专利名称：软化含糖水溶液如糖汁或糖蜜的方法
技术领域：
本发明涉及软化糖汁如糖厂糖蜜的方法，及将该方法用于回收含于上述糖汁中的糖。
蔗糖和甜菜糖工业产生相当多量的被称为糖厂糖蜜的非结晶糖汁。这种糖蜜中含相当多量的糖，因此通常将它进行适当的处理以便提取出其中所含的大部分糖。特别是这种处理包括将糖蜜进行离子排阻层析，使用Na-和/或K-型的强阳离子树脂为固定载体。但是，因为糖厂糖蜜中含相当量的可溶性镁和/或钙盐，在层析操作中所说的树脂会负荷Ca2-和/或Mg2-离子，这就会使其分离能力迅速降低。因此就必须周期性地间断层析操作以便再生阳离子树脂。这就导致了要消耗再生试剂并降低了生产能力。
因之曾建议，在将糖蜜进行层析之前，通过在Na-和/或K-型阳离子树脂上进行离子交换的方法将溶于糖蜜中的钙和/或镁盐除去。因为在此离子交换期间，阳离子树脂上的Na-和/或K-离子逐步被糖蜜中的Ca2-和/或Mg2-离子所代替，上述树脂必须周期性地再生，再生通常使用NaCl水溶液。该再生技术主要有两个缺点它必须消耗再生剂(NaCl)并且产生含被损失的糖的废水，因此使用NaCl水溶液的这种再生系统在经济上是不够满意的。
因此，本发明的目的是提供一种无上述缺点的软化方法。这样，本发明提出了一种采用阳离子交换树脂软化含糖的Ca2-和/或Mg2-离子的糖汁水溶液如糖厂糖蜜的方法以及上述树脂再生的方法。它包括(a)软化步骤，其中所述糖汁和所述Na-和/或K-型的阳离子交换树脂接触，一方面使被软化的糖汁脱掉了Ca2-和/或Mg2-离子并负荷了Na-和/或K-离子，另一方面使阳离子交换树脂负荷了Ca2-和/或Mg2-离子，以及(b)上述使用过的树脂的再生步骤，该方法的特征是，再生步骤(b)包括将所述树脂和从含糖和Na-和/或K-离子的被软化过的糖汁水溶液中层析糖时分离得到的液体(废液)接触，所述液体含最初存在于被软化的糖汁中的大量的Na-和/或K-离子。
很容易理解，本发明的再生步骤很巧妙地使用了一种在糖厂中很容易得到的液体，即从被软化的糖汁中层析分离糖时产生并负荷了Na-和/或K-离子的废液，这部分液体通常是要从糖厂排放的。因之和现有技术中的再生体系比较，本发明无需提供额外的再生剂并且是经济的办法。同时和公知的系统比较，糖的损失也降低了。
步骤(b)中使用的液体(废液)是利用了从由步骤(a)得到的软化糖汁中层析分离糖时产生的液体。
按照本发明，在用于步骤(b)之前将液体(废液)进行浓缩也是有利的。这是因为所述液体中Na-和/或K-离子的浓度越高，再生程度就越高。按照本发明，在所述树脂于步骤(b)中和所述液体接触之前，将Na-和/或K-离子加入到该液体中也是有利的，这样能进一步改进再生的效果。
另外，步骤(a)中使用的阳离子交换树脂优选使用Na-和/或K-型的强阳离子树脂，产生用于步骤(b)中的液体(废液)的层析操作优选使用Na-和/或K-型的强阳离子树脂进行，并用水洗脱。尤其是被选择的强阳离子树脂可以是任何由聚合物母体例如聚苯乙烯或聚丙烯酸酯型的母体，用交联剂如二乙烯苯交联的树脂，再将阳离子交换剂的基因例如强酸性的磺酸基接枝到上述母体上。特别优选的树脂是IR200(商品名，Rohm and Hass公司销售)。
本发明还涉及通过上述软化方法得到的软化糖汁。
本发明还涉及回收含于糖汁水溶液如糖厂糖蜜中的糖的方法，该糖汁主要含糖，Ca2-和/或Mg2-离子以及色素，该方法包括(ⅰ)软化步骤，其中所述糖汁和Na-和/或K-型的阳离子交换树脂接触，一方面得到了脱掉了Ca2-和/或Mg2-离子并负荷了Na-和/或K-离子的软化糖汁，另一方面，得到负荷了Ca2-和/或Mg2-离子的阳离子交换树脂，以及(ⅱ)糖的分离步骤，包括将步骤(ⅰ)中得到的软化糖汁进行层析，得到的第一部分液体(废液)中含较多的Na-和/或K-离子并不含糖，第二部分液体中含糖并且不含Na-和/或K-离子。
