多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法
【专利摘要】本发明涉及一种多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，包括一个多级水力空化强化蔗汁中和反应工序，其是将经过硫熏中和器及散气箱出来的蔗汁，通过泵输入多级水力空化强化蔗汁中和反应装置促使蔗汁中和反应继续进行；所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置是一个使蔗汁在流动的过程中，能够产达至少两次水力空化效应的装置，所述的一次水力空化效应，是指蔗汁经过一次收缩——扩张的过程。本发明采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置，使蔗汁能够在该装置内受到多次的水力空化效应，使中和反应进行得更加彻底，清汁纯度提高，石灰、硫磺用量减少，清汁和成品中SO2含量明显下降。
【专利说明】多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种亚硫酸法蔗汁澄清工艺中强化蔗汁中和反应的方法，属于甘蔗制糖【技术领域】。
【背景技术】
[0002]蔗汁澄清是制糖过程的关键环节，蔗汁澄清效果关系到产品质量、糖分收回率以及澄清剂的用量，最终影响到糖厂的竞争力。目前糖厂普遍采用的亚硫法澄清工艺，通过添加SO2、石灰乳和磷酸，形成亚硫酸钙沉淀和磷酸钙沉淀从而将蔗汁中的胶体、色素吸附而除去，因而SO2和Ca (OH) 2在蔗汁中的反应速度及反应程度，将直接影响混合汁的澄清、脱色效果及清汁中SO32 一和Ca2 +的残留量，并进而影响后续沉淀或上浮工序中“后反应”的发生程度、沉降速度、清汁纯度等指标，以及蒸发设备的传热效率、积垢情况等，最终影响到成品白砂糖的色值、含硫量、灰分，以及糖厂的能耗等指标。
[0003]目前亚硫酸法澄清工艺的主要过程是将加热后的混合汁进行硫熏中和，然后将中和汁加热后进行沉降或上浮。硫熏中和过程普遍通过喷射抽吸立式或卧式管道蔗汁硫熏中和器完成。该硫熏中和器存在以下主要不足:(I)蔗汁吸收SO2速度慢且不充分；(2)石灰与SO2反应不够完全；(3)亚硫酸钙沉淀颗粒度不均匀，吸附能力较低。因此，在生产使用过程中常出现如下问题:(I)后续工序蔗汁pH波动较大，影响糖汁质量；(2)清汁中SO2S留量大，最终导致成品白砂糖中含硫量高，使白砂糖降级；(3)糖汁残留钙盐含量高，导致产品灰分高、设备管道积垢严重；(4)糖汁中无机物的含量高，从而使造蜜率升高，糖分收回率降低；(5)由于CaSO3颗粒不结实、不均匀，吸附和沉降性能下降，脱色效果差；(6)石灰与SO2反应不完全，SO2得不到充分吸收和利用，硫磺用量大等等。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:提供一种基于多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，该方法采用多级水力空化强化蔗汁中和反应装置，使蔗汁能够在该装置内受到多次的水力空化效应，促使中和反应进行得更加彻底，能够提高清汁纯度，减少石灰、硫磺用量，使清汁和成品中SO2含量明显下降，解决了上述现有技术中存在的不足之处。
[0005]解决上述技术问题的技术方案是:多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，采用多级水力空化强化蔗汁中和反应装置处理经硫熏中和、散气后的中和汁，促使中和反应进行得更加彻底，强化反应后的中和汁再进入二次加热和沉降工序；
所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置是一个使蔗汁在流动的过程中，能够产生至少两次水力空化效应的装置，所述的一次水力空化效应，是指蔗汁经过一次收缩——扩张的过程。
[0006]所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置包括进口管、出口管和N个中间管，所述的进口管与中间管之间、相邻两个中间管之间、中间管与出口管之间均是通过连接管连通，所述的进口管和出口管为喇叭形管或圆筒形管，所述的中间管或是两个喇叭形管对称连接组成的喇叭形组合管；或是一个圆筒形管和一个喇叭形管连接组成的圆筒喇叭组合套管，所述的圆筒形管直径大于或等于喇叭形管大端直径，所述的连接管为小圆筒形管，连接管的直径小于或等于喇叭形管小端的直径，N的取值为2~5，所述的喇叭形管小端横截面面积与大端横截面面积的比值为0.1~0.3。
[0007]所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置包括进口管、出口管和2个中间管，所述的进口管和出口管为喇叭形管，所述的中间管是两个喇叭形管对称连接组成的喇叭形组合管，所述的进口管、出口管和组成喇叭形组合管的喇叭形管的截面面积相同，所述的连接管的直径等于喇叭形管小端的直径。
[0008]所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置包括进口管、出口管和2个中间管，所述的进口管为喇叭形管，所述的出口管为圆筒形管，所述的中间管是前段为圆筒形管后段为喇叭形管的圆筒喇叭组合套管，所述的进口管和组成圆筒喇叭组合套管的喇叭形管的截面面积相同，所述的出口管和组成圆筒喇叭组合套管的圆筒形管的截面面积相同，所述的圆筒形管直径等于喇叭形管大端直径，所述的连接管的直径等于喇叭形管小端的直径。
