专利名称：糖厂滤汁处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及制糖工业领域，具体涉及糖厂滤汁的处理工艺和设备。
背景技术：
近年来，国内甘蔗糖厂大量推广应用无滤布吸滤机，以消除洗滤布水造成的污染，适应环保的要求。这种吸滤机的过滤能力大，但是滤汁带有大量的微细悬浮颗粒，混浊，色值大，纯度低，必须返回再次进行澄清处理，这就增大了澄清设备特别是沉淀池的负担，并增加蔗糖的转化损失，造成部分杂质复溶，影响白糖质量。尤其在原来沉淀池已经满负荷的糖厂，难以再处理这些回流的滤汁。因此，吸滤机的滤汁处理，是国内外糖业界共同关心的课题。
英国Tate & Lyle公司(泰莱公司)在20世纪80年代首先研究成功了用磷浮法的工艺和设备处理石灰法糖厂的滤汁。随后，广东中山糖厂在90年代初亦研究成功用磷浮法处理亚硫酸法糖厂的吸滤汁，使糖浆和白糖质量有所提高。然而，这些方法的工艺和管理都比较复杂，技术要求较高。如何采用简单的滤汁处理来提高滤汁质量，是很多糖厂迫切需要解决的重大技术关键问题。
本申请人在中国专利申请No.200410012691.3中公开了一种通式Ala(OH)bXc所示高分子量铝聚合物，其中，X为选自Cl-、ClO-、ClO4-、Br-、NO3-、SO42-、H2PO4-、HPO42-、HCOO-和CH3COO-的一种或几种酸根离子，a∶b∶c＝1∶2.1∶0.9～1∶2.9∶0.1。所述高分子量铝聚合物的平均分子量为1-6万道尔顿。由于高分子量、高盐基度，它对糖液中的胶体、色素等杂质有很强的凝聚能力，它的高纯度特别适用于食品加工工业，如制糖业的脱色、澄清工艺。
本申请人用这种高分子量铝聚合物作为清净剂进行无滤布吸滤机滤汁的处理，曾先后在广西和云南不同地域的15个糖厂进行了一百多组实验室试验。这些糖厂的甘蔗情况有较大差异，但用这种清净剂处理滤汁都获得了较好的清净和脱色效果。
沉淀物需要沉降分离除去。然而，糖厂迄今都是使用沉淀池来沉降分离滤汁里的悬浮物。现有的沉淀池体积大，造价高。它们采用“逆流式”的工作方式含沉淀物的液体从设备的下方进入，得到的清汁向上流，它不断地扰动向下沉的微粒，在入汁速度快而微粒下沉慢时，就把微粒向上带走，造成反底。即使入汁速度不快，向上液流已直接减慢微粒的沉降速度。这种流动方式还会把加入絮凝剂形成的粗大絮凝团冲散，大大削弱了加入絮凝剂所取得的效果。
现生产中使用的沉降设备大致有以下几种(1)无搅拌沉淀器；(2)多尔式连续沉淀器及其改进型；(3)Graver沉淀器；(4)Prima-Sep沉淀器；(5)单层沉降器及各改进型。
目前国内糖厂一般在蔗汁中和后的沉淀处理中采用经改进的多尔式沉降器，但是，在在滤汁处理上未见使用沉降器的。有的研究机构采用上浮技术处理滤汁，效果并不满意，因此尚未能用于生产。还有人试用方型沉降器，但处理后的滤汁不但色值没有降低反而比处理前升高。尽管如此，在使用方型沉降器的试验中添加TR清净剂，产生了一定的脱色作用。中国专利ZL01242950.3公开了一种平流式快速沉降器。这种沉降器采用液体平流的工作模式，工作状况接近“静态”，因此不会干扰微粒的自由沉降。它的上段是圆筒形，单层，下段是圆锥形，装设低速运转的排渣拨桨帮助排出沉淀物。在器体内装设多组垂直的挡板，以控制液体在圆筒形器体内实现平流式流动。其沉降效率高于传统的沉降器，体积较小，工作稳定，易于管理。