该方法的特征是，它还包括(ⅲ)再生步骤，包括将于步骤(ⅰ)中得到的负荷了Ca2-和/或Mg2-离子的阳离子交换树脂和步骤(ⅱ)中得到的上述第一部分液体(废液)接触，一方面得到富含Ca2-和/或Mg2-离子的液体，另一方面得到Na-和/或K-型的再生了的阳离子交换树脂。
还应提出的是，优选在用于步骤(ⅲ)之前将上述第一部分液体(废液)进行浓缩，以及在用于第(ⅲ)步骤之前将Na-和/或K-离子加入到上述第一部分液体中，以及用于步骤(ⅰ)的阳离子交换树脂优选Na-和/或K-型的强阳离子树脂，以及步骤(ⅱ)中的层析优选采用Na-和/或K-型的强阳离子树脂并用水洗脱。所使用的强阳离子树脂可以是上述软化方法中已经述及的那些树脂。
本发明还涉及上述回收方法中得到的富含糖的液体。
最后，本发明还涉及实现上述糖的回收方法所用的装置，包括-至少一个含Na-和/或K-型阳离子交换树脂的软化单元，它包括提供待软化的糖汁水溶液的设备，提供再生液的设备，排出被软化的糖汁水溶液的设备及排放废弃的再生液的设备，以及-至少一个层析单元，它包括提供洗脱剂的设备，提供软化单元得到的软化糖汁水溶液的设备以及排放含Na-和/或K-离子并且不含糖的液体(废液)的设备。
其特征在于，它还包括将上述提供再生液的设备连接到层析单元萃取设备的连接设备，值得指出的是，如果需要，所述的连接设备可以包括用于由所述萃取设备萃取上述液体(废液)的浓缩单元。
本发明的其它目的及优点由下述并参照附图
会看得更清楚，其简单的流程图表明了有关从糖厂糖蜜中回收糖的设备的一个具体方案的原理。
以该图为例的设备显而易见地包括两个软化单元1，2，每个单元为填充了Na-和/或K-型强阳离子树脂(例如IR 200，Rohm and Haas公司)的柱子，每个柱子在其上部装有导管3，4，以便提供事先澄清并用去离子水稀释过的糖厂糖蜜(糖汁水溶液)。澄清可用任何公知的方法，例如US-A-5110363中所述的澄清法进行。至于稀释，要达到稀释后糖蜜中干物质含量为10-70%(重量)较好。如此澄清并稀释过的糖蜜主要含糖，钠、钾、钙以及可能还有镁的无机盐以及色素。
每个软化柱1，2还在底部安装有导管5，6，以便排出被软化的糖蜜，导管5，6均连至一个三通阀7，从7伸出导管8，管8的自由端导入层析柱9的顶部。假如需要，在每个导管5，6中装上循环泵10，11。最后，每个柱1，2的顶部安装树脂再生液供应管12，13，其底部安装废再生液排放管12a，13a，它们每个还装有隔离阀12b，13b。
层析柱9含Na-和/或K-型强阳离子树脂作为固定载体，洗脱液是水，它通过导管14提供至柱顶，柱9的底部有导管15，以便排放富含糖的液体(废液)，以及导管16，以便排放贫糖的液体。
按照本发明，上述装置还包括从排放导管16至导管12，13的提供废液(再生液)的设备，这些设备包括(a)导管17，它的一端连至循环泵18的排出口，循环泵的进料口连至导管19，管19的自由端伸至接近桶20的底部，排放导管16的自由端导入桶20;
(b)浓缩单元21，安装有待浓缩液的入口，并连接导管17;安装对于浓缩期间被分离出的水的出口22，出口23用于排出浓缩液，该出口安装有排放泵24;
(c)出口23导至桶25;以及(d)导管26上装循环泵27，该管的一端接近桶25的底部，另一端连一个三通阀28，从28伸出导管29，管29连接导管12，导管30连接导管13。
浓缩单元可以是能在减压下操作的蒸发器，它可以是本技术领域公知的单或多降浮标式蒸发器(falling float evaporator)。此时，出口22排放蒸发中形成的浓缩物。
该装置操作如下在第一个循环中，阀7置于使导管8和导管5及6连接的位置，泵10，11，18及24开启，泵27关闭，阀12b，13b和28关闭。