[0009]所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置是一个整体圆筒形筒式容器，该筒式容器中间被至少M个圆柱体形隔板隔开分成M+1个筒体，在圆柱体形隔板上开有I~20个通孔，圆柱体形隔板上开有的通孔的总面积为筒式容器横截面面积的0.1~0.3，M的取值为2~5。
[0010]蔗汁在流动过程中，当其流动截面发生变化时，会导致其流动速度发生变化，从而使其静压力发生变化。当压力降至蒸汽压甚至负压时，溶解在流体中的气体会释放出来，同时流体汽化而产生大量空化泡，空泡在随流体进一步流动的过程中，遇到周围的压力增大时，体积将急剧缩小直至溃灭，产生了“空化效应”。空化出来的气泡停留时间很短，几乎是刚刚生成便立刻受到来自相邻压缩区的压力，造成这些气泡在极短时间内迅速崩溃消失，并在其周围的极小空间范围内产生局部高温(高达5000 K)和局部高压(可达50 MPa)，伴随出现强烈的冲击波和速度高达100 m/s的微射流，这些物理条件使蔗汁中的分子或颗粒间相对运动加剧，边界层减薄，Ca2+和SO/—沉淀反应加快，反应迅速、完全，大幅度减少糖汁中的Ca2+和SO广残留量，同时形成的CaSO3沉淀颗粒均匀，比面积大，吸附蔗汁中的色素、胶体等非糖杂质能力强，蔗汁澄清效果提高。
[0011]中和汁经过多级水力空化强化蔗汁中和反应装置后，和使用该装置之前比较，具有如下效果:
(I)清汁纯度提高3%以上。
[0012](2)石灰、硫磺用量减少30%以上。
[0013](3)清汁和成品中SO2含量明显下降，白砂糖含硫量在10mg/Kg以下。
[0014]本发明与中国专利申请201310045431.5《水力微振荡强化蔗汁中和反应的方法及装置》相比，本发明设置的装置能够产生2级以上的水力空化效应，使蔗汁能够在同一装置内受到多次的水力空化效果，强化应用效果。而上述专利使用的装置仅能产生I次水力微振荡过程，本发明的设备利用率更高，效果更好。
[0015]下面，结 合实施例对本发明之多级水力空化强化蔗汁中和反应方法的技术特征作进一步的说明。【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1-图2:实施例1之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置结构示意图。
[0017]图1:主视图，图2:主视剖视图。
[0018]图3-图4:实施例2之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置结构示意图。 [0019]图3:主视图，图4:主视剖视图。
[0020]图5:实施例3之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置结构示意图。
[0021]图6:实施例4之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置结构示意图。
[0022]图7:实施例1之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置变换结构示意图。
[0023]图8:实施例5之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置结构示意图。
[0024]图9:实施例5之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置变换结构示意图之一。
[0025]图10:实施例5之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置变换结构示意图之二。
[0026]图11:实施例5之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置变换结构示意图之三。
[0027]图12:实施例6之多级水力空化强化蔗汁中和反应装置结构示意图。
[0028]图13:圆柱体形隔板结构示意图。
[0029]图14:本发明之多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法工艺流程图。
【具体实施方式】
[0030]多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，采用多级水力空化强化蔗汁中和反应装置处理经硫熏中和、散气后的中和汁，促使中和反应进行得更加彻底，强化反应后的中和汁再进入二次加热和沉降工序；所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置是一个使蔗汁在流动的过程中，能够产生至少两次水力空化效应的装置，所述的一次水力空化效应，是指蔗汁经过一次收缩一扩张的过程。
[0031]实施例1:多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，用于传统亚硫酸法蔗汁澄清工艺过程中，传统亚硫酸法蔗汁澄清工艺过程包括:预灰、一次加热、硫熏中和、散气、二次加热和沉降工序等(如图14所示)，在散气与二次加热工序之间增加一个多级水力空化强化蔗汁中和反应工序，所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应工序是将经过硫熏中和器及散气箱出来的蔗汁，通过泵输入多级水力空化强化蔗汁中和反应装置促使蔗汁中和反应继续进行，使中和反应进行得更加彻底，强化反应后的中和汁再进入二次加热和沉降工序；
