即为水合粒子与体相溶液之间的界面。它是固体表面的可测电势，也称为电动电势。根据静电原理，ζ电势通过如下方程计算，x＝4psd/Dd双电层的厚度s斯特恩层(Stern layer)的电荷D介电常数ζ电势的值与糖加工液体(4)中的絮凝或分散之间的关系，有利于胶体微粒或其它微粒在低ζ电势值下的絮凝，并有利于胶体微粒在高ζ电势值下的分散。
对于本发明的某些实施方式，通过增加速率、分布及将至少一种气体(38)输送到保护区(37)中的糖加工液体(4)流中所给予糖加工液体(4)的能量的量，可以进行调节，以克服糖加工液体(4)中胶体微粒的ζ电势促使另外的微粒与微粒冲突。作为非限制性的例子，糖加工液体(4)可以在约10psi到约40psi的压力下，以每分钟约200加仑到约每分钟300加仑(约每分钟27立方英尺到每分钟40立方英尺之间)流经汁液分配元件(41)(不限于BEX PSW 3FPS140)。当糖加工液体(4)经过保护区(37)时，可以将每分钟约108立方英尺到约160立方英尺的气体(38)(空气或大气)传输到那个量的糖加工液体(4)的分散液中。当pH增加时(典型地从约5.5pH与约6.5pH之间的范围到约11.5pH与约11.8pH之间的范围)，经调节的糖加工液体(4)表现出更为迅速地产生絮状物，并增加了汁液的纯度且糖颜色较低。
现在主要参考图2和图6，可以将根据本发明的糖加工系统与传统的糖加工系统进行比较。每小时处理约335吨甜菜丝(2)的传统糖加工系统(见图1)在经过二级碳酸饱充(20)之后可以产生纯度约91.82％的“稀汁”(见图2)。根据本发明处理相同吨数甜菜丝的糖加工系统进一步包括通风室(37)和真空室(42)，可以产生纯度约93.02％的“稀汁”。
现在参考图4和图8，与上文所述相同的传统糖加工系统可以产生约93.52％从来自“一号糖浓缩罐”(24)的糖晶体分离的糖加工液体(4)，而根据本发明进一步包括通风室(37)和真空室(42)的糖加工系统则产生约94.17％从来自“一号糖浓缩罐”(24)的糖晶体分离的糖加工液体(4)。
再次参考图4和图8，传统的糖加工系统如上述运行时，每小时生产约49.92吨颜色为37 RBU的糖，而根据本发明进一步包括通风室(36)和真空室(42)的糖加工系统每小时可以生产约51.55吨更大量的糖(33)，颜色为较低的34 RBU。每小时增加的1.63吨糖(33)折合收入约每天$5,700.00。
尽管根据本发明运行的糖加工系统中增产的糖(33)可能有所变化，由200天的生产期计算的附加收入可以很容易地超过$1,000,000.00。
以下另外的非限制性实施例与上文的描述一起，足以使得本领域的一般技术人员取得并应用许多不同的本发明的实施方式。
实施例1汁液通过甜菜丝传统的塔式浸提获得。产生各由六等份基本相同的500mL浸出汁组成的对照组和实验组。分析对照组和实验组内的各等份，确定pH值。对照组中每等份浸出汁pH值约为6.3。对照组内未经任何进一步处理的各等份用50％ wt./vol.的苛性钠溶液滴定至11.2pH的终点。对实验组内各等份进行根据本发明的处理，之后确定每等份的pH，用50％ wt./vol.的苛性钠溶液以与对照组基本相同的方式将各实验的等份滴定至11.2pH的终点。
结果列于以下表1中。从表中可以理解，每等份汁液在经任何处理之前pH约为6.3。对实验组进行根据本发明的处理之后，未加入任何碱，pH值升高，与对照组相比达到11.2pH的终点所需的苛性钠的量降低。
表1
与未经处理的对照组中的各等份汁液相比，实验组中根据本发明处理的各等份汁液达到11.2pH的终点所需苛性碱的量，降低约15.8％到约22.2％之间。
实施例2汁液通过甜菜丝传统的塔式浸提获得。产生各由五等份基本相同的500mL浸出汁组成的对照组和实验组。分析对照组和实验组内的各等份，确定pH值。对照组中每等份浸出汁pH值约为6.1。对照组内未经任何进一步处理的各等份用30白利糖度(brix)的石灰乳溶液滴定至11.2pH的终点。对实验组内各等份进行根据本发明的处理，之后确定每等份的pH，用30白利糖度的石灰乳溶液以与对照组基本相同的方式将各实验的等份滴定至11.2pH的终点。