澄清并稀释的糖蜜(干物质重10-70%)通过导管3和4加入柱1和2，在柱中进行阳离子交换，放于该柱中树脂中的Na-和/或K-离子逐渐被存在于糖蜜中的Ca2-和/或Mg2-离子代替。其结果，糖蜜中含有了Na-和/或K-离子并且脱出了Ca2-和/或Mg2-离子，而树脂上富含了Ca2-和/或Mg2-离子并脱去了Na-和/或K-离子。
然后，从柱1，2出来的糖蜜通过导管5，6，泵10，11，阀7和导管8加入到层析柱9中。在柱9中糖蜜由于树脂的作用被分离，通过导管14提供水作为洗脱液。
第一部分洗脱液(废液)，不含糖但含钠和/或钾盐及色素，通过导管16排放并注入到桶20中。第二部分洗脱液，它不含钠和/或钾盐但含糖，通过导管15排出。
与此同时或者随后，桶20中回收的废液通过导管19，泵18和导管17送至蒸发器21中。由上述单元21得到的浓缩了的废液(优选含10-70%重的干物质)通过导管23和泵24排出，注入到桶25中。
在第二个循环中，柱1和2之一中的离子交换树脂被再生(例如柱1中的树脂)。为此，停止加糖蜜进行软化，关闭泵10，阀7置于只连接导管8和6的位置，阀12b打开，阀28放置到仅连接导管26和29的位置，打开泵27。
在该状态下，来自桶25的浓缩废液通过导管26，29和12加入到柱1中。在柱1中，含Na-和/或K-离子的浓缩废液通过柱1中的树脂，并将它再生。所述浓缩废液中的Na-和/或K-离子逐渐代替树脂中的Ca2-和/或Mg2-离子。在通过树脂后，含Ca2-和/或Mg2-离子的浓缩废液然后通过导管12a排放。
一旦再生完成，柱2中树脂再生的第三循环即开始，并在柱1中恢复软化操作。这包括停止向柱2提供糖蜜，打开阀13b，通过调节阀28连接导管26和导管30，通过调节阀7的位置连接导管8和5，恢复向柱1提供糖蜜。
第二和第三循环以均匀的间隔时间被重复。
作为情况应注意，在软化操作中，澄清并稀释的糖蜜(10-70%干物质重)通过柱1，2的流速可以是每小时0.1-5倍树脂床体积，在再生操作中，再生液(桶25中的浓缩废液，含10-70%重量干物质)通过柱1，2的流速可以是每小时0.1-5倍树脂床体积。这些速度根据所用液体中干物质的含量来选择。因此糖蜜中干物质含量越高，糖蜜通过树脂柱1，2进行软化操作的流速则越低。同样，再生液(浓废液)中干物质含量越高，所述液体通过柱1，2的流速则应越低。
同时，再生液的温度应被调节，以使再生操作的液体有适当的粘度;依赖于干物质含量，温度可以在20-70℃范围。
还应指出，若需要的话，可将Na-和/或K-离子(例如以NaCl和/或KCl形式)加到例如在桶25中的浓废液中。
还应指出，若需要的话，被加入的全部或某些NaCl和/或KCl可以通过将用于再生或从导管12a和/或13a得到的浓废液进行重结晶来回收。
本发明的操作实施例1.软化操作-待软化的糖蜜干物质重15%，以Ca2-离子表示的相对于干物质的硬度为12000ppm;
-软化树脂IR 200，Rohm and Hass公司产品(交换容量为1eq/l);
-温度40-80℃;
-糖蜜流速，每小时两倍软化树脂床体积，糖蜜流过2.5小时后树脂就饱和了;
-被软化的糖蜜以Ca2-离子表示的相对于干物质的平均硬度为2000ppm。
2.层析操作-层析树脂Dowex C 356，Dow公司产品，-温度约80℃;
-被软化的糖蜜流速每小时层析树脂床体积的0.03倍-洗脱水流速每小时层析树脂床体积的16倍;
-废液干物质含量4%(重量)3.废液浓缩操作-浓缩设备降浮标式蒸发器(蒸发温度为80℃);
-浓缩后干物质含量，以重量计为30%;
4.再生-温度25℃-浓缩废液流速每小时软化树脂体积的0.45倍，通过相应于流速0.34倍树脂体积的浓废液后再生即完成。
5.水淋洗软化树脂-水流速每小时2倍树脂床体积;
-时间1小时
权利要求