本申请人将采用高分子量铝聚合物作为清净剂的技术和采用沉降器(特别是平流式快速沉降器)的沉降技术结合起来，用于糖厂滤汁的处理，获得了意想不到的效果，从而完成了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种新的糖厂滤汁处理工艺。
发明内容
本发明提供一种糖厂滤汁处理工艺，包括(1)使用如下通式(I)所示高分子量铝聚合物作为清净剂Ala(OH)bXc(I)式中，X为选自Cl-、ClO-、ClO4-、Br4-、NO3-、SO4=、H2PO4-、HPO4=、HCOO-和CH3COO-的一种或几种酸根离子，a∶b∶c＝1∶2.1∶0.9～1∶2.9∶0.1，其平均分子量为1-6万道尔顿；(2)使用沉降器作为分离除去沉淀物的主要设备。
本发明工艺中所用的通式(I)所示高分子量铝聚合物清净剂(以下简称TR清净剂)包含20～60％分子量为5×104～1×105之间的聚合大分子或胶体粒子、40～80％分子量小于1×104的多核羟铝配合物的聚合物、以及0～10％的六配水合铝离子或单核羟铝配合物，所述高分子量铝聚合物的盐基度为70～93％。
本发明工艺利用TR清净剂的絮凝、脱色、清净作用配合沉降器的沉淀分离去除作用，该工艺的处理效果优于不用TR清净剂和/或采用沉淀池的现有技术。本发明工艺中所用的平流式沉降器可以使用多种形式的设计。例如方形单层沉降器，它上部为方形，下部为锥形或斜形。滤汁在沉降器内作平流式流动，絮凝物快速往下沉，沉降器内上部形成清汁区，下部为泥汁区。分离后清汁在上部流出，泥汁由液体压力在底部排出。但以使用ZL01242950.3的设计模式及其改进方式为佳。
本发明工艺中，TR清净剂以与絮凝剂配合使用，效果更佳。
本发明工艺的基本流程是将吸滤机的滤汁泵至反应箱，在该处通过计量泵加入少量TR清净剂，反应数分钟后，流送入沉降器(例如平流式沉降器)，在该沉降器中清汁和含沉淀物的泥汁分离，分别从沉降器的上端和底部放出。
在流送管路中可通过计量泵加入微量絮凝剂。
TR清净剂的清净作用随剂量增加而升高。糖厂可按实际需要控制TR的加入量，如果只要得到清汁，加少量就可达到目的，成本较低；如果需要大幅度提高白糖质量，则可以加多一些，取得更好效果。一般来说，TR清净剂的用量范围为滤汁量的0.01～0.2％，从生产成本考虑，以0.01～0.05％为宜，0.01～0.03％亦已可达到较好的效果。
本工艺流程的主要设备是反应箱、沉降器(例如平流式沉降器)、清净剂贮箱和计量泵、絮凝剂溶解器、絮凝剂溶液贮箱和计量泵。
本工艺流程的基本原理(1)TR清净剂是分子量很高的聚铝化合物，它的聚铝离子带很强烈的正电荷，易与液体中带负电的胶体物质或悬浮微粒相结合，把后者的电荷中和，形成电荷较弱的凝聚物，它作为清净剂对糖厂的各种物料(清汁、滤汁、蒸发糖浆和赤糖回溶糖浆、原糖回溶糖浆等，包括亚硫酸法和碳酸法的物料)都有很好的脱色清净效果，特别适合除去糖液中的高分子量有色物，对降低白糖的色值特别有效。