结果列于以下表2中。从表中可以理解，每等份汁液在经任何处理之前pH约为6.1。对实验组进行根据本发明的处理之后，未加入任何碱，pH值升高，与对照组相比达到11.2pH的终点所需的石灰乳的量降低。
表2
与未经处理的对照组中的各等份汁液相比，实验组中根据本发明处理的各等份汁液达到11.2pH的终点所需石灰乳的量，降低约25.0％到约28.3％之间。
同样，表1和表2所列的数据提供了对两种不同类型的浸提装置和浸提方法的比较。重要的是，数据表明不同的浸提器或不同的浸提方法可以产生具有大为不同的pH值的浸出汁，尽管归因于每种类型浸提技术的pH值可能在内部基本是一致的。参见例如，表1中未经处理的浸出汁的初始pH值显示为6.3，与之比较的是表2中未经处理的浸出汁pH值为6.1。
实施例3汁液通过甜菜丝传统的塔式浸提获得，并采用图12和13所示的实施方式根据本发明对其进行处理，该实施方式在搅拌器与石灰混合器之间有位置。浸出汁以每分钟约100立方英尺的速度分散到以每分钟约400立方英尺的速度产生的大气流中(逆流路径为72英寸×72英寸，逆流路径高度约为144英寸)，大气流从分散的汁液中转移了多种物质，如下表1和表2中所示的气相色谱/质谱分析所识别。
表3 表3显示了样品SMBSC 1和SMBSC 2(从如本文所述与汁液的逆流交换之后的气流中得到的冷凝物)的气相色谱法分析，将这些样品的谱图与上列1-9的有机酸标准混合物样品的气相谱图进行比较。可以理解，根据本发明处理的汁液去除了不同量的标准混合物中包括的各种有机酸。
表4
表4显示了样品SMBSC 5D(从如本文所述与汁液的逆流交换之后的气流中得到的冷凝物，未使用减压，汁液温度在60℃与70℃之间)的气相色谱/质谱法分析，该样品的谱图显示了高于基线的各种挥发性化合物，主要为各种醇的曲线。
本发明的基本构思可以以多种方式表达和要求。本发明涉及用于生产糖的汁液调节器系统、进行和应用本发明实施方式的方法、以及通过应用本发明生产的产品。
尽管说明书和附图中公开了本发明特定的说明性实施例，这些说明性实施例均应理解为不是要限制本发明的普通性质，本发明包括许多不同的实施方式；许多备选方案是暗含或固有的。本发明的每一特征或元素均应理解为代表着更广泛的功能、或多种备选的或相当的元素。当特征或元素以面向设备的术语描述时，设备的每一元件均应理解为执行一种功能。说明或术语均不是要将本文所包括的权利要求范围仅限于一种设备或方法。
特别地，应当理解，当公开内容涉及本发明的元素时，每一元素的措词可以用相当的设备术语或方法术语表达—即使只有功能或结果是相同的。此相当的、较广泛的、或更普遍的术语应当视为包括在每一元素或作用的描述中。希望阐明本发明被授权的暗含的广泛范围时，可以替换这样的术语。仅作为一个例子，应当理解所有的作用可以表达为发挥那一作用的手段或导致那一作用的元素。同样地，公开的每一物理元素应当理解为包括了那一物理元素所促进的作用的内容。关于最后一方面，仅作为一个例子，“糖加工液体流”的公开内容应当理解为包括了“使糖加工液体流动”的作用的内容—而不论是否明确地讨论—而且，反之，如果有“使糖加工液体流动”的作用这一有效地公开，该公开内容应当理解为包括了“糖加工液体流”的内容，甚至包括了“使糖加工液体流动的工具”。这样的变化和备选的术语应当理解为明确地包括在说明书之内。
同样地，应当理解，可以如所描述的那样对本发明进行各种变更，而不偏离本发明的要旨。既包括所示的明确的实施方式、许多种暗含的备选实施方式，也包括方法或工艺的公开内容，被依赖于支持本申请权利要求。