1.用阳离子交换树脂软化含糖和Ca2-和/或Mg2-离子的糖汁水溶液如糖厂糖蜜的方法以及上述树脂的再生方法，包括(a)软化步骤，其中使所述糖汁和Na-和/或K-型上述阳离子交换树脂接触，一方面得到不含Ca2-和/或Mg2-离子且含Na-和/或K-离子的软化糖汁，另一方面得到负荷了Ca2-和/或Mg2-离子的阳离子交换树脂，以及(b)上述用过树脂的再生步骤，该方法的特征是再生步骤(b)包括将所述树脂和从含糖和Na-和/或K-离子的被软化的糖汁水溶液中层析糖时分离得到的液体接触，所述液体含有最初存在于被软化的糖汁中的大量的Na-和/或K-离子。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于步骤(b)中使用的液体是从步骤(a)中得到的被软化的糖汁中层析糖时分离出的液体。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(b)中使用之前将液体浓缩。
4.按照权利要求1-3中的任何一项的方法，其特征在于在所述树脂和所述液体于步骤(b)中接触之前，将Na-和/或K-离子加到所述液体中。
5.按照权利要求1，2，3或4的方法，其特征在于步骤(a)中使用的阳离子交换树脂是Na-和/或K-型强阳离子树脂，以及产生步骤(b)中使用的液体的层析操作是用Na-和/或K-型强阳离子树脂进行，并用水洗脱。
6.按照权利要求1-5中的任何一项的方法得到的软化糖汁。
7.从主要含糖，Ca2-和/或Mg2-离子，色素的糖汁水溶液如糖厂糖蜜中回收糖的方法，包括(ⅰ)软化步骤，其中所述糖汁和Na-和/或K-型阳离子交换树脂接触，一方面得到脱掉了Ca2-和/或Mg2-离子并负荷了Na-和/或K-离子的软化糖汁，另一方面得到负荷了Ca2-和/或Mg2-离子的阳离子交换树脂，以及(ⅱ)糖的分离步骤，包括将步骤(ⅰ)中得到的软化糖汁进行层析，得到的第一部分液体中含较多的Na-和/或K-离子不含糖，第二部分液体中含糖并且不含Na-和/或K-离子，该方法的特征是，它还包括(ⅲ)再生步骤，包括将于步骤(ⅰ)中得到的负荷了Ca2-和/或Mg2-离子的阳离子交换树脂和步骤(ⅱ)中得到的所述第一部分液体接触，一方面得到负荷了Ca2-和/或Mg2-离子的液体，另一方面得到Na-和/或K-型的再生好的阳离子交换树脂。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于将所述的第一部分液体在用于步骤(ⅲ)之前进行浓缩。
9.按照权利要求7或8的方法，其特征在于在用于步骤(ⅲ)之前将Na-和/或K-离子加入到上述第一部分液体中。
10.按照权利要求7，8或9的方法，其特征在于用于步骤(ⅰ)中的阳离子交换树脂是Na-和/或K-型强阳离子树脂，以及步骤(ⅱ)中的层析采用Na-和/或K-型强阳离子树脂进行，并用水洗脱。
11.按照权利7-10中的任何一项的方法得到的含糖液体。
12.实现权利要求7-10中任意一项方法的装置，包括-至少一个其中含Na-和/或K-型阳离子交换树脂的软化单元(1，2)，它包括提供待软化的糖汁水溶液的设备(3，4);提供再生液的设备(12，13)，排出软化了的糖汁水溶液的设备(5，6)以及排出废再生液的设备(12a，13a)，以及-至少一个层析单元(9)，包括提供洗脱液的设备(14)，提供于软化单元(1，2)中得到的软化糖汁水溶液的设备(8)，排放含Na-和/或K-离子不含糖的液体的设备(16)，其特征在于，它还包括连接所述再生液提供设备和层析单元萃取设备的连接设备(17-30)。
13.按照权利要求12的装置，其特征在于所述的连接设备中包括浓缩单元(21)。
全文摘要
本发明涉及软化糖汁如糖厂糖蜜的方法，及将该方法用于回收含于上述糖汁中的糖。
文档编号C13B20/14GK1111678SQ9410656
公开日1995年11月15日 申请日期1994年6月10日 优先权日1993年6月11日
发明者M·萨思卡, X·兰克里农 申请人:阿普勒松, 路易斯安那州立大学及农机学院监理会