(2)采用平流式沉降器时，液体在沉降器中基本上是水平流动的，不会干扰沉淀物的沉降过程；而传统型式沉淀器，通常是在下部入料再向上流，汁液流动直接干扰沉淀物的沉降。此外，在平流式沉降器中，物料水平流动距离很长，它们顺着一定的通道向前流动，顺序前进，物料条件(如温度、密度等)稍有变化也不会产生强烈的对流，不会因此而反底；而在传统的沉淀器中，新入的物料和原有的物料接触面积很大，入料条件变化会引起大容积中的物料明显对流以至反底。
本发明者将高分子量铝聚合物作为清净剂的技术和采用平流式快速沉降器的沉降技术结合起来，用于糖厂滤汁的处理，设计了新的糖厂滤汁处理工艺，充分发挥了两者的优点。
本发明的一个较佳实施方案是除了使用TR清净剂外，还使用絮凝剂，两者配合，效果更佳。当TR清净剂与滤汁中的悬浮微粒相结合形成凝聚物后，加入絮凝剂能够形成粗大的絮凝物，沉淀加快。据多次测定，滤汁在加入少量TR清净剂和微量絮凝剂后，形成的絮凝物的自由沉降速度达到30～50cm/min，远远超过亚硫酸法二次加热法。
絮凝剂聚丙烯酰胺选自美国、日本、英国和法国，较佳为法国和美国。絮凝剂的用量一般为1～3ppm。
絮凝剂宜充分溶解后使用，因此，本发明这个较佳实施方案还使用了新的絮凝剂溶解器。特别是，新絮凝剂溶解器具有适度圆周和上下两种对流运动，溶解效果良好，所需时间较短(30～50分钟)，絮凝剂溶解彻底，很少有未完全分散的絮凝剂胶团，用筛网分隔出来的残余物很少。其他溶解器则常有较多絮凝剂溶解不充分，有较多胶状团粒。它们会在沉降器内粘附着沉淀物浮在液面上。絮凝剂配制用水也须注意，如果碱性强、硬度高，会明显降低絮凝剂的效能。最好用软化水来配制，浓度不宜高于0.1％。
本发明的另一个较佳实施方案是将滤汁加热至75-85℃再进行处理。
滤汁处理系统运行的稳定性和效果与温度有一定的关系。以80℃或以上的效果最好，75～78℃尚好，70～73℃较差，70℃以下更差。温度的影响主要在如下两方面1、直接影响沉淀物的絮凝效果和沉降分离。温度较高时沉淀物絮凝好，清汁清度高、沉淀物沉降快。
2、影响蔗汁中细菌的活动，间接影响沉降器沉降效果。蔗汁中部分耐热性细菌(如肠间膜明串珠菌)在高温时没有被杀死，而是转入休眠状态，形成“孢子”，在温度下降时能重新繁殖，产生二氧化碳气体，形成气泡向上浮起。在有絮凝剂的情况下，气泡常粘附着沉淀物颗粒一起上升，在清汁中形成悬浮物或浮渣，降低清汁质量。
因此，本工艺的这个较佳实施方案包括在系统中增加加热设备，可以是在反应箱中接入加热管或在反应箱前加一台加热器，使滤汁在进入沉降器前先加热到75～85℃。
由于糖厂的滤汁泵往往配备得比较大，其额定流量显著超过实际滤汁量，在入汁阀开得较大的情况下，经常会发生部分抽空的现象(入汁管口部分露空)，空气进入离心泵，被高速旋转的离心泵泵叶粉碎成为很微细的气泡(有时使滤汁变成乳白色)。这些微细的气泡容易附着在沉淀物颗粒的表面，使沉淀物浮起形成浮渣。特别是在加入絮凝剂后更易发生这种现象，严重时会破坏沉降器的正常工作。
为解决这个问题，在这个系统中配备的反应箱体积较大，来汁在其中有数分钟的停留时间，可以使蔗汁中的大部分气泡散去。实践证明，在箱内保持适当液面的情况下，通常可以达到目的。但是，如果液面偏低或箱内浮渣过多，反应箱散气就不够完全。有时则由于甘蔗质量变化，起泡物质多，亦会在沉降器内出现浮渣。