本专利申请提到的任何专利、出版物或其它参考文献在此引入作为参考。另外，对于所使用的各术语，应当理解除非它的使用与这样的注释不一致，均应理解为各术语及全部定义、不同术语、和同义词引入常用的字典定义作为参考，例如Random House Webster的第二版字典大全(Unabridged Dictionary)所包含的定义。
因此，应当理解，申请人至少要求保护i)每一个本文所公开和描述的汁液调节系统中，ii)所公开和描述的相关方法，iii)每一个这些设备和方法的相似、相当以及甚至暗含的变化，iv)实现每一个所示公开和描述的功能的那些备选的设计，v)实现每一功能的那些备选的设计和方法，该功能显示为暗含的实现公开和描述的功能，vi)表示为分别和独立的发明的各特征、元件和步骤，vii)由公开的各种系统和元件所加强的应用，viii)通过这样的系统或元件生产的所得产品，ix)基本如上文所述以及关于任何所附实施例的方法和设备，x)所公开和描述的相关方法，xi)每个这些系统和方法的相似、相当以及甚至暗含的变化，xii)实现公开和描述所示的每一功能的那些备选的设计，xiii)实现每一功能的那些备选的设备和方法，该功能显示为暗含的实现公开和描述的功能，ivx)表示为分别和独立的发明的各特征、元件和步骤，xv)上述各种组合和变化的每一个，以及xvi)从属于每一个独立权利要求或表述的构思的每一潜在的从属权利要求或构思。
由于实际的原因，应当理解，申请人可以最初仅提出设备或方法的权利要求，然后仅有最初的从属要求。申请人并未放弃任何在本申请诉讼期间提出其它受说明书支持的独立或从属权利要求的权利。申请人特别保留提出继续申请、分案申请、部分继续申请、或其它后续申请的全部权利，以要求保护各种所述的发明，而不限制于在先申请中对本发明的普遍性质做出的权利要求，或在后申请中做出的任何权利要求的范围。
此外，根据传统的权利要求的解释，使用过渡词“包括”用来包含本文“开放式结尾”的权利要求。因此，除非上下文另外要求，应当理解为术语“包括(comprise)”或例如“包括(comprises orcomprising)”的变化形式是要暗示其包括所陈述的元素或步骤或多个元素或步骤的组合，但是不排除任何其它元素或步骤或多个元素或步骤的组合。这样的术语应当以其最广泛的形式解释，为申请人提供法律许可的最宽的保护范围。
在此引入本说明书中所提出的权利要求作为参考，作为本发明该说明书的一部分，申请人明确保留使用所有或部分该权利要求引入的内容，作为另外的说明书以支持任何或全部权利要求、或其任何元素或元件的权利，申请人进一步明确保留如下权利，即，将任何该权利要求或其任何元素或元件的部分或全部引入的内容，在必要时从说明书移到权利要求书，或从权利要求书移到说明书，以定义本申请或任何其后续的继续、分案、或部分继续申请要求保护的内容，或者依据或符合任何国家或条约的专利法、规则或规定，获得任何利益或费用的减少，并且该引入作为参考的内容应当继续存在于本申请的整个未决期间，包括任何其后续的继续、分案、或部分继续申请、或其上的任何重发行或延期。
权利要求
1.一种糖生产系统，包括a.通风室，其中在气流经过所述通风室的同时，从植物原料得到的原汁流经所述的通风室；以及b.从所述通风室流出的经调节的糖加工液体。
2.一种糖生产系统，包括a.真空室，其中从植物原料得到的原汁流经所述真空室内减压的抽气区；以及b.从所述真空室流出的经调节的糖加工液体。
3.一种糖生产系统，包括a.通风室，其中在气流经过所述通风室的同时，糖加工液体流经所述的通风室；以及b.从所述通风室流出的pH增加的经调节的糖加工液体。
4.根据权利要求3所述的糖生产系统，进一步包括真空室，其中从所述通风室流出的所述经调节的糖加工液体，流经所述真空室内的抽气区以增加pH。
5.一种糖加工系统，包括a.真空室，其中糖加工液体流经所述真空室内的抽气区；以及b.从所述真空室流出的pH增加的经调节的糖加工液体。
6.根据权利要求5所述的糖加工系统，进一步包括通风室，其中从所述真空室流出的所述经调节的糖加工液体，流经所述通风室内的保护区以增加pH。