所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置(参见图1-图2)是由依次连通的喇叭形管I 11 (即进口管)、连接管I 15、喇叭形组合管I 12 (即中间管)、连接管II 16、喇叭形组合管II 13 (即中间管)、连接管III 17、喇叭形管II 14 (即出口管)组成，所述的喇叭形组合管
1、喇叭形组合管II是由两个喇叭形管大端对称连接组成，所述的喇叭形管1、喇叭形管II和组成喇叭形组合管1、II的喇叭形管的截面面积相同，所述的连接管为小圆筒形管，所述的连接管的直径等于喇叭形管小端的直径，所述的喇叭形管小端横截面面积与大端横截面面积的比值为0.1~0.3。蔗汁在该强化装置中能够产生三次水力空化效应。
[0032]作为本实施例的一种变换，所述的喇叭形组合管1、喇叭形组合管II也可以是两个喇叭形管小端对称连接组成的结构，如图7所示。
[0033]实施例2:多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其基本工序与实施例1相同，不同点在于:其采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置与实施例1的具体结构不相同，本实施例采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置(参见图3-图4)是由依次连通的喇叭形管I 21(即进口管)、连接管I 25、圆筒喇叭组合套管I 22(即中间管)、连接管II 26、圆筒喇叭组合套管II 23 (即中间管)、连接管III 27、圆筒形管I 24 (即出口管)组成，所述的圆筒喇叭组合套管1、圆筒喇叭组合套管II是前段为圆筒形管后段为喇叭形管的结构，喇叭形管大端与圆筒形管连接。所述的进口管和组成圆筒喇叭组合套管的喇叭形管的截面面积相同，所述的出口管和组成圆筒喇叭组合套管的圆筒形管的截面面积相同，所述的圆筒形管直径等于喇叭形管大端直径，所述的连接管为小圆筒形管，所述的连接管的直径等于喇叭形管小端的直径。所述的喇叭形管小端横截面面积与大端横截面面积的比值为0.1~
0.3。蔗汁在该强化装置中能够产生三次水力空化效应。
[0034]实施例3:多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其基本工序与实施例1相同，不同点在于:其采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置与实施例1的具体结构不相同，本实施例采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置(参见图5)是由依次连通的圆筒形管I 31 (即进口管)、连接管I 35、喇叭形组合管32 (即中间管)、连接管II 36、圆筒喇叭组合套管33 (即中间管)、连接管III 37、圆筒形管II 34 (即出口管)组成，所述的喇叭形组合管I是由两个喇叭形管小端对称连接组成，所述的圆筒喇叭组合套管II是前段为喇叭形管后段为圆筒形管的结构，喇叭形管大端与圆筒形管连接。所述的圆筒形管直径大于或等于喇叭形管大端直径，所述的连接管为小圆筒形管，连接管的直径小于或等于喇叭形管小端的直径。蔗汁在该强化装置中能够产生四次水力空化效应。
[0035]实施例4:多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其基本工序与实施例1相同，不同点在于:其采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置与实施例1的具体结构不相同，本实施例采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置(参见图6)是由依次连通的圆筒形管41 (即进口管)、连接管I 46、喇叭形组合管I 42 (即中间管)、连接管II 47、圆筒喇叭组合套管43 (即中间管)、连接管III 48、喇叭形组合管II 44 (即中间管)、连接管IV 49、喇叭形管45 (即出口管)组成，所述的喇叭形组合管I是由两个喇叭形管小端对称连接组成。所述的圆筒喇叭组合套管是前段为喇叭形管后段为圆筒形管的结构，喇叭形管小端与圆筒形管连接。所述的喇叭形组合管II是由两个喇叭形管大端对称连接组成。所述的圆筒形管直径大于或等于喇叭形管大端直径，所述的连接管为小圆筒形管，连接管的直径小于或等于喇叭形管小端的直径，蔗汁在该强化装置中能够产生六次水力空化效应。
[0036]作为实施例1-4的一种变换，所述的中间管的个数可以根据实际情况确定，一般中间管的数量N的取值为2~5。
[0037]实施例5:多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其基本工序与实施例1相同，不同点在于:其采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置与实施例1的具体结构不相同，本实施例采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置(参见图8)是一个整体圆筒形筒式容器5，该筒式容器中间被2个圆柱体形隔板51隔开分成3个筒体，2个圆柱体形隔板均开有2~8个通孔，2个圆柱体形隔板上开有的通孔个数可以相同也可以不同。所述的圆柱体形隔板上开有的通孔的总面积为筒式容器横截面面积的0.1~0.3。蔗汁在该强化装置中能够产生二次水力空化效应。