因此，本工艺的一个较佳实施方案是在反应箱前增加一个滤汁箱，使吸滤机的全部滤汁自流入该箱，再用适当流量的泵泵送到本系统，使来汁不含气泡。
本工艺的再一个较佳实施方案是将从反应箱出来的滤汁加入絮凝剂后再进入入汁箱中，使滤汁与絮凝剂充分混合及排出部分泥汁，然后进入平流式沉降器。
本工艺的再一个较佳实施方案是在平流式沉降器下方配置一个泥汁桶，收集来自沉降器和入汁箱的泥汁，与大沉淀池的泥汁混合后再返回吸滤机进行过滤。清汁则流入清汁箱，与原有大沉淀器的清汁混合一起进入蒸发罐。
本发明采用了平均分子量为1-6万道尔顿的高分子量铝聚合物作为清净剂(TR高效清净剂)和使用沉降器作为分离除去沉淀的主要设备进行糖厂滤汁处理。该工艺的处理效果优于不用TR清净剂和/或采用沉淀池的现有技术。尤其是TR清净剂与平流式沉降器两者的有机结合，更实现了清净效果好、处理时间短、设备与药剂费用低、容易实施和管理等目标，成为新一代优良的糖厂滤汁处理技术。
附图的简要说明
图1是本发明滤汁处理工艺最佳实施例的流程图。
图2是本发明滤汁处理工艺最佳实施例的系统设备示意图。图中，图3是平流式沉降器的横截面及液流示意图。
最佳实施方式下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例仅仅是举例说明，而不是对本发明的任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都落在权利要求书的范围内。
实施例1 滤汁处理设备及工艺流程在现有糖厂增加一套滤汁处理系统(图2)。其工艺流程为(图1)。
平流式沉降器(见图2、图3)的主体部分为圆筒形，底部为圆锥形。内有低速旋转的拨桨(1)，促进沉淀物浓缩和排出。在圆筒形的主体内，装有4件垂直设置并互相平行的导流挡板(2)，将器体的圆筒形部分分隔成为两侧各三格的互相平行的结构。
将吸滤机的滤汁泵送到系统的反应箱中，通过计量泵加入适量TR清净剂溶液，混合均匀和充分反应后，自流到平流式沉降器中。在流送的管路中，可通过计量泵加入一定量的絮凝剂溶液。
在平流式沉降器前，可设置入汁箱④。如图2、图3所示，滤汁可先进入入汁箱④，使絮凝剂充分起作用及排出部分泥汁，然后进入平流式沉降器⑤。
在平流式沉降器⑤中，蔗汁沿着挡板水平流动，在靠近器体外边缘处向两侧转折，流到另一侧末端后又转折，再流向两侧的出汁箱。蔗汁在器内的流动过程很长，约为器体直径的一倍(略超过10米)。因为蔗汁均匀散布在很大的面积上，流动速度很低。这样，已经加入絮凝剂形成的相大絮凝沉淀物能够以较高的速度自然沉降到器体下部。得到的清汁分别从两侧的出汁箱(3)流出。每侧的出汁箱各分3格，分别放出不同高度处的清汁，并各有蝶阀，可分别控制它们的流量，使其均匀和适当。
从上方放出的清汁，流入到原有的清汁箱，与原有大沉淀器的清汁混合一起进入蒸发罐。含沉淀物的泥汁(体积很小)则与原有大沉淀器的泥汁混合返回吸滤机进行处理，其他流程参照现有的通用糖厂处理流程。
本系统可使用辅助设备具有适度圆周和上下两种对流运动的絮凝剂溶解器。所述絮凝剂溶解器配制的高质量絮凝剂溶液，既满足本系统的需要，还可供应糖厂其他需要絮凝剂的岗位，解决目前多数糖厂絮凝剂配制不好的问题。
本系统还可包括清净剂溶液贮箱及絮凝剂溶液贮箱。