7.一种糖生产系统，包括a.通风室，其中在气流经过所述通风室的同时，糖加工液体流经所述的通风室；b.一定量加入到经调节的糖加工液体中的石灰，所述经调节的糖加工液体从所述通风室流出；以及c.一定量加入到所述经调节的糖加工液体中的二氧化碳，所述经调节的糖加工液体已加入所述量的石灰，由此与未流经所述通风室的所述糖加工液体相比，所述经调节的糖加工液体的颜色量降低。
8.根据权利要求7所述的糖生产系统，进一步包括真空室，其中从所述通风室流出的所述经调节的糖加工液体，流经所述真空室内的抽气区。
9.一种糖生产系统，包括a.真空室，其中糖加工液体流经所述真空室内的抽气区；b.一定量加入到经调节的糖加工液体中的石灰，所述经调节的糖加工液体从所述真空室流出；以及c.一定量加入到所述经调节的糖加工液体中的二氧化碳，所述经调节的糖加工液体已加入所述量的石灰，由此与未流经所述真空室的所述抽气区的所述糖加工液体相比，所述经调节的糖加工液体的颜色量降低。
10.根据权利要求7所述的糖生产系统，进一步包括通风室，其中从所述真空室流出的所述经调节的糖加工液体，流经所述通风室内的保护区。
11.一种糖生产系统，包括a.通风室，其中在气流经过所述通风室的同时，糖加工液体流经所述的通风室；b.一定量加入到经调节的糖加工液体中的石灰，所述经调节的糖加工液体从所述通风室流出；以及c.一定量加入到所述经调节的糖加工液体中的二氧化碳，所述经调节的糖加工液体已加入所述量的石灰，由此与未在所述气流经过所述通风室的同时流经所述通风室的所述糖加工液体相比，所述经调节的糖加工液体的石灰盐的量降低。
12.根据权利要求10所述的糖生产系统，进一步包括真空室，其中从所述通风室流出的所述经调节的糖加工液体，流经所述真空室内的抽气区。
13.一种糖生产系统，包括a.真空室，其中糖加工液体流经所述真空室内的抽气区；b.一定量加入到经调节的糖加工液体中的石灰，所述经调节的糖加工液体从所述真空室流出；以及c.一定量加入到所述经调节的糖加工液体中的二氧化碳，所述经调节的糖加工液体已加入所述量的石灰，由此与未流经所述真空室的所述抽气区的所述糖加工液体相比，所述经调节的糖加工液体的石灰盐的量降低。
14.根据权利要求7所述的糖生产系统，进一步包括通风室，其中从所述真空室流出的所述经调节的糖加工液体，流经所述通风室内的保护区。
15.一种糖生产系统，包括a.通风室，其中在气流经过所述通风室的同时，糖加工液体流经所述的通风室；b.一定量加入到经调节的糖加工液体中的石灰，所述经调节的糖加工液体从所述通风室流出；以及c.一定量加入到所述经调节的糖加工液体中的二氧化碳，所述经调节的糖加工液体已加入所述量的石灰，由此与未在所述气流经过所述通风室的同时流经所述通风室的所述糖加工液体相比，所述经调节的糖加工液体的纯度增加。
16.根据权利要求10所述的糖生产系统，进一步包括真空室，其中从所述通风室流出的所述经调节的糖加工液体，流经所述真空室内的抽气区。
17.一种糖生产系统，包括a.真空室，其中糖加工液体流经所述真空室内的抽气区；b.一定量加入到经调节的糖加工液体中的石灰，所述经调节的糖加工液体从所述真空室流出；以及c.一定量加入到所述经调节的糖加工液体中的二氧化碳，所述经调节的糖加工液体已加入所述量的石灰，由此与未流经所述真空室的所述抽气区的所述糖加工液体相比，所述经调节的糖加工液体的纯度增加。
18.根据权利要求7所述的糖生产系统，进一步包括通风室，其中从所述真空室流出的所述经调节的糖加工液体，流经所述通风室内的保护区。
全文摘要
本发明提供一种糖加工系统，用于调节从植物原料得到的糖加工液体，该糖加工系统包括通风室(37)和/或真空室(42)。
文档编号C13B20/10GK1791684SQ200480013605
公开日2006年6月21日 申请日期2004年3月24日 优先权日2003年3月24日
发明者D·O·桑德斯 申请人:纳尔科公司