[0038]作为本实施例的一种变换，所述的圆柱体形隔板上设置的通孔数量可以根据实际情况更改，可以2个隔板均仅设置I个通孔(如图11所示)；也可以第一个隔板设置多个通孔，第2个隔板仅设置I个通孔(如图9所示)；还可以第一个隔板仅设置I个通孔，第2个隔板设置多个通孔(如图10所示)，所述的多个通孔是指至少2个通孔，一般为2~20个通孔。而且通孔的排布方式也可以根据要求进行变换
实施例6:多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其基本工序与实施例1相同，不同点在于:其采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置与实施例1的具体结构不相同，本实施例采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置(参见图12)是一个整体圆筒形筒式容器6，该整体圆筒形中间被4个圆柱体形隔板隔开分成5个筒体，沿蔗汁的流动方向设置的第一隔板61、第三隔板63、第四隔板64上分别开有2~12个通孔，该三个圆柱体形隔板上开有的通孔个数可以相同也可以不同，第二隔板62上仅开有I个通孔。蔗汁在该强化装置中能够产生四次水力空化效应。
[0039]作为实施例5-6的一种变换，所述的圆柱体形隔板的数量也可以根据实际情况确定，一般圆柱体形隔 板的数量M为2~5个。
[0040]本发明上述实施例所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置仅仅列出了其中较常见的几种结构，本发明可以采用的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置的结构形式不仅仅限于上述几种，所有能实施本发明方法的具有本发明权利要求书所述的:能够使蔗汁在流动的过程中，能够产达至少两次水力空化效应的装置均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其特征在于:采用多级水力空化强化蔗汁中和反应装置处理经硫熏中和、散气后的中和汁，促使中和反应进行得更加彻底，强化反应后的中和汁再进入二次加热和沉降工序； 所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置是一个使蔗汁在流动的过程中，能够产生至少两次水力空化效应的装置，所述的一次水力空化效应，是指蔗汁经过一次收缩一扩张的过程。
2.根据权利要求1所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其特征在于:所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置包括进口管、出口管和N个中间管，所述的进口管与中间管之间、相邻两个中间管之间、中间管与出口管之间均是通过连接管连通，所述的进口管和出口管为喇叭形管或圆筒形管，所述的中间管或是两个喇叭形管对称连接组成的喇叭形组合管；或是一个圆筒形管和一个喇叭形管连接组成的圆筒喇叭组合套管，所述的圆筒形管直径大于或等于喇叭形管大端直径，所述的连接管为小圆筒形管，连接管的直径小于或等于喇叭形管小端的直径，N的取值为2~5，所述的喇叭形管小端横截面面积与大端横截 面面积的比值为0.1~0.3。
3.根据权利要求2所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其特征在于:所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置包括进口管、出口管和2个中间管，所述的进口管和出口管为喇叭形管，所述的中间管是两个喇叭形管对称连接组成的喇叭形组合管，所述的进口管、出口管和组成喇叭形组合管的喇叭形管的截面面积相同，所述的连接管的直径等于喇叭形管小端的直径。
4.根据权利要求2所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其特征在于:所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置包括进口管、出口管和2个中间管，所述的进口管为喇叭形管，所述的出口管为圆筒形管，所述的中间管是前段为圆筒形管后段为喇叭形管的圆筒喇叭组合套管，所述的进口管和组成圆筒喇叭组合套管的喇叭形管的截面面积相同，所述的出口管和组成圆筒喇叭组合套管的圆筒形管的截面面积相同，所述的圆筒形管直径等于喇叭形管大端直径，所述的连接管的直径等于喇叭形管小端的直径。
5.根据权利要求1所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应的方法，其特征在于:所述的多级水力空化强化蔗汁中和反应装置是一个整体圆筒形筒式容器，该筒式容器中间被至少M个圆柱体形隔板隔开分成M+1个筒体，在圆柱体形隔板上开有I~20个通孔，圆柱体形隔板上开有的通孔的总面积为筒式容器横截面面积的0.1~0.3，M的取值为2~5。
【文档编号】C13B20/06GK104004862SQ201410212544
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】郭海湛, 周小红, 杨锋, 黄永春, 李利军, 谢清若 申请人:广西农垦糖业集团红河制糖有限公司, 广西科技大学