本系统还可在反应箱③前加一台加热器①和一个滤汁箱②，使滤汁在经加热器进入沉降器前先加热到75～85℃，并在滤汁箱中散去大部分气泡。
一个日榨6000吨的糖厂的所用的滤汁处理专用设备如表1所示。
表1
本发明滤汁处理最佳实施方式的工艺流程见图1，系统设备示意图见图2。
实施例2 四个生产时间段中滤汁处理后色值和纯度的分析本发明人在应用本工艺进行生产的4个时间段，分析了滤汁处理后的色值(St)和纯度(AP)，以及同一时间大沉淀池清汁的色值和纯度，其平均值对比见下表2。
表2
这些结果相当稳定，处理后清汁色值都略为降低，纯度提高在0.5～0.9之间。这段时间加入TR清净剂的实际平均数量为处理滤汁量的0.015％。
亚硫酸法糖厂的澄清汁和滤汁，通常都略带红色。但经过这个新工艺处理后，蔗汁的红色大部分除去，只显现青黄色。在加入TR量稍高(如0.02～0.03％)时，脱色作用更明显。糖厂历来有这样的经验，糖汁带红色会明显影响白糖的色泽。将红色的色素除去，可以有效地改善白糖的色泽和光泽。在这段时间，糖厂生产的白糖绝大部分是一级品，色值多数在120～140St之间，浊度和不溶物都较低。
应用了本发明的新工艺，部分滤汁不用回流沉淀池，显著地减轻了沉淀池的负担。糖厂日榨量9000多吨，只有一个沉淀池，容积760立方米，原来沉淀池经常满汁，是生产上的“瓶颈”。新工艺投产后情况大有改善，沉淀池液位降低，为提高压榨量提供了有利条件。
按表2的平均值，新工艺处理后滤汁纯度比清汁高0.62，而未处理的滤汁的纯度一般比清汁低约0.5。两者相比，滤汁处理后纯度比不处理提高了约1度。如果全部滤汁经过处理，纯度上升可使煮炼收回率提高约0.2％。由于滤汁不用回流再澄清，消除了回流产生的糖份损失和杂质复溶的不良影响。两者相加，经济效益是相当大的。
此项处理的运行费用，药剂费对每吨滤汁约为0.5元左右，用电量每日约80度，每班只需一人操作管理。成本很低。
实施例3 TR清净剂加入量对脱色率和多酚除去率的影响本发明人曾先后在广西和云南不同地域的15个糖厂用本工艺进行了一百多组实验室试验。虽然这些糖厂的甘蔗情况有相当大的差异，但这种滤汁处理方法无一例外都有良好的清净和脱色效果。滤汁在原来的温度和pH值下加入TR清净剂，数量由0.05％～0.5％，再加絮凝剂1～2ppm，搅拌反应后迅即形成大团的絮状物，在约15秒钟内迅速下沉，得到清亮的清汁。这种清汁的色泽浅于原来沉淀器的清汁，脱色率为25％～62％，多酚类除去率为20％～51％，随着加入TR清净剂量的增加而有规律地升高。因此，糖厂可以根据实际的需要来控制TR的加入量，如果只要得到清汁，加少量就可达到目的，成本较低；如果需要大幅度提高白糖质量，则可以加多一些，取得更好效果。多次实验的平均结果如下表3。
表3
分析结果说明，TR清净剂非常适合于除去蔗汁中最有害的色素-多酚类物质，除去率随加入TR清净剂量增加而升高，在实际应用时，只要加入0.2％的TR清净剂，就可以除去约30％的多酚类物质，使糖汁色值下降约40％，这样滤汁的质量就比清汁高相当多，可以显著地提高产品的质量。
实施例4 平流式沉降器的容量设计数十次的实验室实验无一例外，吸滤汁加入清净剂和絮凝剂后，15～20秒钟内就能沉淀良好。我们考虑，车间的生产设备按15～20分钟停留时间设计，其“动态富余量”达到60倍，是很充足的了。这样，一个日榨6000吨甘蔗的糖厂，按滤汁为1/3计算，每小时滤汁约80m3，设计一台平流式沉降器，其有效容积25m3，直径5m，高度1m多，可以满足该糖厂的滤汁处理需求。这样的设备不大，一般可以安置在原有的厂房内。这个设备还有相当潜力，可满足日榨一万吨甘蔗的糖厂进行滤汁处理的需要。
实施例5 TR清净剂与平流式沉降器的协同作用设计两组使用平流式沉降器对糖厂滤汁进行处理的实验。每组实验均采用5个样品，其中，样品1为原滤汁，样品2、3(滤汁①、②)只加入絮凝剂，样品4、5(滤汁③、④)加入TR脱色清净剂及絮凝剂，在同样的条件下用平流式沉降器进行处理。实验结果见表4和表5。
表4
表5
表4和表5的数据显示，滤汁①、②只使用絮凝剂，色值和纯度改善不多，多酚类去除率为0。而加入0.05％ TR脱色清净剂和絮凝剂的滤汁③、④经沉降器沉降后，色值下降约30％，纯度上升1.5％～2.5％，多酚类去除率更是有很大的改变。
权利要求
1.糖厂滤汁处理工艺，包括(1)使用如下通式(I)所示高分子量铝聚合物作为清净剂Ala(OH)bXc(I)式中，X为选自Cl-、ClO-、ClO4-、Br-、NO3-、SO4＝、H2PO4-、HPO4＝、HCOO-和CH3COO-的一种或几种酸根离子，a∶b∶c＝1∶2.1∶0.9～1∶2.9∶0.1，其平均分子量为1-6万道尔顿；(2)使用沉降器作为分离除去沉淀物的主要设备。
2.如权利要求1所述的滤汁处理工艺，其中所述高分子量铝聚合物包含20～60％的分子量为5×104～1×105之间的聚合大分子或胶体粒子、40～80％的分子量小于1×104的多核羟铝配合物的聚合物、以及0～10％的六配水合铝离子或单核羟铝配合物，所述高分子量铝聚合物的盐基度为70～93％。
3.如权利要求1所述的滤汁处理工艺，其中所述清净剂与絮凝剂配合使用，清净剂的加入量为滤汁的0.01～0.2％，絮凝剂的加入量为1～3ppm。
4.如权利要求1所述的滤汁处理工艺，其中所述沉降器是平流式沉降器。
5.如权利要求4所述的滤汁处理工艺，其中所述平流式沉降器采用ZL01242950.3的设计方式或其改进方式。
6.如权利要求4或5所述的滤汁处理工艺，其中除平流式沉降器外，还使用反应箱、清净剂贮箱和计量泵、絮凝剂贮箱和计量泵。
7.如权利要求6所述的滤汁处理工艺，其中还使用絮凝剂溶解器。
8.如权利要求7所述的滤汁处理工艺，其中还使用滤汁箱和入汁箱。
9.如权利要求1所述的滤汁处理工艺，其中还使用加热器将滤汁加热至75-85℃。
10.如权利要求9所述的滤汁处理工艺，其中还包括使热的滤汁和清净剂在反应箱中反应数分钟。
11.如权利要求10所述的滤汁处理工艺，其中还包括在从反应箱出来的滤汁中加入絮凝剂后，先在入汁箱中使絮凝剂充分起作用并排出部分泥汁，然后在平流式沉降器中进行分离。
全文摘要
本发明提供一种糖厂滤汁处理工艺，包括(1)使用如下通式(I)所示高分子量铝聚合物作为清净剂(TR清净剂)Al
文档编号C13B20/00GK1687461SQ200510065870
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者雷觉先, 霍汉镇, 李敏 申请人:广西天人科技开发有限责任公司